圆柱齿轮轴加工工艺设计

吉林工业职业技术学院

学生毕业设计（论文）报告

系 别： 专 业： 班 号： 学 生 姓 名： 学 生 学 号：

设计（论文）题目： 圆柱齿轮轴加工工艺设计 指 导 教 师：

设 计 地 点： 吉林工业职业技术学院 起 迄 日 期： 2011.9.5～2011.11.10

毕业设计（论文）任务书

专业 数控 班级 092 姓名 一、课题名称： 圆柱齿轮轴加工工艺设计

二、主要技术指标： 1 大批量生产 2 齿轮精度值8-7-7D 3 齿轮轴六级精度，φ20(0.008)齿顶圆和齿根圆都是Ra 1.6 4 调质220-250HBS 齿面淬火50～55HRC

0.021

5 轴段的的锥度1：10 圆跳动公差0.012 螺纹中径和顶径精度等级都是6g

三、工作内容和要求： 1零件图分析

2 结构与工艺分析

3 数控加工工艺过程卡片和工序卡片

4 零件图一张 轴的三维造型

5 齿轮轴的加工工艺设计 四、主要参考文献：

李小平 刘海兰 主编 现代工程制图 出版社 东南大学出版社

魏斯亮 李时骏 主编 互换性与技术测量 出版社 北京理工大学出版社

何培英 李月琴 主编 机械零部件测绘 出版社 中国电力出版社

周明贵 主编 机械识图与绘图 出版社 化学工业出版社

宋书善 颜鹏 主编 数控技术综合实训 出版社 机电工程学院

宋志国 陈剑鹤 主编 UG4.0实例教程 出版社 人民邮电出版社

学 生（签名） 年 月 日

指 导 教师（签名） 年 月 日 教研室主任（签名） 年 月 日

系 主 任（签名） 年 月 日

圆柱齿轮轴加工工艺设计 第 2 页

毕业设计（论文）开题报告

设计（论文）题目 一、选题的背景和意义： 圆柱齿轮轴的加工工艺设计 背景：齿轮是机械行业量大面广的基础件，广泛应用于机床，汽车，摩托车，农机，建筑机械，工程机械，航空，兵器，工具等领域，而且对加工精度，效率和柔性提出了越来越高的要求。齿轮加工技术的发展有四个阶段，分别是：公元前400-200年的手工制作阶段，18世纪后的机械仿形阶段，19世纪后的机械范成加工阶段以及20世纪80年代至今的数控技术加工阶段。 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。齿轮的发展给生产力带来很大的提高和改进，当然齿轮高速创新发展的同时也给制造业带来很大变革，尤其是数控行业。这要求生产齿轮的技术和设备在不断完备和创新。 意义：齿轮传动的特点是：齿轮传动平稳，传动比精确，工作可靠、效率高、寿命长，使用的功率、速度和尺寸范围大。我选择研究齿轮轴的设计主要是我对齿轮比较感兴趣，而且，齿轮的形式和传动类型不同，齿轮的材料，寿命，强度，对生产生活太重要了，尤其是很多先进的数控机床的伺服电机都采用齿轮的传动，可想而知他就是机器运转的中枢神经，对现代化企业保质保量完成任务具有现实的意义。 二、课题研究的主要内容： 1 直齿圆柱齿轮轴加工的生产工艺，机械加工过程卡，工装，设计（技术参数） 2 齿轮的材料选择，加工机床型号，齿轮结构，功能分析。 3 齿轮与轴的配合方式，同时也少量涉及轴的加工工艺，工装，刀具选择，切削参数。 圆柱齿轮轴加工工艺设计 第 III 页

三、 主要研究（设计）方法论述： 思路：1）、根据工件图样，分析工件的结构和尺寸以及技术要求，制定加工工艺。 2）、在审图过程中若发现需要改进的结构可适当修改。 3）、通过工件的结构和尺寸确定选用的机床型号。 4）、选择制作该工件选用的刀具。 5)、编写机床操作程序。 方法： 1) 适当运用萃智理论解决在设计过程中遇到的难题。将研究的课题在时间上进行分离，检验。 2) 可以参考有关资料文献。 3) 适当与老师进行交流，把知识融会贯通。 四、设计（论文）进度安排： 时间（迄止日期） 9月10 9月16 9月20 9月25 9月28 10月3 10月8 10月10 10月13 10月15 10月18 10月25 10月30 11月2 工 作 内 容 撰写开题报告 查阅资料，了解齿轮轴的有关发展及在现代工业中的作用 。 调查取证，通过查找资料确定研究对象，并补充完整图纸。 开始毕业设计正文的设计。确定章节，研究结构，草列提纲。 前言，摘要，齿轮轴的发展史及在现代工业，国内外制造业中的背景及意义。 齿轮轴的二维和三维造型图及装配图 。 轴的图纸分析 加工工艺分析 ，进给路线，工装等。 齿轮轴的机械加工过程卡片，工序卡片的制造。 传动齿轮的知识介绍，加工方法，齿轮的加工工艺。 齿轮的的寿命及齿轮技术参数和计算知识。 结束语 答谢词 初稿结束。 第二次定稿 定稿，准备答辩 。 圆柱齿轮轴加工工艺设计 第 IV 页

五、指导教师意见： 指导教师签名： 年 月 日 六、系部意见： 系主任签名： 年 月 日

圆柱齿轮轴加工工艺设计 第 V 页

目 录

摘要 .................................................................................................................................................. 7 前 言 ............................................................................................................................................ 8

1 齿轮轴在现代制造业中的地位及发展历程 ....................................................................... 8 2 齿轮轴零件数控加工的目的 ............................................................................................... 8 第一章 轴类零件 ....................................................................................................................... 9

1.1 概述 .................................................................................................................................. 9 1.1.1 轴类零件的功用与结构特点 ....................................................................................... 9 1.1.2 轴类零件的技术要求 ................................................................................................... 9

1.1.3轴类零件材料与热处理 ........................................................................................ 9 1.1.4 轴类零件的毛坯 ................................................................................................... 9 1.2轴类设计要求与一般步骤 ................................................................................................ 9 1.3 按扭转强度计算轴的直径 ............................................................................................. 10 第二章 齿轮及轮系 ................................................................................................................. 11

2.1 概述 ................................................................................................................................ 11

2.1.1 齿轮的传动特点 ............................................................................................... 11 2.1.2 齿轮的传动类型 ............................................................................................. 11 2.1.3 齿轮的传动基本要求 ..................................................................................... 12 2.1.4 圆柱齿轮的材料与热处理 ............................................................................... 13 2.2 与齿轮有关的概念与技术参数 ..................................................................................... 14

2.2.1 齿轮各部分名称与符号 ..................................................................................... 14 2.2.2 齿轮主要参数 ....................................................................................................... 14 2.2.3 齿轮几何尺寸计算 ............................................................................................. 15 2.2.4齿轮的正确啮合条件 .......................................................................................... 15 2.3 圆柱齿轮加工方法以及工艺路线的拟定 ..................................................................... 15 第三章 典型零件齿轮轴的工艺分析 ......................................................................................... 18

3.1齿轮轴的机械加工 .......................................................................................................... 18

3.1.1 零件图样及结构分析 ......................................................................................... 18 3.2 安装及定位方式的选择 ................................................................................................. 18 3.3 确定加工顺序及进给路线 ............................................................................................. 19 3.4轴的加工与机床选择 ...................................................................................................... 19 3.5夹具的选择 ...................................................................................................................... 20 3.7切削用量和进给量的选择 .............................................................................................. 22 3.8 编制数控加工过程卡（见过程卡） ............................................................................. 24 3.9填写数控加工工序卡片（见工序卡） .......................................................................... 24 程序加工 ........................................................................................................................................ 24 O001(左端面） ................................................................................................................................. 1 结论 .................................................................................................................................................. 2 答谢词 .............................................................................................................................................. 3 参考文献 .......................................................................................................................................... 4 毕业设计（论文）成绩评定表....................................................................................................... 4

圆柱齿轮轴加工工艺设计 第 VI 页

圆柱齿轮轴的加工工艺设计

摘要

齿轮传动是现代机械中应用最广的一种传动形式。它的主要优点是： 1瞬时传动比恒定、工作平稳、传动准确可靠，可传递空间任意两轴之间的运动和动力；

2 适用的功率和速度范围广； 3 传动效率高，η=0.92～0.98； 4工作可靠、使用寿命长；

5外轮廓尺寸小、结构紧凑。由齿轮、轴、轴承及箱体组成的齿轮减速器,用于原动机和工作机或执行机构之间,起匹配转速和传递转矩的作用,在现代机械中应用极为广泛。

齿轮轴在减速其中起着举足轻重的作用，所以现代工业的发展在齿轮轴的制造上也是在不断革新的。在未来齿轮的制造与应用上都会发生翻天覆地变化。 齿轮类型的改进和创新一定会适应现代社会各行各业的需要的。这也与它应用在哪些领域方面有着关键的联系，如小到风力发电的电动机里的齿轮轴，大到三峡大坝里用的发电机里。

在21世纪成套机械装备中,齿轮仍然是机械传动的基本部件。CNC机床和工艺技术的发展,推动了机械传动结构的飞速发展。在传动系统设计中的电子控制、液压传动、齿轮、带链的混合传动,将成为变速箱设计中优化传动组合的方向。在传动设计中的学科交叉,将成为新型传动产品发展的重要趋势。 关键词 减速器 扭矩 CNC 混合传动

圆柱齿轮轴加工工艺设计 第 VII 页

前 言

齿轮轴在现代制造业中的地位及发展历程

齿轮轴零件在现代生活中有十分重要和不可忽视的地位，数控生产的加工工艺对于我们熟练应用数控编程等相关技术有很大的帮助。在此我通过所学数控基础知识和原有的加工工艺设计基础上对齿轮轴零件的数控加工等工艺做出说明，希望通过这毕业设计使我们在数控技术应用和产品的加工方面得到一定的经验。

齿轮是机械行业量大面广的基础件，广泛应用于机床，汽车，摩托车，农机，建筑机械，工程机械，航空，兵器，工具等领域，而且对加工精度，效率和柔性提出了越来越高的要求。齿轮加工技术的发展有四个阶段，分别是：公元前400-200年的手工制作阶段，18世纪后的机械仿形阶段，19世纪后的机械范成加工阶段以及20世纪80年代至今的数控技术加工阶段。

近几年，齿轮加工技术在发展的过程中涌现了一些新工艺：磨料流光整加工工艺，磨-珩联合工艺。相信在不久的将来，齿轮加工技术必定会朝着数控化、智能化、高速化、集成化、环保化的方向发展。

齿轮轴零件数控加工的目的

作为一名刚踏出学校走向社会的学生，在平时的工作实践不断的总结经验 学习知识是尤为重要的，数控技术在生产实践中的应用越来越广泛，它使得制造业生产面貌焕然一新，它所带来的巨大效益也受到世界各国科技界的高度重视，轮轴零件的数控生产加工工艺对我们熟练掌握运用数控编程等相关技术具有很大的帮助。为此我们在原有的加工工艺设计基础上对齿轮轴零件的数控加工等工艺在此作出较为详细的阐述，希望通过对此设计能使我们在数控技术应用和产品的加工方面得到一定的经验。数控技术是一门全新的技术，它整合了机械技术、物理技术、电子技术、计算机技术、网络通信技术等多门学科的知识。它是先进的数字控制技术与传统的机床制造技术相结合的产物。区别于普通机械加工，数控加工技术更适合于多品种、小批量、结构复杂、精度要求较高的零件的自动化生产，它具有加工精度高、加工对象适应性强、自动化程度高、劳动强度低、生产效率高、经济效益好、现代化管理程度高等特点。

圆柱齿轮轴加工工艺设计 第 8 页

第一章 轴类零件的分析

1.1 概述

1.1.1 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。 1.1.2 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IT6～8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0.0005～0.001mm。

（2）几何形状精度。主要指圆柱度、圆度、一般在公差范围内，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3.2～0.4μm 。 配合轴颈的Ra0.8～0.2μm

1.1.3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，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。 1.1.4 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。 1.2轴类设计要求与一般步骤

轴的设计基本要求：结构合理，具有足够的强度，不同机械对轴的工作有不同的要求。

（1）、对于机械中的转轴，主要应满足强度和结构的要求； （2）、对于工作时不许有过大变形的轴，则应满足刚度要求； （3）、对于高速转轴，（如高速磨床主轴和汽轮机主轴等）则应满足振动稳定性的要求，以免发生共振而破坏。

设计轴的一般步骤是：

(1)先按工作要求选择材料； (2)初步计算基本直径、确定轴各段直径和长度等结构尺寸、即进行结构设

圆柱齿轮轴加工工艺设计 第 9 页

计；

(3) 然后进行强度计算，必要时还要进行刚度和稳定性验算； (4)最后绘制工程图。 1.3 按扭转强度计算轴的直径

传动轴只承受扭矩，直接按扭转进行强度计算。而对于转轴，在开始设计轴时，通常还不知道轴上零件的位置及支点位置，弯矩值不能确定，因此，一般在进行轴的结构设计前先按纯扭转对轴的直径进行估算。 对于圆截面的实心轴，设轴在转矩T的作用下，产生剪应力τ。对于圆截面的实心轴，其抗扭强度条件为：

TWp9.551060.2d3Pn

式中： τ --轴的扭转切应力（MPa） T—轴传递的扭矩(N.mm) Wp—抗扭载面模量(mm3) P—轴传递的功率(kW)

n—轴的转速(r/min) d--轴的直径(mm)

[τ]—许用扭转切应力(MPa) A—计算常数 以上可以得到轴的直径的设计公式： 注意：

1）当轴上开有键槽时，应增大轴径以补偿键槽对轴强度的削弱。一般，一个键槽增大3%；两个键槽增大7%。

2）该种计算方法既用于只受弯矩的轴，也用于同时受扭矩的轴。即按扭转强度初步估算轴径，而弯矩的影响，可以用降低许用扭转剪应力的方法予以考虑。由上式求出的直径值，需圆整成标准直径，并作为轴的最小直径。如轴上有一个键槽，可将值增大3%—5%，如有两个键槽可增大7%—10%。

圆柱齿轮轴加工工艺设计 第 10 页

第二章 齿轮及轮系

2.1 概述

2.1.1 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。 2.1.2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。 外啮合齿轮 直齿轮 内啮合齿轮 齿轮齿条啮合 平行轴 斜齿轮 直齿圆锥齿轮 相交轴—圆锥齿轮 螺旋齿圆锥齿轮 齿轮传动 蜗轮与蜗杆 交错轴 准双曲面齿轮 同心轴— 行星齿轮 表2-1 齿轮的分类

圆柱齿轮轴加工工艺设计 第 11 页

图2-1 外啮合圆柱齿轮

图2-3 圆锥齿轮

图2-6蜗杆涡轮传动

2.1.2 齿轮的传动基本要求

圆柱齿轮轴加工工艺设计

图2-2斜齿轮传动

图2-4 人字齿轮

图2-5齿轮齿条

第 12 页

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。 2.1.4 圆柱齿轮的材料与热处理

制造齿轮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HBS≤350)和硬齿面(齿面硬度HBS＞350)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

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

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。

圆柱齿轮轴加工工艺设计 第 13 页

（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。

2.2 与齿轮有关的概念与技术参数

2.2.1 齿轮各部分名称与符号 图 2-7 齿轮名称与符号 （1）齿顶圆：齿轮所有各齿的顶端都在同一个圆上，这个过齿轮各齿顶端的圆称作齿顶圆，用da或ra表示其直径或半径。

（2）齿根圆：齿轮所有各齿之间的齿槽底部也在同一圆上，这个圆称作齿根圆，用df或rf表示其直径或半径。

（3）基圆：其直径和半径分别用db和rb表示。

（4）分度圆：为便于齿轮几何尺寸的计算、测量所规定的一个基准圆，其直径和半径分别用符号d和r表示。

（5）齿厚：轮齿在任意圆周上的弧长，用si表示。 （6）齿槽宽：又称齿间宽，齿槽在任意圆周上的弧长。

（7）齿距：任意圆周上相邻两齿间同侧齿廓之间的弧长，用pi表示。

（8）法向齿距：相邻两齿间同侧齿廓之间的法向距离，用pb表示。根据渐开线的性质，法向齿距等于基圆齿距pb，即：pn=pb

（9） 齿顶高：分度圆与齿顶圆之间的径向高度，用ha表示。 （10）齿根高：分度圆与齿根圆之间的径向高度，用hf表示。 （11）齿全高：齿顶圆与齿根圆之间的径向高度，用h表示。 （12）齿宽：轮齿沿轴线方向的宽度，用B表示。 ☆分度圆上齿厚、齿槽宽和齿距分别用s、e、p表示。 2.2.2 齿轮主要参数 1）齿数Z

2）模数M 分度圆直径d与齿数Z及齿距P关系

πd=pz 或d=pz/π 令p/π=m 则有d=m 3）db=dcosα=mzcosα

4）通常所说的齿轮压力角是指在分度圆上的压力角，用α表示。所以有：

mzrbrcoscos

2由上式可知，模数、齿数不变的齿轮，若其压力角不同，其基圆的大小也不同，

圆柱齿轮轴加工工艺设计 第 14 页

因而其齿廓渐开线的形状也不同。因此，压力角是决定渐开线齿廓形状的重要参数。

2.2.3 齿轮几何尺寸计算

外啮合标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算计算见表

名称 代号 小齿轮 齿顶高 齿根高 全齿高 分度圆直径 齿顶圆 齿根圆直径 基圆直径 齿距 齿厚 齿槽宽 顶隙 标准中心距 ha hf h d da df db p s e C a ha=ha*m hf=（ha*+c*） h= ha+ hf=(2 ha*+ c*) d1=mz1 da1=m(z1+2ha*) d2= mz2 Da2=m(z2+2ha*) 计算公式 大齿轮 df1=m(z1-2ha*-2c*) da1=m(z2-2ha*-2c*) db1=d1cosa P= πm s=πn／2 e=πn／2 C=c*m a=(d1+d2)/2=m(z1+z2)/2 db2=d2cosa 表2-2 外啮合齿轮计算公式

2.2.4齿轮的正确啮合条件

齿轮正确啮合条件为： 两轮的模数和压力角分别相等。

一对渐开线齿轮连续传动的条件 ：B1B2≥Pb ε= B1B2/pb≥1

理论上 ε=1就能保证连续传动，但由于齿轮的制造和安装误差以及传动中轮吃的变形等因素，必须使ε>1.重合度的大小，表示同时参与啮合的对数的多少，其值大则传动平稳，每对轮齿承受的载荷也小，相对的提高了齿轮的承载能力。

2.3 圆柱齿轮加工方法以及工艺路线的拟定

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。

圆柱齿轮轴加工工艺设计 第 15 页

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0.2～1.6um 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6～7级，Ra 0.2～0.8 um

珩齿: 适合淬火后硬度很高的齿轮的光整加工，可达6～7级， 齿面粗糙度Ra0.2～0.8um。与磨齿相比，加工成本低、效率高、表面质量高。

磨齿：精度5～6级 ，表面粗糙度值Ra0.1～0.8um。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 1 2 工序名称 下料 毛坯制造 技 术 内 容 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 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 3 齿坯加工 4 5 加工花键、键槽、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；根据不同螺纹等 精度要求选择相应的加工方法，如拉、插、车、磨等。 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 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 6 齿形精加工 （热处理前） 7 8 9 10 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 一般齿轮：去掉齿两边锐边、毛刺 齿轮几何精度 检验 热处理 安装基准面的 精加工 齿形加工 （热处理后） 不要求热处理的齿轮，本工序为终检，否则为中间检验 根据材料不同，要求不同而异，常用：调质、渗碳淬火、高频淬火 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 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 王行 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 提高齿轮的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度 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 11 12 13 强力喷丸 磷化处理 圆柱齿轮轴加工工艺设计 第 16 页

14 15 清理齿面 去除齿面的毛刺、污物 成品齿轮的配对圆柱齿轮：按图纸要求检验其几何精度、接触区、噪声 检验或最终检验 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

圆柱齿轮轴加工工艺设计 第 17 页

第三章 典型零件齿轮轴的工艺分析

3.1齿轮轴的机械加工

3.1.1 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Φ20mm，Φ34mm，Φ38mm、

Φ24mm、 Φ18mm，其中Φ20与Φ38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D 齿厚下偏差精度等级C 2 、零件加工内容分析

①外圆Φ20m6mm，长度尺寸有两段均为16mm，表面粗糙度为Ra1.6 尺寸精度6级，表面粗糙度为Ra1.6 。

②Φ38h8外圆作为齿轮加工的一段长度尺寸为30mm，精度要求一般，齿根圆粗糙度值要求较高Ra1.6。

③ 12X28mm的圆锥圆跳动公差为0.012mm，螺纹要求6g精度，其余Ra为3.2 为中等尺寸要求。

3 审图 分析几何条件是否充分。

仔细审查图纸的几何条件是否充分，认真校对，查阅相关资料确保尺寸公差的正确性。

3.2 安装及定位方式的选择

图3-1 齿轮的零件图

圆柱齿轮轴加工工艺设计 第 18 页

模数 齿数 压力角 精度等级 配对齿轮齿数 公法线长度 跨侧齿数 m Z1 a Z2 L K 表 3-1 齿轮的参数

2 17 20 8-7-7DC 55 9.18 2 3.3 确定加工顺序及进给路线

数控车加工顺序由粗到精，进给路线由近及远的原则确定。先从右到左进行粗车，然后热处理进行齿轮加工，再进行半精加工和精加工，最后在铣床上进行铣键槽。

加工过程: 下料→ 粗车→ 余量→热处理（调质）→半精车（中检）→铣键槽→滚齿→精加工外圆→清理 检验→入库。

3.4轴的加工与机床选择

机床的选择

1） CA 6136 Φ360X750 IT 7-8

理由 a、 轴类零件是回转体，要选用车床，粗加工选普车而不是数

控车，

b、 Φ38属于较小尺寸，车床规格不宜较大。

c 、 粗加工直径方向公差不要很高的精度，大概普车就好。

CK6140 Φ360X750 西门子系统 IT 5-6 级 理由 a、 数控车完成回转体轴类零件的半精车和精车，

b、半精加工后在精加工到轴的工序尺寸，Φ20（+0.021

+0.008） ，Φ38(0 -0.039) 同时完成割槽加工 ，倒角 c、半精加工之后倒 2）铣床 铣键槽 VMC400（XK7125）

用于加工22X5 深度3mm的 键槽 3）滚齿机 Y38-1 精度7级

滚齿机规格 表3-1

类型

滚齿机

品牌

青岛

圆柱齿轮轴加工工艺设计 第 19 页

型号 重量

Y38-1 3500（kg）

主电机功率 3（kw） 最大加工模数 8 加工精度等级 7

人工

加工直径范围 450-800（mm）

加工齿轮类型 直齿、斜齿、锥齿、弧齿、延长外摆线齿轮 控制形式

齿轮轴加工所用机床 表3-2

序号 1 2 3 4 机床名称 普车 数控车 铣床 机床型号 CA6136 CK6140 VMC400 规格 直径Φ360X750 Φ360X750 600X380 660X450 精度 IT7-11 IT6-8 IT15-6 IT7 控制系统 西门子802C 三菱 伺服 滚齿机床 Y38-1

3.5夹具的选择

夹具的选择不仅要满足加工细长阶梯轴各部分的需要，同时还要和所选用

的机床配套起来。

1 粗车时，选用通用三爪卡盘 适应CK6140。 2 铣削时，选用平口钳。

夹具表 表3-3 零件名称 工序内容 粗车端面 半精车 精车 倒角 螺纹 铣键槽 滚齿 夹具名称 三爪卡盘 三爪卡盘 顶尖 平口钳 专用夹具 连接方式 标准A-2 标准A-2 莫式 10# VMC400 Y38-1 齿轮轴 机床型号 CA6140 CKA6140

3.6 轴加工刀具与量具的选择

a 轴类零件加工必须粗精加工分开 ，有时还有半精加工，精加工注重效率，并且IT材料为45钢，选75°外圆刀左偏，利于减小振动。 b 精加工为了获得尺寸精度，主偏角90°适合阶梯轴加工。

c 先完成退刀槽加工 然后完成两毫米切槽刀2X0.5的两处切槽，

齿轮轴加工量具卡片 表3-4

序号 1 测量工序内容 粗车 量具名称 游标卡尺 游标卡尺 2 半精车 精车 千分尺 表面粗糙度仪 规格 0-200mm 0-200mm 0-25mm 25-50mm 0.05-10um 读数值 0.02mm 0.02mm 0.01mm Ra0.00/.0 : 0. 05～10.00um

圆柱齿轮轴加工工艺设计 第 20 页

3 螺纹 通规 止规 公法线千分尺 M12-6g 0-150mm SRT-6210手持式粗糙度测量仪 HRC（20-68） HB（19-651） HV（80-976） 0.01 4 滚齿 表面粗糙度仪 里氏硬度计NDT220 直接读 齿轮轴加工刀具选择 表3-5

主要参数 序号 刀名 型号 刀片材质 刀面后角 刀片半径 夹紧特征 1 2 3 4 5 6 粗 半精 精 螺纹 滚齿 键槽 SNMG120404FF DNMG110404FM DNMG110404FM LT16.01W-1.50GM GM-2FL 硬质合金 YT30 整体硬质合金 6 8 8 3 5 4 0.3 0.3 0.1 0.1 螺钉夹紧 螺钉夹紧 螺钉夹紧 螺钉夹紧 气动夹紧

图3-2 立铣刀选择

圆柱齿轮轴加工工艺设计 第 21 页

图3-3 螺纹刀具选择

表3-5 外螺纹规格选择

3.7切削用量和进给量的选择

背吃刀量的选择与工序尺寸的计算（原则、公式、查表等）

背吃刀量ap的选择 表3-6 加工工序及工序余量的选择 序加工内容及精度要号 求 背吃刀量ap及工序余量的选择 工序余量（mm） 0.1 背吃刀量（mm） 0.05 基本尺（mm） Φ38 工序尺寸（mm） Φ38（0 -0.039） 加工工序 1 外圆Φ38（0 -0.039）h8 精车 圆柱齿轮轴加工工艺设计 第 22 页

Ra3.2 半精车 半精车前 精车 1.9 0.7 1.3 2 0.95 0.35 0.65 1 Φ38.1 Φ40 Φ20 Φ20.7 Φ22 Φ18 Φ38.1（0 -0.21） Φ40(+0.2 -0.2) Φ20(+0.021 +0.008) Φ20(0 -0.1) Φ22(0.2 -0.2) Φ18（+0.1 -0.1） 2 外圆Φ20(+0.021 +0.008) 半精车 半精车前 3 Φ18槽 割槽 4 螺纹 分多次车用G92 编程 M12-6g 5 键槽 长22 宽5 深度 3 6 滚齿Φ38（0 -0.039）h8 Ra3.2 Φ38 Φ38（0 -0.039）h8 进给量F选择 表3-7

序号 1 加工内容和要求 Φ20(+0.021 +0.008) Φ38（0 -0.039）h8 Ra3.2 Φ24 加工工序 精车 半精车 粗加工 2 精车 半精车 粗车 精车 半精车 粗车 进给量f（mm/r） 背吃刀量（mm） 0.09 0.20 0.4 0.12 0.3 0.5 0.2 0.25 0.4 0.35 0.65 2 0.05 0.95 2 0.3 0.7 1 3 切削速度的选择

公式V=πdn/1000 n=1000v/dπ 表3-8

序号 1 加工内容和要求 Φ20(+0.021 +0.008) 加工工序 精车 半精车 切削速度Vc 120 80 刀具 硬质合金 主轴转速（r/min） 1800 1200

圆柱齿轮轴加工工艺设计 第 23 页

2 3 4 5 6 7 Φ38（0 -0.039）h8 Ra3.2 2X0.5切槽 M12-6g 滚齿 粗车 精车 半精车 粗车 割槽 螺纹 滚齿 60 160 110 50 30 200 40 1616R/L10 硬质合金 800 1400 900 400 400 450 无

3.8 编制数控加工过程卡（见过程卡）

数控加工工艺过程卡片是以工序为单位说明零件机械加工过程的一种工艺文件。它概略了加工过程的全貌，是制订其他工艺文件的基础。此种卡片对各工序的规定及说明不够具体，所以在成批生产和大量生产一般不能直接指导工人操作。在一定的生产条件中，通常不再编制更详细的工艺文件，可用它直接指导生产，指导工人操作。在一定的生产条件下，确保加工质量和最少的生产成本三制定机械加工工艺规程的基本原则。在具体制定机械加工工艺规程时，应尽力做到技术上的先进、经济上的合理并具有良好的生产条件，要体现这三者的统一。

3.9填写数控加工工序卡片（见工序卡）

数控加工工序卡片是用来指导生产的一种详细的工艺文件。它详细地说明该工序的每个工步的加工内容、工艺参数、操作要求、所用设备和工艺装备等。一般都有工序简图，注明该工序的加工表面和应达到的尺寸公差、形位公差和表面粗糙度值。它主要用于大批大量生产。零件数控加工工艺规程的制定大致分四个阶段：

（1） （2）

准备阶段 包括计算生产纲领，确定生产类型：分析零件图

和产品装配图；确定毛坯类型等。

工艺路线拟订阶段 这是制定工艺规程的核心，主要内容包括：选择定位基准；选择零件加工表面；划分加工阶段；安排加工顺序和工序整合等。

工序设计阶段 该阶段确定已拟订工艺路线中每一道工序的工序内容，包括确定加工余量、工序尺寸及其公差；选择机床和工艺装备；确定切削用量、计算工时定额等。

（3）

填写工艺文件 将上述步骤确定的有关内容填入不同的工艺规程卡片

程序加工

圆柱齿轮轴加工工艺设计 第 24 页

O001(左端面） G98 G21 T0101 M0303 S1200 G00 X25.0 Z 2.0 G01 X18.0 Z0.0 X20.0 Z-2.0 Z-16.0 X24.0 Z-28.0 X34.0 Z-28.0 X38.0 Z-30.0 Z60.0 G00 X50.0 Z50.0 M05 M00 M03 S300 T0202 G0 X26.0 Z-14.0 G75 R0.5 G75 X19.5 Z-16.0 P1000 F20

圆柱齿轮轴加工工艺设计 G00 X100 Z100 O0002(左端面) G98 G21 T0303 M03 S1200 G00 X15 Z2.0 G01 X10.0 Z0 X12.0 Z-2.0 Z-13 X18.0 Z-40 Z-69 X20.0 Z-70 Z-85 X24 Z-96 X38 Z-100 G00 X100.0 Z100.0 M05 M30 % 第 1 页

结论

此齿轮轴是一级圆柱齿轮减速器的从动轴，结构虽然简单但是，简单就要做

得更加准确，更加详细。在轴的公差选择，及加工中切削用量，各种参数的选择，参阅了大量的文献资料。通过这次毕业设计让我对齿轮轴的设计与制造有了更深层次的了解，同时对齿轮轴在各种场合的应用也了解相当。达到了预期效果！我的这个齿轮轴比较特殊，由于他比较短小，所以齿轮与轴是连体的，中间没有配合连接的键与键槽，

圆柱齿轮轴加工工艺设计 第 2 页

答谢词

在此次毕业设计的制作过程中，首先我得感谢各位任课老师的指导。首先得

感谢我的指导老师宋书善，感谢他陪伴我们走过了这两个月的艰辛历程。对于宋老师提出的每一个细节和问题我都认真更改，力求做到更加完美。

同时在一个就是在毕业设计的过程中我个人感受也颇深。

1、很多专业知识记得不牢固，学的不扎实。经过这次毕业课程设计，把很多知识融会贯通。

2、当然也有同学的鼎力相助，一起讨论加工工序，齿轮轴的装夹方式。还有齿轮的UG三维造型。

3、我觉得我的毅力又得到了进一步提高，培养了自己不怕苦，不怕烦，严谨扎实的生活态度。

最后我要感谢学校三年来对我的培训，不管怎么样，我成长了，在各个方面都得到了提高。我会把学校学到的知识在实习以及今后工作学习中加以结合。我相信只有通过自己的努力才能感受到会当凌绝顶，一览众山小的唯美。我会记住自己的梦踏长风破万里浪，直挂云帆驰骋梦想！

圆柱齿轮轴加工工艺设计 第 3 页

参考文献

【1】 魏斯亮 主编 互换性与技术测量[M]北京理工大学出版社 2007.08 【2】 李月琴 主编 机械零部件测绘[M] 中国电力出版社 2007.04 【3】 李小平 主编 现代工程制图[M] 东南大学出版社 2006.09 【4】 宋书善 主编 数控加工工艺[M] 电子科技大学出版社 2006.009 【5】 张秀珍 冯伟 主编 机械工业出版社[M] 数控加工课程设计指导 2009.11 【6】 张云鹏 田锡天 主编 机械制造工艺学[M] 西北工业大学出版社 2010.06 【7】 【6】马德高 主编 东南大学出版社[M] 机械设计基础教程 2008.10

毕业设计（论文）成绩评定表

一、指导教师评分表（总分为70分）

序 号 1 2 3 考 核 项 目 工作态度与纪律 调研论证 外文翻译 满 分

评 分 圆柱齿轮轴加工工艺设计 第 4 页

4 5 6 7 设计（论文）报告文字质量 技术水平与实际能力 基础理论、专业知识与成果价值 思想与方法创新 合计 指导教师综合评语： 指导教师签名： 年 月 日 二、答辩小组评分表（总分为30分）

序 号 1 2 3 4 5 考 核 项 目 技术水平与实际能力 基础理论、专业知识与成果价值 设计思想与实验方法创新 设计（论文）报告内容的讲述 回答问题的正确性 合计 答辩小组评价意见（建议等第）： 答辩小组组长教师签名： 年 月 日 满 分 评 分 三、系答辩委员会审定表

1． 审定意见 2．审定成绩（等第）_____ ___ 系主任签字： 年 月 日 圆柱齿轮轴加工工艺设计 第 5 页