WY02齿轮机械加工工艺设计说明书

机械制造课程设计 题目名称WY02齿轮机械加工工艺设计专业班级14级机械设计制造及自动化本学生姓名纪永康学 号51401011012指导教师陈兴强机械与车辆工程学院二一七年 六 月 二十二 日目录序 言1机械制造技术课程设计任务书2一、 计算生产纲领，确定生产类型1二、 零件的分析11.零件的作用12.零件的工艺分析1三、 工艺规程的设计11.确定毛坯的制造形式12.基准的选择22.1粗基准的选择22.2精基准的选择23.零件表面加工方法的选择24.选择加工设备与工艺装备34.1选择机床34.2选择夹具44.3选择刀具45.制定工艺路线45.1工序分散原则45.2工序集中原则45.3工艺路线及设备、工装的选用56.设计毛坯尺寸及确定毛坯图66.1锻件机械加工余量、毛坯尺寸和公差的确定66.2确定锻件机械加工余量66.3确定锻件毛坯尺寸66.4确定锻件毛坯尺寸公差76.5设计毛坯图77.确定工序尺寸87.切削用量及基本时间的确定88.1工序10切削用量及基本时间的确定98.2工序20切削用量及基本时间的确定118.3工序30切削用量及基本时间的确定128.4工序40切削用量及基本时间的确定148.5工序70切削用量及基本时间的确定16四、 总结17参 考 文 献18序 言机械制造专业学生的机械制造技术基础课程设计是其在校学习阶段的一个重要教学环节。机械制造技术基础课程设计的目的是培养学生综合运用所学的基础和专业理论知识，独立解决本专业一般工程技术问题的能力，树立正确的设计思想和工作作风。本课题主要让学生编制齿轮轴零件的机械加工工艺规程、编写设计说明书。本课题可使学生受到充分运用所学知识解决实际问题的锻炼，能够培养学生的计算能力、绘图能力、文字表述能力、文献检索能力以及综合分析能力，能够使学生的工程意识和技术素质得到显著提高。机械制造技术课程设计任务书 层次： 本科 专业： 2014机械设计制造及其自动化 学生姓名纪永康学号51401011012指导教师陈兴强课题类别工艺设计设计时间2017年6月12日至2017年6月25日设计依据被加工零件图（1张）；生产类型：100000件/ 年课题名称WY02锥齿轮的加工工艺规程及工时定额计算一、机械制造学课程设计的主要内容与要求机械制造专业学生的机械制造技术基础课程设计是其在校学习阶段的一个重要教学环节。机械制造技术基础课程设计的目的是培养学生综合运用所学的基础和专业理论知识，独立解决本专业一般工程技术问题的能力，树立正确的设计思想和工作作风。本课题主要让学生编制齿轮轴零件的机械加工工艺规程、编写设计说明书。本课题可使学生受到充分运用所学知识解决实际问题的锻炼，能够培养学生的计算能力、绘图能力、文字表述能力、文献检索能力以及综合分析能力，能够使学生的工程意识和技术素质得到显著提高。二、设计内容1、零件图1张2、毛坯图 1张3、编制工艺过程卡片及机械加工工序卡片各1份4、编写设计说明书 1份三、应收集的资料及主要参考文献机械制造技术基础课程设计指导教程 邹青机械设计手册 徐灏机械制造工艺及设备设计手册 机械工业出版社切削用量手册 机械加工工艺人员手册 机械工业出版社四、进度计划及指导安排第1周： 熟悉课题，收集资料，绘制零件图、毛坯图、零件机械加工工艺规程卡第2周：切削用量选择及工时定额计算编写设计说明书一份，整理并上交资料。任务书审定日期 年 月 日 指导教师（签字） 陈兴强 任务书下达日期 2017年 5 月 29日 学 生 （签字） 纪永康 2一、 计算生产纲领，确定生产类型WY02锥齿轮所用材料为20CrMnTi。年产量Q=100000件/年的大批生产。WY02锥齿轮的零件图如附图1所示。二、 零件的分析1.零件的作用锥齿轮的作用主要是传动链接的作用，保证各轴各挡轴能正常运行，并保证部件与其它部件能正常安装。因此锥齿轮零件的加工质量不但影响装配精度和运动精度，而且还会影响工作精度、使用性能和寿命。2.零件的工艺分析由锥齿轮零件图可知，它的所有表面均需切削加工，未标注的加工精度和表面粗糙度易获得。对于内孔，尺寸公差等级为IT7，表面粗糙度Ra为1.6m，外圆，尺寸公差等级为IT9-IT10，表面粗糙度Ra为6.3m，尺寸公差等级为IT10，表面粗糙度Ra为1.6m。锥齿轮的位置精度，端面53相对于基准面A的跳动量为0.03。键槽宽相对于基准A的平行度为0.05，且粗糙度Ra为3.2m。总体上说，这个零件的工艺性较好。三、 工艺规程的设计1.确定毛坯的制造形式该零件材料为20CrMnTi。考虑工作性质对工件的影响，因此应选择锻件，使金属纤维尽量不被切断，保证零件工作可靠。由于零件年产量为100000件，属于批量生产，且零件的零件尺寸不大，可采用模锻成型，以提高生产效率和效益。2.基准的选择基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，他对零件的生产是非常重要的。2.1粗基准的选择粗基准选择应当满足以下要求：粗基准的选择应以加工表面为粗基准。选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。应选择加工余量最小的表面作为粗基准。应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准。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。先选取外圆为定位基准，利用三爪卡盘为定位元件，粗车两端面，再以外圆为定位基准，利用三爪卡盘为定位元件，粗镗内孔，最后以内孔为定位基准，利用三爪卡盘为定位元件，粗车外圆。2.2精基准的选择精基准选择的原则：基准重合原则。基准统一原则，应尽可能选用统一的定位基准。互为基准的原则。自为基准原则。此外，还应选择工件上精度高，尺寸较大的表面为精基准，以保证定位稳固可靠。并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，工件装夹和加工方便、夹具设计简单等。3.零件表面加工方法的选择本零件的加工面有外圆、内孔、端面、齿面、槽等，材料为20CrMnTi。根据公差等级表面粗糙度要求，查阅机械制造技术基础课程设计指导书中零件表面加工方法、加工经济精度与表面粗糙度相关内容，其加工方法选择如下：（1） 外圆面。公差等级为IT9-IT10，表面粗糙度Ra=6.3m，粗车、半精车。（2）53mm外圆面。未注公差尺寸 ，根据规定其公差等级按IT14，表面粗糙度Ra=6.3m，粗车、半精车。（3）外圆面。公差等级为IT11-IT12，表面粗糙度Ra=6.3m，粗车、半精车。（4）内孔。公差等级为IT7，表面粗糙度Ra=1.6m，毛坯孔以锻出，加工方法可以采取粗镗、半精镗，拉孔或磨孔都能满足加工要求。由于拉孔适用于大批量生产，磨孔适用于小批量生产，故本零件宜采用粗镗、半精镗。（5）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Ra=6.3m，采用粗车、半精车即可。（6）齿面。齿轮端面模数为1.75、中心法向模数为1.189，齿数为59，采用铣齿机即可达到要求。（7）键槽。槽宽和槽长的公差等级分别为IT11和IT9,表面粗糙度Ra=3.2m,采用拉床加工方法。4.选择加工设备与工艺装备4.1选择机床根据不同的工序选择机床，相关内容参考工艺手册中常用金属切削机床的技术参数部分。（1）工序10、15、20、25、30是粗车、粗镗、半精镗和半精车。各工序的工步数不多，成批生产不要求很高的生产率，故选用卧式车床就能满足要求。本零件外廓尺寸不大，精度要求不是很高，选用最常用的CA6140卧式车床即可。（2）工序50为精镗孔。由于加工的零件外廓尺寸不大，又是回转体，宜在车床上镗孔。由于要求的精度较高表面粗糙度值较小，需选用较精密的车床才能满足要求，因此选用C616A型卧式车床。（3）工序35为拉键槽。从加工要求及尺寸大小考虑，选用L6110卧式内拉床较合适。（4）工序40为铣齿。从加工要求及尺寸大小考虑，选用Y2235A圆弧铣齿机较合适。4.2选择夹具本零件除拉键槽、铣齿工序需要专用夹具外，其它各工序使用通用夹具即可。车床工序一律使用三爪自定心卡盘，由于工件的大量生产，拉键槽、铣齿专门定制专用夹具。4.3选择刀具根据不同的工序选择刀具，相关内容查阅机械制造技术基础课程设计指导书中金属切削刀具部分。（1）在车床上加工的工序，一般都选用硬质合金车刀和镗刀。加工钢质零件采用YT类硬质合金，粗加工用YT5，精加工用YT30。为提高生产率及经济性，应选用可转位车刀 。（2）关于铣齿，查阅工艺手册中齿轮加工的经济精度部分，采用型双面及三面粗切铣刀。 5.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，尺寸精度及位置精度的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，可以考虑采用万能机床以及专用夹具，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，以便生产成本尽量降低。后续工序安排应当遵循粗精分开和先面后孔的原则。确定加工方法以后，就按生产类型、零件的结构特点、技术要求和机床设备等具体生产条件确定工艺过程的工序数。确定工序数的基本原则：5.1工序分散原则工序内容简单，有利选择最合理的切削用量。便于采用通用设备。简单的机床工艺装备。生产准备工作量少，产品更换容易。对工人的技术要求水平不高。但需要设备和工人数量多，生产面积大，工艺路线长，生产管理复杂。5.2工序集中原则工序数目少，工件装，夹次数少，缩短了工艺路线，相应减少了操作工人数和生产面积，也简化了生产管理，在一次装夹中同时加工数个表面易于保证这些表面间的相互位置精度。使用设备少，大量生产可采用高效率的专用机床，以提高生产率。但采用复杂的专用设备和工艺装备，使成本增高，调整维修费事，生产准备工作量大。5.3工艺路线及设备、工装的选用齿轮的加工工艺路线一般是先进性齿坯的加工，在进行齿面加工。齿坯加工包括各圆柱表面及端面的加工。按照先加工基准面及先精后粗的原则，综合以上考虑，制定了该零件加工的工艺路线，详见表3.1。表3.1 锥齿轮的工艺路线及设备、工装的选用工序号工序名称机床设备刀具量具5毛坯及正火热处理10粗车外圆右端面及内孔CA6140卧式车床YT5的900偏刀、450外圆车刀和YT5的镗刀游标卡尺及内径百分尺表20粗车左端面及外圆槽CA6140卧式车床YT5的900偏刀、高速钢切槽刀和YT5的镗刀游标卡尺及内径百分尺表30半精车外圆右端面及半精镗内孔CA6140卧式车床YT5的900偏刀、450外圆车刀和YT5的镗刀游标卡尺及内径百分尺表40半精车左端面及外圆槽CA6140卧式车床YT5的900偏刀、高速钢切槽刀和YT5的镗刀游标卡尺及内径百分尺表50铣齿JCB60数控铣齿机格林森齿铣刀公法线百分尺60拉L6110卧式内拉床拉刀游标卡尺及内径百分尺表70渗碳淬火热处理80精磨Tsg350磨床内圆磨砂轮游标卡尺及内径百分尺表90去毛刺钳工台100检验6.设计毛坯尺寸及确定毛坯图6.1锻件机械加工余量、毛坯尺寸和公差的确定钢质模锻的公差及机械加工余量按GB/T 12362-2003确定。要确定毛坯的尺寸公差及机械加工余量,查机械制造技术基础课程设计指导书表4.6-表4.9，首先确定以下各项因素：（1）锻件公差等级。由该零件的功用和技术要求，确定其锻件公差为普通级。（2）锻件质量mt。根据零件成品质量估计mt=0.45kg。（3）锻件形状复杂系数S。该锻件为圆形，假设其最大直径为95mm，长16mm，可计算出锻件外轮廓包容体质量为计算出锥齿轮锻件的形状复杂系数查锻件形状复杂系数S分级表，由于0.569介于0.320.63之间，得到该零件的形状复杂系数S属S2级。（4）锻件材质系数M。由于该零件材料为20CrMnTi，合金元素质量分数小于3%的材质系数M属M1级。（5）零件表面粗糙度。由零件图知，除内孔Ra=1.6m以外，其余各加工表面。6.2确定锻件机械加工余量根据锻件质量、零件表面粗糙度和形状复杂系数查机械制造技术基础课程设计指导书表4.9，可查的锻件单边余量在厚度方向为1.52.0mm，水平方向为1.52.0mm，查表4.10得锻件中心两孔的单面单面余量按表查的为2.0mm。6.3确定锻件毛坯尺寸上面查的加工余量使用于机械加工表面粗糙度，即全部符合要求。确定的毛坯尺寸见表3.2 表3.2 锥齿轮毛坯尺寸 mm 零件尺寸单边加工余量锻件尺寸2951.956.81.954.8236.52722166.4确定锻件毛坯尺寸公差根据上述条件，锻件毛坯尺寸公差根据锻件质量、材质系数和形状复杂系数，查机械制造技术基础课程设计指导书表4.6表4.10，可求得锥齿轮的毛坯尺寸及公差，进而求得各加工表面的加工余量，本零件毛坯尺寸允许偏差见表3.3。 表3.3 锥齿轮的毛坯尺寸允许偏差 mm锻件质量包容体质量形状复杂系数S材质系数公差等级0.450.79S2M1普通级零件尺寸机械加工余量/mm毛坯基本尺寸尺寸公差毛坯尺寸公差1.5-2.0取2951.5-2.0取1.956.81.5-2.0取1.954.8235.91.5-2.0取2721.5-2.0取2166.5设计毛坯图（1）确定圆角半经。锻件的内外圆角半经查机械制造技术基础课程设计指导书表4.12可确定。本锻件个部分的H/B2，为简化起见外圆角半经r=2mm，内圆角半经R=4mm。（2）确定模锻斜度。查表4.11可确定外模斜度，内模锻斜度加大，。（3）确定毛坯的热处理方式。钢质齿轮毛坯经锻造后应安排正火，以消除残余的锻造应力，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，从而改善加工性。毛坯图如附图2。7.确定工序尺寸圆柱表面多次加工的工序尺寸与加工余量有关。前面一确定各圆柱面的加工余量（毛坯余量），应将毛坯余量分为各工序加工余量，然后由后往前计算工序尺寸。中间工序尺寸的公差按加工方法的经济精度确定。查机械制造技术基础课程设计指导书表4.13、表4.24和4.26得到本零件各圆柱表面的加工余量、工序尺寸、公差和表面粗糙度，结果见表3.4。 表3.4 圆柱表面的加工余量、工序尺寸、公差和表面粗糙度 mm加工表面工序双边余量工序尺寸公差表面粗糙度/m粗半精精粗半精精粗半精精孔2.01.40.6Ra6.3Ra1.6外圆2.31.5Ra6.3外圆2.51.5Ra6.3外圆2.31.5Ra6.37.切削用量及基本时间的确定切削用量包括背吃刀量ap、进给量f和切削速度v。确定顺序是先确定ap、f，再确定v。8.1工序10切削用量及基本时间的确定(1) 切削用量。本工序为粗车外圆53mm及台阶面，粗镗孔40.5mm，倒角。加工条件:工件材料:20CrMnTi；加工要求:粗糙度为6.3m；机床:CA6140卧式车床；刀具:YT5的900偏刀、450外圆车刀和YT5的镗刀；切削液:普通乳化液（三乙醇胺）确定粗车外圆53mm的切削用量。确定背吃刀量ap。粗车外圆双边余量为2.3mm，显然ap为单边余量1.15mm。确定进给量f。查表4.100中硬质合金及高速车刀粗车外圆及端面的进给量内容，选择。确定切削速度v。根据工艺手册中YT5硬质合金车刀的切削速度相关内容，切削速度。切削速度的修正系数，故：按CA6140车床的转速查表4.35，选择，则实际切削速度。确定粗车端面及台阶面的切削用量。采用车外圆53mm的刀具加工这些表面。加工余量皆可一次走刀完成，ap=1.3mm,。主轴转速与车外圆53mm相同。确定粗镗40.5mm孔的切削用量。确定背吃刀量ap。双边余量为2.0mm，显然ap为单边余量1.0mm。确定进给量f。查表4.100中硬质合金及高速车刀粗车外圆及端面的进给量内容，选择。确定切削速度v。根据工艺手册中车削时切削速度的计算内容你，按公式计算切削速度为。式中按CA6140车床的转速查表4.35，选择，则实际切削速度。（2）基本时间。粗车外圆53mm的基本时间。根据工艺手册中车削和镗削机动时间计算公式，查表4.143，车外圆基本时间为式中，则粗车端面的基本时间（查表4.143）为式中粗车台阶面的基本时间为式中粗镗40.5mm孔的基本时间为式中，则确定工序的基本时间为8.2工序20切削用量及基本时间的确定（1）切削用量。本工序为粗车小端面外圆91mm，外圆槽51mm、68mm。加工条件:工件材料:20CrMnTi；加工要求:粗糙度为6.3m；机床:CA6140卧式车床；刀具:YT5的900偏刀、450外圆车刀和YT5的镗刀；切削液:普通乳化液（三乙醇胺）。确定粗车外圆91mm的切削用量。确定背吃刀量ap。粗车外圆双边余量为2.5mm，显然ap为单边余量1.25mm。确定进给量f。查表4.100中硬质合金及高速车刀粗车外圆及端面的进给量内容，选择。确定切削速度v。根据工艺手册中YT5硬质合金车刀的切削速度相关内容，切削速度。切削速度的修正系数，故：按CA6140车床的转速查表4.35，选择，则实际切削速度。确定粗车外圆槽51mm和68mm的切削用量。采用车外圆槽51mm和68mm的刀具加工这些表面。加工余量皆可一次走刀完成，ap=1.3mm,。主轴转速与车外圆91mm相同。（2）基本时间。粗车外圆91mm的基本时间。根据工艺手册中车削和镗削机动时间计算公式，查表4.143，车外圆基本时间为式中，则粗车40.5mm到91mm端面的基本时间（查表4.143）为式中粗车51mm到68mm端面的基本时间（查表4.143）为式中确定工序的基本时间为8.3工序30切削用量及基本时间的确定（2）切削用量。本工序为半精车外圆53mm及台阶面，半精镗孔40.5mm，倒角。加工条件:工件材料:20CrMnTi；加工要求:孔粗糙度为1.6m；机床:CA6140卧式车床；刀具:YT5的900偏刀、450外圆车刀和YT5的镗刀；切削液:普通乳化液（三乙醇胺）确定半精车外圆53mm的切削用量。确定背吃刀量ap。半精车外圆双边余量为1.5mm，显然ap为单边余量0.75mm。确定进给量f。查表4.100中硬质合金及高速车刀半精车外圆及端面的进给量内容，选择。确定切削速度v。根据工艺手册中YT5硬质合金车刀的切削速度相关内容，切削速度。切削速度的修正系数，故：按CA6140车床的转速查表4.35，选择，则实际切削速度。确定半精车端面及台阶面的切削用量。采用车外圆53mm的刀具加工这些表面。加工余量皆可一次走刀完成，ap=0.5mm,。主轴转速与车外圆53mm相同。确定半精镗40.5mm孔的切削用量。确定背吃刀量ap。双边余量为1.4mm，显然ap为单边余量0.7mm。确定进给量f。查表4.100中硬质合金及高速车刀粗车外圆及端面的进给量内容，选择。确定切削速度v。根据工艺手册中车削时切削速度的计算内容你，按公式计算切削速度为。式中按CA6140车床的转速查表4.35，选择，则实际切削速度。（2）基本时间。半精车外圆53mm的基本时间。根据工艺手册中车削和镗削机动时间计算公式，查表4.143，车外圆基本时间为式中，则半精车端面的基本时间（查表4.143）为式中半精车台阶面的基本时间为式中半精镗40.5mm孔的基本时间为式中，则确定工序的基本时间为8.4工序40切削用量及基本时间的确定（1）切削用量。本工序为半精车小端面外圆91mm，外圆槽51mm、68mm。加工条件:工件材料:20CrMnTi；机床:CA6140卧式车床；刀具:YT5的900偏刀、450外圆车刀；切削液:普通乳化液（三乙醇胺）。确定半精车外圆91mm的切削用量。确定背吃刀量ap。粗车外圆双边余量为1.5mm，显然ap为单边余量0.75mm。确定进给量f。查表4.100中硬质合金及高速车刀粗车外圆及端面的进给量内容，选择。确定切削速度v。根据工艺手册中YT5硬质合金车刀的切削速度相关内容，切削速度。切削速度的修正系数，故：按CA6140车床的转速查表4.35，选择，则实际切削速度。确定半精车外圆槽51mm和68mm的切削用量。采用车外圆槽51mm和68mm的刀具加工这些表面。加工余量皆可一次走刀完成，ap=0.75mm,。主轴转速与车外圆91mm相同。