机械工艺夹具毕业设计5“汽车主动伞齿轮”的工艺工装设计.doc
机械工艺夹具毕业设计5“汽车主动伞齿轮”的工艺工装设计
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机械毕业设计论文
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机械工艺夹具毕业设计5“汽车主动伞齿轮”的工艺工装设计,机械毕业设计论文
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1 绪论 毕业设计是大学学习过程中的重要环节 ,也是学生在学校学习的最后一个重要环节。这次设计是为了进一步检验学生在学校期间的学习情况，也是在学生走向工作岗位之前的一次大的实践演习，重在培养学生综合运用所学的专业知识和基础理论知识的能力，独立解决一般机械类技术问题的能力，以及树立正确的设计思想和工作作风。经过将近历时一个学期的毕业设计，巩固了自己大学四年所学的专业知识，并且拓展了知识面，学到了许多课堂上学不到的知识，还从中掌握了一些实践经验中的技巧，在运用所学的理论知识与动手设计有机结合的过程中，提高了自己的设 计能力和实践能力，而且初步形成了自己的设计理念。 本论文设计中包括主动伞齿轮的工艺规程设计和工艺装备设计及其加工过程中的刀具和量具设计（由于时间关系和能力，只设计了木以典型工序中的刀具和量具）等。在设计时，主要以汽车主动伞齿轮的工艺规程设计和工艺装备设计这两大部分为重点。此书中具体阐述了其工艺路线，并设计了一套与之相配套的专用刀具和量具（只是某一典型工序的刀具与量具），还设计了其中典型加工工序中所需要的两套夹具。此次设计，本着力求使所设计的工件实际、实用的原则来指导设计，在整个设计过程中，尽量是设计内容向实 际加工靠拢，使设计更具科学性，更具合理性，其中所用的很多公式与参数均查阅于工厂一线的工具用书以及机械制造专业的专业技术手册。通过此次系统的动手设计，本人已初步掌握了一般零件的工艺路线的拟订，并掌握了设计一般夹具、刀具和量具的设计方法，可以说对整个机械加工过程在自己的知识领域内有了系统的认识。 在此次毕业设计过程中，得到了赵丽巍伟老师的悉心指导与帮助以及同组同学对我的设计也提出了许多宝贵的意见和建议，在此，对赵老师的指导以及同学们的帮助表示衷心的感谢。 由于自我水平有限，且此次设计涉及面广，内容覆盖面广，时间 仓促，其中一定会有这样那样的错误和不足，恳请老师批评指正和谅解。 nts2 工艺规程设计（汽车主动伞齿轮） 1.1 零件分析 1.1.1 零件的作用 该零件是汽车各种结构中一个传动结构的主传动零件，且为主动件，为主动伞齿轮。该主动伞齿轮与从动螺旋伞齿轮相配合，两个齿轮的轴线互相垂直，从而实现了力、转矩、速度、传动比的传动，多用于高速，大功率机械装置的传动，由于是已逐渐接触的方式传动，因此比较安静，有较大的强度。该零件为伞齿轮且为主动轮，在传动结构中的作用至关重要，故其加工要求、加工精度、形位精 度等要求都比较高。具体要求参照零件图。 1.1.2 零件工艺分析 由零件图知，零件的材料为 20CrMnTi。分析零件可知，该零件是主动伞齿轮，在传动中要求有较高的精度，传动时有较好的耐磨性，且轮齿根部具有较高的韧性和冲击性。型号为 20CrMnTi 的合金钢能满足这些要求，故选用该型号的钢。该零件上的主要加工面为外圆锥面、 0.0210.00265、 480.008、滚压螺纹、 滚花键、钻 2-5 孔、铣齿轮等。该齿轮与从动轮相配合传动力、速度和转矩，故齿面的加工精度要求较高；外圆 锥面和 48 面是与其它零件之间的接触平面，直接影响该零件与其它工件之间的接触精度；花键是用于联接的表面，在加工时，应有较高的精度以及强度要求；由于 5 两孔相互垂直，钻孔时应保证两孔的形位精度要求。 参考各工艺标准及切削手册的各种加工方法的经济精度，及机床能达到的位置精度可知，上述技术要求是可以达到的，零件的结构工艺性也是可行的。 1.2 确定毛坯、画毛坯图 根据材料及零件的机械性能确定毛坯的加工方法为锻造。 由设计任务书已知零件的生产纲领为 500010000 件 /年，零件的重量约为 9 ，查表知零件的生 产类型为大量生产（机械加工工艺手册第 1 卷表 5.2-1） 用查表法，根据机械加工工艺手册第 1 卷表 3.2-1 3.2-8，查外圆柱表面加工nts3 余量及偏差： 表 1.1 外圆柱表面加工余量及偏差 单位： mm 确定锻件公差和机 械加工余量的主要因素： （ 1） 锻件重量 根据锻件图的基本尺寸进行计算，并以次数据查表确定公差和余量。该零件的重量约为 9Kg。 （ 2） 复杂系数 S 由公式 1 S= (1.1) 式中 W 锻件 -锻件重量 W 外廓包容锻件 -相应锻件外廓包容件的重量 锻件形状复杂系数分为 4 级：简单（1S 0.63 1），一般 (2S 0.32 0.63),较复杂（3S 0.16 0.32），复杂（4S0.16） 。该锻件的形状复杂系数选一般。 （ 3） 分模线形状 分模线分为两类：平直分模线和对称弯曲分模线；此毛坯件外廓为不对称弯曲分模线。 （ 4） 锻件材质系数 分为1M和2M两级 1M：钢的最高含碳量小于 0.65的碳钢或合金元素的最高总含量小于 3.0的合金钢。 2M：钢的最高含碳量大于或等于 0.65 的碳钢或合金元素的最高总含量大基本尺寸 粗加工余量 精加工直径余量 偏差 65 2.3 0.2 -0.30 -0.45 48 2.3 0.2 -0.25 -0.39 45 2.0 0.2 -0.25 -0.39 27 2.0 0.3 -0.21 -0.33 端面 1.5 1 nts4 于或等于 3.0 的合金钢。 该锻件的合金元素分别为 Cr、 Mn、 Ti,它们的最高总含量小于 3.0，故材质系数为1M。 （ 5）零件的加工表面粗糙度 零件的加工表面粗糙度是确定锻件加工余量的重要依据。当加工表面的粗糙度 Ra 1.6um 时 ，其余量要适当加大。 根据以上影响机械加工余量的各因素，包括锻件重量、加工精度、锻件复杂系数及工件尺寸，查表（机械加工工艺手册第 1 卷表 3.1-56）得模锻的单边余量为 2.5mm，孔径的单边余量为 3mm。由此可画出零件汽车主动伞齿轮的毛坯图，如下图所示： 图 1.1 伞齿轮毛坯图 1.3 工艺规程设计 1.3.1 定位基准的选择 粗基准的选择 在选择粗基准时，要考虑到以下几点要求：第一，在保证各个加工表面均有加工余量的前提下，使重要的加工表面的加工余量均匀；第二，保证工件上加工表面与不加工表面之间 的位置要求，应以不加工表面为粗基准；第三，选择粗基准的表面应平整，没有浇口、冒口或飞边等缺陷，以便定位可靠。该锻件为轴类零件，在选择粗基准时，优先考虑了第一个要求，因此选了锻件的小端面为粗基准。 精基准的选择 nts5 选择精基准须满足以下要求：第一，用工序基准作为精基准，实现 “基准重合 ”，以免产生基准不重合误差；第二，当工件以某一组精基准可以方便地加工其它各表面时，应尽可能在多数工序中采用此精基准定位，实现 “基准统一 ”，以减少工序设计的费用，提高生产率，避免基准转换误差；第三，为了获得均匀的加工余量或较高的位置精 度，可遵循自为基准的原则；第四，当精加工或光整加工工序要求余量尽量小而均匀时，应选择加工表面自身为精基准，即 “自为基准 ”的原则。基于第一、第二两个原则，选择以锻件的小端面为粗基准，加工锻件的大端面即伞齿轮的大端面，再以此大端面为精基准。 1.3.2 制定工艺路线 分析零件图，依据各个所要加工面的尺寸要求、加工精度、形位精度及配合关系和技术要求，现提出以下两种工艺路线方案： 表 1.2 工艺规程方案一 工序号 工序内容 1 铣轴两端面和钻中心孔 2 粗车外圆锥面， 65 外圆， 50 外圆， 47 外圆等 3 精车外圆锥面， 65 外圆， 50 外圆， 47 外圆等 4 车面锥 5 滚花键 6 粗磨 65 外圆 7 粗磨花键外圆 8 粗磨 65 外圆 9 钻孔 2- 5 孔 10 到角 1*45o 11 在 27 外圆上滚压螺纹 M271.5-6h 12 清除铁屑 13 中间检查 00.0365， 00.0350.40， 00.0547.2514 粗铣齿轮 15 精铣齿轮 凸面 16 精铣齿轮凹面 17 将大齿轮大端面口修成 1.545o 的倒角 18 清洗毛刺 19 中间检查 20 热处理 nts6 21 精磨 65 外圆和伞齿轮背平面 22 精磨花键外圆 23 精磨 50 外圆及其端面 24 校正螺纹 25 最终检查 表 1.3 工艺规程方案二 1 模锻 2 时效处理 3 粗车外圆锥面， 65 外圆， 50 外圆， 47 外圆等 4 精车外圆锥面， 65 外圆， 50 外圆， 47 外圆等 5 车面锥， 49.5 外圆， 132 外圆 6 粗磨选用锥齿轮铣齿机床，刀具为 9，花键外圆， 50 外圆 7 滚花键 8 27 外圆上滚压螺纹 M271.5-6h 9 钻孔 2- 5 孔 10 精磨 65 外圆，齿轮背平面， 11 精磨花键外圆 12 精磨 50 外圆及其端面 13 粗铣齿轮 14 精铣齿轮 15 去毛刺 16 校正螺纹 17 热处理 18 最终检验 方案分析 方案二的工序在排列时虽遵循了 “工序集中 ”的原则，在一定程序上减少了工序。但过多的工序集中，难以保证加工精度。另一方面，考虑到该工件的生产纲领是大量生产，须保证生产效率。在方案一中，虽然工序比较分散，但由于每一工序的加工内容较少，便于流水线作业，以提高效率，降低成本。另外，方案二的热 处理 工序也不合理，该工序精磨前、粗铣后。这样不像方案二那样，若将热处理工序放在最后，这时齿轮的表面强度、硬度、刚度均有所提高，再加工齿轮比较困难，花费工时较大，工作效率降低，生产成本增大。综合以上分析，选择方案一是比较合理的。 nts7 1.3.3 选择加工设备及刀具、夹具、量具 该工件的生产纲领为 5000 10000 件 /年。除却休息日，一年中的工作时间约为 200天。若全年的最大生产量为 10000 件，那么一天的产量是 10000/200=50 件。由此知道加工设备不需要专用机床，用通用机床即可。工件在各机床上的 装卸及在各机床间的传递均由人工完成。 下面分析各主要工序中所用的加工设备及刀具、夹具、量具。 铣两端面和钻中心孔： 这是该工件的第一个工序。首先以小端面为粗基准铣大端面，之后把该大端面作为以后相关工序的精基准。这一工序很关键，涉及到后面相关工序的加工精度和形位精度等技术要求。因此，铣两端面和钻中心孔就合并在了一个工序中，这也反映了 “工序集中 ”的原则。机床选用 ZBT8216，根据金属切削手册表 6-7选择三面刃铣刀，钻具为中心钻，夹具为 V 型块，量具为卡规。 车外圆锥面和 65 等 外圆 ： 工件为轴类零件，且为阶梯轴（除去伞齿轮）。 65若选用普通车床，在车各外圆时切削量须不断调整，即浪费工时有难以保证加工精度，故选用仿形车床 CE7120。夹紧方式采用双顶尖夹紧，刀具为机夹车刀，量具为 专用 卡规、样板。 滚花键： 参考金属切削手册第二卷表 18.3-7 和 18.3-8，选用半自动万能花键轴铣床 YB6212，刀具为渐开线花键滚刀，用双顶尖夹紧，量具为渐开线花键环规。 粗磨 65 外圆： 这是普通的磨削加工，磨床采用端面外圆磨床 M120W,夹紧方式采用双顶尖夹紧，磨削工具即为砂轮，量具为卡规和百分尺。 钻 5 孔： 选用台钻 Z4006A 钻床，钻头选择直径为 5mm 的 5 麻花钻，夹具为钻床专业夹具。在钻削时要随时去毛刺清除铁屑，以避孔所在的轴外圆表面划伤，保证表面粗糙度。 滚压螺纹 M271.5-6h： 选用滚丝机床 YG3603,切削工具为滚丝轮，采用 V 型块夹紧，量具为螺纹环 规。滚压螺纹相比于切削加工具有以下优点： （ 1） 材料利用率高；（ 2） 螺纹表面能获得较细的表面粗糙度； （ 3） 螺纹强度和表面硬度均有所提高； （ 4）用滚压加工工艺，容易实现自动化，生产率高，经济效益好。此些优点正好符合此零件的加工，所以选择液压螺纹。 粗铣齿轮： 选用锥齿轮铣齿机床，刀具为 9左刃双向粗切刀片，夹具为铣床专用夹具，量规为齿轮卡规。 精铣齿轮： 选用锥齿轮铣齿机床，刀具为 9单向内切刀片，量规为齿轮卡规。 nts8 粗磨外圆、端面： 同粗磨时一样，采用端面磨床 M120W，采用双顶尖夹紧，磨削工具为砂轮，量 具为卡规和百分尺。 最终检查： 检查加工精度，形位精度。 1.3.4 确定主要表面的加工余量和工序尺寸 根据机械加工工艺手册第一卷表 3.2-2 3.2-48 确定各主要工序的加工余量及偏差；由表 4.1-9 4.1-29 确定各主要工序的经济精度；由表 4.2-4 确定各种加工方法所能达到的表面粗糙度。 工序之粗车 65 外圆： 加工余量 2Z=2.3mm,公差等级为 IT12，表面粗糙度aR为12.5um。 工序 之精车 65 外圆： 加工余量 2Z=1.5mm,公差等级为 IT9，表面粗糙度aR为6.3um。 工序之滚花键： 加工余量 2Z=0.8mm,表面粗糙度aR为 3.2um。 工序之粗磨 65 外圆： 加工余量 2Z=0.50m,表面粗糙度aR为 1.6um，精度等级是 2（ GB197-63）。 工序之钻孔 5： 直接用 5 麻花钻一次加工完成 ,公差等级为 IT12，表面粗糙度aR为 6.3um。 工序之精铣齿面： 齿厚余量 0.93mm，表面粗糙度aR为 1.6um。 工序之精磨 48 外圆： 加工余量 2Z=0.01mm,表面粗糙度aR为 0.8um。 工序之磨轴端面： 加工余量为 Z=2.3mm,公差等级为 IT11，表面粗糙度aR为3.2um。 1.3.5 加工工序设计 （ 1） 粗铣大端面 1)选择刀具 铣刀直径的大小直接影响切削力、扭矩、切削速度和刀具材料的消耗，不能任意选取。该工序是端面铣，因此根据切削宽度0d来选取刀具直径。根据切削用量简明手册表 3.1（在该工序中，所用公式和数据 如不特殊说明均来自切削用量简明手册），该工件的ea 90 ，选取刀具直径0d=100 。工件为合金钢 20CrMnTi，因此刀具采用 YT15 硬质合金端铣刀，故齿数 Z=5（表 3.15）。 2)选择切削用量 nts9 确定切削深度pa由于加工余量为 2.3 ，可一次走刀完成，那么 pa=2.3 确定每齿进给量zf根据 ZBT8216 型铣床说明书，其主轴电动机功率为 7.5Kw,选工艺系统刚度为中等，根据表 3.3，zf=0.08 0.15 /z，选取 zf=0.10 /z 选取铣刀磨钝标准及刀具寿命 T 根据表 3.7，铣刀刀后面最大磨损量为 1.2 。根据表 3.8，确定刀具寿命 T=180min 确定 切削速度cV和每分钟进给量fV根据表 3.15 ，当0d=100 ，pa=2.5 ，zf=0.10 /z 时，tV=212m/min,tn=706r/min,ftV=248 /min。 各修正系数为： Mvk=Mnk=Mvk=1.27 tvk=tnk=tvk=0.65 aek=aenk=aevk=1.0 故 cV=tV vk=2121.270.651.0 =175m/min n=tn vk=7061.270.651.0=582r/min fV=ftV vk=2481.270.651.0=205 /min 根据 ZBT8216 型铣床技术参数，选择 n=520r/min, fV=220mm/min。因此，实际切削速度和每齿进给量为 (1.2) fx= 0.08mm/z (1.3) 检验机床功率 根据表 3.23，已知 20CrMnTi 的 HBS=156 159，抗拉强度为540MaP,故 MPa /HBS=560/160,pa=2.5 , ea 90 时， Pc =3.1Kw 根据 ZBT8216 型铣床技术参数，主电动机的总功率为 Pc =7.5kw。因 Pc Pc ，所以确定的切削用量可以采用，即pa=2.5 ， n=520r/min，cV=182m/min, zf=0.08 /z, nts10 fV=220mm/min。 3）计算基本工时 tm= （ 1.4） 式中， L=l+y+ ,l=90 。根据切削用量简明手册表 3.26，查得入切量和超切量 y+ =30，那么 L=90+30=120 ，故 tm =120/220=0.55min （ 2）粗车 65 外圆 1） 选择刀具 选刀杆尺寸 BH=16 25 2） 选择切削用量 确定背吃刀量pa前面经查表知毛坯的单边余量为 2.5 ,在这里取粗车加工 余量为 2 ，可以一次走刀完成，故 pa=（ 70-60） /2=2 确定进给量 f 根据切削用量简明手册表 1.4（在该工序中，所用公式和数据如不特殊说明均来自切削用量简简明手册），在粗车时，当刀杆尺寸 BH=16 25，pa=2 ，及工件直径为 70 时， f=0.5 0.9,这里选 f=0.6 /r 选择车刀磨钝标准及刀具寿命 T 根据表 1.9，车刀后刀面最大磨损量取为 1 ，那么车刀寿命 T=60min 确定切削速度cV切削速度cV可根据公式算出，也可直接有表中查出。由表1.10，当用 YT15 硬质合金车刀加工抗拉强度b=540aMP钢料（该工件材料为 20CrMnTi,抗拉强度为 0.54GaP） ,进给量为 f=0.6 /r，切削深度为pa=2 时，切削速度为tV=138m/min。 由表 1.28 查得切削速度的修正系数为Tvk=1.0，Mvk=1.0，Svk=0.8，tvk=1.0，故 4/6 10FVcc cV=tvVk=1381.01.00.81.0=110M/min 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 05 0 2 / m i n3 . 1 4 7 0V cnrD 5 （ 1.5） nts11 根据 CE7120 车床的技术参数，选择 nc =510r/min 这实际切削速度cV为 3 . 1 4 7 0 5 1 01 1 2 / m i n10001000Dn cVmc （ 1.6） 检验机床功率 切削功率由公式计算 Pc = 4/ 6 10FVcc （由金属切削简明手册表 1.29）。有表 1.19，当b=540MaP，pa=2 ， f=0.6 /r,cV=112m/min 时，主切削力 Fc=1200N。切削力 Fc的修整系数ckrF=0.94 ，0crFk=1.0 （由表 1.28 ），所以 Fc=12000.941=1128N 。故 5 1 1 2 8 1 1 22 . 1446 1 0 6 1 0FVccP K wc （ 1.7） 根据 CE7120 车床的技术参数，主电动机最大功率maxP=17Kw 或 22Kw。因为 PcmaxP，所以所选的切削用量可 CE7120 机车上进行。 3） 计算基本工 5 Ltmnf（ 1.8） 式中 L=l+y+ ,l=48 ,根据表 1.26，车削时入切量及超切量 y+ =2.7 ，则L=48+2.7=50.7 。故 5 5 0 . 7 0 . 1 7 m i n5 1 0 0 . 6Ltm nf （ 3）滚花键加工 1）选择刀具 零件上的花键为渐开线花键，根据零件图要求，参照机械加工工艺手册第二卷第十八章之 3.1 节渐开线花键的规格尺寸及结构，选用压力角为 30 ，模数为 8 的 型渐开线花键滚刀，其外径 de =112 ，孔径 D=40 ，全长 L=112 。 2）选择切削用量 确定进给量 fa 因花键配合精度要求较高，故选为精加工。由第二卷表 17.3-18选用进给量 fa =1.5 /r 走刀次数 S（切削深度）选择 整个加工一般不超过 2 3 次。因为花键的加工精度要求比较高，故选择走刀次数 2 次。 nts12 滚刀耐用度 T 的选择 由表 17.3-10 选择滚刀耐用度 T=240min。 切削速度 V 由表 17.3-19 和 17.3-20，当模数为 8 ， fa =1.5 /r 时，切削速度 V =35m/min。各修整系数为 1vk=1.25，2vk=0.9，3vk=1.0，4vk=0.75，5vk=1.2 故 V= V1vk 2vk 3vk 4vk 5vk5 （ 1.9） =351.250.91.00.751.2 =34.5m/min 检验机床功率 切削功率可按下列公式计算 mP= 5 0 .6 5 1 .14 2 1 0afD式中 af工件每转进给量 /r D花键轴大径 将af=1.5 /r,D=47 代入得 mP= 5 0 . 6 5 1 . 14 2 1 0 1 . 5 4 7 =0.038Kw 3)机动时间mt的确定 滚切花键的机动时间为 5 ()120l l ltmn f ka（ 1.10） 式中 l 花键长度 1l滚刀切入长度 （由表 18.3-19 查得1l=22 ） 2l滚刀切出长度 （一般取 3 5 ） N键数 （由零件图知 N=14） Vsq 滚刀每分钟转数 r/nin af 滚刀进给量 /r k滚刀头数 （取 k=2） 其中100000Vnda， 0da 为滚刀直径，代入数据得 0n =101r/min 分别将各数据代入得 nts13 ( 6 0 2 2 4 ) 1 43 . 9 7 / m i n1 0 1 1 . 5 2tmm （ 4）粗磨 50 外圆 1）磨具选择 根据加工条件，选择代号为 P2A 的双凹面砂轮。由机械加工工艺手册第二卷（在该工序中，所用公式和数据如不特别说明均来自该书）表 13.2-18，令其外径为 100 ，厚度为 20 。 2）磨削用量选择 合理选择磨削用量，对磨削加工质量、精度和生产率均有很大的影响。 确定砂轮速度sV由公式（参见第二卷13 5P ） 1000 60dnssVs m/s （ 1.11） 式中 ds 砂轮直径 sn砂轮速度 r/min 已查得 ds=100 ，令sn=5700r/min，将数据代入得 3 . 1 4 1 0 0 5 7 0 03 0 /1 0 0 0 6 0 0V m ss 工件速度 Vs 工件速度与砂轮速度有关，其速度比 q=Vs /Vw 。一般外圆直径取为 q=60 150，这里取 q=120。则 Vw =Vsq=30/120=15m/min 纵向进给量速度 Vf一般根据经验公式，纵向进给量 fa=（ 0.3 0.7） bs （ bs 为砂轮宽度）。在这里， bs =20 ，令 Vf=0.420=8 。那么 0 . 3 / m i n1000fnawVmf 磨削深度 ap根据经验值取 ap=0.02 （参见第二卷13 71P ）。 纵向磨削力 Ft磨削力的计算没有统一算法，现依据以下经验公式（参见第 2卷136P） F C a V V f bt F p s w a s （ 1.12） 自表 13.1-4 中查得系数分别为 CF=21, =0.5, =0.9, =0.4, =0.6, =0。 nts14 将各系数代入得 0 . 5 0 . 9 0 . 4 0 . 62 1 0 . 2 3 0 1 5 8 1 . 4 2tFN 4） 检验机床功率mP主运动消耗的功率为 1000FVtsPm Kw （ 1.13） 式中 Ft 切向磨削力 N Vs 砂轮速度 m/s 将数据代入公式得 1 . 4 2 3 00 . 0 4 31000P K wm 根据 M120w 型磨床的技术参数，电动机总功率为 Pm =4.525Kw。因mP3，故应乘孔深系数 klf=0.88，则 f=(0.14 0.18)0.88=0.12 0.16mm/r,取 f=0.14mm/r 确定钻头磨钝标准及寿命 T 由表 2.12，当0d=5 时，钻头 后刀面最大磨损量取为 0.6 ，寿命 T=15min。 确定切削速度 V 由表 2.14，已知工件的材料为 20CrMnTi，强度为b=540Mpa，则工件的加工性属于 6 级。 由表 2.13，当加工性属 6 级， f=0.14mm/r, 0d=5 时 ,Vc=14 /min。 由表 2.31 查得切削速度的修正系数为： kTv =0.58， kMv =0.82， ktv =1.0， klv =0.74，故 1 4 0 . 5 8 0 . 8 2 1 . 0 0 . 7 4 5 / m i nV V k mcv （ 1.15） nts15 1 0 0 0 1 0 0 0 53 1 8 / m i n3 . 1 4 50Vnrd （ 1.16） 检验机床扭 Mc 矩及功率 P 根据表 2.20，当0d=5 ， f=0.14mm/r 时 ,扭矩 Mt=2.69NM。又扭矩的修正系数为kMM =0.88， kwM =1.0，故 2 . 6 9 0 . 8 8 1 . 0 2 . 3 7M M k N mc t m gg （ 1.17） 根据机械加工工艺手册第二卷表 10.4-11 查得功率公式为 30 0MVcP K wdg（ 1.18） 把各数据代入得 2 . 3 7 5 0 . 0 7 93 0 5P K w 根据 Z4006C 钻床的技术参数，知计算所得 Mc和 P 均小于额定扭矩和最大功率，故所选的切削用量均可采用。 3）计算基本工时 TmLTm nf （ 1.19） 式中 , 2 7L l y l ，入切量及超切量由表 2.29 查得 y =2.5 。故 2 7 2 . 5 0 . 6 6 m i n3 1 8 0 . 1 4tm （ 6）滚压螺纹 2 7 1 .5 6Mh 1)选择滚丝轮 确定滚丝轮直径 滚丝轮直径越大，滚压越平稳，滚丝轮的寿命越长，但不能超过滚丝机床允许的最大滚丝轮直径。即 D D dm （ 1.20） 式中 D 计算滚丝轮线数所用的直径 Dm 机床允许的滚丝轮最大直径 （参见表 16.6-24。注：本工序计算过程中所用公式、数据除特别说明外均来自机械加工工艺手册第 1 卷）。 d 被滚压螺纹的公称直径 nts16 由表 16.6-24 查得本工序中滚压螺纹时所用机床型号为 Z28-80，查得 Dm=150 ，又 d =27 ，代入得 1 5 0 2 7 1 2 3D m m 。 滚丝轮线数 n 的计算（取整数） 2Dn d （ 1.21） 式中 2d螺纹中径 将数据代入得 5n 滚丝轮宽度 B 的计算 计算公式为 2 ( 2 3 )B l C Pw : （ 1.22） 式中 lw 工件螺纹最长度 C滚轮端部倒角 P螺距 由表 16.6-22 查得 C=2.5o ,又 lw =1.5 ，代入得 2 8 2 2 . 5 3 1 . 5 3 7 . 5B m m 2）选择切削用量 滚压速度选用 工件材料为 20CrMnTi，其强度b=540Mpa，由表 16.6-25 查得V=40 70m/min,使 V=50m/min。 滚丝轮进给速度 f 选用 当 P=1.5 ，b=540Mpa 时，由表 16.6-29 查得进给速度 f=0.12 /r。 滚压时间的选用 在这里滚压所用时间主要受滚压螺纹时工件持续转数确定。当 P=1.5 ，b=540Mpa 时，由表 16.6-30 确定工件持续转数为 11。 滚压压力计算 径向力： 2321()1() c o s21D d dssF K b ZrwE D D （ 1.23） 切相力： 2trF K F（ 1.24） 式中 nts17 s工件材料屈服强度 2/N mm E 工件材料弹性模量 2/N mm 2D滚丝轮中径 1D滚丝轮小径 wZ工件螺纹线数 工件螺纹牙型角 b 工件螺纹牙顶或牙底宽度 12,KK系数 根 据 机 械 工 程 材 料 手 册 金 属 手 册 第 5 版表 4-17 查得s835 2/N mm , E =1080 2/N mm ,又知1 2 2 0 1 3 3 . 0 3 0 . 4 8 7 1 2 9 . 6 4 3D D h m m ，wZ 5, =60o ,b=0.286 , 1K =3.5, 2K =0.08,代入得 Fr 117615N tF=0.06117615=9409N （ 7）粗铣齿轮 用普通分度头，在卧式铣床或立式铣床上加工直齿锥齿轮。主要操作步骤如下： 1） 调整分度头倾角：将分度头扳起一个跟锥角f。 2） 铣刀对中：用切痕法使铣刀廓形的对称线对准齿坯的中心。 3） 调整切削深度：以大端为基准，将工作台声高一个大端全齿高就可以铣齿槽中部。 4） 精铣大端面两侧余量：由于直齿锥齿轮成型铣刀的厚度是按锥齿轮小端面的齿槽厚度设计的。所以齿槽中部铣好后，齿轮大端面还有一定加工余量。 铣齿槽两侧面时，须逐个加工。如果先铣齿槽的右侧面，则可将已经铣好齿槽中部的齿坯逆时针旋转一个角度 。 角度按下公式计算 Z （ 1.25） 式中 与刀号和节锥距与齿面宽之比 R/b 有关的基本旋转角 Z被加工齿轮齿数 由表 17.10-4 查得 =33.9o ，又 Z=13。将数据代入公式得 nts18 3 3 . 9 2 . 613 o o 为了使齿轮大端面齿厚达到规定的数据，再齿坯转动 角度后，还要将横向工作台移动一个距离 S，然后才能铣出槽的右侧齿面。工作台横向移动量 S 的计算公式如下 2TS mx （ 1.26） 式中 T 铣刀中径处的厚度 m 模数 x 与刀号和比值 R/b 有关的系数 nts19 2 工艺装备设计（汽车主动伞齿轮） 2.1 夹具设计 2.1.1 钻 25 孔夹具设计 （ 1）研究原始材料明确设计任务书 由任务书可知此零件的生产纲领为 5000 10000 件 /年，属大批量生产。从零件图和工艺过程简表上知， 5 孔的加工精度要求不是很高，用 5 孔的麻花钻一次加工即可完成。但两个孔的形位精度有要求，即两孔的轴线夹角为 90o ， 这一点在设计夹具时很重要。在钻孔时，根据加工要求和生产纲领选择合适的衬套与钻套。设计夹具时，在考虑定位问题时的要考虑到所加工工件的形状是一阶梯轴类零件。 （ 2）确定定位夹紧设计方案 确定夹具设计方案时，应根据夹具设计的基本原则，即 “在确保零件的加工质量的基础上，结构尽量简单，操作方便高效，制作成本低廉 ”， 进行综合分析。 在分析零件结构特点、尺寸精度、形位精度、配合关系等因素的基础上，根据六点定位原则，结合实际、加工精度的要求，来确定定位方案。所钻的两个 5 孔在 27外圆上，那么夹紧体不能离 27 端面太远，否则元件刚度不够，难以保证加工精度。又因为零件为一阶梯轴类零件，在夹具中应用定心套定位，以便保证轴线精度。在 45 孔所在 27 轴的另一端须加上一似 V 型块的支承件，使支承件靠紧伞齿轮背端面。这样即起到了支承作用，又起到了定位作用。支承件靠在伞齿轮背端面上，这样就限制了 Xt 方向的自由度，另外 它还限制了 Yt 、 Zt 方向 的自由度。定心套在夹紧力的作用下，除了限制了 Yt 、 Zt 方向 的自由度外，关键还限制了 Y) 、 Z) 方向 的自由度。这样只剩下了 X) 方向的自由度没有限制。而两个 5 孔的轴线夹角为 90o ，需要一定位器来保证两孔的形位精度。这样在限制了 5 个自由度的情况下，恰能使零件的加工满足设计要求。定位夹紧基准 ， 如图 2-1 所示 nts20 图 2.1 定位加紧基准简图 （ 3）确定并设计导向元件 为了迅速、准确地确定刀具与夹具的相对位置，钻模上设置了引导刀具且防止刀具在加工过程中发生偏移的元件 钻模套。根据加工孔的数目及加工的位置特殊性，在设计时用了两个钻套，并在装配时使其中心线相互垂直，用以保证被加工孔的位置精度及提高工艺系统的刚度。 零件的生产纲领是 5000 10000 件 /年，属大批大量生产，所以钻套磨损很快，为了方便更换磨损的钻套，选用可换钻套。如图 2-2 所示，为了避免钻模板的磨损，在可换钻套与钻模板之间按 76Hr 的配合，并用螺钉加以固定，防止在加工过程中因钻头与钻套内孔的摩擦使发生移动，或退刀时随刀具升起，以影响加工质量和磨损刀具。钻套下端面应与工件加工表面间留有一定的距离尺寸，以利于在钻削时工件的排屑。安装钻模时，首先用装在主轴上的钻头插入钻套以校正钻模位置，然后将其固定。这样可以保证钻床主轴轴线与钻套孔轴线的同轴度，即可以减少钻套的磨损，又可以保证孔有较高的位置精度。 1.夹具体 2.螺钉 3.钻套 4.衬套 图 2.2 钻套 nts21 （ 4）计算夹紧力， 设计夹紧机构 由于工件的质量不大，产量为批量生产，考虑到加工精度要求不是很高，故采用手动夹紧 用固定手柄压紧螺钉。压紧螺钉具有以下特点： 结构简单； 扩力比大； 自锁性好； 行程不受限制； 夹紧动作舒缓。压紧螺钉与定心套的螺纹孔相配合，往下旋转螺钉时，便给了工件一个径向的夹紧力，在支撑件和夹具体的共同作用下，实现了对工件的夹紧。 由机床夹具设计（王启平主编）查得夹紧件是螺钉时的夹紧力为 0t a n ( ) t a n122QLWd （ 2.1） 式中 W 夹紧力 N Q 原始作用力 N（一般取 80 100N） L 作用力臂 （一般取 L =14 0d ） 0d 螺纹中径 螺纹升角（ 取 =3o ） 1 螺纹处摩擦角（取 1 =20o ） 2 螺杆端部与工件的摩擦角 螺杆端部与工件（或压角）的当量摩擦半径（螺杆端部为球面时 =0） 把以上数据代入公式得 6600WN 为了保证工件的装夹安全可靠，应将理论夹紧力乘以安全系数 K。考虑到切削力的变化和工艺系统变形等因素，一般 K=1.5 3。那么实际所需的夹紧力为 2 . 5 6 6 0 0 1 6 5 0 0W K W N g (5)夹具体的设计 在夹具体上，要安放组成该夹具所需要的各种元件、构件、装置，并且还要考虑便于装卸工件以及在机床上的固定。因此夹具体的形状 和尺寸应满足一定的要求，它主要取决于工件的外廓尺寸和各类元件与装置的布置情况以及加工性质等要求。 夹具体的设计应满足以下基本要求： 1）有足够的强度和刚度 在加工过程中，夹具体要承受切削力、夹紧力、惯性力，以及切削过程中产生的冲击和振动，所以夹具体应有足够的刚度和强度。因此，夹具体nts22 要有足够的壁后，并根据受力情况适当布置加强筋或采用框式结构。一般加强筋厚度取壁后的 0.7 0.9 倍，筋的高度不大于壁后的 5 倍。 2）减轻重量，便于操作 在保证一定的强度和刚度的情况下，应该尽可能地使夹具体体积小、重量轻。在不影 响刚度和强度的地方，如果可能应该开窗口、凹槽，以便减轻重量。 3）安放稳定、可靠 夹具体在机床上的安放应稳定，以免加工工件时发生振动或移动而影响工件的加工质量。对于固定在机床上的夹具应使其重心尽量低；对于不固定在机床上的夹具，则其重心和切削力的作用点应落在夹具体在机床上的支承范围内。夹具越高，支承面积越大。为了使接触面积接触紧密，夹具体底面中部一般应挖空。 4）结构紧凑、工艺性好 夹具体结构应尽量紧凑，工艺性好，便于制造、装配。夹具体上最重要的加工表面有三组：夹具体在机床上定位部分表面；安放定位元件的表面；安放对刀和导向装置或元件的表面等。夹具体的结构应便于这些表面的加工。 5）尺寸稳定，用一定精度 夹具体制造后应避免发生日久变形。为此铸造夹具体，要进行时效处理；对于焊接夹具体，要进行退火处理。铸造夹具体的壁后过渡要和缓、均匀，以避免产生过大的铸造残余应力。夹具体各主要表面要有一定的精度和表面粗糙度要求，特别是位置精度。这是保证工件在夹具体中加工精度的必要条件。 6）排屑方便 在加工过程中产生的切屑，一部分要落在夹具体上。若切屑积累过多，将影响工作安装可靠性，因此夹具体在设计结构时应考虑清除切屑方便。 综合分析后，方案采用铸造夹具体的钻床夹具。此方案安装稳定，拆装方便，制造工艺性好，铸件的抗压强度刚度和抗振性都较好。 （ 6）绘制夹具装配总图 装配图中的支承件，用两个销定位后再用四个螺栓固定在夹具体上。为了增加夹具体的刚度和强度，在夹具体的底端加上了两块筋板。装配夹具时，先将可换钻套装入定心套。将与定心套周向的衬套装配到夹具体上后，将已装配好的可换钻套的定心套与衬套相配合装配到夹具体上。这时，用大螺帽套在定心套上旋紧，然后拧上带固定手柄的压紧螺钉。之所以用两个大螺母拧紧，是为了防止夹具体松懈，起到了机械预 紧的目的。这样，夹具装配总图就完成了，见图 2-3 所示。 nts23 1.定心套 2.螺钉 3.衬套 4.钻套 5.衬套 6.夹具体 7.衬套 8.螺钉 9.支承 10.螺钉 11.销 12.螺帽 13.垫圈 图 2.3 钻床夹具 （ 7）标注尺寸和公差配合 1)夹具体的最大轮廓尺寸为： 350 220 264 2）可换钻套与衬套的配合取 76Hg ，定心套与衬套取 76Hg ； 3）定心套与衬套的配合取 87Fh，定心套与小衬套的径向配合取 87Fh； 4）衬套与夹具体的配合取 76Hr ，定位器衬套与夹具体的配合取 76Hn 。 2.1.2 车面锥夹具设计 （ 1）零件工艺过程及车面锥工序图分析 分析零件图和工序图，根据加工内容、尺 寸要求、技术要求等初步确定夹具体形状、定位夹紧元件、夹紧方式。 （ 2）定位基准的选择和定位元件的确定 由工序简图知，锥面尺寸与伞齿轮背端面有关。而伞齿轮的背端面又与台阶有关，因此选取台阶作为定位基准，能满足基准统一原则。在这儿，采用了双顶尖定位。两个顶尖分别顶在了零件的中心孔。这样两个顶尖就限制了 Xt 、 Yt 、 Zt 、 Y) 、 Z) 方向的自由nts24 度，只剩下 X) 方向的自由度。由于加工方向是圆周方向，所以没有限制 X) 方向自由度是合理的 。 （ 3）夹紧装置的确定 1）车夹具对夹紧装置的要求 设计车夹具时，除了考虑一般要求外，还要考虑到车削加工的特点。车削加工时工件高速旋转，所以工件除了受切削力外，由于有质量偏心而产生较大的离心力。故为了防止工件脱离定位元件甚至飞出机车造成事故，必须使夹紧更加可靠 ，应采用夹紧力较大且自锁性能好的夹紧装置。 2）选择夹紧力的方向和作用点 夹紧力的方向应指向支承面，使夹紧可靠、稳定。夹紧力的作用点不宜施加在锥面附近，否则夹紧装置容易碰刀，既限制了车刀的活动路线，又妨碍了视线。另一方面，夹紧力的作用点又不能施加于锥面的对立端，否则在加工时工件不稳定。所以，夹紧力的作用点就选择在 47 外圆距离锥面较近的一端。这样，即可以避免上述缺点，又能防止工件飞出，保证安全生产。 3）夹紧装置形式的选择 车削加工的一个明显特点是工件高速 旋转，并且夹紧装置和工件在高速旋转的情况下产生较大的离心力。离心力问题是设计车床夹具无法回避的问题，处理得当，它有利于夹紧工件；处理不当，它会对工件的车削加工造成影响。根据车削加工的这一特点，按照离心力的特点，设计了卡爪离心夹具。其示意图如图2.4 所示。 1.卡爪 2.卡爪轴 3.工件 4.销轴 图 2.4 车床夹具主视图 nts25 该夹紧装置采用了三个卡爪，均匀分布在卡盘上。卡爪开槽中的销轴固定在卡盘上，卡爪可以沿槽的方向作径向往复移动。卡爪轴固定在卡爪上，这样可以使卡爪连同卡爪轴沿 周向摆动。卡爪轴和销轴之间沿径向有一偏心距，当卡盘逆时针旋转时，卡盘启动的瞬间，卡爪由于惯性它要以销轴为圆心作逆时针转动。卡爪转动，卡爪与工件相接触的点到销轴的距离增大，于是工件被夹紧。旋转时产生的离心力公式 2F mR n （ 2.2） 式中 F 卡爪产生的离心力 N m 卡爪质量 R 卡爪旋转时的当量半径 m n 工件转速 r/m
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