X6232C齿轮加工工艺及其齿轮夹具和刀具设计

1、摘要齿轮的加工工艺要以齿轮的零件图为依据，根据齿轮的加工面及其精度进行基准面、切削参数、走刀路线等加工内容的确定，以提高加工效率和齿轮的加工精度。X6232C齿轮是铣床的重要传动部件，本文主要进行了X6232C齿轮的加工工艺的制定，包括定位基准的选择、表面加工方案的选择、工艺路线的拟定等内容，然后对插齿工序的专用夹具进行了设计，以满足加工要求，最后进行了齿面加工的插齿刀具的设计。关键词：X6232C齿轮；加工工艺；夹具；刀具目录摘要1目录21. 绪论31.1 研究背景及意义31.2 齿轮加工相关概述31.2.1 齿轮加工概述31.2.2 夹具设计概述31.2.3 刀具设计概述41.3 本文的主

2、要研究内容42. X6232C齿轮的加工工艺52.1 定位基准的选择52.2 表面加工路线的确定62.3 工艺路线的拟定62.4 工序设备及工艺装备72.5 加工余量、工序尺寸和公差的计算73.夹具设计83.1 定位基准的选择83.2 切削力及夹紧力计算83.3 定位误差分析83.4 相关说明94. 刀具设计105.总结15参 考 文 献16致 谢171. 绪论1.1 研究背景及意义齿轮是重要的传动装置，可以实现较大的变速范围，而且具有较大的承载能力和能量传递效率，在各种机械设备中都有广泛应用。我国的齿轮制造水平已经有了很大提高，对于普通齿轮的加工已经具备了较高水平，不过在精密齿轮和大型齿轮的

3、加工上仍存在一定的差距。齿轮装置在传递运动和力的过程中由于单齿啮合和双齿啮合的现象，会产生一定的冲击，进而影响到齿轮的疲劳强度，所以齿轮往往需要进行一定的热处理提高齿轮承受交变载荷的能力，热处理的工艺水平对齿轮寿命会有很大的影响。齿轮廓形的加工精度会影响到齿轮系统间隙的大小，精度低往往导致较大的间隙，造成系统的冲击和噪音水平上升，降低了齿轮的工作寿命和装置的质量水平。如何选择合适的工艺工序进行齿轮加工过程的优化，选用和设计合适的夹具和刀具是需要考虑的问题。所以本文对X6232齿轮加工和夹具刀具设计的研究具有一定的现实意义。1.2 齿轮加工相关概述1.2.1 齿轮加工概述传统的齿轮加工方法采用的

4、是仿形法，根据齿轮的轮廓形状采用铣床加工的方法；现在齿轮加工应用比较普遍的是范成法，根据齿轮的模数、压力角等参数设计出相应的刀具，采用插尺或滚齿加工的方法进行加工，这种加工方式加工精度高，而且便于大批量生产，在现代化的齿轮加工中应用广泛。齿轮的加工工艺涉及到毛坯选择到零件成型检验的一系列加工过程，有毛坯尺寸的计算、加工方式的选择、切削参数的确定等内容。齿轮的加工工艺要以齿轮的零件图为依据，根据齿轮的加工面及其精度进行基准面、切削参数、走刀路线等加工内容的确定，以提高加工效率和齿轮的加工精度。1.2.2 夹具设计概述夹具是在零件加工过程中实现零件的装夹和定位的功能，是零件加工过程中的辅助工具。在

5、一些复杂零件的加工过程中，采用传统夹具不能实现零件的定位和夹紧功能，或者不能满足加工精度的要求，就需要进行了专用夹具的设计来完成加工过程。首先要根据零件的结构和设计需求选择合适的基准面，进行零件的定位，然后选择加紧方式以便于零件的快速有效的装卡。随着夹具设计的不断创新，很多夹具实现模块化，能够和机床进行很好的对接，提高了加工效率，而且降低了夹具设计加工的成本。1.2.3 刀具设计概述刀具要完成零件的切削任务，在普通的机加工方式中，都要求刀具的硬度要高于所切削零件的硬度，所以在刀具材料的选择上一般选用高碳钢、高速钢、硬质合金、陶瓷等高硬度的材料。刀具结构上往往采用复合式的刀具结构，坯体选用疲劳强

6、度和韧性较好的材料，刀片选用硬度较高的材料，采用粘接、焊接等方式固定在一起。刀具的结构参数要根据齿轮的模数、压力角等参数进行确定，还要考虑到加工过程中的切削力和一定的冲击作用的存在，提高刀具设计的可靠性和刀具寿命。1.3 本文的主要研究内容本文主要对X6232齿轮的插齿加工的加工工艺进行了分析制定，然后选取了其中某一加工工序进行了夹具和刀具的设计。2. X6232C齿轮的加工工艺X6232C齿轮的零件图如图2.1所示。对零件图进行简单分析，重要的配合尺寸是带键槽的内孔和外圆配合面，对尺寸精度和表面粗糙度的要求较高；而3mm的沟槽主要是用作油槽，螺纹孔主要是起连接作用，对精度和表面粗糙度的要求都

7、比较低。在进行齿轮加工工艺的制定时还要考虑到齿轮的精度要求、生产批量，而且要根据实际的加工条件，确保制定的工艺路线能够实现。X6232C齿轮在工作状态下会承受较大的冲击载荷和交变载荷，对材料的疲劳强度和承载能力要求较高，综合考虑选用齿轮毛坯的材料为40Cr。零件的外形结构尺寸较小，而且属于小批量生产的零件，所以选择自由锻的毛坯，锻件具有较好的韧性和较高的疲劳寿命。图2.1 X6232C齿轮零件图2.1 定位基准的选择基准主要分为设计基准和工艺基准，理想的零件结构和加工工艺是两个基准能够重合，保证零件从设计到装配的整体精度。定位基准是工艺基准中最重要的基准，主要分为粗基准和精基准，二者的选择影响

8、到零件的最终加工精度。粗基准主要是指零件第一道工序的定位基准，选择粗基准时，考虑的重点是表面加工余量和图纸的尺寸位置要求，会选取重要表面、不加工表面、加工余量小或者加工面积较大的面作为粗基准。该零件的各个表面都要进行加工，选择外圆和端面，同时考虑到表面质量和定位的可靠性，选择外面70及左端面作为X6232C齿轮加工的粗基准。精基准的选择要尽可能保证加工精度，而且便于零件的装卸和加工。一般采取基准重合、基准统一、互为基准和自为基准的原则。针对本零件，内圆表面便于装卡，而且长度较大定位准确可靠；通过一次装卡可以完成多到加工工序，减少了二次装卡造成的精度下降的问题；同时配合零件的左端面完成零件的完全

9、定位。所以精基准选用28H7孔及左端面。2.2 表面加工路线的确定各加工表面的加工路线是根据零件表面的尺寸公差、形位精度和表面粗糙的要求进行确定的。几种表面的经济精度和表面粗糙度的加工方案如表2.1所示加工表面加工方案经济精度表面粗糙度外圆表面A粗车-半精车IT8106.33.2B粗车-半精车-精车IT781.60.8内孔A钻-铰IT93.2-1.6B钻-扩-铰IT893.21.6端面A粗车-半精车IT96.33.2B粗车-半精车-精车IT781.60.3参考表2.1中的数据制定表面的加工方案如表2.2所示加工表面加工方案70外圆面外圆表面B加工方案3沟槽和55处沟槽粗车28内孔内孔B加工方案

10、M8螺纹孔钻孔-攻螺纹右端面表面端面B加工方案左端面表面端面A加工方案齿面插齿刀具加工槽插槽刀进行插削加工2.3 工艺路线的拟定加工过程一般是先完成端面、内孔等表面的加工，然后完成齿面的加工，后续工序安排应当遵循粗精分开和先面后孔的原则。分析制定的加工路线为：工序：以左端面及左端面处外圆定位，粗车外圆，粗车右端面。工序：以粗车出来的外圆及右端面定位，粗车左端面，粗车外圆，车沟槽和。工序：以外圆及右端面定位，半精车左端面，半精车精车外圆。工序：以左端面及外圆定位，半精车精车右端面，半精车外圆，倒角。工序：以左端面及外圆定位，钻孔，然后扩铰孔，倒角。工序：以外圆及右端面定位，钻M8螺纹孔.工序：以

11、孔及端面定位，插齿。工序：以孔及端面定位，插键槽。工序：攻M8螺纹。工序：钳工去毛刺。工序：终检，入库。2.4 工序设备及工艺装备各工序的机床、夹具的选择如表2.3所示工序机床夹具刀具工序、C620-1型卧式车床三爪自定心卡盘硬质合金车刀工序、Z3025摇臂钻床专用夹具钻头和丝锥工序Y58型插床专用夹具专用插齿刀具工序BA5063型插床专用夹具高速钢插槽刀2.5 加工余量、工序尺寸和公差的计算根据加工手册查得锻件各外径的单边余量为3mm，各轴向尺寸的单边余量亦为2.5mm，锻件中心孔的单边余量为2.6mm。计算得到齿轮毛坯尺寸如表2.4所示零件尺寸单面加工余量锻件尺寸3372.52.577.5

12、2.63得到的毛坯图如图2.2所示图2.2 毛坯图3.夹具设计夹具设计时要能完成零件的精确定位，还要装卡可靠，便于拆卸。进行了第道工序的夹具设计。3.1 定位基准的选择选用内孔为定位基准，采用心轴定位方式。该定位方式定位面较大，定位可靠，而且有利于提高定位精度。3.2 切削力及夹紧力计算计算公式相关参数结果切削力2557N夹紧力 K=6393N采用压板压紧端面的方式进行零件的夹紧，计算得实际夹紧力为9448N，满足要求。3.3 定位误差分析误差类型项目计算结果加工误差心轴定位误差0mm0.0278mm夹紧误差0.268mm磨损加工误差0.005mm夹持加工误差0.01mm定位误差工件孔的制造公

13、差 0.021mm0.018心轴的制造公差 0.015mm定位副的最小间隙 0误差总和为0.0468mm<0.2mm，满足要求。3.4 相关说明在装夹工件时首先进行零件清洗，先用六角螺母把定位元件心轴（装配过程中不允许磕、碰、划伤和锈蚀）装在夹具体上，然后把夹具体固定在工作台上，接着装上待加工零件，然后采用手动夹紧的方式把压板、开口垫圈等固定在工件上端面。加工完成后，先将夹具体最上面的六角螺母拧下，取下零件上方的夹具零件，然后取下已加工好的零件，若要还要加工下个零件可以此时装上下一个待加工零件，然后再装上零件上方的夹具零件就可以接着加工。4. 刀具设计刀具材料选用W18Cr4V，相关参数

14、的计算如表4.1所示。序号计算项目符号计算公式或选取方法计算精度计算结果1前角通常选取=2齿顶后角通常对=时取=3齿数查参考文献5表2.4-2根据模数选取采用公称分圆的盘形插齿刀=304齿顶高系数=´式中´为被切齿轮原始齿条的齿根高系数0.01=1.25求最大变位系数5允许齿顶厚=-0.0107m+0.2643m+0.33810.01=1.006计算参数0.01=0.407查图求x值由已计算出的，的值由参考文献5图2.4-2（a）查处0.01查得：=0.208共轭齿轮的齿合角0.0000001cos=0.9348018sin=0.35516989共轭齿轮中心距0.001=9

15、5.49710被切齿轮和插齿刀的齿合角0.000000010.00001=21.08415cos=0.9330531sin=0.359738711被切齿轮和插齿刀的中心距0.001=76.79312插齿刀齿顶圆半径=0.001=41.12513插齿刀基圆半径=0.001=35.32814计算参数将8-13项的计算结果代入不等式（参考文献5式2.4-3）中如果不等式不能成立，则说明发生过渡曲线干涉，此时必须减少x值或增加插齿刀的齿数后重新计算左边=8.274右边=6.423左边>右边，符合要求，所以取=0.20求最小变位系数15保证被切齿轮不发生顶切时插齿刀与被切齿轮的最小齿合角tg=0.

16、00000010.00001=16.74536inv=0.0089788sin=0.2881187cos=0.957594716保证被切齿轮不发生顶切的最小变化系数=0.01=-0.5017验算插齿刀在切削齿轮时是否发生根切将16项结果代入公式（参考文献5式2.4-4）中验算是否发生根切0.001=74.8250.0010.001左边=3.989>0符合参考文献5式2.4-4的要求，所以取取18原始截面到前端面距离=0.1=4.819厚度BB=整数B=17+（）查参考文献5表2.4-3取B=1720修正后齿形角´tg´=´=20.17071=2010

17、0;15´´cos´=0.9386695sin´=0.344818421侧刃后角tg= sin´tg0.0000001=25´22分圆直径=m0.001=7523齿形角修正后的基圆直径´´=´´=70.400原始截面上的齿形尺寸24齿顶高=0.01=3.1325分圆弧齿厚=0.001=3.92726齿全高=20.01=6.26前端面上的齿形尺寸27齿顶高=+tg0.01=3.6328分度弧齿厚=+2tgtg0.001=4.29429顶圆直径=+20.01=82.2630根圆直径=-20.01=6

18、9.7431前刃面齿顶高´´=0.01´=3.6432其它结构尺寸查参考文献5表2.4-22.4-7选取在距前端面2.5mm处进行齿形检验，计算检验用的展开角33顶圆上的展开角=57.29578tg式中齿顶圆压力角cos=0.00000010.000011´=31.78674tg=0.6197059=3530´34齿形有效部分起始点展开角=57.29578tg式中齿形有效部分起始点压力角tg=tg´-式中´被切齿轮的原始齿条齿顶高系数0.00000011´tg=0.1812925=1023´35有效部分展

19、开角=-1´=257´36齿根圆压力角cos=,当时，以处计算齿间宽0.00000010.00001，所以以处计算=0，inv=037根圆齿厚=0.01=5.03由于是基圆直径代入，所得为基圆齿厚38根圆齿间宽=如<，磨齿形时有困难，可适当减少0.01=2.27>由于是基圆直径代入，所得齿间宽为基圆齿间宽设计完成后的刀具如图4.1所示。 图4.1 插齿刀5.总结本文主要进行了X6232C齿轮的加工工艺的制定，包括定位基准的选择、表面加工方案的选择、工艺路线的拟定等内容，然后对插齿工序的专用夹具进行了设计，以满足加工要求，最后进行了齿面加工的插齿刀具的设计。通过本次设计对齿轮加工的相关内容有了更加深刻的了解和认识，对加工工艺的拟定、夹具设计和刀具设计都有了更多的体会，能够更好地将理论和实际进行结合。参 考 文 献1吴宗泽、罗圣国.机械设计课程设计手册M.北京:高等教育出版社,2004.4.2李益民.机械制造工艺设计简明手册M.北京：机械工业出版社,1994.7.3孟少农.机械加工工艺手册第1卷M.北京：机械工业出版社,1991.9.4黄如林.切削加工简明实用手册M.北京：化学工业出