齿轮轴零件加工工艺设计

山东凯文科技职业学院毕业论文1绪论本课题的研究主要是加工工艺的注意点和改进的方法，通过总结零件的的加工，提高所加工工件的质量，完善产品，满足要求，提高经济效益和劳动生产率。一般齿轮轴有两个支撑轴径，工作时通过轴径支撑在轴承上，这两个支撑轴径便是其装配基准，通常也是其他表面的设计基准，所以它的精度和表面质量要求较高。对于一些重要的轴，支撑轴除规定较高的尺寸精度外，通常还规定圆度、圆柱度以及两轴径之间的同轴度等形状精度要求等。对于其他工作轴径，如安装齿轮、带轮、螺母、轴套等零件的轴径，除了有本身的尺寸精度和表面粗糙度外，通常还要求其轴线与两支承轴径的公共线同轴，以保证轴上各运动部件的运动精度。轴为支承转动零件并与之一起回转以传递运动、扭矩或弯矩的机械零件。一般为金属圆杆状，各段可以有不同的直径。机器中作回转运动的零件就装在轴上。根据轴线形状的不同，轴可以分为曲轴和直轴两类。根据轴的承载情况，又可分为：①转轴，工作时既承受弯矩又承受扭矩，是机械中最常见的轴，如各种减速器中的轴等；②心轴，用来支承转动零件只承受弯矩而不传递扭矩，有些心轴转动，如铁路车辆的轴等，有些心轴则不转动，如支承滑轮的轴等；③传动轴，主要用来传递扭矩而不承受弯矩，如起重机移动机构中的长光轴、汽车的驱动轴等。轴的材料主要采用碳素钢或合金钢，也可采用球墨铸铁或合金铸铁等。轴的工作能力一般取决于强度和刚度，转速高时还取决于振动稳定性。本课题缩小到对齿轮轴的研究，本课题中的加工精度高，因此对技术也就会随之提高，包括尺寸精度、几何形状精度、相互位置精度及表面粗糙度等。使齿轮轴起到它的作用，更好的支撑传动部件、传递扭矩和承受载荷。从而使产品更加畅销，寿命延续更长，具有长远的意义，齿轮轴机件的损坏、磨损、变形以及失去动平衡，严重时会导致相关部件的损坏。山东凯文科技职业学院毕业论文1第一章零件的分析该零件是齿轮轴，它属于台阶轴类零件，由圆柱面、轴肩、螺纹、和键槽等组成。轴肩一般用来确定安装在轴上零件的轴向位置，各环槽的作用是使零件装配时有一个正确的位置，并使加工中磨削外圆或车螺纹时退刀方便；键槽用于安装键，以传递转矩；螺纹用于安装各种锁紧螺母和调整螺母。1.1零件的作用1.1.1零件的作用齿轮轴是转轴，，支撑作用，两端轴承支撑，中间安装轴承，一般键连接。用来支撑传动零部件，传递扭矩和承受载荷，以及保证装在主轴上的工件或刀具具有一定的回转精度。1.1.2零件的结构特点及技术要求轴用轴承支承，与轴承配合的轴段称为轴颈。轴颈是轴的装配基准，它们的精度和表面质量一般要求较高，其技术要求一般根据轴的主要功用和工作条件制定，通常有以下几项：(1)尺寸精度起支承作用的轴颈为了确定轴的位置，通常对其尺寸精度要求较高（IT5～IT7）。装配传动件的轴颈尺寸精度一般要求较低（IT6～IT9）。(2)几何形状精度轴类零件的几何形状精度主要是指轴颈、外锥面、莫氏锥孔等的圆度、圆柱度等，一般应将其公差限制在尺寸公差范围内。对精度要求较高的内外圆表面，应在图纸上标注其允许偏差。(3)相互位置精度轴类零件的位置精度要求主要是由轴在机械中的位置和功用决定的。通常应保证装配传动件的轴颈对支承轴颈的同轴度要求，否则会影响传动件（齿轮等）的传动精度，并产生噪声。普通精度的轴，其配合轴段对支承轴颈的径向跳动一般为0.01～0.03mm，高精度轴（如主轴）通常为0.001～0.005mm。(4)表面粗糙度一般与传动件相配合的轴径表面粗糙度为Ra0.63～2.5μm，与轴承相配合的支承轴径的表面粗糙度为Ra0.16～0.63μm。山东凯文科技职业学院毕业论文21.2零件材料分析一般轴类零件常用45号钢，根据不同的工件条件采用不同的热处理规范（如正火、调质、淬火等），以获得一定的强度、韧度和耐磨性。淬火后表面硬度可达45～52HRC。对中等精度而转速较高的轴类零件，可选用40Cr等合金钢。这类刚经调质和表面淬火处理后，具有较高的综合力学性能。精度较高的轴，有时还用轴承钢GCr15和弹簧钢65MnT等材料，它们通过调质和表面淬火处理后，具有更高耐磨性和耐疲劳性能。表面硬度可达50～58HRC。对于高转速、重载荷等条件下工作的轴，可选用20CrMnTi、20Mn2B、20Cr等低碳合金或38CrMoAlA氮化钢。精密机床的主轴（例如磨床砂轮轴、坐标镗床主轴）可选用38CrMoAl氮化钢，这种钢经调质和氮化后，不仅能获得较高的表面硬度，而且能保持较软的芯部，因此耐冲击韧性好，与渗碳淬火钢比较，它有热处理变形小、硬度更高的特点。1.3确定生产类型生产纲领是指某种产品（或零件）包括备品或废品在内的年产量。根据生产的产品特征，如产品的尺寸外形、质量等，以及生产纲领中年产量的不同，其生产可分为单件生产、成批生产和大量生产三种生产类型。①单件生产单个地生产不同结构和尺寸的产品，并且很少重复。例如重型机器制造、专用设备制造及新产品试制等。②成批生产一年中分批地制造相同的产品，制造过程有一定的重复性。每批制造的相同产品的数量称为批量。根据批量的大小，成批生产又可分为小批生产、中批生产和大批生产。机床制造属于成批生产。③大量生产产品数量很大，大多数工作地点经常重复地进行某一个零件的某一道工序的加工。例如汽车、拖拉机、电动机等的制造都是以大量生产的方式进行的。各种生产类型的工艺过程特点，如下表1-1所示。山东凯文科技职业学院毕业论文3表1-1各种生产类型的工艺过程特点工艺过程特点生产类型单件生产成批生产大量生产工件的互换性基本上没有互换性，广泛用钳工修配大部分有互换性，少数用钳工修配全部有互换性毛坯制造方法及加工余量铸件用木模手工造型，锻造用自由锻，毛坯精度低，加工余量大部分采用金属模铸造和模锻铸件广泛采用金属模机械造型，锻件广泛采用模锻毛坯精度高，余量小机床设备通用机床“机群式”排列部分通用机床，部分专用机床广泛采用高生产率的专用机床及自动线，机床按流水线式排列夹具多用标准附件，极少采用夹具，靠划线及试切法达到精度要求广泛采用夹具，部分靠划线法达到精度要求广泛采用高生产率夹具，靠夹具及调整法达到精度要求刀具与余量采用通用刀具和万能量具较多采用专用刀具和量具广泛采用高生产率的专用刀量具工人技术熟练一定的熟练程度普通的操作工和技术较高的调整工工艺文件有简单的工艺路线卡过程卡、工艺卡、关键工序有工序卡过程卡、详细的工序卡、检验卡该零件轴为小批量生产。1.4毛坯的确定轴类毛坯常用圆棒料和锻件。大型轴或结构复杂的轴采用铸件，毛坯经过热处理后，可使金属内部纤维组织沿表面均匀分布，获得较高的硬度及较好的综合力学性能。根据生产规模的不同，毛坯的锻造方式有自由锻和模锻两种。中小批量生产多采用自由锻，大批量生产时采用模锻。山东凯文科技职业学院毕业论文41．5确定毛坯种类该齿轮轴材料为45号钢，因其属于一般齿轮轴，故选45号钢可满足其要求。本例齿轮轴属于中、小齿轮轴，并且各外圆直径尺寸相差不大。由m=3，z=9根据公式d=mz可知d=27，故选择40mm的热轧圆钢作毛坯。1．6绘制铸件零件图零件图如图1-1所示。设计目的：能对零件进行加工工艺分析，设计该零件的加工工艺与加工路线，及所用的刀具，夹具。附加工图样：如图所示为主动齿轮轴图样。m=3，z=9。其余图1-1主动齿轮轴山东凯文科技职业学院毕业论文5第二章加工工艺过程分析机器的生产过程是指将原材料转变为成品之间的所有劳动和。为了降低生产成本和便于生产组织，许多机器不一定完全有一个工厂单独生产，而常常由很多专业化的工厂生产不同的零、部件来共同完成。在生产中，凡是改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。如毛坯制造工艺过程、机械加工工艺过程、惹处理工艺过程及装配工艺过程等。在许多情况下，工艺过程不是一成不变的，但在一定的生产条件下，应尽量使工艺过程制定得最为合理，最符合生产实际。轴类零件的加工是练习车削技能的最基本也是最重要的项目，但最后完工工件的质量总是很不理想，主要是对轴类零件的工艺分析规程制定不够合理。轴类零件中工艺规程的制定，直接关系到工件质量，劳动生产率和经济效益。2.1加工工艺过程的组成加工工艺过程的组成：①工序工序是组成工艺过程的基本单元。工序是指一个（或一组）工人，在一个工作地（或一台设备）上，对同一个（或同时对几个）工件所连续完成的那一部分工艺过程。划分工序的主要依据是工作地点是否改变及加工是否连续完成。②工步工步是指加工表面不变、加工工具不变和切削用量（转速及进给量）不变的情况下所连续完成的那一部分工序。③走刀在一个工步中，若加工余量较大，可分几次切削，每次切削称为一次走刀。④安装工件一次装夹后所完成的那一部分工序称为安装。一道工序可以有一次安装，也可以有几次安装。⑤工位在一次安装中，工件在机床上所占的每个位置上所完成的那一部分工序称为工位。2.2定位基准的选择原则2.2.1基准的概念零件是由若干个要素（点、线、面）组成，各要素之间都有一定的尺寸和位置公差要求。用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的那些点、线、面称为基准。根据零件的用途不同，可分为两类：设计基准和工艺基准。（1）设计基准山东凯文科技职业学院毕业论文6在零件上用来确定其他点、线、面位置的基准称为设计基准。如图2-1所示轴套零件，其外圆和孔的设计基准为零件的轴心线；端面B、C的设计基准是端面A；25h6外圆径向圆跳动的设计基准是轴孔D的轴心线。而对于尺寸35，端面A和端面C互为基准，即端面A是端面C的设计基准，端面C也是端面A的设计基准。图2-1轴套（2）工艺基准在加工和装配过程中使用的基准称为工艺基准。按其用途又可分为定位基准、测量基准和装配基准。①定位基准使工件在机床和夹具中占有正确的加工位置所采用的基准。作为定位基准的点、线、面可以使实际存在的，也可以是假想的，如外圆和内孔轴线、对称平面等。②测量基准测量时所采用的基准，即用来确定被测量尺寸、形状和位置的基准。如图2-1所示，零件以内孔与心轴配合测量外圆25h6的径向跳动，则内孔15H7轴线是外圆的测量基准；用卡尺测量尺寸10和35时，端面A是端面B、C的测量基准。③装配基准装配时用来确定零件在部件或产品（总成）中位置的精度。如箱体类零件的底平面、主轴的主轴颈等。2.2.2定位基准的选择选择定位基准是制定工艺规程的一个十分重要的问题。在第一道工序中，只能使用工件上未加工的毛坯表面来定位，这种定位基准称为粗基准。在以后的工序中，可以采用经过加工的表面来定位，这种定位基准称为精基准。（1）粗基准的选择粗基准的选择如下：山东凯文科技职业学院毕业论文7①如果必须首先保证工件上加工表面与不加工表面与不加工表面之间的位置要求，应以不加工表面作为粗基准。如果在工件上有很多不需加工的表面，则应以其中与加工面的位置精度要求较高的表面作粗基准。②如果必须首先保证工件某重要表面的余量均匀，应选择该表面粗基准。③选作粗基准的表面，应平整，没有浇、没有浇、冒口或飞边等缺陷，以便定位可靠。④粗基准一般只能使用一次，特别是主要定位基准，以大的位置误差。（2）精基准的选择①“基准重合”原则为了较容易地获得加工表面对其设计基准的相对位置精度要求，应选择加工表面的设计基准为其定位基准。这一原则称为基准重合原则。②“基准统一”原则当工件以某一组精基准定位可以比较方便地加工其它表面时，应尽可能在多数工序中采用此组精基准定位，这就是“基准统一”原则。例如：轴类零件大多数工序都以中心孔为定位基准；齿轮的齿坯和齿形加工多采用齿轮内孔及端面为定位基准。③“互为基准、反复加工”原则为了获得均匀的加工余量或较高的位置精度，可采用互为基准反复加工的原则。例如加工精密齿轮时，先以内孔定位加工齿形面，齿面淬硬后需进行磨齿。因齿面淬硬层较薄，所以要求磨削余量小而均匀。④“自为基准”原则有些精加工工序要求加工余量小而均匀，以保证加工质量和提高生产率，这时就以加工面本身作为精基准，称为“自为基准”原则。例如磨削床身导轨面时，就以床身导轨面作为定位基准。⑤所选用的定位基准，