金文波 10 数控综合项目训练

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1、常州信息职业技术学院产品质量控制论文报告课 程 名 称： 产品质量控制 项 目 名 称： 齿轮轴加工工艺设计 学 生 姓 名： 金文波 学 生 学 号： 0904033210 班 级： 数控 092 授 课 教 师： 时经理 系 别： 机 电 工 程 学 院 学 期： 2011-12 第一学期 常州信息职业技术学院 课程设计圆柱齿轮轴加工工艺设计 金文波 数控 092 第 1 页圆柱齿轮轴的加工工艺设计圆柱齿轮轴的加工工艺设计数控 092 金文波 1 1 轴类零件的分析轴类零件的分析1.11.1 概述概述 1.1.11.1.1 轴类零件的功用与结构特点 轴类零件是机械零件的关键之一，机器中，它

2、的主要作用是支撑传动类零 件，传递转矩，承受载荷，以及保证装在轴上的零件一定的回转精度。 轴类零件是回转体零件，其长度大于直径。加工表面通常有内外圆柱面、 内外圆锥面、键槽、横向沟槽等。轴类零件按结构形状分为；光轴、空心轴、 阶梯轴和异形轴（曲轴、凸轮轴、偏心轴、十字轴和花键轴）几类。 1.1.21.1.2 轴类零件的技术要求 （1）尺寸精度。尺寸精度包括直径和长度尺寸精度。精密轴颈为 IT5 级，重 要轴颈为 IT68 级，一般轴颈为 IT9 级。轴向尺寸一般要求较低，当阶梯轴的 阶梯长度要求较高时公差可达 0.00050.001mm。（2）几何形状精度。主要指圆柱度、圆度、一般在公差范围内

3、，当几何形状 精度到达要求时，零件图上应规定允许偏差。（3）相互位置精度。相互位置精度主要指装配传动件的轴颈相对于支撑轴颈 的同轴度及端面对轴心线的垂直等势。（4） 表面粗糙度。轴类零件的表面粗糙度和尺寸精度与其表面工作要求相 适应。通常支撑轴颈的表面粗糙度值 Ra 为 3.20.4m 。 配合轴颈的 Ra0.80.2m 1.1.31.1.3 轴类零件材料与热处理 轴类零件应根据不同的工作状况，选择不同的材料和热处理规范。一般轴 类零件常用碳钢，如 45 钢经正火，调质及部分表面淬火处理。一般选用 40Gr 等中碳合金钢，进行调质及表面淬火处理。高速重载荷条件下的轴类零件，可 选用 20Gr，

4、20GrMnTi 等低碳合金钢。经渗碳处理后，使其表面有很高的硬度。 心部则获得较高的强度和韧度。高精度，高转速的轴可选用 38CrMoAl 经渗碳调 质和渗碳处理，使其具有很高的心部强度和表面硬度、优良的耐磨性和耐疲劳 性。热处理变形也小。对于有些形状复杂的轴，还可以采用球墨铸铁 QT600-3 等，并根据需要进行退火，调质，等淬火处理。 1.1.41.1.4 轴类零件的毛坯 毛坯常采用锻件、棒料和铸件等毛坯形式。一般光轴、外径相差不大的或 者是单件生产的阶梯轴多采用棒料；对于外径相差较大或较重要的轴常采用锻 件；对于某些大型的结构复杂的轴可采用铸件。 2 2 齿轮及轮系齿轮及轮系2.12.

5、1 概述概述2.1.12.1.1 齿轮的传动特点 齿轮传动是机械传动中最主要的一种传动方式，应用广泛。与其他传动相 比，齿轮传动能实现空间任意两轴间的运动和动力的传递。齿轮传动平稳，传常州信息职业技术学院 课程设计圆柱齿轮轴加工工艺设计 金文波 数控 092 第 2 页动比精确，工作可靠、效率高、寿命长，使用的功率、速度和尺寸范围大。主 要特点是制造成本较高，需专用机床和设备，不宜用于轴间距离很大的传动。 2.1.22.1.2 齿轮的传动类型 齿轮的传动应用广泛，类型也多。根据两齿轮轴线相对位置不同可分为三 大类。 从机械设计基础教程（见参考文献，以下皆是）一书中我们了解到： 齿轮的传动是通过

6、轮齿之间的相互啮合来实现直接接触的传动方法。这种传动 方法的传动比精确、传递功率较大。齿轮传动要满足瞬时传动比保持不变，则 两轮的齿廓不论在何处接触，过接触点的公法线必须与两轮的连心线交于固定 的一点。 表 2-1 齿轮的分类2.1.32.1.3 齿轮的传动基本要求 为了满足准确传动平稳，必须在传动过程中提出下了要求： （1）传动平稳准确 及要求在传动过程中，顺时传动比恒定，以免产生冲 击、振动和噪音。 （2）承载能力高 及要求齿轮有足够的强度，能够传递较大的动力，而 且有较长的使用寿命和较小的尺寸。 （3）齿轮模数是决定轮齿大小的重要参数。它是计算齿轮几何尺寸的基础。 如果设计新齿轮需要强度

7、计算定出模数，最后都要圆整到标准模数。 （4）实际齿轮传动是靠多对齿轮依次啮合来实现的。这多对齿轮必须满足 正确啮合条件，才能保证传动时，每对轮齿都能正确地啮合。同时，这多对轮 齿，还必须满足连续传动条件，才能保证一对轮齿将要脱离啮合时，后一对轮 齿能马上进入啮合以使齿轮能连续传动。 传动能否准确、平稳，主要与齿轮轮齿的形状有关。能作为齿轮轮廓曲线 很多，但在实际生产中，考虑到设计、制造、安装和使用因素，目前机械中常 用渐开线作为齿廓曲线；而要保证传动具有足够的承载能力和较长的使用寿命， 使用材料及热处理的方法，结合合理性等问题进行研究。 2.1.42.1.4 圆柱齿轮的材料与热处理 制造齿轮

8、常用材料主要是锻钢和铸钢，其次是铸铁，特殊情况可采用有色 金属和非金属材料。 （1）锻钢 钢材经锻造镦粗后，改善了材料的内部纤维组织，其强度较直接采用轧制 钢材为好。所以，重要齿轮都采用锻钢。从齿面硬度可把钢制齿轮分为软齿面 (齿面硬度 HBS350)和硬齿面(齿面硬度 HBS350)两类。 软齿面轮齿一 般热处理(调质或正火)以后进行精加工(切削加工)，通常硬度在 180-280HBS 之间。硬齿面轮齿是在精加工后进行最终热处理的，其热处理方法常为渗碳淬 火、表面淬火等，通常硬度为 40-60HRC。最终热处理后，轮齿不可避免地会 产生变形，因此，可用磨削或研磨的方法加以消除。 （2）铸钢

9、当齿轮直径大于 500 mm 时，轮坯不宜锻造，可采用铸钢。铸钢轮坯在 切削加工以前，一般要进行正火处理，以消除铸件残余应力和硬度的不均匀， 以便切削。 （3）铸铁 常州信息职业技术学院 课程设计圆柱齿轮轴加工工艺设计 金文波 数控 092 第 3 页铸铁齿轮的抗弯强度和耐冲击性均较差，常用于低速和受力不大的地方。 在润滑不足的情况下，灰铸铁本身所含石墨能起润滑作用，所以开式传动中常 采用铸铁齿轮。在闭式传动中可用球墨铸铁代替铸钢。 （4）非金属材料 尼龙或塑料齿轮能减小高速齿轮传动的噪声，适用于高速小功率及精度要 求不高的齿轮传动。 钢制齿轮的热处理方法主要有以下几种： （1）表面淬火 表面

10、淬火常用于中碳钢和中碳合金钢，如 45 、40Cr 钢等。 （2）渗碳淬火 渗碳淬火常用于低碳钢和低碳合金钢，如 20 、20Cr 钢等 （3）渗氮 渗氮是一种表面化学热处理。渗氮后不需要进行其他热处理，齿面 硬度可达 700 900 HV 。适用于内齿轮和难以磨削的齿轮，常用于含铅、 钼、铝等合金元素的渗氮钢。 （4）调质 调质一般用于中碳钢和中碳合金钢，如 45 、 40Cr 、 35SiMn 钢等。 （5）正火 正火能消除内应力，细化晶粒，改善力学性能和切削性能。机械强 度要求不高的齿轮可采用中碳钢正火处理，大直径的齿轮可采用铸钢正火处理。2.22.2 圆柱齿轮加工方法以及工艺路线的拟定

11、齿轮加工方法：成型法和展成法成型法 ： 可加工直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮、锥齿轮等。 拉齿 ： 直径较小的内齿轮 成型法磨齿： 大量生产且磨削精度不高的齿轮或磨削内齿轮。 展成法： 滚齿可加工直齿、斜齿圆柱齿轮及涡轮等，但不能加工内齿轮及 相距太近的多联齿轮。还可以作为剃齿或磨齿等齿形精加工之前的粗加工。 插齿： 适合加工内齿轮及相距太近的多联齿轮。可加工 7-9 级精度齿轮， Ra 可达 0.21.6um 但加工模数较大的齿轮效率不如滚齿。 剃齿：对齿轮进行精加工。可达到 67 级，Ra 0.20.8 um 珩齿: 适合淬火后硬度很高的齿轮的光整加工，可达 67 级， 齿面粗糙度 Ra0.2

12、0.8um。与磨齿相比，加工成本低、效率高、表面质量高。 磨齿：精度 56 级 ，表面粗糙度值 Ra0.10.8um。磨齿多用于对淬硬齿轮 的齿面进行精加工。 圆柱齿轮加工工艺路线序号工序名称 技 术 内 容1下料2毛坯制造锻造：（1）自由锻造：用于品种多，单件小批量生产 （2）模锻：主要用于大批量生产 铸造：用于铸铁齿轮毛坯生产3齿坯加工轴类齿坯加工：（1）铣两端面（2）打两中心孔（3）精车轴颈、外圆、圆锥 和端面（4）磨工艺轴颈和定位端面 盘类齿轮加工：（1）车端面，镗内孔，粗精加工分两道工序完成（2）车端面，镗内孔，粗精加工在一次装夹中完成（3）拉内孔，车端面和外圆工艺 常州信息职业技术

13、学院 课程设计圆柱齿轮轴加工工艺设计 金文波 数控 092 第 4 页4加工花键、键槽、 螺纹等根据生产规模，设备情况和精度要求，可以灵活采用多种组合方案；根据不同 精度要求选择相应的加工方法，如拉、插、车、磨等。 5齿形粗加工和半 精加工根据精度要求，从整体毛坯上切出齿槽，有时在槽侧留出适当的精加工余量。 圆柱齿轮：成形铣削、滚齿、插齿等； 直齿圆锥齿轮：成形铣削、精锻、粗拉齿、刨齿等 曲线齿锥齿轮：精锻，专用粗切机铣齿等6齿形精加工 （热处理前）圆柱齿轮：滚、插、剃、挤 直齿圆锥齿轮：刨齿、双刀盘铣齿、圆拉法拉齿 曲线齿锥齿轮：铣齿7齿端倒角去毛刺换档齿轮：齿端按一定要求修整成一定形状 一

14、般齿轮：去掉齿两边锐边、毛刺8齿轮几何精度 检验不要求热处理的齿轮，本工序为终检，否则为中间检验9热处理根据材料不同，要求不同而异，常用：调质、渗碳淬火、高频淬火10安装基准面的 精加工轴类齿轮：精磨各安装轴颈和定位端面，修整中心孔 盘类齿轮：精磨内孔及定位端面 本工序多用于分度圆或分度圆锥作定位基准11齿形加工 （热处理后）根据齿轮的精度要求、生产批量和尺寸形状选择加工方法 磨齿：用于精度要求较高的圆柱、圆锥齿轮，生产效率低 珩齿：用于降低表面粗糙度，降低噪声，生产效率很高，主要用于大批量生产。研齿：用于曲线齿锥齿轮，可降低表面粗糙度，降低噪声及改善接触区12强力喷丸提高齿轮的弯曲疲劳强度和

15、接触疲劳强度13磷化处理为减小齿面间的摩擦，齿面最好进行磷化处理 作用：降低摩擦系数；在高载荷下防止擦面胶合14清理齿面去除齿面的毛刺、污物15成品齿轮的配对 检验或最终检验圆柱齿轮：按图纸要求检验其几何精度、接触区、噪声 圆锥齿轮：在滚动检验机上配对，检验接触区位置、大小和形状，并检验噪声，按配对齿轮打上标记，以便成对装配使用16防锈和包装入库表 2-3 圆柱齿轮的加工工艺路线3 3 典型零件齿轮轴的工艺分析典型零件齿轮轴的工艺分析3.13.1 齿轮轴的机械加工 3.1.13.1.1 零件图样及结构分析1、该齿轮轴材料为 45 钢，总长度 154mm，其直径有 20mm，34mm，38mm、24mm、 18mm，其中 20 与 38 有较严格的尺 寸和表面粗糙度要求，需要进行精车 其中齿轮的第一组公差精度为 8，第二、 三组公差精度为 7，齿厚上偏差公差精度为