X6232C齿轮加工工艺及其齿轮夹具和刀具设计讲解.pdf

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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 2 1. 绪论. 3 1.1 研究背景及意义 . 3 1.2 齿轮加工相关概述 . 3 1.2.1 齿轮加工概述

2、. 3 1.2.2 夹具设计概述 . 3 1.2.3 刀具设计概述 . 4 1.3 本文的主要研究内容 . 4 2. X6232C 齿轮的加工工艺 . 5 2.1 定位基准的选择 . 5 2.2 表面加工路线的确定 . 6 2.3 工艺路线的拟定 . 6 2.4 工序设备及工艺装备 . 7 2.5 加工余量、工序尺寸和公差的计算. 7 3.夹具设计 . 9 3.1 定位基准的选择 . 9 3.2 切削力及夹紧力计算 . 9 3.3 定位误差分析 . 9 3.4 相关说明 . 10 4. 刀具设计 . 11 5.总结. 16 参 考 文 献 17 致 谢 18 1. 绪论 1.1 研究背景及意义

3、 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

4、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

5、 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，

6、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

7、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，

8、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

9、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

10、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IT810 6.33.2 B 粗车 -半精车 -精车IT78 1.60.8 内孔 A 钻-铰IT9 3.2-1.6 B 钻 -扩-铰IT89 3.21.6 端面 A 粗车 -半精车IT9 6.33.2 B 粗车 -半精车 -精车IT78 1.60.3 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 70mm外圆面外圆表面B 加工方案 3mm沟槽和 55mm处沟槽粗车 28mm内孔内孔 B 加工方案 M8 螺纹孔钻孔 -攻螺纹 右端面表面端面 B 加工

11、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82.5mm，粗车右端面。 工序：以粗车出来的外圆82.5mm及右端面定位， 粗车左端面， 粗车外圆 70mm，车沟槽32.5mm和11.57.5mm。 工序：以外圆82.5mm及右端面定位， 半精车左端面， 半精车精车外圆 70mm。 工序：以左端面及外圆70mm定位，半精车精车右端面，半精车外圆 82.5mm，

12、倒角。 工序：以左端面及外圆70mm定位，钻28mm孔，然后扩铰28mm孔， 倒角。 工序：以外圆82.5mm及右端面定位，钻M8 螺纹孔 . 工序：以287H孔及端面定位，插齿。 工序：以287H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

13、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 0 0.2 82.53 88.5 70 9h 3 76 72.5 2.5 77.5 287H 2.6 33.2 708H 3 76 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

14、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 0.860.720.86 pzp PC tSDBzK 177,18,0.42,82.26,17,45 pz Ctmm SDBz 2557 N 夹 紧 力 K WW K 0123456 KK K K K K K K K=1.2 1.21.01.2 1.31.0 1.02.25 6393 N 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0mm 0.0278mm 夹紧误差0.268mm 磨损加工误差0.005mm 夹持加工误差0

15、.01mm 定位误差 工件孔的制造公差0.021mm 0.018 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右边，符合要 求，所以取 g x=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 1ming d a tg 1ming d a= 22 101 1 2 ()cos e gf Rr m zza 0.0000001 0.00001 1ming d a=16.74536 inv 1ming d a=0.00897 88 sin 1ming d a=0.28811 87 cos 1ming d a=0.9575

16、9 47 16 保证被切 齿轮不发 生顶切的 最小变化 系数 minga x minga x= 1 1min1 () 2 g gf f zz invainvax tga 0.01 minga x=-0.50 17 验算插齿 刀在切削 将 16 项结果代入公式（参考 文献 5 式 2.4-4）中验算是否 0.001 1ming d A=74.825 齿轮时是 否发生根 切 发生根切 1 1 min 1 min ()cos 2cos gf g d g d m zza A a minmin () 2 g egdeggd z Rmfx0.001 min 39.375 egd R 22 1min1 mi

17、nmin0 sin0 g dg degdg AaRr0.001 左边 =3.9890 符合参考文献5 式 2.4-4 的要求，所以 取取 min 0.50 g x 18 原始截面 到前端面 距离 0 b 0 b= maxg d mx tga 0.1 0 b=4.8 19 厚度B B= maxmin () (3 5) gg e m xx tga 整数 B=17+（3 5） 查参考文献 5 表 2.4-3 取 B=17 20 修正后齿 形角 fg atg fg a = 1 f e tga tga tg fg a =20.17071= 20 10 15 cos fg a = 0.9386695 si

18、n fg a = 0.3448184 21 侧刃后角 c atg c a= sin fg a tg e a 0.0000001 c a=2 5 22 分圆直径fg d fg d=m g z 0.001 fg d=75 23 齿形角修 正后的基 圆直径 0 g d 0 g d = fg dcos fg a 0g d =70.400 原始截面上的齿形尺寸 24 齿顶高0e g h 0e g h= eg fm 0.01 0e g h=3.13 25 分圆弧齿 厚 0fg s 0fg s= 2 m 0.001 0fg s=3.927 26 齿全高0 g h 0g h=2 0e g h 0.01 0g

19、h=6.26 前端面上的齿形尺寸 27 齿顶高 eg h eg h= 0e g h+ 0 btg e a 0.01 eg h=3.63 28 分度弧齿 厚 fg s fg s= 0fg s+2 0 btg e atg f a 0.001 fg s=4.294 29 顶圆直径eg D eg D= fg d+2 eg h 0.01 eg D=82.26 30 根圆直径ig D ig D= eg D-2 0g h 0.01 ig D=69.74 31 前刃面齿 顶高 eg h eg h = cos eg h 0.01 eg h =3.64 32 其它结构 尺寸 查参考文献 5表 2.4-2 2.4-

20、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 e e=57.29578tg eg a 式中 eg a齿顶圆压力角 cos eg a= 0 5 g ege d Dtga 0.0000001 0.00001 1 eg a=31.78674 tg eg a= 0.6197059 e=35 30 34 齿形有效 部分起始 点展开角 y y =57.29578tg y a 式中 y a齿形有效部分起 始点压力角 tg y a=tg fg a - 10 0 (2.5) / 2sin ee gfg f mbtga da 式中 1ef 被切齿轮的原 始齿条齿顶高系

21、数 0.0000001 1 tg y a=0.1812925 y=10 23 35 有效部分 展开角 x x= e - y1 x=257 36 齿根圆压 力角 ig a cos ig a= 0 2 g ig r D ,当 0igg Dd 时，以 0g d处计算齿间宽 0.0000001 0.00001 0igg Dd，所以以 0 g d处计算 ig a=0，inv ig a=0 37 根圆齿厚 ig s ig s= ig D 0.01 ig s=5.03 () fg fig fg s invainva d 由于是基圆直径代 入，所得 ig s为基圆 齿厚 38 根圆齿间 宽 ig w ig w

22、=(11.5) ig ig g D s z 如 ig w (1 1.5) 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

23、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：化学工业出版社 ,2004.7. 5四川省机械工业局 .复杂刀具设计手册 M. 北京：机械工业出版社 ,1979.9. 6李洪.机械加工工艺手册 M. 北京：北京出版社 ,1990.12. 7艾兴,肖诗纲 .切削用量简明手册第3 版M. 北京：机械工业出版社 ,1993. 8 东北重型机械学院 ,洛阳工学院 ,第一汽车制造厂职工大

24、学.机床夹具设计 手册第二版 M. 上海：上海科学技术出版社,1994.4. 9东北工学院机械设计 ,机械制图教研室 .机械零件设计手册 M. 北京：冶金 工业出版社 ,1974.4. 10李儒荀 .刀具设计原理与计算 M. 江苏：江苏科学技术出版社,1985.5. 致 谢 时光荏苒，岁月如梭，四年的大学生涯即将结束，值此论文完成之时，谨向 所有帮助过我的老师同学和我的家人表示诚挚的谢意。 首先感谢我的指导老师XXX 老师在大学生涯即将结束之时指导了我的论文 写作工作， 毕业论文是对我大学四年学习的考验，也是总结与回顾。 自确定论文 题目伊始， XXX 老师为我倾注了大量的心血，指导我查找相关的专业文献和资 料，同时对我论文提纲的确立和后期写作提出了很多宝贵的意见。有幸在老师的 指导下完成了此篇论文，谨在此向我的指导老师XXX 老师表达我诚挚的敬意和 感激之情。 还要感谢在这四年生活中为我传道授业的老师，还有不断关心帮助我的同学 和朋友， 他们既让我学到了很多专业相关的知识，也是我学到了很多做人的知识， 正是由于他们， 我才能在各方面取得显著的进步。我还要感谢我的家人， 正是他 们的支持和鼓励给了我不断前进的动力，激励我在学习上不断拼搏进步， 取得了 今天的成绩。 感谢各位专家的批评指导