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1、蜗杆零件工艺的指设计方法和专用夹具的设计【摘要】本论文主要阐述蜗杆零件工艺的指设计方法和专用夹具的设计，蜗杆是只具有一个或几个螺旋齿，并且与蜗轮啮合而组成交错轴齿轮副的齿轮。其分度曲面可以是圆柱面，圆锥面或圆环面。在论文中首先简单简述了蜗杆的设计，再以KCSJ-12为例详细讲述就设计蜗杆的步骤、要求、及注意事项。目前在蜗杆零件的设计、制造以及应用上，国内与国外先进水平相比仍有较大的差距。国内在设计制造蜗杆零件过程中存在着很大程度上的缺点，正如论文中揭示的那样，重要的问题如：齿轮的根切、蜗杆毛坯的正确设计、蜗轮蜗杆的校核，夹具选择等。有待于更好的探讨与发展。关键词：蜗杆轴 数控加工 加工工艺 程

2、序面；毛坯；校核。Abstract this paper mainly expounds the process to worm parts design method and special fixture design, and the worm is with only one or a few spiral, and with worm gear teeth mesh and composition of the gear axis gear pair interlaced. The dividing surface can be YuanZhuMian, cone surface o

3、r ring surface. In the thesis first described the design of simple worm, again with KCSJ-for example detailed design steps about the worm, requirements, and the matters needing attention. The milling flutes for design the fixture.At present in the worm parts design, manufacturing and application, th

4、e domestic and foreign advanced level still has a big gap compared. In the design and manufacture of domestic worm parts process there are a largely the shortcomings, as the paper reveals that the important issues such as:, the root of gear cutting, worm of blank design, correct worm checking fixtur

5、e design, the specificity. To be a better approach and development. Keywords: worm parts; Taper surface or circle face; Blank; Checking.【摘要】 1Abstract 2文献综述 5蜗杆传动简介 5蜗杆传动特点 5引言 6蜗杆轴类零件的功用与结构 62 蜗杆轴类零件的技术要求 72.1 加工精度 72.2 表面粗糙度 73 蜗杆轴类零件的材料和毛坯 83.1 蜗杆轴类零件的材料 83.2 蜗杆轴零件的毛坯 83.2.1 蜗杆轴加工的工艺及车床选择分析 84 蜗杆

6、轴加工的工艺路线 114.1 基本加工路线 114.2 蜗杆轴的加工工艺 114.3 蜗杆轴的加工过程 124.3.1 外圆表面的加工方法和加工精度 124.3.2 外圆表面的车削加工 134.3.3 外圆表面的磨削加工 144.3.4 外圆表面的光整加工 154.3.5 蜗杆轴的加工工总结 195 专用夹具的基本要求和设计步骤 205.1对专用夹具的基本要求 205.2专用夹具设计步骤 205.3 蜗杆轴夹具体的设计 215.3.1 对夹具体的要求 215.3.2 夹具体毛坯的选型 225.3.3 专用夹具设计 225.4 夹具总图上尺寸、公差和技术要求的标注 245.4.1 夹具总图上应标

7、注的尺寸和公差 245.4.2 夹具总图上应标注的技术要求 245.4.3 夹具总图上公差值的确定 255.5 工件在夹具上加工厂的精度分析 255.5.1 影响加工精度的因素 255.5.2 保证加工精度的条件 265.6.1 经济分析的原始数据 27结论 28致 谢 29参考文献 30附录 30文献综述蜗杆传动简介蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成，一般蜗杆为主动件。蜗杆和螺纹一样有右旋和左旋之分，分别称为右旋蜗杆和左旋蜗杆。蜗杆上只有一条螺旋线的称为单头蜗杆，即蜗杆转一周，蜗轮转过一齿，若蜗杆上有两条螺旋线，就称为双头蜗杆，即蜗杆转一周，蜗轮转过两个齿。蜗杆传动特点1.传动比大，结构紧凑。蜗杆头数

8、用Z1表示（一般Z1=14），蜗轮齿数用Z2表示。从传动比公式I=Z2/Z1可以看出，当Z1=1，即蜗杆为单头，蜗杆须转Z2转蜗轮才转一转，因而可得到很大传动比，一般在动力传动中，取传动比I=10-80；在分度机构中，I可达1000。这样大的传动比如用齿轮传动，则需要采取多级传动才行，所以蜗杆传动结构紧凑，体积小、重量轻。2.传动平稳，无噪音。因为蜗杆齿是连续不间断的螺旋齿，它与蜗轮齿啮合时是连续不断的，蜗杆齿没有进入和退出啮合的过程，因此工作平稳，冲击、震动、噪音小。3.具有自锁性。蜗杆的螺旋升角很小时，蜗杆只能带动蜗轮传动，而蜗轮不能带动蜗杆转动。4.蜗杆传动效率低，一般认为蜗杆传动效率比

9、齿轮传动低。尤其是具有自锁性的蜗杆传动，其效率在0.5以下，一般效率只有0.70.9。5.发热量大，齿面容易磨损，成本高。蜗杆传动类型按蜗杆形状的不同可分：1圆柱蜗杆传动2环面蜗杆传动3锥蜗杆传动引言蜗杆轴类零件的功用与结构蜗杆轴是组成机械的重要零件，也是机械加工中常见的典型零件之一。它支撑着其它转动件回转并传递扭矩，同时又通过轴承与机器的机架连接。蜗杆轴类零件是旋转零件，其长度大于直径，由外圆柱面、圆锥面、内孔、螺纹及相应端面所组成。加工表面通常除了内外圆表面、圆锥面、螺纹、端面外，还有花键、键槽、横向孔、沟槽等。根据功用和结构形状，蜗杆轴类有多种形式，如光轴、空心轴、半轴、阶梯轴、花键轴、

10、偏心轴、曲轴、凸轮轴等。如图1-1图1-1 蜗杆轴2 蜗杆轴类零件的技术要求2.1 加工精度 1)尺寸精度：蜗杆轴类零件的尺寸精度主要指轴的直径尺寸精度和轴长尺寸精度。按使用要求，主要轴颈直径尺寸精度通常为IT6-IT9级，精密的轴颈也可达IT5级。轴长尺寸通常规定为公称尺寸，对于阶梯轴的各台阶长度按使用要求可相应给定公差。 2)几何精度：蜗杆轴类零件一般是用两个轴颈支撑在轴承上，这两个轴颈称为支撑轴颈，也是轴的装配基准。除了尺寸精度外，一般还对支撑轴颈的几何精度（圆度、圆柱度）提出要求。对于一般精度的轴颈，几何形状误差应限制在直径公差范围内，要求高时，应在零件图样上另行规定其允许的公差值。

11、3)相互位置精度 蜗杆轴类零件中的配合轴颈（装配传动件的轴颈）相对于支撑轴颈间的同轴度是其相互位置精度的普遍要求。通常普通精度的轴，配合精度对支撑轴颈的径向圆跳动一般为0.01-0.03mm，高精度轴为0.001-0.005mm。此外，相互位置精度还有内外圆柱面的同轴度，轴向定位端面与轴心线的垂直度要求等。 2.2 表面粗糙度 根据机械的精密程度，运转速度的高低，轴类零件表面粗糙度要求也不相同。一般情况下，支撑轴颈的表面粗糙度 Ra值为0.63-0.16 m ；配合轴颈的表面粗糙度Ra值为2.5-0.63m。3毛胚的确定及各部分加工方法3.1毛胚的选择该轴的材料采用445#钢锻件，根据选择毛胚

12、的考虑因素，该零件体积较小，形状简单，而锻件由于能获得纤维组织的连续性和均匀分布，从而可以提高零件的强度，所以适用于强度高、形状比较简单的零件毛胚。蜗杆轴外表面采用不去除材料方法获得粗糙度要求，由于零件产生类型为大批量生产，而模锻尺寸精度较高，故本零件毛胚采用模锻。如图：3.2各加工面加工方法的确定平左端面，以工件左端面为基准，钻中心孔：调头加工：平右端面，以工件右端面为基准，钻中心孔，采用双顶尖夹持，并保持两基准间的圆跳动公差不大于0.015： 52mm外圆柱：粗车-半精车-磨削； 34mm外圆柱：粗车-半精车-磨削； 25mm外圆柱：粗车-半精车-磨削； 23mm槽：粗车； 28mm槽：粗

13、车； 30mm槽：粗车-精车； 梯形螺纹：粗车-精车；3.3基准的选择粗基准的选择 选取最大外圆面作为粗基准 精基准的选择 选用两中心孔的公共中心线作为精基准零件表面的加工方法序号加工方法经济精度粗糙度Ra/m适用范围1粗车IT13-IT1150-12.5适用于淬火钢以外的各种金属2粗车-半精车IT10-IT86.3-0.83粗车-半精车-精车IT8-IT71.6-0.84粗车-半精车-精车-滚压IT8-IT70.2-0.0255粗车-半精车-磨削IT8-IT70.8-0.4主要用于淬火钢 也可用于未淬火钢6粗车-半精车-粗磨-精磨IT7-IT60.4-0.17粗车-半精车-粗磨-精磨-超精加

14、工IT50.1-0.0128粗车-半精车-精车-粗精车（金刚车）IT7-IT60.4-0.025主要用于要求较高的有色金属9粗车-半精车-粗磨-精车-超精磨IT5以上0.025-0.006极高精度的外圆加工10粗车-半精车-粗磨-精磨-研磨IT5以上Rz0.1该零件某些表面加工粗糙度要求不高可以采用粗车半精车 即可达到要求 而某些表面加工的粗燥度要求比较高需采用粗车半精车磨削。每个表面所用的加工方法如下表所示：加工表面加工方法IT8粗糙度46粗车半精车磨削IT100.822粗车半精车IT86.317粗车半精车磨削IT100.826粗车半精车IT86.320粗车半精车磨削IT100.818粗车半

15、精车IT106.316粗车半精车磨削IT80.8锥面251粗车半精车磨削IT80.812粗车半精车IT106.3轴段外圆面粗车半精车IT106.33.4拟定工艺路线 方案一 1锻造2去飞边 3正火处理 4车端面M12左端 17右端面 打中心孔 以最大外圆定位5粗车一端外圆46 22 17掉头粗车另一端外圆分别至26 20 18 16 12粗车锥面 251 以外圆及中心孔做为基准。6半精车该端外圆46 22 17车槽161 161 倒角145 掉头半精车该端外圆分别至26 20 18 16 12半精车锥面251车槽至161倒角145车螺纹M181 M12修整各阶梯过度地方以两中心孔作为精基准7粗

16、车蜗杆螺纹半精车蜗杆螺纹 8两端轴颈高频淬火 回火4045HRC 9修研两端中心孔 10粗磨一端外圆至17精磨该端外圆至17粗磨另一端外圆至20精磨该端外圆至20磨锥面及蜗杆螺纹到规定尺寸。以两中心孔作为基准。11去毛刺 12检验入库方案二1锻造 2去飞边 3正火处理 4车端面M12左端 17右端面 打中心孔 以最大外圆定位 5粗车一端外圆46 22 17以外圆及中心孔做为粗基准。半精车该端外圆46 22 17车槽161 161 倒角145以两中心孔作为精基准 6粗车另一端外圆分别至26 20 18 16 12粗车锥面 251以外圆及中心孔做为粗基准。半精车该端外圆分别至26 20 18 16

17、 12半精车锥面251车槽至161倒角145以两中心孔作为精基准 7两端轴颈高频淬火 回火4045HRC 8修研两端中心孔 9粗磨一端外圆至17精磨该端外圆至17粗磨另一端外圆至20精磨该端外圆至20磨锥面 以两中心孔作为精基准 10车蜗杆螺纹 车螺纹M181 M12 半精车蜗杆螺纹 磨蜗杆螺纹 以两中心孔作为精基准 11去毛刺 12检验入库 方案比较 上述两个工艺路线的特点在于 方案一对整个蜗杆一起加工 减少了装夹次数 同时在加工过程中有效防止了加工产生的应力对后加工工序的影响。方案二对不同部位进行粗 半精 精加工 不能对一台机床进行连续运用。误差相对方案一来的大 所以选方案一。3.5最终方

18、案 1锻造 2去飞边 3正火处理4车左端面端面 打中心孔车右端面 打中心孔 5粗车一端外圆46 22 17掉头粗车另一端外圆分别至26 20 18 16 12粗车锥面 251 以外圆及中心孔做为基准。 6半精车该端外圆46 22 17车槽161 161 倒角145 掉头半精车该端外圆分别至26 20 18 16 12半精车锥面251车槽至161倒角145车螺纹M181 M12修整各阶梯过度地方以两中心孔作为精基准 7粗车蜗杆螺纹半精车蜗杆螺纹 8热处理 两端轴颈高频淬火 回火4045HRC 9修研两端中心孔 10粗磨一端外圆至17.1 k5精磨该端外圆至17 k5粗磨另一端外圆至20.1 j6

19、精磨该端外圆至20 j6磨锥面及蜗杆螺纹到尺寸 11去毛刺 12检验入库 3.6机械加工余量工序尺寸及毛坯尺寸的确定 蜗杆零件材料为45钢 硬度为217 255HBS 生产类型为中大批生产 采用普通模锻 IT13的精度。 该工件的最大直径为46 质量为4.1kg 锻件形状复杂系数S =m锻件m外轮廓包容体= 4.62 2 23.8 4.1 = 1622g = 1.622kg m锻件=4.1kg S=4.11.622= 2.53 1可定形状复杂系数为S1 属于简单级别 机械加工余量 根据锻件重量、加工精度F1F2、S1查表2.2-25得 12 粗糙度为6.3 属于一般加工精度 直径方向单边余量取

20、2mm水平方向取2mm 同理182622直径方向单边都是2mm水平方向都是2mm 16粗糙度为0.8 属于磨削加工精度 直径方向单边余量取2.5mm 水平方向取2mm 同理204617直径方向单边余量都是2.5mm 水平方向都是2mm 毛坯图如下图 ：4.机床及量具的选择4.1机床的选择本次选择了车床CA6140，因为它通用性好。CA6140型普通车床是在C620型车床的基础上改进的卧式车床,工件最大回转直径400毫米,可以加工普通螺纹、英制螺纹、摸数螺纹和径节螺纹。传动链由电动机经三角带（V带）将动力传递到主轴箱在交换齿轮作用下，正转24级，转速10-1400转/分钟；反转12级，转速14-

21、1580转/分钟。主轴转速经挂轮箱将动力传递到走刀箱，纵向走刀级数64，进给范围0.08-1.59mm/r，横向进给级数64，进给范围0.04-0.79mm/r。溜板行程横向320mm，纵向按照车床长度而定。4.2量具的选择外径、内径千分尺、游标卡尺、螺纹环、塞、规及卡板测量。螺纹量规是综合性检验量具，分为塞规和环规两种。塞规检验内螺纹，环规检验外螺纹，并由通规、止规两件组成一副。螺纹工件只有在通规可通过，止规通不过的情况下为合格，否则零件为不合格。5.切削用量以及进给速度的确定5.1主轴转速的确定 车外圆是主轴转速，主轴转速应根据允许的切削速度和工件的直径来选择。其计算公式为=1000v/I

22、id。车螺纹时的主轴转速，在车削螺纹时车床的主轴转速将受到螺纹的螺距P大小，驱动电机的升降频特性以及螺纹插补运算速度等多种因素影响。5.2被吃刀量的确背吃刀量根据机床、工件、刀具的刚度来决定。在钢度允许的条件下应尽可能使背吃刀等于工件的加工余量这样就可以减少走刀次数提高生产效率为了保证加工表面质量可以留少许加工余量一般为0.2mm0.5mm。车削用量的具体常规如下粗车时首先尽可能大的背吃刀量，其次选择一个较大的进给量，最后确定一个合适的切削速度。精车时加工表面要求较高加工余量不大且均匀因此选择较小的背吃刀量和进给量。5.2进给速度的确定进给速度是数控机床切削用量中的主要参数 确定进给速度的原则

23、 当工件的质量要求能得到保障时为提高生产率可选择较高的进给速度一般在100200mm/min范围内选择。再切断加工深孔或用高速钢刀具加工时宜选择较低的进给速度一般在2050mm/min范围内选取。当加工精度表面粗糙度要求时进给量应选小一些，一般在2050mm/min范围内选取。6.确定各工序采用的加工设备和工艺装备工序号工序名称工序内容车间加工设备工艺装备1模锻模锻锻工2热正火3车车两端面，钻中心孔金工CA614045车刀 中心孔钻 千分尺4车粗车一端外圆46 22 17掉头粗车另一端外圆26 20 18 16 12粗车锥面 251 以外圆及中心孔做为基准。金工CA614090车刀、外螺纹车刀

24、、顶尖 鸡心夹 游标卡尺5车半精车该端外圆46 22 17车槽171 171 倒角145 掉头半精车该端外圆26 20 18 16 12半精车锥面251车槽至161倒角145车螺纹M181 M12修整各阶梯过度地方以两中心孔作为精基准金工70车刀、 45车刀 外螺纹车刀、顶尖 鸡心夹 千分尺6车蜗杆螺纹半精车蜗杆螺纹 以两中心孔作为基准金工外螺纹车刀、顶尖、鸡心夹、千分尺7热调质处理 两端轴颈高频淬火 回火4045HRC金工8磨修磨中心孔金工M1432A9磨粗磨一端外圆17k5粗磨另一端外圆至20 j6 精磨该端外圆17 k5 另一端外圆20 j6磨锥面及蜗杆螺纹到尺寸金工M1432A顶尖、平

25、行砂轮 千分尺10钳工去毛刺金工锉刀11检检验质检室千分尺、游标卡尺、致 谢经过几个月的准备，查阅了很多参考书，阅读了很多关于蜗杆与KCSJ-12知识。本次毕业设计已经完成，心里如释重负。作为一个大专生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，回想起设计过程中的一个个困难，心中涌动的全是感激之情。首先要感谢的是我的指导教师唐少琴老师，从题目的确定，中期检查，到后期的详细设计都给了我悉心的指导。论文的逻辑结构不清晰时，是唐老师耐心的为我分析，让我明白了自己的问题所在。除了敬佩唐老师的专业水平外，她的治学严谨和科学的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。其次要感谢

26、各科老师，他们以自己渊博的知识为我们讲授了机械设计与机械制图这两门课。使我了解了蜗杆图的分析和设计方法。然后感谢与我同窗四年的同学。他们以各自的方式在学习和生活上给与我可感知而不可言语的温暖。这些都成为我的记忆深处难以忘怀的美丽风景。最后感谢大学三年的所有老师，为我打下了扎实的专业基础知识，有利于我以后的工作和学习。 三年时间，白驹过隙，有太多的事历历在目，宛如昨天：有太多的人音容笑貌，跃然纸上。此刻，我心潮澎湃，再次向我尊敬的老师们和同窗们表达我最诚挚的谢意。参考文献1.成熙治,刘法权等著.蜗轮蜗杆测量M.1989第二版.56-70.2.石照耀,叶勇,丁毅著.锥面包络圆柱蜗杆齿廓的精密测量M.1999第一版 3.王积森,王全娟,艾兴著.ZK蜗杆的测量方法研究M.1998第二版.4.柴琪著.基于三维仿真ZK蜗杆齿形误差的研究C.2006第一版.230-3285.吴序堂著.齿轮啮合原理D.1982.6.127-154.7.赵玉良.杨军等著.ZK1蜗杆的齿廓误差及其控制M.2000第五版 97-112.附录 图 1 蜗杆零件加工工艺过程卡图 2 蜗杆零件加工工序卡片图4 蜗杆KCSJ-12零件图图5 铣槽夹具图