圆柱齿轮加工工艺设计

第第页圆柱齿轮加工工艺设计

3〕设计数控加工工序。例如：工步的划分、零件的定位与夹具的选择、刀具的选择、切削用量的确定等。

4〕数控编程中有关工艺问题处理。例如：对刀点、换刀点的选择、加工路径的确定、刀具的补偿。

5〕安排数控加工中的容差。

6〕处理数控机床上的部分工艺指令。

4拟定圆柱齿轮工艺路径

4.1定位基准的选择

基准面的选择是工艺规程设计的重要过程之一。基面的选择正确与否，可以是加工质量的到保证生产效率提高，否那么，不但加工工艺过程漏洞百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，使生产无法正常进行，难以在工期内完成加工任务。

定位基准有粗基准和精基准之分，通常先确定精基准，然后再确定粗基准。1〕精基准的选择

考虑要保证零件的加工精度和装夹精确方便，依据“基准重合”原那么和“基准统一”原那么，以粗加工后零件轴线为主要的定位精基准。

2〕粗基准的选择

对于零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准。而对有假设干个不加工表面的工件，那么应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作粗基准。依据这个基准选择原那么，本零件选择零件的圆柱齿轮端面为主要的定位粗基准。4.2表面加工方法的确定

依据圆柱齿轮零件图上各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，确定加工件各表面的加工方法如表4-1。

表4-1表面加工方法

4.3加工阶段的划分

1〕加工方法的选择

加工方法的选择原那么是保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。由于获得同一级精度及表面粗糙度的加工方法一般有很多，因而在实际选择时，要结合零件的外形、尺寸大小和热处理要求等全面考虑。

2〕加工方案确定的原那么

零件上比较精确表面加工，经常是通过粗加工、半精加工和精加工逐步达到的。对这些表面仅仅依据质量要求选择相应的最终加工方法是不够的，还应正确地确定从毛坯到最终成形的加工方案。

该圆柱齿轮加工质量要求较高，可将加工阶段划分成粗加工、半精加工和精加工三个阶段。

在粗加工阶段，首先将精基准预备好，使后续工序都可以采纳精基准定位加工，保证其他加工表面的精度要求，然后粗车圆柱齿轮端面外圆。粗镗齿轮内孔、拉键。

4.4工序的集中与分散

选用工序集中原那么安排圆柱齿轮的加工工序。该圆柱齿轮的生产类型为中、小批量，可以采纳万能型机床配以专用工、夹具以提高生产率，而且运用工序集中原那么使工件的装夹次数少，不但可以缩短帮助时间，而且由于与一次装夹中加工了很多表面，有利于保证各种加工表面之间的相对位置精度要求。

4.5工序顺次的安排

1〕机械加工工序

由于齿轮的传动精度主要决断于齿形精度和齿距分布匀称性，而这与切齿时采纳的定位基准，孔和端面的精度有着径直的关系，所以，这个阶段主要是为下一阶段加工齿形预备精基准，使齿的内孔和端面的精度基本达到规定的技术要求。在这个阶段中除了加工出基准外，对于齿形以外的次要表面的加工，也应尽量在这一阶段的后期加以完成。

遵循“先基准后其他”原那么：首先加工基准——圆柱齿轮左端面和内孔。

遵循“先粗后精”原那么：先安排粗加工工序，后安排精加工工序。

遵循“先主后次”原那么：先加工主要表面，后加工次要表面。

遵循“先面后孔”原那么：先加工主要表面，后加工孔。

2〕热处理工序

在加工之前，为了保证齿轮工作的牢靠性，提高其运用寿命，齿轮的材料及其热处理应依据实际的工作条件和材料的特点来选取。

齿轮主要的失效形式有齿面电蚀、齿面胶合、齿面塑性变形和轮齿折断等。

在本文的一些条件下，对齿轮材料的基本要求是：应使齿面具有足够的硬度和耐磨性、齿心具有足够的韧性，以防止齿面的各种失效，同时应具有良好的冷、热加工的工艺性，以达到齿轮的各种技术要求。

在《材料成形原理与工艺》中对齿轮材料的基本要求如下：

1〕齿面要硬,齿芯要韧；

2〕易于加工及热处理；

3〕软齿面齿轮齿面配对硬度差为30-50HBS。

因此，坯料锻坯成型后正火，进行调质，调质硬度为50~52HRC，并进行酸洗、喷丸处理。喷丸可以提高表面硬度，增加耐磨性，清除毛坯表面因脱碳对机械加工带来的不利影响。

3〕齿形的精加工阶段

这个阶段的目的，在于修正齿轮经过淬火后所引起的齿形变形，进一步提高齿形精度和降低表面粗糙度，使之达到最终的精度要求。在这个阶段中首先应对定位基准面、孔和端面进行修整因淬火以后齿轮的内孔和端面均会产生变形。假如在淬火后径直采纳这样的孔和端面作为基准进行齿形精加工，是很难达到齿轮精度的要求的。以修整过的基准面定位进行齿形精加工，可以使定位精确牢靠余量分布也比较匀称，以便达到精加工的目的。

4〕帮助工序

在粗加工后，安排中间检验工序，精加工后，安排去毛刺、清洗和

终检工序。

4.6确定工艺路径

1〕确定走刀路径和安排工步顺次

走刀路径就是刀具在整个加工工序中的运动轨迹，它不但包括了工步的内容，也反映出工步顺次。走刀路径是编写程序的依据之一。在确定走刀路径时

主要考虑以下几点：

〔1〕寻求最短加工路径，减削空刀时间以提高加工效率；

〔2〕为保证工件轮廓表面加工后的粗糙度要求，最终轮廓应安排在最末一次走刀,中连续加工出来；

〔3〕刀具的进、退刀切入与切出路径要仔细考虑，以尽量减削在轮廓切削中停刀，切削力突然改变造成弹性变形而留下刀痕，也要避开在工件轮廓面上垂直上下刀而划伤工件；

〔4〕要选择工件在加工后变形小的路径，对横截面积小的瘦长零件或薄板零件应采纳分几次走刀加工到最末尺寸或对称去余量法安排定刀路径。

2〕确定定位基准与夹紧方案

在确定定位基准与夹紧方案时应留意以下四点：

〔1〕尽可能做到设计基准、工艺基准与编程计算基准的统一；

〔2〕尽量将工序集中，减削装夹次数，尽量可能做到在一次装夹后就能加工出全部待加工表面；

〔3〕避开采纳占机人工调整装夹方案。

〔4〕夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的部位。

此外，还要记住六点定位原理，在夹具中适当的布置六个支承，使工件与六个支承接触，就可以限制工件的六个自由度，使工件的位置完全的确定。这种采纳布置恰当的六个支承点来限制六个自由度的方法，称为“六点定位”。

3〕夹具的选择

由于夹具确定了零件在机床坐标系中的位置，即加工原点的位置，因而首先要求夹具能保证零件在机床坐标系中的正确坐标方向，同时协调零件与机床坐标系的尺寸。除此之外，主要考虑以下几点：

〔1〕当零件加工批量小时，尽量采纳组合夹具，可调式夹具及其它通用夹具；

〔2〕当小批量或成批生产时才考虑采纳专用夹具，但应力求结构简约；

〔3〕夹具要开敞，其定位、夹紧机构元件不能影响加工中的走刀，如产生碰撞等；

〔4〕装卸零件要方便牢靠，以缩短预备时间，有条件时，批量较大的零件应采纳气动或液压夹具、多工位夹具。

合理地选择定位基准，对于保证零件的尺寸和位置精度有着决断性的作用。该齿轮的毛坯外形规章，采用四爪自定心卡盘中心定位即可，在加工齿轮轮齿的

时候，要用弹簧液压自定心夹具、通用夹具来装夹。

这样即可保证零件的数控加工技术要求。

4〕刀具选择

依据加工要求需选择刀具如下：

1号刀：宽2mm的硬质合金滚齿滚刀；

2号刀：4mm宽的铣刀；

3号刀：镗刀；

4号刀：车外圆刀；

钻孔：Φ17的麻花钻。

5〕确定刀具与工件的相对位置

对于数控机床来说，在加工开始时，确定刀具与工件的相对位置是很重要的，这一相对位置是通过确认对刀点来实现的。对刀点是指通过对刀确定刀具与工件相对位置的基准点。对刀点可以设置在被加工零件上，也可以设置在夹具上与零件定位基准有肯定尺寸联系的某一位置，对刀点往往就选择在零件的加工原点。

对刀点的选择原那么如下：

1、所选的对刀点应使程序编制简约；

2、对刀点应选择在简单找正、便于确定零件加工原点的位置；

3、对刀点应选在加工时检验方便、牢靠的位置；

4、对刀点的选择应有利于提高加工精度。

换刀点是为加工中心、数控车床等采纳多刀进行加工的机床而设置的，由于这些机床在加工过程中要自动换刀。

对于手动换刀的数控铣床，也应确定相应的换刀位置。为防止换刀时碰伤零件、刀具或夹具，换刀点经常设置在被加工零件的轮廓之外，并留有肯定的安全量。

6〕工艺路径的制定

综合上述分析根据由右至左、由内到外、先粗后精的原那么确定该齿轮的工艺路径如下：

齿轮毛坯加工路径：

下料→车右端面→粗车外圆→精车外圆→钻孔→粗镗孔→精镗孔→切槽→卸下掉头装夹→车左端面→检验。

齿轮的加工工序、路径及方法：

1、车。用通用车床加工出齿轮的大径，直径为42.62毫米的外圆，以及粗镗内孔。

2、检。检验是否符合要求。

3钳。大件班。给要加工的齿轮端面攻两个M10的螺孔，以便于滚齿时方

便固定。

4、滚齿。用滚刀滚出牙齿。

5、SC〔热处理〕。把滚出来的齿轮放在锅炉中进行热处理。

6、喷丸。热处理之后在进行表面处理。

7、车。车削齿轮的大面及精镗内孔、倒角。

8、磨。把车削完的大面用砂轮磨平，以便作为另一端加工的一个基准面。

9、平磨。把没有加工过的小面磨平，以便于加工。

10、车。车直径为18mm的内孔及倒角。

11、磨齿。把齿轮尖锐的地方用砂轮磨平。

12、检。交检。

13、插齿。在齿轮的内孔插齿，以便齿轮的固定。

14、钳——大件班。

15、终检。

按先主后次，先粗后精的加工原那么确定加工路径，采纳循环指令对内轮廓进行粗加工，再精加工。对刀时转速不能太快，要胆大心细，先对Z向把刀尖靠到工件右端面，输入为零，对*方向的对刀方法是试车的方法，把测量值输入到机床中，这样就完成第一把刀的对刀。调用4号刀的程序就可以加工了在车右端面的倒角时要降低进给量和切削速度，太快刀简单坏，车直径18的孔时，需要调用第二把刀，对刀的方法和第一把刀对刀方法一样，车精度高的孔的时候要保证右边有足够的余量，由于机床的精度不是很高，一般要走三四刀才能达到精度要求，三号刀在对刀的时候靠在右端面的面上，按测量刀具，选长度2输入-32

就可以把Z方向确定下来了，*方向还是采纳试切的方法，按长度1输入测量值，这样第三把刀也对好了，由于吃刀量比较大，所以进给量要小以保证不损坏刀片，在加工条件下的工件的对刀就很快了，径直按零点偏置就可以调整每把刀的偏移量，而不需要对每把刀，加快了加工的速度，提高了加工的效率。

4.7齿轮加工工步

1、齿轮右端加工工步：

工序1：下料,用切割机切Φ46的45#热轧圆钢，长度为35mm。

工序2：装夹齿轮左端加工零件右端

装夹毛坯左端，加工右端,棒料伸出卡盘外约30mm,找正后夹紧。

详细加工工步如下：

(1)用4号刀采纳G01进行零件右端面的轮廓循环粗加工。主轴转速为600r/min,每转进给F=0.2mm/r。

(2)用4号刀采纳G01进行零件右端面的轮廓循环精加工。主轴转速为800r/min,每转进给F=0.05mm/r。

2、齿轮左端加工工步：

工序3：掉头装夹零件右端加工零件左端内外型面；

卸下工件，用铜皮包住已加工过的Φ42.62mm的外圆,找正后加紧。

详细工步如下：

(1)用4号刀采纳G01进行零件左端面的轮廓循环粗加工。主轴转速为600r/min,每转进给F=0.2mm/r。

(2)用4号刀采纳G01进行零件左端面的轮廓循环精加工。主轴转速为800r/min,每转进给F=0.05mm/r。

(3)用麻花钻Φ17的麻花钻，钻中心孔，主轴转速为400r/min,每转进给F=0.05mm/r。

(4)用3号刀，镗刀，镗孔Φ18主轴转速为500r/min,每转进给F=0.05mm/r。

(5)用2号刀(宽2mm的硬质合金焊接铣刀)切键槽，主轴转速为400r/min,每转进给F=0.05mm/r，割完后暂停2秒。割槽时需开切削液。

3、齿轮加工工步

工序4：用弹簧液压夹具，通用，把齿轮毛坯夹紧夹好。

详细工步如下：

用1号刀，宽2mm的硬质合金滚齿滚刀，滚齿轮轮齿，主轴转速为500r/min,每转进给F=0.5mm/r。

4.8机床设备及工艺装备的选用

依据被加工零件的形状、材料与加工精度等条件,选用大连机床厂生产的配备FANUC0iMateTB数控系统。

机床设备选用C620卧式车床。

工艺设备：包括刀具、量具。

5齿轮程序的编制

零件的左面的加工工序：掉头车削直径18mm的孔，装夹好后校正的端面和节圆跳动在0.02mm以内，节圆校正是通过内孔校正的。

N10T04D01；

N20M4S160；

N30G00*50Z3；

N40M8；

N50Z-1；

N60G01*50F0.2；

N70G00*17Z1；

N80Z-2；

N90G01*17F0.2；

N100G00*17Z0；

N110Z-3；

N120G01*17.1F0.22；

N130Z-0.8；

N140*17Z0.3；

N150G00*17Z30；

N160T05D01；

N170M4S250；

N180M8；

N190G00*17Z1；

N200G01Z-32F0.3；

N210*17；

N220G00Z1；

N230*17.8；

N240G01Z-31.98F0.3；

N250*18；

N260G00Z1；

N270*18；

N280G01Z-19.95F0.3；

N290*18；

N300G00Z1；

N310*18；

N320G01Z-32F0.3；

N330*18；

N340G00Z1；

N350*18.01；

N360G01Z-20F0.25；

N370*18；

N380*18Z-32；

N390G00Z2；

N400*50Z10；

N410*45Z20；

N420T09D01；〔换刀〕

N430M4S250；〔变速，主轴反转〕N440M8；〔开冷却液〕

N450G00*-18.2Z2

N460G01*-18.2F0.3；〔精车第一刀〕N470G00*-18.2Z2；

N480*18.1；

N490G01Z-32F0.3；〔精车第二刀〕N500G00*18Z2；

N510M9；

N520G00*450Z550；

N530T01D01；

N540G00*460；

N550M2；

END

6切削用量、时间定额的计算

6.1切削用量的计算

该工序分四个工步，完成平面的铣削加工。只要选择合适的背吃刀量、切削速度和进给量就可以。

1、背吃刀量ap的选择

粗加工时，背吃刀量应依据加工余量和工艺系统刚度来确定。由于粗加工时是以提高生产率为主要目标，所以在留出半精加工余量后，应尽量将粗加工余量一次切除。当遇到断续切削、加工余量太大或不匀称时，那么应考虑多次走刀，而此时的背吃刀量应依次递减。

精加工时，应依据粗加工留下的余量确定背吃刀量，使精加工余量小而匀称。

2、进给量f的选择

粗加工时对表面粗糙度要求不高，在工艺系统刚度和强度好的状况下，可以选用大一些的进给量，精加工时，应主要考虑工件表面粗糙度要求，一般表面粗糙度数值越小，进给量也要相应减小。

3切削速度v的选择

切削速度主要应依据工件和刀具的材料来确定。粗加工时，v主要受刀具寿命和机床功率的限制。如超出了机床许用功率，那么应适当降低切削速度，精加工时ap和f选用得都较小，在保证合理刀具寿命的状况下，切削速度应选取的尽可能大，以保证加工精度和表面质量，同时满意生产率的要求。

切削用量选定后，应依据已选定的机床，将进给量f和切削速度v修定成机床所具有的进给量f和转速n，并计算出实际的切削速度v。转速n〔r/min〕的计算公式为：n=1000v/πd，式中d—刀具〔或工件〕的直径〔mm〕，v—切削速度〔m/min〕。

a、主轴转速

查表硬质合金外圆刀片切削速度的参考数值：

粗车一般是160r/min，精车一般是200r/min.

b、进给速度

主要依据零件加工精度和表面粗糙度以及刀具、材料性质来选取。

按表面粗糙度选择进给量：

粗车f=0.3mm/r，精车f=0.2mm/r；

粗车F=280mm/min，精车F=190mm/min。

c、背吃刀量