工艺夹具毕业设计70邵阳学院设计“齿轮”零件的机械加工工艺规程及工艺设备

1 机械制造工艺学 课程设计说明书 设计题目： 设计“齿轮”零件的机械加工工艺规程及工艺设备（单件小批量生产） 设计者 ：张雷坚 （ 51 号） 指导老师 ：刘学敏 邵阳学院 2006 年 6 月 23 日 2 机械制造工艺学课程设计任务书 题目 ： 设计“齿轮”零件的机械加工工艺规程及工艺设备（单件小批量生产） 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 ： 学 号 ： 指导老师 ： 2006 年 6 月 23 日 3 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反学各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 。 它一方面要求学生通过设计能获得综合运用过去所学过的全部课程进行工艺及结构设计的基本能力。另外，也为今后作好毕业设计进行一次综合训练和准备。学生通过机械制造工艺学课程设计，在下述几个方面得到锻炼 （ 1） 能通过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实践知识，正确的解决一个零件在加工过程中的定位 .夹紧以及工艺路线安排 .工艺尺寸确定等问题，保证零件的加工质量 （ 2）提供结构设计能力。学生通过 设计夹具的训练，应当获得根据被加工零件的加工要求，设计出高效，省力，经济合理而能够保证加工质量的夹具的能力 （ 3）学会使用图表资料以及手册，掌握与本本设计有关的各种资料的名称，出处，能够做到熟练运用 .因此，它在我们的大学生活中占有重要的地位 ，因些，它在我们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将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后参加祖国的“四化”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 师给予指教。 一、 零件的分析 （一） 齿轮是机器或部件中应用很广的传动体，常用来传递动力和改变转速及旋转方向。 （二） 零件技术要求的分析： 1大外圆 552.676h11的端面对孔 200H7轴线有公差 0。 05mm的端面圆跳动要求。 4 2 键槽两侧面对孔 200H 轴线有 0。 02mm 的对称度要求。 零件的工艺分析 3 该齿轮的 加工平面有内孔 200H7,大外圆 552.676h11 以及其端面，小外圆250 以及其端面，还有一个台阶面，键槽 45js9。其中主要加工表面为内孔 200H7，大外圆 552.676h11 以 及其端面。 由以上分析可知，对于这些加工表面而言，可以先加工其中一组表面，然后借助于专用夹具加工另一表面，并且保证它们之间的位置精度要求。 渗碳淬火齿轮材料 ,结构及技术要求 ,加工工艺过程与普通齿轮有很大不同。该齿轮才采用 20CrMnTi 低合金钢材料 ,该材料的抗拉强度为 1079,屈服强度为 815,伸长率为 10%,主要用于汽车和拖拉机齿轮凸轮 . 4 齿坯热处理 ,在齿坯粗加工前后安排预先热处理 ,其主要目的是改善材料的加工性能 ,减少应力 ,为以后淬火时减少变形做好准备。齿坯热处理有正火和调制 ,经正火的 齿轮 ,淬火变形虽然较调制齿轮大些 ,但加工性能较好 ,滚齿工序中刀具磨损较慢 ,加工表面粗糙度较细。齿坯正火安排在粗加工之前 ,调质安排在齿坯精加工之前。 5 轮齿热处理 ,经渗碳淬火后齿面硬度可达 HRC58-62,且芯部又有较高的韧性 ,既耐磨又承受冲击载荷 ,渗碳工艺比较复杂 ,热处理后齿轮变形较大 ,对高精度齿轮需进行磨齿 ,齿圈工艺安排为 : 滚齿 -淬火 -磨齿。低碳合金刚含碳量低 ,提高含碳量才能淬硬 ,需渗碳的部位磨余量。 6 齿形加工方案： 齿形加工主要取决于齿轮的精度等级，生产批量和齿轮热处理方法等。 对于 7 级精度，单件生产，齿面渗碳淬火的齿轮，采用滚齿方案：滚齿 渗碳淬火 修正基准 磨齿。齿轮内孔表面粗糙度不算高，因此，安排车削完成同时可以车好倒角尺寸，内孔尺寸精度高，应用磨削，采用分度圆定位以保证内孔与分 度圆同轴。 7 齿轮检验 齿轮检验一般分为终结检验和中间检验，终结检验的目的是鉴别成品的质量，评定 5 其是否合格；中间检验的目的及时发现问题，防止报废。 二、工艺规程设计 （一） 确定毛坯的制造形式： 齿轮零件材料为 20CrMnTi，且该 孔的孔 径和外圆直径较大，又考虑到齿轮在工作过程中经常承受交 变载荷及冲击性载荷。因此应该选用锻件， 批量为单件小批量生产毛坯应选用锻件，锻件毛坯图 如上 图： （二） 基面的选择： 基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面的选择得正确与合理，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会问题百出，更有甚者，还地造成零件大批报废，使生产无法正常进行。 （ 1） 粗基准的选择 选择粗基准时必须考虑定位准确 ,夹紧可靠以及夹具结构简单 ,操作方便 .为了使 保证定位准确 ,夹紧可靠 ,首先应选用的粗基准尽可能平整 ,光洁和有足够大的尺寸 ,不能选择分型面作为粗基准 ,对此大件小 批量生产的齿轮来说，为了保证大外圆 552.676h11 的端面对孔 200H7 轴线有公差 0。05mm 的端面圆跳动要求加工时，在一次装夹中完成内孔大 外圆以及其的 端面 加工，再以大端面为基准车出小端面 。 （ 2） 精基准的选择 主要考虑基准重合问题，定位基准精度对齿轮加工精度影响很大，为保证齿轮加工余量齿轮加工是应根据“基准重合”原则选择齿轮的装配基准和测量基准为定位基准，而且整个加工过程中保持基准的统一，次工件较大，单件生产， 应该先以内孔为粗基准加工外圆表面，然后以外圆为精基准加工内 孔。 （ 三 ） 制订工艺路线 制订工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要 6 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，可以考虑采用万能性机床配以专、用工夹具，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，以便使生产成本尽量下降。 工艺路线方案： 工序 1： 下料 工序 2：锻造毛坯 工序 3：正火 工序 4： 粗平大端面 ,粗车大外圆以及环形槽和小内孔 工序 5：镗孔，倒角 工序 6：粗车小端面，小外圆，台阶端面以及环形槽 ，再倒角 工序 7：调质处理 工序 8：精车大外圆以及其端面 工序 9：精车 小端面和台阶端面 工序 10：插键槽 工序 11：滚齿，齿端倒角 工序 12：齿面渗碳淬火及低温回火处理 工序 13：磨齿 工序 14：以分度圆定位磨内孔 工序 15：检验入库 四、 机械 加工余量， 工序尺寸 及毛坯尺寸确定。 齿轮零件材料为 20CrMnTi，硬度为 217HBS，生产类型为小批量生产，采用在锻锤上合模模锻毛坯。 加余量工大小，应按加工要求求定。余量过大不仅浪费金属，而且增加金属切削时，增大机床和刀具的负荷。但余量过小则不能修正前一工序误差造成局部切不到的情况，影响加工质量，甚至造成废品。 根据上述原始资料及加工 工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸如下： 7 1 大外圆表面（ 552.676mm） 考虑其加工长度为 150mm,为简化模锻毛坯的外形 ,现直接取其外圆表面直径为562.67mm,表面粗糙度为 Rz320 m,因此须要粗加工一精加工 ,粗加工的余量查表机械制造工艺设计简明手册 ,查得粗加工的余量为 2Z=9.2mm,精加工的余量为 2Z=0.4mm。长度的方向的余量查工艺手册得，单边余量 Z=1.5mm。 2 内孔 200H7 该内孔的精度为 IT7，参照工艺手册得工序尺寸及余量： 粗镗 ： 197 mm 2Z=3mm 精镗： 199.7mm 2Z=2.7mm 磨孔： 200mm 2Z=0.3mm 五 、 确定切削用量 工序 4：车平大外圆端面， 粗车大外圆以及环形槽和小内孔 .本工序采用计算法确定切削用量。 1加工条件： 加工材料： 工件材料 20CrMnTi， b=1.079Gpa、 模锻。 加工要求：粗车 562.676mm 端面及 562.676mm 以及环形槽和小内孔 6- 50mm，Rz320 m。 机床： C630 立式车床。 刀具：刀片材料为 YT15，刀杆尺寸 20x30mm2， kr=45。 =-10，。 =8， r 。=0.5mm。 2 计算切削用量 （ 1）粗车 562.676mm 端面 已知毛坯的长度方向的加工余量为 10 3mm，则毛坯长度方向最大加工余量Zmax=13mm，而端面的粗糙度为 320 m，则需要粗车、精车。粗加工的切削深 度 3.5mm。 （ 2）进 给量 f根据切削用量简明手册表 1.4，刀杆尺寸为 mmmm 3020 ， pa 4mm,以及工件直径为 562.676mm 时 8 f=0.50.7mm/r 按 C630 车床说明书 (见 表 1.30)取 f =0.5mm/r (3)计算切削速度 按 表 1.27,切削速度的计算公式为 (寿命选 T=60)。vyxpmVc kfaT Cvvv (m/min) 其中 : 242vC , 15.0vx , 35.0vy ,m=0.2。修正系数 vk 见 ,g 表 1.28,即 44.1Mvk , 8.0svk , 04.1kvk , 81.0krvk , 97.0Bvk 。 所以 m i n/6.10897.081.004.18.044.15.0360 242 35.015.02.0 mv c （ 4） 确定机床主轴转速 m i n )/(193676.5626.10810001000 rdvnwcS 按机床说明书 (见 表 4.2-8)与 193r/min 相近的机床转速为180320r/min.现在选取 min/242 rnw 2 粗车外圆 562.676mm,同时应校机床功率及进给机构强度 . 1） 切削深度 单边余 量 Z=2.3mm. 2） 进给量 根据 表 1.4,选用 f=1.0mm/r 3）计算切削速度 见 表 1.27 vyxpmVc kfaT Cvvv 其中 221VC , 15.0vx , 45.0vy , m=0.2,T=60,而修正系数 vk 见 表 1.28 得 44.1Mvk , 8.0svk , 54.1kvk , 0.1bvk , 0.1krvk , 9 则 m i n/36.1460.154.18.00.144.10.13.260 221 45.015.02.0 mv c 4)确定主轴速度 m i n )/(84.82676.56214.336rdvnvcs 而实际切削速度为 m i n )/(36.1461 0 0 0 84.82676.56214.31 0 0 0 mndv sw 5)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, 19.1)650( bM Pk 其中 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 . 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 : 10 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 精车外圆 562.676 切削深度 单边余量 Z=0.2mm,可一次切除。 进给量根据切削手册表 1.4 选用 ,f=0.18mm/r。 计算切削速度 见切削手册表 1.27, vyxpmVc kfaT Cvvv 其中 273VC , 15.0VX , 2.0VY ,m=0.2,T=60, 44.1Mvk , 8.0svk , 54.1kvk , 0.1bvk , 0.1krvk 精车速度 : m i n/38.38054.18.00.10.144.118.02.060 273 2.015.02.0 rV C 确定主轴转速 : m in/17.218676.56214.3 38.3801000676.5621000 mvn cs 11 3. 工序 5：镗孔，倒角 因为内孔 200H7 的粗糙度为 160 m,则需要进行粗 精加工。选用机床： T612 金刚镗床。 （ 1）粗镗孔至 197mm,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。 六、夹具的操作说明 如前所述，在设计夹具时，应该注意提高劳动生产率。为此，应首先着眼于机动夹紧而不采用手夹紧。 （ 1） 机床夹具的作用 1保证加工精度： 用机床夹具装夹工件，能准确确定工件与刀具、机床之间的相对位置关系，可以保证加工精度。 2提高生产效率：机床夹具能快速地将工件定位和夹紧，可以减少辅助时间，提高生产效率。 3减轻劳动强度：机床夹具采用机械、气动、液动夹紧装置