过桥齿轮轴机械加工工艺规程设计

目 录摘要 2英文摘要21、零 件 的 分 析 31.1 零件的作用31.2 零件的工艺分析 32、确定毛坯、画毛坯图43、工艺规程设计 43.1 定位基准的选择53.2 制订工艺路线63.3 选择加工设备及刀，夹，量具93.4 加工工序设计 104、夹具设计 124.1 夹具设计方案分析 124.2 夹具结构设计计算 134.3 夹具使用说明 135、设计小结 146、参考文献 167、致谢 17摘要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。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，从中锻炼自己分析问题，解决问题的能力，为今后参加工作打下一个良好的基础。由于能力有限，设计当中可能会有不足之处，恳请各位老师给予批评指正。Abstract：Can through the utilization machine manufacture technology curriculum in elementary theory as well as in the productive practice middle school to the practice knowledge, a correct solution components in processing process localization. Clamp as well as craft route arrangement. Questions and so on craft size determination, guarantee components processing quality The academic society uses the graph data as well as the handbook, grasps designs the related each kind of material with the notebook the name, the source, can achieve the skilled utilization. Therefore, it holds the important status in ours university life. To my own opinion, I hoped that can the work which will be engaged to own future carry on an adaptability training through this curriculum project, will exercise itself to analyze the question, will solve the question ability, will start the work for the present to build a good foundation. Because ability is limited, middle the design will possibly have the deficiency, will request earnestly fellow teachers to give the criticism to point out mistakes.1 零 件 的 分 析1.1 零件的作用题目给出的零件是轴类零件（过桥齿轮轴） ，轴是机械设备中轴承支撑的重要零件之一，它的主要作用是直接支撑回转零件，以实现回转运动并传递转距和动力，如齿轮，车轮，电动机，转子，铣刀等各种作回转运动的零件，都必须安装在轴上，才能实现它们的功用。过桥齿轮轴有联动和传动的作用。由附图 1 可知，过桥齿轮轴的一端铣有键槽，配合轴与轴上零件的使用；一端滚有斜齿轮，与其他齿轮配合传动。1.2 零件的工艺分析由附图 1 可知，析其材料为 20CrMnTi。该种材料经过渗碳淬火后强度大，有较高的耐磨性，适用于制造承受中等载荷的耐磨零件。该零件上的主要加工面为外圆面、键槽、斜齿轮和两个主要中心孔，16H7 0.18和 M12-6H，其等级精度要求见附图 1。选择定位基准时各外圆的位置公差，采用基准统一原则，即全部以工件的两中心孔定位 。同时也为了保证个外圆的形状与位置公差，在轴的粗加工过程中，用油石顶尖研磨中心孔，中心孔的表面粗糙度 Ra 值逐次减小，精度也要逐次提高。为了达到轴的精度要求，逐步消除工件毛坯的复映误差，工序分为粗车，精车，磨削。零件外圆的粗糙度要求不统一，在加工过程中考虑到时间的原因，先加工到最低等级要求 3.2，最后进行研磨达到 0.6。有斜齿轮端最外圆公差等级为m5，键槽端外圆公差等级为 m6。有参考文献1中有关方面和孔加工的经济精度及机床能达到的位置精度可知，上述技术要求是可以达到的，零件的结构工艺性也是可行的。2、确定毛坯根据零件材料确定毛坯为型钢。下料 140 的 20CrMnTi 型钢 L=685mm。又由题目已知零件的生产纲领为 100 件年。由已知可得该零件的重量是 60。由参考文献1表 1-2 加工零件的生产类型，表 1-3 不同机械产品的零件质量性别表可知，该生产类型为小批量生产。根据零件原图纸可知，斜齿轮需要经过齿形表面淬火及低温回火处理。齿面硬度：HRC58-62,心部硬度：HRC32-40,渗碳深度：1.2-1.6。参考文献2附表 1-27 轴类零件的机械加工余量（mm）可知，基本直径大于 80120mm ，在粗加工后留余量为 2.6mm，半精加工后留余量为 0.5mm，精车后为 0.3mm.参考文献1表 5-1 外圆加工中各种加工方法的加工经济精度和表面粗糙度可知，半精车可以达到的表面粗糙度为 2.510 微米，精车可以达到 1.2510微米，半精磨可以达到 0.632.5 微米。3、工艺规程设计3.1 定位基准的选择精基准的选择：轴端面的孔是一个设计基准，C 面为一个装配基准，用它做精基准能够使加工遵循“基准重合”的原则，实现轴体零件“一面两孔”的典型定位方式；此外，C 外圆面积大，定位比较稳定，夹紧方案也比较简单、可靠，操作方便。粗基准的选择：考虑到以下几点要求，要求选择轴的重要端面孔和主要面来做基准：第一，要保证个加工面均有余量；第二，轴加工后要装配，所以要有适当的间隙，并且要保证均匀；此外还应能够保证定位基准、夹紧可靠。最先进行机械加工的是两个端面，保证长度要求，再就是两个端面的中心孔，保证定位和夹紧。 这时可选择的夹紧方案为，用三爪卡盘固定一端，对另外一端面进行平整加工，打中心孔。调头加工另外一端面，打中心孔，保证长度。三爪卡盘固定不限制轴向的转动，可以旋转加工。用尾座顶尖顶住中心孔，保证加工轴面的平稳，及加工的精度。综合上述内容，次夹紧方案是可行的。3.2 制订工艺路线根据各表面加工要求和各加工方法能达到的经济精度，确定各外圆面加工方法如下：C 外圆面：粗车精车半精磨；D 外圆面：粗车精车；D 面与 E面的过渡斜面：粗车；F 外圆面：粗车精车半精磨，可以分别达到零件图规定的尺寸及等级要求；G 外圆面：粗车精车。因为 C 外圆面与 A 端面的中心孔 16H7 0.18有同轴度要求，所以宜在一次固定加工中完成，以保证其位置精度。根据先面后孔、先主要表面后次要表面和先粗加工后精加工的加工原则，先完成一端的粗加工后再精加工，再调头加工另外一端。然后加工键槽，滚斜齿轮，最后进行修磨加工。为改善工件材料的力学性能的热处理工序，例如淬火、渗碳淬火等，一般都安排在半精加工和精加工之间进行，这是因为淬火处理后尤其是渗碳淬火后工件会有较大的变形产生，为修正渗碳、淬火处理产生的变形，热处理后需要安排精加工工序。在淬火处理之前，需要将铣键槽、钻孔、攻螺纹，去毛刺等次要表面的加工进行完毕。当工件需要作渗碳淬火处理时，由于渗碳过程工件会有较大的变形产生，常将渗碳过程放在次要表面加工之前进行，这样可以减少次要表面与淬硬表面间的位置误差。根据机械加工工序先后顺序的安排，一般应遵循以下几个原则：3.21 先加工定位基准，再加工其他表面。3.22 先加工主要表面，后加工次要表面。3.23 先安排粗加工工序，后安排精加工工序。3.24 先加工平面，后加工孔。为了减少工件的换位带来的加工误差，可以在一次装夹中通过换刀来完成几个工序的加工。对于位置度要求较高的孔系，宜在同一工位工安排该孔系相关表面的加工工作，以消除工件更换装夹误差对孔系位置精度要求的影响。综合上述论述，初步拟订加工工艺路线如下： 工序号 工 艺 内 容型钢下料除刺平端面打中心孔平端面打中心孔，倒角 30，钻孔 675扩孔到 16H744，攻丝 M8 左6H粗车外圆面 C粗车外圆面 D精车外圆面 C，倒角 145，精车外圆面 D，倒角 145车外圆面 D、E 的过渡斜面，倾斜角 70调头反装，钻孔 20，孔口倒角 30，孔口直径到 29扩孔到 21，攻丝 M206H102030405060708090100110120130140150160170180190200210220221粗车外圆面 G粗车外圆面 F，留退刀槽，外圆面 E 倒角 4.545精车外圆面 G，倒角 145精车外圆面 F，倒角 30在 B 端面刻字“2.44”铣键槽， 22N9，长 160滚外圆面 D 上斜齿轮，Mn=4.5,Z=23,=15，n=20,左旋渗碳淬火、低温回火精加工，磨外圆面 C，修磨中心孔 A精加工，磨外圆面 F，修磨中心孔 B修磨斜齿轮检验入库上述方案中遵循了工艺路线拟定的一般原则，但是在某些工序上有些问题还值得进一步讨论。根据零件的加工精度、刚度和变形等因素来划分工序时，可按粗、精加工跟开的原则来划分工序，即先粗加工再精加工。此外，可用不同的机床或不同的刀具顺次同步进行加工。对于单个零件要先粗加工、后半精加工，而后精加工。或者一批零件，先全部进行粗加工、半精加工，最后再进行精加工。通常在一次安装中，不允许将零件某一部分表面粗、精加工完毕后，再加工另的其他表面；否则，可能会在对新的表面进行大切削量加工过程中，因切削力太大而引起已精加工完成的表面变形。所以在车削中应先切除整个零件的大部分余量，再将其表面精车一遍，以保证加工精度和表面粗糙度的要求。粗精加工中间最好隔一段时间，以使粗加工后零件的变形能得到充分的恢复，再进行精加工，以提高零件的加工精度。如粗车外圆面 C 时，因工件和夹具的尺寸都比较的大，在卧式车床上加工时它们的惯性力比较的大，平衡较困难，而且直接由毛坯车外圆面 C 的话，车削量大。所以在新的工艺路线中可以考虑如下的改进：先车直径较大的外圆面，然后对小直径外圆面进行加工。这样既可以保证加工速度，又能够减少加工时大量的车削震动，保证了平衡性，提高了加工的精度。外圆面 C、外圆面 D 加工时，先加工外圆面 C、D 能够同时保证加工余量的面 119.819h11，再加工外圆面 C。在外圆面 F 和外圆面 G 的加工过程中也可以这样考虑。在工序中钻孔、扩孔和对孔的攻丝可以只安排一个工序，这样就可以节省工时，而且还减少了工步。修改后的工艺路线如下：序号 工 序 内 容 简 要 说 明防止碰刀震动先加工基准面先加工孔留扩孔余量先加工面先粗基准粗加工结束精加工开始提高工艺基准精度先次要表面先加工面后加工孔铣键槽次要表面在后面加工102030405060708090100110120130140150160170型钢下料除刺平端面打中心孔，60中心钻在 B 端面钻孔 1753，2112，攻丝 M206H在 A 端面钻孔 675，16H744，攻丝 M8 左6H粗车外圆面 D，119.819h11，粗车外圆面F，120d9粗车外圆面 C，95m5,粗车外圆面 G，80m6在 B 端面刻字“2.44”精车外圆面 119.819h11，倒角 145，精车外圆面 80m6，倒角 145车外圆面 D、E 的过渡斜面，倾斜角 70精车外圆面 95m5,倒角 145，留退刀槽，精车外圆面 120d9，倒角 30，留退刀槽，倒角4.545铣键槽，宽 22N9，长 160mm滚斜齿，Mn=4.5,Z=23,=15，n=20,左旋表面渗碳齿形表面淬火及低温回火磨外圆面 95m5, 120m6修磨斜齿轮，107.151，清理中心孔检验入库工序分散，平衡节拍3.4 选择加工设备及刀，量具由于生产类型为少批量生产，所以所选设备宜以通用机床为主，辅以少量专用机车。起生产方式为以通用机床加专用夹具为主，辅以少量专用机床加工生产。工件在各机床上的装卸及各机床间的传递，由于工件质量较大，故需要辅助工具来完成。平端面确定工件的总长度。可选用量具为多用游标卡尺（mm）,测量范围01000mm（参考文献2表 67） 。采用车床加工，床选用卧式车床 C6132（参考文献2表 43） ，专用夹具。钻孔、扩孔、攻丝所选刀具见（参考文献2第五篇金属切削刀具，第 2、3 节） ，采用相匹配的钻头，专用夹具及检具。钻中心孔。选用 60中心钻（参考文献4第 6 章） 。铣键槽 22N9。选择 X60W 卧式（万能）铣床（参考文献2表 417） 。选择与键槽宽度相同型号的刀具。采用精铣专用夹具及游标卡尺、刀口形直尺。滚斜齿。选用滚齿机 Y3150（参考文献2表 425） 。专用夹具、量具及检具。磨外圆面 95m5,磨外圆面 120m6。选择外圆磨床 M1311（参考文献2表 410） ，专用夹具，游标卡尺。修磨斜齿。选用内圆磨床 M2110（参考文献2表 412）专用量具、夹具。3.5 加工工序设计3.51 工序 30 钻孔 5 深 75，扩孔 16H7 深 44，攻丝 M8 左-6H：钻孔 5 深 75 因一次钻出，故其钻削余量为Z 钻= =9mm,182扩孔 16H7 深 44 同样也因一次钻出，故其钻削余量为Z 扩= =8mm,162由（参考文献8表 11-3）钻孔 6 深 75 取切削深度为 3mm，进给量f=0.2mm/r,切削速度 V=18m/min. 由（参考文献8表 11-4）扩孔 16H7 深 44.取切削深度为 8mm，进给量 f=0.12mm/r,切削速度 V=13m/min. 由（参考文献8表 11-5）攻丝 M8 左-6H 切削速度 V=1.5m/min.3.52 .工序 40 粗车 119.819h11 工序 70 精车 119.819h11，倒角145，工序 40 粗车 120d9，工序 90 精车 120d9 0.127，倒角 130，由（参考文献7表 6-3）可知 119.819h11 的总加工余量为 20.181mm，由表可知为精加工余量 Zn 精=1.4mm，故粗加工余量为 Zn 粗=18.78mm，取切削深度为 4.695mm，走刀 2 次粗加工切削速度 V=75m/min，进给量 f=0.70mm/r.精加工取切削深度为 0.7mm，走刀一次，切削速度 V=130m/min，进给量 f=0.20mm/r。由（参考文献7表 6-3）可知 120d9 0.127的总加工余量为 20mm，由表可知为精加工余量 Zn 精=1.5mm，故粗加工余量为 Zn 粗=18.5mm，取粗加工切削深度为4.625mm，走刀 2 次粗加工切削速度 V=65m/min，进给量 f=0.75mm/r.精加工取切削深度为 0.6mm，走刀一次，切削速度 V=140m/min，进给量 f=0.25mm/r。3.53. 工序 50 粗车 95m5 0.2813和 80m6 0.31，工序 90 精车95m5 0.2813和 8m6 .，：由（参考文献6表 13-2）根据工件材料和刀具材料 95m5 0.2813的总加工余量为 45mm，由于该表面精度要求教高， （参考文献6表 13-2）数据取磨削加工余量为 0.4mm，取精加工余量为 1.6mm，粗加工余量为 43mm, 取粗加工切削深度为 5.357mm，走刀 4 次粗加工切削速度 V=65m/min，进给量 f=0.74mm/r.精加工取切削深度为 0.8mm，走刀一次，切削速度 V=145m/min，进给量 f=0.20mm/r。磨削切削深度为 0.2mm，切削速度 V=200m/min，进给量 f=0.020mm/r。由（参考文献6表 13-2）根据工件材料和刀具材料，80m6 的总加工余量为 60mm，由表 13-3 数据取精加工余量为 10mm，故粗加工余量为 Zn 粗=50mm，取粗加工切削深度为 5mm，走刀 5 次粗加工切削速度 V=70m/min，进给量 f=0.7mm/r.精加工取切削深度为 1.66mm，走刀 3 次，切削速度 V=150m/min，进给量f=0.25mm/r。3.54 .工序 100 铣键槽宽 22N9，长 160mm。键槽深 h 上偏差 h 上=+0.030mm-（-0.2mm）=+0.230mmh 下=+0.011mmh=80mm-71mm=9mm则键槽深度为 h , 可以一次切削（参考文献7表 623），切削深度为0.2319+9mm。4、夹具设计：4.1 夹具设计方案分析:对夹具主要有两大要求：一是夹具应具有足够的精度和刚度；二是夹具应有可靠的定位基准。选用夹具时，通常考虑以下几点： 4.11 尽量选用可调整夹具、组合夹具及其它通用夹具，避免采用专用夹具，以缩短生产准备时间。 4.12 在成批生产时才考虑采用专用夹具，最好结构简单可靠、制造容易。 4.13 装卸零件要迅速方便，以减少机床的停机时间。 4.14 夹具在机床上安装要准确可靠，以保证工件在正确的位置上加工。由于该零件的渐开线螺旋槽和底面的椭圆槽有一定的位置要求，基本的三抓卡盘夹具不怎么理想。所以要重新设计一个专用夹具。根据基准统一的原则,我采用设计基准来作为我们的定位基准,即采取一面二销的形式进行定位.夹紧方式的确定,我考虑了各种各样的方案,都觉得不理想.最后我选用了在V 形块板上打螺纹孔采用螺纹杆旋转夹紧的方法。 .4.2.夹具结构设计计算:夹具机构既要可靠，又要和生产纲领相适应，这样才能符合多，快、好、省的原则。大批生产中使用的夹具和中小批生产中使用的夹具，在结构上应有所区别。 在大批量生产中，既要解决工件的质量问题，又要解决工件的产量问题。因此，在设计夹具时，应采用高效、省力的夹具结构。例如：采用各中动力源（如气动、液动、电动等）实现夹具夹紧，减轻劳动强度；采用联动夹紧机构和多件夹紧机构，减少辅助时间；采用多工位分度装置，使加工时间和辅助时间重合大批生产中使用的夹具比较复杂，造价较高。为了便于设计的夹紧部件等，应广泛采用各种形式的通用动力部件，如标准汽缸。标准油缸、各种增压器、通用的夹紧部件等，组成专用夹具。这是目前夹具设计中的一种新趋向。在中小批生产中，采用夹具的主要目的是保证加工质量和扩大机床的工艺性能，以及便于多品种生产等。因此，对夹具机构的主要，主要是精度和通用性，效率问题比较次要。所以应尽量采用各种形式的通用夹具、可调夹具和组合夹具等配以适当的专用附件，以满足生产要求。在设计专用夹具时，要充分采用部件及标准元件，以提高夹具的标准化程度。4.3 夹具使用说明:先用螺栓把压板固定夹具体上,这压板下面有方槽可以让 V 形块通过，再把螺杆放到压板的槽里，最后把活动 V 形块用螺杆旋进去通过方槽 ,这 V 形块是由无轴向移动的螺杆并锁紧（利用台虎钳原理）.再把整个夹具放到机床工作台上,用夹具体上的 U 形槽对准机床的 T 形槽.用螺栓和压板把夹具体固定在机床上. 当加工零件时,把零件放到夹具体上,用一面二销的方法把零件固定在夹具上,.再通过旋转螺纹杆调节 V 形滑块移动。夹紧零件.夹紧力的大小通过手工来调节。当零件在机床上加工完成后,再通过旋转螺纹杆使其与 V 形滑块分开,再用手去轻轻松动滑块,使零件能从夹具体上拿下来,在用同样的方法加工下一个零件.5 、总结时间总是会在不经意中溜走，毕业设计也即将结束了。此次毕业设计主要是设计“过桥齿轮轴” ，设计的内容比较综合。它主要是利用我们所学的知识进行综合利用，把这个复杂的零件的加工起来，也是对我们在学校里学的知识的一种考验，所以要尽心尽力把它做到最好。感触最多的就是时间比较宽裕。但是凡事都是相对的，太宽裕的时间会带来思想上的懒惰，会无意之间形成一种惰性，总觉得反正时间还早呢，就放慢了设计的进度，最终导致的结果可能就是设计思路不完善，设计任务完成的不彻底。一开始我们的的毕业设计就是按照设计任务书上的时间做的，由于一开始的两个星期只做开题报告，所以时间上是很多的。但我们在思想上并没有重视，还整天在闲逛，差一点就没有赶上任务书上的内容。在设计当中由于老师自己非常忙，所以也没有太多的时间来管我们，所以在一开始的时候还是非常的放松的，也不太在意，但过了一个多星期之后马上就觉得这样下去可能过不了关，虽然时间有点紧，可还是给我赶了上来。在这次毕业设计中，虽然整个结构、布局都是我自己想出来的，但在一开始真的一方向都没有。至到把它造型造出来才有点儿感觉呀，再加上自己的几种不同的想法，终于把整个零件弄出来了。如今，毕业设计的内容也已经完成的差不多了。回顾这八周，其实感慨还是有很多的。以往也进行过多次课题设计，但是都没有此次设计正式规范。由于是毕业设计，大家心里都多了几分担忧。马上就要告别大学生活了，进入完全陌生的另一个环境，还不知道以后应该以怎样的态度面对，更不知道以后的生活会发生什么变化。毕业设计任务的完成，也就变相意味