倒挡齿轮端面加工解读

1、摘要齿轮是机械传动中应用极为广泛的零件之一。齿轮，汽车行业主要的基础传动元件，通常每辆汽车中有1830个齿轮，齿轮的质量直接影响汽车的噪声与平稳性以及使用寿命。汽车变速器齿轮起着改变输出转速传递扭矩的作用，所以加工齿轮的要求相对要严格一些。变速器倒挡齿轮应具有经济精度等级高，耐磨等特点，以提高齿轮的使用寿命和传动效率，齿轮在工作时传动要平稳而且噪声要小，结合时冲击不宜过大。根据齿轮不同的技术要求选择不同的加工路线。包括如何去选取毛坯的锻造方法，和毛坯的加工余量及毛坯的公差，工艺路线的制定，相关工序的机床夹具量具的选取，工艺尺寸公差，位置公差，以及粗糙度的选取，同轴度和垂直度的选取。关键词：齿轮

2、毛坯设计，加工工艺路线，工艺性分析，加工的余量及其公差，装夹夹具，量具，加工机床。AbstractMechanicaltransmissiongearisextremelyextensiveonepart.Gear,automotiveindustry,mainlyonthebasisofthetransmissionelement,usuallyeverycarin18to30gears,geardirectlyaffectthequalityofthenoiseandthecar'sstabilityandservicelife.Automobiletransmissiongear

3、changeoutputspeedtransmissiontorqueplaysarole,itrequiresworkinggeararerelativelystringent.Transmissionreversegearshouldhaveeconomichighlevelofaccuracy,wearcharacteristics,inordertoimprovetheservicelifeandefficiencyofthetransmissiongear,thegeardriveatworktohaveasmoothandnoisetobesmall,theimpactisnott

4、oolargewhencombined.Choosedifferentprocessingroutesbasedondifferenttechnicalrequirementsgears.Includinghowtoselectthemethodofforgingblank,blankandblankallowancesandtolerances,processroutedevelopment,jigsandfixturesrelatedtotheprocessofmeasuringtheselectionprocessdimensiontolerance,positiontolerance,

5、aswellastheselectionoftheroughness,concentricityandverticalDegree.Keywords:gearblankdesign,processroute,processanalysis,processingmarginandtolerances,clampingfixtures,measuringtools,machinetools.目录摘要IAbstract11绪论IV第一章齿轮零件的分析11.1 零件图（零件的正面剖视图和俯视图）11.2 零件的作用21.3 图纸的完整性的准确性21.4 零件技术要求分析31.5 零件的结构工艺性分析3

6、1.5.1 零件结构31.5.2 结构工艺性分析31.5.3 零件表面硬度分析41.6 零件生产纲领41.7 零件生产类型4第二章毛坯的选择和制造方法52.1 毛坯的选择原则52.2 毛坯的制造方法62.3 毛坯的形状及加工总余量7第三章定位基准的选择93.1 定位基准93.2 粗基准103.3 精基准10第四章加工工艺路线的制定及工艺装备的选择114.1 表面加工方法的选择114.2 确定加工工艺路线114.3 设备及工艺装备的选择134.3.1 设备的选择134.3.2 工艺装备的选择13第五章加工余量、尺寸及公差155.1 工序加工余量15第六章切削端面165.2 切削78mm面165.

7、3 切削105mm面175.4 编辑工序卡片18结论20致谢21参考文献22绪论随着中国汽车业的飞速发展，汽车的需求量也日益增加。而齿轮最为汽车上不可缺少的部分，其需求量自然而然的随之增加，近年来，中国齿轮行业快速发展，行业规模不断扩大，齿轮行业已成为中国机械基础件中规模最大的行业。本次论文设计的内容是齿轮中的倒挡齿轮的加工，汽车上正是有了倒挡齿轮，汽车的操作方式才有了更多的变化，因此倒挡齿轮的作用非常重要。本次毕业设计研究的主要内容围绕如何加工出倒挡齿轮而展开，步骤包括对生产纲领的确定、倒挡齿轮零件的分析、齿轮毛坯的确定、工艺规程的制定、磨内孔工具的确定以及在加工过程中各种机床、夹具的选择。

8、同时由于齿轮是一个较复杂的几何体，加工过程较为复杂，加工精度难以确定。因此如何确定齿轮的精度等级以及依据其精度等级确定相关控制参数的公差值，是齿轮设计的关键所在。传统的设计方法是依据经验用类比法，结合查表及大量繁杂的公式计算。这样的方法工作量大，且很难保证齿轮精度设计的合理性。因此需要借助计算机辅助软件对其进行计算，对齿轮精度的设计及其相关的数据进行计算机处理，使齿轮精度的设计达到快速、准确。同时将计算出的数据在CAD图纸上进行标注，这样才能制定出正确的加工工艺及程序，制造出合格的产品第一章齿轮零件的分析1.1 零件图（零件的正面剖视图和俯视图）-3n酰2,5口1口5L图1-1倒档齿轮主视图1

9、280图1-2倒档齿轮截面图1.2 零件的作用汽车变速器倒挡齿轮是汽车变速器齿轮组合中众多齿轮之一，起着改变转向，传递扭矩，实现汽车的反向行驶。使汽车的变速器到设置的倒挡来实现汽车的倒挡行驶1.3 图纸的完整性的准确性本零件各表面加工并不困难，齿轮零件图的尺寸由两个剖视图组成，分别为齿轮正面剖视图以及零件俯视图。视图完整、尺寸、公差都必须得到保证，因为关系这后续的工艺和成型齿轮的尺寸。零件内、外轮廓描述清楚完整，零件图的粗实线、细实线、点化线的线型均符合于国家标准。有利于加工时的数据分析和计算1.4 零件技术要求分析零件图的尺寸比较多，但尺寸的标注必须多而不乱，这样有利于后续的工序。图纸当中有

10、对齿面粗糙度和孔面粗糙度的要求为3.2,齿部热处理45-52HRC,齿圈经向跳动公差为0.08mm。还有一些技术要求，如还有一些技术要求，倒角为c2.5、未标注为1*45度,零件表面光洁等。1.5 零件的结构工艺性分析1.5.1 零件结构本零件是一个双连齿轮零件，该零件是由两个不同齿廓组成，一个为m=4z=17的齿廓，一个为m=5z=19的齿廓，由640mm勺圆柱连接在一起。零件中有620mm勺孔和宽6mm勺键槽。1.5.2 结构工艺性分析零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下，制造的方便性，可行性和经济性。即零件的结构应方便加工时工件的装夹、对刀、测量，结构越简单，工艺性越好

11、。结构形式应尽量简化，同时提高切削效率。根据零件的外形尺寸105X100mm,所以选择110X105mm的毛坯。钻孔结构相对简单，选择合适的转速和进给速率，就可以将此结构做出，为了便于装配零件并去掉毛刺，轴端应做出45°的倒角。1.5.3 零件表面硬度分析硬度表示材料抵抗硬物压入其表面的能力，它是金属材料的重要性能指标之一，一般硬度越高，耐磨性越好。调质45-52HRG该钢具有较高的硬度和耐磨性，淬火时变形较小，具有良好冲裁能力，使用时进行热处理。1.6 零件生产纲领汽车生产企业在计划期内（常指一年）生产的汽车总量称为汽车产品的生产纲领（Q汽车零件的年生产纲领N可按下式计算N=Qn（

12、1+a%+b%）式中N-汽车零件的年生产纲领（件/年）；Q-汽车产品的年生产纲领（台/年）；n-每台汽车产品中该零件的数量（件/台）；Q%-汽车零件的备品率，是指用于维修的备品件数占装车件数的比例；b%-汽车零件的废品率，是指废品件数占投入生产件数的比例。生产纲领的大小对生产组织形式和零件加工过程契合重要的作用，它决定了生产的规划及工序的专业化和自动化程度，决定了所选应用的工艺方法和工艺装备。倒挡齿轮零件的年产量为50000件/年，结合生产实际，具备品率为10%废品率为1%根据零件生产纲领计算公式可得：N=Qn（1+a%+b%）;=50000（1+10%+1%）;=55500件/年;1.7 零

13、件生产类型生产类型通常按照汽车零件的年生产纲领，及生产企业的生产专业化程度，把汽车零件的生产类型划分为单件生产、成批生产（每批生产的数量称为批量）和大量生产三红类型。三种生产类型的特点如下：单件生产：生产的汽车零件种类繁多，每种产品的产量很少，而且很少重复生产。成批生产：分批地生产相同的汽车零件，生产呈周期性重复。大量生产：产量大、品种单一，企业工作场地长期重复地进行某个汽车零件的某一道工序的加工。由上面的汽车变速器倒挡齿轮的年生产纲领和汽车倒挡齿轮的品种单一得出结论：汽车变速器倒挡齿轮生产类型采用大量生产。第二章毛坯的选用2.1 毛坯的选择方法选择毛坯时应该考虑如下几个方面的因素。(1)零件

14、的生产纲领零件的工艺性(3)零件的结构形状和尺寸(4)现有的生产条件在设计汽车变速器倒挡齿轮时，常用的加工材料有；20CrMnTi、20CrMo20CrMnVB40Cr、40MnB45号钢等，在本次设计中选用20CrMnTi。20CrMnTi是渗碳钢，渗碳钢通常为含碳量为0.17%U0.24%的低碳钢。汽车上多用其制造传动齿轮。具淬透性较高，在保证淬透情况下，具有较高的强度和韧性，特别是具有较高的低温冲击韧性。20CrMnTi表面渗碳硬化处理用钢。良好的加工性，特加工变形微小，抗疲劳性能相当好。硬度低但切削变形小，属于易加工材料。从材料角度看，符合此零件加工的基本要求，切削加工性好。20CrM

15、nTi是一种应用广泛、用量很大的合金钢，是性能良好的渗碳钢，淬透性较高，经渗碳淬火后具有硬而耐磨的表面与坚韧的心部，具有较高的低温冲击韧性，焊接性中等，正火后可切削性良好。用于制造变速器的齿轮、齿圈等。毛坯尺寸通过确定加工余量后决定。2.2 毛坯的制造方法锻造是一种利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形以获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸锻件的加工方法，锻压(锻造与冲压)的两大组成部分之一。通过锻造能消除金属在冶炼过程中产生的铸态疏松等缺陷，优化微观组织结构，同时由于保存了完整的金属流线，锻件的机械性能一般优于同样材料的铸件。相关机械中负载高、工作条件严峻的重要零件，除形状较简单的

16、可用轧制的板材、型材或焊接件外，多采用锻件。铸造是指将室温中为液态但不久后将固化的物质倒入特定形状的铸模待其凝固成形的加工方式。其优点为：可以生产形状复杂的零件，尤其是复杂内腔的毛坯；适应性广，工业常用的金属材料均可铸造，几克到几百吨；原材料来源广，价格低廉，如废钢、废件、切屑等；铸件的形状尺寸与零件非常接近，减少了切削量，属于切削加工；应用广泛，农用机械中40%70%机床中70%80的重量都是铸件。缺点为：机械性能不如锻件，如组织粗大，缺陷多等；砂型铸造中，单件、小批量生产，工人劳动强度大；铸件质量不稳定，工序多，影响因素复杂，易产生许多缺陷。冲压，是靠压力机和模具对板材、带材、管材和型材等

17、施加外力，使之产生塑性变形或分离，从而获得所需形状和尺寸的工件（冲压件）的成形加工方法。冲压件与铸件、锻件相比，具有薄、匀、轻、强的特点；具缺点为只有在冲压件生产批量较大的情况下，冲压加工的优点才能充分体现，从而获得较好的经济效益的。但随着板料强度的提高，传统的冷冲压工艺在成型过程中容易产生破裂现象，无法满足高强度钢板的加工工艺要求。通过上诉锻件、铸件、冲压件的制造方法及优缺点对比，可知铸件的结构组织没有锻件的紧密，塑性与力学性能差与锻件。冲压件虽然具有薄、匀、轻、强等优点，但是其不符合对于齿轮要求，所以最终选择的毛坯制造方法为锻造。2.3 毛坯的形状及加工总余量毛坯外形0E己©11

18、1图2-1毛坯总余量主要面尺寸零件尺寸毛坯余量毛坯尺寸76外圆78682105外圆10551114040040100长100610615厚15318表2-2由于现在毛坯制造技术及成本的限制，以及产品零件的加工精度和表面质量要求越来越高，所以，毛坯的某些表面仍需留有一定的加工余量，以便通过机械加工达到零件的技术要求。毛坯尺寸与零件样图上的尺寸之差称为毛坯余量。毛坯的形状和尺寸主要由零件组成表面的形状、结构、尺寸及加工余量等因素确定，应尽量与零件相接近，力求达到少或无屑加工，以减少机械加工的劳动量。所以确定了上述的毛坯形状以及毛坯尺寸。第三章定位基准的选择3.1 定位基准合理地选择工件的定位基准是

19、制定机械加工工艺过程时需要解决的一个十分重要的问题。它不仅影响加工顺序的安排，而且影响加工质量、成本乃至生产率。3.2 粗基准在机械加工工艺过程刚开始时，粗基准的使用是不可避免的。在选择的时候需要遵循的原则有以下几个。(1)保证位置精度的原则(2)保证余量足够的原则(3)保证余量均匀的原则(4)保证金属切除量最下的原则(5)不重复使用的原则在选择粗基准时，除了要遵循上述的原则之外，所选的基准面应平整、光洁。但在实际应用时，往往难于兼顾，甚至可能出现相互矛盾的情况。这时，应该通盘考虑，具体分析，灵活运用，确保最主要的要求。3.3精基准已经加工过的定位基面所体现的定位基准，称为精基准，用精基准定位

20、比用粗基准定位有利于保证加工质量。选择精基准时，要遵循下面的一些原则。(1)基准重合的原则(2)基准统一的原则遵循这一原则，就是要在尽量多的工序中，选用相同的定位基准(3)互为基准的原则对于位置精度要求较高的两个表面，应相互作为精基准，交替使用，反复加工，以保证这两个表面间的位置精度及加工余量均匀(4)自为基准的原则对于要求加工余量小而均匀精加工工序，应选择加工表面本身为定位基准。第四章加工工艺路线的制定及工艺装备的选择4.1表面加工方法的选择(1)齿圈外圆面：为标注公差尺寸，根据GB1800-97规定其公差等级为IT14,表面粗糙度为Ra3.2卜m,需要粗车、半精车。(2)40nlm外圆面：

21、为标注公差尺寸，根据GB1800-97规定其公差等级为IT14,表面粗糙度为Ra3.2pm需要粗车、半精车。(3)20nlm内孔：公差等级为IT7,表面粗糙度为Ra3.2仙m加工方法选用钻、粗较、精钱。(4)端面：本零件的端面为回转体端面，尺寸精度、表面粗糙度没有要求，只需要粗车即可。(5)齿面：齿轮模数分别为4、5,齿数分别为17、19。精度都为8GK用铳刀铳齿即可。(6)键槽：槽宽和槽深的公差等级分别为IT9和IT12,需要粗插键槽、精插键槽。4.2确定加工工艺路线加工路线的的拟定，为了保证达到零件的几何形状、尺寸精度、位置精度及各项技术要求，必须制定合理的工艺路线。制定工艺路线的出发点，

22、应当是使零件的几何形状、尺寸精度、位置精度的技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已确定为大批量生产的条件下,尽量使工序集中，来提高生产效率。除此之外，还应考虑经济效果，以降低生产成本。变速器倒挡齿轮的加工工艺路线一般是先进行毛坯的加工，然后在进行齿面的加工。齿批加工包括圆柱表面及端面的加工，按照先加工基准面及先粗后精的原则，齿坯加工可按照下述工艺路线进行：工艺路线方案一：工序10:毛坯进行正火热处理工序20:粗车各外圆及各端面工序30:钻孔620mm工序40:粗绞620mm工序50:调质工序60:精绞620mm工序70:半精车外圆1105mm678mm640mnii各端面工序80:铳齿轮工序9

23、0:粗插键槽工序100:精插键槽工序110:高频淬火工序120:修正工序130:终检工艺方案二：工序10:毛坯进行正火热处理工序20:铳平面工序30:钻孔工序40:粗绞工序50:粗车各外圆工序60:调质工序70:半精车外圆1105mm678mm640mnii各端面工序80:精绞620mm工序90:粗插键槽工序100:精插键槽工序110:铳齿轮工序120:高频淬火工序130:修正工序140:终检工艺方案比较分析：第二条工艺路线，不同于第一条工艺路线是把平面铳出来，并将孔与外圆柱面的加工进行了互换，其它的先后顺序均没有变化。零件的基准有所变化，第一条工艺路线，直接车出端面，有利于保证精度减小误差，

24、节省拆装时间；再者先加工孔，确定了精基准，符合基准重合原则，有利于提高其他部分的加工精度。第二条工艺路线，增加了铳平面，要换床，拆装过程中会产生误差，先加工外圆柱面再加工孔，改变了精基准，以外圆柱面为精基准，违反了基准重合原则。从保证精度的前提下，选择第一条工艺路线进行生产。4.3设备及工艺装备的选择4.3.1设备的选择选择设备时，要遵循以下的原则。(1)设备的工作区域尺寸应该与工件的轮廓尺寸相适应。(2)设备的加工精度、功率、刚度及切削用量范围应该与工件工序的加工性质相适应(3)设备的生产率应该与加工零件的生产类型相适应(4)要充分利用现有的设备(5)合理选用数控机床、加工中心等先进制造设备

25、和成组加工。设备确定后，有时还需根据其负荷率对工艺路线进行修订，对工序的内容进行相应的调整。4.3.2工艺装备的选择工艺装备包括机床、夹具、切削工具和检量具等，工艺装备的选用不仅影响工件的加工质量和生产效率，而且会影响工序的经济效益。(1)量具的选择；正确合理的选用量具是保证产品零件质量的重要条件之一。但选择量具要考虑多方面的因素。例如，测量误差和加工误差之间的分配，被测对象的精度要求，结构尺寸的大小、形状、重量和所用的材料，加工的工艺条件、批量、使用测量器具的精确度和经济性等等。因此选择量具是一个比较复杂的问题。要正确合理地选用量具，必须根据实际情况进行具体分析。本次设计以保证测量精度为前提

26、，并考虑经济，操作使用方便等问题，并根据大批量生产类型，所以选择高生产率的专用检查仪。（2）刀具的选择；主要取决于各工序所采用的加工方法、工件材料、加工精度、生产率和经济性等，尽量选用标准刀具。20CrMnTi属于易加工合金钢，硬度较低，各种机床所带有的通用刀具就可以满足加工需求。（3）夹具的选择；数控加工的特点对夹具提出了两个基本要求，一是保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定；二是要能防调零件与机床坐标系的尺寸。除此之外，重点考虑以下几点。1 .单件小批量生产时，优先选用组合夹具、可调夹具和其他通用夹具，以缩短生产准备时问和节省生产费用。2 .在成批生产时，才考虑采用专用夹具，并力求结

27、构简单。3 .零件的装卸要快速、方便、可靠，以缩短机床的停顿时问。4 .夹具上各零部件应不妨碍机床对零件各表面的加工，即夹具要敞开，其定位、关紧机构元件不能影响加工中的走刀（如产生碰撞等）。5 .为提高数控加工的效率，批量较大的零件加工可以采用多工位、气动成液压夹具。此外，为了提高数控加工的效率，在成批生产中还可以采用多位、多件夹具。在此零件的加工过程中，除了滚齿，插齿与各个面的磨削加工需要设计专用的夹具外，其他加工工序只需要通用夹具即可（如三爪第五章加工余量、尺寸及公差各主要加工面的工序余量用查表法和经验估算法综合确定。因毛坯总余量已由毛坯在设计阶段定出，故粗加工工序余量减去精加工，半精加工

28、余量之和而得出。工序尺寸由后续加工的工序尺寸加上名义工序余量简单求得。工序加工余量（余量）工序尺寸IT公差粗车678mms面3mm103mm11+0.220粗车678mn#圆3.9mm78.1mm13+0.460粗车440mmz卜圆4mm41mm13+0.390粗车778mms厚15mm2mm16mm11+0.110粗车1105mms面2mm101mm11+0.220粗车1105mn#圆3.9mm107.1mm13+0.540粗车1105mmS厚15mm2mm16mm11+0.110钻孔220mm18mm18mm130-0.33粗绞220mm1.94mm19.94mm100-0.084精绞22

29、0mm0.06mm20mm8+0.0270半精车外圆678mm端面0.5mm100.5mm9+0.0870半精车外圆678mm1.1mm78mm100-0.12半精车外圆640mm1mm40mm100-0.1半精车力78mms厚15mm1mm15mm9+0.04301相车外圆山105mniS面1mm100mm9+0.0870半精车外圆山105mm2.1mm105mm10+-0.14半精车6105mms厚15mm1mm15mm9+0.0430粗拉键槽5.6X2.45.6X2.4精拉键槽0.4义0.46X2.81 .1工序加第六章切削端面6.1切削78mmi面(1)切削深度单边余量Z=3mm分4次

30、切削，每次1mm第一刀走空刀)(2)刀具的选择，型号为MCLNL2525M12N95°复合压紧式克转位左偏外圆车刀)(3)刀片的选择，信号为CNMG120404FLCJ800菱形刀片)刀尖半径为0.4mm(4)车床的选择，型号为CA620-1.5 5)2.进给量f根据切削用量简明手册(以下称简明手册)表1.4当刀f=0.50.7mm/r按CA620-1车床说明书(见切削手册表1.30),取f=0.5mm/r(6)确定机床主轴转速ns1000vcc一dw1000*108.676二:455(r/min)按照机床说明书(见工艺手册表4.2-8)与455r/min相近的机床转速为450及50

31、0r/min，现取nw=450r/min。如果选nw=500r/min,则转速损失太大，所以主轴切削速度v=450r/min工序过程如下：(1)第一次走刀，走空刀所有刀具与毛坯没有接触，毛坯尺寸为106mm(2)第二次走刀，走刀深度为z=1mm所以剩下的毛坯尺寸为105mm(3)第三次走刀，走到深度为z=1mm剩下的毛坯尺寸为104mm(4)第四次走刀，走刀深度为z=1mm剩下的毛坯尺寸为103mm(5)刀具返回原位，取下毛坯检查是否合格。(6)重新装夹毛坯为后续工序作准备。6.2切削105m嘲面(1)切削深度单边余量Z=3mm分4次切削，每次1mm第一刀走空刀)(2)刀具的选择，型号为MCL

32、NL2525M12N95°复合压紧式克转位左偏外圆车刀)(3)刀片的选择，信号为CNMG120404FLCJB00菱形刀片)刀尖半径为0.4mm(4)车床的选择，型号为CA620-1.(5)2.进给量f根据切削用量简明手册(以下称简明手册)表1.4当刀f=0.50.7mm/r按CA620-1车床说明书(见切削手册表1.30),取f=0.5mm/r(6)确定机床主轴转速ns1000vcc一dw1000*108.676二:455(r/min)按照机床说明书(见工艺手册表4.2-8)与455r/min相近的机床转速为450及500r/min，现取nw=450r/min。如果选nw=500r

33、/min,则转速损失太大，所以主轴切削速度v=450r/min工序过程如下：(1)第一次走刀，走空刀所有刀具与毛坯没有接触，毛坯尺寸为103mm(2)第二次走刀，走刀深度为z=1mm所以剩下的毛坯尺寸为102mm(3)第三次走刀，走到深度为z=1mm剩下的毛坯尺寸为101mm(4)第四次走刀，走刀深度为z=1mm剩下的毛坯尺寸为100mm(5)刀具返回原位，取下毛坯检查是否合格。6.3编辑工序卡片表6-1工艺卡生产区设备名称卧式铳床编号CA620-1夹具名称三爪卡盘编号具名称编号工具名称扳手编号工位器具名称工作台编号6-2工序卡编号装夹工步内容主轴转速(r/min)进给次数切削速度(m/min)进给量(mm/min)切削深度(mm刀具、刀辅具代号名称双顶针01粗车76m邮面450r/min40.5402粗车105m邮面450r/min40.5403040506编制会签粗车传动轴外圆XX机械零件加工厂校对机械加工工序卡审核标准化版本标记共1页O3213-7标记处数更改单号签名日期批准B3第1页结论此次毕业设计是在我们掌握了相关基础课程如：理论力学、材料力学、零件设计和制造及专业课程如：零件构造、零