双联齿轮加工工艺与夹具知识讲解

一、课程设计题目
编制零件的工艺规程及设计夹具：
双联齿轮如下图所示，成批生产（每批100件），材料为40Cr钢。

编制此双联齿轮的工艺规程并为加工花键设计夹具。

要求：零件毛坯图
夹具装配图（A0或A1）
设计说明书（附有工艺卡和工序卡）
二、双联齿轮的结构特点与技术要求
1、齿轮的结构特点
圆柱齿轮一般分为齿圈和轮体两部分，根据齿轮轮体的结构形状来划分可知图1双联齿轮为盘类齿轮，有两个齿圈，在齿圈上切出直齿齿形，在轮体上带有花键孔。

2、齿轮的技术要求
（1）齿轮端面对准A的圆跳动公差不超过0.05mm，主要是保证端面平整光滑，双联是利用花键轴和花键孔进行配合定位，因此必须保证花键孔的尺寸精度。

双联齿轮之间啮合要求严格，要保证双联齿轮的齿形准确及同轴度较高。

（2）由于零件是双联齿轮，轴向距离较小，根据生产纲领是选择合理的加工工艺。

（3）齿轮要求加工精度高，要严格控制好定位。

（4）Φ32的花键孔是一比较重要的孔，也是以后机械加工各工序中的主要定位基准。

因此加工花键孔的工序是比较重要的。

要在夹具设计中考虑保证到此孔精度及粗糙度要求。

三、工艺规程设计
（一）、工艺过程分析
图1为一双联齿轮，材料为40Cr，精度为7FL级，齿部50HRC
齿轮加工工艺过程大致要经过如下几个阶段：毛坯热处理、齿坯加工、齿形加工、齿端加工、齿面热处理、精基准修正及齿形精加工等。

加工的第一阶段是齿坯最初进入机械加工的阶段。

由于齿轮的传动精度主要决定于齿形精度和齿距分布均匀性，而这与切齿时采用的定位基准(孔和端面)的精度有着直接的关系，所以，这个阶段主要是为下一阶段加工齿形准备精基准，使齿的内孔和端面的精度基本达到规定的技术要求。

在这个阶段中除了加工出基准外，对于齿形以外的次要表面的加工，也应尽量在这一阶段的后期加以完成。

第二阶段是齿形的加工。

对于不需要淬火的齿轮，一般来说这个阶段也就是齿轮的最后加工阶段，经过这个阶段就应当加工出完全符合图样要求的齿轮来。

对于需要淬硬的齿轮，必须在这个阶段中加工出能满足齿形的最后精加工所要求的齿形精度，所以这个阶段的加工是保证齿轮加工精度的关键阶段。

应予以特别注意。

加工的第三阶段是热处理阶段。

在这个阶段中主要对齿面的淬火处理，使齿面达到规定的硬度要求。

加工的最后阶段是齿形的精加工阶段。

这个阶段的目的，在于修正齿轮经过淬火后所引起的齿形变形，进一步提高齿形精度和降低表面粗糙度，使之达到最终的精度要求。

在这个阶段中首先应对定位基准面(孔和端面)进行修整，因淬火以后齿轮的内孔和端面均会产生变形，如果在淬火后直接采用这样的孔和端面作为基准进行齿形精加工，是很难达到齿轮精度的要求的。

以修整过的基准面定位进行齿形精加工，可以使定位准确可靠，余量分布也比较均匀，以便达到精加工的目的。

（二）基准的选择
零件在加工、测量和装配过程中所采用的基准称为工艺基准。

零件的尺寸精度需通过正确的定位才能保证，故对基准的选择予以分析。

（1）粗基准的选择
按照粗基准的选择原则，选择加工余量小的、较准确的、表面质量好的、面积较大的毛面作粗基准。

因此选择毛坯大端面作为粗基准。

（2）精基准的选择
粗加工完成后，选择一孔（花键孔）两面（端面和圆面）作为精基准。

这样就满足了基准重合的原则和互为基准的原则。

在加工某些表面时，可能会出现基准不重合，这时需要进行尺寸链的换算。

（三）、齿端加工
如图2所示，齿轮的齿端加工有倒圆、倒尖、倒棱，和去毛刺等。

倒圆、倒尖后的齿轮，沿轴向滑动时容易进入啮合。

倒棱可去除齿端的锐边，这些锐边经渗碳淬火后很脆，在齿轮传动中易崩裂。

图2 齿端加工形式
用铣刀进行齿端倒圆，如图3所示。

倒圆时，铣刀在高速旋转的同时沿圆弧作往复摆动(每加工一齿往复摆动一次)。

加工完一个齿后工件沿径向退出，分度后再送进加工下一个齿端。

图3 齿端倒圆加工形式
齿端加工必须安排在齿轮淬火之前，通常多在滚(插)齿之后。

(四)、精基准修正
齿轮淬火后基准孔产生变形，为保证齿形精加工质量，对基准孔必须给予修正。

对外径定心的花键孔齿轮，通常用花键推刀修正。

推孔时要防止歪斜，有的工厂采用加长推刀前引导来防止歪斜，已取得较好效果。

对圆柱孔齿轮的修正，可采用推孔或磨孔，推孔生产率高，常用于未淬硬齿轮；磨孔精度高，但生产率低，对于整体淬火后内孔变形大硬度高的齿轮，或内孔较大、厚度较薄的齿轮，则以磨孔为宜。

磨孔应以齿面定位，符合互为基准原则。

（五）工艺路线的拟定
工艺路线的拟定
为保证达到零件的几何形状、尺寸精度、位置精度及各项技术要求，必须制定合理的工艺路线。

由于生产纲领为批量生产，所以采用通用机床配以专用的工、夹、量具，并考虑工序集中，以提高生产率和减少机床数量，使生产成本下降。

工艺路线：
锻造、正火
1粗车外圆及端面 2拉花键孔 3去毛刺4精车外圆及端面 5检验 6滚齿
7插齿 8倒角 9去毛刺10剃齿11齿部高频淬火12推孔13衍齿 14总检
毛坯为锻件，清理后进行正火处理，以消除内应力机械切削加工性能，在毛坯车间，对其认真检验分析，达到毛坯的技术要求，然后送到机械加工车间来加工。

机械加工工艺过程卡
（六）工序卡
工序名称
工序简图粗车
中国矿业大
学
第 1 页
机床名称机床型号
车床CA6140
毛坯材料40Cr钢
夹具名称三爪卡盘
辅助夹具
冷却液
序号工序内容转数∕（r
∕min）切削速
度∕（m
∕min）
进给量∕
（m m∕r
∕min）
刀具名
称
量具名称
10 粗车外圆及
端面，留余量
1-1.5mm 750 56.5 0.4 硬质合
金车刀
游标卡尺
150*0.02
工序名称
工序简图钻镗花键孔
中国矿业
大学
第 2 页
机床名称车床
机床型号C6136(专
）
毛坯材料40Cr钢
夹具名称钻Φ28
孔夹具
辅助夹具
冷却液乳化液
序号工序内容转数∕
（r∕
min）
切削速度
∕
（m∕
min）
进给量
（m m∕r
∕min）
刀具名称量具名称
20 钻花键孔
至尺寸Φ
28H7 750 56.5 0.4 麻花钻，
YG8硬质
合金镗刀
0-250内
径千分尺
工序名称工序简图拉花键孔至规格中国矿业
大学
第 3 页
机床名称拉床
机床型号
L6120
毛坯材料40Cr钢
夹具名称拉夹具
辅助夹具
冷却液乳化液
序号工序内容转数∕（r
∕min）
切削速度
∕（m∕
min）
进给量∕
（m m∕r
∕min）
刀具名称量具名称
30 拉花键孔
至规格280 3.6 2.5 矩形花键
拉刀
花键量规
工序名称工序简图钳工去毛刺中国矿业大学
第 4 页
工具名称锉刀
毛坯材料40Cr钢
辅助夹具
冷却液
序号工序内容转数
∕（r
∕
min）
切削速度
∕（m∕
min）
进给量∕
（m m∕r
∕min）
刀具名称量具名称
40 钳工去毛刺锉刀
工序名称工序简图精车中国矿业大学
第 5 页
机床名称车床
机床型号CA6140
毛坯材料40Cr钢
夹具名称三爪卡盘
辅助夹具
冷却液乳化液
序号工序内
容转数∕
（r∕
min）
切削速
度∕（m
∕min）
进给量∕
（m m∕r
∕min）
刀具名称量具名称
50 上芯轴
精车外
圆、端
面及槽
至要求750 56.5 0.4 高速钢车刀游标卡尺
100*0.02
工序名称工序简图滚齿Z=33中国矿业大学
机床名称滚齿机
机床型号Y3150E
毛坯材料40Cr钢
夹具名称上芯轴装
夹
辅助夹具
冷却液乳化液
序号工序内容转数∕
（r∕
min）切削速度
∕（m∕
min）
进给量∕
（m m∕r∕
min）
刀具名
称
量具名称
60 滚齿（Z=33)
留齿余量
0.06-0.08m
m 64 32.4 2.5 高速钢
滚刀
工序名称工序简图插齿Z=19中国矿业
大学
机床名称插齿机
机床型号Y5132
毛坯材料40Cr钢
夹具名称上芯轴装夹
辅助夹具
冷却液油
序号工序内
容转数∕（r
∕min）
切削速
度∕（m
∕min）
进给量
∕（m m
∕r∕
min）
刀具名称量具名称
70 插齿
（Z=21)
留齿余
量
0.04-0.0
6mm 18.3 0.32 高速钢插
刀
工序名称工序简图车倒角中国矿业
大学
第8 页
机床名称车床
机床型号CA6140
毛坯材料40Cr钢
夹具名称上芯轴装夹
辅助夹具
冷却液
序号工序内
容
转数∕（r∕
min）
切削速度
∕（m∕
min）
进给量∕
（m m∕r
∕min）
刀具名称量具名称
80 车倒角
（15o）750 56.5 0.4 45o外圆车
刀
游标卡尺
工序名称工序简图钳工去毛刺中国矿业
大学
第9页
机床名称
机床型号
毛坯材料40Cr钢
夹具名称
辅助夹具
冷却液
序号工序内容转数∕（r
∕min）切削速度
∕（m∕
min）
进给量∕
（m m∕r
∕min）
刀具名称量具名称
90 钳工去毛
刺
锉刀
工序名称工序简图剃齿Z=33中国矿业
大学
机床名称剃齿机
机床型号Y4232C
毛坯材料40Cr钢
夹具名称上芯轴装
夹
辅助夹具
冷却液
序号工序内容转数∕（r
∕min）切削速度
∕（m∕
min）
进给量∕
（m m∕r
∕min）
刀具名称量具名称
100 剃齿
（Z=33) 230 130 0.35 盘形剃齿
刀
工序名称工序简图剃齿Z=19中国矿业
大学
机床名称机床型号
剃齿机Y4232C
毛坯材料40Cr钢
夹具名称上芯轴装
夹
辅助夹具
冷却液
序号工序内容转数∕（r
∕min）切削速度
∕（m∕
min）
进给量∕
（m m∕r
∕min）
刀具名称量具名称
110 剃齿
（Z=19) 230 130 0.35 盘形剃齿
刀
工序名称
工序简图热处理
中国矿业大学
机床名称电阻加热
炉
毛坯材料45钢
夹具名称淬火件挂
钩
辅助夹具
淬火介质水
序号工序内
容转数∕（r
∕min）
切削速度
∕（m∕
min）
进给量∕
（m m∕r
∕min）
刀具名称量具名称
120 齿部高
频淬火
控温仪
工序名称
工序简图推孔
中国矿业大学
机床名称
机床型号
毛坯材料40Cr钢
夹具名称
辅助夹具
冷却液
序号工序内
容转数∕（r
∕min）
切削速度
∕（m∕
min）
进给量∕
（m m∕r
∕min）
刀具名称量具名称
130 修正花
键底孔
工序名
称
工序简图珩齿中国矿业
大学
第14页
机床名称研磨机
机床型号
毛坯材料40Cr钢
夹具名称上心轴装
夹
辅助夹具
冷却液
序号工序内容转数∕（r
∕min）切削速度
∕（m∕
min）
进给量∕
（m m∕r
∕min）
刀具名称量具名称
140 珩齿280 20 0．0068 砂轮
四、机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定
（一）、毛坯尺寸的确定，画毛坯图
双联齿轮是一些设备变速箱中，通过与操纵机构相结合，滑动齿轮，从而实现变速。

要求配合精度较高，力学性能较好，且生产纲领是成批生产，所以毛坯选用模锻件，再给以正火处理，以消除锻件在锻造过程中的内应力。

由文献1，该种锻件的公差等级为CT7~9级，故取CT为9级。

由文献1可用查表法确定各表面的总余量，但由于用查表法所确定的总余量与生产实际情况有些差距，故还应根据工厂具体情况进行适当的调整。

由文献1可查出锻件主要尺寸的公差，先将调整后的主要毛坯尺寸及公差，如下表所示：
由此可绘出零件毛坯图
（二）、选择工序加工余量
1.粗车外圆及端面，钻镗花键底孔至尺寸φ28
（1）已知φ87.5外圆长度方向上的加工余量为3mm ,故分一次加工，长度加工公差为IT11级，标准公差0.013mm。

（2）进给量《切削简明手册》当刀杆尺寸为16mm×25mm,ａｅ≤３mm 时，以及工件直径为Φ87.5时，0.60.8/
=-
f mm r
按C A6140车床说明书取0.6/
=。

f mm r
由于存在间歇加工所以进给量乘以0.750.85
k=-
所以：实际进给量0.8*0.60.48/
==
f mm r
按C A6140车床说明书0.53/
=
f mm r
（3）计算切削速度。

按《切削简明手册》表1.27 ，
切削速度的计算公式为（寿命选T=60min）
刀具材料YG6
查表得：Cv=158 xv=0.15 yv=0.4 M=0.2 修正系数Ko 见《切削手册》表1.28
kmv=1.15 kkv=0.8 kkrv=0.8 ksv=1.04 kBV=0.81 得：47/min C V m =
（4）确定机床主轴转速 229.8/min s n r = 按C A 6140 车床说明书 200/min n r = 所以实际切削速度40/min V m =
ａ、按机床进给强度决定进给量：根据表2.9 ,
当210b Mpa σ= 020.5d mm = 可确定0.75/f mm r =。

按C A 6140车床说明书 取 0.62/f mm r =。

所以实际切削速度40.8/min V m = ｂ、钻头最大磨损量取0.8 ，寿命45min T =.
ｃ、切削速度 由《切削用量简明手册》得 Ｖ=21m/min
1000/334.4/min n v d r π==
由机床技术资料得和334.4接近的有280n/m 和400n/min 取280/min n r =
取280/min n r =。

实际17/min V m =。

ｄ、 基本工时，/0.28min m T L nf ==。

入切量及超切量由表 查出6mm ψ+∆= 所以/0.32min m T L nf == 2、扩孔
刀具直径027d mm =；刀具几何参数同上。

由于两孔直径相差不大，为了节省停车和调换走刀量等辅助时间，
n 和f 都不变，所以Tm 同上 /0.32min m T L nf ==
倒角刀具15°锪钻，由于两孔直径相差不大，以表面粗度要不高手动进给。

3、倒角
刀具：专用刀具。

此工序使用到专用刀具与手动进给。

检验机床功率 按《切削用量简明手册》表 可以查出 当160280b HBS σ=-
2.80.6/41/min
3.4p c c a mm f mm r V m P Kw
≤≤≤=
按C A 6140 车床说明书 主电机功率Ｐ＝11ｋｗ 4 拉花键孔
单面齿升：根据有关手册，确定拉花键孔时花键拉刀的单面齿 为0.06mm,
拉削速度 v=0.06m/s(3.6m/min) 切削工时 /1000b z T Z K vf Z η= 式中：
Z b 单面余量2.5mm(由Φ27mm 拉削到Φ32mm)； L 拉削表面长度，42mm ；
η 考虑校准部分的长度系数，取1.2； k 考虑机床返回行程系数，取1.4 ； v 拉削速度（m/min ）；
f z 拉刀单面齿升；
Z 拉刀同时工作齿数，Z=l/p ； P 拉刀齿距。

(1.25~9P mm ==。

∴拉刀同时工作齿数/5z l p ==
∴其本工时 2.5*42*1.2*1.4/1000*3.6*0.06*50.2min m T == 5.齿轮加工
（1）滚齿加工33齿 由文献2表 V=312/T 0.33S 0.5 N=0.124s 0.9m 1.7/D S=2.5，T=240min ，m=4
32.4/min
0.27V m P Kw
==
（2）插齿加工19齿 由文献2表10-174 V=49/T 0.2s 0.5m 0.3 N=179×10-4sm 2/20.11
又由文献2表10-189,10-192 S=0.32，T=300min ， 代入上式得 V=18.3m/min ， P=0.062kw
由（1）、（2）计算它们均小于机床所能提供的功率，故符合要求。

6．齿部高频淬火 7．珩齿
精磨工件，砂轮宽度b=2mm 纵向进给量：mm bs 125.05.0f a =⨯== 工作台单行程的横向进给量s m f t /8.6μ=
五、花键加工夹具设计
夹具是一种装夹的工艺装备，广泛的应用在机械加工、装配、检
验、热处理、焊接等工艺过程中。

在机械加工过程中，为了使加工的工件符合图样要求，就必须使工件相对于机床和刀具的位置正确，并保持其位置不变。

这就要用到夹具。

机床夹具可以保证工件加工精度，稳定产品质量；扩大机床使用范围，充分发挥机床潜力；缩短装夹时间，提高劳动生产率；减轻工人的劳动强度等。

机床夹具分为通用夹具、专用夹具、组合夹具和可调夹具，本次设计的夹具是用来加工花键，属于专用夹具。

夹具由定位元件，夹紧元件等组成。

一、工件在夹具中的定位
设计的夹具，工件以圆柱孔和端面定位，定位基准是夹具上端面和圆柱孔内表面。

造成定位误差的原因有两个，一是定位基准与工序基准不重合；二是定位基准与限位基准不重合。

二、工件的夹紧
工件的夹紧采用球面压板，通过两个螺栓压紧压板，是球面压板能平衡的压紧工件使工件在有较好精度的同时，又能使成本降低结构简单。

因为在装卸工件时，拧螺母可能使螺栓打滑，需要工人用扳手从下面固定螺栓，而在留扳手工作余地时需要在底下留足够的空间，要开两个空间，所以只能用两个螺栓，因此降低了夹紧力的平衡，降低了加工精度。

六、主要参考文献
1、《金属切削机床夹具设计手册》；上海柴油机厂编；机械工业出版社
2、《机械制造工艺与夹具》；卞洪元编；北京理工大学出版社
3、《机械制造技术基础课程设计》；陈立德编；等教育出版社
4、《机械制造工程原理》；冯之敬编；清华大学出版社
5、《现代机床夹具设计》、《现代机床夹具典型结构图册》；吴拓编；化学工业出版社
6、《机床夹具设计手册》；杨黎明编；国防工业出版社
七、课程设计心得
本次的课程设历时3周，独立完成，从各方面搜集资料再以自己的思路有所创新，发现自己学过的教材才是根本，只有熟悉了解掌握
了教材，才能找到方向，只有详细查阅了教材，才能从书中得到设计的开端，网络是一个巨大的学习平台，从中可以找到好多设计思路，刚开始没有一点头绪，等找到了思绪，设计思路就立刻在脑中形成，就可以马上开工，有了思路后就和同学一起去图书馆，借相关资料，找到对自己设计有力的知识点，书上的东西虽然是基础的，但有了基础我们才能向更深的领域迈进，没有这个基础我们永远都不会享受到成功的喜悦。

设计时要把大部分时间花在设计思路上，只有思路清晰了才能有序的进行下一部工作，在绘制各种零件图或毛坯图的时候，思想要集中因为图纸比较繁琐，一点点的忽略就可能导致图纸的错误，从机械图的绘制又重新复习了一次CAD，这种基础工具要经常要上手，不然就会忘记，总之经历了3周的课程设计，掌握了自己好久所没法学习到的知识，在此非常感谢辅导老师对我们的教导。