机械制造技术课程设计-轴齿轮的加工工艺及钻28孔夹具设计

湖南农业大学东方科技学院课程设计说明书 课程名称： 机械制造设计基础 题目名称： 轴齿轮的加工工艺及钻28孔夹具设计班 级：20 17级 机制 专业1 班姓 名： 学 号： 指导教师： 评定成绩：教师评语： 指导老师签名： 20 年 月 日成绩评阅教师日期 内容摘要：按照题目要求，对工件的工艺要求和技术要求进行分析，通过所学的知识先选择合理的毛坯材料、外形与尺寸。并选择合理的定位基准与加工顺序。通过查找工艺手册选择并计算工件的加工余量，制定最优的工艺路线，以节省成本和工时。再对最终的工艺路线的各工序进行分析与计算其切削用量、进给量和切削速度，并计算所需工时。加工齿轮时，综合考虑选择插齿进行齿轮加工，分析其工艺性确定工件的定位与夹紧方案，再计算其定位误差和夹紧力，设计其专用的夹具。关键词：轴齿轮、加工工艺、工序、夹具；全套图纸加扣3012250582目 录1.零件的工艺分析4 1.1零件的结构特点4 1.2技术要求4 1.3加工工艺性42.毛坯的确定53.零件的基准选择64.重点工序的说明65.工艺路线的制定66.加工余量的确定77.各工序切削用量的选择及工时的计算98.专用夹具的设计19 8.1问题的提出19 8.2定位基准的选择20 8.3定位误差分析20 8.4夹紧力的计算208.5夹具设计及操作简要说明209.课程设计心得体会2010.参考文献2011.附录机械加工工艺过程卡21 附录机械加工工序卡221.零件的工艺分析1.1零件的结构特点如题目要求，所加工的零件为一个轴齿轮。其一端为一个连续的短轴径有一个键槽和另外一个零件进行配合。另一端为52.5mm、齿数为19、模数是2.5的齿轮。在齿轮的一端加工一个28mm，长度为17mm的孔，另一端也要加工32mm长为44mm，精度要求比较高的孔，在孔的一侧还要加工一个油槽。具体形状如图1-1所示。图1-1 加工零件1.2技术要求（1）轴的内圆与外圆的圆跳度不大于0.03；（2）毛坯要经过调至热处理，提高力学性能；（3）齿部表面要进行淬火处理，硬度为HRC45-48。1.3加工工艺性此零件的技术要求不高，用车床、镗床、铣床、插床就可以加工出。精度要求一般是7级或8级，而且表面粗糙度也要求不高，是一个较好加工的零件。由于大批量生产，可以使用车床进行加工。2.毛坯的确定从轴的受力分析可知，它受扭转弯曲复合作用力，由于其承受中等载荷，工作又较平稳，冲击力很小，所以可采用优质结构钢的45号钢，坯料用热轧圆钢。为了改善组织，提高力学性能，坯料要经过正火热处理。由于热轧钢是从炼钢厂直接出来的，所以尺寸是固定的。轴的精度要求不高，精车就可以达到要求。在车外圆采用粗车半精车精车的加工工艺。表2-1：毛坯的加工工艺工序名称工序间余量/mm经济精度/m表面粗糙度/m工序基本尺寸/mm标注工序尺寸公差/mm精车0.2h8Ra0.62.552.5半精车0.5h10Ra2.51052.7粗车2.8h12Ra1432053.2毛坯25656由以上工序加工余量分析，毛坯的尺寸选在56mm左右即可。毛坯图如图2-1.图2-1 毛坯图3.零件的基准选择此轴齿轮毛坯是热轧圆钢。在一开始粗加工的时候，是选用车床加工外圆、三爪卡盘进行夹紧定位的，粗车是选用圆钢的外圆作为基准的。在选用精基准时，采用互为基准进行两端的外圆进行加工，在钻孔时采用基准统一原则，加工孔时的工艺路线采用钻扩铰的加工路线，镗油槽时采用齿轮端进行定位，在加工齿轮时可采用轴心和键槽定位。4.重点工序的说明本零件的加工表面有个外圆、端面、孔、齿轮等，材料为45钢，以公差等级和粗糙度选择加工工艺。外圆加工工序：粗车半精车精车因为毛坯选用的是热轧钢，56mm的外圆未标注公差尺寸，根据GB 1800-79规定其公差等级为IT14，44mm的外圆表面粗糙度为Ra3.2um，需要粗车、半精车。40mm的外圆面，未标注公差等级，根据GB 1800-79规定其公差高年级为IT14，表面粗糙度为Ea2.5um，需粗车、半精车。齿轮的外圆面 公差等级为8级，表面粗糙度为Ra3.2um,需粗车、半精车、精车钻孔工序：钻孔扩孔铰孔28mm的孔，未标注公差等级，公差等级按IT14，表面粗糙度为Ra12.5um,需要先钻孔再扩孔，钻孔为通孔。32mm的孔，公差等级为IT7，表面粗糙度为Ra12.5um，因为已经钻出通孔，加工方法可以采取先扩孔然后再进行铰孔即可达到要求。5.工艺路线的制定工序一 粗车、半精车端面。工序二 粗车、半精车、精车外圆至52.5mmh8。工序三 粗车外圆至46mm,长度为49mm。再粗车、半精车、精车外圆44mmh7。工序四 粗车、半精车外圆40mm。工序五 切断。工序六 换头夹紧、粗车、半精车端面使齿轮宽为12mm,倒角1X45。工序七 换头夹紧，钻孔28mm。工序八 扩孔，然后再进行铰孔32mmh7，深度为44mm，倒角。工序九 换头夹紧，倒角1X45。工序十 车油槽。工序十一 铣键槽。工序十二 齿轮加工。工序十三 检验。6.加工余量的确定工艺路线拟定以后，应该定每道工序的加工余量、工序尺寸及其公差。工序尺寸是工件加工过程中，各个工序应保证的加工尺寸，工序尺寸允许的变动范围就是工序尺寸公差。工序尺寸的确定与工序的加工余量有密切关系。零件图上的尺寸和公差就是最终工序的尺寸和公差。可以用“倒推”的办法，将此尺寸加上此工序的余量，就是上一工序的工序尺寸。如图6-1可知，最大直径为52.5mm，其公差为IT8，由于坯料石热轧圆钢，其直径便不能随意拟定一个尺寸，必须根据型材规格表选取合适的直径。查【6】表2-74，选用坯料直径56mm。总的加工余量为56-52.5=3.5mm.考虑到粗、精加工分阶段进行，在粗车时应切去大部分余量，故取粗车的加工余量为2.8mm，那么精车的加工余量为总得加工余量减去粗车的加工余量，即3.5-2.8=0.7mm。图6-1 零件加工示意图40mm部位的尺寸属未标公差的尺寸，其公差等级可取IT14，精车加工余量亦可以取0.7，那么粗车的加工余量=56-40-0.7=15.3mm。各外圆表面的工序间余量，工序尺寸及公差如表6-1所示。表6-1 轴齿轮的加工尺寸加工表面工序名称工序间余量工序能达到的公差等级及其标准公差值最大极限尺寸工序尺寸及公差轴颈精车0.2IT8（0.046）52.5C、B、A半精车0.5IT10（0.12）52.7粗车2.8IT14（0.74）53.2外圆C、B粗车6.5IT14（0.62）46.0外圆C精车0.2IT7（0.025）44.0440 - 0.025 半精车0.5IT10（0.10）44.244.2粗车1.3IT12（0.25）44.744.7外圆B半精车2.0IT7（0.025）40.0粗车4.0IT12（0.25）42.042端面D半精车1.0IT11（0.19）61.0粗车3.0IT14（0.74）62.0孔E、F铰孔0.3IT7（0.025）32.032扩孔3.7IT10（0.10）31.731.7钻孔28.0IT12（0.21）28.0287.各工序切削用量的选择及工时的计算工序一: 以56外圆为粗基准，粗车、半精车毛坯的端面（1）加工条件工件材料：热轧钢（45）机床：CA6140型卧式车床夹具：三爪自定心卡盘刀具：YT5硬质合金可转位车刀 （2）确定背吃刀量：根据下料尺寸，粗车分一次走刀。粗车时，取=2mm。查【6】表15-10，f=0.60.7mm/r，取f=0.6mm/r。查【6】表15-13，切削速度的计算公式为：V=； Kv= K因为 f，取刀具的主偏角Kr=45，Kr=0查【6】表15-13，Cv=242, Xv=0.15, Yv=0.35, m=0.2, t=3600, Kmv=0.637/, Kkv=1.0,Ktv=0.65查【4】表1-2，b=0.6Gpa。所以， V=79.4m/min （3）确定机床主轴转速n=451.3 (r/min)半精车断面时分一次走刀。取=1.0mm。V=n=(r/min)（4）工时计算粗 车：T= 半精车：T=工序二：粗车外圆至53.2mm（1）加工条件工件材料：热轧钢（45）机床：CA6140卧式车床夹具：三爪自定心卡盘刀具：YT5硬质合金可转位车刀（2）确定背吃刀量：粗车双边余量为2.8mm，显然为单边余量，=2.8/2=1.4mm。（3）确定进给量在粗车钢料刀杠尺寸为BH=20mm30mm,ap 3 mm。查【6】表9-12，工件直径为60mm时，f=0.6-0.7mm/r，选择f=0.6mm/r。（4）切削速度的计算公式V=；f，取刀具的主偏角Kr=45，Kr=0.查【6】表9-17，Cv=242, Xv=0.15, Yv=0.35, m=0.2, t=3600, KmV=0.637/, Kkv=1.0, Ktv=0.65V=n=501.1(r/min)（5）工时的计算 T=半精车外圆至52.7mm（1）加工条件， 工件材料：热轧钢（45）机床：CA6140卧式车床夹具：三爪自定心卡盘刀具：YT5硬质合金可转位车刀 （2）确定背吃刀量：=0.5/2=0.25mm查【6】表15-10,取f=0.6mm/r。查【6】表15-13，Cv=242, Xv=0.15, Yv=0.35, m=0.2, t=3600, KmV=0.637/, Kkv=1.0,Ktv=0.65 V=n= 656.3(r/min)（3）工时的计算T=60650.55656.3=10.8s精车外圆至52.5mm（1）加工条件， 工件材料：热轧钢（45）机床：CA6140卧式车床夹具：三爪自定心卡盘刀具：YT5硬质合金可转位车刀 （2）确定背吃刀量:=0.2/2=0.1mm查【6】表15-10,取f=0.5mm/r 查【6】表15-13,Cv=242,Xv=0.15,Yv=0.35,m=0.2,t=3600, Kmv= KmV=0.637/,Ktv=0.65,Kkv=1.0V=n=804.4r/min（3）工时计算T=60650.5804.4=9.7s工序三：粗车外圆至46mm（1）加工条件工件材料：热轧钢（45）机床：CA6140卧式车床夹具：三爪自定心卡盘刀具：YT5硬质合金可转位车刀 ，尺寸20X30。（2）确定背吃刀量：=6.5/2=3.25mm查【6】表，f=0.3-0.4 mm/r,取f=0.3mm/r。查【6】表9-17，Cv=291, Xv=0.15, Yv=0.20, m=0.2, t=3600, Km V=0.637/, Kkv=1.0, Ktv=0.65；n=653.6 (r/min)（3）工时计算T=60490.3653.6=15s粗车外圆45mm（1）加工条件机床：CA6140卧式车床夹具：三爪自定心卡盘刀具：YT5硬质合金可转位车刀 ，尺寸20X30。（2）确定背吃刀量：=1/2=0.5mm查【6】表15-10，f=0.4-0.5mm/r,取f=0.5mm/r。查【6】表15-13，Cv=242, Xv=0.15, Yv=0.35, m=0.2, t=3600, Km V=735/, Kkv=1.0, Ktv=0.65； n=736.7 (r/min)（3）工时计算 T=60170.5736.7=2.8s半精车外圆44.2mm（1）加工条件工件材料：热轧钢（45）机床：CA6140卧式车床夹具：三爪自定心卡盘刀具：YT5硬质合金可转位车刀 ，尺寸20X30。（2）确定背吃刀量：=0.8/2=0.4mm查【6】表15-10，f=0.4 -0.5mm/r,取f=0.5mm/r。查【6】表15-13，Cv=2427, Xv=0.15, Yv=0.35, m=0.2, t=3600, Km V=0.637/, Kkv=1.0, Ktv=0.65; n=776 (r/min)（3）工时计算T=60170.5776=2.6s精车外圆44mmh7（1）加工条件工件材料：热轧钢（45）机床：CA6140卧式车床夹具：三爪自定心卡盘刀具：YT5硬质合金可转位车刀 ，尺寸20X30。（2）确定背吃刀量：=0.2/2=0.1mm，查【6】表9-16，f=0.4-0.5mm/r,取f=0.5mm/r。查【6】表9-17，Cv=242, Xv=0.15, Yv=0.35, m=0.2, t=3600, Km V=0.637/, Kkv=1.0, Ktv=0.65；n=959.8r/min)（3）工时计算 T=60170.45959.8=2.4s工序四：粗车外圆42mm（1）加工条件工件材料：热轧钢（45）机床：CA6140卧式车床夹具：三爪自定心卡盘刀具：YT5硬质合金可转位车刀 ，尺寸20X30。（2）确定背吃刀量：=4/2=2mm查【6】表15-10，f=0.4-0.5mm/r,取f=0.5mm/r。查【6】表15-13，Cv=242, Xv=0.15, Yv=0.35, m=0.2, t=3600, Km V=0.637/, Kkv=1.0,Ktv=0.65； n=641.5 (r/min)（3）工时计算 T=6030/0.5/641.5=5.6s半精车外圆40mm（1）加工条件工件材料：热轧钢（45）机床：CA6140卧式车床夹具：三爪自定心卡盘刀具：YT5硬质合金可转位车刀 ，尺寸20X30。（2）确定背吃刀量：=2/2=1mm查【6】表9-16，f=0.4-0.5mm/r,取f=0.5mm/r。查【6】表9-17，Cv=242, Xv=0.15, Yv=0.35, m=0.2, t=3600, Km V=0.637/, Kkv=1.0,Ktv=0.65；n=764.3 (r/min)（3）工时计算T=60300.4764.3=5.9s工序五：切断（1）加工条件工件材料：热轧钢（45）机床：CA6140卧式车床夹具：三爪自定心卡盘刀具：YT5硬质合金切断刀 ，取刀杆尺寸12X20，刀宽度4mm，刀头长度35mm。查【6】表15-25,15-26，f=0.13-0.16mm/r,取f=0.15mm/r。Vc=1.783m/s=107m/min,n=649.1 (r/min)（2）工时计算T=6026.250.15649.1=16.2s工序六：粗车，半精车端面使齿轮宽为12mm，倒角1X45（1）加工条件工件材料：热轧钢（45）机床：CA6140型卧式车床夹具：三爪自定心卡盘刀具：YT5硬质合金可转位车刀 （2）确定背吃刀量：根据下料尺寸，粗车分一次走刀。粗车时，取=3mm。f=0.60.7mm/r，取f=0.6mm/r。切削速度的计算公式为：V=；f，取刀具的主偏角Kr=45，Kr=0.查【6】表15-13，Cv=242, Xv=0.15, Yv=0.35, m=0.18, t=3600, KmV=0.637/, Kkv=1.0, Ktv=0.65；（3）确定机床主轴转速n=100074.73.1452.5=453.1 (r/min)半精车断面时分一次走刀。取=1mm。n= 100088.1/3.14/52.5=534.4(r/min)（4）工时计算粗 车：T=6026.250.6/453.1=5.8s半精车：T=6026.25/0.6/534.4=4.9s（5）倒角换主偏角为45的车刀，吃刀量1mm，一次走刀完成。工序七：钻孔28mm（1）加工条件工件材料：热轧钢（45）机床：Z525立式钻床夹具：专用夹具刀具：高速钢钻头查【6】表15-33，选择进给量 f=0.3mm/r ； Kv=KcvKdvKsvKmvKtvKnv查【6】表15-35,15-16，Cv=11.1, Zv=0.4,Yv=0.5,m=0.2, Kcv=0.85,Kdv=1.0,Ksv=0.8,Kmv=1.06,Ktv=1.0,Knv=1.0计算得Vc=0.48m/s=28.7m/minn=100028.7/3.14/28=326.4r/min（2）工时计算T=6061/0.3/326.4=37.4s工序八：扩孔至31.7（1）加工条件工件材料：热轧钢（45）机床：CA6140型卧式车床夹具：三爪自定心卡盘刀具：高速钢钻头W18Cr4V查【6】表15-33，15-42,选择进给量 f=0.6mm/r 选择切削速度V=22.2m/min（2）工时计算T=6044/0.6/206=21.4铰孔至32mmh7，深度为44mm（1）加工条件工件材料：热轧钢（45）机床：CA6140型卧式车床夹具：三爪自定心卡盘刀具：硬质合金机铰刀查【6】表15-43，选择进给量 f=0.6mm/r 查【6】表15-44,Cv=115.7,Zv=0.3,Xv=0,Yv=0.65,m=0.7Kcv=0.85,Kdv=1.0,Ksv=0.8,Kmv=0.637/600=1.06,Ktv=1.0,Knv=1.0计算得Vc=0.3m/s=18m/minn=100018/3.14/32=179.1r/min（2）工时计算T=6044/0.6/179.1=24.6s（3）倒角1X45倒角时，换主偏角为45的车刀，吃刀量1mm，一次走刀完成。工序九：换头夹紧，倒角1X45（1）加工条件工件材料：热轧钢（45）机床：CA6140型卧式车床夹具：三爪自定心卡盘刀具：YT5硬质合金可转位车刀工序十：车油槽（1）加工条件工件材料：热轧钢（45）机床：CA6140型卧式车床夹具：三爪卡盘刀具：高速钢车刀查【6】表15-25，取=1.0mm，选择进给量f=0.12mm/r （2）选择切削速度查【6】表15-26，v=0.91m/s=54.6m/minn=511.4r/min（3）工时计算T=603/0.12/511.4=2.9s工序十一：铣键槽（1）加工条件工件材料：热轧钢（45）机床：X52K型立式铣床夹具：专用夹具刀具：键槽铣刀（2）选择进给量：取=2.0mm，查【6】表15-51 fz=0.03mm/z 转速 n=200r/min所以：f=fz*z*n=0.03*2*200=12mm/min（3）工时计算t=14/12=1.2min工序十二：齿轮加工（1）加工条件工件材料：热轧钢（45）机床：Y5120A型插齿机夹具：专用夹具刀具：插齿刀齿轮齿面粗糙度Ra=3.2，属于7-8级精度。（2）选择加工方案插齿-齿端加工-淬火查【6】表9-107，选择圆周进给量：f=0.4mm/dst查【6】表9-108，选择切削速度： V=0.33m/s8.专用夹具的设计8.1问题的提出为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。由指导老师的分配，决定设计钻28孔的钻床夹具，选用机床：立式钻床.8.2定位分析选用轴齿轮44端面、40外圆定位，定位分析如下：1.轴齿轮44端面作为第一定位基准，与夹具体相配合限制三个自由度，即X轴转动、Y轴转动和Z轴移动。2.轴齿轮40外圆作为第二定位基准，与固定V型块相配合限制两个自由度，即X轴移动和Y轴移动。轴齿轮为回转类零件，此为钻28孔，无论工件如何绕Z轴转动，都不会影响工件的钻孔位置，故此时定位合理。8.3计算定位误差定位误差是指采用调整法加工一批工件时，由于定位不准确而造成某一工序在工序尺寸（通常是指加工表面对工序基准的距离尺寸）或位置要求方面的加工误差。当采用夹具加工工件时，由于工件定位基准和定位元件的工作表面均有制造误差使定位基准位置变化，即定位基准的最大变动量，故由此引起的误差称为基准位置误差，而对于一批工件来讲就产生了定位误差。如图1所示 图1用V型块定位加工时的定位误差当定位基准与工序基准不重合时，就产生了基准不重合误差。基准不重合误差即工序基准相对定位基准理想位置的最大变动量。定位误差指一批工件采用调整法加工，仅仅由于定位不准而引起工序尺寸或位置要求的最大可能变动范围。定位误差主要由尺寸位置误差和基准不重合误差组成。 根据相关公式和公差确定具体变动量。如图2，两个极端情况：情况1：d1=d1,d2=d2使工序基准尽可能地高得加工尺寸；情况2：d1=d1,d2=d2使工序基准尽可能地低得加工尺寸。且该工序定位误差 图2 定位误差 =O1O2+(d2-（d2-Td2)/2 =Td1/(2sina/2)+Td2/2 =0.043/2sin45+0.03/2 0.392。8.4切削力和夹紧力的计算 1.设计夹紧机构一般应遵循以下主要原则：夹紧必须保证定位准确可靠，而不能破坏定位。工件和夹具的变形必须在允许的范围内。夹紧机构必须可靠。夹紧机构各元件要有足够的强度和刚度，手动夹紧机构必须保证自锁，机动夹紧应有联锁保护装置，夹紧行程必须足够。夹紧机构操作必须安全、省力、方便、迅速、符合工人操作习惯。夹紧机构的复杂程度、自动化程度必须与生产纲领和工厂的条件相适应。选用螺栓螺母夹紧机构来对被加工工件进行夹紧。2.螺栓螺母夹紧机构的特点：结构简单，制造方便加紧可靠施力范围大；自锁性能好操；扩力比80以上，行程S不受限制；加紧工作慢，效力低。夹紧的目的：使工件在加工过程中保持已获得的定位不被破坏，同时保证加工精度。3 .夹紧力的方向的确定 夹紧力的方向应有利于工件的准确定位，而不能破坏定位，一般要求主夹紧力应垂直于第一定位基准面。 夹紧力的方向应与工件刚度高的方向一致，以利于减少工件的变形。 夹紧力的方向尽可能与切削力、重力方向一致，有利于减小夹紧力。本夹具是钻攻3M6螺纹，粗糙度不高，只有钻削一步工序