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齿轮轴零件的机械加工工艺夹具设计-铣键槽,齿轮轴,零件,机械,加工,工艺,夹具,设计,键槽
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本科毕业设计（论文）题目：齿轮轴零件的机械加工工艺与夹具设计 齿轮轴零件的机械制造工艺与夹具设计摘 要齿轮轴零件的主要作用是支撑回转零件、实现回转运动并传递转矩和动力。齿轮轴具备传动效率高、结构紧凑和使用寿命长等一系列优点，是通用机械特别是工程机械传动中的重要零件之一。齿轮轴加工材料、热处理方式、机械加工工艺过程的优化，将对提高齿轮轴的加工质量及寿命有着重要借鉴意义。本文“齿轮轴”零件进行了机械制造工艺规程设计和铣键槽专用夹具设计。本设计首先分析了齿轮轴零件的作用和加工工艺性，然后进行工艺规程设计，最后是铣键槽专用夹具设计。齿轮轴零件的机械综合性能要求较高，一般选择锻件作为毛坯。合理安排工艺路线，划分加工阶段对保证零件加工质量至关重要。使用夹具可以缩短辅助时间，提高劳动生产率，保证加工精度，稳定加工质量，降低对工人的技术要求，扩大机床工艺范围。本文对所设计的专用夹具进行了精度校核和定位误差分析，对夹具的设计质量也进行了评估。关键词：齿轮轴；工艺分析；工艺规程设计；夹具设计Machining Process Planning and Fixture Design of The Gear Shaft AbstractThe main function of the gear shaft is to support rotating parts, achieve rotary motion and transfer torque and power. Gear shaft has a series of advantages, such as high transmission efficiency, compact structure, long service life and so on. It is one of the important parts in the general machinery, particularly the engineering machinery transmission. The optimization of the gear shafts machining materials, thermal treatment method and machining process will have great significance on the machining quality of the gear shaft and the service life. This paper discussed the machinery manufacturing process planning and fixture design of milling key of a gear shaft The paper firstly analyzed the function of the gear shaft and its mechanical properties, and then planned the machining process, finally, the fixture design. As gear shaft requires the higher machinery comprehensive properties, we usually select the forgings as the forging blank. It is very important for ensuring the processing quality of the gear shaft to arrange the process routereasonably and divide the processing stage. Using Fixture can reduce theauxiliary time, increase productivity, ensure machining accuracy, stabilize the processing quality, reduce the technical requirements for workers and expand the technology range of machine tool. In this paper, special fixture was checked for precision and was analyzed for the positioningerror.The quality of fixture design was evaluated too.Key Words: Gear shaft; Process analysis; Process planning Design; Fixture designI 目 录 1 绪论.1 1.1论文综述.1 1.1.1课题背景.1 1.1.2研究意义.1 1.1.3国内外相关研究情况.2 1.2课题基础知识. .31.2.1 零件的作用 .31.2.2 机械制造工艺相关知识 .3 1.2.3 机床夹具设计基础知识 .62 轮轴零件的机械制造工艺规程设计 .8 2.1 零件的工艺性分析及生产类型确定 . 8 2.1.1 零件的加工工艺性分析 . .8 2.1.2 确定零件的生产类型 .10 2.2 选择毛坯，绘制毛坯图. 11 2.2.1 选择毛坯种类及制造形式 . 11 2.2.2 确定毛坯尺寸及机械加工余量 . 13 2.2.3 设计毛坯图. 15 2.3 选择加工方法，拟定工艺路线 . 15 2.3.1 定位基准的选择. 15 2.3.2 零件表面加工方法的选择 . 16 2.3.3 加工阶段的划分. 17 2.3.4 工序的集中和分散 . 18 2.3.5 工序顺序的安排. 18 2.3.6 确定工艺路线 . 19 2.3.7 加工设备及工艺装备的选择. 22 2.3.8 工序间余量和工序尺寸的确定 . 23 2.3.9 切削用量及基本时间定额的确定. 273 齿轮轴零件铣键槽专用夹具设计 . 39 3.1 明确设计要求、收集设计资料 .39 3.2 确定夹具结构方案 . 40 3.2.1 确定定位方式，选择定位元件 . 40II 3.2.2 确定工件夹紧方案，设计夹紧机构 . 41 3.2.3 确定夹具其他辅助定位部分. 42 3.2.4 确定夹具总体结构和尺寸 . 43 3.3 绘制夹具总图 . 44 3.4 绘制夹具零件图. 44 3.5切削力和夹紧力的计算.45 3.6 夹具精度校核及质量评估. 464 结论.47致谢. 48参考文献.49III1 绪论1.1 论文综述1.1.1 题目背景机械制造工艺对产品的质量控制起着重要作用，夹具是能够使产品按一定的技术要求准确定位和牢固夹紧的工艺装置，它的主要用于保证产品的加工质量、减轻劳动强度、辅助产品检测、展示、运输等。1.1.2 研究意义随着科学技术的不断进步，夹具已从一种辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备。机床夹具在机械加工中起着重要的作用，所以应用十分广泛。归纳起来有以下几个方面的作用：保证工件的加工精度，稳定产品质量；提高劳动生产率和降低加工成本；改善工人劳动条件；在流水线生产中，便于平衡生产节拍。本设计是在我们学完了大学的全部基础课程、技术课程以及全部专业课之后进行的。此次的设计是对大学期间所学各课程及相关绘图软件的一次深入的综合性复习，也是使我们综合运用所学过的基本知识与基本技能去解决专业范围内的工程技术问题而进行的一次基本训练。我们在完成毕业设计的同时，也培养了我们正确使用技术资料、国家标准、有关手册、图册等工具书，进行设计计算、数据处理、编写技术文件等方面的工作能力，也为我们以后的工作打下了坚实的基础。本次设计的目的在于： （1） 培养综合分析和解决本专业的一般工程问题的独立能力，拓宽和深化所学知识。 （2） 培养树立正确的设计思想、设计思维，掌握工程设计的一般程序、规范的能力。 （3） 培养正确地使用技术知识、国家标准、有关手册、图册等工具书，进行设计计算、数据处理、编写技术文件等方面的工作能力。 （4） 培养自己进行调查研究、面向实际、面向生产，向工人和工程技术人员学习的基本工作态度、工作作风和工作方法。 （5） 熟悉齿轮轴零件加工工艺过程和掌握夹具设计的方法步骤，为以后从事相关的技术性工作打下坚实的基础。 （6） 通过对齿轮轴零件的机械制造工艺设计，使我们在机械制造工艺规程设计，工艺方案论证，机械加工余量计算，工艺尺寸的确定，编写技术文件及查47阅技术文献等各个方面得到一次综合性训练。初步具备设计一个中等复杂程度零件工艺规程的能力。 （7） 能根据被加工零件的技术要求，运用夹具设计的基本原理和方法，拟定夹具设计案，完成夹具机构设计，初步具备设计出高效、省力、经济合理并能保证加工质量的专用夹具的能力。 （8） 通过零件图、装配图的绘制，使我们进一步熟练三维造型软件（本文主要用的是Solidworks）和 AutoCAD 的使用）。学会先建好三维模型，再转化为二维工程图这一制图方法。熟悉和掌握我国相关的制图标准和要求。本次设计的主要内容为：首先认真分析已给定的齿轮轴零件图纸，明确相关技术要求和加工质量要求，在读懂图纸的基础上，利用Solidworks绘制该齿轮轴的三维模型；然后根据图纸上相关要求等确定该零件的生产类型，本次设计的零件属大批量生产。其次，对零件进行工艺分析，确定毛坯类型和制造方法，齿轮轴的材料为20CrMnMo,拟采用以锻造的形式进行毛坯的制造，然后设计两套不同的工艺路线方案，分析两套方案的优劣并根据实际生产条件和相关要求确定最终方案，完成机械加工工序设计，进行必要地经济分析。最后，对铣键槽进行夹具装配图及主要零件图的设计，对夹具进行精度校核并对其设计质量进行评估。1.1.3 国内外相关研究情况夹具从产生到现在，大约可以分为三个阶段:第一阶段主要表现在夹具与人的结合上，这时夹具主要是作为人的单纯的辅助工具，是使加工过程加速和趋于完善；第二阶段，夹具成为人与机床之间的桥梁，夹具的机能发生了变化，它主要用于工件的定位和夹紧，人们越来越认识到夹具与操作人员改进工作及机床性能的提高有着密切的关系，所以对夹具引起了重视；第三阶段表现为夹具与机床的结合，夹具为机床的一部分，成为机械加工中不可缺少的工艺装备。发展现状、趋势：(1) 现代机械制造技术的现状，在产品设计方面，普遍采用计算机辅助产品设计(CAD)、计算机辅助工程分析(CAE)和计算机仿真技术；在加工技术方面，已实现了底层(车间层)的自动化，包括广泛地采用加工中心(或数控技术)、自动引导小车(AGV)等近10余年来，发达国家主要从具有全新制造理念的制造系统自动化方面寻找出路，提出了一系列新的制造系统。如计算机集成制造系统、智能制造系统、并行工程、敏捷制造等；(2) 机械加工工艺的未来发展趋势， 集成化的发展趋势、 微纳化发展趋势、自动化发展趋势、数字化发展趋势。随着机械工业的迅速发张，对产品的品种和生产率提出了愈来愈高的要求，使多品种，中小批生产作为机械生产的主流。为了适应机械生产的这种发展趋势，必然对机床夹具提出了更高的要求。特别像推动架零件的加工还处于落后的阶段。在今后的发展过程中，应大力推广使用组合夹具、半组合夹具、可调夹具，尤其是成组夹具。在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精度、高效、模块组合、通用、经济等方向发展。1.2 课题背景知识1.2.1 零件的作用 本设计所采用的是某厂提供的一根输入齿轮轴。齿轮轴零件的主要作用是支撑回转零件、实现回转运动并传递转矩和动力。齿轮轴零件是将齿轮部分和轴做成一体无需键配合的一种常见机械零件。齿轮轴具备传动效率高、结构紧凑和使用寿命长等一系列优点，是通用机械特别是工程机械传动中的重要零件之一。齿轮轴的工作能力一般取决于轴的强度和刚度，转速高时还取决于轴的振动稳定性。该齿轮轴主要作用是和相啮合的齿轮一起传递运动和速度，要求传动平稳。轴55 mm 圆柱面处有圆弧形的键槽，主要是通过键和其他部件相连。轴的两端各有两个深20mm的螺纹孔M10。轴的中间部位为斜齿轮部分，主要传递运动和动力。1.2.2 机械制造工艺相关知识a. 基本概念 （1）生产过程是指从原材料到产品出厂的全部劳动过程。 （2）机械加工工艺过程是机械产品生产过程的一部分，是对零件采用机械加工的方法直接改变毛坯的形状、尺寸、和表面质量等，使之成为合格零件的过程。 （3）工序是指一个（或一组）工人在一个工作地对一个（或同时对几个）工件连续完成的那一部分工艺过程。 （4）安装是指如果在一个工序中需要对工件进行几次装夹，则每次装夹下完成的那一部分内容称为一个安装。 （5）工位是指在工件的一次装夹后，工件（或装配单元）与夹具或设备的可动部分一起相对刀具或设备的固定部分所占据的每一个位置称为工位。 （6）工步是指在加工表面（或装配时的连接表面）和加工（或装配）工具不变的情况下，所连续完成的那一部分工序称为工步。 （7）走刀是指切削刀具在加工表面上切削一次所完成的工步内容，称为一次走刀。 （8）生产纲领是在计划期内生产的产品产量和进度计划。 （9）生产类型是指企业（或车间、工段、班组、工作地）生产专业化的程度分类。一般分为单件生产、成批生产和大批量生产三种类型。b. 机械加工工艺规程 （1）机械加工工艺规程有：机械加工工艺过程卡片、机械加工工序卡片、标准零件或典型零件工艺过程卡片、单轴自动车床调整卡片、多轴自动车床调整卡片、机械加工工序操作指导卡片、检验卡片等。 （2）制定工艺规程的基本要求是：在保证产品质量的前提下，能尽量提高生产率和降低成本，并充分利用现有生产条件，保证工人具有良好而安全的劳动条件。 （3）制定工艺规程的步骤：1)收集和熟悉制定工艺规程的有关资料图样，进行零件的结构工艺性分析；2)确定毛坯的类型及制造方法；3)选择定位基准；4)拟定工艺路线；确定各工序的工序余量、工序尺寸及其公差；确定各工序的设备、刀具、夹具、量具和辅助工具；确定各工序的切削用量及时间定额；确定主要工序的技术要求及检验方法；进行技术经济分析；编制工艺文件。c. 机械加工工艺规程制定中应注意的问题 （1）选择零件毛坯时，主要考虑下列因素：零件的材料（包括牌号及标准号）及其机械性能、零件的结构形状及外形尺寸、生产纲领、生产条件、积极推广应用新工艺、新技术和新材料。 （2）基准是用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的那些点、线、面。从设计和工艺两个方面看可分为设计基准和工艺基准两大类。工艺基准又可进一步分为工序基准、定位基准、测量基准和装配基准。定位基准又有粗基准和精基准之分。 （3）粗基准的选择原则有：保证相互位置要求的原则、保证加工表面加工余量合理分配的原则、粗基准不重复使用的原则、便于工件装夹的原则。 （4）精基准的选择原则有：基准重合原则、基准统一原则、自为基准原则、互为基准原则、便于装夹的原则。 （5）加工经济精度是指在正常加工条件下（采用符合质量标准的设备、工艺装备和标准技术等级的工人，不延长加工时间），所能保证的加工精度和表面粗糙度。 （6）选择加工方法时考虑的主要因素：工件的加工精度、表面粗糙度和其他技术要求，工件材料的性质，工件的形状和尺寸，生产类型、生产率和经济性，本厂设备、人员情况等。 （7）根据精度要求的不同，整个工艺过程可划分为：粗加工阶段、半精加工阶段、精加工阶段、光整加工阶段、超精密加工阶段。划分加工阶段的原因主要有：1) 保证加工质量；2) 合理使用机床设备；3) 便于及时发现毛坯缺陷，避免精加工表面损伤；4) 便于安排热处理工序，使冷、热加工配合协调。 （8）机械加工工序的安排原则：1) 基面先行；2) 先粗后精；3) 先主后次；4) 先面后孔。 （9）热处理工序在工艺路线中的安排，主要取决于零件的材料和热处理的目的。预备热处理安排在机械加工之前；去除内应力的热处理安排在粗加工之后，精加工之前；最终热处理安排在精加工前后，变形较大的热处理应安排在精加工之前，变形较小的热处理应安排在精加工之后；表面的装饰性镀层和发蓝工序一般安排在工件精加工后；电镀工序后应进行抛光，耐磨性镀铬则放在粗磨和精磨之间。 （10）辅助工序包括检查、检验工序、去毛刺、平衡、清洗工序等，检验工序是主要的辅助工序。除了在每道工序中操作者自检外，还必须在下列情况下安排单独的检验工序：1)粗加工阶段结束后；2)关键工序前后；3)零件从一个车间转到另一个车间前后；4)零件全部加工结束之后。 （11）工序组合的原则：1)大批大量生产、零件结构叫复杂，适于采用工序集中地原则，对一些结构简单的产品，也可采用分散的原则。成批生产宜采用适当集中的原则，单件小批生产适于采用工序集中的原则；2)产品品种较多，又经常变换，适于采用工序分散的原则；3)零件加工质量、技术要求较高时一般采用工序分散的原则；4)零件尺寸、质量较大，不易运输和安装的，应采用工序集中地原则。 （12）选择设备时应考虑下列问题：1)机床的精度与工序要求的精度相适应；2)机床的规格与工件的外形尺寸，本工序的切削用量相适应；3)机床的生产率与被加工零件或产品的生产类型相适应；4)选择的设备尽可能与工厂现有条件相适应。 （13）加工余量是指加工过程中所切除的金属层厚度。加工余量可分为加工总余量（毛坯余量）和工序余量。加工总余量等于各工序余量之和。影响工序余量的因素有：1)上工序的各种表面缺陷和误差因素，包括表面粗糙度和缺陷层、尺寸公差和形位公差；2)本工序加工时的装夹误差。确定加工余量的方法有：分析计算法、查表法、经验估算法。 （14）工艺装备的选择包括确定各工序所需的夹具、刀具和计量器具等。夹具主要根据生产类型和加工要求来确定。刀具的选择主要取决于各工序所采用的加工方法、加工表面的尺寸、工件材料、加工精度和表面粗糙度要求，生产率和经济性等。计量器具主要根据生产类型和工件的加工精度来选取。d. 时间定额与提高劳动生产率的工艺途径 （1）时间定额TT 包括：基本时间Tm、辅助时间Ta 、布置工作地时间Ts、休息与生理需要时间Tr、准备与终结时间。单件和成批生产的单件时间定额：TT=Tp+ =Tm+Ta+Ts+Tr+ （1.1） 大批量生产的单件时间定额：TT=Tm+Ta+Ts+Tr （1.2） （2）提高劳动生产率的工艺途径有：1)缩短时间定额。缩短基本时间的措施有：提高切削用量和减少切削行程长度；缩短辅助时间的措施有：采用先进夹具、提高机床的自动化程度、采用先进的检测手段等直接缩短辅助时间，使基本时间与辅助时间重合等。2)推广应用新工艺和新方法。3)提高机械加工自动化程度。e. 工艺过程的技术经济分析 （1）工艺成本是指生产成本中与工艺过程有关的那一部分费用。按照与年产量的关系分为可变费用V和不变费用C。 （2）若工件的年产量为N，则工件的全年工艺成本S（元/年）为： S= VN+C （1.3）单件工艺成本 ： SP=V+ （1.4）1.2.3 机床夹具设计基础知识在机械制造的各个加工工艺工程中，必须使工件在工艺系统中处于正确的位置，以保证加工质量，并提高生产效率。把为了使工件处于正确位置上所使用的各种工艺装备称为夹具，如检验夹具、焊接夹具、装配夹具等。在机床上对工件进行切削加工时，为了保证加工精度，必须正确地安放工件，使工件相对于刀具和机床占有正确的位置，这一过程称为“定位”。为了保证这个正确位置在加工过程中稳定不变，应该对工件施加一定的夹紧力，这个过程称为“夹紧”。这两个过程总称为“安装”。在机床上实现安装过程的工艺装备，就是“机床夹具”。机床夹具的种类很多，其中，使用范围最广泛的是通用夹具，如车床上用的三爪自定心卡盘和铣床上用的平口虎钳等。这类夹具的规格尺寸已经标准化，由专业厂家进行生产。而用于批量生产，专门为工件某加工工序服务的专用夹具，则必须由各个制造厂自行设计制造。由于专用夹具的设计制造在很大程度上影响加工质量、生产率、劳动条件和生产成本，因此，它是各机械制造厂新产品投资、老产品改进和工艺更新中的一项重要生产技术准备工作，也是每一个从事机械加工工艺的技术人员必须掌握的基础知识。机床夹具在机械加工中起着重要的作用，所以应用十分广泛。归纳起来有以下几个方面的作用： （1）保证工件的加工精度，稳定产品质量。夹具在机械加工中的基本作用就是保证工件的相对位置精度。由于采用了能直接定位的夹具，因此，可以准确地确定工件相对于道具和机床切削成形运动中的相互位置关系，不受或者少受各种主观因素的影响，可以稳定可靠地保证加工质量。 （2）提高劳动生产率和降低加工成本。提高劳动生产率，降低单件时间定额的主要技术措施是增大切削用量和压缩辅助时间。采用机床夹具，既可以提高工件加工时的刚度，有利于采用较大的切削用量，又可以省去划线找正等工作，使安装工作的辅助工时大大减小，因此能显著地提高劳动生产率和降低成本。 （3）改善工人劳动条件。采用夹具后，工件的装卸显然比不用夹具方便、省力、安全。使用专用夹具安装工件，定位方便、迅速，夹紧可采用增力、机动等装置，因此可以减轻工人的劳动强度。还可设计保护装置，确保操作者安全。 （4）在流水线生产中，便于平衡生产节拍。工艺工程中，当某些工件所需要工序时间特别长时，可以采用多工位或高效夹具等，以提高生产效率，使生产节拍能够比较平衡。a. 机床夹具分类 （1）专用夹具。专用夹具是针对某一种工件的一定工序而专门设计的。因为不需要考虑通用性，所以夹具可以设计得结构紧凑、操作方便。还可以按需要采用各种省力机构、动力装置、分度装置等。因此，此类夹具可以保证较高的加工精度和劳动生产率。但是，由于这类夹具的专用性很强，并且设计和制造周期较长，制造费用也较高，当产品变更时，往往因无法再使用而报废。因此，这类夹具主要在产品固定和工艺稳定的较大批量生产中应用。 （2）可调式夹具。可调式夹具的特点是：加工完一种零件后，通过调整或更换夹具中的个别元件，即可加工形状相似、尺寸和加工工件相近的多种零件。可调式夹具又可以分为通用可调夹具和专用可调夹具。通用可调夹具如滑柱式钻模等，使用范围较大。专门化可调夹具常称为成组夹具，通常配合成组技术，用于装夹和加工一组结构与工艺相似的工件。因为这类夹具是在专门夹具基础上少量更换或调整夹具元件，所以只能到达有限目标的通用化。即使这样，也极大提高了专用夹具在多品种、中小批量生产中使用的经济性。 （3）专门化拼装夹具。专门化拼装夹具是针对其工件的特定工序加工要求，由实现制造好的通用性较强的标准化元件和部件拼装组成。从这个特点来看，这类夹具具有很大的通用性，但同时又是为某一种特定工序而专门拼装的夹具。因此，这类夹具又具有专门夹具的优点。 （4）自动化生产用夹具。自动化生产用夹具主要是自动线上所使用的夹具。基本上分为两类：一类是固定式夹具，它与一般专用夹具相似；一类是随行夹具，它除了具有一般夹具所担负的安装工件任务外，还担负着沿自动线输送工件的任务，即随着工件从一个工位移动到下一个工位。故称为“随行夹具”。属于自动化生产夹具的还有数控机床夹具。 b. 夹具设计的特点和基本要求夹具设计的特点如下： （1）针对性强。设计人员必须全面掌握工艺和生产现场的实际情况。专用夹具是为某零件的某道工序设计的，设计人员必须全面了解和掌握产品零件的要求，工艺工程的安排以及所使用的机床、刀具，辅具的具体情况才可能提出合理可行的最佳方案，确定最合理的定位、夹紧装置。 （2）保证加工质量和劳动生产率是夹具设计的两项主要任务，而保证加工质量又是第一位的。因此，设计时应重点把住定位方案的确定和精度分析这两道关。对于制造精度要求不高的零件，其夹具设计应该重点保证提高劳动生产率和改善劳动条件。 （3）夹紧机构对整个夹具结构起决定性作用。夹紧装置的结构形式和种类很多，选用的灵活性很大，特别是夹紧装置中力源及传动机构的设计对夹具结构的影响最大。因此，在同样能保证工序要求的情况下，每个人设计的结构可能大不相同。而不同复杂程度的夹具在不同的生产规模条件下其经济效果也不一样，设计人员必须使自己的设计和生产规模相适应，不可片面追求高精度而忽视了经济性。 （4）夹具的制造多属于单件生产。因此，设计时应考虑采用组合加工，修配和调整等措施来保证夹具的制造精度，尽可能地考虑设置修配和调整环节，而不能完全依靠用完全互换的办法保证制造精度。 （5）设计周期短，一般不进行强度刚度计算。夹具设计是直接为产品生产服务的生产技术准备工作，其设计周期要求短，因此设计时多采用参照法或是凭经验确定的办法来保证受力件的强度和刚度，通常不进行详细计算，有时采用简便公式或用图表作为设计参考。要注意的是在设计一些具有较高精度的夹具时，应该对定位精度、夹紧力等进行必要的计算和分析。夹具设计的原则是经济和实用，它可以概括为“好用、好造、好修”这六个字，其中好用是主要的，但好用也必须以不脱离生产现场的实际制造和维修水平为前提。具体要求为： 1）夹具的结构应与其用途和生产规模相适应，正确处理好质量、效率、方便性与经济性四者的关系。 2）保证工件精度。 3）保证使用方便，要便于装卸、便于夹紧、便于测量、便于观察、便于排屑排液、便于安装运输，保证安全第一。 4）注意结构工艺性，对加工、装配、检验和维修等问题应全面考虑，以降低制造成本。2 齿轮轴零件的机械制造工艺规程设计2.1 零件的工艺性分析及生产类型确定2.1.1 零件的加工工艺性分析 如图2.1所示的齿轮轴是某厂提供的输入齿轮轴，属于阶梯轴类零件，由圆柱面、轴肩、键槽、齿轮等不同形式的几何表面及几何实体组成。“齿轮轴的精度要求高，输入齿轮轴的加工难度大，必须对齿轮轴加工过程中的一些重要问题，如材料、基准、热处理和齿形加工等做出正确的选择和分析，才能保质保量地完成批量齿轮轴的加工。7”以输入齿轮轴为例，其多数外圆表面尺寸精度达IT6,表面粗糙度值Ra为 6.31.6，而位置精度则通常应为尺寸精度数值的 1/31/5；齿轮的精度等级为7级。图2.1 齿轮轴零件图 图2.2 齿轮轴零件主要技术要求零件的材料为20CrMnMo，属于合金结构钢。它的强度高于15CrMnMo，塑性及韧性稍低，淬透性及力学性能比20CrMnTi高，淬火低温回火后具有良好的综合力学性能和低温冲击韧度。渗碳淬火后具有较高的抗弯强度和耐磨性能，但磨削时易产生裂纹。焊接性不好，适于电阻焊接，焊前需预热，焊后需回火处理。切削加工性和热加工性良好。常用于制造高硬度、高强度、高韧性的较大重要渗碳件（其要求均高15CrMnMo），如曲轴、凸轮轴、连杆、齿轮轴、齿轮、销轴，还可代替12Cr2Ni4使用。根据对零件图的分析，该零件需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求如下： （1）齿轮轴两端面和联接斜齿轮部位的两77mm圆柱面表面粗糙度Ra值均为12.5m，77mm圆柱面的尺寸精度要求也较低，属于已加工表面。77mm圆柱面和斜齿轮部分联接的地方R2mm圆角，远离齿轮部分的两端均245倒角。 （2）齿轮轴右端的65圆柱面表面粗糙度Ra值为1.6m，尺寸精度为 6 级，对基准轴线的圆跳动为0.015mm，圆柱度为0.005mm。和77mm圆柱面联接部位R2mm圆角，左台阶面的表面粗糙度Ra值为3.2m，对基准轴线的垂直度为0.025mm，另一端245倒角。这一部分主要是要和轴承的内圈相配合的，配合质量的好坏将直接影响齿轮轴工作情况的好坏。在加工时应特别注意满足图纸所示的加工精度要求。 （3）齿轮轴中间部位为斜齿轮部分，根据已知条件可计算出分度圆直径d 为73.894mm，齿顶圆直径为da为86.158mm，齿根圆直径为68.158mm，由图可知齿顶圆的直径为86.006h11 mm，直径范围为86.00686.226 mm，86.158mm在这一尺寸范围内。齿轮两端沿齿廓倒R2mm圆角，顶部沿齿向倒R0.4 mm圆角，顶部沿轮齿周向倒245斜角。分度圆表面粗糙度Ra值为0.8m。齿轮部分是该轴的主要工作部分，对轮齿的硬度和强度要求较高。轮齿部分要进行渗碳淬火和磨削，还要进行磨削齿面探伤检查，防止裂纹产生。齿轮的精度等级为7级。 （4）齿轮轴左端65mm圆柱面的尺寸精度为6级，表面粗糙度Ra值为0.8m。圆柱面对基准轴线的圆跳动为0.015mm，圆柱度为0.005mm。和轴肩联接部位的台阶面对基准轴线的垂直度为0.025mm。左端面处有R2的圆角。 （5）齿轮轴最左端为55mm圆柱面表面粗糙度Ra值为3.2m，尺寸精度为6级，对基准轴线的圆跳动为0.015mm，圆柱度为0.005mm，左端面倒245斜角。右端联接处倒R2mm圆角。 （6）齿轮轴左端的键槽深为6mm，宽为16N9mm，两侧面的表面粗糙度Ra值为3.2m。键槽内侧面对65mm圆柱面基准轴线的对称度为0.02mm。轴的两端均有两个深20mm的相距30mm的螺纹孔M10。通过以上的分析可知，齿轮轴零件图样的视图正确、完整，尺寸、公差及技术要求齐全。各主要表面的尺寸精度、形状精度和位置精度通过选择合适的加工方法均可以满足。主要是斜齿轮的加工是一个难点，精度要求较高。如单个齿距偏差fpt为0.013 mm，齿距累计总误差Fp为0.039 mm，齿廓总偏差Fa为0.019 mm，螺旋线总偏差F为0.020 mm,径向跳动F为0.031mm。由于齿根圆直径为68.158 mm小于77mm，故不能采用插齿法加工轮齿，否则会损伤已加工表面。另外，对于斜齿轮用插齿法不便加工。经分析，齿轮齿形的切削加工方法可选的有：1) 采用滚齿机利用展成运动加工齿轮；2) 采用铣床利用成形法加工齿轮。但后一种方法加工精度和生产率都较低，而该齿轮的精度等级为 7 级，齿轮轴是大批量生产，故该方法不是最佳方案。齿轮齿形的无切屑加工方法有：热轧、冷轧、模锻、精密铸造和粉末冶金等。在各种实际生产条件允许的情况下，可以考虑上述的无切屑加工方法。在加工各主要圆柱面时，以轴的中心线为定位基准，满足设计基准和定位基准重合，减少定位误差。2.1.2 确定零件的生产类型零件的生产类型是指企业（或车间、工段、班组、工作地等）生产专业化程度的分类，它对工艺规程的制订具有决定性的影响。生产类型一般可分为大量生产、成批生产和单件生产三种类型，不同的生产类型由着完全不同的工艺特征。零件的生产类型是按零件的年生产纲领和产品特征来确定的。生产纲领是指企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划。年生产纲领是包括备品和废品在内的某产品年产量。零件的生产纲领 N 可按下式2计算： N= Qm(1+ a%)(1+ b%) (2.1)式中N-零件的生产纲领Q-产品的年产量（台、辆/年）m-每台（辆）产品中该零件的数量（件/台、辆）a%-备品率，一般取2%-4%b%-废品率，一般取0.3%-0.7%根据上式就可以计算求得出零件的年生产纲领，再通过查表，就能确定该零件的生产类型。根据本零件的设计要求，Q =5000台，m=1件/台，分别取备品率和废品率为3%和0.5%，将数据代入上式计算得 N=5176件/年。根据表133，表143可知该零件为轻型零件，本设计齿轮轴零件的的生产类型为大批量生产。2.2 选择毛坯，绘制毛坯图2.2.1 选择毛坯种类及制造形式毛坯的选用主要包括毛坯的材料、类型和生产方法的选用。选用正确与否直接关系到毛坯的制造质量、工艺和成本，并影响到机械加工质量、工艺和成本等。毛坯质量主要是指合格毛坯本身能满足用户要求的程度。它主要包括外观质量、内在质量和使用质量。其中，外观质量包括毛坯表面粗糙度、尺寸精度、质量偏差、形状偏差和表面缺陷等；内在质量包括毛坯的物理性能、力学性能、金相组织、化学成分、偏析、内应力、致密度、内部缺陷等；使用质量包括毛坯的抗疲劳性能、高温及低温力学性能、耐磨性、耐蚀性和精度保持性等。毛坯材料的选用是保证产品内在质量的一个主要因素。 毛坯选用的原则有：1)满足材料的工艺性能要求。如碳钢主要使用锻造生产，但其中某些牌号也有较好的铸造性能；2)满足零件的使用性能要求；3)降低制造成本；4)符合生产条件。 该零件的材料为 20CrMnMo，属于合金结构钢。由于齿轮轴机械强度要求高，在使用过程中要承受重载荷、冲击载荷或交变载荷，齿轮轴的毛坯宜选用锻件。因为锻件的强度与冲击韧度较高。锻件的材料主要是各种碳钢与合金钢。锻造方法有自由锻、模锻与胎膜锻和精密锻造等几种。其中，自由锻造生产率低、锻造精度低、表面质量差、加工余量大，但成本低，适于单件小批生产及大型锻件的生产；模锻生产率高、锻件精度高、表面质量好、加工余量小、可锻制较复杂的锻件，但成本较高，适用于成批大量生产中小型锻件；胎膜锻介于自由锻和模锻之间，适用于中小批生产小型锻件。尺寸大的齿轮轴通常选择自由锻造，中小型齿轮轴可选择模锻件，一些小齿轮轴也可制作成整体毛坯。若锻件毛坯为锤上钢质自由锻件，其机械加工余量与公差应遵循 GB/T15826 系列标准；若毛坯为钢质模锻件，其机械加工余量与公差应遵循 GB/T12362 系列标准。 通过以上分析，选择锻件作为毛坯，采用模锻成型的方法制造毛坯。另外，应注意锻件毛坯要防止晶粒不均匀、裂纹、龟裂等由于锻造工艺不当所产生的锻造缺陷。锻件金相组织评级及评定方法应遵循相应的国家标准，成批加工可采用抽检的方法。2.2.2 确定毛坯尺寸及机械加工余量 （1）国标中规定钢质模锻件的公差分为两级，即普通级和精密级。精密级公差适用于有较高技术要求，但需要采取附加制造工艺才能达到的锻件，一般不宜采用。精密级公差可用于某一锻件的全部尺寸，也可用于局部尺寸。平锻件只采用普通级。由齿轮轴零件的功用和技术要求，可确定该零件的公差等级为普通级。锻件精度等级为F级。 （2）根据零件图的基本尺寸和表2-16、表2-17、表2-18和表2-193可初步得粗车、半精车、粗磨和精磨外圆的加工余量分别为6mm 、1.1mm 、0.4mm 和0.1mm，又粗精加工分开时，对于粗车外圆的余量允许小于原表中余量的20，故可取粗车余量为4.8mm。总的余量为6.4 mm。再根据表2-93可知锻件机械加工余量和公差为：a=83, a=104（用于长度为467 mm）。根据上述数据可基本上确定锻件图的尺寸。锻件图如下（图中粗实线代表锻件的外形，零件的轮廓线用双点画线表示）：图2.3 齿轮轴零件的锻件图 （3）根据图2.3和计算式：w=r2lp （2.2） 则m锻=3.147.85103(67282772 171+892127+982107)10-94=21.05kg，又已知机械加工后齿轮轴零件的重量为14.5 kg。以包容锻件最大轮廓的圆柱体作为实体计算重量，圆形锻件按机械制造技术基础课程设计指导教程3公式计算。假设锻件最大直径为100 mm，长为500 mm。 m外包=52507.85=30811g=30.81kg (2.3) S=21.0530.81=0.683 (2.4) 按表2.2-104，可确定形状复杂系数为S1,属简单级别。 （4）锻件的材质系数M 锻件材质系数分为两级：M1和M2。M1级：碳的质量分数小于0.65的碳素钢或合金元素总质量分数小于3.0的合金钢；M2级：碳的质量分数大于或等于 0.65的碳素钢或合金元素总质量分数大于或等于3.0的合金钢。该零件的材料为20CrMnMo，属于合金结构钢。碳质量分数在0.17和0.23之间小于0.65，合金元素的质量分数也小于3.0，故该零件的材质系数属M1级。 （5）锻件的分模线形状 根据该零件的行为特点，本文选择零件的水平面为分模面，属平直分模线，如图2.4齿轮轴零件锻造毛坯图所示。 （6）零件表面粗糙度零件表面粗糙度是确定锻件加工余量的重要参数。按Ra数值大小分为两类：1) Ra1.6m2) Ra1.6m。由零件图可知，该齿轮轴各加工表面的粗糙度 Ra 基本都大于等于1.6m，只有65e6、65k6的外圆表面粗糙度Ra要求为0.8m。 根据上述诸因素，可查表确定该锻件的尺寸公差和机械加工余量，所得结果列于下表2.1中。表2.1 齿轮轴锻造毛坯尺寸公差及机械加工余量 项目 加工余量/ mm（单边） 锻件尺寸/ mm 尺寸公差/ mm 55m6 3 61 65e6 3.5 72 65k6 3.5 72 77 2.5 8286.006h11 3 92.006 77 2.5 82 65k6 3.5 72 82 3 83 1.6 123 3 123 1.8 87 2.5 96 1.6 127 2.5 127 1.8 467 3 473 2.25根据机械制造工艺设计简明手册表2.2-25、表2.2-13确定本零件毛坯同轴度偏差允许值为1.6 mm ，残留飞边为1.7 mm（表2.2134）。 （7）确定圆角半径锻件的圆角半径按 表2.2 224 确定。本锻件各部分的H/B皆小于2，故可用下式4计算： 外圆角半径 R=0.05H+0.5 （2.5） 内圆角半径 R=2.5r+0.5 （2.6）为简化起见，本锻件的内外圆角半径分别取相同的数值。以最大的H进行计算。r=(0.0592+0.5)mm=5.1mm(2.9)，r圆整为5.0mm，R=(2.55.0+0.5)mm=13.0mm（2.10）。为保证锻件凸角处的最小余量，r1=余量+零件的倒角值，若无倒角，r2=余量。 （8）确定毛坯热处理方式 钢质齿轮轴毛坯经锻造后应安排正火，以消除残留的锻造应力，并使不均匀的金相组织通过重新结晶而得到细化、均匀的组织，从而改善了加工性。2.2.3 设计毛坯图由表2.1所得结果，绘制毛坯图如下图2.4 所示。图2.4 齿轮轴零件毛坯图2.3 选择加工方法，拟定工艺路线2.3.1 定位基准的选择 a. 粗基准的选择 （1）如果必须首先保证工件上加工表面与不加工表面之间的位置要求，应以不加工表面作为基准。如果在工件上有很多不需加工的表面，则以其中与加工面的位置精度要求较高的表面作为粗基准。 （2）如果必须首先保证工件某重要表面的加工余量均匀，应选择该表面作粗基准。 （3）如需保证各加工表面都有足够的加工余量，应选择加工余量较小的表面作粗基准。 （4）选作粗基准的表面应平整，没有浇口、冒口、飞边等缺陷，以便定位可靠。 （5）粗基准一般只能用一次，特别是主要定位基准，以免产生较大的位置误差。b. 精基准的选择 （1）用设计基准作为定位基准，实现“基准重合”，以免产生基准不重合误差。 （2）当工件以某一组精基准定位可以较方便地加工很多表面时，应尽可能采用此组精基准定位，实现“基准统一”，以免产生基准转换误差。 （3）当精加工或光整加工工序要求加工余量尽量小而均匀时，应选择加工表面本身作为精基准，即遵循“自为基准”的原则。该加工表面与其他表面间的位置精度要求由先行工序保证。 （4）为获得均匀的加工余量或较高的位置精度，可遵循“互为基准”、反复加工的原则。 （5）有多种方案可供选择时应选择定位准确、稳定、夹紧可靠，可使夹具结构简单的表面作为粗基准。 根据以上要求，齿轮轴零件的精基准选择为轴两端面的中心孔，满足基准重合的原则。最先进行机械加工的是两个端面，保证长度要求，再就是两个端面的中心孔，保证定位和夹紧。这时可选的夹紧方案为；用三爪卡盘固定一端，对另外一端面进行平整加工，打中心孔；调头加工另外一端面，打中心孔，保证长度。由此可知，粗基准即为两端的外圆柱面。2.3.2 零件表面加工方法的选择 零件表面加工方法选择应考虑的问题： a. 零件表面的加工方法，主要取决于加工表面的技术要求。这些技术要求还包括由于基准不重合而提高了对作为精基准表面的技术要求。 b. 选择加工方法应考虑加工方法的加工经济精度范围；材料的性质及可加工性；工件的结构形状和尺寸大小；生产纲领及批量；工厂现有设备条件等。 本零件的加工表面有外圆、端面、齿面、键槽及螺纹孔等，材料为20CrMnMo。参考表 1.4-6、表 1.4-7、表 1.4-16 和 表1.4174 ，其加工方法选择如下： （1）55m6mm外圆面：尺寸精度等级为IT6 级，表面粗糙度为 Ra3.2m，需进行粗车半精车精车（表1.4 64）。 （2）65e6 mm外圆面：尺寸精度等级为IT6级，表面粗糙度为Ra 0.8m，需进行粗车半精车磨削（表1.4 64）。 （3）65k6mm外圆面：尺寸精度等级为IT6级，表面粗糙度为Ra1.6m，需进行粗车半精车磨削（表1.4 64）。 （4）77mm外圆面：为未注公差尺寸，根据GB180079 规定其公差等级为 IT14,表面粗糙度为Ra12.5m，进行粗车即可（表1.4 64）。 （5）86.006h11mm齿圈外圆面：公差等级为 IT11，表面粗糙度为Ra6.3m，需进行粗车半精车（表1.4 64）。 （6） 齿面：齿轮法面模数为4，齿数为18，精度为7级，表面粗糙度为Ra 0.8m，采用AA级单头滚刀滚齿即可达到要求，另外，齿面需磨削（表1.4164、表1.4174）。 （7）键槽：槽宽为16N9mm，深为49 mm，精度等级分别为IT9和IT11，表面粗糙度分别为Ra 3.2m和Ra12.5m，采用键槽铣刀经粗铣精铣即可达到要求。 （8）端面：本零件的端面为回转体端面，尺寸精度要求不高，表面粗糙度为Ra12.5m和Ra3.2m，表面粗糙度为Ra12.5m的端面经粗车即可，表面粗糙度为Ra3.2m的端面经粗车半精车即可。 （9）M10螺纹孔：精度及表面粗糙度要求不高，钻孔后用丝锥攻螺纹即可。综合上述分析，齿轮轴零件的各主要表面加工方法选择如表2.2所示。 表 2.2 齿轮轴各加工表面加工方案 需加工表面 尺寸精度等级 表面粗糙度Ra（m ） 加工方案 55m6外圆面 IT6 3.2 粗车半精车精车 65e6外圆面 IT6 0.8 粗车半精车磨削 65k6外圆面 IT6 0.8 粗车半精车磨削 77外圆面 IT14 12.5 粗车 齿圈外圆面 IT11 6.3 粗车半精车 齿面 IT7 0.8 粗精滚齿磨削 键槽 IT9、IT11 3.2、12.5 粗铣精铣 端面 IT14 3.2、12.5 粗车半精车 M10 螺纹孔 IT14 12.5 钻孔攻螺纹2.3.3 加工阶段的划分 零件的加工质量要求较高或结构较为复杂时，一般工艺路线较长，工序较多，通常在安排工艺路线时，将其分成几个阶段。根据精度要求的不同，加工阶段可以划分如下： （1）粗加工阶段 此阶段的主要任务是高效地切除各加工表面上的大部分余量，并加工出精基准。 （2）半精加工阶段 使主要表面消除粗加工后留下的误差，使其达到一定的精度为精加工做好准备，并完成一些精度要求不高的表面加工（如钻孔、攻螺纹、铣键槽等）。 （3）精加工阶段 主要是保证零件的尺寸、形状、位置精度及表面粗糙度达到或基本达到图样上所规定的要求。精加工切除的余量很小。 （4）精整和光整加工阶段 对于加工质量要求很高的表面，在工艺过程中需要安排一些高精度的加工方法（如精密磨削、研磨、金刚石切削等），以进一步提高表面的尺寸、形状精度，减小表面粗糙度，最后达到图样的精度要求。 注意的是加工阶段的划分不是绝对的，在应用时要灵活掌握。根据上面的分析和零件的具体精度要求，该零件的加工阶段划分为粗加工阶段、半精加工阶段和精加工几个阶段。在粗加工阶段，首先将精基准（轴两端面的中心孔）准备好，使后续工序都可以采用精基准定位加工，保证其他加工表面的精度要求；然后粗车55m6外圆面、65e6外圆面、65k6外圆面、77外圆面、齿圈外圆面和粗滚齿，粗铣键槽底面和侧面。在半精加工阶段，M10 螺纹孔的钻孔攻螺纹，半精车55m6外圆面、65e6外圆面、65k6外圆面、齿圈外圆面和部分端面，键槽侧面的精铣。在精加工阶段，进行65k6外圆面、65e6外圆面和齿面的磨削加工。2.3.4 工序的集中和分散本例选用工序集中原则安排齿轮轴的加工工序。该零件的生产类型为大批生产，可以采用万能型机床配以专用工、夹具，以提高生产率；而且运用工序集中原则使工件的装夹次数少，不但可缩短辅助时间，而且由于在一次装夹中加工了许多表面，有利于保证各加工表面之间的相对位置精度要求。2.3.5 工序顺序的安排 a. 机械加工工序 （1）遵循“先基准后其他”原则，首先加工精基准轴两端面的中心孔。 （2）遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。 （3）遵循“先主后次”原则，先加工主要表面两端面的中心孔，各外圆面，后加工键槽地面和内侧面。 （4）遵循“先面后孔”原则，先加工两端面后打中心孔、钻螺纹孔。b. 热处理工序 模锻成型后切边，进行正火，正火硬度为 HB 171229。对于齿轮部分则在半精加工和精加工之间进行渗碳淬火，使齿轮表面获得高的硬度和耐磨性，芯部仍保持一定的强度和较高的韧性和塑性。但渗碳淬火处理后工件有较大的变形产生。所以淬硬处理后安排精加工工序，以修正淬硬处理后产生的变形。在淬火处理前，应将铣槽、钻孔、攻螺纹、去毛刺等次要表面的加工进行完毕，以防止工件淬硬后无法加工。零件在作渗碳淬火处理时，由于渗碳处理工序会使工件产生较大的变形，因此常将渗碳工序放在次要表面加工之前进行，待次要表面加工完之后再作淬火处理，这样就可以减少次要表面与淬硬表面之间的位置误差。c. 辅助工序辅助工序是指不直接加工，也不改变工件的尺寸和性能的工序，它对保证零件质量起着重要的作用，在工艺路线中也占有相当的比例。 （1）检验工序 为保证零件的制作质量，防止产生废品，需要在特殊的场合安排检验工序。该零件在全部外圆的粗加工完成之后安排一次检验工序，在滚齿后均安排一次检验工序，在全部加工完成后做最后的检验。根据该零件的要求除了安排几何尺寸检验工序之外，在磨削齿面后要进行齿面探伤检查。在机械加工开始阶段还要进行超声波探伤检查。尤其注意在齿轮部分精加工完成之后，要进行单个齿距偏差、齿距累计总误差、齿廓总偏差、螺旋线总偏差、径向跳动、公法线长度及偏差和跨齿数的检验。 （2）去毛刺及清洗 零件表层或内腔的毛刺对机器装配质量影响甚大，切削加工之后，应安排去毛刺工序。零件在进入装配之前，一般都安排清洗工序。工件内孔、箱体内腔容易存留残屑，研磨等光整加工工序之后，微小磨粒易附着在工件表面上，也要注意清洗，否则会加剧零件在使用中的磨损。在精加工后安排去毛刺、清洗和终检工序。 （3）特殊需要的工序 根据该零件设计图样的要求无特殊要求的工序。综上所述，该齿轮轴工序的安排顺序为：基准加工主要表面粗加工及一些余量大的表面粗加工主要表面半精加工和次要表面加工热处理主要表面精加工。2.3.6 确定工艺路线 各主要加工面示意图如图2.5所示。图2.5 主要加工面 图中 AM 字母表示意思分别如下： A55m6 外圆左端面，也即轴的左端面。B55m6 外圆面；C65e6 外圆面；D65k6 外圆面；E77外圆面；G齿圈外圆面；H齿面；I77外圆面；J 65k6外圆面；K65k6外圆右端面；LM10螺纹孔；M键槽侧面。在综合考虑上述各因素基础上，现初步拟定了两套工艺路线方案，如下：（1）工艺路线方案一 工序 1：下料。 工序 2：锻造模锻成型。 工序 3：正火处理正火后硬度达到 HB 171229 工序 4：超声波探伤（图纸技术要求）。 工序 5：粗车划端面及外形线，左端插入主轴孔，夹住 B 面，粗车 K 面，钻中心孔，夹齿轮轴左端端部，顶 K 面中心孔，粗车各段的外圆面。夹齿轮轴右端，车 A 面，钻中心孔，顶 A 面中心孔，粗车 B 面剩余部分。E、I( 77外圆面)表面尺寸精度和表面粗糙度要求低，粗车即可。 工序 6：半精车夹 J 面右端端部，顶 A 面中心孔，半精车 B、C、D、G 面及 D 和 I面右端面，掉头后再半精车剩余部分。 工序 7：检验。 工序 8：精车夹 B 面左端端部，顶 K 面中心孔，精车 B、J 面。 掉头后再精车剩余部分。精车完后，倒 245斜角、 R2mm 圆角和 B 面右端 R2mm 圆角。 工序 9：粗、精滚齿用 AA 级单头滚刀滚齿。 工序 10：粗、精铣键槽键槽内侧面需精铣达到尺寸精度要求。 工序 11：钻孔轴两端钻孔，孔深20 mm 。 工序 12：攻螺纹用丝锥攻螺纹至M10。 工序 13：去除毛刺。 工序 14：渗碳、淬火处理淬火处理后低温回火，对齿部渗碳淬火。 工序 15：校直。 工序 16：研磨中心孔。 工序 17：磨削C面、D面消除淬火处理带来的变形，使零件达到相应精度要求。 工序 18：磨削齿面采用 Y7131 磨齿机进行磨削。 工序 19：检验检验各部尺寸及精度。 工序 20：探伤磨削齿面探伤检查。 工序 21：入库。（2）工艺路线方案二 工序 1：下料。 工序 2：锻造模锻成型。 工序 3：正火处理正火后硬度达到 HB 171229。 工序 4：超声波探伤（图纸技术要求）。 工序 5：粗车划端面及外形线，左端插入主轴孔，夹住 B 面，粗车 K 面,钻中心孔，夹齿轮轴左端端部，顶 K 面中心孔，粗车各段的外圆面及端面。夹齿轮轴右端，车 A 面，钻中心孔，顶 A 面中心孔，粗车 B 面剩余部分。I(77 外圆面)表面尺寸精度和表面粗糙度要求低，粗车即可。 工序 6：粗滚齿用 AA 级单头滚刀滚齿。 工序 7：检验。 工序 8：调质。 工序 9：精车夹 B 面左端端部，顶 K 面中心孔，精车 B、J 面。调头后再精车剩余部分。精车完后，倒 245斜角、 R2mm圆角和 B 面右端 R2mm 圆角。 工序 10：精滚齿用 AA 级单头滚刀滚齿。 工序 11：粗、精铣键槽键槽内侧面需精铣达到尺寸精度要求。 工序 12：钻孔轴两端钻孔，孔深 20 mm 。 工序 13：攻螺纹用丝锥攻螺纹至 M10。 工序 14：去除毛刺。 工序 15：渗碳淬火处理对齿部渗碳淬火，淬火后低温回火。 工序 16：研磨中心孔。 工序 17：磨削C、D面消除淬火处理带来的变形，使零件达到相应精度要求。 工序 18：磨削齿面采用 Y7131 磨齿机进行磨削。 工序 19：检验检验各部尺寸及精度。 工序 20：探伤磨削齿面探伤检查。 工序 21：入库。 两种工艺路线方案分析如下：两种工艺路线的前 5 道工序和后面 6 道工序是一样的，不同的是在中间的几道工序。方案一是将轴的外形尺寸精加工完成后再进行粗精滚齿，方案二是轴的外形粗加工和齿形粗加工一起完成后再进行精加工。经分析两种方案均可以达到零件的加工精度要求。但方案二中间的粗精加工工序较为分散，不利于大批量生产模式下生产效率的提高。方案一的工序较集中适合于大批量生产和生产效率的提高。综上分析，本零件选择方案一作为最终加工工艺路线。2.3.7 加工设备及工艺装备的选择 （1）机床的选择 在大批生产条件下，可以选用专用设备和组合机床，也可选用通用设备。所选用通用设备应提出机床型号，所选用的组合机床应提出机床特征，如“四面组合机床”。同时还要考虑以下几个问题：1)机床的加工尺寸范围应与零件的外廓尺寸相适应；2)机床的工作精度应与工序的精度要求相适应；3)机床的生产效率应与零件的生产类型相适应；4)机床的选择应考虑车间现有设备条件，尽量采用现有设备或对现有设备进行改装。 （2）工艺装备的选择 工艺装备主要包括刀具、夹具和量具。在工艺卡片中应简明写出它们的名称，如“钻头”、“百分表”、“车床夹具”等。1)在单间小批生产中，应尽量选用通用夹具和组合夹具，在大批、大量生产中应按工序加工要求设计制造专用夹具；2)刀具的选择主要取决于工序所采用的加工方法、加工表面的尺寸、工件材料、加工精度和表面粗糙度要求、生产效率和经济性等，一般应尽可能采用标准刀具，必要时采用高生产率的复合刀具及其他专用刀具；3)量具的选择主要根据生产类型和加工精度，在单件、小批生产中，应尽量采用通用量具、量仪，在大批、大量生产中应采用各种量规和高效地检验仪器和检验夹具等。 根据上述原则和要求，查机械制造工艺设计简明手册4，所选择的工艺装备如表2.3 齿轮轴零件加工工艺装备选用所示。表2.3 齿轮轴零件加工工艺装备选用工序号 工序名称 机床设备 刀具 量具 1 下料 锯床 G607 锯片 游标卡尺 2 锻造 3 正火 4 超声波探伤 5 粗车 卧式车床 CA6140 YT5 游标卡尺 6 半精车 卧式车床 CA6140 YT5 游标卡尺 7 检验 游标卡尺 8 精车 卧式车床 CA6140 YT30 游标卡尺 9 粗、精滚齿 滚齿机 Y3150 型 AA 级滚刀 公法线百分尺10 粗、精铣键槽 立式铣床 X51 键槽立铣刀 游标卡尺11 钻孔 立式钻床 Z525 高速钢锥柄阶梯 深度游标卡尺12 攻螺纹 立式钻床 Z525 机动丝锥高速钢 配合的 M10 螺纹13 去除毛刺 钳工台 平锉 14 渗碳淬火 渗碳仪、淬火机等 15 校直 轴类自动校直机 16 研磨中心孔 整体式研具17 磨削重要外表面 外圆磨床 M1420 平形砂轮 游标卡尺18 磨削齿面 磨齿机 YA7063 双斜边一号砂轮 齿轮检测仪、卡尺等19 检验 量规、游标卡尺等20 探伤 探伤仪21 入库 2.3.8 工序间余量和工序尺寸的确定工序间的加工余量按查表法确定，其选用原则如下： （1）为缩短加工时间，降低制造成本，应采用最小的加工余量。 （2）加工余量应保证得到图样上规定的精度和表面粗糙度。 （3）要考虑零件热处理时引起的变形，否则可能产生废品。 （4）要考虑所采用的加工方法、设备以及加工过程中零件可能产生的变形。 （5）要考虑被加工零件尺寸大小，尺寸越大，加工余量越大，因为零件的尺寸增大后，由切削力、内应力等引起变形的可能性也增加。 （6）选择加工余量时，还要考虑工序尺寸公差的选择。因为公差的界限决定加工余量的最大尺寸与最小尺寸。其工序公差不应超出经济加工精度的范围。 （7）本工序余量应大于上工序留下的表面缺陷层厚度。 （8）本工序余量必须大于上工序的尺寸公差和几何形状误差。根据上述原则和实际生产情况，查 表6-919和 表2163、表2173、表2183 、表2223 、表2263、表2283、表234 3、表2393并综合对毛坯尺寸以及已经确定的机械加工工艺路线的分析，确定各工序间加工余量如下所示：5粗车：用三爪卡盘装夹工件左端，车右端面，打中心孔。加工余量为1.2mm（端面）。顶右端中心孔，粗车65e6mm、65k6mm、77mm、86.006h11mm外圆表面。 加工余量为2.8mm。掉头后装夹工件右端，车左端面保证总长，打中心孔。 加工余量为1.2mm（端面）。顶左端中心孔，粗车55m6mm外圆表面。加工余量为2.8mm。 6半精车：夹工件右端，顶左端中心孔，车55m6 mm、65e6 mm 、65k6mm、86.006h11mm外圆面及77mm左台阶面。加工余量为2mm。掉头后，顶右端中心孔，车65k6mm外圆面及77 mm右台阶面。加工余量为2.8mm。8精车：掉头后装夹工件右端，顶左端中心孔，车55m6mm 外圆面。加工余量为1.2mm。倒245斜角、R2mm圆角和55m6mm外圆面右端R2mm圆角。加工余量为1.2mm。 9粗、精滚齿：在滚齿机 Y3150 上粗滚齿。在滚齿机 Y3150 上精滚齿。加工余量为0.9mm。 10粗、精铣键槽：在铣床 X51 上粗铣键槽。在铣床 X51 上精铣键槽内侧面。加工余量为2mm。 11钻孔：在 Z525 上钻孔深 20mm。 12-攻螺纹：在 Z525 上攻螺纹 M10。加工余量为1.5mm。 16研磨中心孔：研磨中心孔。加工余量为0.01mm。 17磨削65e6mm、65k6mm外圆面：在外圆磨床上磨削65k6mm、 65e6 mm 外圆面。加工余量为0.4mm。 18磨削齿面：在磨齿机 YA7063 上磨削齿面。加工余量为0.3mm。工序尺寸及其公差的确定如下：工序尺寸是工件在加工过程中各工序应保证的加工尺寸。工序尺寸的计算要根据零件图上的设计尺寸、已确定的各工序的加工余量及定位基准的转换关系来进行。确定工序尺寸一般的方法是，由加工表面的最后一道工序开始依次向前推算，最后工序的工序尺寸按设计尺寸标注。当无基准转换时，同一表面多次加工的工序尺寸只与工序（或工步）的加工余量有关。当定位基准与工序基准不重合或工序尺寸尚需从继续加工的表面标注时，工序尺寸应用工艺尺寸链解算。根据上述要求和方法，结合该齿轮轴零件的实际加工情况，现确定如下： （1）55m6 mm外圆面的加工方案是粗车半精车精车。由表 2.4 知粗车余量为2.8mm，半精车余量为2.0mm，精车余量为1.2mm,加工总余量为6.0mm。精车后工序基本尺寸为55mm（设计尺寸）；其他各工序的基本尺寸为:半精车，55mm+1.2mm=56.2mm；粗 车，56.2mm+2.0mm=58.2mm；毛坯，58.2mm+2.8mm=61mm。再查表4-72得：精车后为IT6,Ra3.2m（零件设计要求）；半精车后选定为IT11，Ra6.3m；粗车后选定为IT13，Ra12.5 m。锻造毛坯的公差为2.8。上述查询和计算结果列于下表 2.4。表 2.4 55m6外圆面工序尺寸、公差的确定名称 余量（mm） 经济精度（mm） 表面粗糙度（mm） 基本尺寸（mm）尺寸公差（mm）毛坯 1.4 61 611.4 粗车 2.8 h13 12.5 58.2 半精车 2.0 h11 6.3 56.2 精车 1.2 h6 3.2 55 （2）65e6 mm外圆面的加工方案是粗车半精车磨削。由表 2.4知粗车余量为2.8mm,半精车余量为2.0mm，磨削余量为0.4mm，又知该表面的尺寸精度和表面粗糙度要求较高，此处将磨削分为粗磨和精磨两个过程，粗磨的余量为0.3mm,精磨的余量为0.1mm，总的加工余量为5.2mm。各工序的基本尺寸为：精磨后为65mm（设计要求，粗磨后为65.1mm，半精车后65.4mm，精车后为67.4mm,毛坯为70.2mm。再查表4-72得：精磨后为IT6, Ra0.8m（零件设计要求）；粗磨后为IT8,Ra3.2m ；半精车后选定为IT11，Ra 6.3m ；粗车后选定为IT13，Ra12.5m。锻造毛坯的公差为2.8。上述查询和计算结果列于下表 2.5。表2.5 65e6 外圆面工序尺寸、公差的确定名称 余量（mm） 经济精度（mm） 表面粗糙度（mm） 基本尺寸（mm）尺寸公差（mm）毛坯 1.4 70.2 70.21.4 粗车 2.8 h13 12.5 67.4 半精车 2.0 h11 6.3 65.4 粗磨 0.3 h8 3.2 65.1 精磨 0.1 h6 0.8 65 （3） 65k6 mm外圆面的加工方案是粗车半精车精车。由表 2-4知粗车余量为2.8mm，半精车余量为2.0mm，精车余量为1.2mm,加工总余量为 6.0mm。精车后工序基本尺寸为65mm（设计尺寸）；其他各工序的基本尺寸为 : 半精车，65+1.2mm=66.2mm；粗车，66.2mm+2.0mm=68.2mm；毛坯，68.2mm+2.8mm=71mm。再查 表4-72得：精车后为IT6, Ra1.6m （零件设计要求）；半精车后选定为IT11，Ra6.3m；粗车后选定为IT13，Ra12.5m。锻造毛坯的公差为2.8。上述查询和计算结果列于下表 2.6。表2.6 65k6外圆面工序尺寸、公差的确定名称 余量（mm） 经济精度（mm） 表面粗糙度（mm） 基本尺寸（mm）尺寸公差（mm）毛坯 1.4 70.2 711.4 粗车 2.8 h13 12.5 67.4 半精车 2.0 h11 6.3 65.4 粗磨 0.3 h8 3.2 65.1 精磨 0.1 h6 0.8 65 （4）77mm外圆面的加工方案时粗车。该表面的尺寸精度和表面粗糙度要求较低，粗车即可。粗车余量为 2.8mm。 毛坯的基本尺寸为77mm+2.8mm=79.8mm。再查表4-72得：粗车后选定为IT14，Ra12.5m。锻造毛坯的公差为3.2。上述查询和计算结果列于下表2.7。表 2.7 77外圆面工序尺寸、公差的确定名称 余量（mm） 经济精度（mm） 表面粗糙度（mm） 基本尺寸（mm）尺寸公差（mm）毛坯 1.6 79.8 79.81.6 粗车 2.8 h14 12.5 77 （5）86.006h11mm齿圈外圆面的加工方案是粗车半精车。由表 2.4 知粗车余量为2.8mm，半精车余量为2.0mm，加工总余量为4.8mm。半精车后工序基本尺寸为86.006mm（设计尺寸）；其他各工序的基本尺寸为:粗车，86.006mm+2.0mm=88.006mm；毛坯，88.006mm+2.8mm=90.806mm。再查表4-72得：半精车后选定为IT11，Ra 6.3m；粗车后选定为IT13，Ra12.5m。锻造毛坯的公差为2.8。上述查询和计算结果列于下表 2.8。表 2.8 86.006h11齿圈外圆面工序尺寸、公差的确定名称 余量（mm） 经济精度（mm） 表面粗糙度（mm） 基本尺寸（mm）尺寸公差（mm）毛坯 1.4 90.806 90.8061.4 粗车 2.8 h13 12.5 88.006 半精车 2.0 h11 6.3 86.006 关于轴向工序尺寸的确定，由于轴向尺寸的尺寸精度要求不高，各段的端面车削余量为1.2mm，在实际加工时注意保证各段基本尺寸即可。 关于键槽的工序尺寸的确定，由零件图知，槽宽为16 mm，槽深为6 mm由工艺尺寸链计算出的），公差等级为IT13。粗铣时，为精铣留有加工余量，槽宽双边余量为2mm；槽深余量为1mm，粗铣的工序尺寸为：槽宽为 14mm，槽深为5mm。2.3.9 切削用量及基本时间定额的确定切削用量是切削加工时可以控制的参数，具体是指切削速度 v(m / min) 、进给量f（mm/r）和背吃刀量ap（mm）三个参数。选择切削用量主要应根据工件的材料、精度要求以及刀具的材料、机床的功率和刚度等情况，在保证工序质量的前提下，充分利用刀具的切削性能和机床的功率、转矩等特性，获得高生产率和低加工成本。从刀具耐用度出发，首先应选定背吃刀量ap，其次选定进给量f，最后选定切削速度v。粗加工时，加工精度和表面粗糙度要求不高，毛坯余量大。因此，选择粗加工的切削用量时，要尽量能保证较高的金属切除率，以提高生产率；精加工时，加工精度和表面粗糙度要求较高，加工余量小且均匀。因此选择切削用量是应着重保证加工质量，并在此基础上尽量提高生产率。 （1）背吃刀量ap的选择 粗加工时，背吃刀量应根据加工余量和工艺系统刚度来确定。由于粗加工时是以提高生产率为主要目标，所以在留出半精加工、精加工余量后，应尽量将粗加工余量一次切除。一般ap可达 810mm。当遇到断续切削、加工余量太大或不均匀时，则应考虑多次走刀，而此时的背吃刀量应一次递减，即ap1ap2ap3。精加工时，应根据粗加工留下的余量确定背吃刀量，使精加工余量小而均匀。 （2）进给量f的选择 粗加工时对表面粗糙度要求不高，在工艺系统刚度和强度好的情况下，可以选用大一些的进给量；精加工时，应主要考虑工件表面粗糙度要求，在一般表面粗糙度数值越小，进给量也要相应减小。 （3）切削速度v的选择 切削速度主要应根据工件和刀具的材料来确定。粗加工时，v主要受刀具寿命和机床功率的限制。如超出了机床许用功率，则应适当降低切削速度；精加工时，ap和f选用得都较小，在保证合理刀具寿命的情况下，切削速度应选取的尽可能高，以保证加工精度和表面质量，同时满足生产率的要求。切削用量选定后，应根据已选定的机床，将进给量f和切削速度v修定成机床所具有的进给量f和转速n，并计算出实际的切削速度v。工序卡上填写的切削用量应是修定后的进给量f、转速n及实际切削速度v。转速n（r/min ）的计算公式10如下：n= 1000；式中 d刀具（或工件）直径（mm）；v切削速度（m/min）。关于时间定额的确定在 1.2.2 节已叙述过，此处不再赘述。工序 5粗车切削用量及基本时间定额的确定 本工序为粗车（车端面、外圆）。已知工件材料为20CrMnMo,b1.18GPa ,锻件，有外皮；机床为CA6140卧式车床，工件装夹在三爪自定心卡盘中。 a. 确定粗车外圆86.006h11 mm的切削用量及基本时间定额 所选刀具为 YT5硬质合金可转位车刀。根据 表1.12，由于CA6140 车床的中心高为200m（表1.318），故选刀杆尺寸 BH=16mm25mm ，刀片厚度为4.5mm。根据表1.38，选择车刀几何形状为卷屑槽带倒棱型前刀面，前角o= 10，后角o=6，主偏角Kr= 45，副偏角Kr =10，刃倾角s=0，刀尖圆弧半径 rg= 0.8mm ，倒棱前角01=5 （1）确定背吃刀量ap 由于双边余量为2.8mm，若要考虑模锻斜度及公差，其最大双边余量为 6mm，可在一次走刀内切完，故 ap=(92-88.006)/2=2.0mm = （2）确定进给量 根据 表1.48 ，在粗车钢料、刀杆尺寸为16mm25mm、ap3mm 、工件直径为60100mm时，f= 0.50.9mm/r。按CA6140机的进给量（ 表4.2 94 ），选择f =0.66 mm/r。确定的进给量尚需要满足机床进给机构强度的要求，故需 进行校验。根据表1.318，CA6140机床进给机构允许的进给力Fmax=3530N 。根据表1.218，当钢料b=9801110MPa,ap2mm，f0.75mm，Kr= 45，v= 65m/ min（预计）时，进给力Ff=1280N。Ff修正系数为kro F f=1.0，ks F f=1.0，kkr Ff =1（表1.29 28），故实际进给力为Ff=12801=1280 N。由于切削时的进给力小于机床进给机构允许的进给力，故所选的f=0.66 mm/r可用。 （3）选择车刀磨钝标准及耐用度 根据 表1.98，车刀后刀面最大磨损量取为1mm，可转位车刀耐用度T =30 min。 （4）确定切削速度v 切削速度 v 可根据公式计算，也可直接由表中查出。采用计算法求出切削速度。10 V= kv （2.7）式中，Cv =262，m =0.2，xv =0.15，yv =0.35，T =30min。修正系数 kMv=0.55，ksv=0.8，Ktv=0.65，krv=1.13，kkv=1.0（表11310、表11410）。则kv=0.550.80.651.01.00.286 V=按 CA6140 机床的转速（表4.2 84）选择n=125 r/min，则实际切削速度v =36.1m/min 。 （5）计算基本时间 按表6.214，l=92mm，l1=4.5mm，l2=4mm，l3 =0。 (2.8) （6）检验机床功率 按表1.248，b970MPa，HBS227，aP2mm，f0.75 mm / r ，v46m/min时，Pc=2.0kw。切削功率的修正系数为kkrPc=1.0, koPc=1.0, kMPc=0.75, kKPc=1.0, kTPc=1.13, kSPc=0.8, ktPc=0.65（表1.288），故实际切削功率为 Pc =1.1kw。根据表1.308，当n=125r/min时，机床主轴允许功率为 PE =5.9kw。 Pc PE，故所选的切削用量可在 CA6140 机床上进行。 b. 65k6 mm外圆面、端面及台阶面的切削用量及基本时间定额 （1）车外圆背吃刀量ap=1.9mm，端面及台阶面ap=2.0mm （2）按CA6140机的进给量（ 表4.2 94 ）选择车外圆的f=0.66mm/r,车端面及台阶面f=3.16mm/r。 （3）主轴转速与切削速度和车外圆88.006相同，其中按 CA6140 机床的转速（表4.2 84）选择n=125 r/min，则实际切削速度v =36.1m/min 。 （4）由式（2.8）车外圆基本时间为37.8s，粗车端面和台阶面的时间为40.2s. c. 确定粗车77mm外圆的切削用量及基本时间定额 （1）车外圆切削用量ap=(82-77)2=2.5mm （2）按CA6140机的进给量（ 表4.2 94 ）选择车外圆的f=0.66mm/r （3）主轴转速与切削速度和车外圆88.006相同，其中按 CA6140 机床的转速（表4.2 84）选择n=125 r/min，则实际切削速度v =36.1m/min 。 （4）由式（2.8）车外圆基本时间为96s d. 确定粗车外圆55m6 mm的切削用量及基本时间 （1）车外圆切削用量ap=(61-58.2)2=1.4mm （2）按CA6140机的进给量（ 表4.2 94 ）选择车外圆的f=0.66mm/r （3）主轴转速与切削速度和车外圆88.006相同，其中按CA6140机床的转速（表4.2 84）选择n=125 r/min，则实际切削速度v =36.1m/min 。 （4） 由式（2.13）车外圆基本时间为63.3se. 确定粗车外圆65e6 mm的切削用量及基本时间 （1）车外圆切削用量ap=(72-67.4)2=2.3mm （2）按CA6140机的进给量（ 表4.2 94 ）选择车外圆的f=0.66mm/r （3）主轴转速与切削速度和车外圆88.006相同，其中按 CA6140 机床的转速（表4.2 84）选择n=125 r/min，则实际切削速度v =36.1m/min 。 （4）由式（2.13）车外圆基本时间为57.5sf. 确定粗车65k6 mm外圆面切削用量及基本时间 （1）车外圆切削用量ap=(72-68.2)2=1.9mm （2）按CA6140机的进给量（ 表4.2 94 ）选择车外圆的f=0.66mm/r （3）主轴转速与切削速度和车外圆88.006相同，其中按 CA6140 机床的转速（表4.2 84）选择n=125 r/min，则实际切削速度v =36.1m/min 。 （4）由式（2.13）车外圆基本时间为37.8s g. 工序5基本时间定额 T5=(29.3+63.3+57.5+37.8+9+14.5+73.1+96+37.8+33.4+6.84)s=478.9s 工序6-半精车切削用量及基本时间定额的确定 a. 确定半精车外圆86.006 mm的切削用量及基本时间 所选刀具为 YT15 硬质合金可转位车刀。车刀形状、刀杆尺寸及刀片厚度均与粗车相同。根据 表1.38，选择车刀几何形状为卷屑槽带倒棱型前刀面，前角O=10，O=6，kr=45，kr=5，s=0，r=0.5mm，01=-5。确定背吃刀量p ,确定进给量 f，根据表1.68和表4.2-94 ，选择f=30mm/r。由于是半精加工，切削力较小，故不需校验该机床进给机构强度。选择车刀磨钝标准及耐用度，根据表1.98，选择车刀后刀面最大磨损量为 0.5mm，耐用度 T=30min。计算确定切削速度v10。 式中CV=291，m=0.2，xv=0.15.yv=0.2, kmv=0.55,ksv=0.8,ktv=1.0,kkv=1.0(表11-310、表11-410)则kv=0.550.81.01.01.0=0.44， 按CA6140机床的转速（表4.2-84）选择 n =320 r / min ，则实际切削速度为v=88.4m/min半精加工机床功率也可不校验。 确定基本时间定额。按 表6.2-14，l= 75mm，l1=3.5mm，l2=4mm，l3=0。 b. 确定半精车65k6 mm外圆面、台阶面切削用量及基本时间定额 （1）车外圆切削用量ap=(68.2-66.2)2=1mm，台阶面的ap=0.8mm （2）按CA6140机的进给量（表4.2 94）选择车外圆的f=0.30mm/r，台阶面的f=0.28mm/r （3）主轴转速与切削速度和车外圆88.006相同，其中按 CA6140 机床的转速（表4.2 84）选择n=320r/min，则实际切削速度v =88.4m/min 。 （4）由式（2.13）车外圆及台阶面的基本时间为36.9s c. 掉头后（夹右端，顶左端），确定半精车外圆65m6 mm的切削用量及基本时间 （1）车外圆切削用量ap=(58.2-56.2)2=1mm （2）按CA6140机的进给量（ 表4.2 94 ）选择车外圆的f=0.30mm/r （3）主轴转速与切削速度和车外圆88.006相同，其中按 CA6140 机床的转速（表4.2 84）选择n=320r/min，则实际切削速度v =88.4m/min 。 （4）由式（2.13）车外圆及台阶面的基本时间为53.1s d. 确定半精车外圆65e6 mm的切削用量及基本时间 （1）车外圆切削用量ap=(67.4-65.4)2=1mm （2）按CA6140机的进给量（ 表4.2 94 ）选择车外圆的f=0.30mm/r （3）主轴转速与切削速度和车外圆88.006相同，其中按 CA6140 机床的转速（表4.2 84）选择n=320r/min，则实际切削速度v =88.4m/min 。 （4）由式（2.13）车外圆及台阶面的基本时间为48.8s e. 确定半精车65k6 mm,外圆面切削用量及基本时间 （1）车外圆切削用量ap=(68.2-66.2)2=1mm （2）按CA6140机的进给量（ 表4.2 94 ）选择车外圆的f=0.30mm/r （3）主轴转速与切削速度和车外圆88.006相同，其中按 CA6140 机床的转速（表4.2 84）选择n=320r/min，则实际切削速度v =88.4m/min 。 （4）由式（2.13）车外圆及台阶面的基本时间为31.9s工序8-精车切削用量及基本时间定额的确定a. 确定精车外圆55m6 mm的切削用量及基本时间 （1）车外圆切削用量ap=(56.2-55)2=0.6mm （2）按CA6140机的进给量（ 表4.2 94 ）选择车外圆的f=0.26mm/r （3）主轴转速与切削速度和车外圆88.006相同，其中按 CA6140 机床的转速（表4.2 84）选择n=710r/min，则实际切削速度v =126.9m/min 。 （4）由式（2.13）车外圆及台阶面的基本时间为27.6s b. 确定倒角的切削用量及基本时间定额 进给量f手动控制,主轴转速选为n=710r/min。基本时间较短可以忽略。工序9-粗、精滚齿切削用量及基本时间定额的确定 a. 粗滚齿的切削用量及基本时间定额的确定 选用型 AA 级单头滚刀，模数m=4，直径90mm 。因全齿高h=9.524mm13mm，故才用一次走刀切至全深。工件齿面要求表面粗糙度Ra=0.8m,根据表4.28和表14-10211,选择工件每转滚刀轴向进给量fa=2.32.7mm /r，条件变换时的修正系数为 k=0.9cos131=0.88 ,则实际的取值范围为fa1=2.02.4mm/r ，又根据表4.2-514，按 Y3150 型滚齿机进给量选fa=2.15mm/r。按表4.108的计算公式确定齿轮滚刀的切削速度。式中Cv=281,T=4800.6=278(kT=0.6为滚刀寿命的修正系数)，fa=2.15mm/r，m=4mm，mv=0.33,yv=0.5，xv=0，kv=0.90.8=0.72 根据Y3150型滚齿机主轴转速（表4.2-504）,选n=84r/min。实际切削速度为：加工时的切削效率按下式计算8， (表4.158)CPc=124,yPc=0.9,xPc=1.7,uPc=-1.0,qPc=0,kPc=1.1,fa=2.15mm/r,m=4mm,d=90mm,z=18,v=23.7m/min。Y3150 型滚齿机的主电机功率为 PE=3kw（ 表4.2-494 ）。因 PcPE ，故所选择的切削用量可在该机床上使用。确定基本时间4： (2.9) (2.10)式中，B=75，=13，z=18,q=1,n=84r/min,fa=2.15mm/r, b. 精滚齿的切削用量及基本时间定额的确定 选用型 AA 级单头滚刀，模数 m=4 ，直径90mm 。因全齿高 h=9.524mm13mm，故才用一次走刀切至全深。工件齿面要求表面粗糙度为 Ra 0.8m，根据 表4.28和 表14-10211 ，选择工件每转滚刀轴向进给量 fa=0.70.9mm/r，条件变换时的修正系数为k=0.9cos131=0.88 ,则实际的取值范围为 fa1=0.620.79mm/r，又根据 表4.2-514 ，按 Y3150 型滚齿机进给量选fa=0.70mm/r。按表4.108的计算公式确定齿轮滚刀的切削速度： (2.11)式中CV=364，T=2400.6=144min(kT=0.6为滚刀寿命修正系数)，fa=0.70mm/r，m=4mm，mv=0.5,yv=0.85，xv=-0.5，kv=0.90.8=0.72 根据Y3150型滚齿机主轴转速（表4.2-504） 选n=204r/min。实际切削速度为 加工时的切削效率按下式计算8, (表4.158) CPc=124,yPc=0.9,xPc=1.7,uPc=-1.0,qPc=0,kPc=1.1,fa=0.70mm/r,m=4mm,d=90mm,z=18,v=57.6m/min. 。Y3150 型滚齿机的主电机功率为 PE= 3kw（ 表4.2-494）。因 PC1000MPa 时 ，f=0.13 0.17mm / r ，选择 f=0.13mm / r ，这个进给量是按加工要求确定的。如按钻头强度确定，则根据 表2.88 查得 f=0.32mm / r 。综合考虑后确定最终进给量f=0.13mm / r 。选择钻头磨钝标准及耐用度，根据 表2.128 ，钻头后刀面最大磨损量取为0.8mm， T=25min。确定切削速度 v ，根据 表2.148 ,b1180MPa 的20CrMnMo 钢 加 工 性 属 11 类 。 再 根 据 表2.138 ， 可查得 v=9m / min ， 根据 表4.2-154 ，按Z525钻床主轴转速选择主轴实际转速为 n=392r / min 。实际切削速度为 v=10.5m / min。确定基本时间： (2.16）D为孔径，l2=0,l1=6mm 工序12-攻螺纹工序的切削用量和基本时间的确定 本工序为攻螺纹，刀具选用机动丝锥高速钢 W18Cr4V，直径 d=10mm（ 表14-9011 ）。进给量 f 手动控制。确定速度 v （2.17) 式中，P=1.5mm，耐用度t=40min，Cv=38.5,x=1.2,y=0.9,d0=10mm.则工序17-磨削65e6mm的外圆工序的切削用量和基本时间的确定。 a. 粗磨65e6mm 外圆面的切削用量和基本时间的确定 选用平形砂轮，磨料选用棕刚玉，磨削淬火钢宜选用中等粒度的磨料，此处选用90#，磨具硬度选用较软的（ 表3.2-14 、 表3.2-24 、 表3.2-54 、 表3.2-104 ）。平形砂轮的 D=350mm，T=50mm，H=75mm（ 表10-7711 ）。根据表14-12411 ，粗磨圆柱面时磨轮的耐用T=6min。根据 表14-12911 可得，工件回转的圆周速度为 v1=20m / min ，粗磨钢的纵进给量为fB=(0.5 0.8)bM=2540mm / r ，（ bM为磨轮宽度），选为fB=30mm / r ，横进给量为 ft=13.5m / 每一行程 。确定基本时间定额4。 式中，L=l=75mm,zb=0.15mm,k=1.1,fa=30mm/r,frs=0.0135/每一行程则 b. 粗磨65k6mm 外圆面的切削用量和基本时间的确定 选用平形砂轮，磨料选用棕刚玉，磨削淬火钢宜选用中等粒度的磨料，此处选用100#，磨具硬度选用较软的（ 表3.2-14 、 表3.2-24 、 表3.2-54 、 表3.2-104 ）。平形砂轮的 D=350mm ，T=50mm ， H=75mm （ 表10-7711 ）。根据 表14-12411 ，粗磨圆柱面时磨轮的耐用T=33min。根据 表14-12911 可得，工件回转的圆周速度为 v1=40m / min ，粗磨钢的纵进给量为fB=(0.250.5)bM=12.525mm / r ，（bM为磨轮宽度），选为fB=16mm / r ，横进给量为 ft=13.5m / 每一行程 。确定基本时间定额4。 (2.18) 其中 L=l=75mm,zb=0.15mm,k=1.1,fa=16mm/r,frs=0.0055/行程。则工序18-磨削65k6mm的外圆工序的切削用量和基本时间的确定。 a. 粗磨65k6mm 外圆面的切削用量和基本时间的确定 选用平形砂轮，磨料选用棕刚玉，磨削淬火钢宜选用中等粒度的磨料，此处选用90#，磨具硬度选用较软的（ 表3.2-14 、 表3.2-24 ）。平形砂轮的 D=350mm ，T=50mm ， H=75mm （ 表10-7711 ）。根据 表14-12411 ，粗磨圆柱面时磨轮的耐用T=6min。根据 表14-12911 可得，工件回转的圆周速度为 v1=20m / min ，粗磨钢纵进给量fB=(0.5 0.8)bM=2540mm / r ，（bM磨轮宽度），选为fB=30mm / r ，横进给量为 ft=13.5m /每一行程 。确定基本时间定额4。 式中，L=l=48mm,zb=0.15mm,k=1.1, fa=30mm/r,frs=0.0135/每一行程则 b. 精磨65k6mm 外圆面的切削用量和基本时间的确定 选用平形砂轮，磨料选用棕刚玉，磨削淬火钢宜选用中等粒度的磨料，此处选用100#，磨具硬料选用棕刚玉，磨削淬火钢宜选用中等粒度的磨料，此处选用100#，磨具硬度选用较软的（ 表3.2-14 、 表3.2-24 、）。平形砂轮的 D=350mm ，T=50mm ，H=75mm（表10-7711 ）。根据 表14-12411 ，粗磨圆柱面时磨轮的耐用T=33min。根据 表14-12911 可得，工件回转的圆周速度为 v1=40m / min ，粗磨钢的纵进给量为fB=(0.250.5)bM=12.525mm / r ，（bM为磨轮宽度），选为fB=16mm / r，横进给量为 ft=13.5m/行程 。确定基本时间定额4。 L=l=48mm,zb=0.15mm,k=1.1,fa=16mm/r,frs=0.0055/每一行程。工序19-磨削齿面工序的切削用量和基本时间的确定。 本工序为磨削齿面，所选砂轮为双斜边砂轮，磨料选用铬刚玉，粒度选为80# ，硬度选较软的。双斜边砂轮的D=200mm，T=16mm ，H=75mm ，U=4mm，=40。（ 表10-7711）。齿形单面余量为 0.3mm。先将加工阶段划分为粗磨、半精磨、精磨。粗磨行程次数为 3 次，半精和精加工行程各为 1 次。根据表14-11411 ，将切削用量列表如下：表2.9 切削用量单面余量 加工性质 行程次数 分度方法 行程序号 切削深度/行程 纵向进给量/范成 1 0.09 3.75 0.3mm 粗加工 3 双面 2 0.08 3.75 3 0.075 3.75 0.3mm 半精加工 1 单面 4 0.04 3.75 0.3mm 精加工 1 单面 5 0.015 1.08 每分钟范成次数为175次。 确定磨齿的基本时间定额。根据表15-2311的公式：式中，l为齿长，h为齿高，D为磨轮直径， ，h=9.524mm,D=200mm,则z=18,n0=175,i1=3,i2=1,f1=3.75,f2=3.75,f3=1.08,1=0.03min,2=0.02min,3=0.015min则将前面进行的工作所得的结果填入机械加工工艺过程卡片和机械加工工序卡片内，即得该齿轮轴零件的机械加工工艺规程。 3 齿轮轴零件铣键槽专用夹具设计3.1 明确设计要求、收集设计资料根据指导老师指定的对铣键槽工序进行专用夹具设计，对零件图纸设计要求进行分析后有：齿轮轴左端的键槽深为6 mm,（由工艺尺寸链计算出的），宽度为16N9mm，两侧面的表面粗糙度Ra值为3.2m。键槽宽度对65 mm圆柱面基准轴线的对称度为0.02mm 。该输入齿轮轴属于大批量生产、使用专用夹具进行生产可大大提高生产效率。设计的专用夹具除了要保证上述加工精度要求、提高生产效率外，还要满足夹具工艺性能好（夹具的结构简单、合理、便于制造、装配、调整、检验、维修等）、使用性能好（专用夹具的操作简便、省力、安全可靠）和经济性能好（设计时应根据生产纲领对夹具方案进行必要的技术经济分析，以提高夹具在生产中的经济效益）。明确上述设计任务及要求后，通过查找相关技术文献资料得出目前常见的在轴上铣键槽的夹具结构为 V 形块装夹工件（如图 3.1、图 3.2所示）。夹紧工件前必须校正夹具在工作台中的位置，然后利用螺栓与工作台 T 形槽联接。键槽长度进给量由工作台纵向进给手轮控制，深度进给由工作台升降进给手柄控制，宽度由铣刀直径控制。在普通铣床上用上述夹具装夹工件、采用传统工艺方法来加工精度要求高、尺寸范围变化大的键槽存在如下弊端：1)质量稳定性差，主要是由 T 形槽磨损引起；2)运动刚性差，普通铣床调节环节多，引起误差的几率高。 图3.1 高度对称键槽加工夹具 1、半V型块 5、夹具基座 图3.2 键槽加工的对刀 2、联接螺栓 6、固定螺钉 8、T形螺栓组 3、定位芯块 7、工作台 9、尾顶尖 4、联接螺栓 为此，在现有普通铣床基础上如何设计出定位精度高、夹具误差小的专用铣键槽夹具对保证零件加工质量、提高生产效率显得尤为重要。在查阅大量文献资料和结合上述夹具的优点的基础上，根据实际生产情况，提出V型块夹具设计方案。确定了夹具设计方案后就开始相应的夹具设计。 3.2 确定夹具结构方案3.2.1 确定定位方式，选择定位元件工件在夹具中的位置是由与工件接触的定位元件的定位表面（简称元件定位面）所确定的。为了保证工件相对刀具及切削成形运动有正确的位置，还需要使夹具与机床连接和配合时所用的夹具定位表面（简称夹具定位面）相对刀具及切削成形运动处于理想的位置。该输入齿轮轴零件属于阶梯轴零件，选用轴的中心线作为定位基准，可使定位基准和部分工序基准、设计基准重合，减小定位误差。选用轴的65mm 外圆柱面作为定位基面，以90短 V 形块为定位元件。轴向定位用可调的支承钉定位。定位误差是由于工件在夹具上（或机床上）定位不准确而引起的加工误差。本文是在轴上铣键槽，要求保证槽底至工件外圆下母线的距离 H。当采用 V 型块定位（如图 3.3 所示），键槽铣刀按规定尺寸 H 调整好位置。实际加工时，由于工件外圆直径尺寸有大有小，会使外圆下母线的位置发生变化。若不考虑加工过程中产生的其他误差，仅由于工件外圆下母线位置的变化也会使工序尺寸 H 发生变化。此变化量（即加工误差）是由于工件的定位而引起的，故称为定位误差，用DW 表示。 图3.3 V型块定位误差计算 根据机械制造工艺学2 的公式： DW （3. 1） DW 因为 H 工序尺寸为小于制造公差0.2mm 的 1/2。因此上述定位方案可行。定位方案及定位结构图如下： 图 3.4 铣键槽定位方案示意图 图 3.5 铣键槽定位结构示意图 图中代号 1 表示为短 V 型块。在齿轮轴65mm 外圆面两端处用短 V 型块定位，在垂直面内施以夹紧力。3.2.2 确定工件夹紧方案，设计夹紧机构在机械加工过程中，工件会受到切削力、摩擦力等外力的作用，为了保证在这些外力的作用下，工件仍能在夹具中保持定位的正确位置，而不致发生位移或产生振动，一般在夹具结构中都必须设置一定的夹紧装置，把工件压紧夹牢在定位元件上。图
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