中间轴齿轮机加工工艺及夹具设计

1、1 零件的工艺分析及生产类型的确定1. 1 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。1.2 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662H7孔和齿面，但基 准孔662H7要求内孔表面粗糙度Ra值为0.8,且两者有较高的同轴 度要求其公差为60.04 ,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，对小62H7孔有端面跳动要求其公差为（|）0.05 0 最后，两齿圈端面在滚齿时要作为定位基准使用，故对小62

2、H7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2.1 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

3、 、保 证 加 工 精 度 上 考 虑 ，也 是 应 该 的 。 2.2 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 2-7 查 得 a=6， b=5， c=9。确定垂直方向上总 余量为2X0.5a=2X0.5 X6=6mm。水平方向上总 余量为2X0.5b=2 X 0.5 X5=5mm 。内孔总余量为 2X0.5c=2 X0.5 >9=9mm 。2.3 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Ram.6 d m, （f）62H7孔为 Ra=0.8 以外，其余各加工表面为Ra> 1.6 因此这些表面的毛坯

4、尺寸只需 要 将 零 件 的尺寸 加 上 总 余 量 即 可 ， 外 圆 尺 寸 为： 130+6=136mm； 锻造 内 孔 尺 寸：62-9=53mm；两 个 端 面 间 间 距 为 ： 40+5=45mm：齿 宽 方 向 尺 寸为 ：20+5=25mm；3. 制定零件工艺规程3.1 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662H7孔，根据基准重合原 则，并同时考虑统一精基准原则，选 小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

5、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。3.2 选择表面加工方法1）662H7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，为保证小62H7孔的精度及齿面对662H7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，故采用滚齿一剃 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。3.3 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

6、、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

7、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4.1 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一半精车外圆一精车 外圆三道工序。查文献1表3.2-2和查文献2表5-29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IT8 IT10 ,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3.5h12小 132.5,4半精车1.8h9小130.711精车0.7h7小130工5(2)端面的加工由零件加工工艺路线得端面

8、加工由粗车端面一半精车端面一精车 端面三道工序。查文献1表3.2-21和查文献2表5-29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3.4H1241.600.31.0H940.6。074精车0.640W.5 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3H112“ 0.0212201.2H920.8。052精车0.820W.2(3)内孔加工根据零件加工工艺路线得内孔加工由扩孔一拉孔一磨孔三道工查文献2

9、表5-44 得磨孔加工余量0.5mm。查文献1表3.2-12得 拉孔加工余量为1mm o根据内孔总余量9mm ,得出扩孔加工余量 9+1+0.5=10.5mm 。查文献2表5-29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4.1-9得磨孔精度为IT7, 满足零件图要求。工序尺寸工序名称工序余量经济精度° 60.500.3扩孔9H12小 61.500.046拉孔1H80.00962 _0 021磨孔0.54.2 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5-18 得滚齿加工精度为IT8,剃齿加工精

10、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。4.2.1 切削用量的确定1）外圆小130的加工本工序采用粗车一半精车一精车的加工方法，选用硬质合金外圆车 刀左偏刀，刀片材料 YT15K r=90°和弯头车刀 Kr=450精车用弯头刀 Kr=45°、刀尖圆弧半径0.5mm,刀杆尺寸16X25。查文献4表3-13得粗车外圆的进给量f=0.71mm/r 。查文献4 表3-14 得半精车外圆进给量f=0.36mm/r 。查文献4表3-15 得精 车外圆进给量f=0.23mm/r 。查文献4表3-19取粗车切削速度V=1.5m/s ,半精车切削速度V=2m/s ,精

11、车切 削速度 V=2.5m/s 。根据加工余量可得粗车被吃刀量ap =2.25mm,半精车被吃刀量ap=0.9mm , p精车被吃刀量ap =0.35mm p粗车主轴转速：= 216.32r/min60 1000v = 60 1000 1.5二 d 3.14 132.5查文献4附表5-56得CA6140 主轴转速n=200r/min.则实际切削速度:二dn3.14 132.5 200v =1000 6060 1000=1.39m/s.半精车主轴转速:60 1000 v = 60 1000 2二 d 3.14 130.7= 292.40r/min查文献4附表5-56得CA6140 主轴转速n=3

12、20r/min.则实际切削速度:二 dnv =1000 603.14 130.7 320 ， =2.19m/ s .60 1000精车主轴转速：60 1000V 60 1000 2.5n = = 367.47r / min二 d3.14 130查文献4 附表5-56 得CA6140 主 轴转速n=400r/min.则实际切削速度:二dnv 二1000 603.14 130 400 =2.72m/s60 1000工时计算粗车：11 = ap +(2-3) =2mml2=3mml3 =4mmtankr丁 L . l 1i l2 l3. 25 2 3 4TJ 二 一 i 二i 二二 0.24 m i

13、 nfnfn0.71 200半精车：1i = ap +(2-3) =2mmI2 =3mmI3 =4mmtankrL . l 1i I2 I3 .一i 二ifnfn25 2 3 40.36 320=0.30 m i n.,.a精车：11 =+(2-3) =2.35mm l2 =3mml3=4mmtankrL一i fnl 11 l2 l3 ifn25 2.35 3 40.23 400=0.37 min2）端面的加工本工序也米用粗车一半精车一精车的加工方法，大小端面米用硬质 合金左偏刀Kr=90°和弯头车刀Kr=45°大端面的加工根据加工余量可知，粗车被吃刀量ap =2.2mm,

14、半精车被吃刀量ap=0.5mm 。精车被吃刀量ap =0.3mm p p查文献4表3-13得粗车端面进给量f=0.73mm/r.查表3-14半精车端面进给量f=0.30mm/r. 查表3-15 精 车端面进给量f=0.20mm/r.初取端面粗车切削速度V=1.6m/s,半精车切削速度V=2.2m/s. 精车 切削速度V=2.8m/s粗车主轴转速：60 1000v = 60 1000 亿.？.”3.14 75查文献4附表5-56 得机床主轴转速n=400r/min则实际切削速度:二 dnv 二1000 603.14 75 400 =1.57m/s.60 1000半精车主轴转速：60 1000V6

15、0 1000 2.2 =560.51r/min3.14 75查文献4 附表5-56 得机床主轴转速n=560r/min则实际切削速度:二dnv 二1000 603.14 75 560 . ， = 2.2m/s .60 1000精车主轴转速:60 1000V60 1000 2.8一二713.38r/min3.14 75查文献4附表5-56 得 机床主 轴转速n=760r/min则实际切削速度:二 dnv =1000 603.14 75 760 -“ ， =3.00m / s.60 1000工时计算:粗车：l1aptankr(2-3)=2mm l2 = 3mm l3 = 4mmd -d175 -6

16、0.5L =1i l2 l3 =+2 3 4 =16.25mm22L 16.25Tj = i = 1 = 0.05 m i nj fn 0.73 400. . .ac半精车：11 =+(23)=2mm l2 =3mm l3 =4mmtankrd -d175-61.5L 1 li I2 I32 3 4 = 15.75mm22L 15.75Tj = i = 1 =0.09minj fn 0.3 560精车：l= 为 +(2-3) = 2.3mm I2 =3mm I3 =4mm tankr,d -d1，75 -62 L = l1 l2 l3 = 2.3 3 4 = 15.8mm22TjL .i fn

17、15.80.2 7601 = 0.1min小端面的加工根据加工余量可知，粗车被吃刀量ap =1.3mm,半精车被吃刀量ap=1.2mm ,精车被 吃刀量ap =0.8mm. p p查文献4表3-13 得粗 车端面进给量f=0.94mm/r.查文献4表3-14半精车端面进给量f=0.35mm/r. 查文献4表3-15精车端面进给量 f=0.24mm/r.精车初取端面粗车切削速度V=1.5m/s,半精车切削速度V=2.0m/s.切削速度V=2.5m/s.粗车主轴转速：= 220.50r/min60 1000v = 60 1000 1.5二 d 一 3.14 130查文献4 附表4-3-1得机床主

18、轴转速n=200r/min则实际切削速度:二dn1000 603.14 130 20060 1000= 1.36m/s半精车主轴转速：60 1000v 60 1000 2二 d一 3.14 130=293.97r/min查文献4 附表4-3-1得机床主 轴转速n=320r/min则实际切削速度:二dnv =1000 603.14 130 32060 1000= 2.18m/s.精车主轴转速:= 367.50r/min .60 1000v _ 60 1000 2.5-：d - 3.14 130查文献4附表5-56 得机床主轴转速n=400r/min则实际切削速度:=2.72m/s.二 dn3.1

19、4 130 400v =1000 6060 1000工时计算:粗车：11 = ap +(2 -3) = 2mml2 =3mm l3 =4mmtankrd - d12130 -10011 12 132 3 4 = 24 mm2L 24Tj i = 1 =0.13minfn 0.94 200,.an半 精车：l1 =+(2 -3)=2mml2 =3mm l3 =4mmtankrd -d1130 -100L =1 l1 l2 l3 = 2 3 4 =24mm22L 29Tj = i = 1=0.21minj fn 0.35 320.an精车：l1 =十(2 - 3) = 2.8mml2 =3mm l

20、3 =4mmtankrd -d1130 -100L =1 1i l2 l32.8 3 4 = 24.8mm22 L .24.8 一一.Tj = i = 1 =0.26 minj fn 0.24 4003）内孔加工本工序采用扩孔一拉孔一磨孔加工方法，选用扩孔钻，扩孔规格为 60.5。拉刀拉孔。砂轮磨孔。扩孔：查文献5表14-58得立式钻床加工时切削用量如下：取进给量f=0.9mm/r, 查文献3 表14-59切削速度 V=1.28 m/s.根据扩孔加工余量可得被吃刀量ap =4.5mm p计算主轴转速：60 1000vn 二60 1000 1.283.14 60.5=404.27r /min根据

21、Z550立式钻床 主轴转速取：n=400r/min.则实际切削速度:二dnv =1000 603.14 60.5 40060 1000= 1.27m/s工时计算：D -di60.5-40l1 =coskr (1 2) =cot 59122l2=24取3=100mml I2 I3fnfn61 100 30.9 400=0.45min拉孔：查文献5表13-20得拉孔切削用量如下：进给量 f=0.07 0.1mm/r,切 削速度 V=2.52m/s.取 f=0.08mm/r,V=2.3m/s.根据拉孔加工余量可得被吃刀量aD =0.5mm p计算主轴转速：= 714.62r/min .60 1000

22、v = 60 1000 2.3二 d 3.14 61.5根据L6120 拉床主轴转 速取：n=720r/min.则实际切削速度:dn 3.14 61.5 720v = 2.32m/s1000 6060 100065 ,工时计算:I。=30120mmI =61- -=28.5mm I1 =510mmp2TjIp I I1. i =1 0 v 090 28.5 101000 2.3=0.06min磨削内孔:查文献5表3-107得磨削内孔工艺参数：砂轮速度Vs =2030m/s,取Vs =20m/s.工件速度VW =2050m/min,取VW =30m/min=0.5m/s.光次数：4 次/双行程。

23、选用白刚玉砂轮 砂轮宽度B=16mm ,砂轮直径d=45mm。径向 进给量 f径=0.0050.01 取f径=0.01mm 。轴向 进给量 褊=(0.25 0.7 ) B=4 11.2mm/s ,取"=8mm/s。根据磨削余量得ap=0.225mm 。走刀次数：0.225/0.04=6 (双行程)计算工件转速:60 1000VWn 二二 60 1000 0.5-：d3.14 62=154.1r / min圆整取 n=150r/min.计算砂轮转速:60 1000VS 60 1000 20n =二 d3.14 45=8492r / min工时计算：走 刀长度L=40+2+2=44mm

24、,加工精度系数K=2.44 2Tj = 6 4 K =220s=3.67min .j 84）切槽查文献文献4表3-16选用硬质合金切刀，刀片材料YT5,主切削 刃长度 B=8mm,刀 头长度 L=25mm,刀杆截 面尺寸 12X20.进给量f=0.16 0.21mm/r,取 f=0.2mm/r.查表3-20 取切 削速度 V=1.45m/s.计算主轴转速：60 1000V 60 1000 1.45n = = 426.26r / min .3.14 65根据CA6140 主轴转速得：n=400r/min.则实际切削速度：二 dnv 二1000 60工时计算：3.14 65 40060 1000=

25、1.36m/s.查文献2表2-24得切槽时间计算公式如下:apl1 =(2 -3) =3 mmtan kr1i65 -62l2 l3 = 3 = 4.5 mm232L 4.5Tj = i = 1 =0.06minj fn 0.2 4005）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f=2.22.6mm/r,取f=2.5mm/r.切削速度V=0.5m/s.计算主轴转速：60 1000。53.14 120=79.62r / min根据滚齿机型号可得转速：n=84r/min.

26、则实际切削速度：二 dn 3.14 120 84v 二二二 0.53m /s .1000 6060 1000确定工件转速：n _ 84n1 =3r /min .Z 25工时计算查文献2表2-29得齿轮加工时间计算公式：11 v'h(D -h) +(2 3) = $11.25(12011.25) +2 =36.98mm。12 = 2 -5=3mm。B "1 +心 Z 120 +36.98 + 3125COsB1 I 1)Tj = = 7.14m i njqnfa1 84 2.55夹具设计5.1 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4 61.

27、5H8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 (1X45° )，并要求保证尺寸20 ±0.2和40±0.5以及大、小端面对小615H8 孔的跳动不大于0.05mm。其中端面跳动是加工的重点和难点，也是火 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

28、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。5.2 夹具的设计计算(1)切削力的计算：主切削力：FC =CFc ap f0.75 =2250M0.8M0.240.75 =617N进给抗力：FP =CFp ap0.9 f 0.75 =1950m0.80.9m 0.240.75 =547N p p最大扭矩:dM = Fc d =6172130 =40105Nmm2火紧力的计算:2<2M、I +FFj =Ktan 2Fd式中：电弹簧套与夹具体锥面间的摩擦角，取：tan 3 = 0.1

29、5 ;(|)2a-Fd弹簧套与工件间的摩擦角，取：tan收=0.2； 弹簧套半锥角，a= 6°工件孔径；弹性变形力其中：d3Fd =c y t :.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；A-弹簧套（未胀开时）与工件孔之间的间隙至此可计算出Fdd361 53=C * t ； . =100 615- 5 0.2 = 7 1 0l3323根据计算出Fd的值，可计算出Fj：Fj =K 12M Y 2Fptan弘+ Fd kanQ + 电)+ tan，547 2+ 710

30、 x 0.26 +0.21 = 5369.2N1 12父 40105，6 6 61.5 J=1.5父. '0.25.3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

31、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

32、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