机械制造技术课程设计-传动齿轮的加工工艺及滚齿夹具设计（全套图纸）

设计说明书 题目题目：传动齿轮的工艺规程及滚齿夹具设计传动齿轮的工艺规程及滚齿夹具设计 学 生： 学 号： 专 业： 班 级： 指导老师： 摘摘 要要 本次设计内容涉及了机械制造工艺及机床夹具设计、金属切削机床、公差配 合与测量等多方面的知识。 传动齿轮加工工艺规程及其夹具设计是包括零件加工的工艺设计、 工序设计 以及专用夹具的设计三部分。在工艺设计中要首先对零件进行分析，了解零件的 工艺再设计出毛坯的结构，并选择好零件的加工基准，设计出零件的工艺路线； 接着对零件各个工步的工序进行尺寸计算， 关键是决定出各个工序的工艺装备及 切削用量；然后进行专用夹具的设计，选择设计出夹具的各个组成部件，如定位 元件、夹紧元件、引导元件、夹具体与机床的连接部件以及其它部件；计算出夹 具定位时产生的定位误差，分析夹具结构的合理性与不足之处，并在以后设计中 注意改进。 关键词关键词：工艺、工序、切削用量、夹紧、定位、误差。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 ABSTRCT This design content has involved the machine manufacture craft and the engine bed jig design, the metal- cutting machine tool, the common difference coordination and the survey and so on the various knowledge. The reduction gear box body components technological process and its the processing hole jig design is includes the components processing the technological design, the working procedure design as well as the unit clamp design three parts. Must first carry on the analysis in the technological design to the components, understood the components the craft redesigns the semi finished materials the structure, and chooses the good components the processing datum, designs the components the craft route; After that is carrying on the size computation to a components each labor step of working procedure, the key is decides each working procedure the craft equipment and the cutting specifications; Then carries on the unit clamp the design, the choice designs the jig each composition part, like locates the part, clamps the part, guides the part, to clamp concrete and the engine bed connection part as well as other parts; Position error which calculates the jig locates when produces, analyzes the jig structure the rationality and the deficiency, and will design in later pays attention to the improvement. Keywords: The craft, the working procedure, the cutting specifications, clamp, the localization, the error 目目 录录 序 言 . 1 一 零件的分析 . 2 1.1 零件的作用 2 1.2 零件的工艺分析 . 2 二. 毛坯的确定 3 2.1 确定毛坯的制造形式 . 3 2.2 毛坯形状及尺寸 . 3 三 拟定加工工艺路线 . 5 3.1 基准的选择 5 3.1.1 粗基准选择 . 5 3.1.2 精基准的选择 . 6 3.2 制定工艺路线 . 6 四 切削用量与工时计算 9 五、 夹具设计 15 5.1 问题的提出 . 15 5.2 定位基准的选择 . 15 5.3 切削力及夹紧力计算 . 15 5.4 夹具设计及操作简要说明 . 17 总 结 . 18 致 谢 19 参 考 文 献 20 第 1 页 共 25 页 序序 言言 机械制造业是制造具有一定形状位置和尺寸的零件和产品， 并把它们装备成 机械装备的行业。机械制造业的产品既可以直接供人们使用，也可以为其它行业 的生产提供装备，社会上有着各种各样的机械或机械制造业的产品。我们的生活 离不开制造业，因此制造业是国民经济发展的重要行业，是一个国家或地区发展 的重要基础及有力支柱。从某中意义上讲，机械制造水平的高低是衡量一个国家 国民经济综合实力和科学技术水平的重要指标。 传动齿轮的加工工艺规程及其夹具设计是在学完了机械制图、 机械制造技术 基础、机械设计、机械工程材料等进行课程设计之后的下一个教学环节。正确地 解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及工艺路线安排，工艺尺寸确定等问题， 并设计出专用夹具，保证零件的加工质量。本次设计也要培养自己的自学与创新 能力。因此本次设计综合性和实践性强、涉及知识面广。所以在设计中既要注意 基本概念、基本理论，又要注意生产实践的需要，只有将各种理论与生产实践相 结合，才能很好的完成本次设计。 本次设计水平有限，其中难免有缺点错误，敬请老师们批评指正。 第 2 页 共 25 页 一一 零件的分析零件的分析 1.1 零件的作用零件的作用 该传动传动齿轮是传递任意两轴间的运动和动力。 1.2 零件的工艺分析零件的工艺分析 传动传动齿轮用于轴与轴的之间的传动，轴与孔配合，并通过键槽传递扭矩，受 力均匀。 传动齿轮的工艺有 2 组加工面的分别为 1：以左端端面外圆为基准的加工面，这组加工面包括车右端端面外圆，50 内 孔，车136 外圆，精车50 内孔 2：一个是以50 内孔为基准的加工面，这个主要是插宽 14mm 的键槽，滚齿。 第 3 页 共 25 页 二二. 毛坯的确定毛坯的确定 2.1 确定毛坯的制造形式确定毛坯的制造形式 确定毛坯包括选择毛坯类型及其制造方法。毛坯类型有铸、锻、压制、冲压、 焊接、型材和板材等。确定毛坯时要考虑下列因素： 1）零件的材料及其力学性能。当零件的材料选定后，毛坯的类型就大致确 定了。例如，材料是铸铁，就选铸造毛坯；材料是钢材，且力学性能要求高时， 可选锻件；当力学性能要求较低时，可选型材或铸钢。 2）零件的形状和尺寸。形状复杂的毛坯，常用铸造方法。薄壁零件，不可 用砂型铸造； 尺寸大的铸件宜用砂型铸造； 中、 小型零件可用较先进的铸造方法。 3）生产类型。大量生产应选精度和生产率都比较高的毛坯制造方法，用于 毛坯制造的昂贵费用可由材料消耗的减少和机械加工费用的降低来补偿。 如铸件 应采用金属模机器造型或精密铸造；锻件应采用模锻、冷轧和冷拉型材等。单件 小批生产则应采用木模手工造型或自由锻。 4）生产条件。确定毛坯必须结合具体生产条件，如现场毛坯制造的实际水 平和能力、外协的可能性等。有条件时，应积极组织地区专业化生产，统一供应 毛坯。 5）充分考虑利用新工艺、新技术和新材料的可能性。目前毛坯制造方面的 新工艺、新技术和新材料的发展很快。例如，精铸、精锻、冷轧、冷挤压、粉末 冶金和工程塑料等在机械中的应用日益增加。应用这些方法后，可大大减少机械 加工量，有时甚至可不再进行机械加工，其经济效果非常显著。 零件的材料为 45 钢，零件的可锻性好，因此可用锻造的方法 因为是成批 生产，采用模锻的方法生产锻件毛坯，既可以提高生产率，又可以提高精度而且 加工余量小等优点。 2.2 毛坯形状及尺寸毛坯形状及尺寸 毛坯的形状及尺寸 毛坯的形状和尺寸主要由零件组成表面的形状、 结构、尺寸及加工余量等因素确定的，并尽量与零件相接近，以达到减少 机械加工的劳动量，力求达到少或无切削加工。但是，由于现有毛坯制造 第 4 页 共 25 页 技术及成本的限制，以及产品零件的加工精度和表面质量要求愈来愈来高， 所以，毛坯的某些表面仍需留有一定的加工余量，以便通过机械加工达到 零件的技术要求。 毛坯尺寸与零件图样上的尺寸之差称为毛坯余量。锻 件公称尺寸所允许的最大尺寸和最小尺寸之差称为铸件尺寸公差。毛坯余 量与毛坯的尺寸、部位及形状有关。 第 5 页 共 25 页 三三 拟定加工工艺路线拟定加工工艺路线 3.1 基准的选择基准的选择 基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择的正确合理，可以 使加工质量得到保证，生产率得到提高。否则，加工工艺过程中会问题百出。 3.1.2 粗基准选择粗基准选择 粗基准选择应当满足以下要求： （1）粗基准的选择应以加工表面为粗基准。目的是为了保证加工面与不加工 面的相互位置关系精度。如果工件上表面上有好几个不需加工的表面，则应选择 其中与加工表面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。以求壁厚均匀、外 形对称、少装夹等。 （2） 选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。例如：机床床身导轨 面是其余量要求均匀的重要表面。因而在加工时选择导轨面作为粗基准，加工床 身的底面，再以底面作为精基准加工导轨面。这样就能保证均匀地去掉较少的余 量，使表层保留而细致的组织，以增加耐磨性。 （3） 应选择加工余量最小的表面作为粗基准。这样可以保证该面有足够的 加工余量。 （4） 应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准，以保证定 位准确夹紧可靠。有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜选作粗基准，必要时需 经初加工。 （5） 粗基准应避免重复使用，因为粗基准的表面大多数是粗糙不规则的。 多次使用难以保证表面间的位置精度。 从传动齿轮零件图中可知大部分尺寸和形位公差都是以50 孔及其端面为 设计基准，因此，根据“基准重合”和“基准统一”的原则必须首先加工出50 孔及其端面，作为后续工序的精基准。 第 6 页 共 25 页 3.1.2 精基准的选择精基准的选择 精基准的选择应满足以下原则： 1)为了保证零件各个加工面都能分配到足够的加工余量，应选加工余量最小 的面为粗基准。 2)为了保证零件上加工面与不加工面的相对位置要求，应选不加工面为粗 基准。当零件上有几个加工面，应选与加工面的相对位置要求高的不加工面为粗 基准。 3)为了保证零件上重要表面加工余量均匀，应选重要表面为粗基准。零件 上有些重要工作表面，精度很高，为了达到加工精度要求，在粗加工时就应使其 加工余量尽量均匀。 4)为了使定位稳定、可靠，应选毛坯尺寸和位置比较可靠、平整光洁面作 粗基准。作为粗基准的面应无锻造飞边和铸造浇冒口、分型面及毛刺等缺陷，用 夹具装夹时，还应使夹具结构简单，操作方便。 5)粗基准应尽量避免重复使用，特别是在同一尺寸方向上只允许装夹使用 一次。 因粗基准是毛面， 表面粗糙、 形状误差大， 如果二次装夹使用同一粗基准， 两次装夹中加工出的表面就会产生较大的相互位置误差。 以错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。50 孔作为定位精基准，加工其它表面及孔。主 要考虑精基准重合的问题，当设计基准与工序基准不重合的时候，应该进行尺寸 换算，这在以后还要进行专门的计算，在此不再重复。 3.2 制定工艺路线制定工艺路线 根据各加工表面的加工精度和表面粗糙度，参考机械加工工艺手册，得到各表面 的加工方案，根据加工顺序的安排原则，制定如下加工方案： 工艺方案一：工艺方案一： 1 锻造 铸造 2 退火处 理 退火处理 3 车 车左端端面外圆 4 车 车右端端面外圆，50 内孔 第 7 页 共 25 页 5 车 车136 外圆 6 车 精车50 内孔 7 插 插宽 14mm 的键槽 8 滚 滚齿 9 钳 去毛刺 10 检验 检验 11 入库 入库 工艺方案二： 1 锻造 铸造 2 退火处 理 退火处理 3 车 车左端端面外圆 4 车 车右端端面外圆，50 内孔 5 车 车136 外圆 6 车 精车50 内孔 7 插 插宽 14mm 的键槽 8 滚 滚齿 9 钳 去毛刺 10 检验 检验 11 入库 入库 两方案比较： 方案一先加工端面和外圆，然后精加工孔，工序安排紧凑合理。 方案二没有精车加工，不能更好的保证加工精度要求和位置度要求。 故选择方案一： 1 锻造 铸造 2 退火处 理 退火处理 3 车 车左端端面外圆 4 车 车右端端面外圆，50 内孔 5 车 车136 外圆 6 插 插宽 14mm 的键槽 第 8 页 共 25 页 7 滚 滚齿 8 钳 去毛刺 9 检验 检验 10 入库 入库 第 9 页 共 25 页 四四 切削用量与工时计算切削用量与工时计算 4.1 车左端端面外圆车左端端面外圆 1) 切削深度 单边余量为 Z=2mm 2) 进给量 根据机械加工工艺手册取 f=0.8mm/r 3) 计算切削速度 v yx p m v c k faT C v vv = 其中： v C =342, v x =0.15, v y =0.35, m=0.2。修正系数 v k 见切削手册表 1.28,即 Mv k=1.44 , sv k =0.8 , kv k =1.04 , krv k=0.81 , Bv k=0.97。 所以 v c v 35 . 0 15 . 0 2 . 0 8 . 02 . 260 342 =1.440.81.040.810.97=89m/min 4) 确定机床主轴转速 ns= W d 1000 c v = 1000 89 x105 x 283min 与 283r/min 相近的机床转速为 300r/min。现选取 w n =300r/min。 所以实际切削速度 c v = 1000 s dn = 105 300 95.54/min 1000 x m = 5) 切削工时， tm= fn l w 21 ll + i ;其中 l=25mm; 1l=4mm; 2 l=0mm; tm= fn l w 21 ll + i= 0.8750 29 x2=0.966(min) 4.2 车右端端面外圆，车右端端面外圆，50 内孔内孔 1) 切削深度 单边余量为 Z=2mm 第 10 页 共 25 页 2) 进给量 根据机械加工工艺手册取 f=0.8mm/r 3) 计算切削速度 v yx p m v c k faT C v vv = 其中： v C =342, v x =0.15, v y =0.35, m=0.2。修正系数 v k 见切削手册表 1.28,即 Mv k=1.44 , sv k =0.8 , kv k =1.04 , krv k=0.81 , Bv k=0.97。 所以 v c v 35 . 0 15 . 0 2 . 0 8 . 02 . 260 342 =1.440.81.040.810.97=89m/min 4) 确定机床主轴转速 ns= W d 1000 c v = 1000 89 x30 x 944r/min 与 944r/min 相近的机床转速为 1000r/min。现选取 w n =1000r/min。 所以实际切削速度 c v = 1000 s dn = 30 1000 94.2/ min 1000 x m = 5) 切削工时， tm= fn l w 21 ll + i ;其中 l=45mm; 1l=4mm; 2 l=0mm; tm= fn l w 21 ll + i= 49 1000 0.8 x2=0.12(min) 4.3 车车136 外圆外圆 1) 切削深度 单边余量为 Z=2mm 2) 进给量 根据机械加工工艺手册取 f=0.8mm/r 3) 计算切削速度 v yx p m v c k faT C v vv = 其中： v C =342, v x =0.15, v y =0.35, m=0.2。修正系数 v k 见切削手册表 第 11 页 共 25 页 1.28,即 Mv k=1.44 , sv k =0.8 , kv k =1.04 , krv k=0.81 , Bv k=0.97。 所以 v c v 35 . 0 15 . 0 2 . 0 8 . 02 . 260 342 =1.440.81.040.810.97=89m/min 4) 确定机床主轴转速 ns= W d 1000 c v = 1000 89 x160 x 177r/min 与 177r/min 相近的机床转速为 200r/min。现选取 w n =200r/min。 所以实际切削速度 c v = 1000 s dn = 160 200 100.5/ min 1000 x m = 5) 切削工时， tm= fn l w 21 ll + i ;其中 l=11mm; 1l=4mm; 2 l=0mm; tm= fn l w 21 ll + i= 15 200 0.8 x2=0.9375(min) 4.4 精车精车50 内孔内孔 1) 切削深度 单边余量为 Z=2mm 2) 进给量 根据机械加工工艺手册取 f=0.8mm/r 3) 计算切削速度 v yx p m v c k faT C v vv = 其中： v C =342, v x =0.15, v y =0.35, m=0.2。修正系数 v k 见切削手册表 1.28,即 Mv k=1.44 , sv k =0.8 , kv k =1.04 , krv k=0.81 , Bv k=0.97。 所以 v c v 35 . 0 15 . 0 2 . 0 8 . 02 . 260 342 =1.440.81.040.810.97=89m/min 第 12 页 共 25 页 4) 确定机床主轴转速 ns= W d 1000 c v = 1000 89 x32 x 685r/min 与 685r/min 相近的机床转速为 700r/min。现选取 w n =700r/min。 所以实际切削速度 c v = 1000 s dn = 32 700 57/min 1000 x m = 5) 切削工时， tm= fn l w 21 ll + i ;其中 l=32mm; 1l=4mm; 2 l=0mm; tm= fn l w 21 ll + i= 36 700 0.8 =0.58(min) 4.5 插宽插宽 14mm 的键槽的键槽 1)选择插刀 2)切削用量的选择。查机械加工工艺手册表 33- 42 有 工件速度 w v 18m/min 纵向进给量 a f 0.5B20mm(双行程) 切削深度 r f0.0157mm/st 3)切削工时 ra b fvf kDbZ t 1000 2 = 式中 D- - - 被加工直径 b- - - - 加工宽度 Zb- - 单边加工余量 K- - - 系数 V- - - 工作台移动速度 a f - - 工作台往返一次砂轮轴向进给量 a f - - 工作台往返一次砂轮径向进给量 第 13 页 共 25 页 0157 . 0 220181000 1 . 115 . 0 9902 = t0.55(min) 4.6 滚齿滚齿 1)滚齿机，采用 m=5 z=630 的滚刀 1) 已知毛坯长度方向的加工余量为 3mm,考虑的模铸拔模斜度， p a =4mm 2) 进给量 f 根据实用机械加工工艺手册中表 2.4- 3,当刀杆尺寸为 16 25 mm 2 p a 35mm,以及工件直径为 112.5 /r 按滚齿机说明书（见切削手册）取 f =0.9mm/r 3) 计算切削速度，按切削手册表 1.27,切削速度的计算公式为(寿命 T=60min) v yx p m v c k faT C v vv =(m/min) 其中： v C =342, v x =0.15, v y =0.35, m=0.2。修正系数 v k 见切削手册表 1.28,即 Mv k=1.44 , sv k =0.8 , kv k =1.04 , krv k=0.81 , Bv k=0.97。 所以 v xx vc 35 . 0 15 . 0 2 . 0 5 . 0460 342 =x1.44x0.8x1.04x0.81x0.97=158.6(m/min) 4)确定机的主轴转速 ns= W d 1000 c v = x100 6 . 1581000 504r/min 按机床说明书(见工艺手册表 4.2-8),与 504r/min 相近的机床转速为 480r/min 及 600r/min。现选取 w n =480r/min。 所以实际切削速度 v=110r/min/。 5) 切削工时，按工艺手册表 6.2- 1 第 14 页 共 25 页 L= 2 20100 =40mm , 1 l =2mm, 2 l =0, 3 l =0 tm= fn l w 321 lll+ = 0.9480 212 + =0.098(min) 第 15 页 共 25 页 五五 夹具设计夹具设计 为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。 由指导老师的分配，决定设计第 8 道工序滚齿的夹具。 5.1 问题的提出 本夹具主要用于滚齿，本道工序加工精度要求不高，为此，只考虑如何提高 生产效率上，精度则不予考虑。 5.2 定位基准的选择 我们采用下端面为定位基准，下端采用支撑板定位，外圆采用定位套定位。 为了提高加工效率，缩短辅助时间，决定用移动压板作为夹紧机构。 5.3 切削力及夹紧力计算 刀具： 采用滚刀 机床： 滚齿机 由3 所列公式 得 F V FzF w q u e y z X pF nd zafaC F 0 = 查表 9.48 得其中： 修正系数0 . 1= v k 30= F C 83 . 0 = F q 0 . 1= F X 65 . 0 = F y 83 . 0 = F u 8= P a z=24 0= F w 代入上式，可得 F=889.4N 因在计算切削力时，须把安全系数考虑在内。 第 16 页 共 25 页 安全系数 K= 4321 KKKK 其中： 1 K 为基本安全系数 1.5 2 K 为加工性质系数 1.1 3 K 为刀具钝化系数 1.1 4 K 为断续切削系数 1.1 所以 NKFF7 .1775= (2)夹紧力的计算 选用夹紧螺钉夹紧机 由()FKffN=+ 21 其中 f 为夹紧面上的摩擦系数，取25 . 0 21 = ff F= z P +G G 为工件自重 N ff F N 4 . 3551 21 = + = 夹紧螺钉： 公称直径 d=16mm，材料 45 钢 性能级数为 6.8 级 MPa B 1006= MPa B s 480 10 8= 螺钉疲劳极限：MPa B 19260032 . 0 32 . 0 1 = 极限应力幅：MPa k kkm a 76.51 1lim = 许用应力幅： MPa Sa a a 3 . 17 lim = 螺钉的强度校核：螺钉的许用切应力为 s s = s=3.54 取s=4 第 17 页 共 25 页 得 MPa120= = 8 . 2 2 4 2 c H d F 满足要求 = MPa d N c 15 43 . 1 2 经校核： 满足强度要求，夹具安全可靠， 使用快速螺旋定位机构快速人工夹紧，调节夹紧力调节装置，即可指定可 靠的夹紧力 5.4 夹具设计及操作简要说明夹具设计及操作简要说明 如前所述，在设计夹具时，应该注意提高劳动生产率避免干涉。应使夹具结 构简单，便于操作，降低成本。提高夹具性价比。本道工序选择了移动压板夹紧 方式。 本夹具的最大优点就是结构简单紧凑。夹具的夹紧力不大，故使用手动夹紧。 为了提高生产力，使用快速夹紧机构。 第 18 页 共 25 页 总总 结结 这次设计是大学学习中最重要的一门科目， 它要求我们把大学里学到的所有 知识系统的组织起来， 进行理论联系实际的总体考虑， 需把金属切削原理及刀具、 机床概论、公差与配合、机械加工质量、机床夹具设计、机械制造工艺学等专业 知识有机的结合起来。同时也培养了自己的自学与创新能力。因此本次设计综合 性和实践性强、涉及知识面广。所以在设计中既了解了基本概念、基本理论，又 注意了生产实践的需要，将各种理论与生产实践相结合，来完成本次设计。 这次设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻 炼实践能力的重要环节,更是在学完大学所学的所有专业课及生产实习的一次理 论与实践相结合的综合训练。 这次毕业设计使我以前所掌握的关于零件加工方面 有了更加系统化和深入合理化的掌握。比如参数的确定、计算、材料的选取、加 工方式的选取、刀具选择、量具选择等； 也培养了自己综合运用设计与工艺等