汽车机械基础（第4版）课件 项目5 任务5.4 汽车变速器齿轮轴切削加工方案分析

李亚杰汽车机械基础项目5

汽车制造技术认知任务5.4汽车变速器齿轮轴切削加工方案分析汽车制造中，气缸体、气缸盖、连杆、传动轴、变速器齿轮轴等零部件的大小不一，形状和结构各异，采用的切削加工方法也各不相同。变速器齿轮轴采用了多种切削加工方案。会分析不同汽车零部件采用的切削加工方案，有利于掌握合格汽车零件的加工制造过程，为后续汽车专业知识的学习打下坚实的基础。【任务描述】变速器齿轮轴几何原理：任何表面都可以看作是一条线（母线）沿着另一条线（导线）运动的轨迹。母线导线（1）零件表面的形成原理

1.零件表面的形成原理及切削运动一、切削运动导线母线柱面的形成零件表面的形成原理1—母线2—导线在切削加工形成零件的全过程中，刀具和工件之间必需要有相对运动，按作用的不同可分：

①主运动：把多余的金属层切下来所必需的基本运动，称为主运动。主运动是最基本、最主要的运动。②进给运动：使金属层不断进行切削的运动，称为进给运动。（2）切削运动特点：在整个运动系统中速度最高、消耗的功率最大，主运动只有一个。

特点：速度低、消耗的功率小，进给运动有一个或多个。

（d）刨平面（e）磨外圆面

（f）磨平面（a）车外圆面

（b）铣平面

（c）钻孔几种主要切削加工的运动形式Ⅰ—主运动Ⅱ—进给运动

主运动的运动形式可以是旋转运动，也可以是直线运动；主运动可以由工件完成，也可以由刀具完成；主运动和进给运动可以同时进行，也可以间歇进行。已加工表面过渡表面待加工表面nf已加工表面过渡表面待加工表面dwdm零件上的3个表面：2.切削用量（1）切削速度（vc）切削速度是切削刃选定点相对于工件的主运动的瞬时速度。旋转运动：D

：切削处工件（或刀具）的直径（mm）；n

：工件（或刀具）的转速（r/min）。切削用量用来衡量切削运动量的大小。在一般的切削过程中，切削用量包括切削速度、进给量及背吃刀量。（2）进给量（f）

进给量指工件（或刀具）每转一周时，刀具（或工件）沿进给方向移动的距离。单位时间的进给量—进给速度（vf）（mm/s）dDfn12fap

背吃刀量指工件已加工表面和待加工表面间的垂直距离。（3）背吃刀量（ap）

在切削过程中，刀具切削部分是在较大的切削力、较高的切削温度及剧烈的摩擦状态下工作的。刀具能否胜任切削工作，取决于刀具切削部分材料的性能。

（1）高的硬度。刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度。刀具材料的常温硬度，一般要求在60HRC以上。

（2）高的耐磨性。耐磨性表示刀具抵抗磨损的能力。一般刀具材料的硬度越高，耐磨性越好。

（3）高的耐热性（热稳定性）。耐热性是指刀具材料在高温下保持硬度，耐磨性，强度和韧性的能力。★

刀具材料的性能及选用:3.切削刀具

（4）足够的强度和韧性。以便承受切削力，冲击和振动，而不致于产生崩刃和折断。

（5）良好的工艺性能。即刀具材料应具有良好的锻造性能，热处理性能，焊接性能，磨削加工性能等。二、切屑加工方法

不同的汽车零部件，采用的切削加工方法不同。1.车削加工在车床上利用工件的旋转运动和刀具的移动进行切削加工的方法，称为车削加工。车削加工主要用于加工各种回转体表面以及回转体端面，还可进行切断、切槽、车螺纹、钻孔、铰孔、扩孔等。车削加工的尺寸标准公差等级可达IT7～IT8，表面粗糙度值为Ra0.8～1.6μm。2.铣削加工用多刃回转刀具在铣床上对平面、台阶面、沟槽、成形表面、型腔表面、螺旋表面等进行切削加工的方法，称为铣削加工。铣削加工主要用于加工平面、台阶面、沟槽、成形表面、型腔表面、螺旋表面等。铣削加工的尺寸标准公差等级可达IT7～IT8，表面粗糙度值为Ra1.6～6.3μm。3.钻削加工、拉削加工和镗削加工钻削加工是用钻头或扩孔钻等刀具在工件上加工孔的方法。钻削加工除用钻头在实心材料上钻孔外，还可以采用不同的刀具进行扩孔、铰孔、攻螺纹、锪沉头孔及锪平面等。钻削加工的尺寸标准公差等级可达IT11～IT13，表面粗糙度值为Ra12.5～50μm。3.钻削加工、拉削加工和镗削加工拉削加工是在拉床上用拉刀加工工件的切削加工方法。拉削加工不但可以加工平面和没有障碍的外表面，还可以加工各种形状的通孔。钻削加工的尺寸标准公差等级可达IT7～IT8，表面粗糙度值为Ra0.4～0.8μm。拉刀3.钻削加工、拉削加工和镗削加工镗削加工是以镗刀旋转为主运动，以工件或镗刀的直线运动为进给运动的切削加工方法。镗削加工是基本的孔加工方法，还特别适用于加工箱体、机架等结构复杂的零件。镗削加工的尺寸标准公差等级可达IT7～IT8，表面粗糙度值为Ra0.8～1.6μm。4.刨削加工用刨刀对工件做水平相对直线往复运动的切削加工方法，称为刨削加工。刨削（包括插削）主要用于加工各种平面和沟槽，其基本工作内容有刨平面、刨垂直面、刨斜面、刨V形槽、刨燕尾槽、刨成形表面等。刨削加工的尺寸标准公差等级可达IT7～IT8，表面粗糙度值为Ra1.6～6.3μm。刨平面5.螺纹加工螺纹加工一般指用成形刀具或磨具在工件上加工螺纹的方法。螺纹加工方法有车削加工、铣削加工、搓螺纹、磨削加工、攻螺纹(攻丝)和套螺纹(套丝)等。攻丝套丝丝锥板牙6.齿轮齿形加工渐开线齿形的加工方法主要有成形法和范成法两种。成形法范成法7.磨削加工与光整加工在磨床上用磨具（如砂轮、砂带、油石、研磨剂等）对工件进行切削加工的方法，称为磨削加工。光整加工是指进一步提高零件加工精度和减小表面粗糙度的加工方法，它包括超精加工、珩磨、研磨和抛光等。珩磨三、切屑加工新工艺1.高速干式切削加工工艺高速干式切削加工是在无冷却、无润滑油剂的作用下，采用很高的切削速度进行的切削加工。它采用很高的切削速度，尽量缩短刀具与工件间的接触时间，再用压缩空气或其他类似的方法移去切屑，以控制工作区域的温度。2.少无屑加工工艺少无屑加工是指在机械制造过程中用精确成形方法制造零件的工艺。少无屑加工包括精密锻造、冲压、精密铸造、粉末冶金、工程塑料的压塑和注塑等，其中注塑在汽车零部件制造中占有十分重要的地位。四、零件各种表面的加工方案机械零件的形状虽然很多，但主要由外圆面、内圆面（孔）、平面和成形面这几种表面组成。零件加工的过程，实质上就是各种表面的加工过程。1.外圆面加工方案序号加工方案尺寸标准公差等级表面粗糙度Ra/μm工件材料1粗车IT11～IT1310～20非淬火钢非铁金属2粗车—半精车IT9～IT103.2～6.33粗车—半精车—精车IT7～IT80.8～1.64粗车—半精车—精磨IT6～IT70.4～0.8淬火钢5粗磨—精磨IT5～IT60.2～0.46粗磨—精磨—研磨IT3～IT50.008～0.12.平面加工方案序号加工方案尺寸标准公差等级表面粗糙度Ra/μm工件材料1粗刨—精刨IT7～IT81.6～6.3铸铁、钢粗刨—精磨IT6～IT70.8～3.2铸铁、钢2粗磨—精磨IT6～IT70.8～3.2淬火钢3粗铣—精铣（拉削）IT7～IT81.6～3.2铸铁、钢粗铣—精磨IT6～IT70.8～3.2铸铁、钢4粗磨—研磨IT4～IT50.2～0.8淬火钢5粗刨—精刨IT7～IT81.6～6.3铸铁、钢6粗刨—精磨IT6～IT70.8～3.2铸铁、钢3.齿轮（成形面）加工方案序号加工方案尺寸标准公差等级适用条件1滚齿或插齿IT8及以上对传动精度要求不高的齿轮2滚（插）齿—磨齿IT5～IT6传动精度较高的淬硬齿轮3滚（插）齿—剃齿、珩齿IT4～IT5未淬硬的高精度齿轮五、数控加工技术数控加工是指在数控机床上，用一种可编程的、由数字和符号实施控制的系统进行自动加工的过程。数控机床是一种装有程序控制系统的机床，可以按照技术人员事先编好的程序，自动对任何产品和零部件直接进行加工。数控机床是一种灵活性极强的、高效能的全自动化加工机床。数控加工中心（NumericallyControlledProductionCenter）是一种备有刀库并能自动更换刀具，能够对工件在一定的范围内进行多工序加工的数控机床。数控加工技术简称数控（NumericalControl），即采用数字控制的方法对某一工作过程实现自动控制的技术。数控加工技术在汽车零部件生产过程中的智能化发展，将成为汽车制造业的一个发展趋势。【任务实施】序号汽车变速器齿轮轴切削加工方案分析1汽车变速器齿轮轴的切削加工方法根据项目4知识可知，汽车变速器齿轮轴在工作时，主要传递扭矩、承受交变弯曲应力及一定的冲击载荷，故要求汽车变速器齿轮轴材料有一定的硬度、足够的疲劳强度和较好的韧性、耐磨性，并经过相应的热处理。因此，变速器齿轮轴一般采用中碳钢（45钢）制造。汽车变速器齿轮轴（45钢）主要需要加工外圆面、端面与齿轮，所采用的切削加工方法包括

加工、

加工和

加工2汽车变速器齿轮轴的切削加工方案结合本任务所讲的知识，确定变速器齿轮轴的切削加工方案如下。①变速器齿轮轴外圆面加工方案：粗车→

车→淬火→粗磨（→半精磨）→精磨。原因：此方案适用于加工精度高、表面粗糙度小，且要求淬硬，需将磨削分为粗磨和精磨，才能达到要求的钢件外圆面的加工。②

变速器齿轮轴端面加工方案：粗车→端面找正→

车→淬火→粗磨→

磨。原因：粗车用于加工齿轮轴端面；