BMW案例——双联齿轮说明

1、机械工程系工艺设计任务书设计题目 设计双联齿轮零件的机械加工工艺规程及工艺装置设计内容1.双联齿轮零件图1 张2双联齿轮毛坯图1 张3机械加工工艺规程卡片1 份4双联齿轮夹具图1 份5设计说明书1 份班级：设计者：指导老师：目录第一章：序言：.错误 !未定义书签。第二章：零件的分析.错误 !未定义书签。零件的作用 .错误 !未定义书签。零件加工工艺分析.错误 !未定义书签。第三章：工艺规程设计 .错误 !未定义书签。确定毛坯的制造形式 .错误 !未定义书签。基面的选择 .错误 !未定义书签。制定工艺路线 .错误 !未定义书签。1. 工艺路线方案一 .错误 !未定义书签。机械加工余量 .工序尺寸

2、及毛坯尺寸的确定 错误 ! 未定义书签。1轴向长度方向加工余量及公差 .错误 !未定义书签。2内孔表面加工余量。 .错误 !未定义书签。3阶梯圆角根据经验为 R25.错误 !未定义书签。确定切削用量及基本工时 .错误 !未定义书签。1 确定机床主轴转速 .错误! 未定义书签。第四章：夹具设计.错误! 未定义书签。第五章：心得 .错误 !未定义书签。参考文献： 172一、序言：工艺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。 这是我们毕业之前对所学的各课程的一次深入的复习， 也是联系实际的训练。 因此也是在学校三年的一个重要的部分。对我个人来说，我希望通过这次课

3、程设计对自己未来从事的工作进行一次使用训练，从中锻炼自己分析问题，解决问题的能力。由于能力有限，许多不足，恳求老师给予指教。二、零件的分析（一）零件的作用题目所给定的零件是车床变速的变速双联齿轮（见图1），它位于主轴箱。其主要作用，一是传递转距，使机床获得回转的动力，二是调节车床输出的速度，变化传动比，适应加工的速度。3（二）零件加工工艺分析145 孔为中心的加工表面这一组加工表面包括287、201、173 的外圆表面及两个端面和沟槽 195，160（1）两端面有圆跳动要求，以孔的表面为基准，跳动误差为0.02（ 2）齿轮齿顶圆的径向圆跳动的误差为 0.063（ 3）孔的均布 280 的圆上，

4、孔为小孔 15 。三、工艺规程设计（一）确定毛坯的制造形式零件材料为45 钢。考虑到机床在运行中要经常变速，零件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， 以使金属纤维尽量不被切断， 保证零件工作可靠。 由于零件年产量为4000件，为在中型零件，年生产量在200500 之间，查机械手册，得已达到中批生产的水平， 而且零件的轮廓尺寸不大， 故可采用自由锻4成型。（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，基面选择的正确，合理，可以保证加工质量， 提高生产质量， 提高生产质量。 否则，就会使加工工艺过程问题百出， 严重还会造成零件大批量报废， 使生产无法进行。1.

5、粗基准的选择对于齿轮基准选择常因齿轮结构形状不同， 而有所差异。齿坯的加工，使用端面 A和外圆为定位。带轴齿轮主要采用顶尖定位，孔径大则采用堵锥， 本齿轮为孔径大的齿轮。 以工件内孔和端面联合定位确定轴中心和轴向位置， 并采用面向定位端加紧方式， 这种方式可使定位基准、设计基准和测量基准重合，定位精度高，适于批量生产。2. 精基准的选择主要应该考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门计算，此处不再重复。制定工艺路线（三）制定工艺路线制定工艺路线的起发点，应当是使零件的几何形状。尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已确定为大批生产的

6、条件下， 可以采用力能机床配以专用夹具。并尽量使工序集中来提高生产率。由此以外，还应考虑经济效果，以便降低生产成本。1. 工艺路线方案一5工序 1. 毛坯锻造工序 2，正火工序 3. 粗车外圆，外圆留余量1.5 2mm，钻空尺寸 145工序 4. 精车外圆端面及槽至要求工序 5. 钳工去毛刺工序 6.检验工序 7.钻孔工序 8.滚齿 (Z=80)工序 9.插齿 (Z=65)工序 10.倒角工序 11.齿部高频淬火 50HRC工序 12.终检2. 工艺路线方案二工序 1. 锻造毛坯 132 的孔工序 2. 车 287， 204 的两端面工序 3. 粗车 132 的孔 ( 不到尺寸 )工序 4.

7、精车 132 的孔到工序 5. 粗车 287， 201， 180， 173， 160( 不到尺寸)工序 6. 精车 287， 201， 180， 173， 160( 不到尺寸)工序 7. 倒角 C36工序 8. 钻孔 8× 15工序 9. 扩孔 8× 30工序 10. 滚齿 (Z=80)工序 11. 插齿（ Z=65）工序 12. 终检3. 工序方案的比较与分析方案一的特点是 :145 的孔以外圆和端面为基准直接钻孔，而钻孔切削力大，对钻头和夹具要求高，经济效益差。方案二则是先将毛坯锻造 132 的孔，再用车刀至尺寸要求， 对刀具和夹具要求不高。弥补方案一的缺陷，方案二中先

8、倒角再滚齿. 插齿，目的是为了倒角方便，而且少一次安装，位置精度得到保证。方案一则先滚齿 . 插齿再倒角，这样可以满足不同的形状要求，零件精度要求不高。因此，综合考虑最后的加工路线如下：工序 1. 毛坯锻造 132 的孔，以外圆为基准。工序 2. 毛坯正火。工序 3. 粗车外圆 A 端面和外圆 287， 201， 180， 160。工序 4. 半精车端面 A 和外圆 287。工序 5. 粗车，半精车，精车 132 的孔至 145，倒角。工序 6.掉头粗车，半精车端面 B和外圆 173。工序 7.钻孔 15×8。工序 8.滚齿（ Z80）以孔和端面为基准，选Y3150滚齿机。工序 9.

9、插齿（ Z65）以孔和端面为基准，选Y54 插齿机。7工序 10. 倒角。工序 11. 齿部高频淬火50HRC。工序 12. 去毛刺。工序 13. 终检。（四） 机械加工余量 .工序尺寸及毛坯尺寸的确定双联齿轮零件材料为45 钢，硬度为 207-241HBV ，毛坯重 18.30kg，生产类型为中批量生产，可采用自由锻毛坯.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，工序尺寸及毛坯尺寸如下:1 外圆表面 :( 287 及 201)小外圆端面长 38mm，加工表面公差为自由公差，都只要粗车，故锻造时取统一外径，加工余量按201 外圆查表得 :毛坯 211±4mm，2Z

10、=10±4mm，大端外圆表面加工余量按287 外圆查得 :毛坯 299±4mm，2Z=10±4mm2 轴向长度方向加工余量及公差左右端面及中间台阶面的加工余量查表可得 :Z=4.5 故毛坯总长为 52+2×(4.5±1.5)=61±3mm，大端面台阶长为 18+2×(4.5±1.5)=27± 3mm3 内孔表面加工余量。工件内孔较大，精度较高，按145 查表可得 : 精镗 145±，2Z=0.2mm 得: 144.8，粗镗 144.8，2Z=13±5，得 132±584 阶梯

11、圆角根据经验为R255 钻孔 15 的加工余量：因为 15 的孔尺寸为自由公差，所以直接由 15 钻头钻孔即可得6 各工序所用机床及工艺装备确定如下：CA6140 普通机床，三爪卡盘，钻床，专用夹具，滚齿机，插齿机，专用夹具专用夹具。（五）确定切削用量及基本工时工序 1：粗 车外圆 A 端面和外圆 287， 201， 180， 173， 160。本工序采用计算法确定切削用量。1. 加工条件工件材料： 45 钢正火，× =0.60Gpa，自由锻。加工要求：粗 车外圆 A 端面和外圆 287， 201， 180， 173，160。机床： CA6140 卧式机床。刀具：刀片材料为 YT15

12、 、刀杆尺寸为 16mm×25mm，k r =90°， r 0 =15，0 =8°， r=0.5mm.2 计算切削用量(1) 粗车 287 的端面1) 确定端面最大加工余量 :已知毛坯的高度是 61，粗车余量总共为6mm，单边为 3，由于是粗车，可一次性加工到位， 精度暂时不要求 .2) 确定进给量 f: 根据实用金属切削加工工艺手册 （第二版）（以下简称切削手册）表 3.29，当刀杆尺寸为 16mm×25mm，ap 3mm以及工件直径为 287mm 时 f=0.7-10mm/r按 CA6140 车床说明书取 f=0.81mm/r3) 计算切削速度：由机

13、械制造技术基础课程设计指南以下简称设计指南 ）查表 5-120，当 YT15 硬质合金车刀加工 b =0.60Gpa，钢料 ap 3mm， f0.81mm/r 时，切9削速度 v=109m/min，切削速度的计算公式为（寿命选T=60min） .4)确定机床主轴转速：n s = 1000v c= 1000109 =116r/min d w3.14299按机床说明书，与 116r/min 相近的机床转速为100r/min 及 125r/min，现选取125r/min.所以实际切削速度 v=117m/min.5)计算切削工时：按机械加工工艺设计手册（以下简称机加手册 ）查表 12-1 车削基本时间

14、的计算L= 29913283.5，l 1 =3， l 2=3， 3 l=02t m =l l 1l 2 l 383.533 0 =0.884minn w f1250.81(2) 粗车 287 的外圆表面1）背吃刀量：单边余量Z=3mm，则 ap =3mm2）进给量：根据切削手册表 3.29 和课程指导表 3-9 得 f=0.81mm/r3）计算切削速度查设计指南5-120V c =109m/min4）确定机床主轴转速V c =116m/min，得 v=117m/min5）计算切削工时，按机械加工手册 12-1 车削的基本公式计算L=3， l=0， l=0l l 1 l2l 31000109t

15、m =1250.267minn w f2996) 检验机床功率：主切削力×按设计指南表2-10 所示计算公式nF cF c =C Fc xpF c f y F y FcVck FcC Fc =2795k F c=1.0y Fc =0.75，n Fc =-0.15n F =0.75k M p = ( 600) 0.75 =0.94kkr =0.89650所以F c1.0× 0.810.75×-0.15×=2795× 3117 0.94 0.89N=2871N切削时消耗功率为10Pc=FcVc=2871117KW=5.6KW10461046由 CA

16、6140 说明书可知 CA6140 主电动机功率为 7.8kw ，当主轴转速125r/min，主轴传递的最大功率为 5.6kw，所以机床功率足够， 可以正常加工。7）检验机床进给系统强度，已知主切削力F c =2871N，径向切削力 F p 课程指南表2-10 所示计算公式xn Fkkr= C FpkFpFp f y F y FpVppp式中 C Fp = 1940，k F p =0.9，y Fp =0.6， n Fp =-0.3，n F =1.35，bn F6001.35k M p)= (=0.898 kkr=0650650所以 F p =1940× 30.9× 0.81

17、0.6×117-0.3 × 0.898×0.5N=494N而轴向切削力式中 C Ff=2880，k F f =1.0， y Ff =0.5，n Ff =-0.4，n F =1.0n f600k Mf f=b= () 1.0=0.923kkr=1.17650650所以 F f =2800×3×0.810.5×117-0.4×0.923× 1.17N1250N取机床导轨与床鞍之间的摩擦系数=0.1则切削力在纵向进给方向对进给机构的作用力为F= F f + （ F c + F p ） =1250+0.1×（ 2

18、871+494） =1586.5N而机床纵向进给机构可承受的最大纵向力为 530（见切削手册表 1.30）故机床进给系统可正常工作（ 2）粗车 201 的外圆面1）进刀量计算得加工一次加到 202，由 211 到 202 单边加工余量 Z=4.5，即 ap =4.5， 202 到 201Z =0.5，即 ap =0.52）进给量由上步 f=0.81mm/r3）确定进给速度 vc=125m/min4）确定加工工时L=61-27=34mm，l1=4l l 1 l 2 l 3344t m2 =1250.375 minn w f0.8111293201L 3 =46mm2t m3= l46=0.454

19、minnw f125 0.81工序 2：半精车端面 A 和和外圆 287。（ 1）半精车端面 287 端面单边加工余量为 Z=1.5mm， ap =1.5mm2）进给量取 f=0.86mm/r3）V c =109m/min4）n s =1000Vc= 1000109172.7r/min d w3.14201按机床说明书取n s =160r/min，所以实际切削 V=101m/min5）计算查机加手册表 12.1L= 289132 =78.5mml 1=2mm，l 2=2mm， l3=0mm2ll 1 l 2l 3 78.52 20t m =n w f160=0.6min0.86（2）半精车 2

20、87 外圆1）单边切削余量为 Z=2mm，则 ap =2mm2）进给量 f=0.81mm/r3） V c =109m/min4）实际切削 V=101m/min5）计算工时查机加手册表12.1L=18mm， l 1 =0mml 2 =0mml 3 =0mmt m =l18=0.139min0.81nw f 160工序 3：粗车，半精车，精车145 的孔，1）背吃刀量由 132 到 140 单边加工余量 Z=4mm 即 a p1 =4mm由140 到 144 加工余量 Z=4m 即 a p 2 =2mm由 144 到 145 加工余量 Z=1mm，即 a p 3 =0.5mm 2）进给量 f=0.

21、81mm/r12V c =109m/min4）n s =1000v c= 1000109 =172.7m/min d w3.142015）计算工时L=52t m = li52× 3=0.79minnw f160 0.81工序 4：掉头粗车，半精车B 端面、外圆，倒角刀具不变，且由于工序对端面进行了粗加工，且精度的未加工的毛坯高，所以这次夹紧后对工件车削可大些1）背吃刀加工余量为4.5，由于对本齿轮精度不是有一定的精度要求，分三次进刀， 第两次为 ap1 =4mm， ap 2 =0.5mm.2)进给量，查实用工艺手册表3-29f=0.7-1.0按 CA6140 说明书取 f=0.81m

22、m/r3)由工序一得到的转速，尺寸相差不大，且可直接不跟换使用V c =109m/min4)确定机床主轴转速n s =1000 vc=1000109=116r/min d w3.14299由说明书取 n=125m/min，实际切削速度为 117m/min2）计算切削工时、按机加手册查表 12-1293211123=0L=2=41，l=0， l =0，lt m =ll1 l 2l 341=0.405minn w f1250.81（1）车 173 的外圆面1）背吃刀量的确定，由201 到 173，单边切削余量Z=14mm，分 4 次进刀，即 a p1 = a p 2 = ap 3 =4mm，a p

23、 4 =2mm2) f=0.81mm/r3) V c =109m/min4)n 实际转速参照工序1，n=125r/min5）计算切削工时L=10mmt m = li10× 4=0.1minnw f125 0.8113（2）选用车槽宽度为5 和 8 的车槽刀，查设计指南表5.117，1）f=0.22mm/r2）n 实际转速取工序上步骤n=125r/min3)计算切削工时：173160L=6.5l6.5t m =0.236minnw f125 0.22(3) 1)f=0.22mm/r2)实际切削速度 V=125r/min3）L= 201 180 =10.524) t m = li10.5

24、×2=0.763minnw f125 0.22（ 3）倒 145 孔 5×45°的倒角工序 5：钻孔 钻孔 15×8。分析零件的结构和精度要求， 用摇臂钻床钻 15 的孔且选择高速钢莫氏锥柄 15 × 87×168 莫氏锥号为 2 的麻花钻钻头。使用专用夹具装夹。1）进给量的选择由设计指南表 5.127，5.63 选取 f=0.35mm/r2）主轴转速，由表 5.62n s =420r/min3）计算切削工时 :L=51l 1 =5，l 2 =3，l3=0mmt m =l l1 l 2l 3 i51 53 0 ×8=0.4m

25、inn w f4200.35工序 6，滚齿（1）切削用量：本工序为滚齿选用标准的高速钢单头滚刀型模数 m=3.5mm 直径 71mm，可以采用一次走刀切至全深，工作时每转滚刀轴想进给量 f a =0.81.0mm/r按表 2.19 的计算公式确定齿轮滚刀的切削速度V=C vxv krmyvmTf a试中 C v =364y v =0.85T=240min ，f a =0.83mm/r m=0.5m=3.5x v=-0.5k v =0.8×0.8=0.64V=3640.833.5 0.50.64 33.472400. 50.8514根据 Y3150 型滚齿机主轴转速表5.80 选 n=

26、165r/min 实际切削速度为V=36.78m/min加工时的切削功率按下式计算表2.20C pc f y pc m xpc d upc Z qpc、VP=103k p c式中 Cp c =124y pc=0.9x p=1.7up c =-1.0q pc=0f=0.83mm/rcm=3.5mmd=71Z=80V=36.78m/mink pc=1.2P=124 0.830.93.51.771-1.050036.78 1.2 =0.548kw10 3Y3150 型滚齿机的主电动机功率PE =3kw 表 5.79 因 Pc P E 故所选择的切削用量可在滚齿机床上使用。（2）基本时间根据表 2.2

27、6，用滚刀滚圆柱齿轮的基本时间为（ Bl1l 2） ZT j =cosq n f a式中 B=18mm =0° Z=80q=1n=2.75r/s fa=0.83mm/rl 1 =h（ dh）+(23)= 7.875（71 7.875）+(2 3)=24.3mm（18 24.33） 80T j =2.750.83=975s工序 7插齿切削用量： 本工序为插齿，；利于插齿机，选用碗型插齿刀。由于工件地模塑不大，精度达到 R a =1.6um，可用一次进给的凸轮在一次进给中获得所需的尺寸和精度。 此时，进给量应取较小值， 即 f a =0.17mm 往复 f r =0.024mm 往复切削

28、速度 V=20m/min1) 插齿刀的行程长度 L L=b+式中 b被加工齿轮宽度插齿刀切入，切出长度之和超越行程（mm）一一般在插齿加工中，插齿刀切入长度l 1 取 5mm 以上插齿刀切出长度l 2 取 3 4mm2) 插齿刀的行程次数 n1000V100020n=556（2B）（2117）153）进给切削时间d=20t m = L = 18 =0.0018minC20由于是做往复运动，没一个行程有一个停留时间，设为t 留 =0.0036mint 总 = （ t m + t 留 ）n=（ 0.0018+0.0036）× 556=3.0024min四、夹具设计1) 为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。2) 经过与指导老师协商，决定设计加工齿轮工序的夹具。本夹具将用于车床 C6140，刀具为高速钢单头滚刀型模数m=3.5mm 直径 71mm，对工件滚齿加工。3) 问题的提出4) 在给定的零件中， 对本步加工的定位并未提出具体的要求，