毕业设计（论文）-D85推土机齿轮工艺及刀具设计.doc

四川理工学院毕业设计(论文)说明书 I 摘 要 全套设计加扣 3012250582 齿轮是机械系统中常用的一种传动零件，它可用来传递空间任意两轴间的运动 和动力。它具有功率范围大、传动效率高、传动比较准确、使用寿命长、工作安全可 靠等特点。当前，国际国内在汽车、拖拉机等行业的齿轮大批大量的生产中，常采用 滚-剃-珩工艺。由于剃齿对齿轮齿形误差的修正能力有限，因此备用的剃前齿轮精度一 般都不低于 8 级，剃前滚刀的精度一般制成 A 级，插齿刀的精度大都也制成 A 级。 D85 推土机齿轮有大小两个齿，根据该齿轮实际情况，大齿轮宜采用滚齿的加工方法， 小齿轮采用插齿的加工方法，花键孔采用两次拉削的加工方法。齿轮滚刀是用于加工 外啮合直齿齿轮和斜齿齿轮最常用的刀具，滚齿加工方法的生产效率比插齿、磨齿等 加工方法高。剃前滚刀的主要作用是加工符合剃齿要求的剃前齿轮，由于剃前滚刀齿 形的特殊要求，使剃前滚刀的设计比普通齿轮滚刀设计复杂得多，其设计效率低，周 期长，计算工作量大，对设计者要求较高。拉刀也是机械加工中常用的一种刀具，拉 削可加工内表面（如各种型孔、键槽、花键孔等）和外表面（如平面、半圆弧面和组 合表面等）拉削加工效率高，精度高。花键孔加工宜采用两次拉削的方法，第一次采 用梯形齿粗拉刀，第二次采用渐开线齿拉刀。 关键词：齿轮 工艺 加工方法 渐开线花键拉刀 剃前滚刀 Abstract II Abstract Gear is a kind of transmission part of mechanical system.It can be used to transfer motion and power of any two axis in space.It has characteristics of large power extension,highdrive,efficiency,longlife,safeandcredibility and so on.Nowadays,generating process,shaving process and lapping with corundum process are used in the manufacture of car gears and tractor gears.As gear shaving is limited in amend tooth error, precision of preshaving gear ususlly no less than eight level , precision of preshaving hob usually be made to A level , precision of pinion shaped cutter also be made to A level.The gear of D85 bulldozer has two gears.One is large and the other is small according to the actual situation.The large one ought to used the method of hobbing and the small one ought to used the method of shaping.The spline aperture ought to used the method of draw hole.Hob is one familiar reamer that used to processs spur gears and helical gears.The efficiency of hobbing is higher than shaping and lapping,the main function of preshaving hob is to process the preshaving gears,which complies with the requirements of shaving gears.Because of the especial requirement of gear form of preshaving hob The design of preshaving hob is more comples than common gear hob.The design method is inefficience，takes much time,and requires highly of designers.Drawwing reamer is a common reamer it can process a lot kind of surface ,and the spline hole adopt the method of drawing. Keywords: gear technics Processing methods Involute Spline Broach preshaving hob 四川理工学院毕业设计(论文)说明书 1 第 1 章绪 论 本课题是“D85”推土机齿轮的机械加工工艺规程的编制及工艺装备的设计，齿轮 是推土机上必不可少的传动部件，它有着传动平稳的作用，因此在加工时，零件的配 合部分需要精加工，保证其配合准确，提高其推土机的综合性能，又因为被加工零件 的结构比较复杂加工难度大，需进行专用刀具、夹具的设计与装配。 毕业设计是对我们学习完大学阶段的机械类基础和技术基础课以及专业课程之后 的一个综合性的考查，它是将设计和制造知识有机的结合，并融合现阶段机械制造业 的实际生产情况和较先进成熟的制造技术的应用，而进行的一次理论联系实际的训练， 通过本次的训练，将有助于我们对所学知识的理解，并为后续的课程学习以及今后的 工作打下一定的基础。 1.1机械制造业在国民经济中的地位 制造业是将制造资源（物料、能源、设备、工具、技术、信息和人力）通过制造 过程转化为可供人们使用与利用的工业品和生活消费品的行业。机械制造业就是制造 具有一之定形状和尺寸的零件或产品，并把它们装配成机械装备的行为。 机械制造业的产品即可以直接供人们使用，也可以为其他行业的生产提供装备， 这些行业的产品再被人们所使用。社会的各行务业使用的各式各样的机器、机械、仪 器和工具等都是机械制造业的产品。我们的日常生活中，从身上穿的，戴的、到吃的、 用的都不开机械制造业。因此，机械制造业在国民经济中占有重要的地位，是一个国 家和地区发展的重要基础及有力支柱，特别是在发达国家，它创造了 1/41/3 的国民 收入。在我国，工业（主体是制造业）占国民经济比重的 45%，是我国经济的战略重 点。从某种意义上讲，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。 1.2机械制造技术状况 自 20 世纪 80 年代发展到 90 年代末到 21 世纪，制造技术，特别是自动化制造技 术向着柔性化、集成化、智能化方向发展；在超精加工技术方面，其加工精度已进入 纳米级，表面粗糙度已成功地小于 0.0005Um;在切削速度方面，国外车削钢最高已达 915m/min；对于不断出现的难加工材料、型腔以及微小深孔，通过特种加工方法得以 解决。 我国的机械制造业经过 50 多年，特别是近 20 年的发展，已形成了品种繁多、门 第 1 章 绪论 2 类齐、布局合理的机械制造工业体系。许多科研院所、大专院校和企业研制出了一大 批成套技术装备和多种高精尖产品，有些已接近或达到国际先进水平。通过对这些产 品的研发，我国已建立起了自己的人才培养和软件控制技术开发基地以及高精加工设 备生产基地，从而使我国的国民经济综合实力和科学技术水平迅速提高，国防尖端武 器的生产、 “神六号”的成功发射与回收、人们生活用品的质量提高，有力地说明了我 国机械制造业的发展状况。 1.3本章小结 本章首先对该课题做了简单介绍,然后对机械制造业在国民经济的地位，各机械制 造技术的发展状况做了概述.让我们明白目前机械行业的发展情况，让我们对我们所从 事的这个行业有所了解，以及让我们更好地在机械行业中工作、学习、作好心理准备。 四川理工学院毕业设计(论文)说明书 3 第 2 章加工工艺规程的制订 2.1D85 推土机齿轮工艺分析 2.1.1 齿坯的加工方案分析 D85 推土机齿轮齿坯为模锻件。齿坯可采用的加工方案有以下几种： 1.车车拉方案。先粗车所有的端面和外圆，并以粗车后的端面和外圆为定位基 准，进行精车。以精车后的外圆和端面为基准，拉花键孔。这种加工方案工序不多， 加工时间短，生产效率高，但是粗车后的端面和外圆精度并不高，以此为定位基准， 进行精车不妥，会导致整个齿轮的精度不高，故不选用。 2.车插车方案。先粗车所有端面和外圆，以粗车后的端面和外圆为定位基准， 插花键孔，最后以内孔定位，精车端面和外圆。这种加工方案由于精车采用内孔定位， 定位精度较高，所以整个齿轮的精度较第一种方案加工出来的齿轮高。但是插削的生 产效率不够高，D85 齿轮是年产 5 万件，属成批量生产。这样的生产效率是不可行的， 故不采用。 3.车拉车方案。先粗车所有端面和外圆，再以加工后的端面和外圆为定位基准， 拉花键孔，最后以内孔定位，精车端面和外圆。这种加工方案用内孔定位进行精车， 保证了加工精度。拉削不但加工精度很高，生产效率很高。这种方案兼顾了加工精度 和生产效率，是切实可行的方案，故选用该方案进行加工。 2.1.2 齿形加工方案分析 D85 推土机齿轮有大小两个齿，齿形的加工方案有以下几种： 1.磨削。直接用磨削的方法加工大小两个齿轮。磨削的加工精度很高，可以直接保 证齿轮的加工精度，但是，磨削的生产效率很低，对这种中批量生产的零件来说，是 不切合实际的，故不予选用。 2.插剃珩方案。先进行插齿，再剃齿，最后珩磨。这种方案也能够保证足够的 加工精度，但是依旧面临和第一种方案一样的问题，插齿的生产效率依旧不是很高。 不选用这种方案。 3.滚（两齿）剃珩方案。即先用滚齿的方法加工大小两个齿轮，再剃齿，最后 进行珩磨。这种方案看上去是兼顾了生产效率和加工精度，但是滚小齿轮的时候会， 第 2 章 加工工艺规程的制定 4 由于大齿轮离得太近，会滚伤大齿轮，故这种方案不可行。 4.滚（大齿）剃珩方案。即先滚大齿轮，再插小齿轮，再剃齿，最后进行珩磨。 这种方案兼顾了生产效率和加工精度，且不存在滚伤另一个齿的问题，是一个切实可 行的方案，故选用该方案进行加工。 2.2D85 推土机齿轮工艺规程的步骤 2.2.1 零件图分析 D85 推土机齿轮大齿轮的外径为 179.03mm，小齿轮外径为 141.29mm，槽直径 120mm，齿轮总长 980.5mm，花键内孔外径 85mm，内径 75mm。齿轮热处理按 KES04.015.2 标准 2929522632 规范进行，硬化层深 1.11.7mm，表面硬度 HRC6264，齿端倒角尺寸应按 JB/ZQ3838-86 的规定。 2.2.2 零件的功用 题目所给零件是“D85”推土机用齿轮，它以花键孔与相配，齿轮表面经氮碳共渗 处理，使其表面层硬度达到 HB217314，该齿轮通过渐开线花键孔与轴相配合，齿轮 可在轴上左、右，滑移，从而与其不同的齿轮之间相啮合，来实现主轴各档位的变速。 2.2.3 计算生产纲领，确定生产类型 1、所给任务的零件如图纸所示，该推土机年产量为 48000 台/年，且每台机器 仅有一件该零件，其中该零件备品率 1%，机械加工废品率 2% 则该零件的年生产纲领为： NQ（1+a%+b%）件/年50000 件 由此可知该零件属于机体类小零件，因此可以确定其生产类型为大批量生产。 2、度工作时间：两班制的情况下 t 制度=（365-252-7）天/年2 班/天8 小时/班60 分钟/小时=243840 分钟。 365-252-7：一年 365 天减去 52 周的双休日，再减去国家法定假日，即春节三天、 五一一天、国庆两天、元旦一天共七天。 四川理工学院毕业设计(论文)说明书 5 3、有效利用系数：指扣除设备维修和班内休息时间（喝水、抽烟、上厕所、重体 力劳动休息一定时间）以后的有效工作时间与制度工作时间的比值，一般为 0.960.94。在多品种流水线上由于增加设备调整时间，有效利用系数还要小，一般为 0.90.85（上限用于通用设备，下限用于专用设备）故流水线生产节拍为： t 节=计划有效时间（min）/计划年产量 =制度工作时间有效利用系数计划年产量 =2438400.9525000=0.92644 2.2.4 零件的工艺性分析和零件图的审查 该零件图的视图正确，完整、尺寸、公差及技术都符合要求，但是，零件的加工 过程需要有较高的垂直度要求，某些地方需要较高的表面粗糙度，各装配基面要求有 一定的尺寸精度，否则会影响该齿轮在传递动动和力时的平稳性。 由于零件的结构形状较复杂，加工时需要用到夹具才能准确定位可以通过内孔用 定位心轴定位，可以利用外圆表面定位，同时在基准在的选择也是很重要的，总之在 加工过程中，应尽量减少安装次数，从而减少安装时带来的装夹误差。 从零件图上可以看出，该齿轮的结构形状复杂，加工的表面多，且轮齿的加工精 度要求高，其主要加工表面可以分为四个部份： 1、零件的左、右端面，以及中间台阶面。 2、零件的外圆表面加工 、外圆面以及 R1 的圆角。 0 4 . 0 29.141 0 4 . 0 03.179 3、渐开线花键孔 87 深 26mm 孔（用于加工齿轮时的精基准加工其他表面）以 及 1的倒角、 0 15 倒角。 0 45 4、滚、剃、磨 m=4,z=33,B=40mm 的圆柱齿轮 A 和 m=4,z=42,B=25mm 的圆柱齿 轮 B，以及齿部的倒角。 以上各表面的主要技术要求如下： 1、 零件的左、右端面粗糙度为 Ra3.2,以及左端面的斜面各右端面的圆周 0 30 0 45 斜面。 2、A 齿轮外圆需要达 的公差，以及左端面与基准 C 有垂直度 0.05 和 0 4 . 0 29.141 B 齿外圆达到 和端面与 C 基准的垂直度达到 0.05，其它外圆表面粗糙度达 0 4 . 0 03.179 到 Ra3.2。 3、渐开线花键孔的加工，花键孔齿顶达到 ，齿底达到 的公 0 22 . 0 85 19 . 0 0 1175 H 差，其孔各表面粗糙度达到 Ra3.2。 第 2 章 加工工艺规程的制定 6 4、A、B 齿的加工，其三个公差组精度等级 766 齿轮表面粗糙度为 Ra0.8,齿 面经碳、氮共渗处理其中 A 齿硬化层深 1.11.7mm，HB217314，B 齿部硬化层深 1.11.7mm，HB217302 其中齿根部达到 0.8mm 以上，其中 A、B 齿形修正按零件 图纸上的修正图要求对其磨齿修正和齿部 1倒角。 0 45 由以上分析可知，对于以上几组加工表而来 讲，可以选择其中一组表面并保证它 们之间的相对位置精度。 2.3零件工艺规程设计 2.3.1 确定零件生产类型 由年生产纲领可知 Q50000 件/年，为大批量生产 2.3.2 确定零件毛坯的制造形式 零件材料为 20CrMnTi,在工作时齿轮可通过花键轴与之相配可以左、右滑动，与其 它齿轮经常啮合、脱开，所以零件在工作过程中经常受交变载荷和冲击载荷，要求有 较高的强度、因此应选择锻件毛坯由于零件的轮廓尺寸不大，生产纲领已达到成批生 产的水平，可采用模锻成型，这对于提高生产率、减少切削加工的劳动量保证加工精 度都是有利的（附锻件毛坯的制订过程） 2.3.3 拟定零件的机械加工工艺路线 制订工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状，尺寸精度及位置精度等技术 要求能得到合理的保证，在一产纲领已确定为成批生产的条件下，可以考虑采用万能 性机床配以专用夹具，并尽量使用工序集中的原则来提高生产效率，除此之外，应该 考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。 2.3.3.1 定位基准面的选择 定位基面的选择是拟定零件的机械加工路线，确定加工方案首先要做的工作，基 面选择得正确、合理与否，将直接影响加工质量和生产率。在选择定位面时需要同时 考虑以下三下问题： 以哪一个表面作为加工时的精基面或统一基准，才能保证加工精度使整个机械 四川理工学院毕业设计(论文)说明书 7 加工工艺过程顺利地进行。 为加工上述精基面或统一基准应该采用哪一个表面作为粗基准。 是否有个别工序为了特殊的加工要求，需要采用统一基准以外的精基面，精基 面的选择根据精基面的选择原则，首先应该考虑基准重合的问题，即在可能的情况下， 应尽量选择加工表面的设计基准为定位基准根据工件的特点和加工要求，选择花键孔 和端面作为精基面，加工各档外圆表面，各斜端面、齿轮时以花键孔左端面作为定位 基面，加工花键孔时以外圆表面定位。 粗基面的选择：为了加工出上述精基面，很显然，应以外圆和一个端面作为粗基 面，镗拉内孔。 2.3.3.2 零件主要表面加工方法的选择 零件各表面加工方法和方案的选择，首先要保证加工表面的加工精度和表面粗粮 度的要求，另外还需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慎重决定。 该工件毛坯经模锻成型其各表面加工方法选择如下： 75mm、85mm 的孔：粗车半精车 85155 花键孔：拉校正 各档外圆表面，台阶面、端面：粗车精车 齿轮 A、B：滚齿剃齿磨齿 2.3.3.3 零件加工顺序的安排 1. 加工阶段的划分 为了达到规定的技术要求，该齿轮的加工分为如下三个加工阶段： 粗加工阶段：车外圆、端面、粗车内孔、拉花键孔。 半精加工阶段：以拉出的花键孔为主要精基准，精车外圆端面、滚齿、剃齿。 精加工阶段：校正花键孔，并以校正好的花键孔为主要精基准对对经过碳氮共渗 处理的齿轮进行磨齿修正。 2. 加工顺序的安排 机械加工顺序的安排 根据机械加工顺序安排时应该遵守的原则，考虑到工件的具体特点先安排外圆、 端面、内孔的加工，由于花键孔是以后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，以花键孔为主要精基准，粗车、外圆、端面、然后安 排花键孔的校正，最后，滚齿、剃齿、磨齿。 3. 热处理工序的安排 第 2 章 加工工艺规程的制定 8 由于毛坯为模锻件、在机械加工之前，应该安排正火处理、以削除锻造内应力， 改善金属组织、细化晶粒、降低硬度、改善切削加工性。在粗加工后安排第二次热处 理调质处理以获得均匀细致的回火索氏体，提高零件的综合力学性能，最后根据零 件的技术要求规定、对轮齿进行碳氮共渗处理，以得到较高的表面硬度，提高其耐磨 性。 4. 辅助工序的安排 检验工序：在热处理工序后安排中间检验工序，最后安排终结，检验工序。 其他辅助工序：在各加工工序后，应安排钳工去毛刺，在最终检验前，应安排清 洗工序，最后将零件涂以 KP9 防锈油，将零件油封入库。 5、工序的组合 在确定加工顺序后，根据该工件的生产地，规模以及工件的结构特点与技术条件， 为了尽量减少工件的安装次数，在一次装夹中加工多个表面，以便保证高的表面相互 位置精度，考虑使用通通机床配以专用刀具、夹具，并采用工序集中的原则来组合工 序。这样一来确定了两套该工件的加工工艺路线方案。 方案一，见表 2-1。 表 2-1 D85 推土机齿轮加工工艺方案一 工序号工 序 内 容定位基准 10毛坯锻造 20正火处理 30 粗车外圆及端面、留余量 1-1.5mm，粗、半精镗花键底孔 至尺寸 75mm、85mm 外圆及端面 40拉花键孔 179.03mm 外圆 50钳工去毛刺 60上心轴粗车外圆、端面至尺寸花 键 孔 70检验 80滚齿（Z42，Z=33）留剃余量 0.070.10mm,花 键 孔 90齿部倒角、及各 R1 角花键孔及端面 100钳工去毛刺 110剃齿（Z42，Z33）齿公法线长度至尺寸花 键 孔 120 齿部碳氮共渗处理 KES04.015.2 标准 292952263 规范，硬 化层深 1.11.7mm，表面硬化 HRC6264 四川理工学院毕业设计(论文)说明书 9 130推孔 140磨齿至修正图尺寸要求 150表面涂 KP9 防锈油 160总检入库 方案二，见表 2-2。 表 2-2 D85 推土机齿轮加工工艺方案二 工序 号 工序名工 序 内 容 10下料 20锻造锻造并退火检查 30正火处理调质 250HB 并检查 40粗车粗车大端外圆 50粗车 用卡爪夹住粗车后的外圆表面，车端面尺寸 980.5 至 0 4 . 0 03.179 990.5，粗车外圆至 142.29，粗车小端外圆、端面、沉 0 4 . 0 29.141 孔、内孔、渐开线花键孔倒角 60粗车 三爪卡盘夹毛坯外圆，校正车端面、粗车外圆 0 4 . 0 29.141 至 180.03，粗车大端端面、沉孔、内孔、通孔、渐开线花键 0 4 . 0 03.179 孔倒角尺寸 25 至 26 70拉 拉花键孔至尺寸及其左端 1X倒角，右端深至 50mm 处倒 0 15 角 0 45 80精车 套花键心轴装夹于二顶间，精车大端外圆、端面、沉孔、内孔、齿轮倒角, 精车小端外圆、端面、沉孔、齿轮倒角；精车外圆 141.29 至图纸尺寸， 精车外圆 179.03 至尺寸，车两端面、中间台阶面至尺寸，长度 980.5 保证尺寸 40mm、25mm, 90车切中间槽 33mm 100检齿坯检验 110滚齿 工件以花键孔定位于心轴上，校正心轴按图纸要求滚 Z=42 齿。 120插齿插 Z=33 的小齿 130剃齿工件以花键孔定位于心轴上，校正心轴按图纸要求剃 Z=42,Z=33 的齿。 140齿部倒角工件以花键孔定位于心轴上，校正按图纸要求齿部倒角。 150检清洗、热处理前检验 第 2 章 加工工艺规程的制定 10 160热处理 对 A、B 齿部进行碳氮共渗处理 KE04.015.2 标准 2929522632 规范进行， 硬化层深 1.11.7mm 表面硬度 HRC6264 使其达到零件图纸要求 170推校正花键孔 180磨齿工件以花键孔定位于花键心轴上分别对其 A、B 齿按其图纸上所给要求地 其磨齿修正至尺寸，检查。 190钳去毛刺、清洗、表面涂 KP9 防锈油 200检总检入库 6、工艺方案的比校与分析 上述两个工艺方案的特点在于：方案一将工序分散，在对轮齿 A、B 用了滚、插、 剃，虽然这样呆以达到该齿的精度，但是增加了加工工序和机械装备的数量，总体上 来说就增加了该工件的制造成本，另外就是在对该齿进行碳、氮共渗处理后，A、B 齿 的齿形变形较大，需要对其按零件图纸有所给了的齿形修正细进行磨齿修正，方案二 中采用了工序集中的原则，在粗车外圆、以及端面，镗、半精镗孔时都可在车床上进 行，同时减少了装夹次数，减少了加工误差，也减少了机械加工装备，而且该工序集 中，在齿形进行了热处理后，按排了磨齿加工工序，经过二套方案的比较，以及对其 综合加工性的比较，选择方案二最为适合。 2.4工序设计 根据各原始资料、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：确定毛坯图的制订过程，确定每一工步的加工余量，计算各工序尺寸 及公差，选择各工序所使用的机床及工艺装备、确定切削用量、计算工时定额等。 2.4.1 锻件图坯的制订 1、确定机械加工余量：钢质模锻件的机械加工余量按有关标注确定时，根据估算 锻件质量、加工精度及锻件形状复杂系数，由附表可查得除孔以外各内、外表在的加 工余量。 锻件质量根据零件成品质量 6.8Kg，估算为 7.8Kg。 加工精度:零件除孔以外的各表面为一般加工精度。 锻件形状复杂系数 S 为 Sm 锻件/m 外轮廓包容体 四川理工学院毕业设计(论文)说明书 11 假设的最大直径为 183.43，长 103mm 则 M 外轮廓包容体3.14 2 R ld 密度3.14（） 18.3 2 2 10.37.8521255g21.25Kg。 M 锻件2.2Kg 所以：S0.104 2.2 21.25 按表 2-3 查得形状复杂系数 S4，一般级别为 F 表 2-3 锻件形状复杂系数 S4 级别S 数值范围级别S 数值范围 简单S10.631S30.160.32 一般S20.320.63S40.16 机械加工余量 根据锻件质量 F1、S3 查附表 1 由于表中形状形状复杂系数只列 了 S1 和 S3 则 S4 参考 S3 定，由此查得直径方向为 2.02.5mm 即锻件各外径的单面余量为 2.02.5mm，各轴向尺寸的单面余量为 2.02.5mm。 2、确定毛坯尺寸 上面查得加工余量适用于机械加工表面粗糙度 Ra1.6um 的表面则最终毛坯尺寸 见表 24 表 24 齿轮毛坯（锻件）尺寸/mm 零件尺寸单面余量锻件尺寸零件尺寸单面余量锻件尺寸 0 4 . 0 03.179 2 183.03140 1.8 143.6 0 4 . 0 29.141 2 145.29 402 及 1.843 120 1.8 123.6 252 及 1.828 3、设计毛坯零件综合图 确定毛坯尺寸公差，毛坯尺寸公差根据锻件质量，形状复杂系数，分模线形状 种类及锻件精度等级从手册中查得，查零件锻件质量为 7.8Kg，形状复杂系数 S2，材 料 20CrMnTi 含碳量为 C3.0%按表 13 查得 表 25 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总含碳量 M10.653.0% M2 0.653.0% 第 2 章 加工工艺规程的制定 12 锻件材质系数为 M1 采取平直分模线，锻件为普通精度等级，则毛坯公差可以从 附表 2，附表 3 中查得，列表 2-6 如下： 表 2-6 齿轮锻件尺寸允许偏差/mm 锻件尺寸偏差根据锻件尺寸偏差根据 183.03 +2.1 -1.1 40 +1.5 -0.7 145.29 +1.9 -0.9 附表 2 25 +1.4 -0.6 附表 2 120 +1.9 -0.9 35 +1.4 -0.4 140 +1.9 -0.9 附表 2 103.5 +1.7 -0.5 附表 3 确定圆角半径，锻件圆角半径按表 15 确定本锻件各部分的 H/B 皆小于 2 故可 用下式计算： 外圆角半径：r=0.05H+0.5 内圆角半径：R2.5r+0.5 为简化起见，本锻件的内外圆角半径分别取相同数值以最大 H 进行计算 r=10.590+0.5=4.9mm(圆整为 5) R=2.5r+0.5=12mm 表 2-7 锻件圆角半径计算 H/BrR 2 0.05H+0.52.5r+0.5 2-40.06H+0.53.0r+0.5 40.07H+0.53.5r+0.5 确定拔模角查附表 4，外起模 =5 内起模 =7 。 确定毛坯热处理方式，毛坯锻造后应安排正火，以清除残余锻造应力，并使不 均匀的金相组织通过重新结晶而得到细化、均匀组织，从而改善加工性。 2.4.2 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，不能保证零件的中工质量， 四川理工学院毕业设计(论文)说明书 13 余量过大，不但增加机械加工劳动蜈，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 20CrMnTi 硬度 HRC6264 毛坯重为 7.8Kg，生产类 型为成批采用在锻模上得到毛坯，本设计采用查表修正法，和经验估算法机结合确客 各加工表面的机械加余量，工序尺寸及 毛坯尺寸，通过计算法，确定各工序的切削用 量及工时。 1、外圆表面及左右两端面加工余量 由零件图上所给出的技术要求，和 两外圆均有较高的公差 0 4 . 0 29.141 0 4 . 0 03.179 要求，所以在执行该工序时，需进行粗车半精车精车方能达到该工件的尺寸 要求，其中小端外圆表面长度为 40mm，大端外圆表面长度为 25mm,按机械加工工 艺手册表 2.339 查得加工 外圆时要求： 0 4 . 0 29.141 粗加工后留半精加工余量 Z2.5mm 粗国外圆 留加工余量 2Z1.3mm 半精车外圆 留加工余量 2Z0.5mm 精车外圆至尺寸 0 4 . 0 29.141 按机械加工工艺手册表 2.339 查得加工 大端外圆时要求粗加工 0 4 . 0 03.179 后留半精加工余量 Z2mm 留精加工余量 Z0.7mm 即： 粗车外圆 留加工余量 2Z1.2mm 半精车外圆 留加工余量 2Z0.5mm 精车外圆至尺寸 0 4 . 0 03.179 加工左端面时按手册表 2.340 查得 Z=31 故小端毛坯长度 40+（31）mm， 且左端面的表面粗糙度要求达到 Ra3.2 和与水平面成 0 30 直径为 1130.5 深 4mm 的 台阶面与花键孔的顶孔的垂直度误差在 0.05mm 之内，所以在加工该组端面时需经粗 车半精车方能达到上述要求，查机械加工工艺手册表 2.340 得， 粗加工后留半精加工余量 Z1.5mm 粗车端而至 41.5mm 留加工余量 2Z1.5mm 半精车端面至 40mm 粗车直径为 113mm 深 3.5mm 与水平面成 0 30 的端面时，留加工余量 Z0.5mm 然后半精车至直径 1130.5mm 深 4mm 至图纸要求。 加工右端面时，按上述左端面的加工方法机械加工工艺手册表 2.340 得 Z31 故右端面毛坯长度 25+（31）mm 且表面粗糙度 Ra3.2 其中与水平而成 0 30 直径 1520.5 深 8mm 的端面与花键孔的垂直度误差在 0.05mm 之内，所以在加 第 2 章 加工工艺规程的制定 14 工该组端面时需经粗车半精车方能达到上述要求。查机械加工工艺手册 表 2.340 得粗加工后留半精加工余量 Z1.5mm 粗车端而至 26.5mm 留加工余量 2Z1.5mm 半精车端面至尺寸 25mm 粗车直径为 152 深 7.5mm 与水平面成 0 45 的端面留加工余量 Z0.5 半精车至直径 1520.5mm，深 8mm 端面至图纸尺寸。 同样粗车直径为 107mm，深 9.5mm 的端面留加工余量 Z0.5mm 半精车至直径 1070.5mm，深 10mm 端面至图纸尺寸。 2、孔加工余量的确定 工件也为阶梯孔其中 75H1185155，花键孔加工精度要求为普通级 IT11，故锻造时取统一内径，加工余量按 75 内孔查机械加工工艺手册得校正花 键孔至 75H11 至图纸尺寸 2Z0.2mm，拉花键孔 首先镗孔至 19 . 0 0 8 . 74 0 22 . 0 85 75，以左端及外圆定位，粗镗出 87 孔，距右端 26mm，然后精镗孔至 75H 019 0 11 3、齿轮轮齿表面加工余量 按零件图上 A、B 齿形修整图上所给尺寸查表修正，滚齿加工后留剃齿余量 Z=0.2mm，磨齿齿厚加工余量为 Z0.02mm。 4、其它各表面加工余量及工序尺寸详见工序卡片。 2.4.3 确定各工序所用机床及工艺装备 1、机床的选择 工序 40、50、60、80、用的是车床，在该机床上分别进行粗、半精、精加工， 查机床手册所以选用普通的 CA6140 车床即可。 工序 70、根据零件图上，花键孔的技术要求查机加工工艺手册表 3.184 选用 L6140 拉床即可。 工序 110、该工序需分别对 Z42 齿进行滚齿加工，查机械加工工艺手册 表 3.157Y3150 滚齿机即可。 磨齿机。 工序 110 该工序对齿轮进行 1的倒角，查机械加工工艺手册表 0 45 3.165YB9332 齿轮倒角机即可。 工序 13、该工序需对该齿轮碳氮共渗处理后引起的齿形误差进行修正，查机 械加工工艺手册表 3.162Y7132A 锥形砂轮磨齿机。 四川理工学院毕业设计(论文)说明书 15 2、选择夹具 该零件结构较简单。夹紧定位比较容易，又因该零件为成批生产，所以根据各加 工工序选用通用或专用夹具，夹具的精度应与工序的加工精度相适应。 3、选择刀具 在工序 40、60、80 的加工中所用机床为 CA6140，在对该零件进行外圆加工时， 选用 45 度外圆车刀，对其左、右端面加工时选用端面车刀，因为零件材料为 20CrMnTi 所以刀具材料选用硬质合金机械加工工艺手册表 4.22 得其刀具参数： 45 度外圆车刀: B16 H25 m=9 端面车刀：B16 H25 m=9 a=13 查表 4.21 硬质合金车刀粗、精加工刀尖圆角半径 r0.40.8mm, 查表 2.43 硬质合金车刀，粗车外圆和端面时： 进给量 f(mm/r) 0.8mm1.2mm 半精车时 f(mm/r) 0.25mm0.3mm 工序 7 中，要用到的孔加工刀具有：钻头、粗、粗加工镗刀，在钻毛坯孔 60 时根据表 4.3-9（GB1046-89）选用相应的硬质合金锥柄麻花钻，在镗孔 75、87 时 根据表 4.3-34 选用硬质合金套式扩孔钻，详细刀具数据见表中所示。 工序 70 中花键孔的加工时，选择后面第三章所设计的拉刀。 工序 110 中，加工 B 齿时选用第二章所设计的滚刀。 根据表 4.3-9（GB1046-89）选用相应的硬质合金锥柄麻花钻，在镗孔 75、87 时根据表 4.3-34 选用硬质合金套式扩孔钻，详细刀具数据见表中所示。 工序 7 中，要用到的孔加工刀具有：钻头、粗、粗加工镗刀，在钻毛坯孔 60 时根据表 4.3-9（GB1046-89）选用相应的硬质合金锥柄麻花钻，在镗孔 75、87 时 根据表 4.3-34 选用硬质合金套式扩孔钻，详细刀具数据见表中所示。 工序 70 中花键孔的加工时，选择后面第三章所设计的拉刀。 工序 110 中，加工 B 齿时选用第二章所设计的滚刀。 2.4.4 确定切削用量及基本工时 1、切削用量选择 粗加工切削用量的选择：以工序 10 为例， 切削用量=毛坯尺寸-（最终尺寸+精车余量）/2 =183.03（179.03+1.17）/2=1.83/2=1.415mm 第 2 章 加工工艺规程的制定 16 精加工切削用量的选择：以工序 50 为例： 切削用量=（毛坯尺寸最终尺寸）/2=1.17/2=0.585mm 2、工时定额计算 t 节=计划有效时间（min）/计划年产量 =制度工作时间有效利用系数计划年产量 =2438400.9525000=0.92644 t 机=0.462min t 服=0.2min t 休=0.1min t 换=0.1min T 单件= t 机+ t 服+ t 休+ t 换=0.462+0.2+0.1+0.1 =0.8620.92644= t 机 故合格 2.4.4.1 确定 40、60、90 工序的切削用量 工序 40、60、90 为外圆及左右端面的加工，本工序采用计算法确定切削用量。 1、加工条件：工件材料 20CrMnTi，锻造 加工要求：粗车、半精车、精车，外圆及端面，使其达到零件图上所给的尺寸公 差要求。 机床：CA6140 刀具:外圆车、端面车刀 （刀具参数详见机械加工工艺手册） 2、计算切削用量 粗车外圆，已知毛坯径向的加工余量为和考虑的拔模斜度，则毛坯径 1 . 2 1 . 1 2 9 . 1 9 . 0 2 0 5 向方向的最大加工余量为 4.2mm，但实际上，由于以后要钻花键底孔，因此端面不必 全部加工，可以留出一个 73mm 芯部待以后钻孔时加工掉，故此时实际端面加工余 量可按 Zmax3.5mm 考虑。 粗车 至 180.03 时，单边余量 Z2mm 可一次切除 0 4 . 0 03.179 3、进给量 根据机械加工工艺手册查表 2.43 选用 f=0.8mm/r 4、计算切削速度 见机械加工工艺手册表 2.4171819 Vc = Kv (2-1) Cv 其中 T60 1.5 ，0.15，0.45机械加工工艺手册表 p a v x yv f 2.4171819 Cv=235 ,kv=0.42 将其代入(2-1) Kv= MV K TV K KV K =0.690.870.7 =0.42 四川理工学院毕业设计(论文)说明书 17 Vc =1.7m/s=102m/min 5、确定主轴转速： s n = =177r/min 按机床手册选取 n=200r/min 1000Vc 3.14dw 1000 102 3.14 183.03 所以实际切削速度： v = = =115m/min 3.14dn 1000 3.14 183.03 200 1000 6、检验机床功率，主切削力按机械加工工艺手册表 2.412 所示公式计算 Fz=9.81X (2-2) nfz 60 FZ C p a XFZyFZ f nFZ V FZ K 其中204 1.0 =0.75 =0 FZ C FZ x FZ y FZ n FZ K MFZ K KrFZ K SFZ K roFZ K 0.79 0.8911 0.67 将其以上数据带入(2-2)式中 Fz1709N 切削时消耗功率 Pc 按机械工工艺手册表 2.421 PcFzV 4 10 1709115 4 10 3.28Kw 由机械加工工艺手册表 3.117 可知 CA6140 车床主电机功率为 7.5Kw，所以可以正常加工。 7、检验机床进给系统强度，已知主切削力 Fz1709N。 径向切削力 =199 ,=0.9,=0.6,=-0.3,=0.511=0.5 将以上 y F FY C FY X FY Y FY n FY K 数把代入试式 =9.81 (2-3) y F nfy 60 FY C XFY ap YFY f nFY V FY K =85N 轴向力 =294,=1.0,=0.5,=-0.4,=1.1711=1.17 X F FX C FX X FX Y FX n FX K 将以上数把代入试式 =9.81X (2-4) X F nFX 60 FX C XFY ap FX f nFX V FX K =128N 取机床导轨与床鞍之间的摩擦系数 u=0.1 则切削力在纵向进给方向对进给机构的 作用力： F=+u(+Fz) X F y F =128+0.1(1709+138) =313N 查切削手册表 13,故机床进给系统可正常工作. 8、切削工时查表 2.5-3 T= 其中=4, =0,=28 nf lll21 1 l 2 ll 第 2 章 加工工艺规程的制定 18 所以：T=0.2min 8.0 200 428 2.4.4.2 粗车外圆粗车外圆 到 142.29 0 4 . 0 29.141 粗车外圆粗车外圆 到 142.29 时=1mm,f=0.5mm/r 查 0 4 . 0 29.141 p a 表 1.6Ra=6.3,刀尖圆弧半径, s r =0.8mm 切削速度 Vc= Kv 其中 Cv Cv=242,=0.35,m=0.2.T=60 Kv=0.690.870.7=0.42 v y MV K TV K KV K 查表(2.4-17-18-19)将以上各参数代入(2-1)式v=129m/min n=283r/min d v 14.3 1000 29.14514.3 1291000 按机床说明表 3.1-18 取 n=320r/min,则此时 v=146m/min 1000 14. 3dn 1000 32029.14514. 3 切削工时 查.表 2.5-3 T= 其中 l=43，=4，=0，T=0.29min nf lll21 1 l 2 l 5.0320 443 X 2.4.4.3 粗车中间台阶面 粗车中间台阶面时=1.5,f=0.05mm/r 查表 2.4-7,Ra=6.3,切 p a 削速度： Vc=Kv 其中 Cv=291=0.2,m=0.2.T=60, Cv v y Kv= MV K TV K KV K =0.690.870.7 =0.42 查表(2.4-17-18-19)以上各参数代入(2-1)v=3.49m/s=209m/min n=539r/min d v 14 . 3 1000 6.12314.3 2091000 按机床说明表 3.1-18 取 n=560r/min,则此时 V=217m/min 1000 14.3dn 1000 5606.12314.3 切削工时 查.表 2.5-3 特性车削: t= L=d/2+,其中 d=141.29,=120, =4,fn L 1 d 1 l 1 d 1 l T=0.5min 56005.0 418.10 四川理工学院毕业设计(论文)说明书 19 2.4.4.4 车左端面 车左端面时=1.5,f=0.8mm/r 查表 2.4-3,Ra=3.2-6.3,切削 p a 速度： Vc=Kv 其中 Cv=235=0.45,m=0.2.T=60, Cv v y Kv= MV K TV K KV K =0.690.870.7 =0.42 查表(2.4-17-18-19)将上各参数代入(2-1)v =1.7m/s=102m/min n=228r/min Xd v 14 . 3 1000 29.14214.3 1021000 按机床说明表 3.1-18 取 n=250r/min,则此时 v =