机械制造技术课程设计-齿轮套加工工艺及镗Φ30内孔夹具设计（全套图纸）.pdf

1 课课 程程 设设 计计 说说 明明 书书 课程名称：课程名称：机械制造技术基础课程设计 设计题目：设计题目：齿轮套零件的机械加工工艺规程及工艺装 备设计 姓姓 名：名： 专业班级：专业班级： 指导教师：指导教师： 2016 年年 1 月月 27 日日 理工大学机械工程学院理工大学机械工程学院 太原理工大学课程设计说明书 1 目录 摘要 . 3 第一章第一章 绪论绪论 . 4 第二章第二章 齿轮套的加工工艺规程规定齿轮套的加工工艺规程规定 . 5 2.1 零件的分析 . 5 2.1.1 零件的作用 . 5 2.1.2 零件的工艺分析 . 5 2.2 确定生产类型 . 6 2.3 确定毛坯 . 6 2.3.1 确定毛坯种类 . 6 2.3.2 确定铸造加工量及形状 . 6 2.3.3 绘制毛坯图 . 8 2.4 工艺规程设计 . 8 2.4.1 选择定位基准 . 8 2.4.2 制定工艺路线 . 9 2.4.3 选择加工设备和工艺设备 . 10 2.4.4 机械加工余量、工序尺寸及公差的确定 . 11 2.5 确定切削用量及基本工时 . 13 2.5.1 粗镗 30 内孔 . 13 2.5.2 粗车67 外圆及齿轮右端面 . 14 2.5.3 粗镗 32 内孔 . 18 2.5.4 粗车左端面及46.4 外圆、43.4 外圆 . 18 2.5.5 拉键槽 . 19 2.5.6 半精镗 30 内孔 . 20 2.5.7 半精车 63 . 21 2.5.8 半精车43.4，41.4 外圆，端面 . 24 太原理工大学课程设计说明书 2 2.5.9 钻 8.5 孔 . 26 2.5.10 滚齿 . 26 2.5.11 磨削外圆 . 28 2.5.12 磨削内孔 . 29 2.6 本章小结 . 30 第三章第三章 镗镗 30 内孔夹具设计内孔夹具设计. 32 3.1 设计要求 . 32 3.2 夹具设计 . 32 3.2.1 定位基准的选择 . 32 3.2.2 切削力及夹紧力的计算 . 32 3.3 定位误差的分析 . 36 参考文献 .错误！未定义书签。错误！未定义书签。 致谢 . 40 太原理工大学课程设计说明书 3 摘要 本文是对齿轮套零件加工应用及加工的工艺性分析，主要包括对零件 图的分析、毛坯的选择、零件的装夹、工艺路线的制订、刀具的选择、切 削用量的确定、加工工艺文件的填写。选择正确的加工方法，设计合理的 加工工艺过程。此外还对轴承座零件的一道工序的加工设计了专用夹具. 机床夹具的种类很多，其中，使用范围最广的通用夹具，规格尺寸多 已标准化，并且有专业的工厂进行生产。而广泛用于批量生产，专为某工 件加工工序服务的专用夹具，则需要各制造厂根据工件加工工艺自行设计 制造。本论文夹具设计的主要内容是设计齿轮套齿轮上加工30 孔的镗床 夹具设计。 全套图纸，加 153893706 太原理工大学课程设计说明书 4 第一章第一章 绪论绪论 机械制造业是制造具有一定形状位置和尺寸的零件和产品， 并把 它们装备成机械装备的行业。 机械制造业的产品既可以直接供人们使 用，也可以为其它行业的生产提供装备，社会上有着各种各样的机械 或机械制造业的产品。我们的生活离不开制造业，因此制造业是国民 经济发展的重要行业，是一个国家或地区发展的重要基础及有力支 柱。从某中意义上讲，机械制造水平的高低是衡量一个国家国民经济 综合实力和科学技术水平的重要指标。 齿轮套零件加工工艺及夹具设计是在学完了机械制图、 机械制造 技术基础、机械设计、机械工程材料等的基础下，进行的一个全面的 考核。 正确地解决一个零件在加工中的定位， 夹紧以及工艺路线安排， 工艺尺寸确定等问题，并设计出专用夹具，保证尺寸证零件的加工质 量。本次设计也要培养自己的自学与创新能力。因此本次设计综合性 和实践性强、涉及知识面广。所以在设计中既要注意基本概念、基本 理论， 又要注意生产实践的需要， 只有将各种理论与生产实践相结合， 才能很好的完成本次设计。 本次设计水平有限， 其中难免有缺点错误， 敬请老师们批评指正。 太原理工大学课程设计说明书 5 第二章第二章 齿轮套的加工工艺规程规定齿轮套的加工工艺规程规定 2.1 零件的分析零件的分析 2.1.1 零件的作用零件的作用 题目所给的零件是齿轮套。齿轮套是属于齿轮的一种。齿轮套 的用途很广泛， 是各种机械设备零件中的重要零件， 例如机床， 飞机， 轮船等等都要使用齿轮套。 齿轮套的主要作用是调整机构的转速和力 矩，传递动力；改变动力输出的旋转方向等。 2.1.2 零件的工艺分析零件的工艺分析 图 2.1 齿轮套零件图 零件的材料为 45 钢，锻造性能和切削加工性能优良。以下是齿 轮套需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求： 太原理工大学课程设计说明书 6 (1) 中心圆孔, 32， 30。 (2) 端面与中心孔有垂直度 (4) 外圆表面与中心孔 30 有位置关系。 由上面分析可知，可以先粗加工加工齿轮套内孔，然后以此作为 基准加工 30 孔，再以孔为基准采用专用夹具进行精加工，并且保 证位置精度要求。 再根据各加工方法的经济精度及机床所能达到的位 置精度，并且此齿轮套零件没有复杂的加工曲面，所以根据上述技术 要求采用常规的加工工艺均可保证。 2.2 确定生产类型确定生产类型 已知此轴承座零件的生产类型属于中批量生产，所以初步确定工 艺安排为：加工过程划分阶段；工序应当分散；加工设备以通用设备 为主，大量采用专用工装。 2.3 确定毛坯确定毛坯 2.3.1 确定毛坯种类确定毛坯种类 零件材料为 45 钢。考虑零件结构简单，生产批量大，毛坯精度 要求不高，从高效低成本综合考虑，选择模锻成型锻造毛坯。 2.3.2 确定铸造加工量及形状确定铸造加工量及形状 查机械制造工艺设计简明手册表 2.2-25 太原理工大学课程设计说明书 7 确定加工余量及锻件毛坯尺寸如下表： 表 2.1 毛坯尺寸 零件尺寸 单面加工余量 锻件尺寸 110 2 114 19 2 23 40 3.2 46.4 42 2.2 46.4 30 2 26 63 2 67 查机械制造工艺设计简明手册表 2.2-13 确定毛坯尺寸偏差如下表： 表 1.2 毛坯尺寸偏差 锻件尺寸 偏差 114 23 46.4 太原理工大学课程设计说明书 8 26 67 2.3.3 绘制毛坯图绘制毛坯图 图 2.2 齿轮套毛坯图 2.4 工艺规程设计工艺规程设计 2.4.1 选择定位基准选择定位基准 1）粗基准的选择 以零件的内孔为主要的定位粗基准，以左端面辅助粗基准。 2）精基准的选择 考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重 合”原则和“基准统一”原则，以加工后的 30 为主要的定位精 太原理工大学课程设计说明书 9 基准，以已加工的右平面辅助的定位精基准。 3）在钻孔时以锻造的孔一侧作辅助定位基准 2.4.2 制定工艺路线制定工艺路线 根据零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加 工方法所能达到的经济精度，在生产纲领已确定的情况下,可以考虑 采用各种机床配以专用夹具,并尽量使工序集中来提高生产率。除此 之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。选择零件的 加工方法及工艺路线方案如下： 表 2.3 工艺路线 工序一 锻造 工序二 时效处理 工序三 粗镗 30内孔 工序四 粗车齿轮右端面，粗车 63外圆 工序五 粗镗 32内孔，镗倒角 工序六 粗车40端面，粗车齿轮左端面，粗车42 外圆，粗车40外圆 工序七 拉键槽 工序八 半精镗 30内孔，镗倒角 工序九 半精车齿轮右端面，半精车63外圆，车倒 太原理工大学课程设计说明书 10 角 工序十 半精车40端面，半精车齿轮右端面，半精 车42外圆，半精车40外圆，车倒角、沟槽 工序十一 钻8.5孔 工序十二 滚齿 工序十三 淬火 工序十四 磨削42外圆，磨削40外圆 工序十五 磨削30内孔 工序十六 终检入库 2.4.3 选择加工设备和工艺设备选择加工设备和工艺设备 1）机床的选择 工序四、六、九、十、采用 C620-1 卧式车床 工序三、五、八采用 T68 卧式镗床 工序十一采用 Z3025 立式钻床 工序七采用 L6110 卧式拉床 工序十二采用 Y3150 滚齿机 工序十四采用 M114W 万能外圆磨床 工序十五采用 M2110 内圆磨床 2）选择夹具 太原理工大学课程设计说明书 11 该齿轮套的生产纲领为大批生产，所以采用专用夹具。 3）选择刀具 在车床上加工的各工序，采用硬质合金车刀即可保证加工质量， 钻床加工采用高速钢复合钻头，零件加工内孔较小，使用硬质合金镗 刀加工。 4）选择量具 加工的孔均采用极限量规。 5）其他 对垂直度误差采用千分表进行检测， 对角度尺寸利用专用夹具保 证，其他尺寸采用通用量具即可。 2.4.4 机械加工余量、工序尺寸及公差的确定机械加工余量、工序尺寸及公差的确定 1）圆柱面工序尺寸的确定： 表 2.2 圆柱面工序尺寸 加工表 面 加工 内容 单边 加工 余量 精度等 级 工序尺 寸 表面粗 糙度 工序余量 最小 最大 32 粗镗 3 IT12 32 12.5 3 3.105 30 粗镗 1.3 IT12 28.6 6.3 1.5 1.605 半精 镗 0.5 IT8 29.6 3.2 0.435 0.5115 磨削 0.2 IT7 30 1.6 0.1835 0.2105 太原理工大学课程设计说明书 12 40 粗车 1 IT12 41.4 6.3 1 1.125 半精 车 0.5 IT9 40.4 3.2 0.375 0.531 磨削 0.2 IT8 40 0.8 0.169 0.2125 42 粗车 1.5 IT12 43.4 6.3 1.5 1.625 半精 车 0.5 IT9 42.4 3.2 0.375 0.531 磨削 0.2 IT8 42 0.8 0.169 0.2125 63 粗车 1.5 IT12 64 6.3 1.5 1.625 半精 车 0.5 IT9 63 3.2 0.375 0.55 2) 轴向工序尺寸的确定 表 2.3 轴向工序尺寸 加工内容 加工余量 基本尺寸 经济精度 粗车齿轮右端面 1.5 112.5 IT12 粗车 40 端面 1.5 111 IT12 粗车齿轮左端面 1.5 20 IT12 半精车齿轮右端面 0.5 110.5 IT9 半精车 40 端面 0.5 110 IT9 半精车齿轮左端面 0.5 19 IT9 太原理工大学课程设计说明书 13 2.5 确定切削用量及基本工时确定切削用量及基本工时 2.5.1 粗镗 粗镗 30 内孔内孔 所选用刀具为 YT5 硬质合金镗刀,选用 T68 卧式镗床。 1）确定切削深度 2）确定进给量 根据实用机械加工工艺手册表9-145，查得粗镗 时，选用硬质合金刀头，加工材料为钢时： 按机床的进给量（表 4.221） ，选择， 3）确定机床转速 4）计算基本工时 选 镗 刀 的 主 偏 角， 则， ，,， 则： 太原理工大学课程设计说明书 14 2.5.2 粗车粗车67 外圆及齿轮右端面外圆及齿轮右端面 本工序为粗车。已知加工材料为 45 钢，670Mpa，锻件， 有外皮，机床为 C620-1 卧式车床，工件装在专用夹具中。 确定粗车外圆67 外圆的切削用量 所选刀具为 YT5 硬质合 金可转位车刀。根据切削用量简明手册第一部分表 1.1，由于 C620-1 机 床中心高 为（表 1.30 ） ， 故选择刀 杆尺寸 ,刀片厚度为。根据表 1.3，选择车刀 形状为卷屑槽带倒菱形前刀面，前角=12，后角=6，主偏角 =90，副偏角=10，刃倾角=0，刀尖圆弧半径。 1) 确定切削深度 最大单边加工余量为，可在一次走刀 完成，故粗加工余量取， 2) 确定进给量 f 根据表切削用量简明手册表 1.4，在粗车钢 料，刀杆尺寸为，工件直径在 时， 按 C620-1 车床说明书选择 太原理工大学课程设计说明书 15 确定的进给量尚需满足车床进给机构强度的要求， 故需进行校 验。 根据 C620-1 车床说明书，其进给机构允许的进给力 , 根 据 表 切 削 用 量 简 明 手 册 1.21 ， 但 钢 料 （预计）时，进给力， 的修正系数为(表 1.292)，故实际进给力 由于切削时进给力小于机床进给机构允许的进给力，故所选 的可用。 3） 选择车刀磨钝标准及耐用度 根据 切削用量简明手册 表 1.9， 车刀后刀面最大磨损量取为，可转位车刀耐用度。 4）确定切削速度 切削速度 可根据公式计算，也可直接由表中查 出。现采用查表法确定切削速度。 根据切削用量简明手册表 1.10，但用 YT15 硬质合金车 太原理工大学课程设计说明书 16 刀加工钢料，切 削速度。 切削速度的修正系数 (均见表 1.28)，故 ， 按 C620-1 机床转速（表 4.2-8） ，选择 此时实际切削速度 5 ） 校 验 机 床 功 率 由 切 削 用 量 简 明 手 册 表 1.24 ， 但 ， 时， 切削功率的修正系数 （表 1.28） ，故实际切削时的功率为： 太原理工大学课程设计说明书 17 根据切削用量简明手册表 1.30，但，机床 主轴允许功率故所选的切削用量可在C620-1 机床上进行。 最后决定的切削用量为 确定粗车外圆46.4，端面的切削用量 采用车外圆67 的刀具加 工这些表面。加工余量皆可一次走刀切除，车外圆46.4 的 ，主轴转速与车外圆67 相同。 1.2 基本时间 确定粗车外圆67 的基本时间 根据表 6.2-1，车外圆基本时 间为 式中:， 则 确定粗车67 端面的时间 ， 式中: 太原理工大学课程设计说明书 18 则 2.5.3 粗镗粗镗 32 内孔内孔 所选用刀具为 YT5 硬质合金镗刀。 1）确定切削深度 2）确定进给量 根据实用机械加工工艺手册表9-145，查得粗镗时，选用硬质合 金刀头，加工材料为钢时： 按机床的进给量（表 4.221） ，选择， 3）确定机床转速 n 4）计算基本工时 选镗刀的主偏角，则， ， ， 则： 2.5.4 粗车左端面及粗车左端面及46.4 外圆、外圆、43.4 外圆外圆 本工序仍为粗车，已知条件与工序一相同，车端面，车外圆采用 与工序一相同的可转位车刀，采用工序一确定切削用量的方法，得本 太原理工大学课程设计说明书 19 工序的切削用量及基本时间，得下表： 表 2.4 切削余量 工步 粗车64 端面 1.5 0.55 0.81 3.83 7.74 粗车 64.4 端面 1.5 0.55 0.49 3.83 12.53 粗车 46.4 外圆 1.5 0.55 0.56 3.83 45.10 粗车 43.4 外圆 1 0.55 0.52 3.83 12.58 2.5.5 拉键槽拉键槽 根据实用机械加工工艺手册表 7-160， 选宽刀体键槽拉刀， 根据机械制造工艺设计简明手册 ，选 L6110 型卧式内拉床。 基本时间 式中： V 单面余量 拉削表面长度， 太原理工大学课程设计说明书 20 考虑校准部分的长度系数，取 1.2； 考虑机床返回行程系数，取 1.4 ； 拉刀每齿进给量； 拉刀同时工作齿数，Z=l/p； 拉刀齿距。 拉刀同时工作齿数 2.5.6 半精镗 半精镗 30 内孔内孔 所选用刀具为 YT15 硬质合金镗刀。 1）确定切削深度 2）确定进给量 根据实用机械加工工艺手册表9-145，查得半精镗 时，选用硬质合金刀头，加工材料为钢时： 按机床的进给量（表 4.221） ，选择， 太原理工大学课程设计说明书 21 3）确定机床转速 n 4）计算基本工时 选 镗 刀 的 主 偏 角， 则， ， 则： 2.5.7 半精车半精车63 外圆及齿轮右端面 本工序为半精加工，已知条件与粗加工工序相同。 1） 确定半精车外圆67 外圆的切削用量 所选刀具为 YT15 硬质 合金可转位车刀。车刀形状，刀杆尺寸以及刀片厚度均与粗车 相 同 。 根 据 表1.3 ， 车 刀 几 何 形 状 为 2） 确定切削深度 3） 确定进给量 根据切削用量简明手册表 1.6 及 C620-1 机床进给量（表 4.2-9） ，选择，由于是半精加工，切削力较小， 太原理工大学课程设计说明书 22 所以不需要进行车床进给量强度校核。 4） 选择选择车刀磨钝标准及耐用度 根据切削用量简明手册 表 1.9，车刀后刀面最大磨损量取为，可转位车刀耐用 度。 5） 确定切削速度 V 根据表根据切削用量简明手册表 1.10，但用 YT15 硬 质合金车刀加工钢料， 切削速度。 切削速度的修正系数其余修正 系数为 1，均见表 1.28)，故 ， 按 C620-1 机床转速（ 机械制造工艺设计简明手册表 4.2-8） ，选择 此时实际切削速度。 最后决定的切削用量为 太原理工大学课程设计说明书 23 6) 基本时间 确定半精车车外圆64 的基本时间 根据表 6.2-1， 车外圆基 本时间为 式 中: 则 确定半精车64 端面的时间 ， 式中: 则 太原理工大学课程设计说明书 24 2.5.8 半精车半精车43.4，41.4 外圆，端面外圆，端面 1）采用半精车外圆63 的刀具加工这些表面。车外圆43.4， 41.4 的， 按 C620-1 机床转速（ 机械制造工艺设计简明手册表 4.2-8） ，选择: 2)最后确定 3）确定半精车车外圆43.4 的基本时间 根据表 6.2-1，车外 圆基本时间为 式中： 则 4）确定半精车41.5 端面的时间 太原理工大学课程设计说明书 25 ， 式中: 则 5) 确定半精车车外圆41.5 的基本时间 根据表 6.2-1， 车外 圆基本时间为 式中: ， 则 6） 确定半精车63 端面的时间 ， 式中： 则 7）车沟槽，车倒角 太原理工大学课程设计说明书 26 选用高速钢成形切槽刀，采用手动进给，主轴转速 ，切削速度。 2.5.9 钻钻 8.5 孔孔 本工序为钻孔，刀具选用高速钢复合钻头，直径 8.5。 1）确定进给量 由于孔径和深度都很小，宜采用手动进给。 2） 选择钻头磨钝标准及耐用度 根据 切削用量简明手册 表2.12， 钻头后刀面最大磨损量取为;耐用度。 3)确定切削速度 由表 2.14，的 45 钢加工性属五类。 根据表 2.7，暂定进给量。由表 2.13 查得 。 根据 Z518 立式钻床机床说明书 选择主轴实际完成转速。 4）基本时间的确定 T=3.9S 2.5.10 滚齿滚齿 1） 选用标准的高速钢单头滚刀，模数,直径 63mm,可以 太原理工大学课程设计说明书 27 采用一次走刀切至全深。工件齿面要求表面粗糙度为 Ra1.6m，根 据， 切削用量简明手册表 4.2，选择工件每转滚刀轴向进给量 =0.50.8mm/r。按 Y150 型滚齿机进给量表（表 4.2- 51） ，选 = 2）计算切削速度 v V= V yvx p m v K faT C 式中 V = 0.64= 24.9 根据 Y3150 型滚齿机主轴转速（表 4.2-50） ，选 。 实际切削速度为 加工时的切削功率 Y3150 型滚齿机的主电机。因 PCPE，顾所选择的切削 用量可在该机床上使用。 3) 基本时间 太原理工大学课程设计说明书 28 根据表 6.2-13，用滚刀滚圆柱齿轮的基本时间 , 则， 2.5.11 磨削外圆磨削外圆 1）选择砂轮。 根据机械制造工艺设计简明手册第三章中各表选择磨具， 结果为： 其含义为：磨轮磨料为铬刚玉，为了防止粒度过小而磨轮堵 塞，所以选用为粒度为 46，硬度为软 3 级。 平型砂轮，其尺 寸为 2）切削用量的选择 根据实用机械加工工艺手册表 10-9，查得: 工件速度,纵向进给量,工作台 单行程磨削深度 3) 根据机械制造工艺设计简明手册表 42-30，选用 M114W 太原理工大学课程设计说明书 29 万能外圆磨床。 4) 基本时间 根据机械制造工艺设计简明手册表 6.2-8, 磨削40外圆时， 磨削42外圆时， 2.5.12 磨削内孔磨削内孔 1）选择砂轮。 磨轮磨料为铬刚玉，为了防止粒度过小而磨轮堵塞，所 以选用为粒度为 46，硬度为软 3 级。 根据机械制造工艺设计简明手册表 3.2-8、3.2-9 查得内圆磨轮直径。 太原理工大学课程设计说明书 30 2）切削用量的选择 根据实用机械加工工艺手册表 10-15，查得: 工件速度,纵向进给量, 工作台单行程磨削深度 3) 根据机械制造工艺设计简明手册表 42-31，选用 M2110 内圆磨床。 4) 基本时间 根据机械制造工艺设计简明手册表 6.2-8, 磨削30内孔时， L= 最后，将以上各个工序切削用量、工时定额的计算结果，连同其 它加工数据，一起填入机械加工工艺过程综合卡中。 2.6 本章小结本章小结 本章节主要从零件的结构和外型入手分析，从而得出设计毛坯 太原理工大学课程设计说明书 31 的依据。再查阅有关资料，设计出零件加工的毛坯。在工艺规程的制 定上，将两种方案进行比较，选取一个最佳方案来。在计算每一步的 切削用量时，先选用刀具和机床，再查阅资料找出进给量，由它算出 机床所需的转速， 翻阅机床手册选一个最接近它的一值。 算切削速度、 机动时间等。 太原理工大学课程设计说明书 32 第三章第三章 镗镗 30 内孔夹具设计内孔夹具设计 3.1 设计要求设计要求 为了提高劳动生产，保证加工质量，降低劳动强度，需要设 计专用夹具。下面即为镗床夹具(镗 30 内孔)的专用夹具，本夹具 将用于 T68 卧式镗床。 本夹具无严格的技术要求，因此，应主要考虑如何提高劳动生 产率，降低劳动强度，精度不是主要考虑的问题。 3.2 夹具设计夹具设计 3.2.1 定位基准的选择定位基准的选择 本夹具如图所示， 是工序一、 六， 即用 T68 卧式镗床加工 30 内孔，采用专用夹具进行加工。该零件加工精度要求最高的是中间 30 的内孔，且其余加工面都与该孔有关，因此在该孔时以 32 内 孔为定位基准，保证同轴度。工序一，先对 30 内孔进行粗加工。 到工序六时，零件的两个端面已经粗加工过，选左侧端面和 32 内 孔为定位基准， 定位中选用了一个 A 型可换定位销和一支承板限制零 件的自由度，可换定位销直径为 26，为一个短销，可以限制两个自 由度，夹具侧板限制三个自由度。 3.2.2 切削力及夹紧力的计算切削力及夹紧力的计算 刀具：硬质合金镗刀 YT5。 根据切削用量简明手册表 1.29 查得： 太原理工大学课程设计说明书 33 主切削力 径向切削力 轴向力 其 中,； ， , 6,； ， ,； 可得: 根据切削用量简明手册1.29-1、1.29-2 查得修正系数 k 得： 根据工件受力切削力、夹紧力的作用情况，找出在加工过程中对 夹紧最不利的瞬间状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力。最后为 太原理工大学课程设计说明书 34 保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需夹紧力的数值，即： 式中：-实际所需夹紧力 -安全系数 K-在一定条件下， 由静力平衡计算出的理论夹紧力 其中， 考虑工件材料及加工余量均匀性的基本安全系数 加工性质 刀具钝化程度 切削特点、 夹紧力的稳定性 手