齿轮零件的数控加工工艺规程及数控工序的加工程序并上机实践设计书.doc

齿轮零件的数控加工工艺规程及数控工序的加工程序并上机实践设计书1、 零件的分析（一）零件的作用（二）零件的工艺分析2、 工艺规程设计（1） 确定毛坯的制造形式（2） 基面的选择（3） 表面加工方法选择（4） 制定工艺路线（5） 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定（6） 确定切削用量及基本工时三、编程总结参考文献序言机械制造工艺学课程设计，是我们在学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业课之后进行的。这也是我们在进行毕业设计之前对所学各课程作的一次综合性复习，也是一次理论联系实际的训练，它在我们们四年的学习中有着很重要的地位。对我来说，希望能通过运用机械制造工艺学课程中的基本理论以及在生产实践中学到的实践只是，正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及工艺路线的安排，工艺尺寸确定等问题，保证零件的加工质量。学会使用手册以及图表资料，掌握与本设计有关的各种资料的名称、出处，能够有大致的了解。由于个人能力有限，设计尚有许多不足之处，恳请老师给予指导！本设计书包括： 零件图：大齿轮 一张 零件的毛坯图 一张 机械加工仿真图 一张 机械加工工艺过程卡 一张 机械加工工序卡 九张 工装设计任务书 一张 课程设计说明书 一份1、 零件的分析 (一）零件的作用 首先要认识到大齿轮是轮缘上有齿能连续啮合传递运动和动力的机械元件。题目所给定的零件是圆柱齿轮减速器的大齿轮，通过键与轴固定在一起，主要作用是用来传递动力和改变转速以及旋转方向。（二）零件的工艺分析1、齿轮基准端面对基准孔轴线的端面圆跳动公差为0.016mm。2、键槽两端面对基准孔轴线的对称度公差为0.020mm。3、该齿轮的加工平面有内孔 58H7，大外圆245.394（IT11)以及其端面，小外圆90以及其端面，环槽孔35，还有台阶面，键槽16Js9。其中主要加工表面为内孔58H7，大外圆245.394以及其端面。4、58H7内孔的表面粗糙度为Ra=1.6m，齿面的表面粗糙度为Ra=1.6m，245.394外圆面和齿轮两端面的表面粗糙度为Ra=3.2m，键槽两侧面表面粗糙度是Ra=3.2m，键槽底面表面粗糙度为Ra=6.3m，其余表面的粗糙度均为Ra=12.5m.5、齿坯热处理，在齿坯粗加工前后安排预先热处理，其主要目的是改善材料的加工性能，减少应力，为以后淬火时减少变形做好准备。齿坯热处理有正火和调制，经正火的齿轮，淬火变形虽然较调制齿轮大些，但加工性能较好，滚齿工序中刀具磨损较慢，加工表面粗糙度较细。齿坯正火安排在粗加工之前。6、轮齿热处理，经渗碳淬火后芯部有较高的韧性，及耐磨又能承受冲击载荷，渗碳工艺比较复杂，热处理后齿轮变形较大，对高精度齿轮需进行磨齿，齿圈工艺安排为滚齿-淬火-磨齿，在磨余量达到标准值。由以上分析可知，对于这些加工表面而言，可以先加工其中一组表面，然后借助于专用夹具加工另一表面，并且保证它们之间的位置精度要求。零件图如下：二、工艺规程设计（一）确定毛坯的制造形式1.毛坯类型选择零件材料为45钢，考虑到减速器的齿轮在运行过程中经常承受交变载荷及冲击性载荷，零件结构简单，力学性能要求一般，故选择毛坯使用锻件，以便使金属纤维尽量不被破坏，保证零件工作可靠。2、选择毛坯制造方法毛坯类型为锻件，又因批量生产，故选择毛坯制造方法为模锻。 3、确定毛坯余量 1）初步确定余量 零件质量：W=V=11.15kg； 复杂系数：根据零件形状及尺寸估计复杂系数为：S1或S2 查表确定余量Z0=2.5mm。 2）确定余量 锻件质量：W件=14.88kg； 包容体质量：W包=25.3kg； 复杂系数S：S=，在一般范围内，确定复杂系数为S2； 材质系数M：因为该材料为45钢，属于M1级； 零件加工表面粗糙度：Ra1.6m； 确定毛坯余量及公差： 确定余量：查锻件内外表面加工余量表，查得径向余量范围：2.0-2.5mm，根据实际加工方法、批量生产，以及工件的形状等因素，将毛坯余量适当扩大，最终取径向余量为4mm，长度余量范围：2.0-2.5mm，取单边Z0=2.5mm，与初选余量相同；内孔余量取2mm。 确定公差：由锻件长度、宽度、高度公差，查得长度偏差分别为，按照双向对称标注公差原则转换为：1.25；查表锻件的宽度公差，外圆直径尺寸偏差为，内孔直径尺寸偏差为，按照双向对称标注公差原则转换为：1.8，1.1.（二）基面的选择基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，不但使加工工艺过程中的问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。 1、粗基准的选择对像圆柱齿轮减速器的大齿轮这样的零件来说，选择好粗基准是至关重要的。选择粗基准时必须考虑定位准确，夹紧可靠以及夹具结构简单，操作方便。为了保证定位准确，夹紧可靠，首先应选用的粗基准尽可能平整，光洁和有足够大的尺寸，不能选择分型面作为粗基准，对此齿轮来说，为了保证大外圆245.394的端面对孔58H7轴线有公差0.016mm的端面圆跳动要求加工时，在一次装夹中完成内孔，大外圆以及其端面加工，再以大端面为基准车出小端面。2、精基准的选择 主要考虑基准重合问题，定位基准精度对齿轮加工精度影响很大，为了保证齿轮加工余量，齿轮加工应根据“基准重合”原则选择齿轮的装配基准和测量基准为定位基准，而且整个加工过程中保证基准的统一，应以轴线为精基准。（三)表面加工方法选择1、内孔58H7，Ra1.6m粗镗（IT11/Ra12.5m)-半精镗（IT9/Ra3.2m）-精镗(IT7/Ra1.6）。 2、外圆245.394(IT11，Ra3.2m）粗车（IT11/Ra12.5m）-半精车（IT8/Ra3.2m）。 3、端面60（IT11，Ra3.2m）。粗车（IT11/Ra12.5m）-半精车（IT8/Ra3.2m）。 4、轮辐90、210（IT11，Ra12.5m）：粗镗（IT11/Ra12.5m)。 5、孔6-35（IT11，Ra12.5m）：扩孔（IT11/Ra12.5m)。 6、键槽160.021（IT9，Ra3.2m）62.3（IT11，Ra6.3）：铣键槽。 7、齿形面（IT7，Ra1.6m）：滚齿（IT9/Ra6.3m）-粗磨齿（IT7/Ra1.6m）。（四）制定工艺路线制定工艺路线的处发点，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。在生产纲领已确定为大批量生产的条件下，可以考虑采用万能型机床配以专用工夹具，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。 工序顺序：锻造-正火-齿坯粗加工-齿坯半精加工-齿形粗加工-齿圈调制-齿轮内孔精加工-齿圈精加工。工艺路线方案：1下料选取249.39mm63mm的毛坯2热正火3车粗车右端面249.39、钻中心孔4车粗车毛坯外圆至635车精外圆至60、精车右端面245.396钻钻孔577车精车内孔至588镗镗轮辐633，然后精加工至359插插键槽10定总长定总长11车倒出轮廓所有倒角12滚在245.39外圆上滚齿，保证加工尺寸13热齿面高频淬火14钳打去毛刺15检验检验零件是否达到要求16入库入库 （五）机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定“大齿轮”零件材料是45钢，硬度HB170210，生产类型为批量生产，故采用模锻毛坯。加工余量大小，要按加工要求求定。余量过大不仅浪费金属，而且增加金属切削时，增大机床和刀具的负荷。但余量过小则不能修订前一工序误差造成局部切不到的情况，影响加工质量，甚至在成废品。根据上诉原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：1、 大外圆表面(245.394mm)考虑其加工长度是65mm，为简化模锻毛坯的外型，现直接取其外圆表面直径为249.39mm，245.394表面为自由尺寸公差，加工经济精度为IT11，只要求粗车-半精车，此时直径余量2Z=4mm已能满足加工要求。 2、外圆表面沿轴线长度方向的加工余量长度方向的余量查表，得单边余量Z=3mm。3、内孔58H7该内孔的精度为IT7，参照工艺手册得工序尺寸及余量：粗镗57 2Z=1mm半精镗57.8 2Z=0.8mm精镗58 2Z=0.2mm 4、环槽孔（6-35）扩孔：35 2Z=2mm 5、58H7孔的外端面根据加工精度及粗糙度，要求达到Ra=3.2m，要经过粗车和半精车达到要求。查表得，内孔余量取2mm，内孔直径尺寸偏差为+1.7/-0.5，按照双向对称标注公差原则转换为1.1，即外端面为921.1。（6） 确定切削用量及基本工时工序3-9粗车端面，车外圆，镗内孔，本工序采用计算法。 1、加工条件工件材料:45钢正火，模锻。加工要求：车249.394mm端面、外圆，镗内孔56mm机床：CK6140卧式车床刀具：端面车刀，刀片材料YT15，刀杆尺寸4040mm2，Kr=90，0=15，0=12，r0=0.5mm。 2、计算切削用量 （1）粗车端面1）由于工件是锻造毛坯，轴线长度方向的加工余量为2.5mm，而端面的粗糙度为Ra3.2m，分两次走刀，吃刀深度ap1.5mm。2）进给量f=0.4mm/r3) 计算切削速度 耐用度t=60min。 V=105.8（m/min）4） 机床主轴转速 n=135.1(r/min)按机床选取转速nw=125r/min所以实际切削速度v=97.89m/min （2)粗车外圆 1）切削深度：单边余量Z=2mm。Ap=1.5mm 2）进给量：考虑刀杆尺寸，工件直径及规定的切削深度，选f=0.8mm/r。 3）计算切削速度 V=89.46m/min 4）确定机床主轴转速 n=114.25r/min 按机床选取nw=125r/min 所以实际切削速度 Vw=97.9m/min 5)校验机床功率 由表1.24查得单位切削功率 P0=3.4kw 切削功率的修正系数，=1，故实际切削 时的功率为P0=3.40.89kw=3.026kw。根据车床ck6140说明书，当n0=125r/min时，车床主轴允许功率PE=7.5kw， 且P0PE。故所选择的切削用量可在此机床上进行。最后决定的车削用量为:Ap=1.5mm f=0.8mm/r n=125r/min v0=97.9m/min 6)切削工时 式中L=，l=60mm，根据表1.26，车削时的入切量及超切量 ，则L=60+1=61mm。故min （3)镗内孔 因为内孔58H7的粗糙度为Ra1.6，需要进行粗/精加工。 1）粗镗 选用刀具为YT5硬质合金、直径为20mm的圆形镗刀。 1.粗镗孔至57mm，切削深度=1mm。 2.当粗镗钢料，镗刀直径为20mm，ap2mm，镗刀伸出长度为100mm时，进给量：查表得到f=0.2mm/r 3.确定切削速度 按表1.27的计算公式确定 V= 式中，Cv=291，m=0.2，Xv=0.15，yv=0.2，T=60min，kv=0.90.80.65=0.468 则 V=82.85m/min 车床转速n： n=462.9（r/min） 按机床上的转速选择 n=450r/min 实际切削速度v=1.34m/s 切削工时： （min）=46.67（s） 2)半精镗 1.经过粗镗后，尺寸达到，半精车尺寸达到57.8，即切削深度 ap=0.8mm。 2.进给量：f=0.1mm/r 3.切削用量v=189.25m/min 则车床转速； n=1039.4（r/min） 选择机床的转速 n=1120r/min=18.7r/s 实际切削速度v=3.39m/s 切削工时： （min）=45s 工序7 精镗 1.半精镗后，工序尺寸及偏差为，精车过后，内孔达到 ，切削深度ap=0.2mm 2.进给量f=0.04mm/r 3.切削速度v=391.8m/min=6.53m/s 则车床转速： n= =35.86（r/s） 按机床的转速 n=1400r/min 实际切削速度v=4.25m/s 切削工时： 5.8（min） 工序5/6 半精车端面，外圆，镗轮辐 倒角 （1）. 半精车端面 1.确定切削深度ap=1mm。 2.确定进给量f 根据表1.6及车床进给量，选择f=0.3mm/r 3.选择车刀磨钝标准及耐用度 根据表1.9，车刀后刀面最大磨损量为0.5，耐用度T=60min 4. 确定切削速度v 根据表1.10，当用YT15硬质合金车刀加工钢料，ap=1mm，f=0.3mm/r， 切削速度v=156m/min。 切削速度的修正系数为，其余修正系数 均为1，故 V=1561.180.810.8m/min=119.3（m/min） n=154 .2r/min按机床的转速，选择 n=160 r/min=2.67 r/s则实际切削速度v=2.06 m/s。 （2）半精车外圆 1.确定切削深度ap=0.5mm. 2.确定进给量f 根据表1.6及车床进给量，选择f=0.3mm/r。 3.选择车刀磨钝标准及耐用度 根据表1.9，车刀后刀面最大磨损量为0.5，耐用度T=60min 4. 确定切削速度v 根据表1.10，当用YT15硬质合金车刀加工钢料，ap=0.5mm，f=0.3mm/r， 切削速度v=156m/min。 切削速度的修正系数为，其余修正系数 均为1，故 V=1561.180.810.8m/min=119.3（m/min） n=154.2 r/min 按机床的转速，选择 n=160 r/min=2.67 r/s 则实际切削速度v=2.06 m/s。 5.校验机床功率 根据表1.24，当ap=0.52mm，f0.3mm/r， v162m/min时，pc=2.4kw。 根据车床ck6140说明书，当n0=160r/min时，车床主轴允许功率 PE=7.5kw，且P0PE。故所选择的切削用量可在此机床上进行。 最后选择的切削用量为 ap=0.5，f=0.3mm/r，n=160r/min，v=2.06 m/s 6.计算基本工时 根据表1.26，=2mm，故L=60+1=61mm =1.27min（3） 镗轮辐因为轮辐粗糙度为Ra12.5，则只需要粗镗就可以。1） 镗轮辐 1.粗镗至90mm，切削深度=1mm。 2.当粗镗钢料，镗刀直径为20mm，ap2mm，镗刀伸出长度为50mm时，进给量：查表得到f=0.08mm/r 3.确定切削速度 按表1.27的计算公式确定 V= 式中，Cv=291，m=0.2，Xv=0.15，yv=0.2，T=60min，kv=0.90.80.65=0.468 则 V=99.5m/min 车床转速n： n=352.14（r/min） 按机床上的转速选择 n=320r/min 实际切削速度v=1.51m/s 4.切削工时： （min）=64.45（s） 2）镗轮辐 1.粗镗至210mm，切削深度=1mm。 2.当粗镗钢料，镗刀直径为20mm，ap2mm，镗刀伸出长度为50mm时，进给量：查表得到f=0.08mm/r 3.确定切削速度 按表1.27的计算公式确定 V= 式中，Cv=291，m=0.2，Xv=0.15，yv=0.2，T=60min，kv=0.90.80.65=0.468 则 V=99.5m/min 车床转速n： n=150.89（r/min） 按机床上的转速选择 n=160r/min 实际切削速度v=1.76m/s 4.切削工时： （min）=129（s） （4）倒角 选用45硬质合金车刀 1）倒角2.545 进给量f=0.1mm/r 切削速度v=0.4m/s 车床转速n=2.2 (r/s) 按机床选取n=150r/min 切削工时 =1.25mm 1=3mm =34(s) 2)倒角245 进给量f=0.1mm/r 切削速度v=0.4m/s 车床转速n=1.42 (r/s) 按机床选取n=80r/min 切削工时 =1mm 1=3mm =62(s) 另一倒角和上述相同，只需将直径d=210即可。 工序8 扩孔6-35 选用机床：Z550立式钻床， 刀具：直径35的硬质合金扩孔钻 1.毛坯经锻造后，形成33的孔，需要一次扩孔，切削深度ap=1mm。 2.进给量由表2.10 f=0.9-1.1，再参考钻床进给量表，取f=0.9mm/r。 3.切削速度v=kv 式中Cv=16.5 Zv=0.6 Xv=0.2 =0.3 m=0.25 T=50min kv=0.84 则 v=kv=0.84=45.41m/min 5.机床转速n=7（r/s） 按机床选取n=351r/min 所以实际切削速度v=38.57m/min 6.切削工时 L=l+y+ 钻孔入切量和超切量y+ =13 L=15+13=28 = =0.09min 工序9 滚齿 齿端倒角1)滚齿 1.切削用量 选用标准的高速钢单头滚刀，模数m=3mm，直径63，可以采用一次走 到 切至全深。工件切齿表面粗糙度为Ra1.6m，根据切削用量简明手册， 工件每转滚刀轴向进给量f=0.8-1.0mm/r。按Y3150型滚齿机的进给量， 选f=0.83mm/r。2. 切削速度 式中， Cv=364，T=240min, f=0.83mm/r m=3mm mv=0.5 xv=0.5 yv=0.35 Kv=0.80.8=0.64 =24.08m/min 3.主轴转速 n=121.7 r/min 根据Y3150型滚齿机主轴转速，选n=135r/min=2.25r/s 则 实际切削速度v=0.45m/s 4.切削功率 加工时的切削功率按下式计算 式中 =124 ypc=0.9 xpc=1.7 upc=-1.0 qpc=0 f=0.83 m=3mm d=63mm Z=79 v=26.7m/min kpc=1.2 Pc=0.35kw Y3150型滚齿机的主电动机功率p=3kw因PcPe，故所选择的切削用量可在 该机床上使用。 5.加工基本时间 式中 B=60mm =8634 z=79 q=1 n=1.72 r/s f=0.83 mm/r L1=21mm T=4704s2）齿端倒角145选用Y9350倒角机 45铣刀 进给量f=0.1mm/r 切削速度v=0.7m/s 车床转速n=54.08 (r/min) 按机床选取n=55r/min 切削工时 =0.5mm 1=3mm =78(s) 工序12 磨齿 选用M131W外圆磨床 将齿轮磨到标准值工序10 拉键槽选用L6120卧式内拉床 和宽度B=16mm的键槽拉刀将键槽拉出，再用铣刀 将键槽铣到标准值。 所选刀具为直柄键槽铣刀，铣刀直径d=16mm，宽度L=28mm，齿数z=20.由于加工钢料的在600-1000mpa之间，故选前角，后角0=12（周齿）0=6（端齿）。 一直铣削宽度为60mm，铣削深度为ap=4.3mm。机床选用X62型卧式铣床。铣床功率为7.5kw，工艺系统刚性为中等，查得每齿进给量f=0.06-0.1mm/z，现取f=0.07mm/z。 查表得，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为0.6mm，耐用度T=60min。 决定切削速度v，根据表3.27中公式计算 V= 式中 Cv=48，qv=0.25 Xv=0.1 yv=0.2 uv=0.3 Pv=0.1 m=0.2 Kv=1.0 V=13.5 m/min n=268.7r/min 按机床选取n=235r/min 实际转速v=11.8m/min 工作台每分钟进给量为fm=0.0