课程设计齿轮零件机械加工工艺规程设计

1、航空制造工程学院机械制造工艺课程设计课程名称： 机械制造工艺及装备 设计课题：齿轮零件机械加工工艺规程设计 铣416mm槽专用铣夹具 专业：机械设计制造及其自动化 班级： 姓名： 学号： 评分： 指导老师：（签字） 2011 年 11 月 18 日南昌航空大学 航空制造工程学院机械设计制造及其自动化专业机械制造工艺及装备课程设计课题单班级080317 学生黄绍奇 课 题 齿轮零件机械加工工艺规程设计 铣416mm槽专用铣夹具 原始条件 齿轮零件图 生产纲领：中等批量 设计要求 1.绘制齿轮零件图 2.编制齿轮零件机械加工工艺规程 （含机械加工工艺过程卡和机械加工工序卡） 3铣416mm槽 专用

2、铣夹具装配图 4.编写课程设计说明书 课题发给日期 2011年10月17日 课程设计完成日期 2011年11月18日 指导教师 万文 目 录 一、 序言1 二、 零件分析 21、零件的作用 22、计算生产纲领，确定生产类型 23、审查零件图样的工艺性 2 三、 工艺规程设计 31、确定毛坯的制造形式 32、零件表面加工方法的选择 33、制定工艺路线 44、机械加工余量、工艺尺寸及毛坯尺寸的确定 45、选择加工设备与工艺装备 76、确定切削用量与基本工时 8 四、 夹具设计 161、定位基准的选择162、夹具的定位方案163、夹紧机构的选择与设计164、夹紧力的计算165、定位误差分析17 五、

3、 小结 19 六、 参考文献 19一、序言 机械制造工艺学课程设计是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,因此,它在我们四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，了解并认识一般机器零件的生产工艺过程，巩固和加深已学过的技术基础课和专业课的知识，理论联系实际，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，为今后的工作打下一个良好的基础，并且为后续毕业设计做一次热身。 此次课程设计我是围绕齿轮展开的。从零件图的分

4、析到毛坯的选择，再到工艺路线的制定、机床及工艺装备的选用、加工余量、工序尺寸和公差的确定，最后是对切削参数的计算，都要求我对大学四年所学的东西有很好的掌握。此次课程设计设胜利完成，首先要感谢万文老师孜孜不倦的教导和全面详细的解答，其次就是同学的帮助，我知道课程设计对我们来说是个考验，但同时也是非常难得的机会。一方面它可以锻炼自已解决实际问题的能力，另一方面，可以让我们对所学的知识重新复习一遍，真正的学以致用。 做工艺是一份细活，来不得半点马虎，每一个数据都是有手册可查。并且这应该是我们毕业设计前的最后一次课程设计了。所以我不敢怠慢，认真解读零件图后，自己花费了大量的功夫和时间在图书馆查阅了大量

5、的资料。如今看看自已的劳动成果，总算小有所成，白已的辛苦没有白费，甚感欣慰和满足。 由于能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请老师给予指导。二、零件分析1、零件的作用 题目所给定的零件是ca6140车床主轴箱中的运动输入轴轴上的一个离合器齿轮，它位于轴上，用于接通或断开主轴的反转传动路线，与其他零件一起组成摩擦片正反转离合器，主运动传动链由电机经过带轮传动副130mm/230mm传至主轴箱中的轴。在轴上装有双向多片摩擦离合器m1使主轴正转、反转或停止。当压紧离合器左部的摩擦片时，轴的运动经齿轮副56/43或51/43传给轴，使轴获得2种传速。压紧右部摩擦片时，经齿轮50，轴上的空套齿轮34传给轴

6、上的固定齿轮30。这是轴至轴间多一个中间齿轮34，故轴的转向相反，反转转速只有1种。当离合器处于中间位置时，左、右摩擦片都没有被压紧，轴运动不能传至轴主轴停转。此零件借助两个滚动轴承空套在轴上，只有当装在轴上的内摩擦片和装在该齿轮上的外摩擦片压紧时，轴才能带动该齿轮转动。该零件68k7mm的孔与两个滚动轴承的外圈相配合，71mm沟槽为弹簧挡圈卡槽，94mm的孔容纳内，外摩擦片，46mm槽口与外摩擦片的翅片相配合使其和该处轮一起转动，61.5mm沟槽和45mm的孔用于通入冷入冷却润滑油。2、 计算生产纲领，确定生产类型 由零件图纸知产品为一个齿轮零件。该产品年产量为2000台，零件的备品率为10

7、%，零件的废品率为1%，零件的生产纲领 n=qn(1+a)(1+b) =20001（1+10%）（1+1%） =2222 件/年 齿轮零件的年产量为2222件，可以确定其生产类型为中批生产。3、 审查零件图样的工艺性 齿轮零件图样的视图正确、完整，尺寸、公差及技术要求齐全。但基准孔68k7要求ra0.8 m有些偏高。一般7级精度的齿轮其基准孔要求ra1.6m即可。本零件各表面的加工并不困难。关于4个 5的小孔，其位置在外圆柱面上61.5的沟槽内，孔中心线距沟槽一侧的距离为3。由于加工时不能选用沟槽的侧面为定位基准，故要较精确的保证上述尺寸较为困难。分析该小孔是作为油孔，位置精度要求不高，只要钻

8、到沟槽内使油路通畅即可，因此四个小孔加工也没问题。三、工艺规程设计1、确定毛坯的制造形式 齿轮为最常用的传动件，要求具有一定的强度，选择零件材料为45钢。考虑到零件属于薄壁的圆盘类中小型零件，并且加工工序较多，会经常承受交变载荷和冲击载荷，因此应该选用锻件，可得到连续和均匀的技术纤维组织，保证零件工作可靠。又由于零件属于批量生产，而且零件的轮廓尺寸不大，故采用模锻成形，可获得较好的尺寸精度和较高的生产率。零件形状不复杂，毛坯形状可以与零件的形状尽量接近。即外形做成台阶形，内部孔锻出。 2、 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，槽及小孔等，材料为45钢，其加工方法为加

9、工表面尺寸及偏差公差等级表面粗糙度ra加工方法外圆面90it14ra 3.2m粗车半精车齿圈外圆面117 0-0.22it11ra 3.2m粗车精车外圆面106.50-0.4it12ra 6.3m粗车内孔it7ra 0.8m粗镗半精镗精镗内孔94it14ra 6.3m粗镗左端面回转体断面，尺寸精度要求不高ra 6.3m粗车右断面ra 3.2m粗车半精车齿面模数2.258flra 1.6ma级单头滚刀滚齿齿数50槽61.5槽宽it13ra 3.2m三面刃铣刀粗铣、半精铣槽深it14ra 6.3m三面刃铣刀粗铣小孔5保证油路通畅钻孔3、制订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

10、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大批生产的条件下，可以考虑采用万能性配以专用工夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。齿轮的加工工艺路线一般是先进行齿胚的加工，再进行齿面加工。齿胚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粗后精的原则，齿胚加工工艺路线拟定如下：工序：以106.5处外圆及端面定位，粗车另一端面，粗车外圆90及台阶面，粗车117 外圆，粗镗孔68。工序：以粗车后的90外圆及端面定位，粗车另一端面，粗车外圆106.50-0.4及台阶面，车61.5沟槽，粗镗94孔，倒角。工序：以粗车后的106.5

11、0-0.4外圆及端面定位，半精车另一端面，半精车外圆90及台阶面，半精车外圆117 ，半精镗68孔，倒角。 加工齿面是以孔68k7为定位基准，为了更好地保证他们之间的位置精度，齿面加工之前，先精镗孔。工序：以外圆90及端面定位，精镗孔68k7，镗孔内的沟槽，倒角。工序：以68k7孔及端面定位，滚齿。4个槽与四个小孔的加工安排在最后，考虑定位方面，应先铣槽后钻孔。工序：以68k7孔及端面定位，先粗铣4个槽，然后半精铣4个槽。工序：以68k7孔、端面及一个槽定位，钻4个小孔。工序：钳工去毛刺。工序：终检。4、机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定查金属机械加工工艺人员手册，可知钢制模锻的公差及机械

12、加工余量按gb/t12362-2003确定。要确定毛坯的尺寸公差及机械加工余量，先确定如下参数:1 锻件公差等级。由该零件的功用和技术要求，确定其锻件公差等级为普通级。2 锻件质量m。根据零件成品质量1.36kg，估算为m锻件=2.2kg。3 锻件形状复杂系数s假设其最大直径为121mm，长为68mm，钢件密度，7.85g/cm3。可知锻件外廓包容体质量m外廓包容体=（）26.87.85g=6.138kgs=0.358由于0.358介于0.32和0.63之间，故该零件的形状复杂系数为s2，属于一般级别。4 零件表面粗糙度。由零件图知，除68k7mm孔为ra0.8m以外，其余各加工表面ra1.6

13、。根据锻件质量、零件表面粗糙度、形状复杂系数查金属机械加工工艺人员手册中锻件内外表面加工余量表，查得直径方向为1.72.2，轴向方向亦为1.72.2。锻件中心两孔的余量为2.5。（1）该零件各圆柱表面及孔的工序加工余量、工序尺寸及公差如下表所示：加工面工序加工余量精度等级工序尺寸及公差117h11齿面粗车2.5it11半精车1.5it9粗车3.5it11粗车2.5it11半精车1.5it9粗镗5it11粗镗3it11半精镗2it9精镗1it7（2）确定毛坯尺寸 毛坯尺寸根据锻件质量、材质系数、形状复杂系数从手册中查锻件的长度、宽度、高度、厚度公差表可得。零件尺寸 单面加工余量锻件尺寸117h1

14、1 2 121106.5 1.75 110 90 2 94 94 2.5 8968k7 3 62640+0.5 2及1.7 67.794孔深31mm 1.7及1.731 20 2及220 12 2及1.715.7毛坯图如下5、 选择加工设备与工艺装备 （1）机床的选择1 工序、是粗车和半精车。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ca6140型卧式车床。2 工序为精镗孔。由于加工的零件外轮廓尺寸不大，又是回转体，故也选择ca6140型卧式车床。3 工序为滚齿。从加工要求及尺寸大小考虑，选y3150型滚齿机。4 工序是用三面刃铣刀粗细和半精铣槽，考虑本零件属于成批生产，所以选择常

15、用的x6132型卧式铣床。5 工序是钻4个5的小孔，采用专用分度夹具在立式钻床上加工，选用z518型立式钻床。 （2）夹具的选择 本零件除粗铣及半精铣槽、钻小孔等工序需要专用夹具外，其他各工序使用通用夹具即可。 （3）刀具的选择1 加工钢制零件采用yt类硬质合金。粗加工用yt5，半精加工用yt15，精加工用yt30。为提高生产率及经济性，可选用可转位车刀。切槽刀宜用高速钢。2 采用a级单头滚刀能达到8级精度，滚齿选模数为2.25mm的型a级精度滚刀。3 铣槽选用高速钢错齿三面刃铣刀，铣刀直径为125mm。4 钻5小孔，由于带有90倒角，可采用复合钻一次钻出。（4） 量具的选择 本零件属于成批生

16、产，一般均采用通用量具。各外圆加工面的量具:分度值0.05的游标卡尺。孔加工的量具：粗加工的孔用内径百分尺，精加工的孔用三牙锁紧式圆柱塞规。滚齿所用量具：分度值0.01，测量范围2550的公法线百分尺。6、确定切削用量及基本工时（1）、工序切削用量及基本时间的确定1） 确定粗车外圆1180-0.05的切削用量。所选刀具为yt5硬质合金可转位车刀。根据切削用量简明手册第一部分表1.1%*,选用刀的刀杠尺寸bh=16mm25mm,刀片厚度为4.5.根据表1.3*，选择车刀几何形状为卷屑槽带倒棱型前刀面，前角o=12，后角o=6，主偏角r=90，副偏角r =10，刃倾角s=0，刀尖圆弧半径r=0.8

17、。 确定背吃刀量ap ，粗车双边余量为2.5mm，显然ap为单边余量：ap=1.25mm 确定进给量f，根据背吃刀量ap3mm，工件的直径为100-400mm时，查书得：f=0.60mm/r 确定切削速度v0 粗车速度取n=130r/min，根据公式c= 得c=45.5m/min45号钢为优质碳素结构用钢，根据gb/t699-1999标准规定45钢抗拉强度为600mpa，当加工b=600-700mpa钢料、ap3mm、f0.75mm/r时，切削速度v=109m/min。确定的切削用量为： ap =1.25mm，f=0.60mm/r，n=130r/min，v=45.5m/min.车削时间：t1=

18、25sl为车削路程33mm2） 确定粗车外圆91.5mm、端面及台阶面的切削用量。采用车外圆118.50-0.05 的刀具加工这些表面。车外圆91.5mm的ap=1.25mm，端面及台阶面的ap=1.3mm.车外圆=91.5mm的f=0.60mm/r，车端面及台阶面的f=0.52mm/r。主轴转速与车外圆118.5mm相同切削速度：c=37.35m/min c=0.623m/s 粗车91.5时间 t2 =15.4s3） 确定粗镗mm孔的切削用量。所用刀具为yt5硬质合金、直径为20mm的圆形镗刀。 确定背吃刀量ap，双边余量为3mm，显然ap为单边余量：ap=1.5mm 确定定进给量f根据表得

19、，当粗镗料、镗刀直径为20mm、镗刀出长度为100mm是，f=0.15-0.3mm/r按c620-1车床的进给量，选择f=0.2mm/r 确定切削速度v，根据公式：v=查表的系数为：cv=291，m=2，=0.15，=0.2=60min，=0.9所以 经查c620-1车床的转速，选择n=370r/min 确定粗镗孔的基本时间，选镗刀的主偏角r=45其中，l=35.4mm，l1=3.5mm，l2=4mm，l3=0，f=0.2mm/r,n=6.17r/s,i=1。所以：确定粗车端面的基本时间： ，式中，d=94mm，d1=62mm，l1=2mm，l2=4mm，l3=0，f=0.52mm/r,n=2

20、r/s,i=1所以：4） 确定粗车台阶面得基本时间： l=其中d=121mm，d1=91.5mm，l1=0，l2=4mm，l3=0，f=0. 52mm/r，n=2r/s, i=1所以：确定工序的时间ti=t1+t2+t3+t4+t5=15+17+22+18+35=115.4s各工序参数见下表工序内容车床转速（n）r/s切削速度（v）m/s进给量（f）mm/r背吃刀量（a p）mm加工时间（ti）s车外圆118.52.150.760.61.2525车外圆91.520.590.61.2515.4粗镗孔656.171.260.21.535粗车端面20.620.521.322粗车台阶端面20.760.

21、521.318（2）、工序切削用量及基本时间的确定本工序还是粗车（车端面、外圆、台阶面、镗孔和车沟槽及倒角）。已知条件与工序相同。采用工序确定切削用量和切削时间的方法，得本工序的切削用量及基本时间见下表：工序内容车床转速（n）r/s背吃刀量（a p）mm进给量（f）mm/r切削速度（v）m/s加工时间（ti）s粗车端面21.70.520.6916粗车外圆106.5mm21.750.650.6925粗车台阶面21.70.520748镗孔943.832.50.21.1369（3）、工序切削用量及基本时间的确定1）、半精车外圆117 0-0.22的切削用量 1 确定背吃刀量ap ap =0.75mm

22、2 确定进给量f根据机械制造工艺简明手册表1.6*，及ca6140机床进给量，选择f=0.3mm/r。 由于是半精加工，切削力较小，故不需要校核机床进给机构强度。3 选择车刀磨钝标准及耐用度 根据机械制造工艺简明手册表1.6*选择车刀后刀面最大磨损量为0.4mm；耐用度t=30min。4 确定切削速度v 根据机械制造工艺简明手册表1.10*，当用yt15硬质合金车刀加工b=630-700mpa钢料、ap1.4mm、f0.38mm/r时，切削速度v=156m/min。根据机械制造工艺简明手册表1.10* 切削速度的修正系数为rv=0.81,tv=1.15,其余修正系数为1，故 =1560.811

23、.15m/min=145.3m/min n=390r/min按ca6140机床的转速，选择 n=400r/min2) 、确定半精车外圆90mm、端面、台阶面的切削用量采用半精车外圆117mm的刀具加工这些表面。车外圆90的ap=0.75mm,端面及台阶面的ap=0.7mm。进给量f=0.3mm/r, n=400r/min 3)、确定半精镗孔mm的切削用量 所用刀具为yt15硬质合金、主偏角r=45、直径为20mm的圆形镗刀。耐用度t=60min。1 ap=mm=1mm2 f=0.1mm/r3 =m/min=183m/minn=r/min=869.4r/min按ca6140机床的转速，选择 n=

24、900r/min4) 、基本时间1 半精车外圆117mm的基本时间 tj1=s=8s2 半精车外圆90mm的基本时间 tj2=s =11s3 半精车端面的基本时间tj3= s=10s4 半精车台阶面的基本时间 tj4= s=9s5 半精镗67孔的基本时间 tj4= s=27s（4） 、工序切削用量及基本时间的确定 本工序为精镗孔68k7，镗孔内的沟槽，倒角。 1）切削用量 所用刀具为yt30硬质合金、主偏角r=45、直径为20mm的圆形镗刀。其耐用度t=60min。1 ap=mm=0.5mm2 f=0.04mm/r3 =1.4m/s=5.52m/sn=r/min=1598.6r/min按ca6

25、140机床的转速，选择 n=1400r/min2） 、确定镗沟槽的切削用量 选用高速钢切槽刀，采用手动进给，主轴转速n=40r/min,切削速度=0.14m/s。3） 、基本时间精镗68k7孔的基本时间为 tj= s=44s（5） 、工序切削用量及基本时间的确定本工序为滚齿，选用标准的高速钢单头滚刀，模数m=2.25,直径63，可以采用一次走刀切至全深。1 切削速度 =式中：cv=364,t=240min,fa=0.83mm/r,m=2.25mm,mv=0.5,yv=0.85,xv=-0.5.kv=0.80.8=0.64代入上式，求得=26.4m/min n=r/min=133r/min查y3

26、150型滚齿机主轴转速，选n=135r/min2 进给量 工件齿面要求表面粗糙度为ra 1.6m,根据切削用量简明手册第四部分表4.3*，选择工件每转滚刀轴向进给量fa=0.81.0mm/r。查yt3150型滚齿机进给量表，选fa=0.83mm/r。3 基本时间 tj=其中 b=12mm,=0,z=50,q=1,n=1.72r/s,fa=0.83mm/r,l1=,l2=3mm。 tj=1191s（6） 、工序切削用量的确定 本工序为先粗铣4个槽，然后半精铣4个槽1 切削速度 =其中；z=20；d=125mm；=39.84m/min n=r/min=101.5r/min查x6132型卧式铣床主轴

27、转速表，选择n=60r/min2 进给量根据铣床工作台进给量表，每转进给量fr=0.51.2mm/r（7） 、工序切削用量及基本时间的确定本工序为钻孔，刀具选用高速钢复合钻头，直径d=5mm，钻4个通孔，使用切削液。 1）、切削用量 确定进给量f由于孔径和深度均很小，宜采用手动进给。 选择钻头磨钝标准及耐用度根据切削用量简明手册第二部分表2.12*,钻头后刀面最大磨损量为0.8mm；耐用度t=15min。 确定切削速度由机械制造工艺简明手册表2.14*,b=670mpa的45钢加工性属5类。根据机械制造工艺简明手册表2.7*，暂定进给量f=0.16mm/r。由表2.13*可查得=17m/min

28、，n=1082r/min。2） 、基本时间 钻4个直径为5mm深12mm的通孔，基本时间约为20s。工序内容主轴转速（n）r/s切削速度m/s进给量加工时间（ti）/s钻孔180.16手动20四、夹具设计 1、定位基准的选择 本零件是带孔的盘状齿轮，孔是其设计基准（亦是装配基准和测量基准），为避免由于基准不重合而产生的误差，应选孔为定位基准，即遵循“基准重合”的原则。具体而言，即选68k7mm孔及一端面作为精基准。 由于本齿轮全部表面都需加工，而孔作为精基准应选进行加工，因此应选外圆及一端面为粗基准。外圆117h11表面不平整有飞边等缺陷，定位不可靠，故不能选为粗基准。2、夹具的定位方案 以端

29、面及68k7mm孔为定位基准，采用平面在定位盘的短圆柱面及台阶面上定位。中间圆柱用夹紧工作，圆柱于台阶面上方沿夹具45开孔用于固定工件孔与x、y轴方向45偏差。其中台阶平面限制3个自由度，短圆柱台限制2个自由度。3、夹紧机构的选择与设计夹紧机构有斜楔行夹紧机构、螺旋夹紧机构、偏心夹紧机构、铰链夹紧机构、联动夹紧机构等。铣槽夹具采用专用夹具。 4、夹紧力的计算 夹紧力的作用点位置和方向确定以后，还需要合理地确定夹紧力的大小，夹紧力不足便会使工件在切削过程中产生位移并容易引起振动，夹紧力过大又会造成工件或夹具不应有的变型或表面损伤，因此，应对所需的夹行计算。 理论上，夹紧力的大小应与作用在工紧力进

30、件上的其他力相平衡：实际上，夹紧力的大小还与工艺系统的刚度、加紧机构的传递效率等因素有关。 采用估算法确实夹紧力的大小，根据工件所受切削力、夹紧力、摩擦力等作用的情况，实际夹紧力fs等于计算出的切削力f乘以安会系数k： fs=fk 安全系数k的选择应根据切削的具体情况和所用夹紧机构的特点来选取，一般粗加工或继续力切削时取k=2.53；精加工和连续切削时取k=1.52；如果夹紧力的方向和切削力方向相反，为了保证夹紧k值可取2.53。计算切削力的指数公式：f=cfcae kfc fz yfe apzdqefz其中查表得：cfc=96.6；ae=16mm；kfe=0.88；fz=0.08mm/r；y

31、fe=0.75 ap=12.5mm；z=6 ；d=16；qe=-0.87；带入计算得：f=96.6160.880.080.7512.5616-0.870.08=985.95n实际切削力为：fs=985.952.5=2464.875n5、定位误差分析 （1）、定位盘的直径与孔68配合间隙误差分析 间隙误差计算定位盘加工直径尺寸为68f7，则其与孔的配合为68。内孔68k7经查表得，公差值为0.009-（-0.021）=0.03mm。定们盘68f7经查表得，公差值为0.03mm。它们的最大间隙为：68.009-67.94=0.069mm。最小间隙为：67.979-67.97=0.009mm.其间隙

32、范围为：0.0090.069mm。（间隙是孔的尺寸减去相配合轴的尺寸之差为正，所以为间隙配合） 误差分析 该工件的定位基准圆心将由于配合状态的不同可能在最大范围内变动，如图所示为0.069是工件圆心的变动范围而形成了定位误差。其理想定位及准备为o点，则它们的间隙为0.009mm，由于安装工件后，在工件套上压力板，并锁上螺母，这样把工件装在夹具上的倾斜度减的很小，几乎为0。所以不需要考虑工件的倾斜度误差。定位误差是由于工件定位不准或定位盘与工件配合有间隙。（间隙越大误差值则越大） 误差计算 对于间隙范围尺寸0.009-0.069误差计算：e基（8）=(td+td+cmin)= cmin=（0.03+0.03+0.069）0.065mme不（8）=td1=0.03=0。015mme定（8）=0.065+0.015