1、摘要随着科技技术的不断进步，生产都向着自动化、专业化和大批量化的方向发展。这就要求企业的生产在体现人性化的基础上降低工人的生产强度和提高工人的生产效率，降低企业的生产成本。现代的生产和应用设备多数都采用机电一体化、数字控制技术和自动化的控制模式。在这种要求下齿轮零件越发体现出其广阔的应用领域和市场前景。特别是近年来与微电子、计算机技术相结合后，使齿轮零件进入了一个新的发展阶段。在齿轮零部件是最重要部分，因需求的增加，所以生产也步入大批量化和自动化。为适应机械设备对齿轮加工的要求，对齿轮加工要求和技术领域的拓展还需要不断的更新与改进。关键词：工艺设计 齿轮零件 齿轮传动1前言齿轮机构用于传递原动
2、机与工作机之间的运动和动力。它可以实现不同的匀速运动或按预定规律变化的运动，也可以改变运动的形式，如将转动转化为移动或相反。齿轮传动是机械中应用最为广泛的一种传动装置。这是因为它具备一系列显著的优点：（1）可以实现精确的匀速和变速运动，某些精密的减速装置，其运动误差可控制在 1角分以内。 （2）既可用于高速和重载的传动，又可用于精密和微小的机械与仪表中，目前已有圆周速度 200m/s 和传动功率 500OOKW 的齿轮装置，而在微机械中，近年已制造出直径为数十微米的齿轮。21 设计工艺要求的基本任务和要求1.1 基本任务1.1.1 工艺设计的基本任务(1)绘制零件工作图一张。(2)绘制毛坯-零
3、件合图一张。(3)编制机械加工工艺规程卡片一套。(4)编写设计说明书一份。1.1.2 夹具设计的基本任务(1)收集资料,为夹具设计做好准备。(2)绘制草图,进行必要的理论计算和分析以及夹具的结构方案。(3)绘制总图和主要非标准件零件图,编写设计说明书。(4)编制夹具的使用说明或技术要求。1.2 设计要求1.2.1 工艺设计的设计要求(1)保证零件加工质量,达到图纸的技术要求。(2)在保证加工质量的前提下,尽可能提高生产效率。(3)要尽量减轻工人的劳动强度,生产安全。(4)在立足企业的前提下,尽可能采用国内技术和装备。(5)工艺规程应正确.清晰,规范化,标准化的要求。1.2.2 夹具设计的设计要
4、求 (1)保证工件的加工精度。(2)提高生产效率。(3)工艺性好。(4)使用性好。(5)经济性好。32 工艺设计的方法和步骤2.1 生产纲领的计算与生产类型的确定生产纲领的大小对生产组织和零件加工工艺过程起着重要的作用.它决定了各工序所需专业化和自动化的程度以及所选用的工艺方法和工艺装备。零件生产纲领可按下式计算，N=Qn(1+a%)(1+b%)式中：N-零件的生产纲领（件/台）Q-产品的年产量（台/年） ，n-每台产品中，该零件的数量（件/台） ，a%-零件的备品率，b% -零件的平均废品率。2.2 分析零件图1、零件的作用传动齿轮,，它是齿轮的一个主要一种，其功用是传递运动和运动方向，以适
5、应传动机构运动的需要。2、零件的工艺分析传动齿轮零件如图所示，该零件主要加工表面及技术要求分析如下。（1）同轴孔 35H7，49H7 和同轴外圆 92.55k7, 66 的同轴度、径向圆跳动公差等级为 89 级，表面粗糙度为 Ra1.6m.。加工时最好在一次装夹下将两孔或两外圆同时加工。（2）与基准孔有垂直度要求的端面，其端面圆跳动公差等级为 7 级，表面粗糙度为 Ra3.2m。工艺过程安排时应注意保证其位置精度。（3）距中心平面 74.5mm 的两侧面,表面粗糙度为 Ra6.3m。（4）35 孔的尺寸精度要保证，但孔轴线的同轴度共差等级为 9 级及两孔公共轴线对基准孔（A1-A2）位置度公差
6、值为 0.06m，应予以重视。（5）各外圆位置度公差为，齿轮轮齿轮的跳动公差要保证。（6）该零件选用材料为 20CrMnTi，这种材料具有低碳合金钢的特性，切削性能和工艺性均较好。由各加工方法的经济精度及一般机床所能达到的精度可知，该零件没有很难加工的表面，各表面的技术要求采用常规加工工艺均可达到。但是在加工过程中应注意齿轮端面的加工。3 零件图4图 21 零件图4 热处理工序的安排热处理工序主要用来改善材料的性能及消除应力。热处理的方法次数和在工艺路线中的位置，应根据零件材料和热处理的目的而定。热处理安排为 毛坯粗加工（粗车）半精加工（半精）精加工（精车） （去应力退火或者时效去应力） 齿轮
7、加工工艺过程：毛坯的选择-热处理 1-齿坯加工-齿面加工-齿端的加工-热处理 2-精基准的修正。2.3 确定生产类型已知零件的年生产纲领为 10000 件，零件质量约为 3.6kg，查表 1-1 可知其生产类型为大批量生产，初步确定工艺安排的基本思路为：加工过程划分阶段；工序适当集中；加工设备以通用设备为主；大量采用专用工装。这样安排，生产准备工作投资较少，生产效率较高，且转产容易。2.4 确定毛坯1、确定毛坯种类根据零件材料确定毛坯为锻件。根据其桔构形状、尺寸大小、生产类型和材料性能，毛坯的铸造方法选用砂型机器造型。2、确定锻件及形状5根据表 1-6 取加工余量等级为 MA-G 级。根据表
8、1-7 确定各表面的锻件机械加工余量（查表前必须先选择定位基准，以便确定基本尺寸） 。2.5 机械加工工艺过程设计1、选择定位基准（1）选择粗基准选择内孔和端面定位元件.先加工外圆，按“基准先行”的原则，采用外圆及端面为粗基准先加工内孔。（2）选择精基准为了保证圆跳动要求，各主要圆柱表面均互为基准加工，并尽量遵守“基准重合”的原则。其余表面加工采用“一孔一端面的定位方式，即以端面及 35H7 内孔为精基准。这样，基准统一，定位稳定，夹具结构及操作也较简单。 但必须提高这个内孔的精度，以保证定位精度。2、拟定工艺过程（1）选择表面加工方法查表 1-19表 1-21，根据各表面加工要求和各种加工方
9、法所能达到的经济精度，选技零件主要表面的加工方法与方案如下：35H7 内孔加工：粗车）半精车精车。92.55 外圆加工：粗车半精车精车，齿轮端面加工: 滚齿磨齿精基准修正。(2) 选择加工机床外圆和端面的加工采用 CA6140 车床,包括内孔的加工，齿轮端面的粗加工采用滚齿机加工,精加工采用磨齿机加工，内孔的磨削加工采用普通的磨床加工，键槽加工采用拉车加工。(3)加工刀具的选择高速钢是含有较多的 W 、Mo 、Gr 、V 的的高合金工具钢，与碳素工具钢和合金工具钢相比，高速钢具有较高的热稳定性（500650时仍能切削） ，故高速钢刀具允许使用切削速度较高。高速钢还具有良好的综合性能。其强度和韧
10、性是现有刀具材料中最高的（其抗弯强度是强硬质合金的 23 倍，韧性是硬质合金的 910 倍） ，具有一定的硬度和耐磨性，切削性能能满足一般加工要求，高速钢刀具制造工艺简单，刃磨易获得锋利的切削刃，能锻造，热处理变形小，所以适合加工本零件。车床上用硬质的合金刀，滚齿机是用专用的齿轮滚刀，磨齿机上用专用的齿轮磨刀，拉床上用矩形拉刀。（4）确定工艺过程方案6(1）拟定方案。各表面加工方法及粗、精基准已基本确定，现按照“先粗后精” 、“先主后次” 、 “基准先行”等原则，初步拟定工艺过程方案.如下表所示:表 21 工序工序号工序名称 工序内容01 锻 锻造毛坯02 热处理 对毛坯进行正火处理03 车
11、粗车 35 内孔，留磨削余量 0.4mm04 车 粗车 92.55 外圆，端面05 车 半精车外圆。留磨削余量 0.4mm06 车 齿端的加工倒圆，倒尖，倒棱07 滚齿 轮齿齿形的滚齿加工08 热处理 齿面的渗碳淬火热处理 5864HRC09 插键槽 插 8*3.3 的键槽。保证和 A0.035 的平行度与0.05 的对称度10 倒角 倒角 145，1.54511 磨 外圆至尺寸12 磨 磨内孔至 35mm 公差要求 0+0.02713 磨 齿面磨削14 钳 去毛刺15 检 检验2.6 确定各工序切削用量在单件小批生产中，各工序的切削用量一般由操作工人根据具体情况自己确定，以简化工艺文件。在大
12、批大量生产中则应科学地严格地选择切削用量，以充分发挥高效率设备的潜力和作用。切削用量的选用与下列因素有关：生产率，加工质量（主要是表面粗糙） ，7切削力所收起的工艺系统弹性变形，工艺系统的振动，刀具耐用度，机床功率等。在综合考虑上述因素的基础上，使背吃刀量 ap，进给量 f ，切削速度 v 的积最大。一般应先尽量取在的 ap，其次尽量取大的进给量 f，最后取合适的切削速度。2.7 加工工序综合卡表 22 加工工序综合卡毛坯材料20CrMnTi 毛坯种类锻件每毛坯件数1工序号工序名称工序内容 车间加工设备夹具 备注01 锻 锻造毛坯 锻02 热处理对毛坯进行正火处理热03 车 粗车 35 内孔，
13、留磨削余量 0.4mm机加车床三爪卡盘04 车 粗车 92.55 外圆，端面机加车床专用夹具05 车 半精车外圆。留磨削余量 0.4mm机加车床专用夹具06 车 齿端的加工倒圆，倒尖，倒棱机加车床专用夹具07 滚齿轮齿齿形的滚齿加工机加滚齿机专用夹具08 热处理齿面的渗碳淬火热处理 5864HRC热09 插键槽插 8*3.3 的键槽。保证和 A0.035 的平行度与 0.05 的对称度机加插床三爪卡盘10 倒角倒角 145，1.54511 磨 外圆至尺寸 机加磨床心棒12 磨 磨内孔至 35mm 公差要求 0+0.027机加磨床三爪卡盘13 磨 齿面磨削 机加磨齿机专用夹具14 钳 去毛刺15
14、 检 检验16 油封清理，入库83、夹具设计3.1 确定夹具的类型由齿轮零件的加工比较简单, 主要是齿轮端面的加工,故可采用心轴定位,再用螺栓紧固零件来定位夹紧工件.夹具的简图如下:图 31 夹具图1.确定工件的定位方式及定位元件的结构工件的定位方式主要取决于工件的加工要求和定位基准的形状尺寸。分析加工工序的技术条件和定位基准选择的合理性，遵循六点定位原则，按定位可靠结构简单的原则，确定定位方式。常见的定位方式有平面定位内孔定位外圆定位和组合定位（一孔一端面）定位等。在确定了工件的定位方式后，即可根据定位基面的形状，选取相应的定位元件及结构。2.工件的夹紧方式，计算夹紧力并设计夹紧装置夹紧机构
15、应保证工件夹紧可靠安全不破坏工件的定位及夹压表面的精度和粗糙度。在设计夹紧装置时必须合理选择夹紧力的方向和作用点，必要时还应进行夹紧力的估算。在确定夹紧力的大小时，为简化计算，通常将夹具和工件看成一个刚性系统。根据工件所受切削力，夹紧力（大型工件还需考虑重力，惯性力等等）的作用情况，找出加工过程中对夹紧最不力的状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力，最后再乘以安全系数，9如下：用拉杆压板夹紧工件端面 2KMFwk=（d+D）fFwk 为所需（实际）夹紧力，M 为切削转矩；K 为安全系数(粗加工时取 2.53，精加工时取 1.52)；d 为工件直径；f 为工件与支承面间的摩擦系数。3.2 夹紧力的计算(1)夹紧力的计算：查表得 Fwk=（d+D）f，取 K=2，f=0.2，得 Fwk=774.9(N)(2)选择夹紧螺栓直径根据夹紧力方向和作用点的选择原则，选用两只 M1660 内角夹紧螺栓，加工时纵向进刀时，轴向力 Fz 与夹紧力 Fwk 方向相同，切削扭矩 M 切使得工件转动，为防止工件发生转动，夹具夹紧机构应有足够的摩擦力矩与之平衡,选用 M16 的螺栓作为夹紧螺栓，安全可靠。3.3 夹具设计图图 32 夹具设计图
