中间轴齿轮的夹具设计

成绩指导教师日期辽宁工程技术大学课程设计题目中间轴齿轮的夹具设计班级机械SB071班完成日期2008年07月02号一、设计题目二、原始资料1被加工零件的零件图A31张2生产类型大批大量生产,年产50000件三、上交材料1被加工工件的零件图A31张2毛坯图A31张3机械加工工艺过程综合卡片2张4机械加工工序卡片14张5夹具装配图（A1）1张6课程设计说明书1份四、进度安排本次课程设计要求3周内完成1第12天查资料，熟悉题目阶段。2第37天，完成零件的工艺性分析，确定毛坯的类型，制造方法和机械加工工艺规程的设计，并编制出零件的工艺过程综合卡片和机械加工工艺卡片。3第810天，完成夹具总体方案设计。4第1113天，完成夹具总装图的绘制。5第1415天，零件图的绘制。6第1618天，整理并完成设计说明书的编写。7第19天，完成图纸和说明书的输出打印。8第2021天，答辩。五、指导教师评语摘要机械制造技术基础课程设计是在学完了机械制造技术基础和大部分专业课，并进行了生产实习的基础上进行的又一个实践性教学环节。这次设计使我们能综合运用机械制造技术基础中的基本理论，熟悉有关标准和设计资料，学会使用有关手册和数据库，并综合了生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决了零件机械制造工艺问题，设计了机床专用夹具这一典型的工艺装备，提高了结构设计能力和工艺计算能力，是对学生运用所掌握的“机械制造技术基础”知识及相关知识的一次全面训练。为今后的毕业设计及未来从事的工作打下良好的基础。关键字夹具；车刀；工艺规程；装夹定位；ABSTRACTFORMANUFACTURINGTECHNOLOGYFOUNDATIONCOURSEISDESIGNEDTOSTUDYTHEENDOFMACHINERYMANUFACTURINGANDTECHNOLOGICALFOUNDATIONANDTHEVASTMAJORITYOFSPECIALIZEDCOURSESANDINTERNSHIPSFORTHEPRODUCTIONONTHEBASISOFAFURTHERPRACTICALTEACHINGLINKSTHEDESIGNSOTHATWECANMAKECOMPREHENSIVEUSEOFMACHINERYMANUFACTURINGANDTECHNOLOGICALFOUNDATIONINBASICTHEORY,FAMILIARWITHTHESTANDARDSANDDESIGNINFORMATION,MANUALSANDLEARNTOUSETHEDATABASE,ANDINTEGRATEDTRAININGSCHOOLSTOTHEPRODUCTIONOFPRACTICALKNOWLEDGE,INDEPENDENTANALYSISANDSOLUTIONOFTHEMECHANICALPARTSMANUFACTURINGPROCESSISSUES,DESIGNAMACHINEDEDICATEDFIXTUREOFTHETYPICALEQUIPMENT,INCREASEDCAPACITYANDSTRUCTURALDESIGNOFCOMPUTINGPOWER,ANDISMASTEREDBYTHESTUDENTSTOUSETHE“MACHINERYMANUFACTURINGTECHNOLOGYBASEDON“KNOWLEDGEANDKNOWLEDGEOFACOMPREHENSIVETRAININGFORFUTUREGRADUATESINTHEFUTUREDESIGNANDLAYAGOODFOUNDATIONFORTHEWORKKEYWORDFIXTURETOOLPROCESSOFORDERFIXTURELOCATION目录1零件的工艺分析及生产类型的确定111零件的作用112零件的工艺分析及零件的生产类型12选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯图121选择毛坯122确定毛坯的总余量123确定毛坯尺寸131选择定位基准132选择表面加工方法233零件加工工艺路线24工序设计341加工余量及工序尺寸的确定342齿形加工45夹具设计1151夹具的功能分析与夹具总体结构设计1152夹具的设计计算1153夹具的制造与操作说明136方案综合评价与结论137体会与展望15参考文献161零件的工艺分析及生产类型的确定11零件的作用题目所给定的是设计宽度为40MM的中间轴齿轮“零件”，其功用是传递动力和改变输出轴运动方向。12零件的工艺分析及零件的生产类型本零件为回转体零件，其最主要加工面是62H7孔和齿面，但基准孔62H7要求内孔表面粗糙度RA值为08，且两者有较高的同轴度要求其公差为004，是加工工艺需要重点考虑的问题。其次两轮毂端面由于装配要求，对62H7孔有端面跳动要求其公差为005。最后，两齿圈端面在滚齿时要作为定位基准使用，故对62H7孔也有端面跳动要求。依据题目知年产50000件，达到了批量生产的水平。2选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯图21选择毛坯该零件材料为20CR钢。本零件的主要功用是传递动力，其工作时需承受较大的冲击载荷，要求有较高的强度和韧性，故毛坯应选择锻件，以使金属纤维尽量不被切断保证零件工作可靠。又由于年产量为50000件，达到了批量生产的水平，且零件形状较简单，尺寸也不大，故应采用模锻。这从提高生产率、保证加工精度上考虑，也是应该的。22确定毛坯的总余量查机械制造技术基础课程设计指导书由表27查得A6，B5，C9。确定垂直方向上总余量为205A20566MM。水平方向上总余量为205B20555MM。内孔总余量为205C20599MM。23确定毛坯尺寸上面得出加工总余量适用于机械加工粗糙度RA16M,除62H7孔为RA08M以外，其余各加工表面为RA16M，因此这些表面的毛坯尺寸只需要将零件的尺寸加上总余量即可，外圆尺寸为1306136MM；锻造内孔尺寸62953MM；两个端面间间距为40545MM齿宽方向尺寸为20525MM；3制定零件工艺规程31选择定位基准1）粗基准选择重要考虑装夹方便、可靠，选一大端面和外圆作为定位粗基准。2）精基准选择齿轮的设计基准是62H7孔，根据基准重合原则，并同时考虑统一精基准原则，选62H7孔作为主要定位精基准。考虑定位稳定可靠，选一大端面作为第二定位精基准。在磨孔工序中，为保证齿面与孔的同轴度，选齿面作为定位基准。在加工环槽工序中，为装夹方便，选外圆表面作为定位基准。32选择表面加工方法1）62H7孔生产批量较大，应采用高效加工方法；零件热处理会引起较大变形，为保证62H7孔的精度及齿面对62H7孔的同轴度，热处理后需对该孔再进行加工。故确定热加工前采用扩孔和拉孔的加工方法，热后采用磨孔方法。2）齿面根据精度要求，并考虑生产批量较大，故采用滚齿剃齿的加工方法。3）大小端面采用粗车半精车精车加工方法。4）环槽采用车削方法。33零件加工工艺路线1）扩孔（立式钻床，气动三爪卡盘）；2）粗车外圆，粗车一端大、小端面，一端内孔倒角（普通车床，气动可胀心轴）；3）半精车外圆，粗车另一端大、小端面，另一端内孔倒角（普通车床，气动可胀心轴）；4）拉孔（卧式拉床，拉孔夹具）；5）精车外圆，精车一端大、小端面，一端外圆倒角（普通车床，气动可胀心轴）；6）精车另一端大、小端面，另一端外圆倒角（普通车床，气动可胀心轴）；7）车槽（普通车床，气动三爪卡盘）；8）滚齿（滚齿机，滚齿夹具）；9）一端齿圈倒角（倒角机，倒角夹具）；10）另一端齿圈倒角（倒角机，倒角夹具）；11）检验；12）热处理；（淬火低温回火）13）磨孔（内圆磨床，节圆卡盘）；14）最终检验。该工序采用分散原则，各工序工作相对简单考虑到该零件生产批量较大，工序分散可简化调整工作，易于保证加工质量，且采用气动夹具，可提高加工效率。4工序设计41加工余量及工序尺寸的确定（1）外圆加工由零件加工工艺路线得外圆加工由粗车外圆半精车外圆精车外圆三道工序。查文献1表322和查文献2表529得粗车外圆加工精度为IT11IT13，取IT12级精度，半精车外圆的加工精度为IT8IT10，取IT9级精度，精车外圆的加工精度为IT7IT8，取IT7级精度。工序名称工序余量经济精度工序尺寸粗车35H12132504半精车18H913071精车07H713005（2）端面的加工由零件加工工艺路线得端面加工由粗车端面半精车端面精车端面三道工序。查文献1表3221和查文献2表529得粗车端面加工精度为IT11IT13，取IT12级精度，半精车外圆的加工精度为IT8IT10，取IT9级精度，精车外圆的加工精度为IT7IT8，满足零件图要求。大端面各工序尺寸为工序名称工序余量经济精度工序尺寸粗车34H1241630半精车10H940674精车064005小端面各工序尺寸为工序名称工序余量经济精度工序尺寸粗车3H11222021半精车12H92085精车082002（3）内孔加工根据零件加工工艺路线得内孔加工由扩孔拉孔磨孔三道工序。查文献2表544得磨孔加工余量05MM。查文献1表3212得拉孔加工余量为1MM。根据内孔总余量9MM，得出扩孔加工余量9105105MM。查文献2表529得粗扩经济精度为IT12IT13取IT12，精拉经济精度为IT7IT9，取IT7，查文献1表419得磨孔精度为IT7，满足零件图要求。工序名称工序余量经济精度工序尺寸扩孔9H1260530拉孔1H8615460磨孔056292142齿形加工根据齿面粗糙度以及精度等级，选择滚齿与滚齿加工方法，查文献2表518得滚齿加工精度为IT8，剃齿加工精度为IT7。加工时先进行滚齿，然后在进行剃齿，保证各个尺寸要求。241切削用量的确定1）外圆130的加工本工序采用粗车半精车精车的加工方法，选用硬质合金外圆车刀左偏刀，刀片材料YT15,KR90和弯头车刀KR45精车用弯头刀KR45、刀尖圆弧半径05MM，刀杆尺寸1625。查文献4表313得粗车外圆的进给量F071MM/R。查文献4表314得半精车外圆进给量F036MM/R。查文献4表315得精车外圆进给量F023MM/R。查文献4表319取粗车切削速度V15M/S，半精车切削速度V2M/S，精车切削速度V25M/S。根据加工余量可得粗车被吃刀量225MM,半精车被吃刀量PA09MM，PA精车被吃刀量035MM。PA粗车主轴转速DVN16IN/3216540R查文献4附表556得CA6140主轴转速N200R/MIN则实际切削速度SMDNV/391062513401半精车主轴转速DV6IN/47314R查文献4附表556得CA6140主轴转速N320R/MIN则实际切削速度SNV/1910精车主轴转速DV6IN/4736014352R查文献4附表556得CA6140主轴转速N400R/MIN则实际切削速度SMDNV/7201310工时计算粗车KALRP3TN1L32ML43IN207105321IFNLLIFLTJ半精车MKALRPT1L2ML43IN0605321IFNLLIFLTJ精车MKALRPTN1L2ML43IN7005321IFLLIFLTJ2）端面的加工本工序也采用粗车半精车精车的加工方法，大小端面采用硬质合金左偏刀KR90和弯头车刀KR45大端面的加工根据加工余量可知，粗车被吃刀量22MM,半精车被吃刀量PA05MM。精车被吃刀量03MMPAPA查文献4表313得粗车端面进给量F073MM/R查表314半精车端面进给量F030MM/R查表315精车端面进给量F020MM/R初取端面粗车切削速度V16M/S,半精车切削速度V22M/S精车切削速度V28M/S粗车主轴转速DVN06IN/64075143R查文献4附表556得机床主轴转速N400R/MIN。则实际切削速度SNV/710710半精车主轴转速D6IN/5601432R查文献4附表556得机床主轴转速N560R/MIN。则实际切削速度SNV/210710精车主轴转速D6IN/387543R查文献4附表556得机床主轴转速N760R/MIN。则实际切削速度SNV/31010工时计算粗车MKALRP23TN1L2ML43LLDL5164356072321IN4056IFNTJ半精车MKALRP23T1L32ML43MLLDL75143256172321MIN0950IFNTJ精车KALRP32T1L2L43MLLDL81546752321MIN1008IFNTJ小端面的加工根据加工余量可知，粗车被吃刀量13MM,半精车被吃刀量PA12MM，精车被吃刀量08MMPAPA查文献4表313得粗车端面进给量F094MM/R查文献4表314半精车端面进给量F035MM/R查文献4表315精车端面进给量F024MM/R初取端面粗车切削速度V15M/S,半精车切削速度V20M/S精车切削速度V25M/S粗车主轴转速DVN06IN/5021340R查文献4附表431得机床主轴转速N200R/MIN。则实际切削速度SNV/61600半精车主轴转速D16IN/972343R查文献4附表431得机床主轴转速N320R/MIN。则实际切削速度SNV/180610精车主轴转速D16IN/5367432R查文献4附表556得机床主轴转速N400R/MIN。则实际切削速度SMDNV/721064310工时计算粗车MKALRP23TN1L32L43MLLDL4102321IN940IFNTJ半精车KALRP23T1L32L43MLLDL4102321IN509IFNTJ精车KALRP823T1L32L43MLLDL8102321MIN6408IFNTJ3）内孔加工本工序采用扩孔拉孔磨孔加工方法，选用扩孔钻，扩孔规格为605。拉刀拉孔。砂轮磨孔。扩孔查文献5表1458得立式钻床加工时切削用量如下取进给量F09MM/R,查文献3表1459切削速度V128M/S根据扩孔加工余量可得被吃刀量45MM。PA计算主轴转速DVN16IN/2706380R根据Z550立式钻床主轴转速取N400R/MIN则实际切削速度SMDNV/27106451301工时计算100MM；2COS211RKDL9COT24取3LT045MINFNLFLJ329316拉孔查文献5表1320得拉孔切削用量如下进给量F00701MM/R,切削速度V252M/S取F008MM/R,V23M/S根据拉孔加工余量可得被吃刀量05MM。PA计算主轴转速DVN106IN/6271443R根据L6120拉床主轴转速取N720R/MIN则实际切削速度SV/321650工时计算30120MM61285MM510MMPLLL006MINIVLTPJ39磨削内孔查文献5表3107得磨削内孔工艺参数砂轮速度2030M/S,取20M/S工件速度2050M/MIN,取SVSVWV30M/MIN05M/S光次数4次/双行程。WV选用白刚玉砂轮砂轮宽度B16MM，砂轮直径D45MM。径向进给量0005001取001MM。径F径F轴向进给量（02507）B4112MM/S，取8MM/S。轴轴F根据磨削余量得0225MM。走刀次数0225/0046（双行程）PA计算工件转速DNWV106MIN/154621430R圆整取N150R/MIN计算砂轮转速SI/895R工时计算走刀长度L402244MM，加工精度系数K2IN67368SKTJ4）切槽查文献文献4表316选用硬质合金切刀,刀片材料YT5,主切削刃长度B8MM,刀头长度L25MM,刀杆截面尺寸1220进给量F016021MM/R,取F02MM/R查表320取切削速度V145M/S计算主轴转速DVN6MIN/264630R根据CA6140主轴转速得N400R/MIN则实际切削速度SV/31651工时计算查文献2表224得切槽时间计算公式如下MM3TAN1KRLPMM5432652321LLDLIN040IFNTJ5）滚齿本工序选用硬质合金齿轮滚刀，刀具精度等级AA，滚刀头数为1，滚刀直径120MM，选用Y3150型滚齿机，主电动机功率3KW。查阅相关资料得工件每转进给量F2226MM/R,取F25MM/R切削速度V05M/S计算主轴转速DVN106MIN/627910435R根据滚齿机型号可得转速N84R/MIN则实际切削速度SV/53106210确定工件转速ZN1IN/32584R工时计算查文献2表229得齿轮加工时间计算公式MM。98362512031HDL3MM。52IOS21AJQNFZLBT5夹具设计51夹具的功能分析与夹具总体结构设计（以06工序夹具为例进行说明）本工序要求以615H8孔（4点）和已加工好的大端面（1点）定位，精车另一大、小端面及外圆倒角（145），并要求保证尺寸2002和4005以及大、小端面对615H8孔的跳动不大于005MM。其中端面跳动是加工的重点和难点，也是夹具设计需要着重考虑的问题。工件以孔作为主要定位基准，所用的定位元件大多采用心轴，在加工端面时为了使工件在各个方向上不发生移动以及转动，故采用长心轴，限制X、Y方向的移动及转动，在加工好的端面上设置螺钉定位，这样能够限制Z方向的移动，在加工的时候工件要随主轴而转动，故Z方向转动的自由度不需要限制。因此采用弹簧套可胀式心轴。根据车间条件为减小装夹时间和减轻装夹劳动强度，宜采用气动夹紧，夹具体与机床主轴采用过渡法兰连接，以便于夹具制造与夹具安装，为便于制造，弹簧套采用分离形式。52夹具的设计计算1切削力的计算主切削力NFACFPC617240825570进给抗力P19099最大扭矩MDMC2367夹紧力的计算2122TANTATANDPJFDKF式中1弹簧套与夹具体锥面间的摩擦角，取TAN1015；2弹簧套与工件间的摩擦角，取TAN202；弹簧套半锥角，6；D工件孔径；FD弹性变形力其中TLC3式中C弹性变形系数，当弹簧套瓣数为3、4、6时，其值分别为300、100、20；D弹簧套外径；L弹簧套变形部分长度；T弹簧套弯曲部分平均厚度；弹簧套（未胀开时）与工件孔之间的间隙。至此可计算出7102536103TLDCF根据计算出的值，可计算出DJF2122TANTATANDPJDMKFN25369027120546151253夹具的制造与操作说明夹具制造的关键是夹具体与弹簧套。夹具体要求与弹簧套配合的锥面与安装面有严格的位置关系，弹簧套则要求与夹具体配合的锥面与其外圆表面严格同轴。此外，弹簧套锥面与夹具体锥面应配做，保证接触面大而均匀。夹具使用时必须先安装工件，再进行夹紧，严格禁止在不安装工件的情况下操作气缸，以防止弹簧套的损坏。6方案综合评价与结论阅读零件图，了解其结构特点、技术要求及其在所装配部件中的作用。分析时着重抓住主要加工面的尺寸、形状精度、表面粗糙度以及主要表面的相互位置精度要求。确定毛坯种类和制造方法时应考虑与规定的生产类型（批量）相适应。查手册确定主要表面的总余量、毛坯的尺寸和公差。零件的结构、技术特点和生产批量将直接影响到所制定的工艺规程的具体内容和详细程度，这在制定工艺路线的各项内容时必须随时考虑到。（1）表面加工方法的选择针对主要表面的精度和粗糙度要求，由精到粗地确定各表面的加工方法。可查阅工艺手册中典型表面的典型加工方案和各种加工方法所能达到的经济加工精度，选择与生产批量相适应的加工方案和加工方法，对其它加工表面也作类似处理。（2）定位基准的选择根据定位基准的选择原则，并综合考虑零件的特征及加工方法，选择零件表面最终加工所用精基准和中间工序所用的精基准以及最初工序的粗基准。（3）拟定零件加工工艺路线根据零件加工顺序安排的一般原则及零件的特征，拟定零件加工工艺路线。在各种工艺资料中介绍的各种典型零件在不同产量下的工艺路线，以及在生产实习和工厂参观时所了解到的现场工艺方案。对热处理工序、中间检验、终检等辅助工序，以及一些次要工序（或工步）如倒角等，应注意在工艺方案中安排适当的位置。（4）选择各工序所用机床、夹具、刀具、量具和辅具机床及刀、夹、量、辅具类型的选择应与设计零件的生产类型、零件的材料、零件的外形尺寸和加工表面尺寸、零件的结构特点、该工序的加工质量要求以及生产率和经济性等相适应，并应充分考虑工厂的现有生产条件，尽量采用标准设备和工具。（5）机械加工工序设计对于重要的加工工序，要求进行工序设计，其主要内容包括1）划分工步根据工序内容及加工顺序安排的一般原则，合理划分工步。2）确定加工余量用查表法确定各主要加工面的工序（工步）余量。因毛坯总余量已由毛坯（图）在设计阶段定出，故粗加工工序（工步）余量应由总余量减去精加工、半精加工余量之和而得出。若某一表面仅需一次粗加工即成活，则该表面的粗加工余量就等于已确定出的毛坯总余量。3）确定工序尺寸及公差对简单加工的情况，工序尺寸可由后续加工的工序尺寸加上名义工序余量简单求得，工序公差可用查表法按加工经济精度确定。对加工时有基准转换的较复杂的情况，需用工艺尺寸链来求算工序尺寸