齿轮加工工艺说明书

第一章 零件的分析

1.1零件的工作状态及工作条件

汽车行驶时，齿轮始终在重载荷、高转速中工作。在换挡时，还承受冲击载荷，所以要求齿轮具有较高的耐磨性和抗冲击性。在齿轮加工中，为保证齿轮能满足以上要求，应对齿轮在滚齿之后采取磨齿，对齿轮的热处理应采用渗碳淬火，在最终加工中还应采取磷化处理以提高齿轮的防腐性能。

第五速齿轮从结构上来分析属于多联齿轮，由结合齿和传动齿组成。为使润滑用能充分的起到润滑作用，在齿轮钻出3个油孔。换挡时为减少齿轮的冲击，在齿轮大端加工出四个止口。

1.2零件的技术条件分析

齿轮加工分为齿坯和齿轮轮齿加工。齿轮的加工部位有轮缘、轮辐、轮毂和内孔。齿坯的加工精度对齿轮的加工、检验和装配精度影响很大，所以其加工精度应满足GB10095-88的要求。

齿轮轮齿的加工部位有齿形和倒角，同时还要进行热处理，以提高承载能力和使用寿命。热处理后还要进行内孔、内孔端面的磨削加工和齿形的精整加工。

综上所述，零件的技术条件主要分以下两种： 1.零件的表面粗糙度和加工精度

如零件图所示：齿面的粗糙度Ra 0.8，加工精度IT5~IT6; 齿轮内孔尺寸?025

.00

30+,由于齿轮与第二轴上的轴承有配合要求，故其不仅加工经济公差等级比

较高而且其表面粗糙度为Ra 0.4。

一般载货汽车变速器和拖拉机变速箱齿轮的精度一般是6到7级精度，表面粗糙度不大于Ra 3.2. 2.各表面间的位置精度

如零件图所示，零件的D 、E 、F 面三处具有形位公差要求；

D 面对于定位基面φ029.001.070++的定位基准垂直度为0.015，平面度为0.01；

E 面对于内孔的定位基准的垂直度为0.05，端面的平面度为0.01；

F 面对于内孔的定位基准的垂直度为0.03；

1.3零件的其它技术要求

1.未注明倒角1X45○

2.应除去加工时产生的毛刺，夹角平滑。

3.强力喷丸处理（磨齿后）。

4.热处理：渗碳淬火表面硬度650~800HV;以大端齿根部为准，渗碳层厚度为0.4~1.0mm；心部硬度513HV。

5.表面电镀磷化处理。

1.4零件的材料及其加工性

20CrMnTi是应用广泛，用量很大的一种合金结构钢，用于制造汽车中载或重载、冲击耐磨且高速的各种重要零件，如齿轮轴、齿圈、齿轮、十字轴、滑动轴承支撑的主轴、蜗杆、爪牙离合器。

20CrMnTi是渗碳钢,渗碳钢通常为含碳量为0.17%-0.24%的低碳钢。汽车上多用其制造传动齿轮。是中淬透性渗碳钢中Cr Mn Ti 钢,其淬透性较高,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,加工变形微小,抗疲劳性能相当好。用途:用于齿轮,轴类,活塞类零配件等。用于汽车,飞机各种特殊零件部位。

对于汽车变速箱第五速齿轮而言其毛坯可以采用20CrMnTi, 其力学性能如下：

抗拉强度σb (MPa)：≥1080(110)

屈服强度σs (MPa)：≥835(85)

伸长率δ 5 (％)：≥10

断面收缩率ψ (％)：≥45

冲击功Akv (J)：≥55

冲击韧性值αkv (J/cm2)：≥69(7)

硬度：≤217HV

加工性

综合所述，第五速齿轮的毛坯选择20CrMnTi的锻造件。

1.5零件尺寸标注分析

齿坯的加工部位有轮缘、轮辐、轮毂、内孔，齿轮的轮齿加工部位有齿形及倒角。尺寸链的建立主

要依靠内孔的轴线和大小端端面。以钻油孔为例，其工序基准是小端端面，工序尺寸是13.5mm;以精车

小端外圆为例，其应保证的工序尺寸是Φ1.03

.05.94--，其工序基面是内孔，工序基准是齿轮的轴线； 1.6检验说明

在第五速齿轮的加工过程中，要进行如下的检验：齿坯加工后的检验，热处理后的检验和最终检验。前两项为中间检验，是针对各加工项目进行的；最终检验是作全面的检查。为了保证检验准确，检验前工件要清洗干净。

齿坯的检验：齿坯的加工质量，在很大程度上影响齿轮的加工质量，尤其是对定位基准，要仔细的检查齿轮加工完后的精度和表面粗糙度。不合格的齿坯不能流到下一道工序。成批生产时，一般要全部检查，大量生产时，齿坯质量稳定时可做部分抽检。

齿轮热处理后的检验：对于有些齿轮热处理后要进行检查以便找出热处理时齿面的变形规律，以确定热处理前切齿的技术要求。

齿轮的最终检验：齿轮精度的验收可根据齿轮副的使用要求和生产规模，按GB10095中的规定在各公差组中，任选一个检验组来检验。

1.7零件工艺分析

由于齿轮用途的特殊性，零件的部分加工面精度要求较高，所以从齿轮的尺寸和形状位置要求来看主要保证工件的表面粗糙度和各表面的位置关系。

对于齿轮的端面、外圆，内孔的粗加工及半精加工可采用数控车床进行加工。对于粗糙度要求较高的内孔和端面一般采用精磨便可达到设计要求。

在最终加工时采用强力喷丸机及电镀磷化处理以提高齿轮的强度和使用寿命。

第二章 齿轮毛坯的设计

2.1毛坯种类的确定

毛坯的种类决定零件的材料、形状、生产性质及生产中获得的可能性。对于汽车传力齿轮的毛坯而言其结构相对而言比较简单，故一般采用模锻件，当孔径大于25mm ，长度不大于孔径的两倍，内孔一般直接锻出。另外作为变速器齿轮在工作过程中要求承受的作用，所以要使毛坯内部纤维对称于轴线，以提高材料的强度，故采用胎锻毛坯，则工件中的止口可以在锻造过程中直接锻造成型。

2.2毛坯的工艺要求

2.2.1毛坯加工余量与公差

参考《金属机械加工工艺人员手册》第五章加工余量中的毛坯的机械加工余量的相关信息，对于此次第五速齿轮的轴向加工余量选取如下：

查表2.2-11胎膜锻件加工余量与公差（JB4250.3-86）

a=5

.10.10.4+-mm b=0.20.10.4+-mm c=0.25.10.6+-mm

止口的余量为 5

.10.10.4+- 特殊要求：

1．错差不大于1.00mm ； 2. 表面缺陷不大于1.00mm ； 3．残余飞刺不大于1.00mm ；

技术要求：

1.未注明拔模角为3；

2．未注明圆角为R2；

3．尺寸按交点注；2.2.2拔模斜度

2.2.3圆角半径

为了便于金属在型槽内流动和考虑模锻强度，在模锻件的转角处，应该带有适当的圆角，生产上把锻件的凸圆角半径称为外圆角半径R，凹圆角半径称为内圆角半径R。经查表外圆角半径选取R1，内圆角半径选取R2。

第三章工艺规程设计

3.1工艺路线的制定

3.1.1加工方法的选择

齿轮的加工工艺路线的选择应考虑到零件材料的可加工性、工件结构形状和尺寸以及各种加工方法所能达到的经济精度等级。

加工表面技术要求是决定表面加工方法最重要的因素。这些技术要求零件设计图样上所规定以外，

还包括基准不重合而提高对某些表面加工要求，以及选择作为精基准而可能对其提出更高加工要求。

主要加工表面的工艺路线可安排如下：

内孔：粗车→半精车→精车→磨削

小齿：粗车→精车→插齿

大齿: 粗车→精车→滚齿→磨齿→垳齿

3.1.2 加工工艺路线

在对齿轮零件图各种加工要求分析之后，决定采用以下工艺路线对齿轮毛坯进行加工：

下料→锻造毛坯→正火→检查→粗车小端外圆、端面，粗车内孔、倒角→粗车大端外圆、端面，粗车止口，半精车内孔、倒角→精车小端外圆、端面，车端面空刀槽，倒角→精车大端外圆、端面，精车止口、内孔，车止口环槽、倒角→插齿→滚齿→齿端倒角→铣油槽→钻油孔→检查→热处理→挤光→磨孔→磨内孔及大端端面→磨小端端面→磨齿→垳齿→对齿面进行强力喷丸→磷化处理→检查

3.1.3加工阶段划分

对于第五速齿轮的加工阶段可以分为：齿坯加工、齿面加工和热处理后的精加工。

工艺路线如上所示大体分为以下阶段：

粗加工阶段：主要任务是切除各表面上的不部分余量，包括粗车小端外圆到粗车止口

半精加工阶段：完成次要表面的加工，并为主要表面的精加工做准备，包括半精车内孔精加工阶段：保证各主要表面达到图样要求，包括精车小端外圆到精车大端端面

光整阶段：对于表面粗糙度和尺寸精度要求都很高的表面需进行光整加工阶段，包括磨内孔及大端端面、磨小端端面、磨齿

最终加工阶段：根据变速器的工作状态和环境，需增加齿轮的强度和耐腐蚀性，所以在光整阶段后还要对齿轮进行最终处理，包括对齿面进行强力喷丸、电镀磷化处理。

3.1.4工序的分散与集中

工序集中：把加工内容集中在一个工序，一台设备上进行，工序集中便于提高生产率，减少装夹次数，便于保证各加工表面之间的形状位置公差，有利于组织生产和计划工作。

为保证每一道工序所保证的工序尺寸，有时需将一个大的工序拆分成几个小工序。在上述工艺路线

中，粗车可以归为一类在数控车床S3-242上加工，精车可以归为一起在数控车床S3-242上加工。总之，对于第五速齿轮的加工可以分以上几个阶段进行不同工位的加工。

3.1.5基准的选择

在第五速齿轮加工中的定位基准有粗基准和精基准。

粗基准的选择有两个出发点：一是保证各表面有足够且均匀的加工余量；二是保证不加工表面与加工表面间的尺寸和位置符合设计要求。

精基准的选择主要考虑以下几个方面：一是尽可能选择用设计基准或工序基准作为定位基准：二是尽可能选用同一组定位基准加工各个表面，即遵守“基准统一”原则：三是应保证工件的装夹稳定可靠，机床夹具结构简单，工件装夹操作方便。

根据上述基准的选择原则，粗基准用未加工过的毛坯表面做基准，精基准用以加工过的表面做基准。具体基准的选择如下：

粗车小端面以大端外圆轴线作为基准加紧，以大端端面作为轴向的定位基准

粗车大端面以大端外圆轴线作为基准加紧，以小端端面作为轴向的定位基准

粗车内孔时以大端外圆轴线作为基准加紧，以大端外圆轴线作为定位基准

精车与粗车的基准选择一致

滚齿和插齿时以内孔轴线作为定位基准，小端端面作为基准加紧

磨削内孔及端面止口时以大齿分度圆圆心作为定位基准，大端面做基准夹紧

3.1.6热处理工序及辅助工序的安排

1．为了使后续的加工工序能保证了所需的加工精度，需提高了材料的硬度，因此热处理工序安排在下料之后以及粗加工之后。

2．辅助工序安排在精加工阶段即保证各个尺寸不破坏主加工表面，包括检验工序、磷化处理、清洗工序。

3．20CrMnTi为低碳合金，采用正火处理，有利于提高机械加工性能，可以减小工件内的残余应力。正火处理要安排在毛皮锻造完成之后，粗加工之前。该工件在工作过程中受力要求外部较硬而芯部铰韧，因此采用渗碳淬火，为保证渗碳深度的均匀，将渗碳安排在磨削加工之前。

3.1.7 加工工序的设计

齿轮加工工艺路线： 1 锻造毛坯 2 正火 3 检查 4 车序

（1)粗车小端外圆、端面、内孔、倒角

粗车小端外圆至φ25

.039.0899.49--mm ，表面粗糙度Ra =6.3

粗车端端面端面至16

.00

6.35mm ，表面粗糙度Ra =6.3

粗车内孔至φ28

.00899.49mm

车倒角2×45°

（2）粗车大端外圆、端面、止口、半精车内孔、倒角

粗车大端外圆至φ45

.030.0455.60--mm ，表面粗糙度Ra =6.3

粗车大端端面至2

.002.34mm ，表面粗糙度Ra =6.3

粗车止口至φ34

.004.31，表面粗糙度Ra =3.2 半精车内孔至φ12

.002.29mm ,表面粗糙度Ra =3.2

车倒角，2×45°

（3）精车小端外圆、端面、车端面空刀槽、倒角

精车小端外圆至0

016.0599.47-mm ，表面粗糙度Ra =3.2 精车小端端面至07

.0006.33mm,表面粗糙度Ra= 3.2 精车车止口至25

.0037mm,表面粗糙度Ra=1.6 车倒角，1×45°、2×45°

5 精车大端外圆、端面、端面止口、内孔、倒角 精车大端外圆至0

10.0755.58-mm,表面粗糙度Ra =3.2 精车大端端面至27

.0342.033--mm,表面粗糙度Ra =3.2

精车止口端面至φ0

021.028-mm,表面粗糙度Ra =1.6 精车内孔至φ025

.0030mm,表面粗糙度Ra =1.6

车倒角，2×45° 6J 中间检查

7 插齿 插接合齿z=18 8 滚齿 滚斜齿z=18

9 倒棱 倒z=18 斜齿两端锐角 10 铣油槽 铣油槽宽R8 深1.45mm 11 钻孔 钻油孔均布3-φ2.5 12 检查

13 热处理(渗碳淬火) 14 检查

15 挤光 挤斜齿Z=18

14 磨内孔 磨内孔至φ021

.0030mm,表面粗糙度Ra=0.4

15 磨端面

磨端面至H=021

.0063.32+mm ，表面粗糙度Ra=0.8

16 磨齿

磨Z=18斜齿，表面粗糙度Ra=0.8mm 磨齿端面 磨齿端面保证 H=1

.0010+mm

17 垳齿 桁Z=18斜齿 18 检查 19 磷化处理 20J 最终检查

注：精车削加工外圆的加工余量的选择根据《机械加工工艺设计实用手册》表8-10；磨削端面的加工余量的选择根据《机械加工工艺设计实用手册》表8-20；磨齿加工齿厚留磨余量2mm 由《机械加工工艺设计实用手册》表8-48查的；各种加工方式的经济精度和表面粗糙度的选择根据《机械加工工艺设计实用手册》第四章列表；标准公差数值的选取根据《机械加工工艺设计实用手册》表3-2。

3.2有关工序机床、夹具、量具的选择说明

3.2.1机床的选择

在齿轮加工中所使用的机床多是数控机床。数控机床的主要规格应能满足加工需求，做到最大化的使用设备。机床的选择影响到加工过程中生产效率、加工精度、加工难易程度及经济性，所以在工艺规程制定的过程中也应该充分考虑金属切削机床的各种可能性，而后做出准确的选择。

一般粗车选用S3-242，精车选用LB-15T能满足加工需求

插齿插齿机 Y51320

滚齿滚齿机 Y3150E

倒棱倒棱液压机 YJ9332

铣油槽万能铣床 XA6132

钻孔立式钻床 Z535

挤光挤光机

磨孔内圆磨床 M200A

磨端面平面磨床 MT30

磨齿磨齿机 FMP32

磨齿端面外圆磨床 M131n

垳齿剃齿机 Y4320

3.2.2切削刀具的选择

由于20CrMnTi属于易加工的合金结构钢，硬度较低，各种机床所带有的通用刀具就可以满足加工需要。

刀具选择：

1．Φ3麻花钻 5．插齿刀

2．YG6X车刀 6 倒棱刀

3．平行砂轮 7 铣刀

4．滚齿刀 8 挤光轮

9 桁刀

3.2.3量具的选择

根据加工过程中所检验的项目和精度来选取量具，这样不但可以正确反映工件的实际加工情况，而且能及时避免废品的产生。此外还要考虑量具在测量过程中可能产生的微小的测量错误。根据上面所述，齿轮加工过程中所需量具如下：

1．游标卡尺

2．内径千分尺

3．角度样板

4．外径千分尺

5．检查芯轴

6．齿圈径跳检查仪

7．百分表

8．磨平面检具

9．螺旋线检查仪

10．万能齿轮测量仪

11．公法线千分尺

3.2.4夹具的选择

夹具根据使用场合的不同，可分为机床夹具、装配夹具、焊接夹具、热处理夹具和检验夹具。

机床夹具是加工时用以正确地确定工件位置，并将它牢固地加紧的工艺设备。它的主要作用是：1>保证发挥机床的基本工艺性能；2>扩大机床的使用工艺范围；3>保证加工精度；4>提高加工效率；5>减轻劳动强度，做到安全生产。

根据数控加工的特点，可得出夹具需满足的两个要求：一是保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定；而是要能协调零件与机床坐标系的尺寸。

通过对各加工设备的夹具分析，除滚齿、插齿与各个面的磨削加工需要设计专用夹具外，其他的加工设备可采用通用夹具。

有以下夹具：

粗车三爪子定心卡盘

精车三爪子定心卡盘插齿插齿夹具

滚齿滚齿夹具

倒棱倒棱夹具

铣油槽涨套

钻孔钻孔夹具

磨孔磨孔夹具

磨齿磨齿夹具

磨齿端面磨齿端面夹具垳齿垳齿夹具

第四章滚齿夹具设计

4.1专用机床夹具设计的基本要求和步骤

4.1.1对专用机床夹具设计的要求

专用机床夹具设计必须满足的各项技术要求：

(1)保证工件加工的各项技术要求。保证工件加工的各项技术要求是设计专用机床夹具的最基本要求，包括正确确定定位方案、央紧方案，正确确定的对刀、导向方式和合理制定专用机床兴具的技术要求等。

(2)专用机床夹具的结构与其用途和生产类型要相适应。在大批量生产中，专用机床夹具的主要功用是为保证工件的加工要求和具有一定的生产率。为保证较高的生产率，可以采用机动夹紧装置，如气动、液压等机动夹紧装置。中小批生产中，由于受到生产条件的限制，为达到良好的经济性和发挥专用机床夹具的功能，以保证工件的加工要求为主，应尽可能使夹具结构简单，广泛使用单件加工和手动加精结构；在条件允许的情况下，也可考虑采用可调整机床夹具、成组夹具和组合夹具等。

(3)尽量选用标准化夹具零部件。尽量采用结构成熟的标准夹具元件、标准的夹紧结构等减少非标准零件，以提高夹具的标准化程度，缩短夹具的设计和制造周期，提高夹具设计质量和降低夹具的制造周期及制造成本。

(4)夹具结构应具有足够的刚度、强度和良好的稳定性。为保证工件加工精度要求和夹具本身的精度不受破坏，以及加工中央具不发生振动等，夹具结构应具有较高的刚度和强度。夹具安装在机床工作台上应具有良好的稳定性为此需要注意夹具底面轮廓尺寸与夹具高度尺寸应适当成一定比例。

(5)保证使用方便和安全。为便于操作，夹紧机构的操作手柄一般应放在右侧或前面。为便于关紧工作，操纵夹紧手柄或扳手在操作范围内应有足够的活动空间。要防止关紧机构的活动件与机床、刀具相碰撞。因此在设计时要认真查阅机床数据。同理，还要考虑清除切削方便、安全。

(6)具有良好的工艺性。所设计的专用机床夹具应便于制造、装配、检测、调整和维修。对于夹具

上精度要求高的位置尺寸和位置公差，应考虑能否在装配后以组合件的方式直接加工保证，或依靠装配时用调整的方法得到保证。

4.1.2专用机床夹具的设计步骤

(1)收集和研究有关资料

在设计之前必须认真研究有关资料，包括零件图样和夹具设计任务书等技术文件，了解零件的功能、结构特点、材料、对本工序的加工要求和生产类型等，以及本工序使用的机床和刀具。分析研究设计任务书中规定的定位基准和加工要求等内容。

(2)确定夹具的结构方案

确定夹具结构方案时，主要完成以下工作内容：

1)确定工件的定位方；

2)确定刀具的对刀、导向方式；

3)确定工件的夹紧方案；

． 4)确定夹具其他组成部分的结构形式；

5)确定夹具体的形式和夹具的整体结构。

(3)绘制夹具的装配草图和装配图样

夹具总图绘制比例除特殊情况外，一般均应按1：1绘制，以使所设计的夹具具有良好的直观性。总图的主视图，应选择与操作者正对的位置。

夹具装配图样可按如下顺序绘制：将工件视为透明体用双点划线画出工件轮廓、定位基准、夹紧面和加工表面：画出定位元件和导向元件；按关紧状态画出夹紧装置；画出其他元件或机构；最后画出夹具体，把上述各组成部分联结成一体，形成完整的夹具；标注必要的尺寸、配合和技术条件；对零件编序号，填写零件明细表和标题栏等。

(4)绘制夹具零件图样

对装配图样上的非标准零件均要绘制零件图样，视图尽可能与装配图样上的位置一致。

(5)编写专用机床夹具设计说明书。

4.1.3专用机床夹具的制造精度

使用专用机床夹具装夹工件的目的之一，就是为保证工件被加工表面的位置尺寸和位置公差等要求。专用机床夹具的制造精度是保证上述加工要求的基础。因此在夹具设计时，应正确规定夹具的制造

精度。专用机床夹具制造精度主要包括以下内容：

(1)夹具各定为元件本身的制造位置精度。

(2) 夹具定为元件之间的尺寸和位置精度。

(3)夹具定位元件和对刀元件、导向元件间的位置尺寸和位置精度。

4.2滚齿夹具的选择

尺寸能否得到可靠保证主要靠夹具起作用。在机床上加工工件时，为使工件上加工出来的接合齿达到规定的尺寸与要求，在加工前必须使工件在机床上或夹具中占有正确的位置。

本工序为滚斜齿齿，以定位块和底座进行定位。尺寸精度由夹具来保证。使用插板和拉杆作为夹紧装置，在气动装置的作用下进行加工。

4.3滚齿夹具工作原理简介

当气动装置断开时，拉杆和插板分开，将插板拿开，然后将工件按规定位置放在定位块上，再将插板插在拉杆上，然后启动气动装置，拉杆收紧，将工件固定在加工工作台上，然后启动插齿刀进行加工接合齿。

4.4夹具零件的设计与选择

4.4.1主要部件设计

定位块的设计：

和底座固定端直径：150mm

和工件接触端直径：98mm

定位块的高度：75mm

拉杆的设计：

拉杆直径：20mm

拉杆长度：160mm

4.4.2 其他部件的选择

六角螺栓

M8×35 Q235钢 GB5782

六角螺栓

M12×56 Q235钢 GB5782

插板

直径80mm 45#钢

夹具体

直径330mm 45#钢

总结

参考资料

1.赵如福.《金属机械加工工艺手册》上海科学技术出版社.1996

2.张耀晨.《机械加工工艺手册》.航空工业出版社.1998

3.侯家驹.《汽车制造工艺学》.机械工业出版社.1991

4.徐知行 .《汽车拖拉机制造工艺设计手册》.北京理工大学出版社.1997

5.王宝玺.《汽车拖拉机制造工艺学》第2版.机械工业出版社.2005

第五速齿轮零件图及毛坯图

各工序机床、夹具、刀具、量具的选择列表

工序名称设备类别型号夹具量具

车序数控车床S3-242 毛爪定心夹具游标卡尺、角度样板插齿高速插齿机YS5120 专用夹具外径千分尺

滚齿滚齿机YBA3132 专用夹具外径千分尺

倒角齿轮倒角机YA9320 专用夹具角度样板

钻孔立式钻床Z535 专用夹具

热处理双排渗碳机CJ4462

清洗喷淋式清洗机QXLB-80

磨内孔内圆磨床T115 专用夹具游标卡尺

磨端面平面磨床MG7340 专用夹具游标卡尺

磨齿蜗杆砂轮磨齿机KTP3261 专用夹具公法线千分尺

清洗通过式清洗剂

齿面喷丸强力喷丸机HC-34

磷化处理磷化机

插齿夹具图：