进给箱齿轮轴机械加工工艺课程设计.doc

河南工业职业技术学院 机械加工技术机械加工技术 课程设计说明书课程设计说明书 设计题目：设计设计题目：设计“进给箱齿轮轴进给箱齿轮轴”零件的零件的 机械加工工艺规格及工艺装备（生产纲领：机械加工工艺规格及工艺装备（生产纲领： 40004000 件）件） 班班 级级 机制 1107 设设 计计 者者 刘康康 指导教师指导教师 崔庚彦 设计日期设计日期 2013.6.17-2013.6.23 设计任务书 河南工业职业技术学院 机械加工技术课程设计任务书 设计题目： “进给箱齿轮轴”零件的机械加工 工艺规 程 设计内容：1、产品零件图 2、三维实体图 3、产品毛坯图 4、机械加工工艺过程卡片 5、机械加工工序卡片 6、课程设计说明书 班班 级级 机制 1107 设设 计计 者者 刘康康 指导教师指导教师 崔庚彦 设计日期设计日期 2013.6.17-2013.6.23 目录目录 序言序言1 1 1 1 零件分析零件分析 2 2 1.11.1 选题背景选题背景2 2 1.21.2 零件图零件图3 3 1.31.3 立体图立体图3 3 2 2 工艺规程设计工艺规程设计 3 3 2.12.1 外圆表面尺寸的确定外圆表面尺寸的确定 4 4 2.22.2 基准的选择基准的选择 4 4 2.32.3 制造工艺路线制造工艺路线4 4 2.4.12.4.1 确定工序尺寸确定工序尺寸 5 5 2.4.22.4.2 切削用量的选择切削用量的选择6 6 2.52.5 确定切削用量和基本工时确定切削用量和基本工时7 7 2.62.6 工艺过程卡片工艺过程卡片9 9 2.72.7 工序卡片工序卡片1212 3 3 课程设计心得体会课程设计心得体会 2020 4 4 参考文献参考文献 2121 1 序言 进给箱用来改变进给量，主轴经挂轮箱传入进给箱的运动，通 过移动变速手柄来改变进给箱中滑动齿轮的啮合位置，便可使光杆 或丝杆获得不同的转速。 本文主要是给“进给箱齿轮轴” 制订机械加工工艺规程。文章 分别从课题的来源及意义，毛坯的制造形式及尺寸，基准的选择， 加工阶段的划分以及工艺路径的拟定，加工余量还有尺寸的设计来 进行介绍的。 1 零件分析 1.1 选题背景 轴类零件的功用为支撑转动零件、传动扭矩、承受载荷以及保证装在齿轮 轴上的工件具有一定的回转精度。零件 24 用来装套筒然后装滚动轴承起支撑 作用，键槽 8 用来安装齿轮起定位作用。30 用来安装滚动轴承表面光洁度要 求高并且同轴度要求不大于 0.01mm 轴的一端为齿轮轴用来变向，变速传递运动。 齿轮精度为 8 级一般精度，其基准孔要求 Ra3.2 即可。本零件表面加工并不困 难。60 齿轮表面要求精度高，需精磨，并保证同轴度不大于 0.125mm。 由于零件是轴类，同轴度要求高，加工一定要注意加工方案。 1、2 零件作用 题目给定的零件是进给箱齿轮轴，其主要作用是支撑传动零部件，实现回 转运动，并传递力矩和动力，以及承受一定载荷。齿轮轴零件是将齿轮部分和 轴做出一体无需配合的一种常见机械零件。齿轮轴具备成都效率高、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。轴 26mm 圆柱面处有圆弧形的键槽，主要是通过键和其他部件相连。轴的 左端部位为齿轮部分，主要传递运动和动力。 1.2 零件图 3 1.3 立体图 2 工艺规程设计 2.1 确定毛坯的自造形式 零件的使用要求和生产类型，毛坯形式有棒料和锻件两种。在大批大量生产时 4 则采用模锻，因为直径差较大的阶梯轴。为了节约材料和减少机械加工的劳动 量，锻造使零件粗略成型，改善纤维组织提高零件强度。对于中等精度而转速 较高的轴类零件多选用 40Cr 合金结构钢，这类钢经调质处理和高频淬火后，具 有较高的综合机械性能，能满足使用要求，毛坯的尺寸要求高。 “进给箱齿轮轴”零件的材料为 40Cr，硬度为 207HB 毛坯质量，生产类型 为大批生产，可采用锻锤上合模模锻毛坯。根据上述原始资料几及加工工艺， 分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下： 2.1 外圆表面尺寸的确定 加工长度为 300 毫米，与其连接的最大非加工外圆表面直径为 65，为简 化模锻毛坯的外形，现直接取外圆表面直径为 65，60 表面粗糙度为 R12.5，只需半精加工即可此时直径余量为 5 已能满足加工要求 6560、4090、36155 2.2 基准的选择 根据零件的图纸和使用要求分析 30、60 同轴度要求分别为 0.02mm 、0.25mm 。基准选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择的正确与合 理，可以使加工质量得以保证，生产率得以提高，否则加工工艺过程中会问题 百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法进行。1、粗基准的选择 对于一般轴类零件而言以外圆作为粗基准是完全合理的。2、精基准的选择，以 两顶尖孔作为轴类零件的定位基准既符合基准重合原则又能使基准统一。所以 以两顶尖为定位基准。两顶尖孔质量的好坏对加工精度影响很大，应尽量做到 两顶尖孔轴线重合，顶尖接触面积大，表面粗糙度底，否则，将会因工件与顶 尖间的接触刚度变化而产生加工误差作为定位基准的中心孔经过多次使用可能 磨埙或拉毛或因热处理和内应力发生位置变动或表面产生氧化皮。因此，经常 注意保持两顶尖孔的质量是轴类零件加工的关键问题之一。 2.3 制造工艺路线 工艺路径的拟定，为保证达到零件的几何形状尺寸精度，位置精度及各项技 术要 求，必须制定合理的工艺路线。在生产纲领已确定为大批生产的条件下，可以 采用通用机床配一专用的工夹量具，并考虑工序集中，以提高生产率和减少机 床数量使生产成本降低。工序如下： (1)备料：40Cr 70310 5 (2)锻造：为了零件粗略成型，到节约原材料，减少切削用量，改善纤维组织要 严格控制锻造温度，最好能一火锻成，外圆锻造余量 8-10 毫米，始锻温度 1200 度，终锻 温度 800 度，空冷。 (3)退火处理：目的是降低硬度，改善切削加工性能。消除锻造应力以及细化晶 粒和 消除组织不均匀，退火温度 840-870保温 5 小时，炉冷至 550空冷。 (4)铣端面至尺寸，钻中心孔 A4/8.5 (5)粗车：夹 65 粗车 45、30、29、26、24 均留余量 3 毫米，调头 车 60 留余量 3 毫米 (6)调质热处理：目的是为了提高零件的机械性能，获得均匀的回火奥氏体，为 表面硬化作好纤维组织上的准备，是轴能获得高强度的心部和高硬度的表层。 同时有一个良好的硬度阶梯，避免应力集中。调质淬火温度 830-850保时 1-1.5 分/毫米回火温度 600-6402-4 小时 调质硬度 HB220-250。 (7)研磨中心孔 (8)半精车：半精车外圆各步，留余量 0.5 毫米，60 车至尺寸。 (9)滚齿：齿数 18 模数 3 精度等级 8 (10)齿表面淬火: 不改变钢的表层成分，仅改变表层组织且心部组织不发生变 化。目的是保持工件的心部韧性和使表面得到较好的耐磨性，提高其冲击韧性 和疲劳强度等力学性能。感应加热表面淬火零件宜选用中碳非合金钢和低碳合 合金结构钢。经感应加热表面淬火的工件，表面不易氧化，脱碳变形小，淬硬 层深度易于控制，一般高频感应加热淬硬层深度为 1-2 毫米，表面硬度比普通 淬火高 2-3HRC。此外，该热处理方便生产率高，易于实现机械化，多用于大批 大量生产形状简单的零件，符合要求。 (11)铣键槽: 保证尺寸 (12)研磨中心孔 (13)齿端面到角 (14)磨外圆：45、29 两外圆虽无尺寸精度，由于进给箱齿轮轴在高速运转 中工作，进给箱齿轮轴所产生微小不平衡都全影响内磨质量，因此，两外圆需 经磨削加工。 (15)粗磨齿 (16)二次时效：加热到 160保温 10 小时空冷。 (17)精磨齿 (18)终检、 (19)入库 2.4.1 确定工序尺寸 确定工序尺寸的一般方法是，由加工表面的最后工序往前推算，最后工序 6 的工序尺寸按需零件图样的要求标注。当无基准转换时，同一表面的次加工的 工序尺寸与工序（或工步）的加工余量有关。当基准不重合时，工序尺寸应用 工艺尺寸链解算。 A 确定圆柱面的工序尺寸 圆柱面即轴表面的工序尺寸只与加工余量有关。前面根据有关资料已查处 零件各表面的总加工余量（毛坯余量） ，应将总加工余量分为各工序加工余量， 然后再由后往前计算工序尺寸。查表修正法是以生产实践和实验研究积累的有 关加工余量资料数据为基础，并按具件生产条件加以修正来确定加工余量的方 法，该方法应用比较广泛。加工余量数值可在各种机械加工工艺手册中查找， 其步骤如下：1.根据各工序的加工性质，查表得它们的工序余量。2.确定各工 序的尺寸公差及表面粗糙度。由各工序的加工性质查有关经济加工精度和经济 表面粗糙度。3.根据查的余量计算各工序尺寸。4.确定各工序的上下偏差。按 “单向入体”原则，对于孔基本尺寸值为公差带的下偏差，上偏差取正值；对 于毛坯尺寸偏差应取双向对称偏差。 工序双边余量工序尺寸及公差表面粗糙度加工 表面粗半精磨粗半精磨粗半精磨 6081.50.56260.5606.33.21.6 3081.50.53230.5306.33.21.6 2681.50.52826.5266.33.21.6 2481.50.52624.5246.33.21.6 459.50.545.5-456.3 299.50.529.5-296.3 299.50.529.5-296.3 B 确定轴向工序尺寸 确定各加工表面的工序加工余量，本零件各端面台阶的工序加工余量。因 为用顶尖顶紧工件进行加工，径向又没有标注公差尺寸，只选用两端面为测量 基准，故不用确定工序尺寸，每次工序加工中只选测量出要求尺寸即可。所以 轴向工序尺寸可略。 C 确定铣槽的工序尺寸 半精铣可达到零件图样的要求，则该工序尺寸：槽宽为 8mm，槽深 4mm。粗 铣时，为半精铣留有加工余量：槽宽双边余量为 2mm,槽深余量为 2mm。则粗铣 的工序尺寸：槽宽为 6mm，槽深 2mm。 D 磨外圆至工序尺寸 磨齿到表面粗糙度。 2.4.2 切削用量的选择 7 切削用量一般包括切削深度，进给量及切削速度三项。确定方法是先确定 切削深度、进给量，再确定切削速度。现根据切削用量手册 【4】 （第 3 版， 艾兴、肖诗纲编；1993 年机械工业出版社）出版确定本零件各工序的切削用量 所选用的表格均加以*号，以与机械制造工艺设计简明手册 【1】区别。 粗车工序:已知加工材料为 40Cr 钢，Eb700Mpa，锻件，有外皮，坯件 D=70mm，车削后 d=60mm,加工长度为 300mm，机床为 c620-1，工件两端支承在 顶尖上。 由于工件是锻造毛坯，加工余量达 5mm，而加工要求较高，故分两次走刀完成， 粗车加工余量为 4mm，半精车加工余量为 0.75mm。 粗铣槽工序:所选刀具为高速钢直柄槽铣刀，铣刀直径=8，立铣刀可直接加 工到图纸要求，不用确定切削用量 (1)确定铣削宽度 立铣刀 =8 确定每齿进给量，根据 X52 型铣床说明书，其功率为 75KW，中等系统刚度，根 据表 3.3* =0.12-0.20 (2)选择铣刀磨钝标准及刀具寿命，根据表 3.8*铣刀刀齿后刀面最大磨损量为 0.4mm，刀具寿命 T=60min (3)确定切削速度和每分钟进给量，切削速度可根据表 3.27*的公式计算 =21.5,=0.45,=0.1,=0.5,=0.5,=0.1,=0.33,=1.0 Vc=21.580.45/6040.10.580.54 1.0=95m/min 根据 X52 型铣床说明书，选择=95r/min，=60mm/min，=25mm/min，因此实际切 削 =3.14895/1000=2.4m/min 速度和每齿进给量 75/954=0.20mm/z 4)检验机床功率：根据表 3.15*，当=0.18-0.32，=4，=8，Vf75，Pct=1.1KM 切削功率的修正系数为=1，故实际切削功率为 Pcc=Pct=1.1KW 根据 X52 型铣床说明书，机床主轴允许的功率为： Pcm=7.50.75KW=5.63KW 故，所确定的切削用量可以采用，即 =8，=4Vf=75mm/min，=95r/min，=2.4m/min，=0.2mm/z 进给箱用来改变进给量，主轴经挂轮箱传入进给箱的运动，通过移动变速手 柄来改变进给箱中滑动齿轮的啮合位置，便可使光杆或丝杆获得不同的转速。 进给箱齿轮轴是进给箱内重要的轴，应用广泛。本设计针对它的加工工艺过程 进行了一系列的分析，主要从毛坯的选择，基准的选择，加工阶段的划分，工 艺路径的拟定，机床、夹具、刀具、量具、切削用量的确定以及工序尺寸的方 面进行研究的，制定出了机械加工工艺规程，在实际中具有一定的可行性。 2.5 确定切削用量和基本工时 1、粗车外圆端面 8 加工余量：粗车 1 切削深度：ap =2.5,走一次刀 进给量：f=0.6mm/r 计算切削速度：根据公式可得 输入参数：Cv=235 T=60 m=0.20 ap=2 Xv=0.15 f=0.8 Yv=0.45 得 Vc=120.25m/min 确定主轴转速：n=1000v/3.14dw=510r/min 按机床说明取 n 为 500r/min ，所以实际切削速度 Vc=117.75m/min 切削工时：t=（L+L1+L2）/nf L=31 L1=2 L2=0 计算得 t=0.11min 2、粗车外圆 切削深度：ap =1.5 进给量：f=0.6mm/r 计算切削速度：根据公式 可得输入参数：Cv=242 T=60 m=0.20 ap=2 Xv=0.15 f=0.6 Yv=0.35 得 Vc=120.21m/min 确定主轴转速：n=1000v/3.14dw=670r/min 按机床说明取 n 为 710r/min ，所以实际切削速度 Vc=127.07m/min 切削工时：t=（L+L1+L2）/nf 粗车左端时 60 的外圆 L=30 L1=4 L2=0 计算得 t=0.096min 粗车右端时 25 的外圆 L=76 L1=4 L2=0 走刀 7 次 计算得 t1=1.57min 24 的外圆 L=20 L1=4 L2=0 走刀 2 次 计算得 t2=0.135min t=t1+t2=1.705 3、半精车外圆 切削深度：ap =0.75 进给量：f=0.2mm/r 计算切削速度：根据公 式可得输入参数：Cv=291 T=60 m=0.20 ap=0.75 Xv=0.15 f=0.20 Yv=0.20 得 Vc=180.06m/min 确定主轴转速：n=1000v/3.14dw=971r/min 切削工时：t=（L+L1+L2）/nf 半精车左端时 60 的外圆 L=30 L1=4 L2=0 计算得 t=0.175min 半精车右端时，成型切削 L=（d-d1）/2=4 L1=4 L2=0 取得 t=0.041min 4、精车外圆 切削深度：ap =0.25 进给量：f=0.1mm/r 计算切削速度：根据公式可得输入参数： Cv=291 T=60 m=0.20 ap=0.25 Xv=0.15 f=0.10 Yv=0.20 得 Vc=198.89m/min 确定主轴转速：n=1000v/3.14dw=1106r/min 切削工时：t=（L+L1+L2）/nf 精车左端时 60 的外圆 L=30 L1=4 L2=0 计算得 t=0.307min 精车右端时，成型切削 L=（d-d1）/2=4 L1=4 L2=0 取得 t=0.072min 5、切槽切削深度：ap =1 进给量：f=0.1mm/r 计算切削速度：根据公 可得输入参数：Cv=291 T=60 m=0.20 ap=1 Xv=0.15 f=0.10 Yv=0.20 得 Vc=203.36m/min 确定主轴转速：n=1000v/3.14dw=1080r/min 切削工时：t=（L+L1+L2）/nfL=（d- d1）/2=4 L1=4 L2=0 切 84 的槽 L= 4 L1=4 L2=0 取得 t=0.074min 9 6、钻 8mm 的中心孔 切削深度：ap =2.5 进给量：f=0.3mm/r 确定主轴转速：n=1000v/3.14d=700r/min 切削工时：t=（L+L1+L2）/nf L=4 L1=2 L2=0 取得 t=0.029min 7、粗镗 8mm 的孔 切削深度：ap =3 进给量：f=0.8mm/r 计算切削速度：Vc=40m/min 确定主轴转速：n=1000v/3.14dw=509r/min 切削工时：t=（L+L1+L2）/nf L=8 L1=2 L2=0 取得 t=0.025min 8、半精镗 8mm 的孔 切削深度：ap =1.5 进给量：f=0.5mm/r 计算切削速度：Vc=50m/min 确定主轴转速：n=1000v/3.14dw=637r/min 切削工时：t=（L+L1+L2）/nf L=8 L1=2 L2=0 取得 t=0.031min 切削深度：ap =0.5 进给量：f=0.15mm/r 计算切削速度：Vc=60m/min 9、精镗 8mm 的孔 确定主轴转速：n=1000v/3.14dw=764r/min 切削工时：t=（L+L1+L2）/nf L=8 L1=2 L2=0 取得 t=0.087min 10、滚齿（模数 m=3） 切削深度：ap =4.3 进给量：f=1mm/r 计算切削速度：Vc=60m/min 确定主轴转速：n=1000v/3.14dw=367r/min 2.6 工艺过程卡片 10 产 品 代 号零 （部） 件 名 称零 （部） 件 代 号 河南工业职业技术学院工 艺 过 程卡 片 进给箱齿轮轴 材料40Cr毛 坯 种 类锻造毛 坯 尺 寸70310每一毛坯可制零件数1 序号名 称工 序 内 容设 备夹辅具名称刀 具 名 称规 格量 具 名 称 及 规 格 1备 料 材料 40Cr 70310 2锻 造 一火锻成，外圆锻造余量 8-10 毫米，始锻温度 1200 度，终锻温 度 800 度，空冷。 3退 火退火温度 840-870保温 5 小时，炉冷至 550空冷 4 铣端面、钻中心 孔 铣端面至尺寸，钻中心孔 A4/8.5 铣端面、钻中心孔机 床 铸铁顶尖 5粗 车 夹65 粗车45、30、29、26、24 均留余量 3 毫 米，调头车60 留余量 3 毫米 CA6140-1 卧式车床 车刀 90 度 45 度 60 度 游标卡尺 0-150mm 6调质热处理 调质淬火温度 830-850保时 1-1.5 分/毫米 回火温度 600-640 2-4 小时 调质硬度 HB220-250。 7研磨中心孔中心孔磨床铸铁顶尖 8半精车 半精车外圆各步，留余量 0.5 毫米，60 车至尺寸。 CA6140-1 卧式车床 车刀 90 度 45 度 60 度 游标卡尺 0-150mm 杠杆千分尺 50-75mm 9滚 齿 齿数 18 模数 3 精度等级 8Y3150 滚齿机A 级单头滚刀 m=3mm游标卡尺 0-150mm 10齿表面淬火 高频感应加热淬硬层深度为 1-2 毫米，表面硬度比普通淬火高 2- 3HRC。 11铣键槽铣键槽 保证尺寸X52 立式铣床 直柄键槽铣刀 D=8，L=50 游标卡尺 0-150mm 千分表 12研磨中心孔中心孔磨床 13齿端面到角X52 立式铣床 11 14磨外圆保证尺寸M114 磨床砂轮 编 制刘康康校 核审 查共 2 张第 1 张 产 品 代 号零 （部） 件 名 称零 （部） 件 代 号 河南工业职业技术学院工 艺 过 程卡 片 进给箱齿轮轴 材料40Cr毛 坯 种 类锻造毛 坯 尺 寸70310每一毛坯可制零件数1 工序 序号 工序 名称 工 序 内 容设 备 夹 辅 具 名 称 刀 具 名 称 规 格 量 具 名 称 及 规 格 15粗磨齿Y7431 磨齿机 16二次时效 加热到 160保温 10 小时空冷。 17精磨齿Y7431 磨齿机 18终检 19入库 20 编 制刘康康校 核审 查共 2 张第 2 张 12 2.7 工序卡片 产 品 代 号零 件 名 称零 件 代 号工序号1 河南工业职业技术学院工 序 卡 片 进给箱齿轮轴工序名称锻造 材料 40cr 名 称锻压机 设备 型 号 夹具名称 刀 量 辅 具 名 称规 格数 量 编 制刘康康校 核审 查共 8 张第 1 张 13 产 品 代 号零 件 名 称零 件 代 号工序号2 河南工业职业技术学院工 序 卡 片 进给箱齿轮轴工序名称粗车 材料 40cr 名 称卧式车床 设备 型 号CA6140-1 夹具名称 刀 量 辅 具 名 称规 格数 量 车刀90 度1 车刀45 度1 游标卡尺0-150mm1 编 制刘康康校 核审 查共 8 张第 2 张 14 产 品 代 号零 件 名 称零 件 代 号工序号3 河南工业职业技术学院工 序 卡 片 进给箱齿轮轴工序名称研磨中心孔 材料 40cr 名 称中心孔磨床 设备 型 号 夹具名称 刀 量 辅 具 名 称规 格数 量 铸铁顶尖1 编 制刘康康校 核审 查共 8 张第 3 张 15 产 品 代 号零 件 名 称零 件 代 号工序号4 河南工业职业技术学院工 序 卡 片 进给箱齿轮轴工序名称半精车 材料 40cr 名 称卧式车床 设备 型 号CA6140-1 夹具名称 刀 量 辅 具 名 称规 格数 量 车刀90 度1 车刀45 度1 游标卡尺0-150mm1 杠杆千分尺50-75mm1 车刀60 度1 编 制刘康康校 核审 查共 8 张第 4 张 16 产 品 代 号零 件 名 称零 件 代 号工序号5 河南工业职业技术学院工 序 卡 片 进给箱齿轮轴工序名称滚齿 材料 40cr 名 称滚齿机 设备 型 号Y3150 夹具名称 刀 量 辅 具 名 称规 格数 量 A 级单头滚刀m=3mm1 编 制刘康康校 核审 查共 8 张第 5 张 17 产 品 代 号零 件 名 称零 件 代 号工序号6 河南工业职业技术学院工 序 卡 片 进给箱齿轮轴工序名称铣槽 材料 40cr 名 称立式铣床 设备 型 号X52 夹具名称 刀 量 辅 具 名 称规 格数 量 直柄立式铣刀1 直柄键槽铣刀D=8，L=501 编 制刘康康校 核审 查共 8 张第 6 张 18