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齿轮轴
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毕业设计（论文）中期报告 题目 :齿轮轴零件的机械加工工艺 与夹具设计 一、 设计（论文）进展状况 1 齿轮轴零件加工工艺规程设计 件的技术要求分析 （ 1） 齿轮轴两端面和联接斜齿轮部位的两 77 柱面表面粗糙度 均为 77 于已加工表面。 （ 2） 齿轮轴右端的 65圆柱面表面粗糙度 为 m，尺寸精度为 6级对基准轴线的圆跳动为 柱度为 77 柱面联接部 位 R2 台阶面的表面粗糙度 为 一端 2 45倒角。这一部分主要是要和轴承 的 内圈相配合的，配合质量的好坏将直接影响齿轮轴工作情况的好坏。 （ 3） 齿轮轴中间部位为斜齿轮部分，根据已知条件可计算出分度圆直径 顶圆直径为 d 根圆直径为 图可知齿顶圆的直径为 径范围为 这一尺寸范围内。齿轮两端沿 齿廓倒 R2 角，顶部沿齿向倒 部沿轮齿周向倒 245倒角。分度圆表面粗糙度 轮部分是该轴的主要工作部分，对轮齿的硬度和强度要求较高。轮齿部分要进行渗碳淬火和磨削，还要进行磨削齿面探伤检查，防止裂纹产生。齿轮的精度等级为 7级。 （ 4） 齿轮轴左端 65 级，距离轴肩部位 48 余的为 m。圆柱面对基准轴线的圆跳动为 柱度为 轴肩联接部位的台阶面表面粗糙 度 m，对基准轴线的垂直度为 端面处有 圆角，表面粗糙度 m。 （ 5） 齿轮轴最左端为 55 m ，尺寸精度为 6级，对基准轴线的圆跳动为 柱度为 端面倒 2 45倒 角。右端联接处倒 R2 角。 （ 6） 齿轮轴左端的键槽深为 6 为 16N 9侧面的表面粗糙度 槽内侧面对 65 柱面基准轴线的对称度为 的两端均有 两个深 20 相距 30 10。 通过以上的分析可知，齿轮轴零件图样的视图正确、完整，尺寸、公差及技术要求齐全。各主要表面的尺寸精度、形状精度和位置精度通过选择合适的加工方法均可以满足。 （零件二维及三维图另附） （ 1） 毛坯选择 该零件的材料为 20于合金结构钢。由于齿轮轴机械强度要求高，在使用过程中要承受重载荷、冲击载荷或交变载荷，齿轮轴的毛坯宜选用锻件。考虑到 工艺性能要求、成本、生产规模等因素最终采用模锻成型的方法制造毛坯。 （ 2） 加工余量及毛坯尺寸确定 通过查阅相关参考文献，确定机械加工余量如下表。 表 1 齿轮轴锻造毛坯尺寸公差及机械加工余量 项目 加工余量 / 边） 锻件尺寸 / 尺寸公差 / 55 3 61 65 72 65 72 77 82 3 77 82 65 72 82 3 83 23 3 123 7 96 27 127 467 3 473 定工艺路线 （ 1） 定位基准的选择 齿轮轴零件的精基准选择为轴两端面的中心孔，满足基准重合的原则。最先进行机械加工的是两个端面，保证长度要求，再就是两个端面的中心孔，保证定位和夹紧。 这时可选的夹紧方案为；用三爪卡盘固定一端，对另外一端面进行平整加工，打中心孔；调头加工另外一端面，打中心孔，保证长度。由此可知，粗基准即为两端的外圆柱面。 （ 2） 齿轮轴零件主 要表面加工方法确定 表 2 齿轮轴各加工表面加工方案 需加工表面 尺寸精度等级 表面粗糙度 m ） 加工方案 55 粗车 半精车 精车 65 粗车 半精车 磨削 65 粗车 半精车 磨削 77外圆面 粗车 齿圈外圆面 粗车 半精车 齿面 粗精滚齿 磨削 键槽 粗铣 精铣 端面 粗车 半精车 纹孔 钻孔 攻螺纹 （ 3）拟订工艺路线 工序 1：下料。 工序 2：锻造 模锻成型。 工序 3：正火处理 正火后硬度达到 71 229 工序 4：超声波探伤（图纸技术要求）。 工序 5：粗车 划端面及外形线，左端 插入主轴孔，夹住 B 面，粗车 K 面钻中心 孔，夹齿轮轴左端端部，顶 K 面中心孔，粗车各段的外圆面。夹齿轮轴右 端，车 中心孔，顶 A 面中心孔，粗车 B 面剩余部分。 E、 I( 77 外 圆面 )表面尺寸精度和表面粗糙度要求低，粗车即可。 工序 6：半精车 夹 J 面右端端部，顶 A 面中心孔，半精 车 B、 C、 D、 G 面及 D 和 头后再半精车剩余部分。 工序 7：检验。 工序 8：精车 夹 B 面左端端部，顶 K 面中心孔，精车 B、 J 面。掉头后再 精车剩余部分。精车完后，倒 45斜角、 角。 工序 9：粗、精滚齿 用 单头滚刀滚齿。 工序 10：粗、精铣键槽 键槽内侧面需精铣达到尺寸精度要求。 工序 11：钻孔 轴两端钻孔，孔深 20 工序 12：攻螺纹 用丝锥攻螺纹至 工序 13：去除毛刺。 工序 14：渗碳、淬火处理 淬火处理后低温回火，对齿部渗碳淬火。 工序 15：校直。 工序 16：研磨中心孔。 工序 17：磨削 消除淬火处理带来的变形，使零件达到相应精度要求。 工序 18：磨削齿面 采用 齿机进行磨削。 工序 19：检验 检验各部尺寸及精度。 工序 20：探伤 磨削齿面探伤检查。 工序 21：入库。 2 专用钻夹具设计 本文是在轴上铣键槽的夹具设计。该输入齿轮轴零件属于阶梯轴零件，选用轴的中心线作为定位基准，可使定位基准和部分工序基准、设计基准重合，减小定位 误差。选用轴的 65 90短 向定位用螺钉定位。此外，在机械加工过程中，工件会受到切削力、摩擦力等外力的作用，为了保证在这些外力的作用下，工件仍能在夹具中保持定位的正确位置，而不致发生位移或产生振动，可采用夹紧方案为螺旋夹紧。（夹具二维及三维图另附） 夹具工作过程为：将工件平稳地放在 节螺钉对工件进行轴向定位，定好位后将两压板翻转过来，使压板的下面的短圆弧面和轴上的外圆面接触，然后将两活节螺钉转动到合适的位置使垫圈下表面压在压板上，再用扳手分别 拧紧两螺母实现夹紧；铣刀位置借助对刀块进行定位。加工完工件后，用扳手拧松螺母，转动活节螺钉到夹具体侧面位置，再翻转两压板到合适位置后即可取下工件。 二、存在问题及解决措施 （ 1）对于齿轮轴零件的定位基准不好选择。定位基准通常应优先考虑产品设计时的设计基准，并且尽可能的选择加工面做基准，不采用过多的毛坯面定位。 （ 2）完成零件工艺卡片时，所需采用的机床型号不好选择。可以查找机械加工手册。（ 3）机床夹具设计精度难以把握。可以用综合分析公式计算出来。 （ 4）在熟悉整个加工工艺内容的同时，要清楚壳体加工工序与普通零 件加工工序各自的技术要求、加工目的、加工特点，从而保证质量目标及综合以上原则。 （ 5）设计夹具时，首先要确定工件的定位方式及定位元件的结构；其次要确定工件的夹紧方式，选择合适的夹紧机构；再者要确定刀具的对刀、导向方式，选择对刀、导向元件。 三、后期工作安排 9 夹具结构方案的设计，进行结构设计计算、力学校核； 11 夹具总图设计，绘制夹具零件图； 13 完成曲轴零件的加工工艺规程的编制； 15周 最后，对所有图纸进行校核，编写设计说明书，准备毕业答辩。 指导教师签字： 年 月 日 毕业设计 (论文 )开题报告 题目 :齿轮轴零件的机械加工工艺 与夹具设计 文）综述（题目背景、研究意义及国内外相关研究情况） 目背景 机械制造工艺对产品的质量控制起着重要作用，夹具是能够使产品按一定的技术要求准确定位和牢固夹紧的工艺装置，它的主要用于保证产品的加工质量、减轻劳动强度、辅助产品检测、展示、运输等。 究意义 随着科学技术的不断进步，夹具已从一种辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备。机床夹具在机械加工中起着重要 的作用，所以应用十分广泛。归纳起来有以下几个方面的作用：保证工件的加工精度，稳定产品质量；提高劳动生产率和降低加工成本；改善工人劳动条件；在流水线生产中，便于平衡生产节拍。 本设计采用以齿轮轴为例进行工艺分析及夹具设计。齿轮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。 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。 内外相关研究情况： 夹具从产生到现在，大约可以分为三个阶段 :第一阶段主要表现在夹具与人的结合上，这时夹具主要是作为人的单纯的辅助工具，是使加工过程加速和趋于完善；第二阶段，夹具成为人与机床之间的桥梁，夹具的机能发生了变化，它主要用于工件的定位和夹紧，人们越来越认识到夹具与操作人员改进工作及机床性能的提高有着密切的关系，所以对夹具引起了重视；第三阶段表现为夹具与机床的结合，夹具为机床的一部分，成为机械加工中不可缺少的工艺装备。 发展现状、趋势： a 现代机械制造技术的 现状， 在产品设计方面，普遍采用计算机辅助产品设计 (计算机辅助工程分析 (计算机仿真技术；在加工技术方面，已实现了底层 (车间层 )的自动化，包括广泛地采用加工中心 (或数控技术 )、自动引导小车 (近 10 余年来，发达国家主要从具有全新制造理念的制造系统自动化方面寻找出路，提出了一系列新的制造系统。如计算机集成制造系统、智能制造系统、并行工程、敏捷制造等； b 机械加工工艺的未来发展趋势， 集成化发展趋势 、 微纳化发展趋势、自动化发展趋势、数字化发展趋势。 随着机械工业的迅速发张，对产品的品种 和生产率提出了愈来愈高的要求，使多品种，中小批生产作为机械生产的主流。为了适应机械生产的这种发展趋势，必然对机床夹具提出了更高的要求。特别像推动架零件的加工还处于落后的阶段。在今后的发展过程中，应大力推广使用组合夹具、半组合夹具、可调夹具，尤其是成组夹具。在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具技术正 朝着高精度、高效、模块组合、通用、经济等方向发展。 究方法或措施 要内容 首先认真分析已给定的齿轮轴零件图纸，明确相关技 术要求和加工质量要求，在读懂图纸的基础上，利用 及二维工程图 ；然后根据图纸上相关要求等确定该零件的生产类型，本次设计的零件属大批量生产。其次，对零件进行工艺分析，确定毛坯类型和制造方法，齿轮轴的材料为20采用以锻造的形式进行毛坯的制造，然后设计两套不同的工艺路线方案，分析两套方案的优劣并根据实际生产条件和相关要求确定最终方案，完成机械加工工序设计，进行必要地经济分析。最后，对铣键槽或者齿轮部位进行夹具装配图及主要零件图的设计，对夹具进行精度 校核并对其设计质量进行评估。 如下图所示的输入齿轮轴，属于阶梯轴类零件，由圆柱面、轴肩、键槽、齿轮等不同形式的几何表面及几何实体组成。零件的材料为 20于合金结构钢。它的强度高于 15性及韧性稍低，淬透性及力学性能比 20，淬火低温回火后具有良好的综合力学性能和低温冲击韧度。渗碳淬火后具有较高的抗弯强度和耐磨性能，但磨削时易产生裂纹。焊接性不好，适于电阻焊接，焊前需预热，焊后需回火处理 ， 切削加工性和热加工性良好。常用于制造高硬度 、高强度、高韧性的较大重要渗碳件（其要求均高 15如曲轴、凸轮轴、连杆、齿轮轴、齿轮、销轴，还可代替 12用。 “齿轮轴的精度要求高，输入齿轮轴的加工难度大，必须对齿轮轴加工过程中的一些重要问题，如材料、基准、热处理和齿形加工等做出正确的选择和分析，才能保质保量地完成批量齿轮轴的加工。以此输入齿轮轴为例，其多数外圆表面尺寸精度达 面粗糙度值 位置精度则通常应为尺寸精度数值的 1/3 1/5；齿轮的精度等级为 7 级。 在综合考虑上述各因素基础上，现初步拟定了两套工艺路线方案，如下： （ 1） 工艺路线方案一 工序 1：下料。 工序 2：锻造 模锻成型。 工序 3： 6正火处理 正火后硬度达到 71 229 工序 4：超声波探伤（图纸技术要求）。 工序 5：粗车 划端面及外形线，左端插入主轴孔，夹住 B 面，粗车 K 面钻中心孔，夹齿轮轴左端端部，顶 K 面中心孔，粗车各段的外圆面。夹齿轮轴右端，车 中心孔，顶 A 面中心孔，粗车 B 面剩余部分。 E、 I( 77 外圆面 )表面尺寸精度和表面粗糙度要求低 ，粗车即可。 工序 6：半精车 夹 J 面右端端部，顶 A 面中心孔，半精车 B、 C、 D、 G 面及 D 和 头后再半精车剩余部分。 工序 7：检验。 工序 8：精车 夹 B 面左端端部，顶 K 面中心孔，精车 B、 J 面。掉头后再精车剩余部分。精车完后，倒 45斜角、 角。 工序 9：粗、精滚齿 用 单头滚刀滚齿。 工序 10：粗、精铣键槽 键槽内侧面需精铣达到尺寸精度要求。 工序 11：钻孔 轴两端钻孔，孔深 20 工序 12：攻螺纹 用丝锥攻螺纹至 工序 13：去除毛刺。 工序 14：渗碳、淬火处理 淬火处理后低温回火，对齿部渗碳淬火。 工序 15：校直。 工序 16：研磨中心孔。 工序 17：磨削 消除淬火处理带来的变形，使零件达到相应精度要求。 工序 18：磨削齿面 采用 齿机进行磨削。 工序 19：检验 检验各部尺寸及精度。 工序 20：探伤 磨削齿面探伤检查。 工序 21：入库。 （ 2） 工艺路线方案二 工序 1：下料。 工序 2：锻造 模锻成型。 工序 3：正火处理 正火后硬度达到 71 229。 工序 4：超声波探伤（图纸技术要求）。 工序 5：粗车 划端面及外形线，左端插入主轴孔，夹住 B 面，粗车 K 面 ,钻中 心孔，夹齿轮轴左端端部，顶 K 面中心孔，粗车各段的外圆面及端面。夹齿轮轴右端，车 A 面，钻中心孔，顶 A 面中心孔，粗车 B 面剩余部分。 I(77外圆面 )表面尺寸精度和表面粗糙度要求低，粗车即可。 工序 6：粗滚齿 用 单头滚刀滚齿。 工序 7：检验。 工序 8：调质。 工序 9：精车 夹 B 面左端端部，顶 K 面中心孔，精车 B、 J 面。调头后再精车剩余部分 。精车完后，倒 45斜角、 角。 工序 10：精滚齿 用 单头滚刀滚齿。 工序 11：粗、精铣键槽 键槽内侧面需精铣达到尺寸精度要求。 工序 12：钻孔 轴两端钻孔，孔深 20 工序 13：攻螺纹 用丝锥攻螺纹至 工序 14：去除毛刺。 工序 15：渗碳淬火处理 对齿部渗碳淬火，淬火后低温回火。 工序 16：研磨中心孔。 工序 17：磨削 消除淬火处理带来的变形，使零件达到相应精度要求。 工序 18：磨削齿面 采用 齿机进行磨削。 工序 19：检验 检验各部尺寸及精度。 工序 20：探伤 磨削齿面探伤检查。 工序 21：入库。 两种工艺路线方案分析如下：两种工艺路线的前 5 道工序和后面 6 道工序是一样的，不同的是在中间的几道工序。方案一是将轴的外形尺寸精加工完成后再进行粗精滚齿，方案二是轴的外形粗加工和齿形粗加工一起完成后再进行精加工。经分析两种方案均可以达到零件的加工精度要求。但方案二中间的粗精加工工序较为分散，不利于大批量生产模式下生产效率的提高。方案一的工序较集中适合于大批量生产和生产效率的提高。 综上分析，本零件选择 方案一作为最终加工工艺路线。 三、本课题研究的重点及难点，前期已开展工作 点及难点： 工艺及夹具的设计，并且分析和计算定位误差、夹紧力等，然后进行绘制 维图。 期已开展的工作： 累基础知识； 定工艺路线； 绘图软件进行制图。 四、完成本课题的工作方案及进度计划（按周次填写） 1 明确设计要求， 收集资料，文献综述； （ 1 ） 确定工艺总体方案 （ 3 周） 写开题报告。 (4 ) 成中期答辩。 (7 ) 位分析，设计中存在的问题。 (10 ) 分零件工程 图。 (13 ) 体修改。 （ 15 周） 15 周） 指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见） 指导教师： 年 月 日 所在系审查意见： 系主管领导： 年 月 日 参考文献 1 赵如福等机械制造工艺设计手册 M 北京：机械工业出版社， 2002 2 王先逵机械制造工艺学 M北京：机 械工业出版社， 2006 3 邹青机械制造技术基础课程设计指导教程 M 北京：机械工业出版社， 2004 4 李益民机械制造工艺设计简明手册 M 北京：机械工业出版社， 2004 5 孙丽媛等机械制造工艺及专用夹具设计指导 M 北京：冶金工业出版社， 2006 6 孙已德机床夹具图册 M 北京：机械工业出版社， 1983 7 林陈彪工程机械齿轮轴加工工艺分析与优化 J 机电技术， 2008(4)： 42 8 艾兴切削用量简明手册 M 北京：机械 工业出版社， 2004 9 李润莲 齿面减速器高速齿轮轴加工工艺的改进 J 矿业快报， 2005(7)： 50 10 陈日曜金属切削原理 M 北京：机械工业出版社， 2002 11 赵如福等金属机械加工工艺人员手册 M 上海：上海科学技术出版社， 2006 12 王光斗，王春福机床夹具设计手册 M 上海：上海科学技术出版社， 2000 13 陈宏钧实用机械加工工艺手册（第二版） M 北京：机械工业出版社， 2004 14刘健短齿轮轴滚 齿夹具 J 机械工人冷加工， 2001(12)： 19 15 秦宝荣等机械制造工艺学与机床夹具设计学习指导及习题 M 北京：中国建材工业出版 社， 1998 16张玉花等减速器高速齿轮轴的经济加工工艺 J 南方农机， 2007（ 5）： 28 17 BR to a . 010,303 18 . a . 009,152 19 )： 470 机械加工工艺过程卡片 产品型号 产品型号 产品名称 齿轮轴 零件名称 齿轮轴 共 2 页 材料牌号 合金结构钢 毛坯种类 锻件 毛坯外型尺寸 每毛坯件数 1 每台件数 1 备 注 工序号 工序 名称 工 序 内 容 车间 工段 设 备 工 艺 装 备 工 时 准 终 单 件 010 锻造 模锻成型 015 正火 正火后硬度达到 71 229 020 超声波探伤 （图纸技术要求） 超声波检测仪 025 粗车 粗车各段的外圆面 卧式车床 游标卡尺 030 半精车 55圆面 、 65圆面 、 65k 6 外圆面 、 齿圈外圆面 卧式车床 游标卡尺 035 精车 55圆面 、 65k 6 外圆面 卧式车床 游标卡尺 040 粗、精滚齿 滚齿机 型 滚 、 公法线百分尺 045 粗、精铣键槽 键槽深为 6 宽为 16N 9两侧面的表面粗糙度 为 m 立式铣床 槽立铣刀 、 游标卡尺 050 钻孔 轴两端钻孔，孔深 20 立式钻床 速钢锥柄阶梯 麻花钻 、 深度游标卡尺 055 攻螺纹 用丝锥攻螺纹至 立式钻床 动丝锥高速钢 配合的 栓 060 去毛 刺 钳工台 平锉 065 渗碳淬火 淬火处理后低温回火，对齿部渗碳淬火。 渗碳仪、淬火机等 070 校直 轴类自动 校直机 075 研磨中心孔 整体式研具 080 磨削重要外表面 磨削 65 65k 6外圆面 消除淬火处理带来的变形 外圆磨床 形砂轮 、 游标卡尺 085 磨削齿面 分度圆表面粗糙度 磨齿机 斜边一号砂轮 、 齿轮检测仪、卡尺等 090 检验 检验各部尺寸及精度 千分表、量规、游标卡 尺等 095 探伤 磨削齿面探伤检查 探伤仪 100 入库 设计（日期） 审核（日期） 会签（日期） 标记 处数 更改文件号 签 字 日 期 标 记 处 数 更改文件号 签 字 日期 西安工业大学 机械加工工序卡片 产品型号 零件图号 西安工业大学 机械加工工序卡片 产品型号 零件图号 产品名称 齿轮轴 零件名称 齿轮轴 共 11 页 第 1 页 车间 工序号 工序名称 材 料 牌 号 025 粗 车 20 坯 种 类 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件数 每 台 件 数 模锻 件 1 1 设备名称 设备型号 设备编号 同时加工件数 车床 夹具编号 夹具名称 切削液 三爪卡盘和顶尖 工步号 工 步 内 容 工 艺 装 备 主轴转速 （ r/ 切削速度 （ m/ 进给量 （ mm/r） 切削深度 （ 进给次数 工步工时 机动 辅助 1 粗 车右端 面和钻中心孔 25 2 顶右端中心孔 粗车 外圆 65端） 25 3 粗车外圆 776140 125 96s 4 粗车外圆 6140 125 设 计（日 期） 校 对（日期） 审 核（日期） 标准化（日期） 会 签（日期） 标记 处数 更改文件号 签 字 日 期 标记 处数 更改文件号 签 字 日 期 产品名称 齿轮轴 零件名称 齿轮轴 共 11 页 第 2 页 车间 工序号 工序名称 材 料 牌 号 025 粗 车 20 坯 种 类 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件数 每 台 件 数 模锻件 1 1 设备名称 设备型号 设备编号 同时加工件数 车床 夹 具编号 夹具名称 切削液 三爪卡盘和顶尖 工步号 工 步 内 容 工 艺 装 备 主轴转速 （ r/ 切削速度 （ m/ 进给量 （ mm/r） 切削深度 （ 进给次数 工步工时 机动 辅助 1 粗车 左 端面和钻中心孔 25 2 粗 车外圆 556140 125 3 粗 车外圆 656140 150 4 粗车外圆 656140 125 设 计（日 期） 校 对（日期） 审 核（日期） 标准化（日期） 会 签（日期） 标记 处数 更改文件号 签 字 日 期 标记 处数 更改文件号 签 字 日 期 西安工 业大学 机械加工工序卡片 产品型号 零件图号 产品名称 齿轮轴 零件名称 齿轮轴 共 11 页 第 3 页 车间 工序号 工序名称 材 料 牌 号 030 半精车 车 20 坯 种 类 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件数 每 台 件 数 模锻件 1 1 设备名称 设备型号 设备编号 同时加工件数 车床 夹具编号 夹具名称 切削液 三爪卡盘和顶尖 工步号 工 步 内 容 工 艺 装 备 主轴转速 （ r/ 切削速度 （ m/ 进给量 （ mm/r） 切削深度 （ 进给次数 工步工时 机动 辅助 1 半精车外圆 556140 320 2 半精车外圆 656140 320 3 半精车外圆 656140 320 77台阶面 20 设 计（日 期） 校 对（日期） 审 核（日期） 标准化（日期） 会 签（日期） 标记 处数 更改文件号 签 字 日 期 标记 处数 更改文件号 签 字 日 期 西安工业大学 机械加工工序卡片 产品型号 零件图号 产品名称 齿轮轴 零件名称 齿轮轴 共 11 页 第 4 页 车间 工序号 工序名称 材 料 牌 号 030 精车 20 坯 种 类 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件数 每 台 件 数 模锻件 1 1 设备名称 设备型号 设备编号 同时加工件数 车床 夹具编号 夹具名称 切削液 三爪卡盘和顶尖 工步号 工 步 内 容 工 艺 装 备 主轴转速 （ r/ 切削速度 （ m/ 进给量 （ mm/r） 切削深度 （ 进给次数 工步工时 机动 辅助 1 半精 车 外圆 6140 320 2 半精车外圆 65端 ) 20 77台阶面 20 设 计（日 期） 校 对（日期） 审 核（日期） 标准化（日期） 会 签（日 期） 标记 处数 更改文件号 签 字 日 期 标记 处数 更改文件号 签 字 日 期 西安工业大学 机械加工工序卡片 产品型号 零件图号 产品名称 齿轮轴 零件名称 齿轮轴 共 11 页 第 5 页 车间 工序号 工序名称 材 料 牌 号 040 精车 20 坯 种 类 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件数 每 台 件 数 模锻件 1 1 设备名称 设备型号 设备 编号 同时加工件数 车床 夹具编号 夹具名称 切削液 三爪卡盘和顶尖 工步号 工 步 内 容 工 艺 装 备 主轴转速 （ r/ 切削速度 （ m/ 进给量 （ mm/r） 切削深度 （ 进给次数 工步工时 机动 辅助 1 精车外圆 65端） 10 2 倒 外圆 65端） 角 10 设 计（日 期） 校 对（日期） 审 核（日期） 标准化（日期） 会 签（日期） 标记 处数 更改文件号 签 字 日 期 标记 处数 更改文件号 签 字 日 期 西安工业大学 机械加工工序卡片 产品型号 零件图 号 产品名称 齿轮轴 零件名称 齿轮轴 共 11 页 第 6 页 车间 工序号 工序名称 材 料 牌 号 040 精 车 20 坯 种 类 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件数 每 台 件 数 模锻件 1 1 设备名称 设备型号 设备编号 同时加工件数 车床 夹具编号 夹具名称 切削液 三爪卡盘和顶尖 工步号 工 步 内 容 工 艺 装 备 主轴转速 （ r/ 切削速度 （ m/ 进给量 （ mm/r） 切削深度 （ 进给次数 工步工时 机动 辅助 1 精车外圆 556140 710 倒 角、 角 10 设 计（日 期） 校 对（日期） 审 核（日期） 标准化（日期） 会 签（日期） 标记 处数 更改文件号 签 字 日 期 标记 处数 更改文件号 签 字 日 期 西安工业大学 机械加工工序卡片 产品型号 零件图号 产品名称 齿轮轴 零件名称 齿轮轴 共 11 页 第 7 页 车间 工序号 工序名称 材 料 牌 号 045 滚齿 20 坯 种 类 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件数 每 台 件 数 模锻件 1 1 设备名称 设备型号 设备编号 同时加工件数 车床 夹具编号 夹具名称 切削液 双 V 型块 工步号 工 步 内 容 工 艺 装 备 主轴转速 （ r/ 切削速度 （ m/ 进给量 （ mm/r） 切削深度 （ 进给次数 工步工时 机动 辅助 1 粗滚齿 4 1 656s 2 精滚齿 04 1 设 计（日 期） 校 对（日期） 审 核（日期） 标准化（日期） 会 签（日期） 标记 处数 更改文件号 签 字 日 期 标记 处数 更改文件号 签 字 日 期 西安工业大学 机械加工工序卡片 产品型号 零件图号 产品名称 齿轮轴 零件名称 齿轮轴 共 11 页 第 8 页 车间 工序号 工序名称 材 料 牌 号 050 铣键槽 20 坯 种 类 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件数 每 台 件 数 模锻件 1 1 设备名称 设备型号 设备编号 同时加工件数 车床 夹具编号 夹具名称 切削液 压板、 V 型块和定位螺钉 工步号 工 步 内 容 工 艺 装 备 主轴转速 （ r/ 切削速度 （ m/ 进给量 （ mm/r） 切削深度 （ 进给次数 工 步工时 机动 辅助 1 粗铣键槽 25 z 5 2 精铣键槽 25 z 6 设 计（日 期） 校 对（日期） 审 核（日期） 标准化（日期） 会 签（日期） 标记 处数 更改文件号 签 字 日 期 标记 处数 更改文件号 签 字 日 期 西安工业大学 机械加工工序卡片 产品型号 零件图号 产品名称 齿轮轴 零件名称 齿轮轴 共 11 页 第 9 页 车间 工序号 工序名称 材 料 牌 号 055 钻孔 20 坯 种 类 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件数 每 台 件 数 模锻件 1 1 设备名称 设备型号 设备编号 同时加工件数 车床 夹具编号 夹具名称 切削液 V 型块 工步号 工 步 内 容 工 艺 装 备 主轴转速 （ r/ 切削速度 （ m/ 进给量 （ mm/r） 切削深度 （ 进给次数 工步工时 机动 辅助 1 钻孔 立式钻床 92 0 2 攻螺纹 立式钻床 设 计（日 期） 校 对（日期） 审 核（日期） 标准化（日期） 会 签（日期） 标记 处数 更改文件号 签 字 日 期 标记 处数 更改文件号 签 字 日 期 西安工业大学 机械加工工序卡片 产品型号 零件图号 产品名称 齿轮轴 零件名称 齿轮轴 共 11 页 第 10 页 车间 工序号 工序名称 材 料 牌 号 085 磨削圆面 20 坯 种 类 毛坯外形尺寸 每毛 坯可制件数 每 台 件 数 模锻件 1 1 设备名称 设备型号 设备编号 同时加工件数 车床 夹具编号 夹具名称 切削液 双 顶尖 工步号 工 步 内 容 工 艺 装 备 主轴转速 （ r/ 切削速度 （ m/ 进给量 （ mm/r） 切削深度 （ 进给次数 工步工时 机动 辅助 1 粗磨 55 55圆面 外圆磨床 7 30 1 精磨 55 55圆面 外圆磨床 95 16 1 21s 设 计（日 期） 校 对（日期） 审 核（日期） 标准化（日期） 会 签（日期） 标记 处数 更改文件号 签 字 日 期 标记 处数 更改文件号 签 字 日 期 西安工业 大学 机械加工工序卡片 产品型号 零件图号 产品名称 齿轮轴 零件名称 齿轮轴 共 11 页 第 11 页 车间 工序号 工序名称 材 料 牌 号 090 磨削齿面 20 坯 种 类 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件数 每 台 件 数 模锻件 1 1 设备名称 设备型号 设备编号 同时加工件数 车床 夹具编号 夹具名称 切削液 双 顶尖 工步号 工 步 内 容 工 艺 装 备 主轴转速 （ r/ 切削速度 （ m/ 进给量 （ mm/r） 切削深度 （ 进给次数 工步工时 机动 辅助 1 粗磨 磨齿机 半精磨 磨齿机 3 精磨 磨齿机 设 计（日 期） 校 对（日期） 审 核（日期） 标 准化（日期） 会 签（日期） 标记 处数 更改文件号 签 字 日 期 标记 处数 更改文件号 签 字 日 期 本科毕业设计（论文） 题目： 齿轮轴零件的机械加工工艺 与夹具设计 I 齿轮轴零件的机械制造工艺与夹具设计 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 “齿轮轴 ”零件进行了机械制造工艺规程设计和铣键槽专用夹具设计。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，最后是铣键槽专用夹具设计。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 he of is to a of as so It is of in of s on of of of a of As we as It is of to of In of 录 1 绪论 .文综述 . 课题背景 . 研究意义 . 国内外相关研究情况 .题基础知识 . 零件的作用 . 机械制造工艺相关知识 . 机床夹具 设计基础知识 . 轮轴零件的机械制造工艺规程设计 .件的工艺性分析及生产类型确定 . 8 件的加工工艺性分析 . . 确定零件的生产类型 .择毛坯，绘制毛坯图 . 11 择毛坯种类及制造形式 . 11 定毛坯尺寸及机械加工余量 . 13 计毛坯图 . 15 择加工方法，拟定工艺路线 . 15 位基准的选择 . 15 件表面加工方法的选择 . 16 工阶段的划分 . 17 序的集中和分散 . 18 序顺序的安排 . 18 定工艺路线 . 19 工设备及工艺装备的选择 . 22 序间余量和工序尺寸的确定 . 23 削用量及基本时间定额的确定 . 27 3 齿轮轴零件铣键槽专用夹具设计 . 39 确设计要求、收集设计资料 .定夹具结构方案 . 40 定定位方式，选择定位元件 . 40 确定工件夹紧方案，设计夹紧机构 . 41 定夹具其他辅助定位部分 . 42 定夹具总体结构和尺寸 . 43 制夹具总图 . 44 制夹具零件图 . 44 削力和夹紧力的计算 .具精度校核及质量评估 . 46 4 结论 .谢 . 48 参考文献 .1 1 绪 论 文综述 目背景 机械制造工艺对产品的质量控制起着重要作用，夹具是能够使产品按一定的技术要求准确定位和牢固夹紧的工艺装置，它的主要用于保证产品的加工质量、减轻劳动强度、辅助产品检测、展示、运输等。 究意义 随着科学技术的不断进步，夹具已从一种辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备。机床夹具在机械加工中起着重要的作用，所以应用十分广泛。归纳起来有以下几个方面的作用：保证工件的加工精度，稳定产品质量；提高劳动生产率和降低加工成本；改善工人劳动条件；在流水线生产中，便于平衡生产 节拍。 本设计是在我们学完了大学的全部基础课程、技术课程以及全部专业课之后进行的。此次的设计是对大学期间所学各课程及相关绘图软件的一次深入的综合性复习，也是使我们综合运用所学过的基本知识与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。我们在完成毕业设计的同时，也培养了我们正确使用技术资料、国家标准、有关手册、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，也为我们以后的工作打下了坚实的基础。本次设计的目的在于： （ 1） 培养综合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、规范的能力。 （ 3） 培养正确地使用技术知识、国家标准、有关手册、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，向工人和工程技术人员学习的基本工作态度、工作作风和工作方法。 （ 5） 熟悉齿轮轴零件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制造工艺设 计，使我们在机械制造工艺规程设计，工艺方案论证，机械加工余量计算，工艺尺寸的确定，编写技术文件及查西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文） 1 阅技术文献等各个方面得到一次综合性训练。初步具备设计一个中等复杂程度零件工艺规程的能力。（ 7） 能根据被加工零件的技术要求，运用夹具设计的基本原理和方法，拟定夹具设计案，完成夹具机构设计，初步具备设计出高效、省力、经济合理并能保证加工质量的专用夹具的能力。 （ 8） 通过零件图、装配图的绘制，使我们进一步熟练三维造型软件（本文主要用的是 使用）。学会先建好三维 模型，再转化为二维工程图这一制图方法。熟悉和掌握我国相关的制图标准和要求。 本次设计的主要内容为：首先认真分析已给定的齿轮轴零件图纸，明确相关技术要求和加工质量要求，在读懂图纸的基础上，利用 制该齿轮轴的三维模型；然后根据图纸上相关要求等确定该零件的生产类型，本次设计的零件属大批量生产。其次，对零件进行工艺分析，确定毛坯类型和制造方法，齿轮轴的材料为 20采用以锻造的形式进行毛坯的制造，然后设计两套不同的工艺路线方案，分析两套方案的优劣并根据实际生产条件和相关要求确定最终方 案，完成机械加工工序设计，进行必要地经济分析。最后，对铣键槽进行夹具装配图及主要零件图的设计，对夹具进行精度校核并对其设计质量进行评估。 内外相关研究情况 夹具从产生到现在，大约可以分为三个阶段 :第一阶段主要表现在夹具与人的结合上，这时夹具主要是作为人的单纯的辅助工具，是使加工过程加速和趋于完善；第二阶段，夹具成为人与机床之间的桥梁，夹具的机能发生了变化，它主要用于工件的定位和夹紧，人们越来越认识到夹具与操作人员改进工作及机床性能的提高有着密切的关系，所以对夹具引起了重视；第三阶段表现为夹具与 机床的结合，夹具为机床的一部分，成为机械加工中不可缺少的工艺装备。 发展现状、趋势： (1) 现代机械制造技术的现状， 在产品设计方面，普遍采用计算机辅助产品设计 (计算机辅助工程分析 (计算机仿真技术；在加工技术方面，已实现了底层 (车间层 )的自动化，包括广泛地采用加工中心 (或数控技术 )、自动引导小车 (近 10 余年来，发达国家主要从具有全新制造理念的制造系统自动化方面寻找出路，提出了一系列新的制造系统。如计算机集成制造系统、智能制造系统、并行工程、敏捷制造等； (2) 机械加工工艺的未来 发展趋势， 集成化 的 发展趋势 、 微纳化发展趋势、自动化发展趋势、数字化发展趋势。 随着机械工业的迅速发张，对产品的品种和生产率提出了愈来愈高的要求，使多品种，中小批生产作为机械生产的主流。为了适应机械生产的这种发展趋势，必然对机床夹具提出了更高的要求。特别像推动架零件的加工还处于落后的阶 2 段。在今后的发展过程中，应大力推广使用组合夹具、半组合夹具、可调夹具，尤其是成组夹具。在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精度、高效、模块组合、通用、经济等方向发展。 题 背景知识 件的作用 本设计所采用的是某厂提供的一根输入齿轮轴。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。齿轮轴零件是将齿轮部分和轴做成一体无需键配合的一种常见机械零件。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。齿轮轴的工作能力一般取决于轴的强度和刚度，转速高时还取决于轴的振动稳定性。该齿轮轴主要作用是和相啮合的齿轮一起传递运动和速度，要求传动平稳。轴 55 柱面处有圆弧形的键槽，主要是通过键和其他 部件相连。轴的两端各有两个深 20螺纹孔 的中间部位为斜齿轮部分，主要传递运动和动力。 械制造工艺相关知识 a. 基本概念 （ 1） 生产过程是指从原材料到产品出厂的全部劳动过程。 （ 2） 机械加工工艺过程是机械产品生产过程的一部分，是对零件采用机械加工的方法直接改变毛坯的形状、尺寸、和表面质量等，使之成为合格零件的过程。 （ 3） 工序是指一个（或一组）工人在一个工作地对一个（或同时对几个）工件连续完成的那一部分工艺过程。 （ 4） 安装是指如果在一个工序中需要对工件进行几次装 夹，则每次装夹下完成的那一部分内容称为一个安装。 （ 5） 工位是指在工件的一次装夹后，工件（或装配单元）与夹具或设备的可动部分一起相对刀具或设备的固定部分所占据的每一个位置称为工位。 （ 6） 工步是指在加工表面（或装配时的连接表面）和加工（或装配）工具不变的情况下，所连续完成的那一部分工序称为工步。 （ 7） 走刀是指切削刀具在加工表面上切削一次所完成的工步内容，称为一次走刀。 （ 8） 生产纲领是在计划期内生产的产品产量和进度计划。 （ 9） 生产类型是指企业（或车间、工段、班组、工作地）生 产专业化的程度分类。一般分为单件生产、成批生产和大批量生产三种类型。 3 b. 机械加工工艺规程 （ 1） 机械加工工艺规程有：机械加工工艺过程卡片、机械加工工序卡片、标准零件或典型零件工艺过程卡片、单轴自动车床调整卡片、多轴自动车床调整卡片、机械加工工序操作指导卡片、检验卡片等。 （ 2） 制定工艺规程的基本要求是：在保证产品质量的前提下，能尽量提高生产率和降低成本，并充分利用现有生产条件，保证工人具有良好而安全的劳动条件。 （ 3） 制定工艺规程的步骤： 1)收集和熟悉制定工艺规程的有关资料图样，进行零件的 结构工艺性分析； 2)确定毛坯的类型及制造方法； 3)选择定位基准； 4)拟定工艺路线； 确定各工序的工序余量、工序尺寸及其公差； 确定各工序的设备、刀具、夹具、量具和辅助工具； 确定各工序的切削用量及时间定额； 确定主要工序的技术要求及检验方法； 进行技术经济分析； 编制工艺文件。 c. 机械加工工艺规程制定中应注意的问题 （ 1） 选择零件毛坯时，主要考虑下列因素：零件的材料（包括牌号及标准号）及其机械性能、零件的结构形状及外形尺寸、生产纲领、生产条件、积极推广应用新工艺、新技术和新材料。 （ 2） 基准是用 来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的那些点、线、面。从设计和工艺两个方面看可分为设计基准和工艺基准两大类。工艺基准又可进一步分为工序基准、定位基准、测量基准和装配基准。定位基准又有粗基准和精基准之分。 （ 3） 粗基准的选择原则有：保证相互位置要求的原则、保证加工表面加工余量合理分配的原则、粗基准不重复使用的原则、便于工件装夹的原则。 （ 4） 精基准的选择原则有：基准重合原则、基准统一原则、自为基准原则、互为基准原则、便于装夹的原则。 （ 5） 加工经济精度是指在正常加工条件下（采用符合质量标准的设 备、工艺装备和标准技术等级的工人，不延长加工时间），所能保证的加工精度和表面粗糙度。 （ 6） 选择加工方法时考虑的主要因素：工件的加工精度、表面粗糙度和其他技术要求，工件材料的性质，工件的形状和尺寸，生产类型、生产率和经济性，本厂设备、人员情况等。 （ 7） 根据精度要求的不同，整个工艺过程可划分为：粗加工阶段、半精加工阶段、精加工阶段、光整加工阶段、超精密加工阶段。划分加工阶段的原因主要有： 1) 保证加工质量； 2) 合理使用机床设备； 3) 便于及时发现毛坯缺陷，避免精加工表面损伤； 4) 便于安排热处理工序， 使冷、热加工配合协调。 4 （ 8） 机械加工工序的安排原则： 1) 基面先行； 2) 先粗后精； 3) 先主后次；4) 先面后孔。 （ 9） 热处理工序在工艺路线中的安排，主要取决于零件的材料和热处理的目的。预备热处理安排在机械加工之前；去除内应力的热处理安排在粗加工之后，精加工之前；最终热处理安排在精加工前后，变形较大的热处理应安排在精加工之前，变形较小的热处理应安排在精加工之后；表面的装饰性镀层和发蓝工序一般安排在工件精加工后；电镀工序后应进行抛光，耐磨性镀铬则放在粗磨和精磨之间。 （ 10） 辅助工序包括检查、检验 工序、去毛刺、平衡、清洗工序等，检验工序是主要的辅助工序。除了在每道工序中操作者自检外，还必须在下列情况下安排单独的检验工序： 1)粗加工阶段结束后； 2)关键工序前后； 3)零件从一个车间转到另一个车间前后； 4)零件全部加工结束之后。 （ 11） 工序组合的原则： 1)大批大量生产、零件结构叫复杂，适于采用工序集中地原则，对一些结构简单的产品，也可采用分散的原则。成批生产宜采用适当集中的原则，单件小批生产适于采用工序集中的原则； 2)产品品种较多，又经常变换，适于采用工序分散的原则； 3)零件加工质量、技术要求较高时一 般采用工序分散的原则； 4)零件尺寸、质量较大，不易运输和安装的，应采用工序集中地原则。 （ 12） 选择设备时应考虑下列问题： 1)机床的精度与工序要求的精度相适应；2)机床的规格与工件的外形尺寸，本工序的切削用量相适应； 3)机床的生产率与被加工零件或产品的生产类型相适应； 4)选择的设备尽可能与工厂现有条件相适应。 （ 13） 加工余量是指加工过程中所切除的金属层厚度。加工余量可分为加工总余量（毛坯余量）和工序余量。加工总余量等于各工序余量之和。影响工序余量的因素有： 1)上工序的各种表面缺陷和误差因素，包括表面粗 糙度和缺陷层、尺寸公差和形位公差； 2)本工序加工时的装夹误差。确定加工余量的方法有：分析计算法、查表法、经验估算法。 （ 14） 工艺装备的选择包括确定各工序所需的夹具、刀具和计量器具等。夹具主要根据生产类型和加工要求来确定。刀具的选择主要取决于各工序所采用的加工方法、加工表面的尺寸、工件材料、加工精度和表面粗糙度要求，生产率和经济性等。计量器具主要根据生产类型和工件的加工精度来选取。 d. 时间定额与提高劳动生产率的工艺途径 （ 1） 时间定额 括：基本时间 助时间 布置工作地时间 息 与生理需要时间 备与终结时间。 5 单件和成批生产的单件时间定额： p+ =a+r+ （ 大批量生产的单件时间定额： m+s+ （ （ 2） 提高劳动生产率的工艺途径有： 1)缩短时间定额。缩短基本时间的措施有：提高切削用量和减少切削行程长度；缩短辅助时间的措施有：采用先进夹具、提高机床的自动化程度、采用先进的检测手段等直接缩短辅助时间，使基本时间与辅助时间重合等。 2)推广应 用新工艺和新方法。 3)提高机械加工自动化程度。 e. 工艺过程的技术经济分析 （ 1） 工艺成本是指生产成本中与工艺过程有关的那一部分费用。按照与年产量的关系分为可变费用 V 和不变费用 C。 （ 2） 若工件的年产量为 N，则工件的全年工艺成本 S（元 /年）为： S= （ 单件工艺成本 ： + （ 床夹具设计基础知识 在机械制造的各个加工工艺工程 中，必须使工件在工艺系统中处于正确的位置，以保证加工质量，并提高生产效率。把为了使工件处于正确位置上所使用的各种工艺装备称为夹具，如检验夹具、焊接夹具、装配夹具等。在机床上对工件进行切削加工时，为了保证加工精度，必须正确地安放工件，使工件相对于刀具和机床占有正确的位置，这一过程称为 “定位 ”。为了保证这个正确位置在加工过程中稳定不变，应该对工件施加一定的夹紧力，这个过程称为 “夹紧 ”。这两个过程总称为 “安装 ”。在机床上实现安装过程的工艺装备，就是 “机床夹具 ”。 机床夹具的种类很多，其中，使用范围最广泛的是通用夹 具，如车床上用的三爪自定心卡盘和铣床上用的平口虎钳等。这类夹具的规格尺寸已经标准化，由专业厂家进行生产。而用于批量生产，专门为工件某加工工序服务的专用夹具，则必须由各个制造厂自行设计制造。 由于专用夹具的设计制造在很大程度上影响加工质量、生产率、劳动条件和生产成本，因此，它是各机械制造厂新产品投资、老产品改进和工艺更新中的一项重要生产技术准备工作，也是每一个从事机械加工工艺的技术人员必须掌握的基础知识。 机床夹具在机械加工中起着重要的作用，所以应用十分广泛。归纳起来有以下几个方面的作用： （ 1） 保证工 件的加工精度，稳定产品质量 。 夹具在机械加工中的基本作用就是保证工件的相对位置精度。由于采用了能直接定位的夹具，因此，可以准确地确定工件相对于道具和机床切削成形运动中的相互位置关系，不受或者少受各种主观因素的影响，可以稳定可靠地保证加工质量。 （ 2） 提高劳动生产率和降低加工成本 。 提高劳动生产率，降低单件时间定额的主要技术措施是增大切削用量和压缩辅助时间。采用机床夹具，既可以提高工件加工时的刚度，有利于采用较大的切削用量，又可以省去划线找正等工作，使安装工作的辅助工时大大减小，因此能显著地提高劳动生产率和 降低成本。 （ 3） 改善工人劳动条件 。 采用夹具后，工件的装卸显然比不用夹具方便、省力、安全。使用专用夹具安装工件，定位方便、迅速，夹紧可采用增力、机动等装置，因此可以减轻工人的劳动强度。还可设计保护装置，确保操作者安全。 （ 4） 在流水线生产中，便于平衡生产节拍 。 工艺工程中，当某些工件所需要工序时间特别长时，可以采用多工位或高效夹具等，以提高生产效率，使生产节拍能够比较平衡。 a. 机床夹具分类 （ 1） 专用夹具 。 专用夹具是针对某一种工件的一定工序而专门设计的。因为不需要考虑通用性，所以夹具可以设计 得结构紧凑、操作方便。还可以按需要采用各种省力机构、动力装置、分度装置等。因此，此类夹具可以保证较高的加工精度和劳动生产率。但是，由于这类夹具的专用性很强，并且设计和制造周期较长，制造费用也较高，当产品变更时，往往因无法再使用而报废。因此，这类夹具主要在产品固定和工艺稳定的较大批量生产中应用。 （ 2） 可调式夹具 。 可调式夹具的特点是：加工完一种零件后，通过调整或更换夹具中的个别元件，即可加工形状相似、尺寸和加工工件相近的多种零件。可调式夹具又可以分为通用可调夹具和专用可调夹具。通用可调夹具如滑柱式钻模等 ，使用范围较大。专门化可调夹具常称为成组夹具，通常配合成组技术，用于装夹和加工一组结构与工艺相似的工件。因为这类夹具是在专门夹具基础上少量更换或调整夹具元件，所以只能到达有限目标的通用化。即使这样，也极大提高了专用夹具在多品种、中小批量生产中使用的经济性。 （ 3） 专门化拼装夹具 。 专门化拼装夹具是针对其工件的特定工序加工要求，由实现制造好的通用性较强的标准化元件和部件拼装组成。从这个特点来看，这类夹具具有很大的通用性，但同时又是为某一种特定工序而专门拼装的夹具。因此，这类夹具又具有专门夹具的优点。 （ 4） 自动化生产用夹具 。 自动化生产用夹具主要是自动线上所使用的夹具。基本上分为两类：一类是固定式夹具，它与一般专用夹具相似；一类是随行夹具，它除了具有一般夹具所担负的安装工件任务外，还担负着沿自动线输送工件的任务，即随着工件从一个工位移动到下一个工位。故称为 “随行夹具 ”。属于自动化生产夹具的还有数控机床夹具。 b. 夹具设计的特点和基本要求 7 夹具设计的特点如下： （ 1） 针对性强。设计人员必须全面掌握工艺和生产现场的实际情况。专用夹具是为某零件的某道工序设计的，设计人员必须全面了解和掌握产品零件的 要求，工艺工程的安排以及所使用的机床、刀具，辅具的具体情况才可能提出合理可行的最佳方案，确定最合理的定位、夹紧装置。 （ 2） 保证加工质量和劳动生产率是夹具设计的两项主要任务，而保证加工质量又是第一位的。因此，设计时应重点把住定位方案的确定和精度分析这两道关。对于制造精度要求不高的零件，其夹具设计应该重点保证提高劳动生产率和改善劳动条件。 （ 3） 夹紧机构对整个夹具结构起决定性作用。夹紧装置的结构形式和种类很多，选用的灵活性很大，特别是夹紧装置中力源及传动机构的设计对夹具结构的影响最大。因此，在同样 能保证工序要求的情况下，每个人设计的结构可能大不相同。而不同复杂程度的夹具在不同的生产规模条件下其经济效果也不一样，设计人员必须使自己的设计和生产规模相适应，不可片面追求高精度而忽视了经济性。 （ 4） 夹具的制造多属于单件生产。因此，设计时应考虑采用组合加工，修配和调整等措施来保证夹具的制造精度，尽可能地考虑设置修配和调整环节，而不能完全依靠用完全互换的办法保证制造精度。 （ 5） 设计周期短，一般不进行强度刚度计算。夹具设计是直接为产品生产服务的生产技术准备工作，其设计周期要求短，因此设计时多采用参 照法或是凭经验确定的办法来保证受力件的强度和刚度，通常不进行详细计算，有时采用简便公式或用图表作为设计参考。要注意的是在设计一些具有较高精度的夹具时，应该对定位精度、夹紧力等进行必要的计算和分析。 夹具设计的原则是经济和实用，它可以概括为 “好用、好造、好修 ”这六个字，其中好用是主要的，但好用也必须以不脱离生产现场的实际制造和维修水平为前提。具体要求为： 1） 夹具的结构应与其用途和生产规模相适应，正确处理好质量、效率、方便性与经济性四者的关系。 2） 保证工件精度。 3） 保证使用方便，要 便于装卸、便于夹紧、便于测量、便于观察、便于排屑排液、便于安装运输，保证安全第一。 4） 注意结构工艺性，对加工、装配、检验和维修等问题应全面考虑，以降低制造成本。 8 2 齿轮轴零件的机械制造工艺规程设计 件的工艺性分析及生产类型确定 件的加工工艺性分析 如图 于阶梯轴类零件，由圆柱面、轴肩、键槽、齿轮等不同形式的几何表面及几何实体组成。 “齿轮轴的精度要求高，输入齿轮轴的加工难度大，必须对齿轮轴加工过程中的一些重要问题，如材料 、基准、热处理和齿形加工等做出正确的选择和分析，才能保质保量地完成批量齿轮轴的加工。 7”以输入齿轮轴为例，其多数外圆表面尺寸精度达 面粗糙度值 位置精度则通常应为尺寸精度数值的 1/31/5；齿轮的精度等级为 7级。 图 齿轮轴零件图 图 齿轮轴零件主要技术 要求 9 零件的材料为 20于合金结构钢。它的强度高于 15性及韧性稍低，淬透性及力学性能比 20火低温回火后具有良好的综合力学性能和低温冲击韧度。渗碳淬火后具有较高的抗弯强度和耐磨性能，但磨削时易产生裂纹。焊接性不好，适于电阻焊接，焊前需预热，焊后需回火处理。切削加工性和热加工性良好。常用于制造高硬度、高强度、高韧性的较大重要渗碳件（其要求均高 15如曲轴、凸轮轴、连杆、齿轮轴、齿轮、销轴，还可代替 12 根据对零件图的分析，该零件需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求如下： （ 1） 齿轮轴两端面和联接斜齿轮部位的两 7777于已加工表面。 772离齿轮部分的两端均 245倒角。 （ 2） 齿轮轴右端的 65圆柱面表面粗糙度 寸精度为 6 级，对基准轴线的圆跳动为 柱度为 77台阶面的表面粗糙度 一端 245倒角。这一部分主要是要和轴承的内圈相配合的，配合质量的好坏将直接影响齿轮轴工作情 况的好坏。在加工时应特别注意满足图纸所示的加工精度要求。 （ 3） 齿轮轴中间部位为斜齿轮部分，根据已知条件可计算出分度圆直径 d 为 顶圆直径为 根圆直径为 图可知齿顶圆的直径为 径范围为 轮两端沿齿廓倒 部沿齿向倒 部沿轮齿周向倒 245斜角。分度圆表面粗糙度 轮部分是该轴的主要工作部分，对轮 齿的硬度和强度要求较高。轮齿部分要进行渗碳淬火和磨削，还要进行磨削齿面探伤检查，防止裂纹产生。齿轮的精度等级为 7级。 （ 4） 齿轮轴左端 65级，表面粗糙度 柱面对基准轴线的圆跳动为 柱度为 轴肩联接部位的台阶面对基准轴线的垂直度为 端面处有 （ 5） 齿轮轴最左端为 55寸精度为 6级，对基准轴线的圆跳动为 柱度为 端面倒 245斜角。右端联接处倒 （ 6） 齿轮轴左端的键槽深为 6为 16侧面的表面粗糙度 槽内侧面对 65的两端均有两个深 20010。 10 通过以上的分析可知，齿轮轴零件图样的视图正确、完整，尺寸、公差及技术要求齐全。各主要表面的尺寸精度、形状精度和位置精度通过选择合适的加工方法均可以满足。主要是斜齿轮的加工是一个难点，精度要求较高。如单个齿距偏差 距累计总误差 廓总偏差 旋线总偏差 向跳动 于齿根圆直径为 77不能采用插齿法加工轮齿，否则会损伤已加工表面。另外，对于斜齿轮用插齿法不便加工。 经分析，齿轮齿形的切削加工方法可选的有： 1) 采用滚齿机利用展成运动加工齿轮； 2) 采用铣床利用成形法加工齿轮。但后一种方法加工精度和生产率都较低，而该齿轮的精度等级为 7 级，
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