圆柱齿轮加工工艺共86页
圆柱齿轮轴加工工艺设计
吉林工业职业技术学院学生毕业设计（论文）报告系别：专业：班号：学生姓名：学生学号：设计（论文）题目：圆柱齿轮轴加工工艺设计指导教师：设计地点：吉林工业职业技术学院起迄日期： 2011.9.5～2011.11.10毕业设计（论文）任务书专业数控班级 092 姓名一、课题名称：圆柱齿轮轴加工工艺设计二、主要技术指标：1 大批量生产2 齿轮精度值8-7-7D)齿顶圆和齿根圆都是Ra 1.63 齿轮轴六级精度，φ20(0.0210.0084 调质220-250HBS 齿面淬火50～55HRC5 轴段的的锥度1：10 圆跳动公差0.012 螺纹中径和顶径精度等级都是6g三、工作内容和要求：1零件图分析2 结构与工艺分析3 数控加工工艺过程卡片和工序卡片4 零件图一张轴的三维造型5 齿轮轴的加工工艺设计四、主要参考文献：李小平刘海兰主编现代工程制图出版社东南大学出版社魏斯亮李时骏主编互换性与技术测量出版社北京理工大学出版社何培英李月琴主编机械零部件测绘出版社中国电力出版社周明贵主编机械识图与绘图出版社化学工业出版社宋书善颜鹏主编数控技术综合实训出版社机电工程学院宋志国陈剑鹤主编 UG4.0实例教程出版社人民邮电出版社学生（签名）年月日指导教师（签名）年月日教研室主任（签名）年月日系主任（签名）年月日毕业设计（论文）开题报告目录摘要 (7)前言 (8)1 齿轮轴在现代制造业中的地位及发展历程 (8)2 齿轮轴零件数控加工的目的 (8)第一章轴类零件 (9)1.1 概述 (9)1.1.1 轴类零件的功用与结构特点 (9)1.1.2轴类零件的技术要求 (9)1.1.3轴类零件材料与热处理 (9)1.1.4轴类零件的毛坯 (9)1.2轴类设计要求与一般步骤 (9)1.3按扭转强度计算轴的直径 (10)第二章齿轮及轮系 (11)2.1 概述 (11)2.1.1齿轮的传动特点 (11)2.1.2齿轮的传动类型 (11)2.1.3齿轮的传动基本要求 (12)2.1.4 圆柱齿轮的材料与热处理 (13)2.2 与齿轮有关的概念与技术参数 (14)2.2.1齿轮各部分名称与符号 (14)2.2.2齿轮主要参数 (14)2.2.3齿轮几何尺寸计算 (15)2.2.4齿轮的正确啮合条件 (15)2.3 圆柱齿轮加工方法以及工艺路线的拟定 (15)第三章典型零件齿轮轴的工艺分析 (18)3.1齿轮轴的机械加工 (18)3.1.1零件图样及结构分析 (18)3.2安装及定位方式的选择 (18)3.3确定加工顺序及进给路线 (19)3.4轴的加工与机床选择 (19)3.5夹具的选择 (20)3.7切削用量和进给量的选择 (22)3.8 编制数控加工过程卡（见过程卡） (24)3.9填写数控加工工序卡片（见工序卡） (24)程序加工 (24)O001(左端面） (1)结论 (2)答谢词 (3)参考文献 (4)毕业设计（论文）成绩评定表 (4)圆柱齿轮轴的加工工艺设计摘要齿轮传动是现代机械中应用最广的一种传动形式。
圆柱齿轮加工
第三节 圆柱齿轮加工
一、概述 功用：传递动力或运动。 （一）结构特点：圆柱齿轮的结构形式 齿圈：直齿，斜齿，人字齿，单齿圈（工艺 性好），多齿圈。 轮体：（变化大）盘类、套类、轴类、扇形 齿轮、内齿轮，齿条。
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第三章 典型零件加工工艺过程
常见齿轮的结构形式
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第三章 典型零件加工工艺过程
（二）精度要求： 运动精度： 分度传动，运动 精度。 工作平稳性： 高速动力传动， 工作平稳。 接触精度： 重载低速，接触 斑点 齿侧间隙：换向传动，读数 机构，齿侧间隙
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第三章 典型零件加工工艺过程
(三）齿轮材料与热处理
1、材料： 按使用时的工作条件选择（用）材料： 低速重载，要求：机械强度、硬度 18CrMnTi； 高速重载，要求：齿面硬度、防疲劳点蚀38CrMoAlA 氮化 钢； 冲击载荷，要求：韧性 18CrMnTi； 非传力齿轮：不淬火钢，铸铁，夹布塑料，尼龙。 一般齿轮用材料：中碳钢（45），低中碳合金钢 （20Cr,40Cr,20CrMnTi） 2、齿轮热处理 （1）毛坯热处理： 正火、调质，（粗加工前（铸、锻件）后 （棒料）） （2）齿面热处理： 渗碳淬火，高频淬火，碳氮共渗，渗氮。 （变形大的终加工前，变形小的终加工后）
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第三章 典型零件加工工艺过程
图5-15 齿轮简图
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第三章 典型零件加工工艺过程
序号
１
２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １０ １１ １２
工序内容及要求
锻造
正火 粗车各部，均放余量1.5㎜
定位基准
外圆、端面
转塔车床 Ｃ616 Ｙ38 倒角机 插床 Y5714 M220 Y5714
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圆柱齿轮加工工艺设计
圆柱齿轮加工工艺设计摘要本文对传动齿轮的加工工艺路线进行了设计。
其中包括了工艺分析，工艺要求，确定毛坯的制造形式，确定定位基准，粗基准的选择，精基准选择的原则，确定各表面加工方案，零件表面的加工方法的选择，提高齿轮的加工精度，工艺路线的拟定，工序的合理组合，加工阶段的划分，工艺路线，确定齿轮的偏差，机械加工余量及毛坯尺寸，毛双联坯形状、尺寸确定的要求，确定机械加工余量，确定毛坯尺寸，设计毛坯图，工序设计，选择加工设备，确定工序尺寸。
机械制造工艺规程的制定需选择机械加工余量，加工余量的大小，不仅影响机械零件的毛坯尺寸，设备的调整，材料的消耗，切削用量的选择。
先锻件成型后进行表面热处理(正火、淬火、回火等)此次设计的主要内容在于如何使加工工序简单化、降低加工难度。
关键词：工艺路线工序定位基准加工余量目录1 零件特点及其工艺性分析 (3)1.1圆柱齿轮的特点 (3)1.2圆柱齿轮的技术要求 (4)1.3审查圆柱齿轮的工艺性 (4)1.4确定圆柱齿轮的生产类型 (4)2机械加工工艺规程设计 (5)2.1选择毛坯 (4)2.2 确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量 (5)2.3绘制圆柱齿轮铸造毛坯简图 (5)3数控加工工艺设计 (6)3.1 数控加工工艺设计主要内容 (6)3.2数控加工工艺的特点 (6)3.3 数控加工工艺分析的主要内容 (6)4拟定圆柱齿轮工艺路线 (8)4.1定位基准的选择 (8)4.2表面加工方法的确定 (8)4.3加工阶段的划分 (9)4.4工序的集中与分散 (9)4.5工序顺序的安排 (9)4.6确定工艺路线 (10)4.7齿轮加工工步 (14)4.8 机床设备及工艺装备的选用 (15)5齿轮程序的编制 (16)6切削用量、时间定额的计算 (18)6.1切削用量的计算 (18)6.2时间定额的计算 (19)7设计体会 (20)参考文献 (21)求的精度等级相差不是很大，采用半精加工即可以保证各加工表面技术要求。
圆柱齿轮制造基本工艺过程
滚切直、斜齿轮交换齿轮的调整公式见下表：
交换齿轮 速度交换齿轮 分度交换齿
名称
轮
公式 表公式中：
i An 0
n0
1000v da0
滚齿机是加工圆柱齿轮、蜗轮等零件的主要工艺装备。滚齿机按布局形式 和结构特点，可分为立式和卧式滚齿机，常用的是立式滚齿机。按JB/T6344.1— 1999的规定，滚齿机的型式有工作台移动式和立柱移动式两种，滚齿机的系列 由万能滚齿机、高效滚齿机和数控滚齿机构成。
滚齿是目前世界上在齿轮加工中应用最广的切齿方法，目前国际上精滚齿 的加工精度（主要指周节偏差）可以达到5~7级（GB/T10095），国内的滚齿机 （数控）精滚齿的加工精度也可以达到6~8级（GB/T10095）。CNC滚齿机是目 前国际上已广泛采用的设备，国内齿轮生产厂家的使用也越来越多。为了达到 最大可能的静刚度和动刚度，滚齿机部件都尽可能以封闭箱形的铸造结构制造， 采用减震性能良好的铸铁，有经过验证的热补偿系统。
滚齿原理图
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二、齿轮的加工方法
1，滚齿 1),滚齿原理
根据滚齿加工原理，滚切齿轮时滚齿机必须 具有以下几种运动： （1）切削运动 即滚刀轴1的转速，借助于切削 速度交换齿轮或变速箱2，滚刀的转速为：
n0
1000v
da0
式中：—切削速度 （m/min）
—滚刀齿顶圆直径（mm）
2）分度运动 随着滚刀的转动，齿坯也要相应n地w
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二、齿轮的加工方法
1，滚齿 常见的机械式传动链滚齿机很多，技术性能不尽相同，但均具备切削运动、
圆柱齿轮机械加工工艺
2.表面加工方法的确定 各表面的加工方案见表3.1所示
3.热处理工序分析
(1)齿坯热处理。在齿坯加工前后安排预备热处理—正火 或调质。其主要目的是消除锻造及粗加工所引起的残余 应力，改善材料的切削性能和提高综合力学性能。就本 例而言，因材料为合金钢20Cr钢，且为锻件，所以锻后 零件要进行正火处理，其硬度应为HBS156~217。
2.齿轮热处理 (1)毛坯热处理。在齿坯加工前后安排预备热处理——
正火或调质。其主要目的是消除锻造及粗加工所引起 的残余应力，改善材料的切削性能和提高综合力学性
(2)齿面热处理。齿形加工完毕后，为提高齿面的硬度 和耐磨性，常进行渗碳淬火，高频淬火，碳氮共渗和 氮化处理等热处理工序。
3.齿轮毛坯 齿轮毛坯的选择取决于齿轮材料、结构形状、尺寸大
3.1.2中间轴齿轮机械加工工艺过程卡编制
1.确定毛坯 1)确定毛坯制造形式 :毛坯宜选用锻件，这样可使金属纤
维尽量不被切断，保证零件工作时稳定可靠。又因为年 产量5 000件，为大批生产，且零件形状较简单，尺寸较 小，所以采用模锻。 2)毛坯机械加工余量及公差的确定 (1)锻件公差等级。由该零件的功用和技术要求，确定其
项目三 圆柱齿轮加工
【任务分解】 (1)圆柱齿轮机械加工工艺规程
(2) (3)滚齿加工。
任务一 圆柱齿轮机械加工工艺规程编制
【学习目标】 (1) (2)能编制齿轮零件的机械加工工艺过程卡; (3)能编制齿轮零件的机械加工工序卡。
3.1.1识读齿轮零件图
教学案例：某拖拉机变速箱倒速中间轴齿轮零件图， 根据锻件质量、零件表面粗糙 度、形状复杂系数查表得单边余量是：厚度方向为 1.7~2.2 mm，水平方向为1.7~2.2 mm。
斜齿圆柱齿轮传动与加工工艺
1斜齿圆柱齿轮传动1.1齿面形成研究直齿圆柱齿轮时知道，两轮的齿廓面沿一条平行于齿轮轴的直线KK ′相接触，KK ′与发生面在基圆柱上的切线NN ′平行。
当发生面沿基圆柱做纯滚动时，直线KK ′在空间形成的轨迹就是一个渐开面，即直齿轮的齿廓曲面，如图1示。
图1 直齿齿轮渐开线的形成斜齿圆柱齿轮齿面的形成原理和直齿圆柱齿轮的情况相似，所不同的是发生面上的直线KK ′与直线NN ′不平行，即与齿轮轴线不平行．面是与基圆杆母线NN ′成一夹角βb 。
故当发生面沿基圆柱作纯滚动时，直线KK ′上的每一点都依次从基圆柱面的接触点开始展成一条渐开线，而直线KK ′上各点所展成的渐开线的集合就是斜齿轮的齿面。
由此可知，斜齿轮齿廓曲面与齿轮瑞面(与基圆柱轴线垂直的平面)上的交线(即端面上的齿廓曲线)仍是渐开线。
而且由于这些渐开线有相同的基圆柱，所以它们的形状都是一样的，只是展成的起始点不同面己，即起始点依次处于螺旋线K 0K 0′上的各点。
所以其齿面为渐开螺旋面，如图2示。
由此可见．斜齿圆柱齿轮的端面齿廓曲线仍为渐开线。
可将直齿圆柱齿轮看成斜齿圆柱齿轮的一个特例。
从端面看，一对渐开线斜齿轮传动就相当于一对渐开线直齿轮传动，所以它也满足齿廓啮合基本定律。
图2 斜齿齿轮的渐开线形成斜齿圆柱齿轮传动和直齿圆柱齿轮传动一样，仅限于传递两平行轴之间的运动。
如果两斜齿轮分度圆上的螺旋角不是大小相等且方向相反，则这样的一对斜齿轮还可以用来传递既不平行又不相交的两轴之间的运动。
为了便于区别，把用于传递两平行轴之间的运动，称为斜齿圆柱齿轮传动；用于传递两交锗轴之间的运动，称为交错轴斜齿轮传动。
斜齿圆柱齿轮传动中的两轮齿啮合为线接触，而交错轴斜齿轮传动中的两轮齿啮合为点接触。
一对斜齿圆柱齿轮啮合时，齿面上的接触线是由一个齿轮的一端齿顶(或齿根)处开始逐渐由短变长，再由长变短，至另一端的齿根(或齿顶)处终止。
这样就减少了传动时的冲击和噪声，提高了传动的平稳性，故斜齿轮适用于重载、高速传动。
圆柱齿轮齿形加工方法方案
圆柱齿轮齿形加工方法和加工方案一个齿轮的加工过程是由若干工序组成的。
为了获得符合精度要求的齿轮，整个加工过程都是围绕着齿形加工工序服务的。
齿形加工方法很多，按加工中有无切削，可分为无切削加工和有切削加工两大类。
无切削加工包括热轧齿轮、冷轧齿轮、精锻、粉末冶金等新工艺。
无切削加工具有生产率高，材料消耗少、成本低等一系列的优点，目前已推广使用。
但因其加工精度较低，工艺不够稳定，特别是生产批量小时难以采用，这些缺点限制了它的使用。
齿形的有切削加工，具有良好的加工精度，目前仍是齿形的主要加工方法。
按其加工原理可分为成形法和展成法两种。
成形法的特点是所用刀具的切削刃形状与被切齿轮轮槽的形状相同，如图9-3所示。
用成形原理加工齿形的方法有：用齿轮铣刀在铣床上铣齿、用成形砂轮磨齿、用齿轮拉刀拉齿等方法。
这些方法由于存在分度误差及刀具的安装误差，所以加工精度较低，一般只能加工出9 ~10级精度的齿轮。
此外，加工过程中需作多次不连续分齿，生产率也很低。
因此，主要用于单件小批量生产和修配工作中加工精度不高的齿轮。
展成法是应用齿轮啮合的原理来进行加工的，用这种方法加工出来的齿形轮廓是刀具切削刃运动轨迹的包络线。
齿数不同的齿轮，只要模数和齿形角相同，都可以用同一把刀具来加工。
用展成原理加工齿形的方法有：滚齿、插齿、剃齿、珩齿和磨齿等方法。
其中剃齿、珩齿和磨齿属于齿形的精加工方法。
展成法的加工精度和生产率都较高，刀具通用性好，所以在生产中应用十分广泛。
一、滚齿（一）滚齿的原理及工艺特点滚齿是齿形加工方法中生产率较高、应用最广的一种加工方法。
在滚齿机上用齿轮滚刀加工齿轮的原理，相当于一对螺旋齿轮作无侧隙强制性的啮合，见图9-24所示。
滚齿加工的通用性较好,既可加工圆柱齿轮，又能加工蜗轮；既可加工渐开线齿形，又可加工圆弧、摆线等齿形；既可加工大模数齿轮，大直径齿轮。
滚齿可直接加工8~9级精度齿轮，也可用作7 级以上齿轮的粗加工及半精加工。
圆柱齿轮的齿形加工方法
圆柱齿轮的齿形加工方法滚齿1)滚齿加工原理和工艺特点滚齿是应用一对螺旋圆柱齿轮的啮合原理进行加工的。
所用刀具称为齿轮滚刀。
滚齿是齿形加工中生产率较高、应用最广的一种加工方法。
滚齿加工通用性好，既可加工圆柱齿轮，又可加工蜗轮；既可加工渐开线齿形又可加工圆弧、摆线等齿形；既可加工小模数、小直径齿轮，又可加工大模数、大直径齿轮。
滚齿的加工精度等级一般为 6-9级，对于8、9级精度齿轮，可直接滚齿得到，对于7级精度以上的齿轮，通常滚齿可作为齿形的粗加工或半精加工。
当采用AA级齿轮滚刀和高精度滚齿机时，可直接加工出7级精度以上的齿轮。
2)滚齿加工精度分析在滚齿加工中，由于机床、刀具、夹具和齿坯在制造、安装和调整中不可避免的存在一些误差，因此被加工齿轮在尺寸、形状和位置等方面也会产生一些误差。
这些误差将影响齿轮传动的准确性、平稳性、载荷分布的均匀性和齿侧间隙。
滚齿误差产生的主要原因和采取的相应措施见表9-5磨齿1、磨齿原理磨齿是齿形加工中加工精度最高的一种方法。
对于淬硬的齿面，要纠正热处理变形。
获得高精度齿廓。
磨齿是目前最常用的加工方法。
磨齿是用强制性的传动链，因此它的加工精度不直接决定于毛坯精度。
磨齿可使齿轮精度最高达到 3级，表面粗糙度Ra值可以达到0.8-0.2微米，但加工成本高、生产率较低。
2、磨齿方法磨齿方法很多，根据磨齿原理的不同可以分成形法和展成法两类。
成形法是一种用成形砂轮磨齿的方法，目前生产中应用较少，但它已经成为磨削内齿轮和特殊齿轮时必须采用的方法。
展成法主要是利用齿轮与齿条啮合原理进行加工的方法，这种方法是将砂轮的工作面构成假象齿条的单侧或双侧齿面，在砂轮与工件的啮合运动中，砂轮的磨削平面包络出渐开线齿面。
下面介绍展成法磨齿的几种方法：（1）双片碟形砂轮磨齿由图9-8所示，两片碟形砂轮倾斜安装后，就构成假象齿条的两个齿面。
磨齿时，砂轮在原位以N0高速旋转；展成运动——工件的往复移动V 和相应的正反转动W是通滑座7和滚圆盘钢带实现。