圆柱齿轮零件加工工艺及车外圆及端面夹具设计（全套图纸）.doc

课 程 设 计 说 明 书圆柱齿轮加工工艺及车床夹具设计专 业 ： 机械设计与制造 班 级 ： 姓 名 ： 指导教师 ：目录序 言2一、零件的工艺分析3（一）零件的作用3（二）零件的工艺分析3二、工艺规程设计4（一）确定毛坯的制造形式4（二）基面的选择4（二）确定工艺路线4（三）确定切削用量及基本工时7三、齿轮零件的车床夹具设计183.1 车床夹具的主要类型183.2 车床夹具的设计要点183.4齿轮零件的车床夹具的加工误差分析203.5夹具设计及操作的简要说明21四、总结22五、参考文献22全套图纸加153893706 序 言机械制造工艺学的毕业设计是在我们学完了机械专业所有的基础课程和专业课程之后进行的。这是我们对所学知识一次深入的综合复习与应用，也是对我们在大学所学知识的一次综合考察，因此我们要充分重视这次毕业设计实践。就我个人而言，我希望通过这次机械工艺设计实践更深得巩固所学知识，将理论与实践结合起来，从实际运用中提升自己的分析问题和解决问题的能力，进一步提高计算、制图能力，能比较熟练地查阅和使用各种技术资料等，并养成严谨的工作作风和独立的工作能力，为将来从事的工作打下良好的基础。由于能力有限，设计中尚存在很多不足的地方，希望各位老师给予指导。一、 零件的工艺分析（一） 零件的作用题目所给定的零件是车床主轴上的圆柱齿轮，是圆柱齿轮的一部分，该圆柱齿轮是一个外齿轮，它与花键轴套在一起，通过右端的两个与轮齿相对应的槽与拔叉相配合，然后和内齿轮啮合组成齿轮副，从而传递动力；有时还可以利用脱开的外齿轮兼作齿轮传动用，且与不同齿数齿轮啮合，可以得到不同的传动比，从而改变机器运行的转速，实现变速或换挡功能。（二） 零件的工艺分析从零件图上可以看出，该零件的结构比较复杂，加工表面比较多，且轮齿的加工精度比较高。其主要加工表面可以分为三个部分：一、主要加工表面的尺寸：1) 以外圆柱齿轮为中心的一组加工面。这一组加工表面包括：m=5mm、z=63、B=mm的圆柱齿轮及两端1的倒角，外圆， mm外圆和宽22mm的槽。2) 以花键孔为中心的一组加工面。这一组加工面包括：花键孔及其倒角，mm的孔， mm孔和mm。3) 左、右端面。这一组加工表面主要是右表面85mm的槽面。二、 以上加工表面的主要技术要求：（1） 齿轮三个公差组精度等级为7-6-6，轮齿表面粗糙度为0.8，齿面要求淬硬到HRC4550，并且齿面与孔中心轴线要保证同轴度0.015mm，齿轮倒角1。（2） 花键孔，内径定心，要有10个等分的花键齿，并保证齿侧壁粗糙度为1.6。（3） 右端宽85、22mm的槽，与齿轮有相对位置精度要求。（4） 中间拔叉槽宽22mm，深9mm，侧壁粗糙度为3.2。（5） 除两端面的粗糙度为12.5，其余表面粗糙度为6.3。由以上分析可知。对于这三组加工表面来讲，可以先选择其中一组加工表面进行加工，然后以加工过的表面为基准，加工其他两组表面，并保证它们之间的相互位置。二、 工艺规程设计（一） 确定毛坯的制造形式 由生产计划可知，该零件为成批生产。零件材料为45钢，由于零件本身的作用，考虑到其在运行过程中会经常的正、反向行驶，并经常“离”、“合”，故零件在工作过程中经常承受交变及冲击性载荷，齿轮面也应该有较强的硬度，因此应该选用锻件，以便金属纤维不被切断，保证零件的工作可靠性。由于零件为大批生产，而且零件的尺寸不大，可以采用模锻成型，从而提高生产率，保证加工精度。（二） 基面的选择 定位基准的选择是拟定零件加工路线的、确定法加工方案前的重要工作。基准选择的合理、可靠，直接影响到加工质量和生产效率。对于保证零件的尺寸精度和位置精度有着决定性的作用，同时可以使生产率得以提高。反之，就会出现各种问题，更有甚者还会造成大批废品零件，使生产无法正常进行。我们在选择基准的时候通常考虑下面几个问题：1) 以哪一个表面作为精基面或统一基准，可以保证加工精度和高的生产效率；2) 为加工精基面或统一基准，应采用哪一个表面作为粗基准；3) 是否有特殊表面需要采用统一基准以外的精基面。 在选择基准的时候，应尽量做到设计基准与定位基准重合。对于圆柱齿轮这样的盘套类零件，根据该零件的工作特点和加工要求，选择定位面基准如下：粗基面：以外圆和一个端面作为粗基面，镗、拉内孔。精基面：齿轮基圆的基准是内孔80+0.035 0mm的内圆表面，所以精基准为内孔80+0.035 0mm的内圆表面，选择花键孔和一个端面作为精基面，加工齿轮，mm， mm外圆和宽22mm的槽以花键孔和右端面作为定位基面；加工85.4mm的槽面以花键孔和左端面作为主要定位基面。（二）确定工艺路线制定工艺路线是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求得到合理的保证。尤其在这种大批量生产纲领时，采用合理的工艺路线可以大大提高生产率，使生产成本降低，并获得可观的经济效益。一、加工方法的确定零件各表面加工方法的选择，首先要保证加工表面的加工精度和表面粗糙度要求，然后需要考虑生产率和经济性方面的要求，在选择时，应根据各种加工方法的特点及其经济加工精度和表面粗糙度，结合零件的特点和技术要求综合考虑。该工件毛坯经模锻成型，孔已铸出。其各表面加工方法如下：左、右端面： 粗车各外圆表面和宽22mm的槽：粗车半精车mm等孔： 粗镗半精镗齿轮： 滚齿剃齿珩齿花键槽： 粗镗半精镗拉键槽校正84.5的槽： 粗铣半精铣二、零件各表面加工顺序的确定10。 加工阶段的划分 为了达到规定的技术要求，该圆柱齿轮的加工可以分为上个加工阶段1) 粗加工阶段 车外圆、端面，镗内孔、花键孔；2) 半精加工阶段 以拉出的花键孔为主要精基准，精车外圆，滚齿、铣84.5mm的槽和剃齿；3) 精加工阶段 校正花键孔，并以校正好的花键孔为精基准，珩齿。10。 加工顺序的安排1) 机械加工顺序的安排 根据机械加工顺序安排时应遵循的原则，考虑到该工件的具体特点，先安排外圆、端面、内孔的加工。由于花键孔是后面各表面加工的主要精基准，所以接着安排花键孔的拉削。花键孔加工好以后，以花键孔为精基准，精车外圆，铣铣84.5的槽和剃齿，然后安排花键孔的校正，珩齿。2) 热处理的安排 由于毛坯为模锻件，在机械加工之前应进行真货处理，消除锻造应力，境地硬度，改善切削性能。在粗加工之后，安排第二次热处理调质处理，提高零件的综合力学性能，最后根据零件的技术要求，对轮齿表面进行淬火处理，以得到较高的表面硬度，提高其耐磨性。3) 辅助工序的安排 检验工序：在热处理之后安排中间检验工序，最后安排终检工序，还有安排钳工去毛刺，安排清晰工序，最后还要将零件油封，库存。10。 工序的组合根据零件的生产规模以及零件的结构特点还有加工方法，为了尽可能减少安装次数，在一次加工中安排多面加工，以保证高的表面相互位置精度，考虑使用通用机床夹具，并采用工序集中的原则来组合工序。10。 工艺路线的确定 工序号 工序名称与内容 车床刀具量具夹具时间定额01铸造10粗车车内径至 75mm齿轮外圆车至 330mmCA614045端面游标卡尺三爪卡盘10.720粗车车端面 110mm 距轮辐侧面38mmCA614090外圆车游标卡尺三爪卡盘10.730精车内径加工至 80mm外面加工至 325mmCA614045镗刀内径千分尺三爪卡盘2.3840精车倒头外圆加工至 325mmCA614045镗刀内径千分尺三爪卡盘1.6450插槽以 325mm 外圆及一端面定位插键槽B5020刃长22 插内径千分尺组合夹具1.3760插齿以 80mm 及一端面定位滚齿m=5,z=63,a=20Y54盘型插齿刀千分尺组合夹具2.3370检验按图样检验工件各部尺寸及精度以上工艺过程详见机械加工工艺过程综合卡片。10。 工序确定零件机械加工工艺路线拟定后还需要对每一工序进行设计。其主要内容包括：确定每一工步的加工余量、计算各工序的工序尺寸及公差、选择各工序所选用的机床及工艺装备、确定切削余量、计算工时定额。（1）加工余量的确定机械加工余量对工艺过程有一定的影响，余量不够，不能保证零件的加工精度，余量过大，不但增加机械加工劳动量，而且增加了材料、刀具、能源的消耗，从而增加了成本，所以必须合理地安排加工余量。根据零件毛坯条件：材料为45钢，生产类型为成批生产，采用在锻模上得到模锻毛坯。本设计采用查表修正法和经验估值法相结合确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸和毛坯尺寸。1) 轴向长度方向加工余量该零件的端面我们只用到了粗车，查表余量为2mm。2) 外圆表面加工余量由于左端外圆比右端外圆直径只小2mm，所以根据大端外圆表面加工余量按外圆查表得：精车，Z=1.8，2Z=3.6；粗车Z=2.5，2Z=5.0 加工方法基本尺寸余量公差半精车 1.8 -0.25粗车2.7-0.63 3)内孔表面加工余量 工件内孔为阶梯孔，其中花键孔的精度要求比较高，故锻造时取统一内径，加工余量按内孔查表得：半精镗时，2Z=1.1，公差为+0.035，粗镗时2Z=2.0，公差为+0.22；（三） 确定切削用量及基本工时完成零件加工的一个工序的时间定额，通常称为单件时间定额。可以按照下式计算：式中：单件时间；基本时间；辅助时间；工作地点技术服务时间；工作地点组织服务时间；休息及生理需要时间。基本时间与辅助时间之和称为工序时间，即综上所述，单件时间定额的基本公式如下：即：计算切削用量1) 粗车左端面，外圆车刀代替端面车刀，刀具根据加工余量和机床刚度，选择吃刀深度。一次走刀。进给量刀具耐用度理论切削速度: 确定机床主轴转速:选择所以实际切削速度切削工时：取所以2) 粗车外圆 采用外圆车刀余量134.5-129.8=4.7 mm因此一次走刀进给量理论切削速度: 确定机床主轴转速:为了加工工人操作方便,依然选择机床转速所以实际切削速度切削工时：切入长度: 粗车右端外圆时,从mm切至长l=56.9mm余量134.5-131.8=2.7mm, 进给量理论切削速度: 确定机床主轴转速:选择机床转速所以实际切削速度切入长度: 3) 粗车左端小台阶.余量129.8-116.8=13mm.单边余量13/2=6.5mmYT15切削深度5mm,所以选择两次走刀.,理论切削速度: 确定机床主轴转速:选择机床转速所以实际切削速度切削工时： 4) 粗车槽用切槽车刀，车槽刀宽6mm.刀头长度16mm刀杆截面1016单边余量单边余量18/2=9mm。两次走刀刀具为t=3600s=60min理论切削速度: 确定机床主轴转速:选择机床转速实际切削速度切削工时： 5) 半精车，余量Z=1.8 一次走刀,进给量f=0.35,用YT15材料外圆车刀。理论切削速度: 机床主轴转速:选择机床转速实际切削速度 6) 半精车槽 YT15材料切槽刀。车槽刀宽6mm.刀头长度16mm刀杆截面1016。余量111.8-110=1.8，单边余量Z/2=0.9。取理论切削速度: 机床主轴转速:选择机床转速实际切削速度 7) 半精车外圆用YT15余量129.8-128=1.8，单边余量Z/2=0.9。取理论切削速度: 机床主轴转速:为了方便，仍选择机床转速实际切削速度 8) 半精车右端外圆余量Z=131.8-130=1.8，单边余量Z/2=0.9。取理论切削速度: 机床主轴转速:为了方便，仍选择机床转速实际切削速度切削工时： 9) 粗镗至 2Z=2.2 用YT15镗刀伸出的长度100mm理论切削速度: 机床主轴转速:为了方便，仍选择机床转速实际切削速度切削工时： 半精镗时,从至 2Z=1.1 为了方便，仍选择机床转速实际切削速度切削工时： 10) 粗镗 2Z=18.9 Z=9.45mm 两次走刀理论切削速度: 机床主轴转速:取实际切削速度切削工时： 半精镗时,从至 2Z=1.3 Z=0.65mm 一次走刀机床主轴转速:取实际切削速度切削工时： 11) 粗镗 2Z=12.9 Z=6.45mm 两次走刀理论切削速度: 机床主轴转速:取实际切削速度切削工时： 半精镗时,从 2Z=1.3 Z=0.65mm 机床主轴转速:取实际切削速度切削工时： 拉键槽单面余量h=3.1mm拉削长度l=64mm取考虑校准部分的长度系数考虑机床返回行程系数K=1.40拉刀齿升切削速度拉刀齿距： 因此三、 齿轮零件的车床夹具设计车床夹具主要用于零件的旋转表面以及端面。因而车床夹具的主要特点是工件加工表面的中心线与机床主轴的回转轴线同轴。3.1 车床夹具的主要类型（1） 安装在车床主轴上的夹具。这类夹具很多，有通用的三爪卡盘、四爪卡盘，花盘，顶尖等，还有自行设计的心轴；专用夹具通常可分为心轴式、夹头式、卡盘式、角铁式和花盘式。这类夹具的特点是加工时随机床主轴一起旋转，刀具做进给运动定心式车床夹具 在定心式车床夹具上，工件常以孔或外圆定位，夹具采用定心夹紧机构。角铁式车床夹具 在车床上加工壳体、支座、杠杆、接头等零件的回转端面时，由于零件形状较复杂，难以装夹在通用卡盘上，因而须设计专用夹具。这种夹具的夹具体呈角铁状，故称其为角铁式车床夹具。花盘式车床夹具 这类夹具的夹具体称花盘，上面开有若干个T形槽，安装定位元件、夹紧元件和分度元件等辅助元件，可加工形状复杂工件的外圆和内孔。这类夹具不对称，要注意平衡。（2） 安装在托板上的夹具。某些重型、畸形工件，常常将夹具安装在托板上。刀具则安装在车床主轴上做旋转运动，夹具做进给运动。由于后一类夹具应用很少，属于机床改装范畴。而生产中需自行设计的较多是安装在车床主轴上的专用夹具，所以齿轮零件在车床上加工用专用夹具。3.2 车床夹具的设计要点（1）定位装置的设计特点和夹紧装置的设计要求当加工回转表面时，要求工件加工面的轴线与机床主轴轴线重合，夹具上定位装置的结构和布置必须保证这一点。当加工的表面与工序基准之间有尺寸联系或相互位置精度要求时，则应以夹具的回转轴线为基准来确定定位元件的位置。工件的夹紧应可靠。由于加工时工件和夹具一起随主轴高速回转，故在加工过程中工件除受切削力矩的作用外，整个夹具还要受到重力和离心力的作用，转速越高离心力越大，这些力不仅降低夹紧力，同时会使主轴振动。因此，夹紧机构必须具有足够的夹紧力，自锁性能好，以防止工件在加工过程中移动或发生事故。对于角铁式夹具，夹紧力的施力方式要注意防止引起夹具变形。（2）夹具与机床主轴的连接车床夹具与机床主轴的连接精度对夹具的加工精度有一定的影响。因此，要求夹具的回转轴线与卧式车床主轴轴线应具有尽可能小的同轴度误差。心轴类车床夹具以莫氏锥柄与机床主轴锥孔配合连接，用螺杆拉紧。有的心轴则以中心孔与车床前、后顶尖安装使用。根据径向尺寸的大小，其它专用夹具在机床主轴上的安装连接一般有两种方式：1)对于径向尺寸D140mm，或D(23)d的小型夹具，一般用锥柄安装在车床主轴的锥孔中，并用螺杆拉紧，如图1-a所示。这种连接方式定心精度较高。2)对于径向尺寸较大的夹具，一般用过渡盘与车床主轴轴颈连接。过渡盘与主轴配合处的形状取决于主轴前端的结构。图1-b所示的过渡盘，其上有一个定位圆孔按H7/h6或H7/js6与主轴轴颈相配合，并用螺纹和主轴连接。为防止停车和倒车时因惯性作用使两者松开，可用压板将过渡盘压在主轴上。专用夹具则以其定位止口按H7/h6或H7/js6装配在过渡盘的凸缘上，用螺钉紧固。这种连接方式的定心精度受配合间隙的影响。为了提高定心精度，可按找正圆校正夹具与机床主轴的同轴度。对于车床主轴前端为圆锥体并有凸缘的结构，如图1-c所示，过渡盘在其长锥面上配合定心，用活套在主轴上的螺母锁紧，由键传递扭矩。这种安装方式的定心精度较高，但端面要求紧贴，制造上较困难。图1-d所示是以主轴前端短锥面与过渡盘连接的方式。过渡盘推入主轴后，其端面与主轴端面只允许有0.050.1mm的间隙，用螺钉均匀拧紧后，即可保证端面与锥面全部接触，以使定心准确、刚度好。图1 车床夹具与机床主轴的连接过渡盘常作为车床附件备用，设计夹具时应按过渡盘凸缘确定专用夹具体的止口尺寸。过渡盘的材料通常为铸铁。各种车床主轴前端的结构尺寸，可查阅有关手册。3.3齿轮零件的车床专用夹具的总体设计（1） 夹具的总体结构应力力求紧凑、轻便，悬臂尺寸要短，重心尽可能靠近主轴。（2） 当工件和夹具上个元件相对机床主轴的旋转轴线不平衡时，将产生较大的离心力和振动，影响工件的加工质量、刀具的寿命、机床的精度和安全生产，特别是在转速较高的情况下影响更大。因此，对于重量不对称的夹具，要有平衡要求。平衡的方法有两种：设置平衡块或加工减重孔。在工厂实际生产中，常用适配的方法进行夹具的平衡工作。（3）为了保证安全，夹具上各种元件一般不超过夹具的圆形轮廓之外。因此，还应该注意防止切削和冷却液的飞溅问题，必要时应该加防护罩。3.4齿轮零件的车床夹具的加工误差分析工件在车床夹具上加工时，加工误差的大小受工件在夹具上的定位误差、夹具误差、夹具在主轴上的安装误差和加工方法误差的影响。如夹具图所示，齿轮在夹具上加工时，尺寸的加工误差的影响因素如下所述：（1）定位误差由于C面既是工序基准，又是定位基准，基准不重合误差为零。工件在夹具上定位时，定位基准与限位基准是重合的，基准位移误