工藝夾具畢業(yè)設(shè)計(jì)1“高速級(jí)斜齒輪”的機(jī)械加工工藝規(guī)程及工藝裝備

機(jī)械制造工藝學(xué) 課程設(shè)計(jì)說明書 設(shè)計(jì)題目： 設(shè)計(jì)“高速級(jí)斜齒輪”的機(jī)械加工工藝規(guī)程及工藝裝備 設(shè) 計(jì) 者：陳勝蘭 （ 05） 指導(dǎo)老師：劉老師、姜老師 邵陽學(xué)院 機(jī)械制造工藝學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 題目：設(shè)計(jì)“高速級(jí)斜齒輪”的機(jī)械加工工藝規(guī)程及工藝裝備 內(nèi)容： 1.零件圖 1 張 2.毛坯圖 1 張 3.機(jī)械加工工藝過程卡片 1 張 4.機(jī)械加工工序卡片 1 套 5.課程設(shè)計(jì)說明書 1 份 班 級(jí)： 2004 級(jí)機(jī)械電子工程 學(xué) 生：陳勝蘭 學(xué) 號(hào)： 05 指導(dǎo)老師：劉老師、姜老師 2005 年 6 月 21 日 序 言 機(jī)械制造工藝學(xué)課程設(shè)計(jì) 是在我們學(xué)完了大學(xué)的全部基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)課以及大部分專業(yè)課之后進(jìn)行的。這是我們?cè)谶M(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)之前對(duì)所學(xué)個(gè)課程的一次深入的綜合性的總復(fù)習(xí)，也是一次理論聯(lián)系實(shí)際的訓(xùn)練，因此 ，它在我們的三年的大學(xué)生活中占有重要的地位。就我個(gè)人而言 ，我希望能通過這次課程設(shè)計(jì)對(duì)自己未來從事的工作進(jìn)行一次適應(yīng)性訓(xùn)練，從中鍛煉自己的分析問題、解決問題的能力，為今后參加祖國的建設(shè)打下一個(gè)良好的基礎(chǔ)。 由于能力所限，設(shè)計(jì)尚有許多不足之處，懇請(qǐng)各位老師給予指導(dǎo)。 設(shè) 計(jì) 目 的 (1)能熟練運(yùn)用機(jī)械制造工藝學(xué)課程中的基本理論以及在生產(chǎn) 實(shí)習(xí) 中學(xué)到的實(shí)踐知識(shí)，正確地解決一個(gè)零件在加工中的定位、夾緊以及工藝路線安排、工藝尺寸確定等問題 (2)提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力。學(xué)生通過設(shè)計(jì)夾具（或量具）的訓(xùn)練、應(yīng)當(dāng)獲得根據(jù)被加工零件的加工要求，設(shè)計(jì)出高效、省力、經(jīng)濟(jì)、合理而能保證加工質(zhì)量的夾具的能力。 (3)學(xué)會(huì)使用手冊(cè)圖表資料。掌握與本設(shè)計(jì)的各種資料的名稱、出處，能夠做到熟練運(yùn)用。 一、零 件 的 分 析 （一） 零件的作用 該齒輪是由齒坯和齒圓兩部分組成的，該齒輪的齒坯部分由內(nèi)外旋轉(zhuǎn)表面和攤槽組成，外圓表面采用粗、 精車削加工即可達(dá)到要求 內(nèi)圓孔表面采用粗鏜、半精鏜、磨等方法加工。 內(nèi)鍵槽插削完成。 由零件圖得知，該零件為高速級(jí)斜齒輪，材料為 20CrMnT; 該材料可承受高穩(wěn)定狀態(tài)下工作的齒輪，因此設(shè)計(jì)選用了低合金鋼材料 20CrMnTi 大模數(shù)，精度較高的特點(diǎn)。 低合金鋼材料，含碳量低較軟，機(jī)械強(qiáng)度和硬度較低，不能承受很大載荷也不耐磨，為提高表面硬度，采用表面滲碳淬火的熱處理工藝。經(jīng)表面滲碳淬火后，齒面能得到很高的硬度，而心部硬度仍低，使保較好的韌性，以適應(yīng)工作性質(zhì) 由零件圖可知毛坯類型應(yīng)選擇為鍛件，該齒輪是高速 級(jí)斜齒輪，工作過程中需要足夠的強(qiáng)度，傳遞一定功率，同時(shí)要耐沖擊，耐磨。軋制鋼材內(nèi)部組織纖維有一定的方向，當(dāng)齒輪受力后容易從纖維間撕裂，齒輪強(qiáng)度較差。采用鍛造的方法，材料內(nèi)部組織形成有利的鍛紋方向，可以提高強(qiáng)度。大批量生產(chǎn)可采用模鍛，中小批量采用自由鍛。 （二）零件的工藝分析 滲碳淬火齒輪不僅材料、結(jié)構(gòu)及技術(shù)要求與普通齒輪有很大不同，而且機(jī)械加工工藝過程也有明顯區(qū)別。 1 該齒輪采用 20CrMnTi 低合金鋼材，經(jīng)滲碳淬火后，齒面硬度可達(dá)HRC5862，且心部又有較高的韌性，既耐磨又能承受沖擊載荷。滲 碳工藝比較復(fù)雜，熱處理后齒輪變形較大，由下表可知：對(duì)高精度齒輪尚需進(jìn)行磨齒，齒圈工藝過程安排為滾齒 淬火 磨齒。 模數(shù) 齒數(shù) 壓力角 螺旋角 徑向變位系數(shù) 公法線平均長度及上下偏差 跨齒數(shù) 精度等級(jí) 配對(duì)齒數(shù) 公差組 I II III 螺旋方向 Mn Z n X WKEwns ewni K 6HL GB10095-88 圖號(hào) HV416-150x24-0125 檢查項(xiàng)目 Fp Ff 左 - 4.5 97 15 20 0.36 173.914 0.118 0.198 13 齒數(shù) 公差或偏差值 0.080 0.014 0.012 2 低碳合金含碳量低，不提高含碳量是淬不硬的，因此按淬硬技術(shù)要求車好毛坯。需要硬的部位留磨量，其余部分應(yīng)放大加工余量，加工余量只需超過滲碳層深度及可。 3 此齒輪內(nèi)孔尺寸精度和表面粗糙度均要求高，其經(jīng)濟(jì)精度為 IT7 級(jí)表面粗糙度為 1.6，表面粗糙度細(xì)或者淬硬內(nèi)孔，其加工方法應(yīng)為磨削，但此時(shí)應(yīng)采用分度圓定心，以保證內(nèi)孔 2 與分度圓同軸。因此工藝過程安排為粗樘 半精樘磨。 4 高速級(jí)斜齒輪共有兩組加工平面 （ 1） 以齒圓表 面加工內(nèi)孔 這組加工表面包括 132+0.04 0 mm，的內(nèi)孔及 1x45的倒角的加工。磨削加工132 +0.04 0 mm 的內(nèi)孔及 140.4+0.3 0 mm 的 鍵槽。 （ 2） 以 132+0.04 0 mm 的內(nèi)孔為中心加工表面 這組加工表面包括： 463.86 0 0.4 mm 的齒面及 1x45倒角，深度為 3mm 的環(huán)行槽及 R2 的圓角，鉆深 100mm 16 的 4 個(gè)通孔，攻 8 個(gè) M16-6H 深 25mm的螺紋孔，插 140.4+0.3 0 的鍵槽。 （ 3）兩端面對(duì)孔 132 +0.04 0 軸線有公差為 0.02 的端面圓跳動(dòng)要求。其表面粗糙度為 1.6。 （ 4）齒頂圓 463.86 0 0.4對(duì)孔 132 +0.04 0 軸線有公差為 0.05 的徑向圓跳動(dòng)要求，其表面粗糙度為 3.2，經(jīng)濟(jì)精度級(jí)為 IT7。 （ 5）鍵槽兩側(cè)對(duì)孔 132 +0.04 0 軸線有公差為 0.03 的對(duì)稱度要求，其表面粗糙度為 6.3，經(jīng)濟(jì)精度為 IT9。 由上分析可知，對(duì)于這兩組加工表面而言，可以先加工其中一組表面，然后借助于專用夾具加工另一組表面，并保證它們之間的位置精度要求。 二、工藝規(guī)程設(shè)計(jì) 一、確定毛坯的制造形式 毛坯的形狀和尺寸越接近成品，機(jī) 毛坯精度越高，則零件的機(jī)械加工勞動(dòng)量越少，材料消耗越少，因而機(jī)械加工的生產(chǎn)率提高，成本降低，但是，毛坯的制作費(fèi)用卻提高了。因此，確定毛坯要以機(jī)械加工和毛坯制造兩方面去綜合考慮，以求得到最佳效果。 零件材料為 20CrMnTi 低合金鋼，考慮到該齒輪在紡織機(jī)械工作中需要有足夠的強(qiáng)度，同時(shí)需要傳遞平穩(wěn)的功率，在選用毛坯時(shí)，其零件的尺寸很大，因此，由查表可得，毛坯選用鍛件，而且該零件確定為單件小批量生產(chǎn)，由此確定其鍛壓方式為自由鍛壓。查機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)表 1-50 確定毛坯的加工總余量為 10mm，毛坯各加工面的加 工余量如表 1 所示： 表 1 各加工表面總余量 加工表面 基本尺寸 （ mm） 加工余量等級(jí) 加工余量數(shù)值 （ mm） 說明 M 面 463.86 0 0.4 G 5 車外圓面 P 面 H 10 平端面，兩邊加工 N 面 110 G 5 鏜內(nèi)孔 132+0.04 0 鍛件主要尺寸的公差如表 2 表 2 主要面寸 零件尺寸 總余量 毛坯尺寸 公差 CT M 面輪廓尺寸 463.86 0 0.4 10 124 0.04 P 面輪闊尺寸 110 10 474 0.4 N 面輪廓尺寸 132+0.04 0 10 110 0.2 . . 二、定位基準(zhǔn)的選擇 基面的選擇是工藝規(guī)程設(shè)計(jì)的重要工作之一，基面的選擇正確與合理，可以使加工質(zhì)量得到保證，生產(chǎn)效率得以提高。否則，加工工藝過程中會(huì)問題百出，更有甚至?xí)斐闪慵?bào)廢，使生產(chǎn)無法正常進(jìn)行。 （ 1） 粗基準(zhǔn)的選擇 根據(jù)粗基準(zhǔn)一般不重復(fù)原則，根據(jù)粗基準(zhǔn)通常知選擇一次，結(jié)合零件圖，對(duì)于盤類零件粗基準(zhǔn)一般選用外圓面定位是完全合理的，對(duì)于該零件來說，以 463.86 0 0.4的外圓作為粗基準(zhǔn)，加工孔 132+0.04 0 。 （ 2） 精基準(zhǔn)的選擇 根據(jù)精基準(zhǔn)的選擇原則， 精基準(zhǔn)的選擇主要應(yīng)該考慮基準(zhǔn)重合和減少定位誤差，保證加工精度和安裝方便準(zhǔn)確的問中心題。當(dāng)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合時(shí)，應(yīng)該進(jìn)行換算， 避免不重合不統(tǒng)一，對(duì)于本零件而言，在內(nèi)孔 132+0.04 0 加工后， 這樣可以做到基準(zhǔn)重合， 可保證齒頂圓 463.86 0 0.4對(duì)孔 132+0.04 0 軸線的徑向圓跳動(dòng)要求和端面對(duì)孔 132+0.04 0 軸線的端面圓跳動(dòng)要求。因此 ，在加工過程中，以內(nèi)孔定位是完全合理的。 并且采用基準(zhǔn)統(tǒng)一進(jìn)行加工還可以減少夾 具種類，降低夾具設(shè)計(jì)制造費(fèi)用的作用。 三、制定工藝路線 制定工藝路線的出發(fā)點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)時(shí)使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求能得到合理的保證。在生產(chǎn)綱領(lǐng)已確定為單件小批量生產(chǎn)的條件下，可以考慮采用機(jī)床配以專用工夾具，并盡量使工序集中來提高效率。除此以外，還應(yīng)當(dāng)考慮經(jīng)濟(jì)效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。根據(jù)各表面加工要求和各種加工方法能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)精度，卻定各表面的加工方法如下： M 面：粗車 精車 磨 N 面：粗鏜 精鏜 磨 P 面：車 工藝路線的確定 工序號(hào) 工序內(nèi)容 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 鍛造 正火 平端面，粗鏜內(nèi)孔 132+0.04 0 mm 內(nèi)孔定位，粗車外圓 463.8460 -0.4mm 車環(huán)形槽，倒圓角 精車外圓，倒角 刻 2.7x4 字 鉆孔，攻絲 插鍵槽 滾齒 齒形表面滲碳 12 13 14 15 16 齒面淬火，低溫回火 磨齒面 以分度圓定位，磨內(nèi)孔 檢驗(yàn) 入庫 圖 1 零件的毛坯圖 四、機(jī)械加工余量及工序尺寸的確定 由零件圖和毛坯尺寸可分別確定各加工表面的機(jī)械加工余量及工序尺寸 外圓面 463.8460 -0.4mm 及內(nèi)孔 132+0.04 0 mm 的加工 查機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)得： 外圓面的加工直徑余量為 3.5 其端面的加工余量為 3.5 。 查簡明機(jī)械加工工藝手冊(cè)表 1 13 得 鏜孔0.35（表 1-27）， 查機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)得：粗車后粗車端面余量為 1.3mm，即 pZ精=1.5mm 已知 P 面（由圖一）加工總余量為pZ總=5，因此由計(jì)算得：平端面需粗車余量為： pZ粗=pZ總-2xpZ精=7mm 粗車 P 面工序中以 N 內(nèi)孔定位，到 N 孔軸線（ W）面的工序尺寸即為設(shè)寸： pwX 精=16509230 0.22 由查表得：粗加工公差等級(jí)為 IT12IT13 取 IT=12 其公差為 0.4mm 所以 pWT 粗=167.423 0.2mm 校核精車余量pZ精minpZ精=minpWZ 精-maxpwZ 精= （ 167.423 0.2） -（ 1650923+0） =1.7mm 故余量足夠。 1、 鍵槽 要求鍵槽相對(duì)于內(nèi)孔有對(duì)稱度要求，即采用內(nèi)孔定位，尺寸鏈有計(jì)算要求，其尺寸鏈計(jì)算如下： 內(nèi)孔尺寸 Ao=132+0.04 0 mm 鍵槽深度 A2=140.4+0.3 0 插鍵槽尺寸 A1，由尺寸鏈計(jì)算方法得： A1=A2-A0 則 A1=140.4 -132=7.6 mm ES0=ESA2 - EIA1=0.3 - EIA1=0.04 所以 EIA1= -0.1mm EI0=EIA2 - ESA1=0 - ESA1=0 則 ESA1=0 所以插鍵槽的余量為 A1=7.6 0 -0.1mm 2、滾齒 由內(nèi)孔定位，其經(jīng)濟(jì)精度為界于 IT7IT8，則滾齒的加工余量 0.2，齒 表面粗糙度為 3.2，其分度圓的 表面粗糙度為 0.8，磨齒面的加工余量 0.23 （表 1 42） 3、鉆螺紋孔 由于毛坯為實(shí)心，不沖出孔，參照工藝手冊(cè)確定孔的尺寸及鉆孔 16， 加工余量 Z=6mm 4、攻絲 查表 3 124 絲錐選擇為機(jī)用絲錐，其加工符合零件要求 （五）確定切削用量及基本工時(shí) 工序 1、平端面 1. 加工條件 工件材料 20CrMnTi b =1.1Gpa 鍛壓 加工要求： 粗車端面及外圓面 機(jī)床： C512A 立式車床 刀具、刀片材料 車刀：刀片材料牌號(hào) YT15, 刀桿尺寸 25x40mm 2. 計(jì)算切削余量： (1)粗車 463.846 查表計(jì)算得：加工余量為 7 (2)進(jìn)給量 查 機(jī)械制造工藝手冊(cè)表 3 13 得 f=1.2mm r (3)切削速度 按切削用量手冊(cè)表 1.27 得 Vc=1.9mm 3. 選擇刀具 （ 1） 選擇直頭焊接式外圓車刀（最好選擇機(jī)夾可轉(zhuǎn)位車刀） （ 2） 查切削用量手冊(cè)表 1 確定刀桿尺寸為： 25x40mm （ 3） 由切削用量手冊(cè)表 2 確定刀具的材料 粗車為鍛件毛坯，因此可選擇 YT15 牌號(hào)的硬質(zhì)合金刀具 （ 4） 車刀幾何形狀：選擇卷屑槽帶倒棱前刀面，rK=60，2rK=10， =6卷屑槽尺寸為 Rn=5mm， Wn=5mm,dn=0.7mm 4 確定機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速 1000 1 0 0 0 1 0 8 . 6 5 3 2 m i n65cs wvnrd 按機(jī)床說明書（見工藝手冊(cè)表 4.2.8），與 532r/min 相近的機(jī)床轉(zhuǎn)速為480r/min 及 600r/min。先選取wn 600 r/min。如果選wn 480 r/min，則速度損失太大 。 所以是實(shí)際切削速度 v=1.44m/s 5 切削工時(shí) 按 工藝手冊(cè)表 6.2-1。 L= 65 402=12.5（ mm）， L1=2mm， L2=0mm， L3=0mm tm= 1 2 3ul l l l inf 12.5 2600*0.5=0.096（ min） 工序 2 粗鏜內(nèi)孔 132+0.06 0 ，倒角 1x45 因?yàn)閮?nèi)孔的 132+0.06 0 粗糙度為 1.60,則需要進(jìn)行粗 精加工。 機(jī)床： T612 金剛鏜床。 刀具 刀片材料牌號(hào) YT15 （ 1）粗鏜孔至 129mm,單邊余量 Z=1.5mm,一次鏜去全部余量 ,a mmp 5.1 進(jìn)給量： F=1.5mm/r。 根據(jù)有關(guān)手冊(cè)，確定鏜床的切削速度為 v=100m/min,則 m i n )/(24.159200 10010001000 rD vn w 主軸的切削速度查表可得： n=234.12m/min。 (2)檢驗(yàn)機(jī)床功率 主削力 Fc 按 表 1.29 所示示公式計(jì)算 : Fcncyxpz kvfaF FccFzF其中 300ZFC, 0.1ZFx , 75.0Fzy ,f=2.3,n=-0.5, 35.0)650( bM pk 1.19 1079b , 0.1KVk. 則)(98.37810.119.136.1460.13.23008.9 15.075.00.1 NF Z 切削時(shí)消耗的功率為 )(22.9106 36.14698.3781106 44 KWvFP cZC 由切削手冊(cè)表 1。 30 中 C630 機(jī)床說明書可知， C630 主電動(dòng)機(jī)功率為 13.34KW。當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速為 82.84r/min 時(shí) ,主軸的最大功率為 10.12KW.所以機(jī)床足夠可以正常加工 . (3) 校驗(yàn)機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)強(qiáng)度 已知主切力 )(98.37810.119.136.1460.13.23008.9 15.075.00.1 NF Z ,徑向切 削力 zF 按按 表 1.29 所示示公式計(jì)算 : FYnyxpFy kvfaCF FYFYYY 8.9其中 243FYC , 9.0FYX , 6.0FYY ,n=-0.3， 0.1KRK 98.1)650( bmK Fy= 76.21880.198.136.1460.13.22438.9 3.06.09.0 。而 軸向切削力FXnYxpFXx KVfaCF FXFX8.9。 其中 339FXC ， 0.1FXX ， 5.0FXY ， n=-0.4 66.1)650( bmK , 0.1KRK )(78.17750.166.136.1460.13.23398.9 4.05.00.1 NF X 取機(jī)床與床鞍之間摩擦系數(shù) =0.1,則切削力在縱向進(jìn)給方向?qū)M(jìn)給機(jī)構(gòu)的作用力為 : 85.2372)( YZX FFFF 由于生產(chǎn)類型為單件小批量生產(chǎn)，故加工設(shè)備宜選用普通機(jī)床。其生產(chǎn)方 為以普通機(jī)車加專用夾具為主。工件在機(jī)床上的裝卸及各機(jī)床間的傳遞均由人工完成。 平端面 粗鏜內(nèi)孔 平端面 粗車外圓 考慮工件的定位夾緊，因?yàn)樵摿慵叽绱?，查機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)得選擇 C512A 立式車床。根據(jù)零件的材料查切削用量手冊(cè)表 2 其刀具可選用為 Y15 牌號(hào)硬質(zhì)合金刀具。查表 1 確定刀桿尺寸： 25x40mm 夾具為專用夾具，量具為游標(biāo)卡尺。 （ 1）切削工時(shí)，按工藝手冊(cè)表 6.2 1。 L 65 402 12.5（ mm）， L1=2mm， L2=0,L3=0 1 2 3 1 2 . 5 2 2 0 . 0 9 6 m i n6 0 0 0 . 5mwl l l ltinf （ 2）計(jì)算切削速度 見切削手冊(cè)表 1.27 0 . 2 0 . 1 5 0 . 3 52421 . 4 4 0 . 8 0 . 8 1 0 . 9 76 0 1 . 5 0 . 51 1 6 / m i nvvncvxympcvkT a fm （ 3）確定主軸轉(zhuǎn)速 1000 1 0 0 0 1 1 6 5 6 8 / m i n65cs wvnrd 按機(jī)床選取 n 600r/min 所以實(shí)際切削速度 6 5 6 0 0 1 2 2 / m i n1 0 0 0 1 0 0 0dnvm （ 4）檢驗(yàn)機(jī)床功率 主切削刀cF按切削手冊(cè)表 1.29 所示公式計(jì)算 F F Fc c