工艺夹具毕业设计1“高速级斜齿轮”的机械加工工艺规程及工艺装备

机械制造工艺学 课程设计说明书 设计题目： 设计“高速级斜齿轮”的机械加工工艺规程及工艺装备 设 计 者：陈胜兰 （ 05） 指导老师：刘老师、姜老师 邵阳学院 机械制造工艺学课程设计任务书 题目：设计“高速级斜齿轮”的机械加工工艺规程及工艺装备 内容： 1.零件图 1 张 2.毛坯图 1 张 3.机械加工工艺过程卡片 1 张 4.机械加工工序卡片 1 套 5.课程设计说明书 1 份 班 级： 2004 级机械电子工程 学 生：陈胜兰 学 号： 05 指导老师：刘老师、姜老师 2005 年 6 月 21 日 序 言 机械制造工艺学课程设计 是在我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业课之后进行的。这是我们在进行毕业设计之前对所学个课程的一次深入的综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练，因此 ，它在我们的三年的大学生活中占有重要的地位。就我个人而言 ，我希望能通过这次课程设计对自己未来从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己的分析问题、解决问题的能力，为今后参加祖国的建设打下一个良好的基础。 由于能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指导。 设 计 目 的 (1)能熟练运用机械制造工艺学课程中的基本理论以及在生产 实习 中学到的实践知识，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 (2)提高结构设计能力。学生通过设计夹具（或量具）的训练、应当获得根据被加工零件的加工要求，设计出高效、省力、经济、合理而能保证加工质量的夹具的能力。 (3)学会使用手册图表资料。掌握与本设计的各种资料的名称、出处，能够做到熟练运用。 一、零 件 的 分 析 （一） 零件的作用 该齿轮是由齿坯和齿圆两部分组成的，该齿轮的齿坯部分由内外旋转表面和摊槽组成，外圆表面采用粗、 精车削加工即可达到要求 内圆孔表面采用粗镗、半精镗、磨等方法加工。 内键槽插削完成。 由零件图得知，该零件为高速级斜齿轮，材料为 20CrMnT; 该材料可承受高稳定状态下工作的齿轮，因此设计选用了低合金钢材料 20CrMnTi 大模数，精度较高的特点。 低合金钢材料，含碳量低较软，机械强度和硬度较低，不能承受很大载荷也不耐磨，为提高表面硬度，采用表面渗碳淬火的热处理工艺。经表面渗碳淬火后，齿面能得到很高的硬度，而心部硬度仍低，使保较好的韧性，以适应工作性质 由零件图可知毛坯类型应选择为锻件，该齿轮是高速 级斜齿轮，工作过程中需要足够的强度，传递一定功率，同时要耐冲击，耐磨。轧制钢材内部组织纤维有一定的方向，当齿轮受力后容易从纤维间撕裂，齿轮强度较差。采用锻造的方法，材料内部组织形成有利的锻纹方向，可以提高强度。大批量生产可采用模锻，中小批量采用自由锻。 （二）零件的工艺分析 渗碳淬火齿轮不仅材料、结构及技术要求与普通齿轮有很大不同，而且机械加工工艺过程也有明显区别。 1 该齿轮采用 20CrMnTi 低合金钢材，经渗碳淬火后，齿面硬度可达HRC5862，且心部又有较高的韧性，既耐磨又能承受冲击载荷。渗 碳工艺比较复杂，热处理后齿轮变形较大，由下表可知：对高精度齿轮尚需进行磨齿，齿圈工艺过程安排为滚齿 淬火 磨齿。 模数 齿数 压力角 螺旋角 径向变位系数 公法线平均长度及上下偏差 跨齿数 精度等级 配对齿数 公差组 I II III 螺旋方向 Mn Z n X WKEwns ewni K 6HL GB10095-88 图号 HV416-150x24-0125 检查项目 Fp Ff 左 - 4.5 97 15 20 0.36 173.914 0.118 0.198 13 齿数 公差或偏差值 0.080 0.014 0.012 2 低碳合金含碳量低，不提高含碳量是淬不硬的，因此按淬硬技术要求车好毛坯。需要硬的部位留磨量，其余部分应放大加工余量，加工余量只需超过渗碳层深度及可。 3 此齿轮内孔尺寸精度和表面粗糙度均要求高，其经济精度为 IT7 级表面粗糙度为 1.6，表面粗糙度细或者淬硬内孔，其加工方法应为磨削，但此时应采用分度圆定心，以保证内孔 2 与分度圆同轴。因此工艺过程安排为粗樘 半精樘磨。 4 高速级斜齿轮共有两组加工平面 （ 1） 以齿圆表 面加工内孔 这组加工表面包括 132+0.04 0 mm，的内孔及 1x45的倒角的加工。磨削加工132 +0.04 0 mm 的内孔及 140.4+0.3 0 mm 的 键槽。 （ 2） 以 132+0.04 0 mm 的内孔为中心加工表面 这组加工表面包括： 463.86 0 0.4 mm 的齿面及 1x45倒角，深度为 3mm 的环行槽及 R2 的圆角，钻深 100mm 16 的 4 个通孔，攻 8 个 M16-6H 深 25mm的螺纹孔，插 140.4+0.3 0 的键槽。 （ 3）两端面对孔 132 +0.04 0 轴线有公差为 0.02 的端面圆跳动要求。其表面粗糙度为 1.6。 （ 4）齿顶圆 463.86 0 0.4对孔 132 +0.04 0 轴线有公差为 0.05 的径向圆跳动要求，其表面粗糙度为 3.2，经济精度级为 IT7。 （ 5）键槽两侧对孔 132 +0.04 0 轴线有公差为 0.03 的对称度要求，其表面粗糙度为 6.3，经济精度为 IT9。 由上分析可知，对于这两组加工表面而言，可以先加工其中一组表面，然后借助于专用夹具加工另一组表面，并保证它们之间的位置精度要求。 二、工艺规程设计 一、确定毛坯的制造形式 毛坯的形状和尺寸越接近成品，机 毛坯精度越高，则零件的机械加工劳动量越少，材料消耗越少，因而机械加工的生产率提高，成本降低，但是，毛坯的制作费用却提高了。因此，确定毛坯要以机械加工和毛坯制造两方面去综合考虑，以求得到最佳效果。 零件材料为 20CrMnTi 低合金钢，考虑到该齿轮在纺织机械工作中需要有足够的强度，同时需要传递平稳的功率，在选用毛坯时，其零件的尺寸很大，因此，由查表可得，毛坯选用锻件，而且该零件确定为单件小批量生产，由此确定其锻压方式为自由锻压。查机械制造工艺设计手册表 1-50 确定毛坯的加工总余量为 10mm，毛坯各加工面的加 工余量如表 1 所示： 表 1 各加工表面总余量 加工表面 基本尺寸 （ mm） 加工余量等级 加工余量数值 （ mm） 说明 M 面 463.86 0 0.4 G 5 车外圆面 P 面 H 10 平端面，两边加工 N 面 110 G 5 镗内孔 132+0.04 0 锻件主要尺寸的公差如表 2 表 2 主要面寸 零件尺寸 总余量 毛坯尺寸 公差 CT M 面轮廓尺寸 463.86 0 0.4 10 124 0.04 P 面轮阔尺寸 110 10 474 0.4 N 面轮廓尺寸 132+0.04 0 10 110 0.2 . . 二、定位基准的选择 基面的选择是工艺规程设计的重要工作之一，基面的选择正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产效率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚至会造成零件报废，使生产无法正常进行。 （ 1） 粗基准的选择 根据粗基准一般不重复原则，根据粗基准通常知选择一次，结合零件图，对于盘类零件粗基准一般选用外圆面定位是完全合理的，对于该零件来说，以 463.86 0 0.4的外圆作为粗基准，加工孔 132+0.04 0 。 （ 2） 精基准的选择 根据精基准的选择原则， 精基准的选择主要应该考虑基准重合和减少定位误差，保证加工精度和安装方便准确的问中心题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行换算， 避免不重合不统一，对于本零件而言，在内孔 132+0.04 0 加工后， 这样可以做到基准重合， 可保证齿顶圆 463.86 0 0.4对孔 132+0.04 0 轴线的径向圆跳动要求和端面对孔 132+0.04 0 轴线的端面圆跳动要求。因此 ，在加工过程中，以内孔定位是完全合理的。 并且采用基准统一进行加工还可以减少夹 具种类，降低夹具设计制造费用的作用。 三、制定工艺路线 制定工艺路线的出发点，应当时使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已确定为单件小批量生产的条件下，可以考虑采用机床配以专用工夹具，并尽量使工序集中来提高效率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。根据各表面加工要求和各种加工方法能达到的经济精度，却定各表面的加工方法如下： M 面：粗车 精车 磨 N 面：粗镗 精镗 磨 P 面：车 工艺路线的确定 工序号 工序内容 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 锻造 正火 平端面，粗镗内孔 132+0.04 0 mm 内孔定位，粗车外圆 463.8460 -0.4mm 车环形槽，倒圆角 精车外圆，倒角 刻 2.7x4 字 钻孔，攻丝 插键槽 滚齿 齿形表面渗碳 12 13 14 15 16 齿面淬火，低温回火 磨齿面 以分度圆定位，磨内孔 检验 入库 图 1 零件的毛坯图 四、机械加工余量及工序尺寸的确定 由零件图和毛坯尺寸可分别确定各加工表面的机械加工余量及工序尺寸 外圆面 463.8460 -0.4mm 及内孔 132+0.04 0 mm 的加工 查机械制造工艺设计手册得： 外圆面的加工直径余量为 3.5 其端面的加工余量为 3.5 。 查简明机械加工工艺手册表 1 13 得 镗孔0.35（表 1-27）， 查机械制造工艺设计手册得：粗车后粗车端面余量为 1.3mm，即 pZ精=1.5mm 已知 P 面（由图一）加工总余量为pZ总=5，因此由计算得：平端面需粗车余量为： pZ粗=pZ总-2xpZ精=7mm 粗车 P 面工序中以 N 内孔定位，到 N 孔轴线（ W）面的工序尺寸即为设寸： pwX 精=16509230 0.22 由查表得：粗加工公差等级为 IT12IT13 取 IT=12 其公差为 0.4mm 所以 pWT 粗=167.423 0.2mm 校核精车余量pZ精minpZ精=minpWZ 精-maxpwZ 精= （ 167.423 0.2） -（ 1650923+0） =1.7mm 故余量足够。 1、 键槽 要求键槽相对于内孔有对称度要求，即采用内孔定位，尺寸链有计算要求，其尺寸链计算如下： 内孔尺寸 Ao=132+0.04 0 mm 键槽深度 A2=140.4+0.3 0 插键槽尺寸 A1，由尺寸链计算方法得： A1=A2-A0 则 A1=140.4 -132=7.6 mm ES0=ESA2 - EIA1=0.3 - EIA1=0.04 所以 EIA1= -0.1mm EI0=EIA2 - ESA1=0 - ESA1=0 则 ESA1=0 所以插键槽的余量为 A1=7.6 0 -0.1mm 2、滚齿 由内孔定位，其经济精度为界于 IT7IT8，则滚齿的加工余量 0.2，齿 表面粗糙度为 3.2，其分度圆的 表面粗糙度为 0.8，磨齿面的加工余量 0.23 （表 1 42） 3、钻螺纹孔 由于毛坯为实心，不冲出孔，参照工艺手册确定孔的尺寸及钻孔 16， 加工余量 Z=6mm 4、攻丝 查表 3 124 丝锥选择为机用丝锥，其加工符合零件要求 （五）确定切削用量及基本工时 工序 1、平端面 1. 加工条件 工件材料 20CrMnTi b =1.1Gpa 锻压 加工要求： 粗车端面及外圆面 机床： C512A 立式车床 刀具、刀片材料 车刀：刀片材料牌号 YT15, 刀杆尺寸 25x40mm 2. 计算切削余量： (1)粗车 463.846 查表计算得：加工余量为 7 (2)进给量 查 机械制造工艺手册表 3 13 得 f=1.2mm r (3)切削速度 按切削用量手册表 1.27 得 Vc=1.9mm 3. 选择刀具 （ 1） 选择直头焊接式外圆车刀（最好选择机夹可转位车刀） （ 2） 查切削用量手册表 1 确定刀杆尺寸为： 25x40mm （ 3） 由切削用量手册表 2 确定刀具的材料 粗车为锻件毛坯，因此可选择 YT15 牌号的硬质合金刀具 （ 4） 车刀几何形状：选择卷屑槽带倒棱前刀面，rK=60，2rK=10， =6卷屑槽尺寸为 Rn=5mm， Wn=5mm,dn=0.7mm 4 确定机床主轴转速 1000 1 0 0 0 1 0 8 . 6 5 3 2 m i n65cs wvnrd 按机床说明书（见工艺手册表 4.2.8），与 532r/min 相近的机床转速为480r/min 及 600r/min。先选取wn 600 r/min。如果选wn 480 r/min，则速度损失太大 。 所以是实际切削速度 v=1.44m/s 5 切削工时 按 工艺手册表 6.2-1。 L= 65 402=12.5（ mm）， L1=2mm， L2=0mm， L3=0mm tm= 1 2 3ul l l l inf 12.5 2600*0.5=0.096（ min） 工序 2 粗镗内孔 132+0.06 0 ，倒角 1x45 因为内孔的 132+0.06 0 粗糙度为 1.60,则需要进行粗 精加工。 机床： T612 金刚镗床。 刀具 刀片材料牌号 YT15 （ 1）粗镗孔至 129mm,单边余量 Z=1.5mm,一次镗去全部余量 ,a mmp 5.1 进给量： F=1.5mm/r。 根据有关手册，确定镗床的切削速度为 v=100m/min,则 m i n )/(24.159200 10010001000 rD vn w 主轴的切削速度查表可得： n=234.12m/min。 (2)检验机床功率 主削力 Fc 按 表 1.29 所示示公式计算 : Fcncyxpz kvfaF FccFzF其中 300ZFC, 0.1ZFx , 75.0Fzy ,f=2.3,n=-0.5, 35.0)650( bM pk 1.19 1079b , 0.1KVk. 则)(98.37810.119.136.1460.13.23008.9 15.075.00.1 NF Z 切削时消耗的功率为 )(22.9106 36.14698.3781106 44 KWvFP cZC 由切削手册表 1。 30 中 C630 机床说明书可知， C630 主电动机功率为 13.34KW。当主轴转速为 82.84r/min 时 ,主轴的最大功率为 10.12KW.所以机床足够可以正常加工 . (3) 校验机床进给系统强度 已知主切力 )(98.37810.119.136.1460.13.23008.9 15.075.00.1 NF Z ,径向切 削力 zF 按按 表 1.29 所示示公式计算 : FYnyxpFy kvfaCF FYFYYY 8.9其中 243FYC , 9.0FYX , 6.0FYY ,n=-0.3， 0.1KRK 98.1)650( bmK Fy= 76.21880.198.136.1460.13.22438.9 3.06.09.0 。而 轴向切削力FXnYxpFXx KVfaCF FXFX8.9。 其中 339FXC ， 0.1FXX ， 5.0FXY ， n=-0.4 66.1)650( bmK , 0.1KRK )(78.17750.166.136.1460.13.23398.9 4.05.00.1 NF X 取机床与床鞍之间摩擦系数 =0.1,则切削力在纵向进给方向对进给机构的作用力为 : 85.2372)( YZX FFFF 由于生产类型为单件小批量生产，故加工设备宜选用普通机床。其生产方 为以普通机车加专用夹具为主。工件在机床上的装卸及各机床间的传递均由人工完成。 平端面 粗镗内孔 平端面 粗车外圆 考虑工件的定位夹紧，因为该零件尺寸大，查机械制造工艺设计手册得选择 C512A 立式车床。根据零件的材料查切削用量手册表 2 其刀具可选用为 Y15 牌号硬质合金刀具。查表 1 确定刀杆尺寸： 25x40mm 夹具为专用夹具，量具为游标卡尺。 （ 1）切削工时，按工艺手册表 6.2 1。 L 65 402 12.5（ mm）， L1=2mm， L2=0,L3=0 1 2 3 1 2 . 5 2 2 0 . 0 9 6 m i n6 0 0 0 . 5mwl l l ltinf （ 2）计算切削速度 见切削手册表 1.27 0 . 2 0 . 1 5 0 . 3 52421 . 4 4 0 . 8 0 . 8 1 0 . 9 76 0 1 . 5 0 . 51 1 6 / m i nvvncvxympcvkT a fm （ 3）确定主轴转速 1000 1 0 0 0 1 1 6 5 6 8 / m i n65cs wvnrd 按机床选取 n 600r/min 所以实际切削速度 6 5 6 0 0 1 2 2 / m i n1 0 0 0 1 0 0 0dnvm （ 4）检验机床功率 主切削刀cF按切削手册表 1.29 所示公式计算 F F Fc c