蜗杆零件工艺的指设计方法和专用夹具的设计

1、.; 西安航空职业技术学院西安航空职业技术学院毕毕 业业 设设 计（论计（论 文）文）论文题目：论文题目： 蜗杆轴蜗杆轴 所属系部：所属系部： 自动化工程系自动化工程系指导老师：指导老师： 职职 称：称： 学生姓名：学生姓名： 班级学号班级学号: : 专专 业：业： 机电一体化机电一体化 2014 年 10 月 4 日西安航空职业技术学院西安航空职业技术学院 毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书.;题目：题目： 蜗杆轴蜗杆轴任务与要求：任务与要求：1、已知条件：选定某机械产品零件和产品生产纲领。2、设计指标：应用所学机械加工工艺学的基本理论和实践知识，作到。1）正确分析产品零件的结构工

2、艺性；合理选择零件毛坯。3）正确选择零件的机械加工工艺过程和工序内容，合理解决零件加工中的定位、夹紧、工艺路线、工艺尺寸等问题，按规定格式设计完成机械加工工艺规程，保证产品零件的加工要求。4）按中等复杂结构，设计完成指定工序的机床夹具，满足零件的工序要求和夹具的经济合理性。时间：时间： 2014 年 9 月 1 日 至 2014 年 11 月 1 日 共 八 周所属系部：所属系部： 自动化工程系自动化工程系学生姓名：学生姓名： 学学 号：号： 专业：专业： 指导单位或教研室：指导单位或教研室： 指导教师：指导教师：唐少琴唐少琴 职职 称：称： 讲师讲师.;西安航空职业技术学院制西安航空职业技术

3、学院制2014 年 11 月 1 日毕业设计毕业设计( (论文论文) )进度计划表进度计划表日日 期期工工 作作 内内 容容执执 行行 情情 况况指导教师指导教师签签 字字对轴类零件相关资料进行收集已完成做好第一、二部分（要求于选材）已完成做好第三、四部分（定材和加工工艺）已完成完成五、六部分（制作工艺卡和参考文献）已完成对论文进行检查修改已完成顺利交稿.;教师对进教师对进度计划实度计划实施情况总施情况总评评 签名 年 月 日 本表作评定学生平时成绩的依据之一。.;【摘要摘要】本论文主要阐述蜗杆零件工艺的指设计方法和专用夹具的设计，蜗杆是只具有一个或几个螺旋齿，并且与蜗轮啮合而组成交错轴齿轮副

4、的齿轮。其分度曲面可以是圆柱面，圆锥面或圆环面。在论文中首先简单简述了蜗杆的设计，再以 KCSJ-12 为例详细讲述就设计蜗杆的步骤、要求、及注意事项。目前在蜗杆零件的设计、制造以及应用上，国内与国外先进水平相比仍有较大的差距。国内在设计制造蜗杆零件过程中存在着很大程度上的缺点，正如论文中揭示的那样，重要的问题如：齿轮的根切、蜗杆毛坯的正确选择、蜗轮蜗杆的校核，夹具的选择等。有待于更好的探讨与发展。关键词：蜗杆轴 数控加工 加工工艺 程序。.;环面；毛坯；校核。AbstractAbstract this paper mainly expounds the process to worm par

5、ts design method and special fixture design, and the worm is with only one or a few spiral, and with worm gear teeth mesh and composition of the gear axis gear pair interlaced. The dividing surface can be YuanZhuMian, cone surface or ring surface. In the thesis first described the design of simple w

6、orm, again with KCSJ-for example detailed design steps about the worm, requirements, and the matters needing attention. The milling flutes for design the fixture.At present in the worm parts design, manufacturing and application, the domestic and foreign advanced level still has a big gap compared.

7、In the design and manufacture of domestic worm parts process there are a largely the shortcomings, as the paper reveals that the important issues such as:, the root of gear cutting, worm of blank design, correct worm checking fixture design, the specificity. To be a better approach and development.

8、Keywords: worm parts; Taper surface or circle face; Blank; Checking.;【摘要摘要】.1 1ABSTRACTABSTRACT.2 2前言前言.4 41.1.蜗杆轴的分析蜗杆轴的分析.5 51.1 蜗杆传动简介.51.2 蜗杆传动特点.51.3 蜗杆传动类型.51.4 蜗杆轴类零件的功用与结构.52 2 蜗杆轴类零件的技术要求蜗杆轴类零件的技术要求.7 72.1 加工精度.72.2表面粗糙度.73.3.毛胚的确定及各部分加工方法毛胚的确定及各部分加工方法.8 83.1 毛胚的选择.83.2 各加工面加工方法的确定.83.3 基准的

9、选择.83.4 拟定工艺路线.103.6 机械加工余量工序尺寸及毛坯尺寸的确定.124.4.机床及量具的选择机床及量具的选择.12124.1 机床的选择.124.4.机床和量具的选择机床和量具的选择.13134.2 量具的选择.135.5.切削用量以及进给速度的确定切削用量以及进给速度的确定.14145.1 主轴转速的确定.145.2 被吃刀量的确.145.2 进给速度的确定.146.6.确定各工序采用的加工设备和工艺装备确定各工序采用的加工设备和工艺装备.1515致致 谢谢.1717参考文献参考文献.1818附录附录.1919.;前言前言制造业是国民经济的主体，社会财富的 60%80%来自于

10、制造业。在经济全球化的格局下，国际市场竞争异常激烈，中国制造业已向世界制造业基地转变。 随着我国制造业的发展，齿轮对原动机与工作机之间动力的传递转换越加清晰。齿轮中的蜗轮蜗杆对其传递与转换的作用也是别的齿轮无法代替的。其对空间中相互成 90的传动及大的传动比，平稳的机械性能都让其在机械领域噪声大作。 所以对于其工艺的设计将至关重要。本设计将根据设计要求认真详细的确定加工顺序、切削用量、进给量、切削速度、制定工艺线路。在实际生产中要完成某零件的加工通常需要铸锻车铣刨磨钳热处理等多工种的配合，而其中最基本的、最广泛的工种就是车工。然而车工在加工中，很多零件是需要配合的，这时就要车蜗杆。在各种机械产

11、品中，带有蜗杆的零件运用广泛，车削是常用的方法。这样就要求我们掌握蜗杆加工的基本原理、组成机构、并能在实际中熟练的运用。通过本次设计是要我们将所学的理论知识运用于实际加工中。 毕业设计是集理论知识与实际技能训练于一体的一次全面性的运用。通过此次设计，应达到如下要求： 1. 掌握各种蜗杆车削的方法 2. 掌握蜗杆的组成机构;3. 工作原理4. 能熟练的掌握蜗杆加工过程中的有关计算方法; 5. 并能正确查阅有关的技术手册的资料6. 能合理的选择零件的定位基准;7. 掌握工件的定位; 8. 夹紧的基本原理和方法 9. 能分析零件的加工工艺;10.尽可能采用先进的工艺.;1.1.蜗杆轴的分析蜗杆轴的分

12、析1.1 蜗杆传动简介蜗杆传动简介蜗杆传动由蜗杆和蜗轮组成，一般蜗杆为主动件。蜗杆和螺纹一样有右旋和左旋之分，分别称为右旋蜗杆和左旋蜗杆。蜗杆上只有一条螺旋线的称为单头蜗杆，即蜗杆转一周，蜗轮转过一齿，若蜗杆上有两条螺旋线，就称为双头蜗杆，即蜗杆转一周，蜗轮转过两个齿。1.2 蜗杆传动特点蜗杆传动特点1.传动比大，结构紧凑。蜗杆头数用 Z1 表示（一般 Z1=14） ，蜗轮齿数用Z2 表示。从传动比公式 I=Z2/Z1 可以看出，当 Z1=1，即蜗杆为单头，蜗杆须转Z2 转蜗轮才转一转，因而可得到很大传动比，一般在动力传动中，取传动比I=10-80；在分度机构中，I 可达 1000。这样大的传

13、动比如用齿轮传动，则需要采取多级传动才行，所以蜗杆传动结构紧凑，体积小、重量轻。2.传动平稳，无噪音。因为蜗杆齿是连续不间断的螺旋齿，它与蜗轮齿啮合时是连续不断的，蜗杆齿没有进入和退出啮合的过程，因此工作平稳，冲击、震动、噪音小。3.具有自锁性。蜗杆的螺旋升角很小时，蜗杆只能带动蜗轮传动，而蜗轮不能带动蜗杆转动。4.蜗杆传动效率低，一般认为蜗杆传动效率比齿轮传动低。尤其是具有自锁性的蜗杆传动，其效率在 0.5 以下，一般效率只有 0.70.9。5.发热量大，齿面容易磨损，成本高。1.3 蜗杆传动类型蜗杆传动类型按蜗杆形状的不同可分：1圆柱蜗杆传动 2环面蜗杆传动3锥蜗杆传动1.4 蜗杆轴类零件

14、的功用与结构蜗杆轴类零件的功用与结构蜗杆轴是组成机械的重要零件，也是机械加工中常见的典型零件之一。它支撑着其它转动件回转并传递扭矩，同时又通过轴承与机器的机架连接。蜗杆轴类零件是旋转零件，其长度大于直径，由外圆柱面、圆锥面、内孔、.;螺纹及相应端面所组成。加工表面通常除了内外圆表面、圆锥面、螺纹、端面外，还有花键、键槽、横向孔、沟槽等。根据功用和结构形状，蜗杆轴类有多种形式，如光轴、空心轴、半轴、阶梯轴、花键轴、偏心轴、曲轴、凸轮轴等。如图 1-1图 1-1 蜗杆轴.;2 2 蜗杆轴类零件的技术要求蜗杆轴类零件的技术要求2.1 加工精度加工精度 1)尺寸精度：蜗杆轴类零件的尺寸精度主要指轴的直

15、径尺寸精度和轴长尺寸精度。按使用要求，主要轴颈直径尺寸精度通常为 IT6-IT9 级，精密的轴颈也可达 IT5 级。轴长尺寸通常规定为公称尺寸，对于阶梯轴的各台阶长度按使用要求可相应给定公差。 2)几何精度：蜗杆轴类零件一般是用两个轴颈支撑在轴承上，这两个轴颈称为支撑轴颈，也是轴的装配基准。除了尺寸精度外，一般还对支撑轴颈的几何精度（圆度、圆柱度）提出要求。对于一般精度的轴颈，几何形状误差应限制在直径公差范围内，要求高时，应在零件图样上另行规定其允许的公差值。 3)相互位置精度 蜗杆轴类零件中的配合轴颈（装配传动件的轴颈）相对于支撑轴颈间的同轴度是其相互位置精度的普遍要求。通常普通精度的轴，配

16、合精度对支撑轴颈的径向圆跳动一般为 0.01-0.03mm，高精度轴为 0.001-0.005mm。此外，相互位置精度还有内外圆柱面的同轴度，轴向定位端面与轴心线的垂直度要求等。 2.2表面粗糙度表面粗糙度 根据机械的精密程度，运转速度的高低，轴类零件表面粗糙度要求也不相同。一般情况下，支撑轴颈的表面粗糙度 Ra 值为 0.63-0.16 m ；配合轴颈的表面粗糙度 Ra 值为 2.5-0.63m。.;3.3.毛胚的确定及各部分加工毛胚的确定及各部分加工工艺工艺3.1 毛胚的选择毛胚的选择该轴的材料采用 40Cr 钢钢锻件，根据选择毛胚的考虑因素，该零件体积较小，形状简单，而锻件由于能获得纤维

17、组织的连续性和均匀分布，从而可以提高零件的强度，所以适用于强度高、形状比较简单的零件毛胚。蜗杆轴外表面采用不去除材料方法获得粗糙度要求，由于零件产生类型为大批量生产，而模锻尺寸精度较高，故本零件毛胚采用模锻,毛坯余量定为：0.005-0.01mm。3.2 各加工面加工方法的确定各加工面加工方法的确定平左端面，以工件左端面为基准，钻中心孔：调头加工：平右端面，以工件右端面为基准，钻中心孔，采用双顶尖夹持，并保持两基准间的圆跳动公差不大于 0.015： 52mm 外圆柱：粗车-半精车-磨削； 34mm 外圆柱：粗车-半精车-磨削； 25mm 外圆柱：粗车-半精车-磨削； 23mm 槽：粗车； 28

18、mm 槽：粗车； 30mm 槽：粗车-精车； 梯形螺纹：粗车-精车；3.3 基准的选择基准的选择粗基准的选择 选取最大外圆面作为粗基准 精基准的选择 选用两中心孔的公共中心线作为精基准零件表面的加工方法序号加工方法经济精度粗糙度 Ra/m适用范围1粗车IT13-IT1150-12.5适用于淬火.;钢以外的各种金属2粗车-半精车IT10-IT86.3-0.83粗车-半精车-精车IT8-IT71.6-0.84粗车-半精车-精车-滚压IT8-IT70.2-0.0255粗车-半精车-磨削IT8-IT70.8-0.4主要用于淬火钢也可用于未淬火钢6粗车-半精车-粗磨-精磨IT7-IT60.4-0.17粗

19、车-半精车-粗磨-精磨-超精加工IT50.1-0.0128粗车-半精车-精车-粗精车（金刚车）IT7-IT60.4-0.025主要用于要求较高的有色金属9粗车-半精车-粗磨-精车-超精磨IT5 以上0.025-0.006极高精度的外圆加工10粗车-半精车-粗磨-精磨-研磨IT5 以上Rz0.1该零件某些表面加工粗糙度要求不高可以采用粗车半精车 即可达到要求而某些表面加工的粗糙度要求比较高需采用粗车半精车磨削。每个表面所用的加工方法如下表所示：加工表面加工方法IT8粗糙度46粗车半精车磨削IT100.822粗车半精车IT86.317粗车半精车磨削IT100.826粗车半精车IT86.320粗车半

20、精车磨削IT100.818粗车半精车IT106.316粗车半精车磨削IT80.8锥面 251粗车半精车磨削IT80.8.;12粗车半精车IT106.3轴段外圆面粗车半精车IT106.33.4 拟定工艺路线拟定工艺路线 方案一 1 锻造2 去飞边 3 正火处理 4 车端面 M12 左端 17 右端面 打中心孔 以最大外圆定位5 粗车一端外圆 46、22、17 掉头粗车另一端外圆分别至26、2018、16、12 粗车锥面 251以外圆及中心孔做为基准。6 半精车该端外圆 46、22、17 车槽 161、161、倒角145。掉头半精车该端外圆分别至 26、20、18、16、12 半精车锥面 251车

21、槽至 161 倒角 145车螺纹 M181M12 修整各阶梯过度地方以两中心孔作为精基准7 粗车蜗杆螺纹半精车蜗杆螺纹 8 两端轴颈高频淬火回火 4045HRC 9 修研两端中心孔 10 粗磨一端外圆至 17 精磨该端外圆至 17 粗磨另一端外圆至 20 精磨该端外圆至 20 磨锥面及蜗杆螺纹到规定尺寸。以两中心孔作为基准。11 去毛刺 12 检验入库方案二1 锻造 2 去飞边 3 正火处理4 车端面 M12 左端 17 右端面 打中心孔 以最大外圆定位5 粗车一端外圆 462217 以外圆及中心孔做为粗基准。半精车该端外圆 462217 车槽 161161倒角 145以两中心孔作为精基准 6

22、 粗车另一端外圆分别至 2620181612 粗车锥面 251以外圆及中心孔做为粗基准。半精车该端外圆分别至.;2620181612 半精车锥面 251车槽至 161 倒角145以两中心孔作为精基准 7 两端轴颈高频淬火回火 4045HRC 8 修研两端中心孔 9 粗磨一端外圆至 17 精磨该端外圆至 17 粗磨另一端外圆至 20 精磨该端外圆至 20 磨锥面以两中心孔作为精基准 10 车蜗杆螺纹 车螺纹 M181M12 半精车蜗杆螺纹 磨蜗杆螺纹以两中心孔作为精基准11 去毛刺 12 检验入库 3.6 机械加工余量工序尺寸及毛坯尺寸的确定机械加工余量工序尺寸及毛坯尺寸的确定 蜗杆零件材料为

23、45 钢硬度为 217 -255HBS生产类型为中大批生产采用普通模锻IT13 的精度。 该工件的最大直径为 46 质量为 4.1kg 锻件形状复杂系数 S =m 锻件 m 外轮廓包容体=4.622 23.8 4.1 = 1622g = 1.622kg m 锻件=4.1kg S=4.11.622= 2.53 1 可定形状复杂系数为 S1属于简单级别 机械加工余量 根据锻件重量、加工精度 F1F2、S1 查表 2.2-25 得 12 粗糙度为 6.3 属于一般加工精度 直径方向单边余量取 2mm 水平方向取 2mm 同理 182622 直径方向单边都是 2mm 水平方向都是 2mm 16 粗糙度

24、为 0.8 属于磨削加工精度 直径方向单边余量取 2.5mm 水平方向取 2mm 同理 204617 直径方向单边余量都是 2.5mm 水平方向都是 2mm 毛坯图如下图 ：4.4.机床及量具的选择机床及量具的选择.;4.4.机床和量具的选择机床和量具的选择4.1 机床的选择机床的选择本次选择了车床 CK6140，因为它通用性好。CK6140 型普通车床是在 C620型车床的基础上改进的卧式车床,工件最大回转直径 400 毫米,可以加工普通螺纹、英制螺纹、摸数螺纹和径节螺纹。传动链由电动机经三角带（V 带）将动力传递到主轴箱在交换齿轮作用下，正转 24 级，转速 10-1400 转/分钟；反转

25、12 级，转速 14-1580 转/分钟。主轴转速经挂轮箱将动力传递到走刀箱，纵向走刀级数 64，进给范围 0.08-1.59mm/r，横向进给级数 64，进给范围 0.04-0.79mm/r。溜板行程横向 320mm，纵向按照车床长度而定。4.2 量具的选择量具的选择外径、游标卡尺、螺纹环、塞规及卡板测量。螺纹量规是综合性检验量具，分为塞规和环规两种。塞规检验内螺纹，环规检验外螺纹，并由通规、止规两件组成一副。螺纹工件只有在通规可通过，止规通不过的情况下为合格，否则零件为不合格。5.5.刀具及夹具的选择刀具及夹具的选择车削中采用金刚石或硬质合金刀具，刀具主偏角选大些（45-90 ）,刀具的刀

26、尖圆弧半径小于 0.1-1.0mm，以减少工艺系统中弹性变形及振动。 在车两端面，钻中心孔，采用 45车刀，中心孔钻；在粗车一端外圆加工时我们采用 90车刀、外螺纹车刀夹具采用顶尖，三爪卡盘、鸡心夹；半精车该端外圆时我们采用 70车刀、45车刀，外螺纹车刀夹具采用顶尖、三爪卡盘、鸡心夹；在车蜗杆螺纹半精车蜗杆螺纹是采用外螺纹车刀夹具采用顶尖、三爪卡盘、鸡心夹；在粗磨一端外圆时夹具采用三爪卡盘、顶尖、平行砂轮。同时，为了提高精度我们还选用一些辅助工具，如：粗细棉纱、端面试纸、胶垫片等。在去毛刺是采用锉刀。.;5.5.切削用量以及进给速度的确定切削用量以及进给速度的确定5.1 主轴转速的确定主轴转

27、速的确定 车外圆是主轴转速，主轴转速应根据允许的切削速度和工件的直径来选择。其计算公式为Vc=(*n*d)/1000。车螺纹时的主轴转速，在车削螺纹时车床的主轴转速将受到螺纹的螺距 P 大小，驱动电机的升降频特性以及螺纹插补运算速度等多种因素影响。5.2 被吃刀量的确被吃刀量的确定定背吃刀量根据机床、工件、刀具的刚度来决定。在钢度允许的条件下应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量这样就可以减少走刀次数提高生产效率为了保证加工表面质量可以留少许加工余量一般为 0.2mm0.5mm。车削用量的具体常规如下粗车时首先尽可能大的背吃刀量，其次选择一个较大的进给量，最后确定一个合适的切削速度。精车时加工表

28、面要求较高加工余量不大且均匀因此选择较小的背吃刀量和进给量。5.2 进给速度的确定进给速度的确定进给速度是数控机床切削用量中的主要参数确定进给速度的原则 当工件的质量要求能得到保障时为提高生产率可选择较高的进给速度一般在100200mm/min 范围内选择。再切断加工深孔或用高速钢刀具加工时宜选择较低的进给速度一般在 2050mm/min 范围内选取。当加工精度表面粗糙度要求时进给量应选小一些，一般在 2050mm/min 范围内选取。6.6.确定各工序采用的加工设备和工艺装备确定各工序采用的加工设备和工艺装备工序号工序名称工序内容车间加工设备工艺装备1模模锻锻工.;锻2热正火3车车两端面，钻中心孔金工CA614045车刀中心孔钻 千分尺4车粗车一端外圆 462217 掉头粗车另一端外圆 2620181612 粗车锥面 251以外圆及中心孔做为基准。金工CA614090车刀、外螺纹车刀、顶尖鸡心夹游标卡尺5车半精车该端外圆 462217 车槽171171倒角 145掉头半精车该端外圆 2620181612半精车锥面 251车槽至 161 倒角145车螺纹 M181M12 修整各阶梯过度地方以两中心孔作为精基准金工70车刀、 45车刀外螺纹车刀、顶尖鸡心夹千分尺6车蜗杆螺纹半精车蜗杆螺纹 以两中心孔作为基准金工外螺纹车刀、顶尖、鸡心夹、千分尺7