圆柱齿轮加工工艺、车外圆及端面夹具

徐州工程学院机电工程学院课程设计说明书机电工程学院机械制造技术基础课程设计说 明 书课题名称： 圆柱齿轮加工工艺、车外圆及端面夹具 学生姓名： qweweqe 学号： 00000000000 专 业：机械设计制造及其自动化 班级： 00000000班 成 绩： 指导教师签字： 2013年12月27日4前 言齿轮是工业生产中的重要基础零件，其加工质量和加工能力反映一个国家的工业水平。实现齿轮加工的数控化和自动化，加工和检测的一体化是目前齿轮加工的发展趋势。齿轮加工机床系指用齿轮切削工具加工齿轮齿面或齿条齿面的机床及其配套辅机。齿轮机床按加工原理分为两类，仿形法和范成法(或称展成法)。仿形法是用刀具的刀刃形状来保证齿轮齿形的准确性，用单分齿来保证分齿的均匀。范成法是按照齿轮啮合原理进行加工，假想刀具为齿轮的牙形，它在切削被加工齿轮时好似一对齿轮啮合传动，被加工齿轮就是在类似啮合传动的过程中被范成成形的，范成法具有加工精度高，粗糙度值低，生产率高等特点，因而得到广泛应用，范成法按其加工方法和加工对象分为：(1)插齿机：多用于粗、精加工内外啮合的直齿圆柱齿轮，特别适用于双联、多联齿轮，当机床上装有专用装置后，可以加工斜齿圆柱齿轮及齿条。(2)滚齿机：可进行滚铣圆柱直齿轮、斜齿轮、蜗轮及花键轴等加工。(3)剃齿机：按螺旋齿轮啮合原理用剃齿刀带动工件(或工件带动刀具)旋转剃削圆柱齿轮齿面的齿轮再加工机床。(4)刨齿机：用于外啮合直齿锥齿轮加工。(5)铣齿机：用于加工正交、非正交(轴交角不等于90)的弧齿锥齿轮、双曲线锥齿轮加工。(6)磨齿机：用于热处理后各种高精度齿轮再加工。目 录 机械制造技术基础课程设计任务书第一章 齿轮的工艺分析及生产类型的确定 051.1 齿轮的用途 051.2 齿轮技术要求 051.3 审查齿轮的工艺性 061.4 确定齿轮的生产类型 07第二章 确定毛坯、绘制毛坯件图 082.1 选择毛坯 082.2 确定毛坯的尺寸和机械加工余量 082.3 绘制齿轮铸造毛坯简图 09第三章 拟定齿轮工艺路线 10 3.1 定位基准的选择 10 3.2 各表面加工方案的确定 11 3.3 加工阶段的划分 12 3.4 工序的集中与分散 12 3.5 工序顺序的安排 13 3.6 机床设备及工艺装备的选用 14 3.7 确定工艺路线 15第四章 确定加工余量和工序尺寸 16 第五章 确定切削用量及时间定额 17 第六章 夹具设计 20第七章 设计体会 23第八章 参考文献 24徐 州 工 程 学 院机械制造技术基础课程设计任务书机电工程 学院 机设 专业 2 班级 姓名 唐树华 一、设计题目 圆柱齿轮 零件（年产量5000件） 机械加工工艺规程及工艺装备设计 二、设计任务1. 绘制零件图、毛坯图；2. 编制机械加工工艺过程卡；3. 编制工序卡；4. 绘制夹具装配图；5. 编写设计说明书。三、设计时间 2013 年 12 月9 日 至 2013 年 12.月 27 日 指导 教 师 汪菊、郭华锋 教研室主任 李 志 圆柱齿轮，锻造毛坯设计内容计算说明结论第一章齿轮的工艺分析及生产类型的确定1.1 齿轮的用途齿轮是机器中广泛采用的传动零件之一。它通过孔80与传动轴、键相配合来传递动力，改变转速和回转方向。圆柱齿轮用于平行两轴之间的传动。齿轮在啮合时，齿要承受弯曲应力和冲击载荷的作用，因此该零件应具有足够的强度、刚度和韧性，以适应齿轮啮合的工作条件。该齿轮的主要工作表面为齿、孔和键槽，在设计工艺的时应重点予以保证。1.2 齿轮的技术要求齿轮的全部技术要求列于表1中。圆柱齿轮是典型的齿轮零件，其齿轮孔的是主要的装配基准，齿轮孔与传动轴有配合要求，因此加工精度较高；为保证配合精度，轴孔的尺寸为；键槽的宽度尺寸为220.026，键槽高度尺寸为。齿在工作过程中需要承受冲击载荷，为增强其耐磨性，其表面妖气淬火处理，硬度为190217HBS；为保证啮合精度，齿顶圆的尺寸为设计内容计算说明结论。综上所述，该齿轮的各项技术要求指定的较为合理，符合该零件的在工作中的功用。表1 齿轮零件技术要求表加工表面尺寸及偏差/mm公差及精度表面粗糙度Ra/m键槽宽度220.026IT71.6键槽高度IT71.6齿顶圆IT103.2分度圆IT83.280mm孔IT71.650mm孔50IT1012.5齿轮左端面30IT1012.5齿轮右端面30IT1012.51.3 审查齿轮的工艺性 分析齿轮的零件图可知，80mm孔和50孔的断面均为平面，可以防止加工过程中钻头钻偏，以保证加工精度；另外该圆柱齿轮只对齿轮端面、内孔和轮齿的粗糙度要求高，其他表面的粗糙度要求都稍微低些。在零件的加工过程中，由于各加工表面要求的精度等级相差不是很大，采用半精加工即可以保证各加工表面的技术要设计内容计算说明结论求。零件的主要工作面虽然加工精度较高，但也可以在正常的生产条件下，采用较经济的方法保质保量地加工出来。由此可见，该零件工艺性很好。1.4 确定齿轮的生产类型依设计题目知：Q=5000件/年，结合生产实际，备品率a%和废品率b%分别取3%和0.5%。代入公式得N=Q（1+ a%）（1+ b%）=5000件/年（1+ 3%）（1+ 0.5%）=5175.75件/年根据齿轮的质量查表1-4知，该齿轮属轻型零件；再由表1-5知，该齿轮的生产类型为大批生产。设计内容计算说明结论第二章确定毛坯、绘制毛坯简图2.1 选择毛坯由零件要求可知，零件的材料为HT200，考虑到该零件在具体工作的受理情况，为增强圆柱齿轮的强度和较大的承载力，毛坯选用铸件。2.2 确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量1公差等级由齿轮的功用和技术要求，确定该零件的公差等级为普通级。图12机械加工余量设计内容计算说明结论由任务书可知，零件材料为HT200，零件最大尺寸为325，查表2-4至表2-5，可求得齿轮的毛坯选用砂型铸造手工造型，加工余量等级选用H级，进而求的各加工表面的加工余量。2.3 绘制圆柱齿轮铸造毛坯简图 综上所述，毛坯简图如图1所示。设计内容计算说明结论第三章拟定齿轮工艺路线3.1 定位基准的选择基准的选择是工艺规程设计的重要过程之一。基准选择的正确与否，可以使加工质量得到保证，生产效率提高，否则，不但加工工艺过程漏洞百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，使生产无法正常进行，难以在工期内完成加工任务。定位基准有粗基准和精基准之分。通常先确定精基准，然后再确定粗基准。1精基准的选择选择精基准时，主要解决两个问题，即保证加工精度和装夹方便。精基准一般用于中间工序和最终工序中。选择精基准一般应遵循以下几项原则：基准重合原则、基准同一原则、互为基准原则和自为基准原则，除此之外，精基准的选择还应便于工件定位准确、稳定，定位刚度好、变形小，同时还应使夹具结构简单、操作方便。在本齿轮零件的加工过程中，根据精基准的选择原则，应以粗加工后零件轴线为主要的定位精基准。设计内容计算说明结论2粗基准的选择粗基准是工件加工的第一道工序基准，它的选择不仅影响到加工面与不加面的相互位置，影响保证各加工表面有足够的加工余量，而且关系到后续工序能否得到理想的定位基准。因此，在选择粗基准时往往先根据零件的加工要求选择精基准，然后在保证得到所选精基准的前提下确定粗基准表面。选择粗基准一般应遵循一下几项原则：保证相互位置要求的原则、选择不加工表面为基准的原则、合理分配加工余量的原则、便于工件装夹的原则和粗基准一般不得重复使用原则。在本齿轮零件的加工过程中，根据粗基准的选择原则，应以圆柱齿轮的端面为主要的定位粗基准。3.2 各表面加工方案的确定 根据齿轮零件图上各交给你各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，查表1-9、1-10和1-11，确定各加工表面的加工方法如表2。设计内容计算说明结论3.3 加工阶段的划分该圆柱齿轮加工表面质量要求较高，可将加工阶段分成粗加工和半精加工，两个阶段。在粗加工阶段。首先将精基准准备好，使后续工序都可以采用精基准定位加工，保证其它加工表面的精度要求；然后粗车圆柱齿轮端面，外圆，扩中心孔和轮辐孔。表2 齿轮零件各表面加工方案加工表面尺寸精度表面粗糙度加工方案圆柱齿轮端面IT1012.5粗车圆柱齿轮内孔IT71.6扩孔-拉孔圆柱齿轮键槽IT71.6插圆柱齿轮外圆IT103.2粗车-半精车圆柱齿轮分度圆IT73.2滚齿50轮辐孔IT1112.5扩孔3.4 工序的集中与分散选用工序集中原则安排圆柱齿轮的加工工序。该圆柱齿轮的类型为大批量生产，可以采用多刀、多轴等高效机床将工序集中，以提高生产效率；而且运用工序集中原则可以减少工件的装夹次数，有利于提高表面间的位置精度，减少工序间的运输，缩短生产周期；同时工序的减少，减少了设备的数量，相应地减少了操作工人和生产面积。设计内容计算说明结论3.5 工序顺序的安排1机械加工工序 遵循“现基准后其他”原则，首先加工基准圆柱齿轮左端面和内孔。 遵循“先粗后精”原则，对各加工表面都是先安排粗加工工序，后安排精加工工序。 遵循“先主后次”原则，先加工主要表面，后加工次要表面。 遵循“先面后孔”原则，先加工主要表面，后加工孔。2时效处理工序在铸造毛坯成型后进行时效处理，在特定的温度下放置一定的时间，消除铸件的内应力，稳定组织和尺寸，改善其机械性能。3辅助工序 在毛坯成型后，安排时效处理；粗加工后，安排中间检验工序；精加工后，安排去毛刺、终检工序。 综上所述，该圆柱齿轮工序安排顺序为：时设计内容计算说明结论效处理扩孔主要表面粗加工主要表面精加工滚齿和插键槽辅助工序及其检验（参见表3）。表3 齿轮工艺路线及设备、工装的选用工序号工序名称机床设备刀具量具1铸造毛坯2时效处理3扩孔ZK5215扩孔刀游标卡尺4拉孔LYK6115拉刀游标卡尺5粗车CAK613690车刀游标卡尺6半精车CAK6136YT15车刀游标卡尺7滚齿YK38滚齿刀游标卡尺8插组合机床插刀游标卡尺9检验钳工台平锉10剃齿剃齿机剃刀游标卡尺11磨孔ZK5215推刀游标卡尺12倒角YK5714珩刀塞规13终检塞规、百分表、卡尺等3.6 机床设备及其工艺装备的选用1机床设备的选用在大批量生产的条件下，可以选用通用万能设备和数控机床设备。本次工序所选用的机床设备详见表3。2工艺装备的选用设计内容计算说明结论工艺装备主要包括刀具、夹具、量检具和辅具等。本次工序所选刀具、量具详见表3。夹具均采用专用机床夹具。3.7 确定工艺路线归纳以上考虑，制订了齿轮的工艺路线，详见表3。设计内容计算说明结论第四章确定加工余量和工序尺寸4.1 工序3和工序4扩、拉80mm中心孔由表2-23查的，拉孔余量=1mm；扩孔余量=78mm。各工序尺寸按加工精度查表1-10可依次确定为，扩孔为IT10,拉孔为IT7。查标准公差数值表2-30可确定各工步的公差只分别为：拉孔为0.03mm；扩孔为0.012mm。综上所述，工序3和工序4的工序尺寸及公差分别为：拉孔工序尺寸d2=mm；扩孔工序尺寸d1=。4.2 工序5和工序6粗车、半精车325mm外圆由表2-11查的，粗车余量0.2mm；精车余量0.05mm。各工序各工序尺寸按加工精度查表1-10可依次确定为，粗车为IT12,半精车为IT10。查标准公差数值表2-30可确定各工步的公差只分别为：粗车为0.02mm；半精车为0.005。综上所述，工序5和工序6的工序尺寸及公差分别为：半精车d3=；粗车d4=。设计内容计算说明结论第五章确定切削用量及时间定额5.1 切削用量的计算1背吃刀量的选择粗加工时，背吃刀量应根据加工余量和工艺系统刚度来确定。由于是以提高生产率为主要目标，所以在留出半精加工余量后，应尽量将粗加工余量一次切除。一般可达810mm。当遇到断续切削、加工余量太大或不均匀时，则应考虑多次走刀，而此时的背吃刀量应依次递减。精加工时，应根据粗加工留下的余量确定背吃刀量，使精加工余量小而均匀。2进给量f的选择粗加工时对表面粗糙度要求不高，在工艺系统刚度和强度好的情况下，可以选用大一些的进给量；精加工时，应主要考虑工件表面粗糙度要求，一般表面粗糙度数值越小，进给量也要相应的减小。3切削速度v的选择切削速度主要应根据工件和刀具的材料来确定。粗加工时，v主要受刀具寿命的影响和机设计内容计算说明结论床功率的限制。如超出了机床许用功率，则应适当降低切削速度；精加工时，和f选用得都较小，在保证合理刀具寿命的情况下，切削速度应选取的尽可能大，一保证加工精度和表面质量，同事满足生产效率的要求。切削用量选定后，应根据已选定的机床，将进给量f和切削速度v修订成机床所具有的进给量f和转速n，并计算出实际的切削速度v。转速n（r/min）的计算公式为n=1000v/d，式中d刀具（或工件）直径（mm）；v切削速度（m/min）。5.2 工序3扩80mm中心孔 1）确定背吃刀量： 2) 确定进给量：查表5-27和表4-14，取该工步的每转进给量为f=0.8mm/r。 3）计算切削速度：查表5-27，取切削速度v=6.1m/min。由式（5-1）可求得该工序钻头转速，查表4-14对照该工序所选机设计内容计算说明结论床的主轴转速系列，取转速n=97r/min。再将此转速代入式（5-1），可求得该工序的实际钻削速度n=6.3m/min。设计内容计算说明结论第六章夹具设计在机床上加工工件时，为了保证工件的加工表面能达到规定的尺寸和位置公差要求，必须首先使工件占有一个正确的位置。通常把确定工件在机床上或夹具中占有正确位置的过程，称为定位。当工件定位后，为了避免在加工中收到切削力、重力等作用而破坏定位，还应该用一定的机构或装置将工件加以固定。工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的操作，称为夹紧。将工件定位、夹紧的过程称为装夹。工件装夹是否正确、迅速、方便和可靠，将直接影响工件的加工质量、生产效率、制造成本和操作安全。在成批、大量生产中，工件的装夹是通过机床夹具来实现的。用以装夹工件（和引导刀具）的装置，称为机床夹具。机床夹具在生产中应用十分广泛。机床夹具的作用有以下四个方面：（1）保证加工精度 机床夹具能准确确定工件、刀具和机床之间的相对位置，可以保证加工精度，且稳定性好。（2）提高生产效率 机床夹具可快速的将工件定位和夹紧，减少辅助时间。设计内容计算说明结论（3）减轻劳动强度 采用手动、气动和液动等夹紧装置，可以减轻工人的劳动强度。(4)扩大机床的工艺范围 利用机床夹具，可使机床的加工范围扩大。例如，在车床或钻床上使用镗模可以代替镗床镗孔，使其具有镗床的功能。机床夹具的分类(1) 按夹具的应用可分为：通用夹具、专用机床夹具、组合夹具、成组夹具和随行夹具；(2) 按使用机床类型可分为：车床夹具、钻床夹具、磨床夹具、铣床夹具、镗床夹具、组合机床夹具、数控和加工中心机床用夹具等类型；(3) 按夹具动力源可分为：手动夹紧夹具、气动夹紧夹具、液压夹紧夹具等类型； 专用机床夹具的组成专用机床夹具由定位元件，夹紧装置，对刀、导向元件，夹紧连接元件，其他元件及装置和夹具体组成。机床夹具的设计要求(1) 机床夹具的结构应与其用途和生产规模相适应；设计内容计算说明结论(2) 尽量选择标准化零部件；(3) 机床夹具结构应具有足够的刚度、强度和良好的稳定性；(4) 保证使用方便和安全；(5) 有良好的工艺性。本次齿轮车外圆及端面的夹具设计可采用三爪卡盘、心轴、平键和定位套来夹紧定位。在加工的时候先加工齿轮外圆，心轴主要用来限制齿轮零件的四个自由度；平键主要用来限制齿轮零件的自由度；定位套主要用来限制齿轮零件的自由度。夹具零件图和夹具装配图详见图纸3和图纸4。在加工完齿轮外圆的情况下，用三爪卡盘以外圆为定位基准，来加工齿端面、轮辐端面以及中心孔端面。 设计内容计算说明结论第七章设计体会通过这次为期三个星期的机械制造技术基础课程设计的学习，我学到了很多知识。这次对齿轮加工工艺以及车外圆及端面夹具的设计，是检验我们理论联系实际，加强理论知识应用的重要环节。本次课程设计主要经历了两个阶段。即机械加工工艺规程的设计和专用夹具设计。在两个阶段中，我认真的分析零件图，我了解到设计的主要步骤和应用到的知识。比如基准的选用，各种表面的定位以及夹具设计。本次课程设计中，使我在基本理论的综合运用及正确解决实际问题等方面得到了一次较好的训练。提高了我们的思考、解决问题创新设计的能力，为以后的设计工作打下了较好的基础。现在课程设计已经接近尾声，但是我知道还存在很多的问题，需要我们去巩固与加强专业知识方面的学习。当然，实践经验也是很重要的，需要我们理论联系实际的去考虑问题，闭门造车是万万使不得的。与此同时，软件的学习与运用也是必不可少的，这是我们作战的枪支。设计内容计算说明结论第八章参考文献1机械制造技术基础课程设计指导教程，机械工业出版社，邹青，呼咏主编，2012.8重印；2机械制造基础，高等教育出版社，任家隆，李菊丽主编，2012.7重印，第二版；3机械制图，高等教育出版社，何铭新，钱可强主编，2009.1重印，第五版；28