毕业论文-齿轮零件的机械加工工艺过程及进行滚齿加工用的夹具设计

1、毕业论文-齿轮零件的机械加工工艺过程及进行滚齿加工用的夹具设计 重庆大学网络教育学院 毕业设计论文题目 齿轮零件的机械加工工艺过程及进行滚齿加工用的夹具设计学生所在校外学习中心 重庆学习中心 批次 层次 专业092机械设计制造及自动化学 号 学 生 指 导 教 师 起 止 日 期 2021年10月齿轮零件的机械加工工艺过程及进行滚齿加工用的夹具设计齿轮作为机械设备中的传动、控速、换向、变向的必要构件和设备，其设计和加工制作工艺决定着整个机械行业的开展进度。机床夹具是在金属切削过程中，用以准确确实定工件位置，并将其牢固的夹紧，以接受加工的工艺装备。为了保证工件的加工质量，提高加工效率，减轻工人的

2、劳动强度，充分发挥和扩大机床的工艺性能。因此，我们提出了设计理念。本文针对齿轮在切机床上的加工工艺要求，。并配合CAD、等辅助设计软件来实现整个设计过程。完成了，包括、分析和原理分析等，本文设计的，根本可以满足工程需要，本文使用的设计方法，也可为同类夹具的设计提供参考。目录1 绪论41.1本课题研究的背景和意义41.2国内外相关研究情况51.3本课题研究的相关情况61.4本课题的研究方法62 齿轮零件的机械加工工艺72.1定位基准的选择7的选择原那么7的选额原那么8准的应用102.2装夹方法10、螺丝、V 型架、垫块组合10 采用502胶水粘合11 磁性吸盘吸附122.3加工工艺问题16正16

3、工方案16的安排18艺路线19工设备及刀具20序设计253 滚齿加工用的夹具设计273.1夹紧原理简介273.2夹具设计284 滚齿液压波形胀紧夹具设计314.1夹紧原理简介314.2夹具设计321 绪论机械工程是以有关的自然科学和技术科学为理论根底，结合在生产实践中积累的技术经验，研究和解决在开发设计、制造、安装、运用和修理各种机械中的理论和实际问题的一门应用学科。而齿轮零件那么是现代机械设备中必不可少的组成原件，齿轮零件将转动方式和运动轨迹等传递给下一个轴，以此实现机械的自动化运作和加工使用。自亨利?福特将计算机辅助设计技术应用到夹具设计的过程是解决这一问题的必然选择。计算机辅助夹具设计在

4、理论和应用上都得到了迅速开展,大大提高了夹具的设计效率，缩短了生产准备周期。在产品设计中,应用标准件是代表一个国家和企业设计制造水平的重要标志。如果没有三维标准件库, 将不得不在夹具设计和开发过程中对标准件进行重复建模, 不但消耗设计人员的时间和精力, 延长设计周期, 而且增加了产品的生产制造本钱在产品设计中，大量应用标准件是一个国家和企业设计制造水平的重要标志在机床夹具设计中，有大约30%70%的零件是标准件或非标常用件，这些零件都具有相同或相似的外形特征，建立通用的符合国家标准和企业标准的边准件库和典型组合库是提高设计效率和保证，也是当前制造业信息化的根底研究工作之一。大局部工程技术人员在

5、三维软件下进行标准件库的二次开发必须有编程的能力，显然是不现实的再者建立的标准件库因其过程复杂，同时生成的标准件模型特征较多，在使用标准件与数量较多的装配体中会影响，所以要根据本行业的需要尽量简化其建模过程，且规格属性还要详实。50年代末仍旧存在渐开线齿轮齿面接触强度差、工艺水平低、质量差等薄弱环节，因此从苏联引进圆弧齿轮的科技成果，利用轴向共轭代替端面共轭和利用圆弧齿轮齿面接触强度比拟高的特点，代替了不少机械产品的渐开线齿轮。70年代末，在一系列高速与低速传动中成功地应用单圆弧齿轮的根底上，采用双圆弧齿轮代替单圆弧齿轮，使抗弯强度提套40%60%,工艺上改善了，应用范围获得了进一步扩大。近年

6、来，我国结合贯彻齿轮精度标准，广泛开展根底工艺技术的以下研究试验：如精滚工艺试验、确定经济工艺的技术条件和精度等级；修磨剃齿刀齿形获得齿首理想接触区试验；改变刀具材料实现硬齿面剃齿的试验；采用负变位剃齿刀消除齿面中凹试验。改变珩轮结构和材料，提高齿面精整质量；磨齿修缘与齿向修形的试验等等，都大大促进了齿轮精度水平的提高。设计滚齿机用塑料心轴夹具、滚齿液压波形套胀紧夹具；以为依据，用Office Word、Office Excel、Photoshop、AutoCAD等软件完成，设计机床专用夹具。目前，现有的标准库根本上以世界上使用最多的通用绘图软件AutoCAD为开发平台，在AutoCAD平台上

7、利用Autolisp语言及图标菜单技术进行二次开发，把Autolisp语言内嵌于AutoCAD，实现了计算与绘图的统一，建立机床夹具标准件库并在绘制时调出。或者在SolidWorks、ProE、UG、Solidedge等主流三维软件中进行二次开发嵌入标准件库。上述两种方法只是单一的平面图标准件库，或者只是三维实体模型。在零件的加工过程中,合理的选择定位基准对保证零件的尺寸精度和位置度有着决定性的作用。根据工件加工要求确定工件应限制的自由度数后，某一方向自由度的限制往往会有几个定位基准可选择，那么提出了如何正确选择定位基准的问题。定位基准有粗基准和精基准之分。1尽量选择不要求加工的外表作为粗基准

8、.这样可使加工外表与不加工外表之间的位置误差量最小,同时还可以在一次装夹中加工出更多的外表。2假设零件的所有外表都要加工,应选择加工余量和公差最小的外表作为粗基准.这样可保证作为粗基准的外表在加工时,余量均匀。应保证各主要外表都有足够的加工余量。为满足这个要求，应选择毛坯余量最小的外表作为粗基准，如图4.34 c 所示的阶梯轴，应选择55mm外圆外表作为粗基准。对于工件上的某些重要外表，为了尽可能使其外表加工余量均匀，那么应选择重要外表作为粗基准。如图4.35所示的床身导轨外表是重要外表，那么在加工导轨时，应选择导轨外表作为粗基准来加工床身底面。然后以底面为基准加工导轨平面。 3选择光洁 、平

9、整、面积足够大、装夹稳定的外表作为粗基准。4粗基准一般只在第一到工序中用,以后应防止重复使用。利用已加工过的外表作为定位基准，那么称为精基准。精基准的选择应从保证零件加工精度出发，兼顾夹具结构简单。选择精基准一般应按照如下原那么选取。基准重合原那么 应尽量选择被加工外表的设计基准为其定位基准，这称为基准重合原那么。如果被加工外表的设计基准与定位基准不重合，那么会增大定位误差。基准统一原那么 当工件以某一组精基准定位可以比拟方便地加工其他外表时，应尽可能在多数工序中采用此组精基准定位，这就是“基准统一原那么。如轴类零件大多数工序都以中心孔为定位基准。这样，可减少工装设计制造的费用，并可防止因基准

10、转换所造成的误差。自为基准原那么 当工件精加工或光整加工工序要求余量尽可能小而均匀时，应选择加工外表本身作为定位基准。例如用浮动铰刀铰孔、用拉刀拉孔、用无心磨床磨外圆等，均为自为基准的实例。 互为基准原那么 为了获得均匀的加工余量或较高的位置精度，可采用互为基准反复加工的原那么。例如要保证两个平面间较高的平行度要求，那么先以一面定位加工另一面，再以另一面为定位基准加工前一面，这样反复加工屡次，从而保证两个平面间的相互位置精度。 ?应该说明的是，上述粗精基准选择原那么，常常不能全部满足，实际应用时往往会出现相互矛盾的情况，这就要求综合考虑，分清主次，着重解决主要矛盾。 辅助基准的应用 ?工件定位

11、时，有些零件在加工中，为装夹方便或易于实现基准统一，人为地制造一种定位基准。我们将为满足工艺需要而在工件上专门设计的定位基准称为辅助基准。如毛坯上的工艺凸台和轴类零件加工时的中心孔等。这些外表不是零件上的原有的外表，但为了提高工件的加工精度和外表质量，从工艺上角度，专门增加这些外表来作定位基准面。 压板、螺丝、V 型架、垫块组合由于不存在切削力，线切割加工中的夹紧主要是为了防止工件在受到外力非切削力作用下而可能发生的位移。如图 1 所示，在一块模板中切割 4 个方孔。在屡次的手动穿丝和去除废料的过程中均可能与工件相碰而引起工件的移动，切割时机床的振动也可能引起工件位置的改变，因此需要一定强度的

12、夹紧。圆柱形的工件，可以在底部垫上V 型架，改善装夹效果，如图 2 所示。1 工作台 2 垫块 3 压板 4 垫片 5 螺冒 6 螺栓 7 模板图1 切割后的模板1V 型架? 2工件图2 圆柱工件502胶水粘合当工件较大而不会轻易发生位移时，可以在工件与工作台之间的适当位置用502胶水加以粘合图3。使用502胶水进行粘合时，要注意粘合过程中不引起工件位置的改变，要注意工件与工作台之间的导电情况，必要时可以用导线来连接。1上丝架 2工件 3下丝架 4工作台 5、6 502胶水粘合处图3 502胶粘合示意图3 磁性吸盘吸附磁性吸盘是线切割加工中使用最为方便的一种夹具。一般来说，只要磁性吸盘的吸力足

13、以克服工件的重力，就可以使用磁性吸盘来吸附装夹工件。如果购置不方便，可以自己做：准备一块六面互相垂直的长方体钢材大小根据实际需要确定，为减少变形，材料需经相关热处理，加工出一系列圆孔，在圆孔中间填入强磁性材料如充磁钕铁硼即可。在适当的位置切割一V型槽，用以装夹圆形工件，如图 4 所示。图5所示为使用磁性吸盘时的工件装夹。1磁性吸盘 2 磁性材料 3 V型槽图4 装夹圆形工件槽1 磁性吸盘 2 方形工件3 圆形工件图5 磁性吸盘工件装夹4 使用专用夹具4.1 外形定位夹具如图 6 所示为小型车床的常用夹头，按照图纸要求，中间的六方孔与外形锥度处的同轴度为0.05mm。考虑到该夹头的外形局部是在车

14、床上一次装夹车削完成的，故只要保证外形小圆柱处40-0.02与六方孔的位置精度也就保证了六方孔与外形锥度处的位置精度。 准备一块大小适合，上下面经平面磨床磨削加工的普通钢材，在中间适当位置钻出一个穿丝孔，按图 7 所示装夹到线切割机床上，在中间适当位置切割出一个40+0.05的内孔。按图8所示把夹头装入夹具切割加工内六方孔。图61 夹具? 2 内孔40+0.05图7 工件装夹图8 切割加工4.2 内孔定位夹具如图 9 所示为一齿形零件。零件的其他局部都在车床上完成，中间的键槽和周遍的齿形局部采用线切割加工完成。图9 齿形零件具体操作步骤：在线切割机床上完成所有零件的内键槽加工。准备一块大小适合

15、 ，上下面经平面磨床磨削加工的普通钢材作为夹具体，并在适当位置钻出一个穿丝孔。 按图 10 所示装夹到机床上，根据零件内部尺寸切割出一定大小的内孔和键槽键槽2个，对称。按配合原那么准备好心轴和平键。心轴与夹具体内孔紧配，与零件内孔松配；平键与零件的内键槽紧配合，与夹具体的键槽松配。按图11所示装夹零件，完成零件其中四个齿型的加工。 将零件转动180，完成剩余四个齿型的加工，如图 12 所示。1键槽? 2内孔? 3键槽? 4夹具体图10 齿形零件装夹图1 夹具? 2 零件? 3 心轴? 4 平键图111 夹具? 2 零件? 3 心轴? 4 平键图12几种线切割加工中的工件装夹方法是在长期的实践中

16、总结而来。操作者要对线切割加工中的工件装夹方法的进一步掌握与运用，需要通过不断的实践进行经验的积累。同时，还需要根据被加工工件的特点，并进行多种方法的比拟，最终确定出最正确的方案。只有这样才能在保证加工质量的前提下，进一步提高工件的加工效率。加工工艺问题基准修正齿形外表淬火后,内孔会受到影响而变形:一般的孔直径会缩小0.01-0.05mm,因此淬火后应安排精基准修正工序.修正的方法有推孔和磨孔,也可以用镗孔。推孔是用推刀进行的,用压力机将推刀强行从孔中间推过既可。此法生产率较高,一般不要留推孔余量。对精度要求较高的或是淬硬后的孔、直径大而短的孔那么应采用,磨孔工艺,磨孔必须留有磨削余量。齿轮加

17、工方案保证齿轮精度是齿轮加工的主要工艺问题,轮齿的加工方案主要取决于加工精度和热处理要求。根据各个加工精度等级的加工方案如下: 8级以下精度的齿轮多采用:滚 插 齿齿端加工热处理修正内孔。因热处理后的齿面不再加工,为弥补热处理变形,热处理前的齿形加工精度应比设计图纸上的精度要求要提高一级。6-7级精度的齿轮有两个方案。剃-珩方案:滚 插 齿端加工剃齿外表淬火修正基准珩齿。此方案生产率高、设备简单、本钱较低,一般用于6级精度或热处理变形较大时。5级以上精度的齿轮采用的方案为粗滚 插 齿精滚 插 齿齿端加工淬火修正基准粗磨齿精磨齿。此方案精度最高,但本钱高,生产率最低。参考文献 工方案,得出各方案

18、所到达的齿面加工质量如下表:精度等级齿面的外表粗糙度Ra/mm适用范围成型法铣齿9级以下单件小批生产中加工直齿和螺旋齿轮及齿条滚齿873.21.6各种批量生产中加工直齿、斜外啮合圆柱轮和蜗轮插齿871.6各种批量生产中加工内外圆柱齿轮、双联齿轮等剃齿760.80.4大批量生产中滚齿或插齿后未经淬火的齿轮精加工珩齿761.60.4大批量生产中高频淬火硬齿形的精加工磨齿760.80.2单件小批生产中淬硬或不淬硬的精加工研齿0.40.2淬硬齿轮的齿形精加工,可有效地减小齿面的Ra 值由设计图纸给出的加工精度和热处理要求确定齿轮的加工方案如下:热处理的安排由设计图纸上的技术要求,热处理工序在工艺过程中

19、的安排如下：? 正火。大多数锻件都要经过正火处理,一般安排在毛坯制造和粗加工之间,以改善金属的机械切削性能。调质。调质可获得良好是机械性能,调质后仍可用刀具进行加工,因而一般安排在粗精加工与半精加工之间,这样有助于消除粗加工产生的内应力。渗碳。经渗碳后表层与心部含碳量相差明显,表现出外表硬、耐磨和心部韧性和朔性好的特点。渗碳后的工件一般要经过淬火和低温回火处理,使外表层有回火马氏体结构和消除渗碳过程中形成的粗晶粒结构。淬火。这种方法是快速加热使工件表层奥氏体化,不等心部组织发生变化,立即快速冷却,表层起到淬火作用,其结果是表层获得马氏体组织,而心部仍然保持朔性,韧性均匀的组织,工件各部都能满足

20、使用要求。低温回火。经过低温回火的工件的硬度没有发生大的变化 HRC60左右 ,但是应力减少了很多。制定工艺路线根据各外表加工要求和各种加工方法能到达的经济精度，确定各外表的加工方法如下：齿坯外圆：粗车精车；齿坯端面：由设计图纸上的要求，齿坯的小端面的外表粗糙度要求是1.6，而大端面的外表要求较低，但是在加工齿轮的整个过程中都要用到端面作为精基准，所以端面的加工方法为：先粗车后精车，同时也可以保证尺寸21.5；内孔：由于毛坯采用的是锻造的，所以内孔先经过粗车，精车后再用镗孔的方法加工以保证它的精度等级表；齿行的加工：先滚齿，精度等级还不能到达，而且热处理后内孔回缩小，所以要基准修配，然后在经过

21、精加工用镗孔的方法来保证齿形的精度等级。综合上面的分析，工艺路线确定如下：工序内容1锻造毛坯2热处理正火3粗车各外形4调质5精车各局部6滚齿7齿端加工倒角8钳工去毛刺9热处理齿面渗碳淬火及低温回火处理10钳工划键槽加工线11插键槽12钻通孔13攻丝14磨端面15镗孔16剃齿17检验工设备及刀具由于生产类型为大批量生产，故加工设备宜以通用机床为主，辅以少量专用机床。其生产方式为以通用机床加工专用夹具为主，辅以少量专用机床的流水生产线。工件在各机床上的装卸及各机床之间的传送均由人工完成。车床的选择：根据设计图纸上的设计尺寸，最大外径为750.14加上加工余量，其直径比拟大查机械加工工艺设计手册一般

22、的车床难以加工，由手册表-立式车床，选择立式车床512-1A，其技术规格如下表：C512垂直度刀架加工最大直径1250倒刀架加工最大直径1120工件最大高度900工件最大质量2工作台直径1030工作台转速7.5-150刀架数量水平1垂直1水平630垂直刀架最大行程垂直690垂直刀架最大回转角 40.2滚齿机的选择:由参考文献 表4-25滚齿机,选择Y31125型滚齿机,其技术规格如下:Y31125加工齿轮最大直径用外支架时-不用支架时1250加工斜齿轮最大直径当旋转角为30时-当旋转角为60时-加工齿轮最大宽度550加工齿轮最大模数12加工齿轮最大螺旋角-滚刀最大直径200滚刀心轴最大直径27

23、、32、40剃齿机的选择:由参考文献 选择剃齿机Y42125,其技术要求如下表:技术规格Y42125加工齿轮直径外啮合200-1250内啮合600加工齿轮模数2-8加工齿轮宽度200剃齿刀直径300剃齿刀宽度-刀架最大回转轴20工件与剃齿刀的中心距140-770镗床的选择:由参考文献 选择镗床T616,最大加工直径为240mm。加工? 方式加工精度刀具材料刀具? 类型加工材料：铸铁钢及铸钢铜、铝及其合金p mm 直径上? 外表粗糙度Ra切削速度v m/min 进给量f mm/r 外表粗糙度Ra切削速度v m/min 进给量fmm/r外表粗糙度Ra切削速度v m/min 进给量f mm/r 粗镗

24、孔径：? ?H12H10? 孔距：? 0.51高速钢刀头2035252040 100150 58 镗刀块254012015058 硬质合金刀头4080406020025058 镗刀块356020025058 半精镗孔径：? H9H8? 孔距：? 高速钢刀头254030501502001.53镗刀块30401502001.53粗铰53305025硬质合金刀头60120801202503001.53镗刀块50802503001.53粗铰刀3050358012035精镗孔径：? H8H6? 孔距：? 高速钢刀头15302035150200镗刀块815146121420301

25、4粗铰刀10202510200.53305025硬质合金刀头5080601003.200250镗刀块20401482014305014粗铰刀3050255010025注:1.镗杆以镗套支承时，取中间值；镗杆悬伸时，取小值。? ?2.当加工孔径较大时，p取大值；加工孔径较小，且加工精度要求较高时，p取小值。? 3.数控镗床的半精加工和精加工按上述切削用量选取，粗加工可以按一般卧式镗床的粗加工切削用量选取。坐标镗床的切削用量加工方式刀具材料f mm/r p mm 直径上 切削速度v? m/min软钢中碳钢铸铁铝、镁合金铜合金半精镗高速钢18251518182250753060硬质合金5070405

26、05070150200150200精镗高速钢25281820222550753060硬质合金708060657080150200150200钻孔高速钢20251218142030406080扩孔硬质合金2522281518202430506090精钻、精铰硬质合金0.080.2 685768810810序设计工序3粗车毛坯外圆与工序5精车外圆查参考文献 表9-5机械加工的工序余量,粗车的工序余量为1.54mm,取余量为2mm,精车的加工余量为0.22.5mm,取精加工精度Z 2,已经知道毛坯外圆的加工余量为4,故粗加工余量Z 4-2 2mm由参考文献 立式车床的进给量f 1.52.0mm取f

27、2.0 mm/r ,粗车走刀一次 a 册得粗车加工的公差等级为IT13IT11,取IT11,T 0.4mm;精加工的公差等级为IT8IT7,取IT 0.063;所以X 754 0.2,精加工后的尺寸为752 校核加工余量Z :? Z X -X ? 754-0.4 -752? 1.6 2? 故余量足够.机床的校核:粗车工序3:由参考文献取粗车进给量为0.2m/r,粗车走刀一次a 2mm,由参考文献 取270r/mm,故切削速度为:V 3.14*754*270/1000 206查 表2.1得单位切削力P 1962N/mmF P*A 1962*0.3*2 1177.2P 1172*206*10 /6

28、0 4.02KW由参考文献得C512-1A的功率为28KW,取机床的效率为0.85那么28*0.85 23.8 4.02所以机床的功率满足。故加工余量足够3镗内孔由设计手册的精镗的加工余量为0.51.32，由设计图纸得镗孔后的尺寸既为设计尺寸 189H70+0.046，精车后的内孔尺寸为 195H80+0.046Z精 195-194.903 0.097mm 1.32 故加工余量足够4插键槽5钻孔 攻丝由参考文献?机械设计课程设计?手册表9-7普通螺纹根本尺寸摘自GB/T146-1981：公称直径螺距中径小径161.515.02614.376查?机械制造工艺设计手册?表5-8镶硬金属片钻头，选择

29、型号为：d 1313.8，L 170，l 115 的钻头。 查?机械制造工艺设计手册?表5-30公制细牙机用丝锥选择如下：d tLldM16 1.5802812.53 滚齿加工用的夹具设计本夹具以内孔及端面在斜面定心机构上定心。在压板4上装有三个可摆动的压爪5，压爪5的一端通过滑柱6压在圆板7上，另一端压在盘形压板2上，旋紧螺母3，圆板7带动三个长销或楔块8向下移动，将工件定心夹紧；同时盘形压板2将工件轴向夹紧。松开工件时，借碟形弹簧1的作用，是盘形压板2和长销8向上移动，取下盘形压板2即可卸下工件。零件二维图如图3.1所示：图.1 加工大型齿圈用滚齿机夹具装配模型夹具设计大量工程经验和实践可

30、知，设计夹具时有以下根本要求：1满足使用要求，应保证工件装夹时定位可靠、夹紧牢固，并能保证精度要求。良好的结构工艺性，所设计的夹具应便于制造、装配、调整、维修、且便于加工中切屑的清理。2使用平安省力，操作方便，有利用实现优质、高产、低耗、改善劳动条件。3应尽量使用标准件、通用件、借用件等，以提高标准化、通用化、系列化的水平，降低生产本钱。在根本要求中，由于每个机床的工作方式不同，所以机床夹具又各自具备不同的特点。根据齿轮齿形的形成原理，滚齿机床和插齿机床夹具多为心轴和套筒类结构。这类夹具在设计过程中主要是保整心轴轴线及端面的垂直度要求，套筒内外圆柱面同轴度及对端面和安装基面的位置度要求。同时，保证夹具在机床上安装后定位元件工作面与机床工作台回转轴线同轴度要求，必要时还应设计找正基准。把握好这一点，滚齿机床和插齿机床夹具的设计过程就变的简单多了。本套夹具针对如图3.2的大型齿圈设计，采用定心夹紧机构，在实现准确定心的同时到达夹紧工件的目的。.2 大齿圈模型图定心夹