A齒輪零件的機械加工工藝過程及及進行滾齒加工用的夾具設(shè)計

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1、 齒輪零件的機械加工工藝過程及進行滾齒加工用的夾具設(shè)計 第一部份　　齒輪零件的機械加工工藝過程 1、定位基準的選擇 在零件的加工過程中,合理的選擇定位基準對保證零件的尺寸精度和位置度有著決定性的作用。根據(jù)工件加工要求確定工件應(yīng)限制的自由度數(shù)后，某一方向自由度的限制往往會有幾個定位基準可選擇，則提出了如何正確選擇定位基準的問題。定位基準有粗基準和精基準之分。 1.1. 粗基準的選擇原則： （1）盡量選擇不要求加工的表面作為粗基準.這樣可使加工表面與不加工表面之間的位置誤差量最小,同時還可以在一次裝夾中加工出更多的表面。 （2）若零件的所有表面都要加工,應(yīng)選擇加工余量和公差最小的表

2、面作為粗基準.這樣可保證作為粗基準的表面在加工時,余量均勻。 （3）選擇光潔 、平整、面積足夠大、裝夾穩(wěn)定的表面作為粗基準。 （4）粗基準一般只在第一到工序中用,以后應(yīng)避免重復(fù)使用。 1.2．精基準的選擇原則: 基準重合的選擇原則。盡可能的用設(shè)計基準作為定位基準,這樣可避免因定位基準與設(shè)計基準不重合而引起的定位誤差,以保證加工表面與設(shè)計基準間的位置精度。 基準同一原則.一盡可能多的表面加工都用同一個定位基準,這樣有利于保證各加工面之間的位置精度。 選擇面積大、精度較高、安裝穩(wěn)定的表面作為精基準,而且所選的基準使夾具結(jié)構(gòu)簡單,裝夾和加工方便。 綜合上面的粗基準和精基準的選擇原則,為

3、使基準同一和基準重合,齒輪加工時常選內(nèi)孔和端面作為精基準加工外圓和齒輪,用作精基準的端面和內(nèi)孔要在一次裝夾中加工出來以保證兩者之間的垂直度,但是在加工大型齒輪時可用外圓作找正基準,但此時應(yīng)保證內(nèi)孔與外圓同軸。所以加工本設(shè)計齒輪用齒輪外圓和端面作為粗基準,用內(nèi)孔和端面作為精基準。 2.、裝夾方法 在加工齒輪時在滾齒機上一般用心軸裝夾,滾齒心軸夾具 3.、加工工藝問題 (1)、基準修正 齒形表面淬火后,內(nèi)孔會受到影響而變形:一般的孔直徑會縮小0.01-0.05mm,因此淬火后應(yīng)安排精基準修正工序.修正的方法有推孔和磨孔,也可以用鏜孔。推孔是用推刀進行的,用壓力機將推刀強行從孔中間推過既可

4、。此法生產(chǎn)率較高,一般不要留推孔余量。對精度要求較高的或是淬硬后的孔、直徑大而短的孔則應(yīng)采用,磨孔工藝,磨孔必須留有磨削余量。 (2)、齒輪加工方案 保證齒輪精度是齒輪加工的主要工藝問題,輪齒的加工方案主要取決于加工精度和熱處理要求。 根據(jù)各個加工精度等級的加工方案如下: 8級以下精度的齒輪多采用:滾(插)齒→齒端加工→熱處理→修正內(nèi)孔。因熱處理后的齒面不再加工,為彌補熱處理變形,熱處理前的齒形加工精度應(yīng)比設(shè)計圖紙上的精度要求要提高一級。 6-7級精度的齒輪有兩個方案。剃-珩方案:滾(插) →齒端加工→剃齒→表面淬火→修正基準→珩齒。此方案生產(chǎn)率高、設(shè)備簡單、成本較低,一般用于6級

5、精度或熱處理變形較大時。 5級以上精度的齒輪采用的方案為粗滾(插)齒→精滾(插)齒→齒端加工→淬火→修正基準→粗磨齒→精磨齒。此方案精度最高,但成本高,生產(chǎn)率最低。 參考文獻<<金屬工藝學(xué)>>表2.3.2齒形加工方案,得出各方案所達到的齒面加工質(zhì)量如下表: 加工方案精度等級齒面的表面粗糙度Ra/mm適用范圍 成形法銑齒9級以下6.3～3.2單件小批生產(chǎn)中加工直齒和螺旋齒輪及齒條 展成法 滾齒8～73.2～1.6各種批量生產(chǎn)中加工直齒、斜外嚙合圓柱輪和蝸輪 插齒8～71.6各種批量生產(chǎn)中加工內(nèi)外圓柱齒輪、雙聯(lián)齒輪等 剃齒7～60.8～0.4大批量生產(chǎn)中滾齒或插齒后未經(jīng)

6、淬火的齒輪精加工 珩齒7～61.6～0.4大批量生產(chǎn)中高頻淬火硬齒形的精加工 磨齒6～30.8～0.2單件小批生產(chǎn)中淬硬或不淬硬的精加工 研齒0.4～0.2淬硬齒輪的齒形精加工,可有效地減小齒面的Ra 值 由設(shè)計圖紙給出的加工精度和熱處理要求確定齒輪的加工方案如下: 滾齒→熱處理→修正基準→剃齒 (3)、熱處理的安排 由設(shè)計圖紙上的技術(shù)要求,熱處理工序在工藝過程中的安排如下： 正火 調(diào)質(zhì) 表面滲碳淬火及低溫回火 ↓ ↓ ↓ 毛坯 → 粗加工 → 半精加 → 精加工 ①正火。大多數(shù)鍛件都要經(jīng)過正火處理,一般安排在毛坯制造和粗加工之間,以改善金屬的機械切削性能。

7、 ②調(diào)質(zhì)。調(diào)質(zhì)可獲得良好是機械性能,調(diào)質(zhì)后仍可用刀具進行加工,因而一般安排在粗精加工與半精加工之間,這樣有助于消除粗加工產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。 ③滲碳。經(jīng)滲碳后表層與心部含碳量相差明顯,表現(xiàn)出表面硬、耐磨和心部韌性和朔性好的特點。滲碳后的工件一般要經(jīng)過淬火和低溫回火處理,使表面層有回火馬氏體結(jié)構(gòu)和消除滲碳過程中形成的粗晶粒結(jié)構(gòu)。 ④淬火。這種方法是快速加熱使工件表層奧氏體化,不等心部組織發(fā)生變化,立即快速冷卻,表層起到淬火作用,其結(jié)果是表層獲得馬氏體組織,而心部仍然保持朔性,韌性均勻的組織,工件各部都能滿足使用要求。 ⑤低溫回火。經(jīng)過低溫回火的工件的硬度沒有發(fā)生大的變化(HRC60左右),但是

8、應(yīng)力減少了很多。 (4)、制定工藝路線 根據(jù)各表面加工要求和各種加工方法能達到的經(jīng)濟精度，確定各表面的加工方法如下： 齒坯外圓：粗車－精車； 齒坯端面：由設(shè)計圖紙上的要求，齒坯的小端面的表面粗糙度要求是1.6，而大端面的表面要求較低，但是在加工齒輪的整個過程中都要用到端面作為精基準，所以端面的加工方法為：先粗車后精車，同時也可以保證尺寸21.5； 內(nèi)孔：由于毛坯采用的是鍛造的，所以內(nèi)孔先經(jīng)過粗車，精車后再用鏜孔的方法加工以保證它的精度等級表面質(zhì)量1.6和跳動精度控制在0.056； 齒行的加工：先滾齒，精度等級還不能達到，而且熱處理后內(nèi)孔回縮小，所以要基準修配，然后在經(jīng)過精加工用鏜孔

9、的方法來保證齒形的精度等級。 綜合上面的分析，工藝路線確定如下： 序號工　　序　　內(nèi)　　容 1鍛造毛坯 2熱處理－正火 3粗車各外形 4調(diào)質(zhì) 5精車各部分 6滾齒 7齒端加工－倒角 8鉗工－去毛刺 9熱處理－齒面滲碳淬火及低溫回火處理 10鉗工－劃鍵槽加工線 11插鍵槽 12鉆通孔 13攻絲 14磨端面 15鏜孔 16剃齒 17檢驗 （5）、選擇加工設(shè)備及刀具 由于生產(chǎn)類型為大批量生產(chǎn)，故加工設(shè)備宜以通用機床為主，輔以少量專用機床。其生產(chǎn)方式為以通用機床加工專用夾具為主，輔以少量專用機床的流水生產(chǎn)線。工件在各機床

10、上的裝卸及各機床之間的傳送均由人工完成。 車床的選擇： 根據(jù)設(shè)計圖紙上的設(shè)計尺寸，最大外徑為Φ750.14加上加工余量，其直徑比較大．查＜＜機械加工工藝設(shè)計手冊＞＞一般的車床難以加工，由手冊表４-２立式車床，選擇立式車床Ｃ512-1A，其技術(shù)規(guī)格如下表： 技術(shù)指標C512 垂直度刀架加工最大直徑1250 倒刀架加工最大直徑1120 工件最大高度900 工件最大質(zhì)量（Ｔ）2 工作臺直徑1030 工作臺轉(zhuǎn)速7.5-150 刀架數(shù)量：水平 垂直 1 1 垂直刀架最大行程：水平 垂直 630 690 垂直刀架最大回轉(zhuǎn)角 40 滾齒機的選擇:

11、 由參考文獻<<機械制造工藝設(shè)計手冊>>表4-25滾齒機,選擇Y31125型滾齒機,其技術(shù)規(guī)格如下: 技術(shù)規(guī)格Y31125 加工齒輪最大直徑: 用外支架時 不用支架時 - 1250 加工斜齒輪最大直徑: 當(dāng)旋轉(zhuǎn)角為30時 當(dāng)旋轉(zhuǎn)角為60時 - - 加工齒輪最大寬度:550 加工齒輪最大模數(shù):12 加工齒輪最大螺旋角:- 滾刀最大直徑:200 滾刀心軸最大直徑:27、32、40 剃齒機的選擇: 由參考文獻<<機械制造工藝設(shè)計手冊>>選擇剃齒機Y42125,其技術(shù)要求如下表: 技術(shù)規(guī)格Y42125 加工齒輪直徑:外嚙合 內(nèi)嚙合2

12、00-1250 600 加工齒輪模數(shù)2-8 加工齒輪寬度200 剃齒刀直徑300 剃齒刀寬度- 刀架最大回轉(zhuǎn)軸 20 工件與剃齒刀的中心距140-770 鏜床的選擇: 由參考文獻<<機械制造工藝設(shè)計手冊>>選擇鏜床T616,最大加工直徑為240mm。 (6)、加工工序設(shè)計 ①、工序3粗車毛坯外圓與工序5精車外圓 查參考文獻<<金屬實習(xí)>>表9-5機械加工的工序余量,粗車的工序余量為1.5～4mm,取余量為2mm,精車的加工余量為0.2～2.5mm,取精加工精度Z =2,已經(jīng)知道毛坯外圓的加工余量為4,故粗加工余量Z =4-2=2mm由參考文獻<<機械制造加

13、工設(shè)計手冊>>立式車床的進給量f=1.5～2.0mm取f=2.0(mm/r),粗車走刀一次 a =2.0mm.由設(shè)計手冊得粗車加工的公差等級為IT13～IT11,取IT11,T=0.4mm;精加工的公差等級為IT8～IT7,取IT=0.063;所以X =754 0.2,精加工后的尺寸為752 校核加工余量Z : Z =X -X =(754-0.4)-752 =1.6<2 故余量足夠. 機床的校核: 粗車工序3:由參考文獻取粗車進給量為0.2m/r,粗車走刀一次a =2mm,由參考文獻<<機械制造工藝設(shè)計手冊>>取270r/mm,故切削速度為:V = =3.14* 7

14、54*270/1000=206 查<<機械制造技術(shù)>>表2.1得 單位切削力P=1962N/mm F =P*A =1962*0.3*2=1177.2 P = =1172*206*10 /60=4.02KW 由參考文獻得C512-1A的功率為28KW,取機床的效率為0.85則28*0.85=23.8>4.02 所以機床的功率滿足。 第二部份　進行滾齒加工用的夾具設(shè)計 2.1夾緊原理簡介 本夾具以內(nèi)孔及端面在斜面定心機構(gòu)上定心。在壓板4上裝有三個可擺動的壓爪5，壓爪5的一端通過滑柱6壓在圓板7上，另一端壓在盤形壓板2上，旋緊螺母3，圓板7帶動三個長銷（或楔塊）8向下移動，將工件定

15、心夾緊；同時盤形壓板2將工件軸向夾緊。松開工件時，借碟形彈簧1的作用，是盤形壓板2和長銷8向上移動，取下盤形壓板2即可卸下工件。零件二維圖如圖2.1所示： 圖2.1 加工大型齒圈用滾齒機夾具裝配模型 2.2夾具設(shè)計 大量工程經(jīng)驗和實踐可知，設(shè)計夾具時有以下基本要求： 1、滿足使用要求，應(yīng)保證工件裝夾時定位可靠、夾緊牢固，并能保證精度要求。良好的結(jié)構(gòu)工藝性，所設(shè)計的夾具應(yīng)便于制造、裝配、調(diào)整、維修、且便于加工中切屑的清理。 2、使用安全省力，操作方便，有利用實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗、改善勞動條件。 3、應(yīng)盡量使用標準件、通用件、借用件等，以提高標準化、通用化、系列化的水平，降低生產(chǎn)

16、成本。 在基本要求中，由于每個機床的工作方式不同，所以機床夾具又各自具備不同的特點。 根據(jù)齒輪齒形的形成原理，滾齒機床和插齒機床夾具多為心軸和套筒類結(jié)構(gòu)。這類夾具在設(shè)計過程中主要是保整心軸軸線及端面的垂直度要求，套筒內(nèi)外圓柱面同軸度及對端面和安裝基面的位置度要求。同時，保證夾具在機床上安裝后定位元件工作面與機床工作臺回轉(zhuǎn)軸線同軸度要求，必要時還應(yīng)設(shè)計找正基準。把握好這一點，滾齒機床和插齒機床夾具的設(shè)計過程就變的簡單多了。 本套夾具針對如圖2.2的大型齒圈設(shè)計，采用定心夾緊機構(gòu)，在實現(xiàn)準確定心的同時達到夾緊工件的目的。 2.2 大齒圈模型圖 定心夾緊機構(gòu)是利用定位夾緊元件的等速移動

17、或均勻彈性變形的方式，來消除定位尺寸偏差對工件定心或?qū)χ械牟焕绊?。因此，其基本類型亦可分為等速移動的定心夾緊機構(gòu)和均勻彈性變形的夾緊機構(gòu)。等速移動定心夾緊機構(gòu)的工作原理如圖2.3所示： 圖2..3等速移動定心夾緊機構(gòu)原理圖 該種定心夾緊機構(gòu)可采用左右螺旋機構(gòu)，楔塊－滑柱機構(gòu)，杠桿機構(gòu)等。 本套夾具采用楔塊－滑柱機構(gòu)的等速移動達到定心夾緊的目的，屬于等速移動定心夾緊機構(gòu)。 先設(shè)計夾具體底座，該底座應(yīng)設(shè)計成錐形，保證與楔塊的配合，實現(xiàn)等速移動并加緊的目的。如圖2.4所示。 圖2.4夾具體模型圖 然后設(shè)計夾緊機構(gòu)的其他零部件，主要零部件如下圖2.5、2.6、2.7、2.8所示：

18、 圖2.5盤形壓板模型圖 圖2.6壓爪模型圖 .. 圖2.7壓板模型圖 圖2.8滑柱模型圖 同時調(diào)用已有的標準件，將所有零件進行裝配，便可得到加工大型齒圈用滾齒機夾具裝配體，如下圖2.9所示： 圖2.9 夾具模型 3 滾齒液壓波形脹緊夾具設(shè)計 3.1夾緊原理簡介 如圖3.1所示，該夾具為工件以內(nèi)孔、端面在墊片6和波形脹緊套5上定位，當(dāng)拉桿下移時，拉桿即壓縮波形脹緊套3，從而將工件定心并脹緊。 圖3.

19、1滾齒液壓波形脹緊夾具 3.2夾具設(shè)計 本套夾具針對如圖3.2的齒輪設(shè)計，同樣采用定心夾緊機構(gòu)，在實現(xiàn)準確定心的同時達到夾緊工件的目的。 3.2 大齒圈模型圖 與上套夾具類似，同為定心夾緊機構(gòu)，其不同之處就在于上套采用等速移動的定心夾緊機構(gòu)，而本套則采用均勻彈性變形的定心夾緊機構(gòu)。 均勻彈性變形定心夾緊機構(gòu)有彈性夾頭、彈性薄壁夾盤(鼓膜夾盤)、蝶形彈簧片夾具、薄壁套筒－液性塑料夾具（液性塑料定心夾具）、波形脹緊套等。 該夾具采用波形脹緊套定心夾緊，多用于齒輪、環(huán)、套筒等類零件的精加工。其特點時夾緊力均勻、定心進度高，可達到直徑0.01mm，一般可穩(wěn)定在直徑0.02mm以內(nèi)。并且

20、結(jié)構(gòu)簡單，使用壽命較長，（每裝夾10000次后定心精度只降低直徑0.001mm），正因為機構(gòu)簡單，精度高，壽命長，所以設(shè)計也較為方便，主要零件如圖3.3所示： 3.3波形脹套模型圖 夾具體是夾具的重要組成部分，夾具的其他元件都在夾具體上放置，還要使放置在其上的其他零件能夠拆卸，保證零件相互之間的位置關(guān)系。夾具體必須要具備有足夠的強度和剛度，結(jié)構(gòu)要簡單、緊湊、輕便，體積小，還要安裝穩(wěn)定牢靠，便于制造、裝配和檢驗等特點。因此，夾具體在夾具設(shè)計中也顯得非常重要。圖3.4給出了本套夾具的夾具體模型圖。 3.4夾具體模型圖 根據(jù)需要設(shè)計零部件尺寸，并根據(jù)《機床夾具設(shè)計手冊》選擇波形脹緊套夾具結(jié)構(gòu)尺寸，裝配完成如圖3.5所示： 3.5波形脹緊套夾具模型圖