工藝夾具畢業(yè)設計1“高速級斜齒輪”的機械加工工藝規(guī)程及工藝裝備

機械制造工藝學 課程設計說明書 設計題目： 設計“高速級斜齒輪”的機械加工工藝規(guī)程及工藝裝備 設 計 者：陳勝蘭 （ 05） 指導老師：劉老師、姜老師 邵陽學院 機械制造工藝學課程設計任務書 題目：設計“高速級斜齒輪”的機械加工工藝規(guī)程及工藝裝備 內容： 1.零件圖 1 張 2.毛坯圖 1 張 3.機械加工工藝過程卡片 1 張 4.機械加工工序卡片 1 套 5.課程設計說明書 1 份 班 級： 2004 級機械電子工程 學 生：陳勝蘭 學 號： 05 指導老師：劉老師、姜老師 2005 年 6 月 21 日 序 言 機械制造工藝學課程設計 是在我們學完了大學的全部基礎課、技術基礎課以及大部分專業(yè)課之后進行的。這是我們在進行畢業(yè)設計之前對所學個課程的一次深入的綜合性的總復習，也是一次理論聯(lián)系實際的訓練，因此 ，它在我們的三年的大學生活中占有重要的地位。就我個人而言 ，我希望能通過這次課程設計對自己未來從事的工作進行一次適應性訓練，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打下一個良好的基礎。 由于能力所限，設計尚有許多不足之處，懇請各位老師給予指導。 設 計 目 的 (1)能熟練運用機械制造工藝學課程中的基本理論以及在生產(chǎn) 實習 中學到的實踐知識，正確地解決一個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)提高結構設計能力。學生通過設計夾具（或量具）的訓練、應當獲得根據(jù)被加工零件的加工要求，設計出高效、省力、經(jīng)濟、合理而能保證加工質量的夾具的能力。 (3)學會使用手冊圖表資料。掌握與本設計的各種資料的名稱、出處，能夠做到熟練運用。 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外旋轉表面和攤槽組成，外圓表面采用粗、 精車削加工即可達到要求 內圓孔表面采用粗鏜、半精鏜、磨等方法加工。 內鍵槽插削完成。 由零件圖得知，該零件為高速級斜齒輪，材料為 20CrMnT; 該材料可承受高穩(wěn)定狀態(tài)下工作的齒輪，因此設計選用了低合金鋼材料 20CrMnTi 大模數(shù)，精度較高的特點。 低合金鋼材料，含碳量低較軟，機械強度和硬度較低，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，以適應工作性質 由零件圖可知毛坯類型應選擇為鍛件，該齒輪是高速 級斜齒輪，工作過程中需要足夠的強度，傳遞一定功率，同時要耐沖擊，耐磨。軋制鋼材內部組織纖維有一定的方向，當齒輪受力后容易從纖維間撕裂，齒輪強度較差。采用鍛造的方法，材料內部組織形成有利的鍛紋方向，可以提高強度。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、結構及技術要求與普通齒輪有很大不同，而且機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 碳工藝比較復雜，熱處理后齒輪變形較大，由下表可知：對高精度齒輪尚需進行磨齒，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 配對齒數(shù) 公差組 I II III 螺旋方向 Mn Z n X WKEwns ewni K 6HL GB10095-88 圖號 HV416-150x24-0125 檢查項目 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，因此按淬硬技術要求車好毛坯。需要硬的部位留磨量，其余部分應放大加工余量，加工余量只需超過滲碳層深度及可。 3 此齒輪內孔尺寸精度和表面粗糙度均要求高，其經(jīng)濟精度為 IT7 級表面粗糙度為 1.6，表面粗糙度細或者淬硬內孔，其加工方法應為磨削，但此時應采用分度圓定心，以保證內孔 2 與分度圓同軸。因此工藝過程安排為粗樘 半精樘磨。 4 高速級斜齒輪共有兩組加工平面 （ 1） 以齒圓表 面加工內孔 這組加工表面包括 132+0.04 0 mm，的內孔及 1x45的倒角的加工。磨削加工132 +0.04 0 mm 的內孔及 140.4+0.3 0 mm 的 鍵槽。 （ 2） 以 132+0.04 0 mm 的內孔為中心加工表面 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 個通孔，攻 8 個 M16-6H 深 25mm的螺紋孔，插 140.4+0.3 0 的鍵槽。 （ 3）兩端面對孔 132 +0.04 0 軸線有公差為 0.02 的端面圓跳動要求。其表面粗糙度為 1.6。 （ 4）齒頂圓 463.86 0 0.4對孔 132 +0.04 0 軸線有公差為 0.05 的徑向圓跳動要求，其表面粗糙度為 3.2，經(jīng)濟精度級為 IT7。 （ 5）鍵槽兩側對孔 132 +0.04 0 軸線有公差為 0.03 的對稱度要求，其表面粗糙度為 6.3，經(jīng)濟精度為 IT9。 由上分析可知，對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)程設計 一、確定毛坯的制造形式 毛坯的形狀和尺寸越接近成品，機 毛坯精度越高，則零件的機械加工勞動量越少，材料消耗越少，因而機械加工的生產(chǎn)率提高，成本降低，但是，毛坯的制作費用卻提高了。因此，確定毛坯要以機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械工作中需要有足夠的強度，同時需要傳遞平穩(wěn)的功率，在選用毛坯時，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。查機械制造工藝設計手冊表 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 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、定位基準的選擇 基面的選擇是工藝規(guī)程設計的重要工作之一，基面的選擇正確與合理，可以使加工質量得到保證，生產(chǎn)效率得以提高。否則，加工工藝過程中會問題百出，更有甚至會造成零件報廢，使生產(chǎn)無法正常進行。 （ 1） 粗基準的選擇 根據(jù)粗基準一般不重復原則，根據(jù)粗基準通常知選擇一次，結合零件圖，對于盤類零件粗基準一般選用外圓面定位是完全合理的，對于該零件來說，以 463.86 0 0.4的外圓作為粗基準，加工孔 132+0.04 0 。 （ 2） 精基準的選擇 根據(jù)精基準的選擇原則， 精基準的選擇主要應該考慮基準重合和減少定位誤差，保證加工精度和安裝方便準確的問中心題。當設計基準與工序基準不重合時，應該進行換算， 避免不重合不統(tǒng)一，對于本零件而言，在內孔 132+0.04 0 加工后， 這樣可以做到基準重合， 可保證齒頂圓 463.86 0 0.4對孔 132+0.04 0 軸線的徑向圓跳動要求和端面對孔 132+0.04 0 軸線的端面圓跳動要求。因此 ，在加工過程中，以內孔定位是完全合理的。 并且采用基準統(tǒng)一進行加工還可以減少夾 具種類，降低夾具設計制造費用的作用。 三、制定工藝路線 制定工藝路線的出發(fā)點，應當時使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術要求能得到合理的保證。在生產(chǎn)綱領已確定為單件小批量生產(chǎn)的條件下，可以考慮采用機床配以專用工夾具，并盡量使工序集中來提高效率。除此以外，還應當考慮經(jīng)濟效果，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到的經(jīng)濟精度，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 工序內容 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 鍛造 正火 平端面，粗鏜內孔 132+0.04 0 mm 內孔定位，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，磨內孔 檢驗 入庫 圖 1 零件的毛坯圖 四、機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械加工余量及工序尺寸 外圓面 463.8460 -0.4mm 及內孔 132+0.04 0 mm 的加工 查機械制造工藝設計手冊得： 外圓面的加工直徑余量為 3.5 其端面的加工余量為 3.5 。 查簡明機械加工工藝手冊表 1 13 得 鏜孔0.35（表 1-27）， 查機械制造工藝設計手冊得：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 內孔定位，到 N 孔軸線（ W）面的工序尺寸即為設寸： pwX 精=16509230 0.22 由查表得：粗加工公差等級為 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 要求鍵槽相對于內孔有對稱度要求，即采用內孔定位，尺寸鏈有計算要求，其尺寸鏈計算如下： 內孔尺寸 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 由內孔定位，其經(jīng)濟精度為界于 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 由于毛坯為實心，不沖出孔，參照工藝手冊確定孔的尺寸及鉆孔 16， 加工余量 Z=6mm 4、攻絲 查表 3 124 絲錐選擇為機用絲錐，其加工符合零件要求 （五）確定切削用量及基本工時 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 機床： C512A 立式車床 刀具、刀片材料 車刀：刀片材料牌號 YT15, 刀桿尺寸 25x40mm 2. 計算切削余量： (1)粗車 463.846 查表計算得：加工余量為 7 (2)進給量 查 機械制造工藝手冊表 3 13 得 f=1.2mm r (3)切削速度 按切削用量手冊表 1.27 得 Vc=1.9mm 3. 選擇刀具 （ 1） 選擇直頭焊接式外圓車刀（最好選擇機夾可轉位車刀） （ 2） 查切削用量手冊表 1 確定刀桿尺寸為： 25x40mm （ 3） 由切削用量手冊表 2 確定刀具的材料 粗車為鍛件毛坯，因此可選擇 YT15 牌號的硬質合金刀具 （ 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 確定機床主軸轉速 1000 1 0 0 0 1 0 8 . 6 5 3 2 m i n65cs wvnrd 按機床說明書（見工藝手冊表 4.2.8），與 532r/min 相近的機床轉速為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 。 所以是實際切削速度 v=1.44m/s 5 切削工時 按 工藝手冊表 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 粗鏜內孔 132+0.06 0 ，倒角 1x45 因為內孔的 132+0.06 0 粗糙度為 1.60,則需要進行粗 精加工。 機床： T612 金剛鏜床。 刀具 刀片材料牌號 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 進給量： F=1.5mm/r。 根據(jù)有關手冊，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)檢驗機床功率 主削力 Fc 按 表 1.29 所示示公式計算 : 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 切削時消耗的功率為 )(22.9106 36.14698.3781106 44 KWvFP cZC 由切削手冊表 1。 30 中 C630 機床說明書可知， C630 主電動機功率為 13.34KW。當主軸轉速為 82.84r/min 時 ,主軸的最大功率為 10.12KW.所以機床足夠可以正常加工 . (3) 校驗機床進給系統(tǒng)強度 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 取機床與床鞍之間摩擦系數(shù) =0.1,則切削力在縱向進給方向對進給機構的作用力為 : 85.2372)( YZX FFFF 由于生產(chǎn)類型為單件小批量生產(chǎn)，故加工設備宜選用普通機床。其生產(chǎn)方 為以普通機車加專用夾具為主。工件在機床上的裝卸及各機床間的傳遞均由人工完成。 平端面 粗鏜內孔 平端面 粗車外圓 考慮工件的定位夾緊，因為該零件尺寸大，查機械制造工藝設計手冊得選擇 C512A 立式車床。根據(jù)零件的材料查切削用量手冊表 2 其刀具可選用為 Y15 牌號硬質合金刀具。查表 1 確定刀桿尺寸： 25x40mm 夾具為專用夾具，量具為游標卡尺。 （ 1）切削工時，按工藝手冊表 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）計算切削速度 見切削手冊表 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）確定主軸轉速 1000 1 0 0 0 1 1 6 5 6 8 / m i n65cs wvnrd 按機床選取 n 600r/min 所以實際切削速度 6 5 6 0 0 1 2 2 / m i n1 0 0 0 1 0 0 0dnvm （ 4）檢驗機床功率 主切削刀cF按切削手冊表 1.29 所示公式計算 F F Fc c