齒輪類零件加工工藝分析及夾具設計

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1、 齒輪類零件加工工藝分析和夾具設計 目錄 摘要 4 第一章 齒輪類零件加工工藝規(guī)程編制概述 5 1.1工藝編制的總體步驟 5 第二章 對齒輪類零件的加工工藝編制和分析 6 2.1分析齒輪類零件的技術要求 6 2.2明確毛坯尺寸 8 2.3擬定工藝路線 8 2.4設計工序內容 10 2.5填寫工藝文件 10 第三章 對齒輪類零件加工工藝進行合理性分析 11 第四章 夾具設計的要求 11 4.1 了解夾具設計的總體要求 11 第五章 夾具設計的特點 12 5.1確定夾具的類型 12 5.2鉆模的主要類型 12 第六章 工件夾緊計算

2、和選擇 13 6.1工件的夾緊 13 6.2 夾緊力的選擇 13 6.3夾緊力的計算和精度分析 14 第七章 夾具的結構分析和設計 16 7.1夾具的夾緊和定位 16 7.2夾具的導向 17 第八章 夾具的總體分析 17 第九章 致謝 18 摘要 齒輪類零件是典型零件之一，它在機械主要用于傳動，齒輪類零件主要有齒輪．齒輪軸，渦輪渦桿，在機械領域運用很廣泛。 按傳動形式分圓柱類齒輪、錐齒輪、齒條等。 按齒形狀分：齒輪、齒、字齒等。 按制作方法分：鑄造齒輪、燒結齒輪、軋制齒輪等。 我以齒輪加工工藝編

3、制分析齒輪的加工要求，在生產(chǎn)實際中闡述齒輪的工藝過程，和工藝的合理性。 夾具在機械加工中有舉足輕重的作用，好的夾具才是保障零件加工的方法。我從夾具的分析、設計、計算、使用方面概述夾具的用途。 按專業(yè)化程度可分為通用夾具、專用夾具、可調夾具、組合夾具、成組夾具、標準夾具、隨行夾具、組合機床夾具等。我這次設計的是蓋板式鉆夾具。這是一種專用夾具，專為一工件的一道工序而設計的夾具。 關鍵詞：齒輪、夾具、工藝、設計 1.1工藝編制的總體步驟 1.分析零件的結構和技術要求 （1）分析圖樣資料 ①加工工藝表面的尺寸精度和形狀精度 ②各加工表面之間以和加工表面和

4、不加工表面之間的位置精度 ③加工表面的粗糙度和表面的其他要求 ④熱處理和其他要求 （2）零件的結構工藝分析。零件的結構工藝是指所設計的零件在滿足性能的要求下，制造的經(jīng)濟性和可行性，包括整個工藝過程，有毛坯制作、切削加工、裝配和維修等工藝。 2.明確毛坯的狀況 （1）零件的材料和熱處理，零件應根據(jù)不同工作條件和使用要求選不同的材料和熱處理方式，以獲得一定的強度、韌性和耐磨性。 （2）毛坯的形狀和尺寸的確定 （3）毛坯的選用 3．擬定工藝路線 （1）確定加工方案 （2）劃分加工工段 （3）選擇定位基準 (4)加工順序 4.設計工序內

5、容 （1）確定余量，工序尺寸和其公差 （2）選擇設備和工裝 5.填寫工藝卡 完成以上工作后，按要求填寫工序卡片 2.齒輪類零件加工工藝編制和分析 2.1分析齒輪類零件的結構特點和技術要求 齒輪加工的過程由若干個工序組成，為了獲得符合精度要求的齒輪，齒形加工是整個加工的關鍵。以直齒圓柱齒輪工藝為例。如下圖： 齒輪的加工方法很多，按加工中有無切削，可分為有切削和無切削加工兩大類。其中無切削加工有：熱軋齒輪、冷軋齒輪、精煅等新工藝。 切削加工有：成形法、展成法。 （1）齒輪類零件的結構特點和技術要求 ①圓柱齒輪的結構特點，按加工角度分圓柱齒輪分，為輪體和齒

6、圈兩部分分，按輪齒的分布形式分直齒、斜齒、人字齒等等。 ②圓柱齒輪的精度要求 根據(jù)齒輪的使用要求，對齒輪傳動油以下幾方面的要求： A.運動精度，傳動比恒定，要求齒輪在轉一圈時，轉角誤差不超過一定的范圍。 B．工作平穩(wěn)性，要求齒輪運動平穩(wěn)，沖擊，振動和噪聲小 C．載荷分布均勻性，為了不致因載荷分布不均勻使接觸應力過大，引起齒面早起磨損，要求齒面接觸要均勻，并保證一定的接觸面積和接觸位置。 D.合理的齒側間隙，要求齒輪在傳動時，要有一定的齒側間隙。 （2）分析結構和技術要求。 如圖示，運動精度為7級，主要是公法線變動公差為Ｆw為0.0 036mm,徑向公差為0.08mm,傳動平穩(wěn)

7、性等級為6級，表面粗糙的為Ra1.6μm,端面與軸線有垂直度要求，齒輪表面需淬火，齒部硬度為52-54HRC. 2.2明確毛坯尺寸 （1）齒輪的材料與毛坯 根據(jù)齒輪的工作條件和失效形式，制造齒輪的齒輪有鍛鋼、鑄鋼，鑄鐵，特殊情況時有有色金屬和非金屬材料。 （2）齒輪的毛坯形式主要有棒料，鍛件和鑄件 （3）齒輪的熱處理，齒輪粗加工前常安排預熱處理，其目的是改善加工性能。本零件可運用正火，正火可以消除內應力，提高 強度和韌性，改善加工性能，齒輪毛坯正火一般在粗加工之前。正火處理后的硬度為160—220HBW。 2.3擬定加工工藝路線 根據(jù)齒輪材質和熱處理要求，齒輪結構和尺寸

8、大小，精度要求，生產(chǎn)批量和車間設備條件而定，一般工藝路線如下： 毛坯制造→毛坯熱處理→齒坯加工→齒形加工→齒圈熱處理→齒輪定位表面熱處理→齒圈的精整加工 （1） 確定加工方案 A．齒坯加工：齒形加工中，主要保證基準孔的尺寸精度，位置精度，基準端面相對于基準孔的位置精度。齒形的公差和表面粗糙度如下表： B．齒形加工：齒形加工一般采用滾齒，插齒，對于8級以下可以直接加工，6—7齒輪采用剃→垳齒，該齒輪采用滾齒， 該齒輪的精加工采用剃→垳齒 （2）劃分加工階段 齒輪的加工工藝階段可分為：毛坯制造，毛坯熱處理，齒坯加工，齒形加工，齒端加工，齒面熱處理，齒輪定位表面精加工，齒形精加工。

9、 （3）選擇定位基準 A．以內孔和端面定位：確定齒輪中心和軸向位置，并采用面向端面的夾緊方式。使設計基準，裝配基準，測量基準重合，又使齒形加工等工序統(tǒng)一。 B，以外圓和端面定位：工件和夾具心軸間隙大時，采用千分表找正中心的方法；從另一端夾緊，也可以找正。 （4）加工順序安排： 工藝路線：毛坯制造→正火→齒輪毛坯粗，精車→滾齒→齒圈淬火→齒輪定位表面內錐孔磨削→垳齒 2.4設計工序內容 A．確定工序尺寸，粗車各端面，外圓，內孔按圖樣加工尺寸每部留1.5mm余量； 精加工，內錐孔磨削和垳齒加工到圖樣規(guī)定尺寸，滿足其技術要求。 B．選擇設備工裝，C6132，CA6140，滾齒機

10、齒輪加工夾具，心軸，節(jié)圓專用夾具 2.5填寫工藝文件（如下表） 3對齒輪類零件加工工藝進行合理性和加工成本進行分析 A． 嚴格安照了典型零件加工的工藝過程進行工藝編制，條例清晰，五大步驟，路線明確 B． 遵循了基準重合，基準統(tǒng)一原則，在2.3（3）選擇定位基準時，以內孔和端面定位，這種方式可使定位基準、設計基準、裝配基準、測量基準重合，又能夠使齒形加工等工序基準統(tǒng)一。提高了定位精度。 C． 嚴格按照了先粗后精、先主后次的加工工序安排。 D． 科學有序的安排工藝，合理的安排了工時，運用普通機床，減少了成本。 4夾具設計的要求 1）夾具應滿足零件加工工序的精度要求

11、。特別對于精加工工序， 應適當提高夾具的精度，以保證工件的尺寸公差和形狀位置公差等。 2）夾具應達到加工生產(chǎn)率的要求。特別對于大批量生產(chǎn)中使用的夾具，應設法縮短加工的基本時間和輔助時間。 3）夾具的操作要方便、安全。按不同的加工方法，可設置必要的防護裝置、擋屑板以和各種安全器具。 4）能保證夾具一定的使用壽命和較低的夾具制造成本。夾具元件的材料選用將直接影響夾具的使用壽命。因此，定位元件以和主要元件宜采用力學性能較好的材料。在大批量生產(chǎn)中。宜采用氣壓、液壓等高效夾緊裝置；而小批量生產(chǎn)，則宜采用較簡單的夾具結構。 5）要適當提高夾具元件的通用化和標準程度。選用標準化元件， 特別應選用

12、商品化的標準元件，以縮短夾具制造周期，從而降低夾具成本。 6）必須具有良好的結構工藝性，以便夾具的制造、使用和維修。 以上要求有時是互相矛盾的，故應在全面考慮的基礎上，處理好主要矛盾，使之達到較好的效果。 5夾具設計的特點 5.1確定夾具的類型 按使用范圍，夾具可分為通用夾具和專用夾具兩類。通用夾具適用于各種不同尺寸的零件加工，如導尺、分度盤等。這類夾具是作為附件與機床一起配套供應的。專用夾具是專門為某一工件在某一工序進行加工而設計的夾具，如在銑床上加工彎曲零件必須采用相應的夾具 ５.２鉆模的主要類型 鉆床專用夾具一般通稱為“鉆?！薄？砂淬@模有無夾具體，以和夾具體是否可動，

13、而分為下面幾類： A．固定式鉆模 這種鉆模在使用時，是被固定在鉆床工作臺。用于在立軸式鉆床上加工較大的單孔或在搖臂鉆床上加工平行孔系。這種加工方式的鉆孔精度比較高。 B．回轉式鉆模 回轉式鉆模主要用于加工同一圓周面上的平行孔系，或分布在圓周上的徑向孔。 Ｃ．翻轉式鉆模 主要用于加工小型工件不同表面上的孔。使用翻轉式鉆?？蓽p少工件裝夾的次數(shù)，提高工件上各孔之間的位置精度 ６．工件夾緊計算和選擇 ６.1 工件的夾緊 ６.１.１夾緊基本原理理論 夾緊的目的是保證工件在夾具中的定位，不致因工時受切削力，重力或伴生離心力，慣性力，熱應力等的作用產(chǎn)生移動或振動。夾緊裝置

14、是夾具完成夾緊作用的一個重要的而不可以缺少的組成部分，除非工件在加工過程中所受到的各種力不會使它離開定位時所需確定的位置，才可以設有夾緊裝置。 設計夾緊裝置時，應滿足下述主要要求：[2] A.夾緊裝置在對工件夾緊時，不應破壞工件的定位，為此，必須正確選擇夾緊力的方向和著力點。 B.夾緊力的大小應該可靠，適當，要保證工件在夾緊后的變形和受壓表面的損傷不致超出允許的范圍。 C.夾緊裝置結構簡單合理，夾緊動作要迅速，操作方便省力，安全。 D.夾緊力或夾緊行程在一定范圍內可進行調整和補償 ６.２夾緊力的選擇 A．夾緊力方向 在保證安裝的真確可靠，減少工件的變形，定位方便和在可以減少所需

15、夾緊力的大小的前提下，夾具的夾緊方向和工件重力方向和切削方向相同。 B.夾緊力的作用點 夾緊力的作用點是指夾緊元件與工件相接觸的一小塊面積?，F(xiàn)在夾緊力的方案已定?？紤]夾具的結構尺寸特征可以確定夾緊力的作用點個數(shù)為2個。 考慮夾緊力作用點的一般要求： ① 夾緊力的作用點應能保持工件定位穩(wěn)定，而不至引起工件發(fā)生位移和偏轉； ② 夾緊力的作用點，應使被夾緊的夾緊變形盡可能的小些； ③ 夾緊力的作用點應盡可能靠近加工表面，以提高定位穩(wěn)定性。 6.3夾緊力的計算和精度分析 夾緊力的大小重要取決于切削P和重力G，重力是可認為不變的，而切削力在切削的過程中是變化的。影響切削力的大小因素很多，

16、如工件質量的不均勻，加工質量的不均勻，刀具磨損以和切削用量的變化等等。 工件的加工誤差： 造成表面位置的加工誤差包括下列四方面： 1）△A——夾具位置誤差，即定位元件相對機床的切削成形運動的位置誤差。 △A1——定位元件定位面對夾具體基面的誤差； △A2——夾具的安裝連接誤差。 2）△D——定位誤差，即由定位引起的工序基準的位置誤差。 3）△T——刀具相對夾具的位置誤差，即對刀導向誤差。 4）△G——與加工過程中一些因素有關的加工誤差。包括機床誤差、刀具誤差以和工藝系統(tǒng) 的受力變形（如夾緊誤差）、熱變形、磨損等因素造成的加工誤差。 △B=hmax-hmi

17、n=δh2 7夾具的結構分析和設計 7.1夾具的夾緊裝置和定位裝置[1] [2] 夾具中的裝夾是由定位和夾緊兩個過程緊密聯(lián)系在一起的。定位問題已在前面研究過，其目的在于解決工件的定位方法和保證必要的定位精度。典型的螺旋夾緊機構的特點： （1）結構簡單； （2）擴力比大； （3）自瑣性能好； （4）行程不受限制； （5）夾緊動作慢。 7.2夾具的導向 在鉆床上加工孔時，大都采用導向元件或導向裝置，用以引導刀具進入正確的加工位置，并在加工過程中防止或減少由于切削力等因素引起的偏移，提高刀具的剛性，從而保證零件上孔的精度，在鉆床上加工的過程中，導向裝置保證同軸各孔的同軸度、各

18、孔孔距精度、各軸線間的平行度等 鉆套 8總體分析夾具 8.1 夾具按專業(yè)化程度可分為通用夾具、專用夾具、可調夾具、組合夾具、成組夾具、標準夾具、隨行夾具、組合機床夾具等。我這次設計的是蓋板式鉆夾具。這是一種專用夾具，專為一工件的一道工序而設計的夾具。在選定設計方案之前，我們到了實習，讓我們對夾具設計有了很直觀的認識， 比如說對零件的裝夾，定位和精度分析等等。我們之中也在學校的數(shù)控實訓中心參觀，并請教了中心的老師。這也讓我們更多的了解了夾具設計的注意事項。 9致謝 大學三年學習時光已經(jīng)接近尾聲，在此我想對我的母校，我的父母、親人們，我的老師和同學們表

19、達我由衷的謝意。??? 感謝我的家人對我大學三年學習的默默支持；感謝我的母校襄陽職院了我在大學三年深造的機會，讓我能繼續(xù)學習和提高；感謝襄陽職院的老師和同學們三年來的關心和鼓勵。老師們課堂上的激情洋溢，課堂下的諄諄教誨；同學們在學習中的認真熱情，生活上的熱心主動，所有這些都讓我的三年充滿了感動。 這次畢業(yè)論文設計我得到了很多老師和同學的幫助，其中我的論文指導老師黃師對我的關心和支持尤為重要。每次遇到難題，我最先做的就是向黃老師尋求幫助，而黃老師每次盡管或閑，總會抽空來找我面談，然后一起商量解決的辦法。 黃老師不僅在學業(yè)上給我以精心指導，同時還在思想給我以無微不至的關懷，在此謹向黃老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。? 機械1002 曾凱 2013-4-25