黄传成
37090219660527****
摘要
齿轮是通过变速箱和其他方式装配相互啮合以传递运动和动力方向的机械零部件。齿轮已有很长时间应用到生活当中。20世纪初发明了滚切法 (展成法)
切入法 (成形法)，根据展成、切齿方法的原理和随之发明专用机床设备和使用该原理的加工齿轮设备及工装夹具大大提升了生产效率和质量水平。
随着产品功能不断完善要求，齿轮啮合挂挡、换挡平稳的运行受到大家的关注。目前，0、1、2级精度难以实现，正在不断开发中。齿轮加工水平三级-五级的精度属于高级加工精度级别，精度等级六级-八级是一个中等水平，水平比较低精度等级一般为九-十二级。其中六种都在可以达到的基础精度等级，在设计中也是常用的。它们通常用于滚齿和插齿的加工，按照目前手段可以进行测量。随着精度提高一般采用磨齿和珩齿和研磨等工序但是生产效率太低成本太高。我们公司齿轮加工中滚齿是使用频率和生产效率最高并且精度可以达到7-8级精度，夹具设计合理不仅仅提高加工质量和精度，而且为后道工序精加工也做好了充分准备。
关键词：夹具定位、工艺规程、齿轮加工精度、公法线
1.1 现实背景和理论背景
1.1.1理论背景
齿轮加工精度是用来评价加工齿轮轮廓形状积累误差数值，其中该误差包括齿轮齿形，齿轮齿向，径向跳动，节距超差等综合评定。齿向的是齿轮在纵向实际形状和理论理想形状误差，径向跳动表示相邻两齿形公法线方向上距离超差。齿的纵向跳动表示公法线两个齿廓尺寸误差，可以使用千分表来测量。国家标准为13精度等级的齿轮对啮合。从0，1，2，3，4，.....12级，规定精度最高级是0级，其他级别按降序排列，规定12级精度为最低级。
按照常规加工方法五级以上齿轮精度的加工和测量还是比较困难，随着高精度制齿设备水平研发成功。六级是设计中的基本等级和常用等级..它是在一般加工过程中使用夹具和到家，采用滚齿等加工手段所能达到的等级，并且通过工装夹具能够实现。。
目前，普通齿轮加工可以使用滚齿机/插插机/剃齿机/珩磨机/磨齿机等设备加工方法，并可以分6级到7级使用，有些印刷机需要高速齿轮，以减少由于需要高速工作和批量印刷而引起的齿轮齿形和齿向堆积引起的误差 齿轮磨削过程可以以4级进行到第5级，并且所述入口到高精度齿轮磨床可以加工到3或4级。最高可以达到2级。日本齿轮标准DIN0等同于中国标准四级水平，一般在微米级别进行测量，1微米=0.001毫米的单位误差表示的。
齿轮加工精度直接关联到设备的工作性能，传动噪声、工作负载能力和整个设备生命周期，使用齿轮的条件有以下要求：
（一）传动精度。齿轮必须能够精确地传递角度，传动比必须准确。即，齿轮必须的范围内旋转一周的内具有角度误差。
（二）传动平稳性。
齿轮进给运动应稳定，并具有较小的冲击，振动和噪音。为此，当齿轮传动时瞬时速比指标必需符合标准。合理侧面间隙。如果需要的话齿轮，必须有存储润滑剂非工作的齿面之间的恒定间隙并补偿由于温度和弹性变形，以及一些在加工和装配引起发生的错误的尺寸变化。根据使用条件和要求来确定齿轮的制造精度和齿轮啮合间隙。因此，传递的精度和角度位移是准确而可靠的。同时高速旋转传动齿轮副，要求运行平稳避免齿轮冲击与齿轮啮合发生噪音。对于重型低速传动齿轮而言，啮合齿的接触面积较大降低负荷，因此齿的接触精度必须良好，以免使齿表面过早点蚀和 磨损。用于倒档方向传动，则必须严格控制侧面之间的间隙。
1.1.2现实背景
我公司与国家2025智能意大利220马力拖拉机动力换挡齿轮箱合作项目.设计整体布局采用四十八档向前行走向齿轮和十六档向后挂挡齿轮的设计，可选配爬坡档位来降低速度，主轴变速箱设计六挡齿轮变速，动力倒车，二次变速同步器换挡装置对液压行走，挂挡离合器行走，转向桥系统分别设计。液压泵、滤清器、过滤系统、液压油 、 过滤器、 齿轮泵 等实现无冲击的动力传递，平滑和快速的。采用先进的电控齿轮系统，对所有湿式离合器齿轮等进行调配。整个系统全部齿轮副啮合。里面加工齿轮共计189件齿轮，精度要求非常高，从以上滚齿夹具和加工工艺提高精度着手，实现了一次装配成功噪声不超过48分贝，分别跑了强化实验和田间实验效果良好。
1.2 研究目的和意义
滚齿机是目前最广泛使用和最有效的机床，它能够完成的直齿轮和斜齿轮的处理中，蜗轮和链轮也可以加工，并可通过添加夹具设计进行定制提升生产效率和特种齿形。滚刀还可以渐开线花键和链轮化各种特殊的锯齿状零部件。在汽车行业，拖拉机行业，机床设备行业，工程机械行业，矿山机械，飞机航天卫星器等机械制造等行业领域应用，许多齿轮类型，其包括紧凑的机床用于加工微型齿轮，直径很小到了毫米级，用于加工大直径的超过10米，而对于大规模生产的高效率的齿轮精密机床的有效处理的齿轮。随着夹具设计的使用增加，机械零件的加工的范围扩大了，并且对原来的机械滚齿等设备进行了修改增加了工装夹具，以降低成本，并根据需要减少加工主轴的数量。各种尺寸的齿轮可以通过加工中心程序来设置，操作简洁方便实用。随着夹具设计的使用增加，伺服电机通过一个系统用于将单个轴机进料系统必须满足进料系统，以消除齿隙控制的，由低摩擦和高硬度的基本要求。通过增加夹具设计的使用，每个轴的运动都超过了极限，伺服警报，运动完成和极限开关行为得到了扩展。实时监控模块以中断程序，读取每个时间段内的位置，把处理对象的加工技术要求运算新的程序指令，并发送给运动机进行释放。
通过增加夹具设计使用提高了机床设备刚度和齿轮加工精度，特别处理的不锈钢，钛和工件的其他超硬材料，所以要确保专用的夹具齿轮和方法的齿轮工件特殊精度应该被使用。
2.1部件工艺分析
通过对设计的零部件图样检查视图完整、尺寸准确，零件的尺寸和形状定位精度适中，根据生产线要求，类型判断批量生产;根据产品订单和质量要求确定毛坯使用锻件加工。熟悉加工文件，类型，几何形状，加工公差和加工公差的精度，加工图和加工工艺，加工工艺和加工工艺的位置，精度和表面粗糙度以及加工前加工表面的参考状态。这个过程使用了六个自由度的自由空间。工件在空间中的位置是任意的机器规格，并设计了夹具。
要重新绘制零件加工工序图，以便在滚齿机上加工切割的零件，主要过程是加工齿端。选择圆柱形粗略基准的一端，选择基准为直径68基准公差等级K7和端面作为加工基准。
（1）首先审查图纸是否准确，尺寸完整；
（2）其次审查零件尺寸加工公差和形状位置公差，工艺性是否合理；
（3）根据订单要求确认生产类型批量生产确认加工手段和夹具；
（4）采用锻件加工金相组织能够保证，效率高要模锻成型；
（5）根据《机械设计》对“零部件公差和加工要求公差”确定加工方法和余量，公差尺寸和锻件公差以及设计公差图。
（6）通过对定位点位置（过定位，欠定位，完全定位，不完全定位）和定位基准进行选择
（7）将粗加工，半精密加工，镗孔，铣削和其他加工方法与“各种加工方法的经济性和表面粗糙度”的概念与加工经济精度的概念相结合。
（8）通过结合加工方法的选择和典型表面的加工路径来制定零件的加工路径。
（9）结合《加工工艺》选择车床，滚齿机，钻孔机。
（10）根据夹具设计理论和参考资料“夹具部件的技术参数”确定通用夹具和专用夹具；
（11）根据金属切削原理选择与本书结合使用的高速钢车刀和三面铣刀、钻头等刀具；
（12）结合测量技术选用公法线卡尺、内径千分尺、齿形齿向自动测量仪。
2.2夹具设计基本要求
1.首先确保工件的准确性和质量
定位夹具必须有一个可行方案的基础上，设定技术要求和公差，最后要进行加工精度评价，来保证夹持工件保证加工零部件精度。
2.其次，提高生产效率：
夹具的复杂性必须遵循工件的生产过程。通过降低生产辅助定位等时间和提升生产效率，我们需要根据生产批次的大小来选择不同级别的快速，高效的夹紧装置的复杂性。
3.合理的工艺：
设计时夹具的结构合理，加工工艺性好，便于装配和检查维修。夹具的生产是单件或者几个数量比较少量的生产。如果精度确保最终调整或维修时，夹紧结构的修理或调整必须配备，例如，一个适当的调整间隔，维修的垫圈。
4.合理的可用性：
滚齿夹具的要求操作简单夹紧力小安全可靠，有利于排铁屑结构。使用标准组件对夹具组件进行标准化和分类，为了缩短设计加工时间，节省费用。
5.合理的经济
夹具生产实现标准系列生产加工，要求结构简单，通用性强，来降低成本，还需对夹具方案进行成本进行评价，体现在生产中的成本经济优势。
6.用夹具固定产品及工具:
用快速夹具或者气动夹具等之类的产品和固定工具。
2.3夹具设计定位基准方案选择
1.在空间直角坐标系中任何物体都具有6个自由度：沿x、y和z轴移动的3个自由度，以及绕3个轴旋转的3个自由度
2.。零部件放置还没有上夹具时，它可以被认为是空间直角坐标系中的物体对自由度没有进行限制，并且可以沿着3个轴的平行方向放置在任何地方。 X，Y，Z可以沿三个坐标轴任意定位工件。即，绕3个坐标轴旋转有3，X，Y，Z个自由度。因此，必须限制工件的六个自由度，以使工件在夹具中具有一致且准确的位置。
3.不管常规设备，可调设备或特殊设备
遵循6个定位规则的合理利用，是设计夹具必须遵循的原则。
4.固定装置、工具和工件构成生产过程系统。通过对表面进行处理，以确保过程的系统之间的精确位置关系工件的相互定位精度。所以在加工前，必须先确认工件在加工系统中的精确位置，即加工零部件的位置。
5.工件由几个几何面组成复杂的几何体形状的组合成的。当考虑到工件在工艺系统中占据正确的位置时，其他不需要定位工件表面是否需要确定，显然是不必要的。
6.当工件被放置在实际处理中，只需要考虑设计点被用作标准，和加工表面是在正确的位置占用由处理系统。因此，零部件定位的原理是保证加工系统的设计标准在加工过程中占据准确的定位。
7.加工系统中的静态误差会在工件放置期间改变加工系统中工件加工表面的设计参考位置，从而影响工件表面的加工精度以及参考设计的相互定位。如果变化值在公差范围内，则可以确定加工系统已经在加工系统中处于正确的位置，即工件被正确地定位。
选择设计标准作为定位标准
1.统一基准测试原则：
选择一套统一的原则来处理其他定位数据传送到零部件加工面。把基准统一原理应用到夹具设计之中，这样预防基准变换引起的定位误差，便于夹具的设计和制造减少误差。
2..近似基准选择：
选择的标准是，以用于随后的过程中提供精确的标准来选择第一主定位标准过程。如果对于某些重要工件表面的加工精度，则必须进行加工保证基准。
3.通常，粗糙基准仅允许使用一次。在工件的加工过程图中，通常在加工表面和加工过程数据之间对用于确定该加工表面位置的基准进行两次检查：首先，加工表面到加工过程的距离要查找工作程序的尺寸要求。其次，找出处理数据的形状误差与位置误差（例如，平行度和垂直度）。通常，工件的6个自由度受到限制，这是沿3个轴移动的自由度和围绕3个轴的旋转自由度。
4..根据形状精度和位置精度，在定位工件时应限制五个方面的自由度。仍然有必要分析和研究定位和夹紧方案，以确定定位参考选择是否可以满足工件定位方面的要求，以及是否可以实现夹具的结构。
5.该设计使用一根和一根轴的工件的5个自由度进行限制。
2.4夹具设计和定位基准加工方法
1）选择齿轮夹具位置
根据齿轮毛坯的形状，齿轮分为轴、盘两种形状。加工轴时，通常使用同一轴线两个中心孔位置来定位。盘式齿轮位置基准应为轴装配的设计标准和组装基准（圆孔和花键孔等）相一致。盘类齿轮的端面作为辅助基准同时进行。所以在齿坯加工时，内孔对端面径向跳动小于0.025毫米。
2）.滚齿夹具的结构设计和技术要求:
由于滚齿夹具比较复杂基本都是采用组合式方式：夹具底座作为装配母体使用芯轴和各个规格夹具装配组成，夹具底座作为标准通用件使用，通过各种规格芯轴生产效率高通用性强成本低廉。 最常用的滚齿机夹具：根据工件的尺寸链可以通过工件选定划分为2?3种在公法线上测量选用。端面跳动小于0.015毫米;心轴的圆柱面为工作表面，其直径要考虑工件最小孔径和公差带尺寸。芯轴的径向跳动应该符合标准一般小于0.015毫米加工精度。定位端面与心轴的垂直度小于0.015毫米。为保持夹具精及使用寿命，轴需都渗碳淬火热处理等方式提高硬度，通过研磨中心孔提高粗糙度和精度。设计球面形状垫圈在工件夹紧时受力均匀并自动定位。
3）.滚齿后精整加工剃齿夹具的结构及技术要求：
剃齿夹具通常在芯轴的形式使用，因为加工量比较小，因此机械加工切割力比较小，所以压套与芯轴需都渗碳淬火热处理等方式提高硬度，通过研磨中心孔提高粗糙度和精度，一般技术要求表面粗糙度要Ra<=0.02mm，锥面接触斑点60°锥面上>=80%
4）作为滚齿受限可以使用插齿工艺来替代，其夹具结构及技术要求常用插齿夹具结构工作尺寸不大于40毫米时要求采用芯轴整体结构刚性较好。当大于40毫米时可以设计镶嵌衬套方式，配合锥度为1：10。外径及锥面径向跳动小于0.015毫米。
参考文献
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