齿形轴零件机械加工工艺过程及加工用的夹具设计

1重庆大学网络教育学院毕 业 设 计 （ 论 文 ）题目 齿形轴零件机械加工工艺过程及加工用的夹具设计_ 学生所在校外学习中心 上海校外学习中心 批次 层次 专业 201502本科、机械设计制造及自动化 学 号 W13205479 学 生 管云龙 指 导 教 师 朱小飞 起 止 日 期 2015年8月24日2015年10月12日 2摘 要齿 轮 轴 零 件 的 主 要 作 用 是 支 撑 回 转 零 件 、 实 现 回 转 运 动 并 传 递 转 矩 和 动 力 。 齿 轮 轴具 备 传 动 效 率 高 、 结 构 紧 凑 和 使 用 寿 命 长 等 一 系 列 优 点 ， 是 通 用 机 械 特 别 是 工 程 机 械 传 动中 的 重 要 零 件 之 一 。 齿 轮 轴 加 工 材 料 、 热 处 理 方 式 、 机 械 加 工 工 艺 过 程 的 优 化 ， 将 对 提 高齿 轮 轴 的 加 工 质 量 及 寿 命 有 着 重 要 借 鉴 意 义 。 本 文 对 某 设 备 中 “齿 轮 轴 ”零 件 进行了机械制造工艺规程设计和加工用的夹具设计。对于工艺规程设计和夹具设计制订 了 两 套 不同 的 方 案 ， 从 中 甄 选 出 最 佳 方 案 。 本 设 计 首 先 分 析 了 齿 轮 轴 零 件 的 作 用 和 加 工 工 艺 性 ， 然后 进 行 工 艺 规 程 设 计 ， 最 后 是 加 工 用 夹 具 设 计 。 齿 轮 轴 零 件 的 机 械 综 合 性 能 要 求 较 高 ， 一般 选 择 锻 件 作 为 毛 坯 。 合 理 安 排 工 艺 路 线 ， 划 分 加 工 阶 段 对 保 证 零 件加工质量至关重要。使用夹具可以缩短辅助时间，提高劳动生产率，保证加工精度，稳 定 加 工 质 量 ， 降低 对 工 人 的 技 术 要 求 ， 扩 大 机 床 工 艺 范 围 。 本 文 对 所 设 计 的 专 用 夹 具 进行了精度校核和定位误差分析，对夹具的设计质量也进行了评估。 关键词：齿轮轴；工艺分析；工艺规程设计；夹具设计3目 录摘 要 .21 设计背景及目的 .42 生产纲领及生产类型的确定 .43 零件的分析 .54 选择毛坯 .55 工艺规程设计 .65.1 定位基准选择 .65.2 零件的加工方法的选择 .65.3 定制工艺路线 .65.4 确定机械加工的余量及毛坯尺寸，设计毛坯-零件综合图 .76 工序设计 .96.1 选择加工设备工艺装备 .96.2 工 序 尺 寸 的 确 定 及 计 算 .106.3 选 择 切 削 用 量 ， 确 定 时 间 定 额 .117 滚齿用夹具设计 .137.1 拟定滚齿夹具的结构方案 .137.2 确定刀具的导向方式或对刀装置 .147.3 夹具精度的计算 .147.4 夹具总图（图4） .157.5 夹具零件图（图5、图6） .168 课题小结 .1741 设计背景及目的在我们学完了大学的全部基础课程、技术课程及全部专业课程之后进行的。此次的设计是对大学期间所学的全部课程及相关的绘图软件的一次深入的综合性复习，也是使我们基本知识及基本技能去解决专业范围内的工程技术问题而进行的一次基本训练的综合性运用。因此，它在我们日后的工作中占有重要地位。我们在完成毕业设计的同时，也是在培养我们正确的使用技术资料、国家标准、相关手册、图册等工具书，进行设计计算、数据处理、编写技术文件等方面的工作能力。本次设计的目的在于：（1） 培养综合性分析和解决本专业的一般工程问题的独立能力，拓宽和深化所学的知识。（2） 培养树立正确的设计思想。设计思维，掌握工程设计的一般程序、规范和方法的能力。（3） 培养正确地使用技术知识、国家标准、相关手册、图册等工具书，进行设计计算、数据处理、编写技术文件等方面的工作能力。（4） 培养自己进行调查研究、面向实际、面向生产，向他人学习的基本工作心态、工作作风和工作方法。（5） 熟悉齿轮轴零件的加工工艺过程和掌握夹具设计的方法步骤，为以后从事相关的技术性工作打下坚实的基础。（6） 通过对齿轮轴零件的机械加工工艺设计，使我们在机械加工工艺规程设计，工艺方案论证，机械加工余量计算，工艺尺寸的确定，编写技术文件及查阅技术文献等各方面有所提升。初步具备设计简单零件工艺规程的能力。2 生产纲领及生产类型的确定如图1所示，某 设备中齿形轴零件， 该产品年产量为2600 台，设其备用率为7%，机械加工废品率为1%，试进行该零件的机械加工工艺规程设计和滚齿用夹具设计5。零件生产纲领可按下式计算：N = Qn(1+a%+b%)=2600x(1+7%+1%)=2808(件/ 年)该产品的的年产量为2808件，根据机械制造技术基础中生产类型与生产纲领的关系，确定其生产类型为中批生产。3 零件的分析零件图如图1 所示。齿轮轴零件在钻床机械中主要起传递钻所需的旋转运动，承受并传递钻孔时的作用力，安装定位钻套。此零件外圆直径50mm、内圆直径24mm，零件结构不是很难，精度要求也不是很高，加工可以以车床加工齿轮轴主体，然后铣齿，最后在上磨床研磨即可。图1 齿形轴零件图64 选择毛坯综合考虑加工效率和效益，材料选择45 ，尺寸为55mmx180mm。5 工艺规程设计5.1 定位基准选择本零件应选择外圆和端面为粗基准加工内孔，再把内径作为加工的精基准。5.2 零件的加工方法的选择本零件的加工面为外圆、内孔、端面、齿、槽、螺纹等，材料为45钢。50外圆表面粗糙度为Ra0.4m, 采用粗车、半精车及磨削。24通孔表面粗糙度为R a12.5m，才用深孔钻。42mm孔表面粗糙度为Ra12.5m，采用车车床加工。两端40mm孔表面粗糙度为Ra1.6m ，采用车床加工。其它表面粗糙度为Ra6.3m的 孔 也 采 用 车 床 来 加 工 。46mmx2mm的槽和M45mmx1mm左螺纹，采用车削加工。5.3 定制工艺路线该齿轮轴零件的加工用两道热处理工序将工艺路线分成三个阶段：调制以前为粗加工阶段；时效处理之前为半精加工阶段；时效以后为精加工阶段。齿轮轴零件可按下述工艺路线进行加工。工序10：夹紧50mm 的外圆，钻深孔24mm孔至尺寸端面工序20：定位孔（两端顶夹）粗车 A面外圆至52.4mm。工序 30：热处理，调质HRC2126。 7工序40：定位孔（两端顶夹），半精车 A面外圆至50.6。工 序 50： 定 位 外 圆 车 端 面 ， 车 孔 42mm至 尺 寸 ， 车 孔 40mm至 39 mm， 车28mm至图样尺寸并倒角，调头，车端面，保证尺寸 175mm。 工 序 60： 定 位 外 圆 车 槽 46mmx2mm,车螺纹M45x1mm 左至图样要求，倒角，车孔31mm至图样要求并孔口倒角。工序70：粗磨A面外圆至 50.2mm 工序80：定位外圆或端面铣齿工序90：铣槽两处8mmx1.5mm 工序100：检验工序1 10：热处理，低温时效 工序120：钳工修研两端孔口，倒角工序130：精磨 A面外圆至50mm, 至图样要求工序140：检验 工序150：定位外圆，精车内孔40，31 及端面至图样要求工序160：总检，入库。5.4 确定机械加工的余量及毛坯尺寸，设计毛坯-零件综合图钢质的模锻件机械加工余量根据估算的质量、加工精度及锻件形状的复杂系数，按相关标准确定。孔的加工余量由表1查得。表1铸件孔加工余量孔径 孔深大于0 63 100 140 200大于 到 到63 100 140 200 28025 2.0 - - - -25 40 2.0 2.6 - - -40 63 2.5 2.6 3.0 - -63 100 2.5 3.0 3.0 4.0 -8100 160 2.6 3.0 3.4 4.0 4.6160 250 3.0 3.0 3.4 4.0 4.6表2 锻件形状复杂系数表锻件形状复杂系数S级别 S数值范围 级别 S数值范围简单 S10.631 较复杂 S30.1630.32一级 S20.320.63 复杂 S40.16(1) 锻件质量评估为：3.35kg(2) 加工精度：零件除控外的各表面加工外一般加工精度。(3) 锻件形状复杂系数S为（假设锻件外形尺寸为：50mmx180mm） 外 轮 廓 包 容 体锻 件mS135./.S 35.x7.85.24.2则 外 轮 廓 包 容 体 lpRm按表2所示复杂系数 S的级别为简单（4）机械加工余量：根据锻件的质量F2、S1 确定直径方向单边余量 2.5mm（实际查的单边余量为2.0mm, 因为外圆精度要求较高所以适当增大0.5mm），轴向方向的单边余量为2.5mm （实际查得单边余量为 2.6mm，因两端进度要求较低所以定位 2.5mm）。（5）确定毛坯尺寸：根据上面确定机械加工余量，可得该零件的毛坯尺寸如下：轴50mm单边余量为2.5mm,所以锻件尺寸为55mm。长度方向175mm的单边加工余量为2.5mm ，所以锻件尺寸为 180mm。（6）设计毛坯的零件综合图零件的锻件质量为3.35kg,形状复杂系数S1，45钢含碳量为0.42%0.50%，最高含9碳量为0.5% ，按表 3查的锻件材质系数为M1，采用平直分模线。表3 锻件材质系数锻件材质系数级别 钢的最高含碳量 合金钢的合金元素最高含碳量M1 3.0%M2 0.65% 3.0%6 工序设计6.1 选择加工设备工艺装备（1）选择机床工序10.20.30.40.90选用车床，选用常用的 CA6140型卧式车床即可。工序50.80选用磨床，选用 M120W型即可。工序60选用滚齿机，选用 YKJ3610数 控 高 效 卧 式 滚 齿 机 床 。工序70选用铣床，采用M6132铣床。（2）选择夹具本 零 件 除 滚 齿 、 铣 槽 、 磨 外 圆 工 序 需 要 专 用 夹 具 外 ， 其 它 工 序 使 用 标 准 夹具即可，车床加工时选用三爪自定心卡盘，磨床工序选用心轴。（3）选用刀具车床上加工时，一般都采用硬质合金车刀。加工钢制零件才用Y T类硬质合金，粗加工时用YT5, 半精加工用 YT15，精加工用YT30。磨床上加工，使用一般平行砂轮。滚齿机床加工，使用模数1的，Mo5AL 多头刀。10铣床上加工时，选用6的普通平头立铣刀。(4)选择量具本 零 件 属 成 批 生 产 ， 一 般 均 采 用 通 用 量 具 选 择 量 具 的 方 法 有 两 种 ： 是 按计量器具的不确定度选择；二是按计量器具的测量方法极限误差选择。a. 选择各外圆加工面的量具。工序80中半精车外圆50mm达 到 图 纸 要 求 ， 现 按 计量 器 具 的 不 确 定 度 选 择 该 表 面 加 工 时 所 用 量 具 ， 该 尺 寸 公 差 T=0.015mm。按 工 艺 人 员 手 册 ， 选 择 测 量 范 围 50-70mm， 分 度 值 为 0.01mm外径千分尺。表4外圆加工面所用量具工序加工面尺寸 尺寸公差 量具20 52.4 -0.4530 50.6 -0.45分度值0.02，测量范围0-150mm 游标卡尺50 50.2 -0.06480 50 +0.015 -0.010分度值0.01，测量范围50-70mm 外径千分尺按照上述方法选择此零件外圆加工面的量具见表4 b. 选 择 加 工 孔 的 量 具 。 24、28 、31、42、46公 差