X6232C齿轮加工工艺及其齿轮夹具和刀具设计

题 目 X6232C 齿轮加工工艺及其齿轮夹具和刀具设计 学 生 系 别 机 电 工 程 系 专 业 班 级 学 号 指 导 教 师 摘 要此篇论文主要内容是对 X6232C 机床齿轮的加工工艺路线进行的研究、设计，其中包括了各道工序的加工方法，机床、刀具、夹具、辅具的选择，基准面的选取，定位和夹紧方案的拟定；以及对插齿工序中所使用的专用夹具和刀具进行了研究设计。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，从而达到提高产品加工效率，加快产品上市时间的目的。关键词 工序，插齿，齿轮，夹具，刀具ABSTRACTThis thesis is the main content of machine tool X6232C main gear machining line for the research, design, Including the Road processes processing methods, machine tools, cutlery, fixtures, a Catholic instrument choice, datum selection, positioning and clamp programming; And the research design for the fixture and Cutters of gear shaping, The main content of the study is how to simplify the processes, reduce processing difficulty, and thus achieve greater processing efficiency, speed up product listed time. Keywords： The process, gear shaping，gear ，Fixture，Cutters 目 录摘 要 .IABSTRACT.II第一章 X6232C 齿轮的加工工艺 .21.1 X6232C 齿轮的工艺分析 .21.2 X6232C 齿轮的工艺要求 .21.3 确定毛坯的制造形式 .21.4 确定定位基准 .31.4.1 粗基准的选择 .31.4.2 精基准选择的原则 .31.5 确定各表面加工方案 .41.5.1 在选择各表面及孔的加工方法时，要综合考虑以下因素 .41.5.2 零件表面加工方法的选择 .51.6 工艺路线的拟订 .51.6.1 工序的合理组合 .51.6.2 加工阶段的划分 .61.6.3 工艺路线 .71.7 确定 X6232C 齿轮的偏差，机械加工余量及毛坯尺寸，设计毛坯图 .81.7.1 毛坯形状、尺寸确定的要求 .81.7.2 确定机械加工余量 .81.7.3 确定毛坯尺寸 .91.7.4 设计毛坯图 .91.8 工序设计 .111.8.1 选择加工设备 .111.8.2 确定工序尺寸 .121.9 确定切削用量及基本时间（机动时间） .131.9.1 工序(车端面、外圆)切削用量及基本时间的确定 .131.9.2 工序 (车端面、外圆)切削用量及基本时间的确定 .151.9.3 工序 (车端面、外圆)切削用量及基本时间的确定 .161.9.4 工序 (车端面、外圆及倒角)切削用量及基本时间的确定 .171.9.5 工序 (钻孔、扩孔及倒角)切削用量及基本时间的确定 .181.9.6 工序 (钻孔)切削用量及基本时间的确定 .191.9.7 工序 (插齿)切削用量及基本时间的确定 .191.9.8 工序 (插键槽)切削用量及基本时间的确定 .201.9.9 工序 (攻螺纹)切削用量及基本时间的确定 .21第二章 夹具设计 .222.1 研究原始资料 .222.2 夹具设计 .222.2.1 定位基准的选择 .222.2.2 切削力及夹紧力计算 .222.2.3 定位误差分析 .232.2.4 夹具设计及操作的简要说明 .24第三章 刀具设计 .253.1 刀具材料的选择 .253.2 刀具设计 .253.2.1 刀具结构设计的普遍原则 .253.2.2 零件主要参数的确定 .263.2.3 共轭齿轮主要参数的确定 .263.2.4 刀具的设计和主要参数计算 .27总 结 .32参 考 文 献 .34致 谢 .35前言毕业设计是在我们学完了大学的全部的基础课、技术课以及大部分专业之后进行的。同时结合社会实践，金工实习，毕业实习的知识对机械加工制造的全面总结，也是我们在毕业之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习,也是一次理论联系实际的训练。因此,它在我们四年的大学生活中有重要的地位。就我个人而言,我希望通过这次毕业设计对自己未来从事的工作进行一次适应性的训练从中锻炼自己分析问题,解决问题的能力,为今后的工作打下坚实的基础。就工艺编制而言，加工工艺由零件特点，技术要求，加工工艺过程卡，工艺分析和质量评定等五个部分。工艺分析中对过程卡的工艺路线，热处理安排及所用的夹具、刀具进行合理的分析选用。从而保证加工的各种精度要求。就夹具设计而言，首先应该明确它的要求。夹具是在金属切削加工中，用以准确地确定工件位置，并将其牢固夹紧。夹具的设计是为了保证工件的加工质量，提高加工效率，减轻劳动强度，充分发挥和扩大机床的工艺性能。在夹具设计整个过程中，始终要贯穿这样的思想。就刀具设计而言，刀具的全部结构要素都应以充分发挥刀刃的切削作用为目的。刀具的结构是为刀刃服务的。因而刀具结构的好坏是看其是否充分发挥了刀刃的切削性能。结构要简明实用，工艺性好，便于制造，易于推广。因此除要求联接环节，调节环节，接合面和各机构元件尽可能少外，还要考虑元件的制造工艺性整本说明书包含了工艺、夹具设计、刀具设计的所有详细过程，并附有公式计算的详尽过程和图表，使读者能够更清晰的了解夹具设计的全程。编写这本说明书，参考了许多资料，并且得到了指导老师张良栋老师的细心指导，以及本班同学的相互探讨，还有机自教研室的其他老师的指导，在此致谢。由于水平有限，错误和不足之处在所难免，恳请各位老师批评指正。编者二 OO 七年五月第一章 X6232C 齿轮的加工工艺1.1 X6232C 齿轮的工艺分析X6232C 齿轮是 X6232C 铣床上重要的传动零件之一，其零件尺寸小，结构也不是很复杂。齿轮零件图样的视图正确、完整，尺寸、公差及技术要求齐全。本零件各表面粗糙度在 Ra1.6m-Ra3.2m,所以各表面的加工并不困难。关于位置在外圆柱面上宽度为 3mm 和 处的槽表面粗糙度没做要求，3mm 沟槽主要用做油槽用，位置精度不5需要太高的要求，所以加工也不成问题。基准孔 mm 要求 Ra3.2mm 也很容易加287H工，对于 M8 螺纹用两端面定位，纵向不要求位置精度，加工亦没什么问题。因为其尺寸精度、几何形状精度和相互位置精度，以及各表面的表面质量均影响机器或部件的装配质量，进而影响其性能与工作寿命，因此它的加工是非常关键和重要的。1.2 X6232C 齿轮的工艺要求一个好的结构不但要应该达到设计要求，而且要有好的机械加工工艺性，也就是要有加工的可能性，要便于加工，要能够保证加工质量，同时使加工的劳动量最小。而设计和工艺是密切相关的，又是相辅相成的。设计者要考虑加工工艺问题。工艺师要考虑如何从工艺上保证设计的要求。图 1-1 齿轮零件图1.3 确定毛坯的制造形式齿轮是 X6232C 铣床上主要传动零件之一，可以传递空间平行两轴间的运动和动力，所以要求其具有一定的强度。零件材料为 40Cr，轮廓尺寸不大，形状亦不复杂，又属于小批量生产，所以可以选择自由锻毛坯。毛坯尺寸通过确定加工余量后决定。1.4 确定定位基准1.4.1 粗基准的选择选择粗基准时，考虑的重点是如何保证各加工表面有足够的余量，使不加工表面与加工表面间的尺寸、位置符合图纸要求。粗基准选择应当满足以下要求：粗基准的选择应以不加工表面为粗基准。目的是为了保证加工面与不加工面的相互位置关系精度。如果工件上表面上有好几个不需加工的表面，则应选择其中与加工表面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。以求壁厚均匀、外形对称、少装夹等。选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。例如：X6232C 齿轮的外圆面是重要表面。因而在加工时选择外圆面作为粗基准，加工齿轮的端面，再以加工出的端面作为精基准加工外圆面。这样就能保证均匀地去掉较少的余量，使表层保留而细致的组织，以增加耐磨性。应选择加工余量最小的表面作为粗基准。这样可以保证该面有足够的加工余量。应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准，以保证定位准确夹紧可靠。有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜选作粗基准，必要时需经初加工。粗基准应避免重复使用，因为粗基准的表面大多数是粗糙不规则的。多次使用难以保证表面间的位置精度。由于本齿轮零件全部表面都需要加工，而孔作为精基准应先加工，因此应选择外圆及一端面为粗基准。外圆 处为分模面，表面不平整有飞边等缺陷，定位不82.5m可靠，故不能选为粗基准，所以应选择外面 及左端面作为 X6232C 齿轮加工的70粗基准。1.4.2 精基准选择的原则基准重合原则。即尽可能选择设计基准作为定位基准。这样可以避免定位基准与设计基准不重合而引起的基准不重合误差。基准统一原则，应尽可能选用统一的定位基准。基准的统一有利于保证各表面间的位置精度，避免基准转换所带来的误差，并且各工序所采用的夹具比较统一，从而可减少夹具设计和制造工作。互为基准的原则。选择精基准时，有时两个被加工面，可以互为基准反复加工。例如：对淬火后的齿轮磨齿，是以齿面为基准磨内孔，再以孔为基准磨齿面，这样能保证齿面余量均匀。自为基准原则。有些精加工或光整加工工序要求余量小而均匀，可以选择加工表面本身为基准。此外，还应选择工件上精度高。尺寸较大的表面为精基准，以保证定位稳固可靠。并考虑工件装夹和加工方便、夹具设计简单等。本零件属于圆柱齿轮，类型属于单联性，孔是其设计基准（亦是装配基准和测量基准） ，为避免由于基准不重合而产生的误差，应选孔为定为基准，即遵循“基准重合”的原则。具体就是选择 28H7 孔及左端面作为 X6232C 齿轮加工的精基准。1.5 确定各表面加工方案一个好的结构不但应该达到设计要求，而且要有好的机械加工工艺性，也就是要有加工的可能性，要便于加工，要能保证加工的质量，同时是加工的劳动量最小。设计和工艺是密切相关的，又是相辅相成的。对于我们设计 X6232C 齿轮的加工工艺来说，应选择能够满足孔系加工精度要求的加工方法及设备。除了从加工精度和加工效率两方面考虑以外，也要适当考虑经济因素。在满足精度要求及生产率的条件下，应选择价格较底的机床。1.5.1 在选择各表面及孔的加工方法时，要综合考虑以下因素要考虑加工表面的精度和表面质量要求，根据各加工表面的技术要求，选择加工方法及分几次加工。根据生产类型选择，在大批量生产中可用高效率的设备。在单件小批量生产中则常用通用设备和一般的加工方法。如：X6232C 齿轮内孔加工，在小批量生产时，采用钻、扩、铰加工方法；而在大批量生产时采用拉削加工。要考虑被加工材料的性质。要考虑工厂或车间的实际情况，同时也应考虑不断改进现有加工方法和设备，推广新技术，提高工艺水平。此外，还要考虑一些其它因素，如加工表面物理机械性能的特殊要求，工件形状和重量等。1.5.2 零件表面加工方法的选择本零件的加工面有外圆、内孔、端面、齿面、槽及螺纹孔，材料为 40Cr，硬度HB241-286。由参考文献2机械制造工艺设计简明手册有关资料可以确定其加工方法选择如下：（1） 70 外圆面，表面粗糙度为 Ra3.2m,需进行粗车 半精车精车 （查m参考文献2 表 1.4-6） 。（2） 3mm 沟槽和 55 处沟槽，未注表面粗糙度，分析其作用主要做油槽用，所以粗车即可 （参考文献2表 1.4-6） 。（3） 28 内孔，表面粗糙度为 Ra3.2m,需进行钻孔 扩孔铰孔 （参考文献2表 1.4-7） 。（4） M8 螺纹孔为一般精度的内螺纹，可采用高速钢机动丝锥来攻螺纹，需进行钻孔攻螺纹 （参考文献2表 1.4-17） 。（5） 右端面表面粗糙度为 Ra1.6m，需进行粗车半精车精车，左端面表面粗糙度为 Ra3.2m，需进行粗车半精车 （参考文献 2表 1.4-6） 。（6） 齿面：齿轮模数为 2.5，齿数为 31，精度等级为 7，表面粗糙度为Ra1.6m，采用设计出的插齿刀具进行插齿加工 （参考文献2表 1.4-17） 。（7）槽：槽的表面粗糙度为 Ra3.2m，采用插槽刀进行插削加工。 （参考文献1表 9-15）1.6 工艺路线的拟订齿轮的加工工艺路线一般是先进行齿坯的加工，再进行齿面的加工。齿坯加工包括各圆柱面及端面的加工。具体安排是按照先加工基准面及其先粗后精的原则加工。后续工序安排应当遵循粗精分开和先面后孔的原则。1.6.1 工序的合理组合制订工艺路线时，应考虑工序的数目，采用工序集中或工序分散是其两个不同的原则。所谓工序集中，就是以较少的工序完成零件的加工，反之为工序分散。工序集中的特点工序数目少，工件装，夹次数少，缩短了工艺路线，相应减少了操作工人数和生产面积，也简化了生产管理，在一次装夹中同时加工数个表面易于保证这些表面间的相互位置精度。使用设备少，大量生产可采用高效率的专用机床，以提高生产率。但采用复杂的专用设备和工艺装备，使成本增高，调整维修费事，生产准备工作量大。工序分散的特点工序内容简单，有利选择最合理的切削用量。便于采用通用设备。简单的机床工艺装备。生产准备工作量少，产品更换容易。对工人的技术要求水平不高。但需要设备和工人数量多，生产面积大，工艺路线长，生产管理复杂。工序集中与工序分散各有特点，必须根据生产类型。加工要求和工厂的具体情况进行综合分析决定采用那一种原则。一般情况下，像 X6232C 齿轮这种单件小批生产，为简化生产管理，多将工序适当集中。但由于不采用专用设备，工序集中程序受到限制。结构简单的专用机床和工夹具组织流水线生产。由于近代计算机控制机床及加工中心的出现，使得工序集中的优点更为突出，即使在单件小批生产中仍可将工序集中而不致花费过多的生产准备工作量，从而可取的良好的经济效果。1.6.2 加工阶段的划分零件的加工质量要求较高时，常把整个加工过程划分为几个阶段：粗加工阶段粗加工的目的是切去绝大部分多雨的金属，为以后的精加工创造较好的条件，并为半精加工，精加工提供定位基准，粗加工时能及早发现毛坯的缺陷，予以报废或修补，以免浪费工时。粗加工可采用功率大，刚性好，精度低的机床，选用大的切前用量，以提高生产率、粗加工时，切削力大，切削热量多，所需夹紧力大，使得工件产生的内应力和变形大，所以加工精度低，粗糙度值大。一般粗加工的公差等级为 IT11IT12。粗糙度为Ra80100m。半精加工阶段半精加工阶段是完成一些次要面的加工并为主要表面的精加工做好准备，保证合适的加工余量。半精加工的公差等级为 IT9IT10。表面粗糙度为 Ra101.25m。精加工阶段精加工阶段切除剩余的少量加工余量,主要目的是保证零件的形状位置几精度,尺寸精度及表面粗糙度,使各主要表面达到图纸要求.另外精加工工序安排在最后,可防止或减少工件精加工表面损伤。精加工应采用高精度的机床小的切前用量，工序变形小，有利于提高加工精度精加工的加工精度一般为 IT6IT7，表面粗糙度为 Ra101.25m。光整加工阶段对某些要求特别高的需进行光整加工，主要用于改善表面质量，对尺度精度改善很少。一般不能纠正各表面相互位置误差，其精度等级一般为 IT5IT6，表面粗糙度为Ra1.250.32m。此外，加工阶段划分后，还便于合理的安排热处理工序。由于热处理性质的不同，有的需安排于粗加工之前，有的需插入粗精加工之间。但须指出加工阶段的划分并不是绝对的。在实际生活中，对于刚性好，精度要求不高或批量小的工件，以及运输装夹费事的重型零件往往不严格划分阶段，在满足加工质量要求的前提下，通常只分为粗、精加工两个阶段，甚至不把粗精加工分开。必须明确划分阶段是指整个加工过程而言的，不能以某一表面的加工或某一工序的性质区分。例如工序的定位精基准面，在粗加工阶段就要加工的很准确，而在精加工阶段可以安排钻小孔之类的粗加工。1.6.3 工艺路线通过以上分析，本零件齿坯可按下述工艺路线进行：工序：以左端面及左端面处外圆定位，粗车外圆 ，粗车右端面。82.5m工序：以粗车出来的外圆 及右端面定位，粗车左端面，粗车外圆82.5m，车沟槽 和 。70m32.517工序：以外圆 及右端面定位，半精车左端面，半精车精车外圆。工序：以左端面及外圆 定位，半精车精车右端面，半精车外圆0，倒角。82.5m工序：以左端面及外圆 定位，钻 孔，然后扩铰 孔，倒70m28m28m角。工序：以外圆 及右端面定位，钻 M8 螺纹孔.82.5工序：以 孔及端面定位，插齿。H工序：以 孔及端面定位，插键槽。7工序：攻 M8 螺纹。工序：钳工去毛刺。工序：终检，入库。1.7 确定 X6232C 齿轮的偏差，机械加工余量及毛坯尺寸，设计毛坯图X6232C 齿轮的锻造采用的是合金钢制造，其材料为 40Cr，硬度 HB241-286，生产类型为小批量生产，毛坯采用的是自由锻造方式。1.7.1 毛坯形状、尺寸确定的要求设计毛坯形状、尺寸还应考虑到：、各加工面的几何形状应尽量简单。、工艺基准以设计基准相一致。、便于装夹、加工和检查。、结构要素统一，尽量使用普通设备和标准刀具进行加工。在确定毛坯时，要考虑经济性。虽然毛坯的形状尺寸与零件接近，可以减少加工余量，提高材料的利用率，降低加工成本，但这样可能导致毛坯制造困难，需要采用昂贵的毛坯制造设备，增加毛坯的制造成本。因此，毛坯的种类形状及尺寸的确定一定要考虑零件成本的问题但要保证零件的使用性能。在毛坯的种类、形状及尺寸确定后，必要时可据此绘出毛坯图。1.7.2 确定机械加工余量钢质锻件的机械加工余量按 JB3835-85 确定。确定时根据估算的锻件质量、加工精度及锻件形状复杂系数，由参考文献2表 2.2-25 可查得内外表面的加工余量，孔的加工余量由表 2.0-24 查得。表中余量值为单边余量。1.7.2.1 锻件质量根据零件成品质量为 1.04kg 估算为 2.0kg。1.7.2.2 加工精度零件各表面为一般加工精度 F1。1.7.2.3 锻件形状复杂系数 Ssm锻 件外 廓 包 容 体假设锻件的最大直径为 86.5mm，长为 76.5mm。=外 廓 包 容 体 7.658327.5gk28.（ ）m 锻件 2kg0.3.527s查参考文献2表 2.2-10，可定形状复杂系数为 S2，属于一般级别。1.7.2.4 机械加工余量 根据锻件重量、F 1、S 1查参考文献2表 2.2-25。由于表中形状复杂系数只列有S1和 Sa，则 S2参考 S1定，S 4参考 Sa确定。由此查得直径方向为 3mm，水平方向为2.5mm。即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查参考文献2表 2.2-24，查得为 2.6mm。1.7.3 确定毛坯尺寸上面查得的加工余量适用于机械加工表面粗糙度 Ra 1.6m。Ra右边，符合要求，所以取=0.20gx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1mingdatg =1mingd210()cosegfRrza0.00000010.00001=16.745361mingdainv =0.0089788sin =0.28811871ingdcos =0.95759471 保证被 mingax=mingax0.01 =-0.50mingax6 切齿轮不发生顶切的最小变化系数11min1()2ggffzvaxta将 16 项结果代入公式（参考文献5式 2.4-4）中验算是否发生根切 11minmin()cos2gfgddzaA0.001 =74.8251mingdAini()gegdegRfx0.001 in39.75egdR17验算插齿刀在切削齿轮时是否发生根切 221min1inmin0sgdgdegdgaRr0.001左边=3.9890符合参考文献5式2.4-4 的要求，所以取取 min0.5gx18原始截面到前端面距离0b=0baxgdt 0.1 =4.80b19 厚度 B B=maxin()(35)get整数 B=17+（ ）35查参考文献5表 2.4-3 取 B=1720修正后齿形角 fgatg =fga1fet=20.17071 =fga20 1015cos =f0.9386695sin =fga0.344818421侧刃后角 catg = sin tgcfgea0.0000001 =2 5c22分圆直径 fgd=mfdz0.001 =75fgd23齿形角修正后的基圆直径0g= 0gfcosfga=70.4000g原始截面上的齿形尺寸24 齿顶高 0egh=0eghfm0.01 =3.130egh25分圆弧齿厚 fs=fs20.001 =3.927fs26 齿全高 0g=20ge0.01 =6.260g前端面上的齿形尺寸27 齿顶高 egh= + tgegh0bea0.01 =3.63egh28分度弧齿厚 fs= +2 tg tgfsf f0.001 =4.294fs29顶圆直径 egD= +2egfdegh0.01 =82.26egD30根圆直径 i = -2iD00.01 =69.74i31前刃面齿顶高 egh=egcos0.01 =3.64egh32其它结构尺寸查参考文献5表 2.4-2 2.4-7 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 =57.29578tgeega式中 齿顶圆压力角gacos =e05gedDt0.00000010.000011=31.78674egatg =0.6197059 =35 30e34齿形有效部分起始点展开角 y =57.29578tgyya式中 齿形有效部分起始点a压力角tg =tg -yfg10(2.5)/sineegffmbtad式中 被切齿轮的原始齿条ef齿顶高系数0.00000011tg =0.1812925ya =10 2335有效部分展开角 x = -xey1 =25 7x36齿根圆压力角 igacos = ,当 时，以ig02irD0igd处计算齿间宽0d0.00000010.00001 ，所以以0igDd处计算=0，inv =0igaig37根圆齿厚 igs=igi()fgfigsinva0.01 =5.03s由于是基圆直径代入，所得 为基圆齿厚ig38根圆齿间宽 igw= 如 iw(1.5)由于是基圆直径代入， 所得齿间宽为基圆齿 间宽根据以上的计算结果，并按参考文献5第四章第七节“插齿刀的主要技绘出图 3-1图 3-1 插齿刀总 结通过本次的