机械制造技术课程设计-齿轮轴零件机械加工工艺及铣键槽夹具设计

1、- 说 明 书题 目 齿轮轴加工工艺规程及铣键槽夹具设计学 生 系 别 专 业 班 级 学 号 指 导 教 师 19 目 录第一章 前言21.1本课题的设计内容和意义21.2国内外的发展概况3第二章 零件的分析52.1 零件的作用52.2 零件的工艺分析5第三章 工艺规程设计63.1 确定毛坯的制造形式63.2 基准的选择63.2.1 粗基准的选择63.2.2 精基准的选择63.3 制定工艺路线63.4机械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸的确定83.5确立切削用量及基本工时9第四章 专用铣12mm键槽夹具设计154.1问题的提出154.2定位方案设计154.2.1齿轮轴零件的定位方案设计154.2

2、.2定位元件的选择154.2.3定位误差计算154.3夹紧方案设计164.3.1夹紧力计算164.3.2 切削力计算174.4夹具操作作使用说明18参考文献26致谢26第1章 前言机床工艺加工是随机械加工技术发展而发展的。机床夹具由适用于中小批量生产的用工艺技术发展到大批量生产的专用工艺技术、随行夹具,经历了市场的发展和技术的推动。随着现在市场需要的多样化、多品种、中小批量及短周期的生产方式在世界贸易中逐渐成为主导方式,传统的专为某个零件的一道工序设计制造的专用夹具已经不能适应这种生产方式的要求。因此,适用于多品种、中小批量生产特点的通用工艺技术。数控技术的进步与发展,使得数控机床、加工中心在

3、机械加工中广泛运用,数控机床工艺技术也迅速的发展起来。以上这些现代机床夹具技术的出现和发展,代表了现代机床工艺技术的发展趋势。具体的发展方向有以下几个方面:全套图纸加扣 3346389411或30122505821) 功能柔性化;2) 传动高效化、自动化;3) 制造精密化;4) 旋转夹具高速化;5) 结构标准化、模块化;6) 设计自动化;机床夹具方面的基础研究的强化1.1本课题的设计内容和意义机械的加工工艺规程设计是在完成了大学的机械制造专业课程之后，进行的一次理论联系实际的综合运用，使我对专业知识、技能有了进一步的提高，为以后从事专业技术的工作打下基础。机械加工工艺是实现产品设计，保证产品质

4、量、节约能源、降低成本的重要手段，合理的机械加工工艺过程是企业进行生产准备、计划调度、加工操作、生产安全、技术检测和健全劳动组织的重要依据，也是企业上品种、上质量、上水平，加速产品更新，提高经济效益的技术保证。合理的机械加工工艺文件不仅能提高一个企业的技术革新能力，而且可以较大程度地提高企业的利润，因而合理地编制零件的加工工艺文件就显得时常重要。机械加工工艺文件的合理性也会受到企业各方面因素的制约，比如企业的生产设备、工人的技术水平及夹具的设计水平等，其中较为重要的是夹具的生产和设计。夹具是机械加工系统的重要组成部分，不论是传统制造，还是现代制造系统，夹具的设计都是十分重要的。好的夹具设计可以

5、提高产品劳动生产率，保证和提高加工精度，降低生产成本等，还可以扩大机床的使用范围，从而使产品在保证精度的前提下提高效率、降低成本。当今激烈的市场竞争和企业信息化的要求,企业对夹具的设计及制造提出了更高的要求。所以对机械的加工工艺及夹具设计具有十分重要的意义。因而不仅要合理结合企业的生产实际来进行零件加工工艺文件的编制，而且还要根据零件的加工要求和先进的加工机床来设计先进高效的夹具。该课题主要是为了培养学生开发、设计和创新机械产品的能力，要求学生能够结合常规机床与零件加工工艺，针对实际使用过程中存在的金属加工中所需要的三维造型、机床的驱动及工件夹紧问题，综合所学的机械三维造型、机械理论设计与方法

6、、机械加工工艺及装备、液压与气动传动等知识，对高效、快速夹紧装置进行改进设计，从而实现金属加工机床驱动与夹紧的半自动控制。在设计液压系统装置时，在满足产品工作要求的情况下，应尽可能多的采用标准件，提高其互换性要求，以减少产品的设计生产成本。1.2国内外的发展概况夹具从产生到现在，大约可以分为三个阶段：第一个阶段主要表现在夹具与人的结合上，这是夹具主要是作为人的单纯的辅助工具，是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

7、具与机床的结合，夹具作为机床的一部分，成为机械加工中不可缺少的工艺装备。在夹具设计过程中，对于被加工零件的定位、夹紧等主要问题,设计人员一般都会考虑的比较周全，但是，夹具设计还经常会遇到一些小问题，这些小问题如果处理不好，也会给夹具的使用造成许多不便，甚至会影响到工件的加工精度。我们把多年来在夹具设计中遇到的一些小问题归纳如下：清根问题在设计端面和内孔定位的夹具时，会遇到夹具体定位端面和定位外圆交界处清根问题。端面和定位外圆分为两体时无此问题,。夹具要不要清根，应根据工件的结构而定。如果零件定位内孔孔口倒角较小或无倒角，则必须清根,如果零件定位孔孔口倒角较大或孔口是空位，则不需要清根，而且交界

8、处可以倒为圆角R。端面与外圆定位时，与上述相同。让刀问题在设计圆盘类刀具(如铣刀、砂轮等)加工的夹具时，会存在让刀问题。设计这类夹具时，应考虑铣刀或砂轮完成切削或磨削后，铣刀或砂轮的退刀位置，其位置大小应根据所使用的铣刀或砂轮的直径大小，留出超过刀具半径的尺寸位置即可。更换问题在设计加工结构相同或相似，尺寸不同的系列产品零件夹具时，为了降低生产成本,提高夹具的利用率，往往会把夹具设计为只更换某一个或几个零件的通用型夹具。由于现代加工的高速发展，对传统的夹具提出了较高要求，如快速、高效、安全等。基于液压夹紧的专用夹具设计，必须计算加工工序所受的切削力及切削力矩，按照夹紧方式进行夹紧力的计算，进而

9、可以确定液压缸的负载，通过选定整个液压系统的压力，最终可以确定液压缸的各参数。随着机械工业的迅速发展，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更高的要求。特别像后钢板弹簧吊耳类不规则零件的加工还处于落后阶段。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高效模块组合通用经济方向发展。第2章 零件的分析2.1 零件的作用 轴起着支持和固定齿轮零件,保证轴系运转精度和良好润滑等重要作用。,一

10、般通过轴.在机器中起传递运动与力的作用。2.2 零件的工艺分析轴 有几组加工表面，并有一定位置要求.其中尺寸要求较高的有：分述如下：1.以15外圆为中心的加工表面：这一组加工表面包括：20外圆及其倒角，尺寸为15外圆相垂直的左右外圆面,2.以轴线为中心的加工表面这一组加工表面包括：加工左右两端的4mm 键槽,这些加工表面之间有着一定的位置要求，主要是：两键槽对轴线的对称度要求。由上面分析可知，加工时应先加工一组表面，再以这组加工后表面为基准加工另外一组。第3章 工艺规程设计3.1 确定毛坯的制造形式“轴 ”零件材料采用45钢制造。材料为45，生产类型为大批量生产，采用锻造毛坯。3.2 基准的选

11、择基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得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，加工工艺过程中回问题百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，是生产无法正常进行。3.2.1 粗基准的选择对于零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准。而对有若干个不加工表面的工件，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作粗基准。根据这个基准选择原则，现选取工件外圆面作为粗基准。3.2.2 精基准的选择主要应该考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门计算，此处不再重复。3.3 制定工艺路线制定工艺路线的出发点,应当是使零件的几何形状、尺寸

12、精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证,在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用通用机床配以专用工卡具,并尽量使工序集中来提高生产率。同时 应有足够的刚度、可靠的密封及便于传动件润滑和散热、 应有良好的结构工艺性、 形状应力求匀称和美观。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降，提高生产率、保证加工质量、减轻工人劳动强度。1. 工艺路线方案一：1锻造毛坯2热处理3粗车右端外圆4粗车左端外圆5精车各级外圆6铣12mm键槽7铣齿轮，按产品图纸尺寸加工8磨各级外圆9去锐边毛剌10检验11成对装好后,总检验2.工艺路线方案二1锻造毛坯2热处理3钻两端中心孔4粗车右端外圆5粗车左端外圆6精车

13、各级外圆7铣12mm键槽8铣齿轮，按产品图纸尺寸加工9磨各级外圆10去锐边毛剌11检验12成对装好后,总检验3.工艺路线方案的比较： 其年产量为4000件/年。备品率为8%，机械加工废品率为1%。先列出两种方案 两种工艺路线方案的工序是不一样，只是加工顺序不一样。在第一个方案中，没有先加工两端中孔以为此作为基准，不够合理，而方案二侧是放在前面，先两端基准孔加工完后，再把各级处圆加工好后再行各孔与键槽 的的加工，然后进行磨加工，对于整个加工工艺路线看来,最后的加工工艺路线方案二更优。3.4机械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸的确定轴 零件材料为45，硬度为220-250HBS,生产类型为大批量，采用

14、锻造毛坯。据以上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图：3.5确立切削用量及基本工时工序 热处理, 人工时效工序 按图纸尺寸,进行调质处理工序 钻两端中心孔1加工条件材料为45, ,b =175/Mpa(机械制造工艺设计简明手册)23工艺要求:孔径d=3.5mm,孔深10mm孔,粗糙度要求为Rz12.5.选用钻床型号为Z512B型钻床. (查机械制造工艺设计简明手册)表4.2-12和4.2-13主轴转速: 50 80 125 200 250 315 400 500 630 1000 1600 2500进给量: 0.05 0.08 0.12 0.16 0.

15、2 0.25 0.3 0.4 0.5 0.63 1.00 1.60 2选择钻头： 查切削用量简明手册表2.1,选用高速钢麻花钻钻削,麻花钻直径为d=5mm.钻头几何形状为：双锥修磨横刃, 后角o11，二重刃长度b=3.5mm,横刃长b=2mm,弧面长度l=4mm,棱带长度 3选择切削用量:1）决定进给量f：按加工要求决定进给量：根据（切削手册表2-7），因为材料为45, 硬度为137205HBS,b =175/Mpa ,d=17mm时，所以f=0.700.86mm/r。 由于8,所以f=0.70-0.86mm/r。2)按钻头强度决定进给量:根据（切削手册表28）,材料为45,硬度为137-20

16、5HB d=17mm,钻头强度允许的进给量是f=1.45(或1.75)mm/r从以上三个进给量比较可以看出,受限制的进给量是工艺要求,其值为f=0.70-0.86mm/r根据Z512B钻床说明书,选择f=1.00mm/r，由于是加工孔,为了避免孔即将钻穿时钻头容易折断,故在孔即将钻穿的时候停止自动进给采用手动进给.机床进给机构强度也可根据初步确定的进给量查出轴向力在进行比较来校验。由（切削手册表219）可以查出钻孔时的轴向力，轴向力F= 7260N 轴向力的修正系数为1.0(或0.85) ,故F=7260N.根据Z512B钻床说明书,机床进给机构强度允许的最大轴向力F远大于F,由于F F校验成

17、功.故f=1.00mm/r可用.(1)决定钻头磨钝标准及寿命:查（切削手册表212）,当d=17mm时,钻头后刀面最大磨损量0.5-0.8mm.寿命T=60min(2)决定切削速度:查（切削手册表215），由于材料是45，进给量f=0.81mm/r, d=17mm,.所以取切削速度V=20m/min查（切削手册）切削速度的修正系数为: 故m/min根据Z512B钻床的实际钻速,可以考虑选择n=400r/min.这个转速基本与计算转相符合,对麻花钻,以及其他方面的影响会比较小,所以可以直接采用(3)检验机床的扭矩及功率 根据（切削手册表221）,当f=1.00mm/r, d17.5mm时,M=6

18、1.8N.m . 扭矩的修正系数为1(或0.85),故N.m根据（切削手册表223）,和以上已经的出的相关数据可以查出,高速钢钻头钻灰锻铁的时候消耗的功率为P=1.1根据Z512B钻床说明书,P远大于P.由于MM，PP，故选择的切削用量可用，即f=1.00mm/r, n=n=400r/min,V=20.49m/min.4.计算基本工时 (2-5)L=l+y+，入切量及超切量（查切削手册表2-29）y+=8mm。故 min工序 粗车右端外圆机床：车床 机械加工工艺手册表刀具：刀具材料Y715，刀杆尺寸， 机床加工工艺设计实用手册表12-7。切削深度：单边余量，进行次走刀；进给量：根据机械加工工艺

19、实用手册可得：当时，选用；计算切削速度：机械加工工艺手册表8.4-8： 当时， 确定主轴转速：按机床选取，所以实际切削速度：切削工时: 其中故工序 粗车左端外圆切削深度：单边余量，进行次走刀；进给量：根据机械加工工艺实用手册可得：当时，选用；计算切削速度： 确定主轴转速：按机床选取，所以实际切削速度：切削工时: 其中故工序 精车各级外圆根据机械加工工艺实用手册知锥度为的圆锥角是切削深度：单边余量，进行次走刀；进给量：；计算切削速度： 确定主轴转速：按机床选取，所以实际切削速度：切削工时: 其中故工序: 铣齿轮，按产品图纸尺寸加工机床：X62W卧式铣床刀具：查参考文献9表1.3-1，选择铣刀类型

20、为齿轮铣刀第三型号，该刀具特点：铣削长度大于20mm，同时加工齿数不小于5。材料：W18Cr4V做拉刀材料，柄部采用40Cr材料（具体刀具设计见拉刀设计）。铣削过程中，刀具进给方向和拉削方向一致，拉刀各齿齿升量详见拉刀设计，拉削的进给量即为单面的齿升量。查参考文献5表2.4-118和2.4-119，确定拉削速度=0.1160.08，取。拉削工件长度：；拉刀长度：（见拉刀设计）；拉刀切出长度=510mm，取。走刀次数一次。根据以上数据代入公式（计算公式由参考文献5表2.5-20获得），得机动时间工序 ：铣12mm槽机床：铣床（X62W）刀具：根据参考文献4表21-5选用高速钢镶齿三面刃铣刀。刀宽

21、粗铣12mm，齿数为24齿。铣削深度：每齿进给量：查参考文献5表2.4-75，得，取。铣削速度：查参考文献8表30-33，得机床主轴转速：查参考文献5表3.1-74取实际切削速度：进给量：工作台每分进给量： 被切削层长度：由毛坯尺寸可知 刀具切入长度： =81mm刀具切出长度：取走刀次数1次机动时间：工序 磨各级外圆工件速度,工件转速由机械加工工艺设计实用手册表可知砂轮的转速为故最大的切削速度：选择选取，工件的轴向进给量时，横向进给量 工件的切削余量，每次切削深度，切削次数为次。动机时间：且则 工序 去毛刺 ，检验 第4章 专用铣12mm键槽夹具设计4.1问题的提出此次设计的齿轮轴零件在铣加工

22、铣12mm键槽的过程中，用通用夹具很难进行零件的加工。此次设计需要对齿轮轴的铣夹具的设计，解决了该零件在加工过程中使用通用夹具不能实现加工中定位及夹紧的问题。零件的夹具也需要考虑零件的安装和安装方便不方便，加工中有妨碍等问题。4.2定位方案设计4.2.1齿轮轴零件的定位方案设计在夹具设计过程中，定位方法和定位零件的选择是非常重要的。定位的目的是获得机器上零件的准确位置，并确保每次安装零件时零件都处于相同的位置在这次的设计的时候对零件的加工定位的方案做了多种定位方案的设计，这样使用外圆及端面控制零件的各个自由度，这样零件的具体的位置就被完全的确定下来了，此次设计的过程中采用的夹紧方式是使用压板进

23、行装夹，可以有效的提高零件的加工效率。4.2.2定位元件的选择本文所设计的齿轮轴零件的铣夹具是由两个型块进行定位的，因此在设计零件的图纸的时候需要考虑到零件的加工制造工艺，考虑到定位两个型块零件在实际的使用过程中需要不停的反复进行拆装，因此在设计的时候要求对零件进行淬火处理，增加零件的硬度，保证零件在实际的使用过程中能够长久的保证零件的加工精度。4.2.3定位误差计算造成定位误差的原因有两个。 1) 定位基准与设计基准不重合，产生基准不重合误差B 。 2) 定位基准与限位基准不重合，产生基准位移误差Y（也叫定位副制造不准确误差）。在此次设计过程中芯轴设定为竖直放置，求其极端条件下的定位误差图示

24、如下：定位误差计算孔加工定位面尺寸40mm的设计基准是底面表面，此时定位基准为底面表面，因此设计基准与定位基准重合，因此B=0mm，底面与定位面总是处于重合状态，因此基准位移误差Y=0；误差的定位误差D=Y+B=0mm，因此此次夹具设计的定位误差能够满足齿轮轴零件的制造要求要求。4.3夹紧方案设计4.3.1夹紧力计算这次设计的夹紧装置采用的是M10螺栓压紧，在设计的时候考虑到零件拆卸的便捷性，在设计的时候使用了开口垫片，这样的话在拆卸零件的时候就可以直接将螺母松开一圈然后取下开口垫圈，这样就可以着急将零件取出来，这样的话就大大节省了时间，装夹的效率就提高了。计算实际所需夹紧力是一项非常复杂的问

25、题，其大小一般只能粗略地估算：查6P189页，单个螺旋产生的夹紧力可根据下式计算： （式3-1）式中：为单螺旋产生的夹紧力，单位为N；为施加在手柄上的作用力，单位为N；为手柄作用长度，单位为mm；为螺纹中径，单位为mm；为螺纹升角，单位为度；为带肩螺母端部与垫圈之间的摩擦角，单位为度；为带肩螺母端部与垫圈之间的当量摩擦半径，其单位为mm；为带肩螺母螺旋副的当量摩擦角，其单位也为度；查6表10-3，根据带肩螺母的规格，取扳手的手柄长度L=140mm，随之确定作用在手柄上的作用力、中径之半mm。 查6表10-1，因螺纹形状为三角螺纹，牙型半角，故确定带肩螺母螺旋副的当量摩擦角。通常，螺纹升角，此处

26、选择螺纹升角，因带肩螺母与垫板之间的接触方式是点接触，经查6表10-2得出：。将以上查得的各参数的值代入式3-1，得出：4.3.2 切削力计算 已知齿轮轴零件的材料为45钢，材料硬度为163255HB，进给量：参照实用机械加工工艺手册 第2版表14-30,14-34，取f=0.1mm/r，刀具为12mm立铣刀，计算如下：式中 F一铣削力（N） 一在高速钢（W18Cr4V）铣刀铣削时，考虑工件材料及铣刀类型的系数，其值查表；一铣削深度（mm） D一铣刀直径（mm）一每齿进给量（mm） B一铣削宽度（mm）Z一铣刀的齿数（mm）一在高速钢（W18Cr4V）铣刀铣削时，考虑工件材料机械性能不同的修正系数，对于结构钢、锻铁铣削切削力计算类别：参数:Cp = 294、ap = 1.7、fz = 0.1、D = 8、B = 50、z = 6、Kp = 0.75带入计算结果F = 1685在计算切削力时，必须把安全系数考虑在内。安全系数。其中：-为基本安全系数，取安全系数为1.5； -为加工性质系数，取加工性质系数为1.1； -为刀具钝化系数，取刀具钝化系数为1.1； -