{机械公司管理}学习情境5圆柱齿轮的机械加工工艺卡片设计

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1、学习情境5 圆柱齿轮的机械加工工艺卡片设计,任务 直齿圆柱齿轮的加工 工艺规程制定,给定任务：,图5-1所示为成批生产，材料为40Cr，精度为7级的双联圆柱齿轮；图5-2所示为小批量生产，材料为40Cr，精度为6-5-5的高精度单齿圆柱齿轮。试编制其机械加工工艺过程。,任务 直齿圆柱齿轮的加工工艺规程制定,图5-1 双联齿轮,图5-2 高精度齿轮简图,任务分析：,1. 圆柱齿轮的功用与结构特点,(a)、(b)、(c)单联、双联、三联盘形齿轮 (d)内齿轮 (e)套筒齿轮 (f)轴齿轮 (g)齿条 图5-3 圆柱齿轮的结构形式,任务 直齿圆柱齿轮的加工工艺规程制定,1.齿轮的功用和结构特点 （1

2、）功用：按照规定的速比传递运动和动力 。 （2）结构特点：工艺观点大体上可以把它们分为齿圈和轮体两部分。 齿圈上的轮齿的分布形式：直齿，斜齿，人字齿，单齿圈（工艺性好），多齿圈。 齿圈上的轮齿的齿形：渐开线齿轮和摆线齿轮 轮体的结构特点：盘形齿轮、套筒齿轮、轴齿轮、扇形齿轮、内齿轮，齿条。 应用最广：渐开线齿形直齿盘形圆柱齿轮,任务分析：,55 圆柱齿轮加工,(a)、 (b)、 (c) 单联、 双联、 三联盘形齿轮； (d) 内齿轮； (e) 套筒齿轮； (f) 轴齿轮； (g) 齿条,齿轮的加工工艺性：齿轮的结构形式直接影响齿轮的加工工艺过程。 单齿圈盘类齿轮的结构工艺性最好，可采用任何一种

3、齿形加工方法加工轮齿； 双联或三联等多齿圈齿轮的小齿圈的加工受齿圈间轴向距离的限制，其齿形加工方法的选择就受到限制，加工工艺性差。,2.齿轮的技术要求 齿轮本身的制造精度，对整个机器的工作性能、承载能力及使用寿命都有很大影响。根据其使用条件，齿轮传动应满足以下要求： （1） 运动精度 要求齿轮能准确地传递运动，传动比恒定，即要求齿轮在一转中，转角误差不超过一定范围。 （2） 工作平稳性。 要求齿轮传动平稳，无冲击，振动和噪声小，这就需要限制齿轮传动时瞬时传动比的变化，即限制齿轮在转过一个齿形角时的转角误差。 ,（3）接触精度 齿轮在传递动力时，为了不致因载荷分布不均匀使接触应力过大，引起齿面过

4、早磨损，这就要求齿轮工作时齿面接触要均匀，并保证有一定的接触面积和符合要求的接触位置。（4） 齿侧间隙。 一对相互啮合的齿轮，其齿面间必须留有一定的间隙，即为齿侧间隙，其作用是贮存润滑油，使齿面工作时减少磨损；同时可以补偿热变形、弹性变形、加工误差和安装误差等因素引起的齿侧间隙减小，防止卡死。,3. 齿坯的技术要求 基准孔（或轴）的直径公差，基准端面的端面跳动,4.齿轮材料与毛坯 齿轮材料 齿轮的材料及热处理对齿轮的加工质量和使用性能都有很大的影响， 选择时主要应考虑齿轮的工作条件（如速度与载荷）和失效形式（如点蚀、 剥落或折断等）。 （1）中碳结构钢（如45钢） 这种钢经进行调质或表面淬火后

5、，综合力学性能较好，但齿面粗糙度较粗，主要适用于低速、轻载或中载的一般用途的齿轮。,（2） 中碳合金结构钢（如40Cr） 这种钢进行调质或表面淬火后综合力学性能较45钢好，且热处理变形小， 适用于速度较高、载荷大及精度较高的齿轮。 某些高速齿轮，为提高齿面的耐磨性，减少热处理后的变形，不再进行磨齿，可选用氮化钢（如38CrMoAlA）进行氮化处理。,（3） 渗碳钢（如20Cr和20CrMnTi等） 这种钢经渗碳或碳氮共渗等渗碳淬火后，齿面硬度可达5863HRC， 而芯部又有较高的韧性， 既耐磨又能承受冲击载荷， 适用于高速、 中载或有冲击载荷的齿轮。 （4） 铸铁及其它非金属材料（如夹布胶木与

6、尼龙等） 这些材料强度低，容易加工，适用于一些较轻载荷下的齿轮传动。,齿轮毛坯 棒料；小尺寸，结构简单，不太重要的齿轮 锻件：一般均采用锻造毛坯。强度高，耐磨，耐冲击 生产批量较小或尺寸较大的采用自由锻造，生产批量较大的中小齿轮采用模锻。 铸钢：对于直径很大且结构比较复杂、不便锻造的齿轮，可采用铸钢毛坯。铸钢齿轮的晶粒较粗，力学性能较差，且加工性能不好，故加工前应先经过正火处理，消除内应力和硬度的不均匀性， 以改善加工性能。,知识准备：,一、毛坯的选择 1. 常见毛坯的种类 1）铸件 形状复杂的零件毛坯，宜采用铸造方法制造。目前铸件大多用砂型铸造，它又分为木模手工造型和金属模机器造型。 木模手

7、工造型铸件精度低，加工表面余量大，生产率低，适用于单件小批生产或大型零件的铸造。金属模机器造型生产率高， 铸件精度高，但设备费用高，铸件的重量也受到限制，适用于大批量生产的中小铸件。其次，少量质量要求较高的小型铸件可采用特种铸造（如压力铸造、离心制造和熔模铸造等）。,)型材 型材有很多的品种。常用型材的断面有圆形、方形、长方形、六角形，以及管材、板材、带材等。型材有热轧和冷拉两种 )锻件 锻件能获得纤维组织的连续性和均匀分布，从而提高了零件的强度，所以适用于制造强度要求较高，形状比较简单的零件毛坯。 )焊接件 将型钢或钢板焊接成所需要的结构件，其优点是结构重量轻，制造周期短，但焊接结构的抗振性

8、差，零件的热变形大。 )冲压件 冲压件的精度较高，冲压生产的效率也比较高，适于加工形状复杂，批量较大的中小尺寸板料零件。,2. 选择毛坯应考虑的因素 毛坯质量的提高，对减少机械加工量，降低加工成本，提高加工材料的利用率都是十分有利的。但是，在一定的生产技术的条件下，毛坯质量的提高也将伴随着毛坯制造难度的增加，也就意味着毛坯制造成本的增加。因此，在选择毛坯材料和制造方法时，应考虑如下几个问题。 1）零件生产纲领的大小 当零件产量较大时，应选择精度和生产率比较高的毛坯制造方法。在单件小批生产时，应选择精度较低和生产率较低的毛坯生产方法。 2）毛坯材料及工艺特性 毛坯材料的选择一般是根据零件在机器中

9、的作用为依据的。主要是考虑机器工作对零件强度、刚度、韧性、耐磨性、耐腐蚀等方面的要求。在满足使用要求原前提下，再来考虑加工工艺对毛坯材料及工艺性的要求。,对机械性能要求高的钢制零件，应选择锻造毛坯。对某些材料，如铸铁、铸铝等，只能采用铸造成形。 3）零件的结构形状和尺寸 零件形状的复杂程度、尺寸的大小对毛坯的制造方法确定有很大的影响。形状复杂的零件，一般不宜采用金属模铸造；尺寸较大的毛坯，往往不能采用模锻、压铸、精铸，而应选择砂型铸造、自由锻和焊接等方法制造毛坯。 4）毛坯的制造还必须考虑现有的生产条件，充分挖潜，提高毛坯质量。,二、实现机械零件加工精度的方法 1. 试切法 即先加工出很小的一

10、部分表面，测量试切所得的尺寸，调整、试切，再测量；如此反复，直到达到图纸要求的尺寸后，再切削出整个待加工表面。 2. 定尺寸刀具法 用刀具的相应尺寸（如麻花钻、扩孔钻、铰刀等）来保证工件被加工部位尺寸精度的方法称为定尺寸刀具法。在孔加工中，使用麻花钻、扩孔钻、铰刀等刀具，其尺寸具有一定的精度范围，因此所加工出来的孔的精度也保持在一定的范围内。,3. 调整法 利用机床上的定程装置或对刀装置或预先调整好的刀架，使刀具相对于机床或夹具达到一定的位置精度，然后加工出一批工件。 4. 自动控制法 采用一定的装置，使工件在达到图样要求的尺寸时，自动停止加工。具体方法主要有两种：自动测量，数字控制。,任务实

11、施：,一、圆柱齿轮加工工艺过程,圆柱齿轮的加工工艺过程 编制齿轮加工工艺过程大致可以划分如下几个阶段： 1)齿轮毛坯的形成：锻件、棒料或铸件； 2)粗加工：切除较多的余量； 3)半精加工：滚、插齿； 4)热处理：调质、渗碳淬火、齿面高频感应加热淬火等； 5)精加工：精修基准、精加工齿形。,二、 圆柱齿轮加工工艺分析,对精度要求较高的齿轮加工工艺路线 毛坯制造-齿坯热处理-齿坯加工-齿形加工（包括齿端加工）-齿圈热处理-精基准修整-齿形精整加工 终结检查。 （一）定位基准选择 基准重合，基准统一原则： 孔齿轮 ：大批: 内孔，大端面-专用心轴，生产率高 小批：外圆，大端面-不用心轴，生产率低；

12、轴齿轮： 大直径：轴颈加大端面； 小直径：两端中心孔,盘形齿轮加工齿形时一般采用的两种定位方式： (1) 内孔和端面定位 符合“基准重合”原则。 采用专用心轴，定位精度较高，生产率高，故广泛用于成批及大量生产中。 为保证内孔的尺寸精度和基准端面的跳动要求， 应尽量在一次安装中同时加工内孔和基准端面。 ,图2-50 以内孔和端面定位 图2-51 以外圆和端面定位,(2) 外圆和端面定位， 不符合“基准重合”原则。用端面作轴向定位，以外圆为找正基准，不需专用心轴，生产率较低，故适用于单件小批生产。为保证齿轮的加工质量，必须严格控制齿坯外圆对内孔的同轴度误差。,图2-50 以内孔和端面定位 图2-5

13、1 以外圆和端面定位,（二）齿坯的加工方法 1.齿坯的加工内容 加工内容：齿圈外圆，端面，孔（轴）。 齿坯精度；与齿轮精度等级有关。,对于轴齿轮和套筒齿轮的齿坯，其加工过程和一般轴、套基本相似，现主要讨论盘类齿轮齿坯的加工过程。 齿坯的加工工艺方案主要取决于齿轮的轮体结构和生产类型。,2.加工方案,1）大批大量生产的齿坯加工 大批大量加工中等尺寸齿坯时，多采用“钻拉多刀车”的工艺方案： （1）以毛坯外圆及端面定位进行钻孔或扩孔； （2）拉孔； （3）以孔定位在多刀半自动车床上粗精车外圆、端面、切槽及倒角等。 这种工艺方案由于采用高效机床可以组成流水线或自动线，所以生产效率高。,(3)单件、中小

14、批生产 粗车（端面、外圆、内孔，外圆、端面定位）、精车（端面、外圆、内孔，外圆、端面定位）。,2）成批生产的齿坯加工 成批生产齿坯时，常采用“车拉车”的工艺方案： （1）以齿坯外圆或轮毅定位，精车外圆、端面和内孔； （2）以端面支承拉孔（或花键孔）； （3）以孔定位精车外圆及端面等。 这种方案可由卧式车床或转塔车床及拉床实现。 特点：加工质量稳定，生产效率较高。,（三）齿轮热处理 （1）齿坯（毛坯）热处理：预备热处理， 目的是为了消除锻造内应力，改善材料的加工性能， 为以后的淬火时减少变形做好组织准备。 正火，（粗加工前） 、调质，（粗加工后） 正火：安排在齿坯加工前，使拉孔和切齿加工中刀具磨

15、损较慢，表面粗糙度较小，生产中应用较多。 调质：一般安排在齿坯粗加工之后，可消除锻造内应力和粗加工引起的残余应力， 提高材料的综合力学性能，但齿坯硬度稍高，不易切削，所以生产中应用较少。,（2）齿形热处理： 目的：为提高齿面的硬度及耐磨性， 种类(根据材料与技术要求选择)：渗碳淬火，表面淬火，碳氮共渗，渗氮。 （变形大的终加工前，变形小的终加工后）,经渗碳淬火的齿轮齿面硬度高耐磨性较好，使用寿命长。但齿轮变形较大，对高精度齿轮尚需进行磨齿加工。 表面淬火的齿轮变形小，但内孔直径一般会缩小0.010.05 mm，淬火后应予以修正。 有键槽的齿轮， 淬火后内孔常出现椭圆形现象， 为此键槽加工应安排

16、在齿轮淬火之后。,（四）齿形加工方案选择 齿形加工方案的选择，主要取决于齿轮的精度等级、生产批量和齿轮的热处理方法等。 （1）滚齿（或插齿）齿端加工渗碳淬火修正基准磨齿： 适于较小批量，精度为36级淬硬齿轮。 （2）滚齿（或插齿）齿端加工剃齿表面淬火修正基准珩齿： 适于较大批量，并且精度要求为68级的淬硬齿轮。,（3）滚齿（或插齿）剃齿（冷挤）： 适用于较大批量，精度要求中等，且不淬硬的齿轮。 （4）对8级精度以下的齿轮，用滚齿（或插齿）就能满足要求。 当需要淬火时，在淬火前应将精度提高一级或在淬火后珩齿， 、滚齿（或插齿）齿端加工热处理（淬火）修正内孔； 、滚齿（或插齿）齿端加工热处理（淬火）修正基准珩齿。,剃-珩齿方案生产率高，广泛用于7级精度齿轮的成批生产中。 磨齿方案生产率低，一般用于6级精度以上或虽低于6级但淬火后变形较大的齿轮。 随着刀具材料的不断发展，用硬滚、硬插、硬剃代替磨齿， 用珩齿代替剃齿， 可取得很好的经济效益。 5