【《某矩形花键孔内齿轮机械工艺规程设计分析案例》7500字】

某矩形花键孔内齿轮机械工艺规程设计分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u17676某矩形花键孔内齿轮机械工艺规程设计分析案例 1233081.1零件图分析和工艺审查 1315591.1.1结构要求 1282421.1.2精度要求 2273071.2确定生产类型和工艺特征 3171841.1.1确定零件生产纲领 3100981.1.2确定工艺特征 4283801.3确定毛坯 5172021.4拟定工艺路线 5285101.4.1选择定位基准 6134361.5确定机床设备和工艺装备 8308951.5.1确定机床设备 8246111.5.2确定工艺装备 84021.6确定加工余量，计算工序尺寸和公差 9312501.6.1确定加工余量 934791.6.2确定工序尺寸和公差 10250001.7计算切削用量和工时定额 13267611.7.1切削用量原则 13322211.7.2计算切削用量和工时定额 141.1零件图分析和工艺审查零件图的分析和工艺审查是工艺分析的基础，通过前期的调研资料了解零件的位置和功用，分析出其重要的技术要求，并找到对应要采取的加工方法。查看并验证零件的尺寸公差，技术要求等是否正确、统一，是否符合国家标准。零件图通过分析好人工艺审查后才可以进行下一步工作。所设计的矩形花键孔内齿轮，是在车床主轴箱里的一个起滑动连接的零件。该零件的加工主要分为两个部分，分别是内齿轮加工和矩形内花键加工。该零件并不依靠其内齿轮部分起啮合作用，所以对内齿轮的要求是在主轴上运动自如即可。该零件在主轴箱内依靠花键起离合器作用，需要有一个槽作为变速箱外手柄位置。1.1.1结构要求（1）内齿轮加工方式为插齿加工，花键加工方式为拉削加工。（2）内齿轮齿部G50。（3）零件内部有一个内齿轮、一个花键孔、一个键槽，为轴套，在主轴上可以自由移动。（4）花键孔存在孔底倒角，内齿轮端外部有倒角，内部也有孔底也有倒角，其余外圆部分的角为圆角。图1.2零件图具体尺寸结构1.1.2精度要求（1）矩形花键孔为小径定心，小径的精度等级取H7，大径精度等级低于小径进度等级区H7，花键槽精度等级取E8。内齿轮的精度要求为9级。（2）花键的加工方式为拉削。为了有效的保证拉刀在拉削时不会产生歪斜，以花键孔一次车下的平面作为拉削的安装面。（3）花键孔好内齿轮齿面表面粗糙度Ra3.2μm，其余部分表面粗糙度Ra为6.3μm。（4）零件加工时，以花键小径为基准面A，存在一个宽度为6，直径为75的键槽，键槽对基准面A的对称度公差为0.018mm。（5）内齿轮的分度圆直径为67.5mm，外径为90mm，齿数为27，齿轮倒角10°，压力角20°，模数为1.5。（6）花键孔的小径∅46mm，大径∅50mm，外壳直径为75，花键上共6个槽槽宽为12。1.2确定生产类型和工艺特征1.1.1确定零件生产纲领按照零件的制造类型按照其生产的纲领及其零件类型的不同，我们可以将其细分为，单件生产，成批生产，大量生产。由于每一种生产的类型不同其工艺性质特征也都各不相同，而且它们作为我们制定零部件工艺技术规程的第一步，确定了每一种生产的类型，确定了每一种零件的工艺技术纲领后就能够对每一种零件的工艺性能特点进行深入了解。确定零件的生产类型首先要知道零件的类型，零件类型由零件的重量确定。m=ρ·其中m，ρ，V，为质量，密度，体积。由上述公式估算零件质量，零件材料为40Cr，属于中碳钢密度约为7.85gcm3表1.1不同机械产品各种类型零件的质量范围机械产品类别加工零件的质量/kg轻型零件中型零件重型零件电子工业机械<44~30>30机床<1515~50>50重型机械<100100~2000>2000确定零件年生产纲领N的公式为：N=Qn(1+a%)(1+b%)（1.2）其中Q，n，a，b，为产品年产量，每台产品中该零件的数量，备品率，废品率。结合生产实际和调研的相关资料可以得出在一般情况下，零件备品率a和废品率b约为3％和0.5％，设定在一台普通车床中矩形花键孔内齿轮一般情况应该有2个，产品的年产量为3000台/年。将以上结果带入公式1.2，可以就算出零件的年生产纲领为约6211件/年。表1.2加工零件的生产类型生产类型同种零件的年生产纲领/(件重型零件中型零件轻型零件单件生产<5<20<100成批生产小批5~10020~200100~500中批100~300200~500500~5000大批300~1000500~50005000~50000大量生产>1000>5000>50000将得出的生产纲领具体数值带入上表，可以知道当矩形花键孔内齿轮的年生产纲领为6211件/年是，它的生产类型为成批生产中的大批生产。1.1.2确定工艺特征零件的生产类型不同，其工艺特征也不相同。在上文中确定了矩形花键孔内齿轮的生产类型为成批生产，所以成批生产的工艺特征为：（1）成批生产中适用许多品种零件的数量较多时生产。（2）成批生产中，大部分零件在加工时还需要钳工的修整工作，而且大部分零件有一定的互换性。所以本零件在经过机床加工后还需要送至钳工工作台进行修整。（3）毛坯的制造精度不用太高，一般取中等精度。本零件由零件图技术要求可以选用的是自由锻造的毛坯。（4）在进行零件的加工时，机床按照零件类别分工段排列。加工时可以采用通用机床，通用刀具，万能量具，加工中心，专用刀具，专用量具等。从零件图上看，零件应该只使用普通车床，插齿机，拉床和专用拉刀。（5）为了获得零件图所规定的精度，一般是在已经调整好的机床上加工，偶尔也会使用试切法。但是本零件不适用试切法。（6）在加工时，基本选用夹具装夹。夹具一般选择通用夹具，有少部分需要进行专用夹具设计。本零件应该即在加工内齿轮和花键孔时使用专用夹具，也在加工外圆时使用通用夹具（7）在成批生产时，由于生产的批量比较大，所以一般情况下对工人的专业技术水平有较高的要求。除了机械加工工艺过程卡之外，在重要的工序中还需要工序卡片对加工时的要求进行补充。本零件对于键槽和花键孔的加工等工序应该属于重要工序，依照要求那些工序需要有工序卡片在加工时作指导作用。1.3确定毛坯毛坯的生产和制造质量从一定程度上得到了提高，既能够有效地降低了机械加工的成本，又能够大大地减少了机械加工的劳动力。所以对于毛坯材料和制造方式的选择要在满足经济性要求的情况下，要尽量选择那些制造质量比较高的毛坯材料。矩形花键孔内齿轮在主轴箱内作用较为重要，而且根据之前确定的生产成批大批生产可以确定，所选择的毛坯应该为锻件。锻件是在固态下对毛坯进行塑性变形，所以锻件的塑性好，变形抗力小，力学性能也优于相同成分的铸钢件。根据零件图说明毛坯的材料为40Cr，所以应该选择的为自由锻的尺寸为φ96×55的40Cr材料。图1.3毛坯图1.4拟定工艺路线拟定工艺路线作为零件制造过程中最重要的工艺规程设计中最重要的一个步骤，所以对于矩形花键孔内齿轮加工路线在拟定中，所需要涉及的是定位依据基准确定，加工方式的选用，加工各个阶段的时间划分以及工序的先后次序等都应严格地按照现行标准要求进行。有了上文中对矩形花键孔内齿轮进行的结构特点和技术要求的分析，根据生产纲领的特性和毛坯的选择开始拟定加工路线。1.4.1选择定位基准（1）精基准的选择精基准的选择需要满足基准重合原则，统一基准原则，互为基准原则和自为基准原则四种原则任一种或任几种，在选择基准面时要尽可能的满足更多的原则。根据基准重合原则，由于在零件图的绘制中，以花键孔小径为基准面，为了便于加工继续选择花键孔小径作为精基准定位。以花键孔小径为精基准既保证了后续加工中花键键槽的定位精确，也保证了键槽和槽的尺寸公差。根据统一基准原则，花键孔小径作为零件中精度最高的部分，应该作用为基准。装夹零件右端，对花键进行拉削，由于零件的右端是花键孔端，一定程度上减少的拉刀的误差。根据互为基准原则，花键孔小径对于键槽的对称度和槽的端面跳动尺寸精度要求较高，所以花键孔小径应该是精基准。以上三个基准选择原则都确定了，花键孔小径为精基准。所以精基准确定为花键孔小径。设计基准与定位基准重合，这样最大程度的保证了零件的误差最小。在大批生产中为了便于装夹，应该选择在零件右端装夹，保证了花键的精度。（2）粗基准的选择粗基准作为第一道工序所选用的基准，不止仅用于第一道工序，它还对后续的加工全过程有着重要的影响，粗基准的选择也有自己的原则，所以粗基准的选择应该便于定位装夹和加工。根据粗基准的选择原则，应该尽量选择不加工表面，或者那些加工较少的表面。在矩形花键孔内齿轮中毛坯的内外表面和两个端面都需要加工。所以只能依据合理分配加工余量的原则，选择重要表面为粗基准，但是零件图表现出来的重要表面为花键孔小径，不能装夹。从便于装夹的原则来看，选择右侧装夹，右侧的外径较大，没有铸造冒口等，也平整光洁。（3）选择零件加工方法除了内齿轮和花键孔的表面粗糙度要求都是Ra3.2μm，其余表面粗糙度为Ra6.3μm。根据下表制定出加工方法。外表面选择粗车—半精车—精车的加工方案，内齿轮采取粗车—半精车—插齿的加工方案，花键孔选择粗车—半精车—拉削的加工方案。（4）划分加工阶段，安排工序先后顺序三个部分的加工方案都有粗车—半精车部分，所以先将这两个步骤放在一起，然后拉削花键孔，精车孔内倒角、外圆、槽，再插齿加工内齿轮，最后修正倒角，去除毛刺，齿部热处理，修整花键孔。加工顺序安排如下：1）加工精基准面花键孔。2）主要表面的粗加工外圆两端面3）人工时效处理4）次要表面加工花键孔，内齿轮5）精加工精基准面外圆左端面6）主要表面精加工花键孔，内齿轮由以上加工顺序可以制定出矩形花键孔内齿轮的加工工艺路线如下表：表1.3矩形花键孔内齿轮加工工艺路线工序号工序内容所用设备1粗车全件普通车床2正火3半精车外圆，内齿轮内径，花键底孔，倒角普通车床4拉削花键孔拉床，专用拉刀5精车外圆，端面，内齿轮内径普通车床6插齿内齿轮插齿机7倒齿端角8修建毛刺钳工台9齿部热处理10修整花键孔压床11清洗清洗台12检验检验台1.5确定机床设备和工艺装备1.5.1确定机床设备由加工路线可以知道，需要车床、拉床、专用拉刀、插齿机、压床等机床设备。（1）车床的选择其中车床需要有足够的精度可以完成粗车，半精车和精车三个阶段，在一般的生产中基本上会采用卧式车床，所以车床选择C620普通卧式车床。（2）拉床选择由于花键需要拉削加工，拉床选择L6110拉床。（3）插齿机的选择内齿轮的加工方式为插齿加工，所以需要插齿机。1.5.2确定工艺装备（1）夹具的选择在对零件进行粗车，半精车，精车时，选择的夹具是三爪卡盘。在插齿和拉花键时，需要使用专用的夹具进行装夹，专用夹具的设计见论文第四部分。（2）刀具的选择车床上的刀具不需要完成特殊的工作，所以选择标准的硬质合金车刀。加工外圆，端面和内圆的时候分别选择，90°外圆车刀，45°外圆车刀和90°内孔车刀。拉削时使用的刀具为专用拉刀，是拉削长度为25~50的6×46H7×50H11×12E8拉刀。插齿刀使用m1.5α20°B级的碗形插齿刀。（3）量具的选择应该专用量具和通用量具都选择，对于外圆尺寸，端面尺寸等选择选择通用夹具，对于键槽对花键孔小径的对称度公差等选择专用夹具。1.6确定加工余量，计算工序尺寸和公差1.6.1确定加工余量常用的确定加工余量的方法中，计算法由于需要大量积累下来的材料进行分析计算，目前积累的资料不足以支撑进行计算加工余量。经验估计法是在拥有大量的生产实际经验的条件下，对零件的加工余量机械估计，但是本人目前没有足够的经验去估计出加工余量。所以为了保证矩形花键孔内齿轮的加工余量符合标准，本次零件的加工余量的确定方法为查表法。表1.4粗车和半精车外圆加工余量（部分）（单位mm）零件基本尺寸直径余量经或未经热处理零件的粗车半精车未经热处理经热处理折算长度≤200200~400≤200200~400≤200200~400>30~501.01.21.41.51.51.9>50~801.31.51.51.81.81.0>80~1201.51.81.51.81.81.0表1.5精车端面的加工余量（部分）（单位mm）零件直径零件全长L≤1818~5050~120120~260260~500>500余量a30~500.50.60.70.81.01.250~1200.60.70.81.01.21.2120~2600.70.81.01.01.21.4表1.6内花键拉削余量（部分）（单位mm）花键规格定心方式键数z外径D大径定心小径定心635~420.4~0.50.7~0.8645~500.5~0.60.8~0.9655~900.6~0.70.9~1.01030~420.4~0.50.7~0.810450.5~0.60.8~0.916380.4~0.50.7~0.8表1.7精滚齿和精插齿的齿厚加工余量（部分）（单位mm）模数2345678910齿厚余量0.60.750.91.051.21.351.51.71.9经过查表可知道，粗车外径的加工余量为1.5mm，由于粗车和半精车中间需要正火热处理，所以半精车的加工余量为1mm，内花键拉削的加工余量0.8mm，内齿轮插齿的齿厚加工余量为0.6mm。1.6.2确定工序尺寸和公差在零件加工过程中每一道工序都有自己工序的尺寸公差。一般来说，工序尺寸和公差都是由工艺尺寸链确定的。所以计算出尺寸链就可以得到零件的不同的工序尺寸及其公差。尺寸链的计算有极值法和统计法两种，本文对零件进行的尺寸链计算选择的是极值法。尺寸公差常用基本尺寸（A）、上偏差（ES）、下偏差（EI）表示，也可以用最大极限尺寸（Amax）和最小极限尺寸（A极值法计算尺寸链的主要计算公式有：（1）封闭环基本尺寸AA0=p=1其中m，ξj，为组成环数，第i组成环的尺寸传递系数（对直线尺寸链而言，增环的尺寸传递系数ξi=1，减环的尺寸传递系数所以上式可以改写为：A0=p=1其中Ap，A（2）环的极限尺寸Amax=A+ES（Amin=A+EI（（3）环的极限偏差ES=∆+T(A)/2（1.7）EI=∆−T(A)/2（1.8）（4）环的中间偏差∆=(ES+EI)/2（1.9）（5）封闭环中间偏差∆0=i=1其中∆i（6）封闭环公差TA0=对直线尺寸而言TA0=（7）封闭环极限尺寸Aomax=p=1A0min=p=1（8）封闭环极限偏差ES0=p=1EI0=p=1由上述公式可以得出各工序的工序尺寸。粗车后左端面的尺寸为∅91.5mm，右端面尺寸为∅77.5mm，长度为48.5mm，左端内孔尺寸为∅66.5mm，中间孔尺寸为∅77.5mm，右端内孔尺寸为∅43.5mm。半精车后左端面尺寸为∅91mm，右端面尺寸为∅76mm，长度为47mm，右端内孔尺寸∅47。精车后，左端面的尺寸∅90mm，右端面的尺寸为∅75mm，长度为46−0.50，左端面尺寸为∅64.5mm，中间端面尺寸为∅75×6mm。拉削后，花键孔内小径的尺寸∅460+0.025，花键孔内大径尺寸为插齿后，内齿轮的齿顶圆直径为∅64mm，长度为8mm。1.7计算切削用量和工时定额1.7.1切削用量原则选择切削用量需要遵照以下几个原则：（1）在保证能达到所要求的的加工质量的条件下，尽可能的降低成本，提高生产率，才能使工序的切削时间最短。（2）在粗加工时应该按照刀具寿命确定切削用量；精加工时，根据零件的表面粗糙的和加工精度来确定。（3）在加工中为了延长刀具的使用寿命，要尽可能的在合理空间内选择比较大的背吃刀量，然后在工艺装备和技术条件允许的条件下选择大的进给量，最后才根据刀具的寿命确定切削速度。由上文知道，加工的车床选择C620卧式车床。车床的转速范围为12~600r/min，车床的进给量为0.084~4.74mm/r。切削用量的计算公式为：（1）切削速度vcvc=πdn其中d，n，为切削刃选定点出所对应的的工件或刀具的回转直径，工件或刀具的转速。（2）进给量f：fz=f/(n·z)（其中fz（3）背吃刀量apap=(dw其中dw，d一般情况下的进给量由车刀和机床类型查表得出，并不直接进行计算。计算切削速度时要先换算成主轴转速。1.7.2计算切削用量和工时定额（1）工序2-工步01夹右端粗车左端面，留1.5mm加工余量背吃刀量ap=1.75mm确定进给量f=0.6~1.0mm/r，选择f=0.6mm/r确定切削速度vc：vc=60~120m/min，选择换算成主轴转速：n=相近的转速为n=200r/min，换算成实际的切削速度：vc基本工时：被切削长度l=90mm，因此切入长度l1=2~3mm，取l1=3mm，选择的切出长度l2Tj（2）工序2-工步02钻孔∅41.5。背吃刀量ap=21.5mm确定进给量f=0.6~1.0mm/r，选择f=0.6mm/r确定切削速度vc：vc=60~120m/min，选择换算成主轴转速：n=相近的转速为n=400r/min，换算成实际的切削速度：vc基本工时：被切削长度l=46mm，因此切入长度l1=2~3mm，取l1=3mm，选择的切出长度l2Tj（3）工序4-工步03半精车键槽∅70至∅71.5.背吃刀量ap确定进给量f=0.6~1.0mm/r，选择f=0.6mm/r确定切削速度vc：vc=60~120m/min，选择换算成主轴转速：n=相近的转速为n=400r/min，换算成实际的切削速度：vc基本工时：被切削长度l=75mm，因此切入长度l1=2~3mm，取l1=3mm，选择的切出长度l2Tj（4）工序5-工步01半精车右端面至∅76.5背吃刀量ap确定进给量f=0.6~1.0mm/r，选择f=0.6mm/r确定切削速度vc：vc=60~120m/min，选择换算成主轴转速：n=相近的转速为n=400r/min，换算成实际的切削速度：vc基本工时：被切削长度l=75mm，因此切入长度l1=2~3mm，取l1=3mm，选择的切出长度l2Tj（5）工序6-工步01精车内齿轮孔至要求尺寸背吃刀量ap=0.75mm确定进给量f=0.6~1.0mm/r，选择f=0.6mm/r确定切削速度vc：vc=60~120m/min，选择换算成主轴转速：n=相近的转速为n=600r/min，换算成实际的切削速度：vc基本工时：被切削长度l=64mm，因此切入长度l1=2~3mm，取l1=3mm，选择的切出长度l2Tj（6）工序7-工步03精车总长至要求尺寸背吃刀量ap确定进给量f=0.6~1.0mm/r