第一章 零件的分析
零件的工作状态及工作条件
汽车行驶时，齿轮始终在重载荷、高转速中工作。在换挡时，还承受冲击载荷，所以要求齿轮具有较高的耐磨性和抗冲击性。在齿轮加工中，为保证齿轮能满足以上要求，应对齿轮在滚齿之后采取磨齿，对齿轮的热处理应采用渗碳淬火，在最终加工中还应采取磷化处理以提高齿轮的防腐性能。
第五速齿轮从结构上来分析属于多联齿轮，由结合齿和传动齿组成。为使润滑用能充分的起到润滑作用，在齿轮钻出3个油孔。换挡时为减少齿轮的冲击，在齿轮大端加工出四个止口。
零件的技术条件分析
齿轮加工分为齿坯和齿轮轮齿加工。齿轮的加工部位有轮缘、轮辐、轮毂和内孔。齿坯的加工精度对齿轮的加工、检验和装配精度影响很大，所以其加工精度应满足GB10095-88的要求。
齿轮轮齿的加工部位有齿形和倒角，同时还要进行热处理，以提高承载能力和使用寿命。热处理后还要进行内孔、内孔端面的磨削加工和齿形的精整加工。
综上所述，零件的技术条件主要分以下两种： 1.零件的表面粗糙度和加工精度
如零件图所示：齿面的粗糙度Ra ，加工精度IT5~IT6; 齿轮内孔尺寸025
.00
30+,由于齿轮与第二轴上的轴承有配合要求，故其不仅加工经济公差等级比较
高而且其表面粗糙度为Ra 。
一般载货汽车变速器和拖拉机变速箱齿轮的精度一般是6到7级精度，表面粗糙度不大于Ra . 2.各表面间的位置精度
如零件图所示，零件的D 、E 、F 面三处具有形位公差要求； D 面对于定位基面φ029
.001.070++的定位基准垂直度为，平面度为； E 面对于内孔的定位基准的垂直度为，端面的平面度为； F 面对于内孔的定位基准的垂直度为；
零件的其它技术要求
1.未注明倒角1X45○
2.应除去加工时产生的毛刺，夹角平滑。
3.强力喷丸处理（磨齿后）。
4.热处理：渗碳淬火表面硬度650~800HV;以大端齿根部为准，渗碳层厚度为~；心部硬度513HV。
5.表面电镀磷化处理。
零件的材料及其加工性
20CrMnTi是应用广泛，用量很大的一种合金结构钢，用于制造汽车中载或重载、冲击耐磨且高速的各种重要零件，如齿轮轴、齿圈、齿轮、十字轴、滑动轴承支撑的主轴、蜗杆、爪牙离合器。
20CrMnTi是渗碳钢,渗碳钢通常为含碳量为%%的低碳钢。汽车上多用其制造传动齿轮。是中淬透性渗碳钢中Cr Mn Ti 钢,其淬透性较高,在保证淬透情况下,具有较高的强度和韧性,特别是具有较高的低温冲击韧性。20CrMnTi表面渗碳硬化处理用钢。良好的加工性,加工变形微小,抗疲劳性能相当好。用途:用于齿轮,轴类,活塞类零配件等。用于汽车,飞机各种特殊零件部位。
对于汽车变速箱第五速齿轮而言其毛坯可以采用20CrMnTi, 其力学性能如下：
抗拉强度σb (MPa)：≥1080(110)
屈服强度σs (MPa)：≥835(85)
伸长率δ5 (％)：≥10
断面收缩率ψ(％)：≥45
冲击功Akv (J)：≥55
冲击韧性值αkv (J/cm2)：≥69(7)
硬度：≤217HV
加工性
综合所述，第五速齿轮的毛坯选择20CrMnTi的锻造件。
零件尺寸标注分析
齿坯的加工部位有轮缘、轮辐、轮毂、内孔，齿轮的轮齿加工部位有齿形及倒角。尺寸链的建立主要依靠内孔的轴线和大小端端面。以钻油孔为例，其工序基准是小端端面，工序尺寸是;以精车小端外
圆为例，其应保证的工序尺寸是Φ1.03
.05.94--，其工序基面是内孔，工序基准是齿轮的轴线； 检验说明
在第五速齿轮的加工过程中，要进行如下的检验：齿坯加工后的检验，热处理后的检验和最终检验。前两项为中间检验，是针对各加工项目进行的；最终检验是作全面的检查。为了保证检验准确，检验前工件要清洗干净。
齿坯的检验：齿坯的加工质量，在很大程度上影响齿轮的加工质量，尤其是对定位基准，要仔细的检查齿轮加工完后的精度和表面粗糙度。不合格的齿坯不能流到下一道工序。成批生产时，一般要全部检查，大量生产时，齿坯质量稳定时可做部分抽检。
齿轮热处理后的检验：对于有些齿轮热处理后要进行检查以便找出热处理时齿面的变形规律，以确定热处理前切齿的技术要求。
齿轮的最终检验：齿轮精度的验收可根据齿轮副的使用要求和生产规模，按GB10095中的规定在各公差组中，任选一个检验组来检验。
零件工艺分析
由于齿轮用途的特殊性，零件的部分加工面精度要求较高，所以从齿轮的尺寸和形状位置要求来看主要保证工件的表面粗糙度和各表面的位置关系。
对于齿轮的端面、外圆，内孔的粗加工及半精加工可采用数控车床进行加工。对于粗糙度要求较高的内孔和端面一般采用精磨便可达到设计要求。
在最终加工时采用强力喷丸机及电镀磷化处理以提高齿轮的强度和使用寿命。
第二章 齿轮毛坯的设计
毛坯种类的确定
毛坯的种类决定零件的材料、形状、生产性质及生产中获得的可能性。对于汽车传力齿轮的毛坯而言其结构相对而言比较简单，故一般采用模锻件，当孔径大于25mm ，长度不大于孔径的两倍，内孔一般直接锻出。另外作为变速器齿轮在工作过程中要求承受的作用，所以要使毛坯内部纤维对称于轴线，以提高材料的强度，故采用胎锻毛坯，则工件中的止口可以在锻造过程中直接锻造成型。
毛坯的工艺要求
毛坯加工余量与公差
参考《金属机械加工工艺人员手册》第五章加工余量中的毛坯的机械加工余量的相关信息，对于此次第五速齿轮的轴向加工余量选取如下： 查表胎膜锻件加工余量与公差（）
a=5
.10.10.4+-mm b=0.20.10.4+-mm c=0.25.10.6+-mm
止口的余量为 5
.10.10.4+-
圆角半径
为了便于金属在型槽内流动和考虑模锻强度，在模锻件的转角处，应该带有适当的圆角，生产上把锻件的凸圆角半径称为外圆角半径R ，凹圆角半径称为内圆角半径R 。经查表外圆角半径选取R1，内圆角半径选取R2。
加工方法的选择
齿轮的加工工艺路线的选择应考虑到零件材料的可加工性、工件结构形状和尺寸以及各种加工方法所能达到的经济精度等级。
加工表面技术要求是决定表面加工方法最重要的因素。这些技术要求零件设计图样上所规定以外，还包括基准不重合而提高对某些表面加工要求，以及选择作为精基准而可能对其提出更高加工要求。
主要加工表面的工艺路线可安排如下：
内孔：粗车→半精车→精车→磨削
小齿：粗车→精车→插齿
大齿: 粗车→精车→滚齿→磨齿→垳齿
加工工艺路线
在对齿轮零件图各种加工要求分析之后，决定采用以下工艺路线对齿轮毛坯进行加工：
下料→锻造毛坯→正火→检查→粗车小端外圆、端面，粗车内孔、倒角→粗车大端外圆、端面，粗车止口，半精车内孔、倒角→精车小端外圆、端面，车端面空刀槽，倒角→精车大端外圆、端面，精车止口、内孔，车止口环槽、倒角→插齿→滚齿→齿端倒角→铣油槽→钻油孔→检查→热处理→挤光→磨孔→磨内孔及大端端面→磨小端端面→磨齿→垳齿→对齿面进行强力喷丸→磷化处理→检查
加工阶段划分
对于第五速齿轮的加工阶段可以分为：齿坯加工、齿面加工和热处理后的精加工。
工艺路线如上所示大体分为以下阶段：
粗加工阶段：主要任务是切除各表面上的不部分余量，包括粗车小端外圆到粗车止口
半精加工阶段：完成次要表面的加工，并为主要表面的精加工做准备，包括半精车内孔精加工阶段：保证各主要表面达到图样要求，包括精车小端外圆到精车大端端面
光整阶段：对于表面粗糙度和尺寸精度要求都很高的表面需进行光整加工阶段，包括磨内孔及大端端面、磨小端端面、磨齿
最终加工阶段：根据变速器的工作状态和环境，需增加齿轮的强度和耐腐蚀性，所以在光整阶段后还要对齿轮进行最终处理，包括对齿面进行强力喷丸、电镀磷化处理。
工序的分散与集中
工序集中：把加工内容集中在一个工序，一台设备上进行，工序集中便于提高生产率，减少装夹次数，便于保证各加工表面之间的形状位置公差，有利于组织生产和计划工作。
为保证每一道工序所保证的工序尺寸，有时需将一个大的工序拆分成几个小工序。在上述工艺路线中，粗车可以归为一类在数控车床S3-242上加工，精车可以归为一起在数控车床S3-242上加工。总之，对于第五速齿轮的加工可以分以上几个阶段进行不同工位的加工。
基准的选择
粗车小端面以大端外圆轴线作为基准加紧，以大端端面作为轴向的定位基准
粗车大端面以大端外圆轴线作为基准加紧，以小端端面作为轴向的定位基准
粗车内孔时以大端外圆轴线作为基准加紧，以大端外圆轴线作为定位基准
精车与粗车的基准选择一致
滚齿和插齿时以内孔轴线作为定位基准，小端端面作为基准加紧
磨削内孔及端面止口时以大齿分度圆圆心作为定位基准，大端面做基准夹紧
热处理工序及辅助工序的安排
1．为了使后续的加工工序能保证了所需的加工精度，需提高了材料的硬度，因此热处理工序安排在下料之后以及粗加工之后。
2．辅助工序安排在精加工阶段即保证各个尺寸不破坏主加工表面，包括检验工序、磷化处理、清洗工序。
3．20CrMnTi为低碳合金，采用正火处理，有利于提高机械加工性能，可以减小工件内的残余应力。正火处理要安排在毛皮锻造完成之后，粗加工之前。该工件在工作过程中受力要求外部较硬而芯部铰韧，因此采用渗碳淬火，为保证渗碳深度的均匀，将渗碳安排在磨削加工之前。
加工工序的设计
齿轮加工工艺路线：（把你工序卡上面的东西抄上去）
有关工序机床、夹具、量具的选择说明
机床的选择
磨端面平面磨床MT30
夹具的选择
夹具根据使用场合的不同，可分为机床夹具、装配夹具、焊接夹具、热处理夹具和检验夹具。
机床夹具是加工时用以正确地确定工件位置，并将它牢固地加紧的工艺设备。它的主要作用是：1>保证发挥机床的基本工艺性能；2>扩大机床的使用工艺范围；3>保证加工精度；4>提高加工效率；5>减轻劳动强度，做到安全生产。
根据数控加工的特点，可得出夹具需满足的两个要求：一是保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定；而是要能协调零件与机床坐标系的尺寸。
通过对各加工设备的夹具分析，除滚齿、插齿与各个面的磨削加工需要设计专用夹具外，其他的加工设备可采用通用夹具。
有以下夹具：磨齿端面磨齿端面夹具
对专用机床夹具设计的要求
专用机床夹具设计必须满足的各项技术要求：
(1)保证工件加工的各项技术要求。
(2)专用机床夹具的结构与其用途和生产类型要相适应。
(3)尽量选用标准化夹具零部件。
(4)夹具结构应具有足够的刚度、强度和良好的稳定性。
(5)保证使用方便和安全。
(6)具有良好的工艺性。
专用机床夹具的设计步骤
(1)收集和研究有关资料
在设计之前必须认真研究有关资料，包括零件图样和夹具设计任务书等技术文件，了解零件的功能、结构特点、材料、对本工序的加工要求和生产类型等，以及本工序使用的机床和刀具。分析研究设计任务书中规定的定位基准和加工要求等内容。
(2)确定夹具的结构方案
确定夹具结构方案时，主要完成以下工作内容：
1)确定工件的定位方；
2)确定刀具的对刀、导向方式；
3)确定工件的夹紧方案；
．4)确定夹具其他组成部分的结构形式；
5)确定夹具体的形式和夹具的整体结构。
(3)绘制夹具的装配草图和装配图样
夹具总图绘制比例除特殊情况外，一般均应按1：1绘制，以使所设计的夹具具有良好的直观性。总图的主视图，应选择与操作者正对的位置。
夹具装配图样可按如下顺序绘制：将工件视为透明体用双点划线画出工件轮廓、定位基准、夹紧面和加工表面：画出定位元件和导向元件；按关紧状态画出夹紧装置；画出其他元件或机构；最后画出夹具体，把上述各组成部分联结成一体，形成完整的夹具；标注必要的尺寸、配合和技术条件；对零件编序号，填写零件明细表和标题栏等。
(4)绘制夹具零件图样
对装配图样上的非标准零件均要绘制零件图样，视图尽可能与装配图样上的位置一致。
(5)编写专用机床夹具设计说明书。
专用机床夹具的制造精度
使用专用机床夹具装夹工件的目的之一，就是为保证工件被加工表面的位置尺寸和位置公差等要求。专用机床夹具的制造精度是保证上述加工要求的基础。因此在夹具设计时，应正确规定夹具的制造精度。专用机床夹具制造精度主要包括以下内容：
(1)夹具各定为元件本身的制造位置精度。
(2) 夹具定为元件之间的尺寸和位置精度。
(3)夹具定位元件和对刀元件、导向元件间的位置尺寸和位置精度。
主要部件设计
定位块的设计：
和底座固定端直径：150mm
和工件接触端直径：98mm
定位块的高度：75mm
拉杆的设计：
拉杆直径：20mm
拉杆长度：160mm
其他部件的选择
六角螺栓
M8×35 Q235钢GB5782六角螺栓
M12×56 Q235钢GB5782插板
直径80mm 45#钢
夹具体
直径330mm 45#钢