傳動齒輪軸的加工工藝

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1、齒輪軸零件的主要作用是支撐回轉(zhuǎn)零件、實現(xiàn)回轉(zhuǎn)運動并傳遞轉(zhuǎn)矩和動力。齒輪軸具備傳動效率高、結(jié)構(gòu)緊湊和使用壽命長等一系列優(yōu)點，是通用機械特別是工程機械傳動中的重要零件之一。齒輪軸加工材料、熱處理方式、機械加工工藝過程的優(yōu)化，將對提高齒輪軸的加工質(zhì)量及壽命有著重要借鑒意義。本設(shè)計首先分析了齒輪軸零件的作用和加工工藝性，然后進行工藝規(guī)程設(shè)計。齒輪軸零件的機械綜合性能要求較高，一般選擇鍛件作為毛坯。合理安排工藝路線，劃分加工階段對保證零件加工質(zhì)量至關(guān)重要。 關(guān)鍵詞：齒輪軸；工藝分析；工藝規(guī)程設(shè)計； 目錄 摘要. 緒論.0 1.1 本文研究的目的和意義0 課題背景知識1齒輪軸的應(yīng)用1傳統(tǒng)齒輪軸

2、的加工方法1數(shù)控加工工藝2齒輪軸加工工藝設(shè)計4 2.1.1 材料分析生產(chǎn)類型確定3確定零件材料3確定零件的生產(chǎn)類型3 1.2 選擇毛坯，繪制零件圖4 選擇加工方法，制定工藝路線5毛坯預(yù)備熱處理5粗加工（型材）5熱處理5精加工6參考文獻.6 緒論 1.1 本文研究的目的和意義 本設(shè)計是在我們學(xué)完了大學(xué)的全部基礎(chǔ)課程、技術(shù)課程以及全部專業(yè)課之后進行的。此次的設(shè)計是對大學(xué)期間所學(xué)各課程及相關(guān)繪圖軟件的一次深入的綜合性復(fù)習(xí)，也是使我們綜合運用所學(xué)過的基本知識與基本技能去解決專業(yè)范圍內(nèi)的工程技術(shù)問題而進行的一次基本訓(xùn)練。因此，它在我們四年的大學(xué)生活中占有重要的地位。我們在完成畢業(yè)設(shè)計的同時，

3、也培養(yǎng)了我們正確使用技術(shù)資料、國家標(biāo)準(zhǔn)、有關(guān)手冊、圖冊等工具書，進行設(shè)計計算、數(shù)據(jù)處理、編寫技術(shù)文件等方面的工作能力，也為我們以后的工作打下了堅實的基礎(chǔ)。本次設(shè)計的目的在于： （1）培養(yǎng)綜合分析和解決本專業(yè)的一般工程問題的獨立能力，拓寬和深化所學(xué)知識。 （2）培養(yǎng)樹立正確的設(shè)計思想、設(shè)計思維，掌握工程設(shè)計的一般程序、規(guī)范和方法的能力。 （3）培養(yǎng)正確地使用技術(shù)知識、國家標(biāo)準(zhǔn)、有關(guān)手冊、圖冊等工具書，進行設(shè)計計算、數(shù)據(jù)處理、編寫技術(shù)文件等方面的工作能力。 （4）培養(yǎng)自己進行調(diào)查研究、面向?qū)嶋H、面向生產(chǎn)，向工人和工程技術(shù)人員學(xué)習(xí)的基本工作態(tài)度、工作作風(fēng)和工作方法。 （5）熟悉齒輪軸零件加

4、工工藝過程的方法步驟，為以后從事相關(guān)的技術(shù)性工作打下堅實的基礎(chǔ)。 （6）通過對齒輪軸零件的機械制造工藝設(shè)計，使我們在機械制造工藝規(guī)程設(shè)計，工藝方案論證，機械加工余量計算，工藝尺寸的確定，編寫技術(shù)文件及查閱技術(shù)文獻等各個方面得到一次綜合性訓(xùn)練。初步具備設(shè)計一個中等復(fù)雜程度零件工藝規(guī)程的能力。 1.2.1 課題背景知識齒輪軸的應(yīng)用 齒輪軸是現(xiàn)代機械中應(yīng)用最為廣泛的一種傳動零件，廣泛適用于機械、汽車、航空、印刷、儀器儀表及礦山行業(yè)。我國是一個機械大國，但不是機械強國。尤其是我國很多中小企業(yè)用的設(shè)備是十年以前、甚至是二十年以前的設(shè)備，生產(chǎn)設(shè)備相對落后。齒輪軸的種類多種多樣，但是每一種齒輪都有一定

5、的特點，如何在現(xiàn)有設(shè)備的條件下，從夾具，刀具，加工工藝等方面綜合考慮，針對每一種齒輪軸制造過程編制工藝，從而生產(chǎn)出高質(zhì)量的齒輪，就顯得尤為重要。 齒輪軸一般是小齒輪（齒數(shù)少的齒輪），運用在高速級（也就是底扭矩級）傳動中。齒輪軸一般很少作為變速的滑移齒輪，一般都是固定運行的齒輪，因為處在高速級，其高速度是不適進行滑移變速的。齒輪軸是軸和齒輪合成一個整體的，但是，在設(shè)計時，還是要盡量縮短軸的長度，太長了一是不利于上滾齒機加工，二是軸的支撐太長導(dǎo)致軸要加粗而增加機械強度（如剛性、撓度、抗彎等）。 一般齒輪軸有兩個支撐軸徑，工作時通過軸徑支撐在軸承上，這兩個支撐軸徑便是其裝配基準(zhǔn)，通常也是其他表面

6、的設(shè)計基準(zhǔn)，所以它的精度和表面質(zhì)量要求較高。對于一些重要的軸，支撐軸除規(guī)定較高的尺寸精度外，通常還規(guī)定圓度、圓柱度以及兩軸徑之間的同軸度等形狀精度要求等。對于其他工作軸徑，如安裝齒輪、帶輪、螺母、軸套等零件的軸徑，除了有本身的尺寸精度和表面粗糙度外，通常還要求其軸線與兩支承軸徑的公共線同軸，以保證軸上各運動部件的運動精度。 齒輪軸零件的主要作用是支撐回轉(zhuǎn)零件、實現(xiàn)回轉(zhuǎn)運動并傳遞轉(zhuǎn)矩和動力。齒輪軸零件是將齒輪部分和軸做成一體無需鍵配合的一種常見機械零件。齒輪軸具備傳動效率高、結(jié)構(gòu)緊湊和使用壽命長等一系列優(yōu)點，是通用機械特別是工程機械傳動中的重要零件之一。齒輪軸的工作能力一般取決于軸的強度和剛度

7、，轉(zhuǎn)速高時還取決于軸的振動穩(wěn)定性。軸的中間部位為斜齒輪部分，主要傳遞運動和動力。 1.2.2 傳統(tǒng)齒輪軸的加工方法 傳統(tǒng)齒輪軸加工利用普通車床、銑床等，依靠技師進行手工操作，生產(chǎn)率低，耗時長，精度低。普通車床是能對軸、盤、環(huán)等多種類型工件進行多種工序加工的臥式車床，常用于加工工件的內(nèi)外回轉(zhuǎn)表面、端面和各種內(nèi)外螺紋，采用相應(yīng)的刀具和附件，還可進行鉆孔、擴孔、攻絲和滾花等。普通車床是車床中應(yīng)用最廣泛的一種，約占車床類總數(shù)的65%，因其主軸以水平方式放置故稱為臥式車床。銑床指主要用銑刀在工件上加工各種表面的機床。通常銑刀旋轉(zhuǎn)運動為主運動，工件和銑刀的移動為進給運動。它可以加工平面、溝槽，也可以加

8、工各種曲面、齒輪等。銑床是用銑刀對工件進行銑削加工的機床。銑床除能銑削平面、溝槽、輪齒、螺紋和花鍵軸外，還能加工比較復(fù)雜的型面，效率較刨床高，在機械制造和修理部門得到廣泛應(yīng)用。 1.2.3 數(shù)控加工工藝 隨著加工技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)有了很大的進步，依靠數(shù)控技術(shù)加工齒輪軸，不但減少了加工時間，提高了生產(chǎn)率，并且零件的精度也有了很大的提高。數(shù)控加工是現(xiàn)代制造技術(shù)的基礎(chǔ)，這一發(fā)明對于制造行業(yè)而言，具有劃時代的意義和深遠(yuǎn)的影響。世界上主要工業(yè)發(fā)達國家都十分重視數(shù)控加工技術(shù)的研究和發(fā)展。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，目前的數(shù)控機床已實現(xiàn)了計算機控制并在工業(yè)界得到廣泛應(yīng)用，在模具制造行業(yè)的應(yīng)用尤為普及。針對車削、

9、銑削、磨削、鉆削和刨削等金屬切削加工工藝及電加工、激光加工等特種加工工藝的需求，開發(fā)了各種門類的數(shù)控加工機床。 如今的數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢有以下幾個方面： 1、高速、高精度、高效、高可靠性。要提高加工效率，首先必須提高切削速度和進給速度，同時，還要縮短加工時間；要確保加工質(zhì)量，必須提高機床部件運動軌跡的精度，而可靠性則是上述目標(biāo)的基本保證。為此，必須要有高性能的數(shù)控裝置作保證。 2、柔性化、集成化。為適應(yīng)制造自動化的發(fā)展，向FMCFMS和CIMS提供基礎(chǔ)設(shè)備，要求數(shù)控系統(tǒng)不僅能完成通常的加工功能，而且還能夠具備自動測量，自動上下料、自動換刀、自動更換主軸頭（有時帶坐標(biāo)變換）、自動誤差補償，自

10、動診斷、進線和聯(lián)網(wǎng)功能，特別是依據(jù)用戶的不同要求，可方便地靈活配置及集成。 3、智能化，網(wǎng)絡(luò)化。智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個方面：為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化，如自適應(yīng)控制，工藝參數(shù)自動生成；為提高驅(qū)動性能及使用連接方便方面的智能化，如前饋控制，電機參數(shù)的自適應(yīng)運算，自動識別負(fù)載自動選定模型，自整定等；簡化編程、簡化操作方面的智能化，如智能化的自動編程、智能化的人機界面等；還有智能診斷、智能監(jiān)控方面的內(nèi)容，方便系統(tǒng)的診斷及維修等。 4、市場適應(yīng)性上的發(fā)展趨勢：普及型、個性化。為了適應(yīng)數(shù)控機床多品種、小批量的特點，數(shù)控系統(tǒng)又要盡可能擴大批量，為此，數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家不僅應(yīng)能生產(chǎn)通

11、用的普及型數(shù)控系統(tǒng)，而且更應(yīng)能生產(chǎn)帶有個性化的數(shù)控系統(tǒng)，特別是設(shè)計、生產(chǎn)能夠由用戶自己增加專有功能的普及型數(shù)控系統(tǒng)：這是市場份額最大的數(shù)控系統(tǒng)，也是最有競爭力的數(shù)控系統(tǒng)，這也是適應(yīng)性的體現(xiàn)。 5、體系結(jié)構(gòu)上的發(fā)展趨勢：開放性。為適應(yīng)數(shù)控進線、聯(lián)網(wǎng)、普及型個性化、多品種、小批量、柔性化及數(shù)控迅速發(fā)展的要求，最要的發(fā)展趨勢是體系結(jié)構(gòu)的開放性，設(shè)計生產(chǎn)開放式的數(shù)控系統(tǒng)。 齒輪軸加工工藝設(shè)計 2.1.1 材料分析生產(chǎn)類型確定確定零件材料 45鋼是中碳結(jié)構(gòu)鋼，冷熱加工性能都不錯，機械性能較好，且價格低、來源廣，所以應(yīng)用廣泛。它的最大弱點是淬透性低，截面尺寸大和要求比較高的工件不宜采用。45鋼淬火

12、溫度在A3+（30?50）C，在實際操作中，一般是取上限的。偏高的淬火溫度可以使工件加熱速度加快，表面氧化減少，且能提高工效。為使工件的奧氏體均勻化，就需要足夠的保溫時間。 45鋼可制造強度要求較高的零件，如曲軸、軸、活塞銷、工夾具等零件。這些零件的制造要求大多是零件表面的高硬度性、高耐磨性，而心部具有高強度和高韌性，調(diào)質(zhì)后進行高頻或火焰表面淬火等。45鋼經(jīng)低溫球化退火后，它可冷擠壓為成形零件，如球頭銷、推力桿等。45鋼是軸類零件的常用材料，淬火后表面硬度可達45?52HRC它價格便宜，經(jīng)過調(diào)質(zhì)（或正火）后，可得到較好的切削性能，而且能獲得較高的強度和韌性等綜合機械性能。45鋼還廣泛用于機械

13、制造等，這種鋼的機械性能很好。但是這是一種中碳鋼，淬火性能并不好，45鋼可以淬硬至HRC42~46所以如果需要表面硬度，又希望發(fā)揮45鋼優(yōu)越的機械性能，常將45鋼表面滲碳淬火，這樣就能得到需要的表面硬度。 所以本設(shè)計中齒輪軸采用45鋼。 確定零件的生產(chǎn)類型已知：備品率a=3%廢品率b=1%年產(chǎn)量Q=1000個/年根據(jù)《機械設(shè)計手冊》查表可知45鋼密度p=7.85g/cm3根據(jù)圖紙體積V=V+M+V3+M=82*10n+16.52*25.5n+8*46n+72*30.5n=37745.5474mmi=37.75cm3齒輪軸質(zhì)量m=pV=296.34g計算N=Q*m(1+a%(1+b%=100

14、0*(1+3%(1+1%=1040.3 生產(chǎn)類型 零件生產(chǎn)綱領(lǐng)（件/年） 重型零件（30kg以上） 中型零件（4~30kg） 小型零件（4kg以下） 單件生產(chǎn) <5 <10 <100 批量生產(chǎn) 5~300 10~500 100~5000 大批量生產(chǎn) >300 >500 >5000 根據(jù)表可知生產(chǎn)類型為批量生產(chǎn)2.2選擇毛坯，繪制零件圖2.2.1選擇毛坯種類及制造形式 毛坯的選用主要包括毛坯的材料、類型和生產(chǎn)方法的選用。選用正確與否直接關(guān)系到毛坯的制造質(zhì)量、工藝和成本，并影響到機械加工質(zhì)量、工藝和成本等。毛坯質(zhì)量主要是指合格毛坯本身能滿足用戶要求的程度。它主

15、要包括外觀質(zhì)量、內(nèi)在質(zhì)量和使用質(zhì)量。其中，外觀質(zhì)量包括毛坯表面粗糙度、尺寸精度、質(zhì)量偏差、形狀偏差和表面缺陷等；內(nèi)在質(zhì)量包括毛坯的物理性能、力學(xué)性能、金相組織、化學(xué)成分、偏析、內(nèi)應(yīng)力、致密度、內(nèi)部缺陷等；使用質(zhì)量包括毛坯的抗疲勞性能、高溫及低溫力學(xué)性能、耐磨性、耐蝕性和精度保持性等。毛坯材料的選用是保證產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量的一個主要因素。毛坯選用的原則有：①滿足材料的工藝性能要求。如碳鋼主要使用鍛造生產(chǎn)，但其中某些牌號也有較好的鑄造性能；②滿足零件的使用性能要求；③降低制造成本；④符合生產(chǎn)條件。 尺寸大的齒輪軸通常選擇自由鍛造，中小型齒輪軸可選擇模鍛件，一些小齒輪軸也可制 作成整體毛坯。若鍛件毛坯

16、為錘上鋼質(zhì)自由鍛件，其機械加工余量與公差應(yīng)遵循GB/T15826 系列標(biāo)準(zhǔn)；若毛坯為鋼質(zhì)模鍛件，其機械加工余量與公差應(yīng)遵循GB/T12362系列標(biāo)準(zhǔn)。 本設(shè)計中，齒輪軸材料采用45鋼，制造形式采用鍛件。 2.2.2確定毛坯尺寸及機械加工余量 國標(biāo)中規(guī)定鋼質(zhì)模鍛件的公差分為兩級，即普通級和精密級。精密級公差適用于有較高技術(shù)要求，但需要采取附加制造工藝才能達到的鍛件，一般不宜采用。精密級公差可用于某一鍛件的全部尺寸，也可用于局部尺寸。平鍛件只采用普通級。由齒輪軸零件的功用和技術(shù)要求，可確定該零件的公差等級為普通級。鍛件精度等級為F級。 根據(jù)零件圖要求，采用粗車余量2mm。 根據(jù)零件圖尺

17、寸和加工余量可基本上確定毛坯的尺寸直徑040mm，長120mm。 2.3.1 零件圖、三維圖選擇加工方法，制定工藝路線毛坯預(yù)備熱處理 預(yù)備熱處理的目的是改善加工性能、消除內(nèi)應(yīng)力和為最終熱處理準(zhǔn)備良好的金相組織。本設(shè)計熱處理工藝有退火、正火、時效、調(diào)質(zhì)。 （1）退火和正火：退火和正火用于經(jīng)過熱加工的毛坯。含碳量大于0.5%的碳鋼和合金鋼，為降低其硬度易于切削，常采用退火處理；含碳量低于0.5%的碳鋼和合金鋼，為避免其硬度過低切削時粘刀，而采用正火處理。退火和正火尚能細(xì)化晶粒、均勻組織，為以后的熱處理作準(zhǔn)備。 （2）時效處理：時效處理主要用于消除毛坯制造和機械加工中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。為避免過多

18、運輸工作量，對于一般精度的零件，在精加工前安排一次時效處理即可。但精度要求較高的零件，應(yīng)安排兩次或數(shù)次時效處理工序。簡單零件一般可不進行時效處理。除鑄件外，對于一些剛性較差的精密零件，為消除加工中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定零件加工精度，常在粗加工、半精加工之間安排多次時效處理。 （3）調(diào)質(zhì)：調(diào)質(zhì)即是在淬火后進行高溫回火處理，它能獲得均勻細(xì)致的回火索氏體組織，為以后的表面淬火和滲氮處理時減少變形作準(zhǔn)備，因此調(diào)質(zhì)也可作為預(yù)備熱處理。 2.3.2 粗加工（型材） 利用數(shù)控車床，編制數(shù)控程序，將毛坯加工成型材。 2.3.4熱處理 1）調(diào)質(zhì)熱處理 45鋼是中碳結(jié)構(gòu)鋼，冷熱加工性能都不錯，機械性能較好

19、，且價格低，來源廣泛。它的最大弱點是淬透性低，截面尺寸和要求比較高的工件不宜采用。 因為45鋼淬透性低，故應(yīng)采用冷卻速度大的10%鹽水溶液。工件入水后，應(yīng)當(dāng)淬透，但不是冷透。如果工件在鹽水中冷透，就有可能使工件裂開，這是因為當(dāng)工件冷卻到180°左右時，奧氏體迅速轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體造成過大的組織應(yīng)力所致。因此，當(dāng)淬火工件快冷到該溫度區(qū)域，就應(yīng)采取緩冷的方式，由于出水溫度難以掌控，須憑經(jīng)驗操作，當(dāng)水中的工件抖動停止，即可出水空冷，油冷更好。另外，工件入水宜動不宜靜，應(yīng)按照工件的幾何形狀，做規(guī)則運動。靜止的冷卻介質(zhì)加上靜止的工件，導(dǎo)致硬度不均勻，應(yīng)力不均勻而使工件變形大，甚至裂開。 （2）表面淬火，低

20、溫回火 表面淬火是僅對工件表層進行淬火以改變表層組織和性能的熱處理工藝，它是通過快速加熱與立即淬火冷卻相結(jié)合的方法來實現(xiàn)的，即利用快速加熱使工件表面快速的加熱到淬火溫度，在不等熱量充分傳到心部時，即迅速冷卻，使表層得到馬氏體而被淬硬，而心部仍保持為未淬火狀態(tài)的組織，即原來塑性、韌性較好的退火、正火或調(diào)質(zhì)狀態(tài)的組織。 （3）低溫人工時效 將零件加熱到120~150C進行去應(yīng)力退火，長時間保溫后（5-12小時）取出在空氣中冷卻。目的是為了減小淬火后軸零件內(nèi)的微觀應(yīng)力、機械加工殘余應(yīng)力，防止變形及開裂。低溫人工時效操作簡單、成本低。相比自然時效節(jié)省時間，殘余應(yīng)力去除較為徹底。 2.3.5 精

21、加工 將熱處理后的型材重新裝夾在數(shù)控車床上，利用數(shù)控編制程序，對型材進行精加工。精加工包括精車外圓、車螺紋、切槽、銑鍵槽、銑齒。 參考文獻 [1] 張普林、楊琳：《機械加工工藝》，機械工業(yè)大學(xué)出版社，2007.8．廣利韓、文杰曹：《機械加工工藝基礎(chǔ)》，天津大學(xué)出版社，2009年．趙如福等．機械制造工藝設(shè)計手冊[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2002．鄒青．機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計指導(dǎo)教程[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2004．李益民．機械制造工藝設(shè)計簡明手冊[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2004．林陳彪．工程機械齒輪軸加工工藝分析與優(yōu)化[J]．機電技術(shù)，2008(4)：42-44．曹德剛．大模數(shù)齒輪軸的加工[J]．機械工人冷加工，2005(6)：59-60．張玉花等．減速器高速齒輪軸的經(jīng)濟加工工藝[J]．南方農(nóng)機，2007(5)：28-28．郭克希，王建國等．機械制圖[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2006．陳宏鈞.《機械加工工藝手冊(一、二卷)》[M].機械工業(yè)出版社.2003．《機械零件工藝手冊》[M].機械工業(yè)出版社.2005．《機械加工技術(shù)》[M].西安電子科技大學(xué)出版社.2002．