X6232C齿轮加工工艺及其齿轮夹具和刀具设计

学 院 毕 业 设 计（论 文）说 明 书 题 目 夹具和刀具设计 学 生 系 别 机 电 工 程 系 专 业 班 级 机械设计制造及自动化 机制 级 1 班 学 号 指 导 教 师 学院本科毕业（设计）论文 I 摘 要 此篇论文主要内容是对 床齿轮的 加工工艺路线进行的研究、设计，其中包括了各道工序的加工方法，机床、刀具、夹具、辅具的选择，基准面的选取，定位和夹紧方案的拟定；以及对 插齿工序中所使用的专用 夹具 和刀具 进行 了研究设计。此次 设计 的主要内容在于如何使加工工序简单化、降低加工难度，从而达到提高产品加工效率，加快产品上市时间的目的。 关键词 工 序， 插齿，齿轮，夹具，刀具 周 ： is of 6232C a of of is to up 学院本科毕业（设计）论文 录 摘 要 . I . 一章 轮的加工工艺 . 2 6232C 齿轮的工艺分析 . 2 6232C 齿轮的工艺要求 . 2 定毛坯的制造形式 . 2 定定位基准 . 3 基准的选择 . 3 基准选择的原则 . 3 确定各表面加工方案 . 4 选择各表面及孔的加工方法时，要综合考虑以下因素 . 4 件表面加工方法的选择 . 5 艺路线的拟订 . 5 序的合理组合 . 5 工阶段的划分 . 6 艺路线 . 7 定 轮的偏差，机械加工余量及毛坯尺寸，设计毛坯图 . 8 坯形状、尺寸确定的要求 . 8 定机械加工余量 . 8 定毛坯尺寸 . 9 计毛坯图 . 9 序设计 . 11 择加工设备 . 11 定工序尺寸 . 12 定切削用量及基本时间（机动时间） . 13 工序 (车端面、外圆 )切削用量及基本时间的确定 . 13 工序 (车端面、外 圆 )切削用量及基本时间的确定 . 15 工序 (车端面、外圆 )切削用量及基本时间的确定 . 16 工序 (车端面、外圆及倒角 )切削用量及基本时间的确定 . 17 工序 (钻孔、扩孔及倒角 )切削用量及基本时间的确定 . 18 工序 (钻孔 )切削用量及基本时间的确定 . 19 工序 (插齿 )切削用量及基本时间的确定 . 19 工序 (插键槽 )切削用量及基本时间的确定 . 20 工序 (攻螺纹 )切削用量及基本时间的确定 . 20 第二 章 夹具设计 . 22 究原始资料 . 22 具设计 . 22 位基准的选择 . 22 削力及夹紧力计算 . 22 位误差分析 . 23 具设计及操作的简要说明 . 24 第三章 刀具设计 . 25 具材料的选择 . 25 周 ： 具设计 . 25 具结构设计的普遍原则 . 25 件主要参数的确定 . 26 轭齿轮主要参数的确定 . 26 具的设计和主要参数计算 . 27 总 结 . 32 参 考 文 献 . 34 致 谢 . 35 学院本科毕业（设计）论文 1 前言 毕业设计是在我们学完了大学的全部的基础课、技术课以及大部分专业之后进行的。同时结合社会实践，金工实习，毕业实习的知识对机械加工制造的全面总结，也是我们在毕业之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习 ,也是一次理论联系实际的训练。因此 ,它在我们四年的大学生活中有重要的地位。 就我个人而言 ,我希望通过这次毕业设计对自己未来从事的工作进行一次适 应性的训练从中锻炼自己分析问题 ,解决问题的能力 ,为今后的工作打下坚实的基础。 就工艺编制而言，加工工艺由零件特点，技术要求，加工工艺过程卡，工艺分析和质量评定等五个部分。工艺分析中对过程卡的工艺路线，热处理安排及所用的夹具、刀具进行合理的分析选用。从而保证加工的各种精度要求。 就夹具设计而言，首先应该明确它的要求。夹具是在金属切削加工中，用以准确地确定工件位置，并将其牢固夹紧。夹具的设计是为了保证工件的加工质量，提高加工效率，减轻劳动强度，充分发挥和扩大机床的工艺性能。在夹具设计整个过程中，始终 要贯穿这样的思想。 就刀具设计而言 ，刀具的全部结构要素都应以充分发挥刀刃的切削作用为目的。刀具的结构是为刀刃服务的。因而刀具结构的好坏是看其是否充分发挥了刀刃的切削性能。结构要简明实用，工艺性好，便于制造，易于推广。因此除要求联接环节，调节环节，接合面和各机构元件尽可能少外，还要考虑元件的制造工艺性 整本说明书包含了 工艺、 夹具设计 、刀具设计 的所有详细过程，并附有公式计算的详尽过程和图表，使读者能够更清晰的了解夹具设计的全程。编写这本说明书，参考了许多资料，并且得到了指导老师 张良栋 老师的细心指导，以及本 班同学的相互探讨，还有机自教研室的其他老师的指导，在此致谢。 由于水平有限，错误和不足之处在所难免，恳请各位老师批评指正。 编者 二 第一章 轮的加工工艺 2 第一章 轮的加工工艺 6232C 齿轮的工艺分析 轮是 床上重要的传动零件之一，其零件尺寸小，结构也不是很复杂。齿轮零件图样的视图正确、完整，尺寸、公差及技术要求齐全。本零件各表面粗糙度在 所以 各表面的加工并不困难。关于位置在外圆柱面上宽度为3 55 处的槽表面粗糙度没做要求， 3槽主要用做油槽用，位置精度不需要太高的要求，所以加工也不成问题。基准孔 28 7H 求 很容易加工，对于纹用两端面定位，纵向不要求位置精度，加工亦没什么问题。因为其尺寸精度、几何形状精度和相互位置精度，以及各表面的表面质量均影响机器或部件的装配质量，进而影响其性能与工作寿命，因此它的加工是非常关键和重 要的。 6232C 齿轮的工艺要求 一个好的结构不但要应该达到设计要求，而且要有好的机械加工工艺性，也就是要有加工的可能性，要便于加工，要能够保证加工质量，同时使加工的劳动量最小。而设计和工艺是密切相关的，又是相辅相成的。设计者要考虑加工工艺问题。工艺师要考虑如何从工艺上保证设计的要求。 图 1轮零件图 定毛坯的制造形式 齿轮是 床上主要传动零件之一， 可以传递空间 平行 两轴间的运动和动力，所以 要求 其 具有一定的强度。零件材料为 40廓尺寸不大，形状亦不复杂 ， 又 属于 学院本科毕业（设计）论文 3 小批量生产 ，所以可以选择自由锻毛坯。 毛坯尺寸通过确定加工余量后决定。 定定位基准 基准的选择 选择粗基准时，考虑的重点是如何保证各加工表面有足够的余量，使不加工表面与加工表面间的尺寸、位置符合图纸要求。 粗基准选择应当满足以下要求： 粗基准的选择应以不加工表面为粗基准。目的是为了保证加工面与不加工面的相互位置关系精度。如果工件上表面上有好几个不需加工的表面，则应选择其中与加工表面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。以求壁厚均匀、外形对称、少装夹等。 选择加工余量要求均匀 的重要表面作为粗基准。例如： 轮的外圆面是重要表面 。因而在加工时选择 外圆面 作为粗基准，加工 齿轮的端面 ，再以 加工出的 端面作为精基准加工 外圆面 。这样就能保证均匀地去掉较少的余量，使表层保留而细致的组织，以增加耐磨性。 应选择加工余量最小的表面作为粗基准。这样可以保证该面有足够的加工余量。 应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准，以保证定位准确夹紧可靠。有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜选作粗基准，必要时需经初加工。 粗基准应避免重复使用，因为粗基准的表面大多数是粗糙不规则的。 多次使用难以保证表面间的位置精度。 由于本齿轮零件全部表面都需要加工，而孔作为精基准应先加工，因此应选择外圆及一端面为粗基准。外圆 处为分模面，表面不平整有飞边等缺陷，定位不可靠，故不能选为粗基准，所以应选择外面 70及左端面作为 轮加工的粗基准。 基准选择的原则 基准重合原则。即尽可能选择设计基准作为定位基准。这样可以避免定位基准与设计基准不重合而引起的基准不重合误差。 基 准统一原则，应尽可能选用统一的定位基准。基准的统一有利于保证各表面间的位置精度，避免基准转换所带来的误差，并且各工序所采用的夹具比较统一，从而第一章 轮的加工工艺 4 可减少夹具设计和制造工作。 互为基准的原则。选择精基准时，有时两个被加工面，可以互为基准反复加工。例如：对淬火后的齿轮磨齿，是以齿面为基准磨内孔，再以孔为基准磨齿面，这样能保证齿面余量均匀。 自为基准原则。有些精加工或光整加工工序要求余量小而均匀，可以选择加工表面本身为基准。 此外，还应选择工件上精度高。尺寸较大的表面为精基准，以保证定位稳固可靠。并考虑工件装 夹和加工方便、夹具设计简单等。本零件属于圆柱齿轮，类型属于单联性，孔是其设计基准（亦是装配基准和测量基准），为避免由于基准不重合而产生的误差，应选孔为定为基准，即遵循“基准重合”的原则。具体就是选择 28及左端面作为轮加工的精基准。 确定各表面加工方案 一个好的结构不但应该达到设计要求，而且要有好的机械加工工艺性，也就是要有加工的可能性，要便于加工，要能保证加工的质量，同时是加工的劳动量最小。设计和工艺是密切相关的，又是相辅相成的。对于我们设计 轮的加工工艺来说，应选择能够满足孔系加工精度要求的加工方法及设备。除了从加工精度和加工效率两方面考虑以外，也要适当考虑经济因素。在满足精度要求及生产率的条件下，应选择价格较底的机床。 选择各表面及孔的加工方法时，要综合考虑以下因素 要考虑加工表面的精度和表面质量要求，根据各加工表面的技术要求，选择加工方法及分几次加工。 根据生产类型选择，在大批量生产中可用 高效 率的设备。在单件小批量生产中则常用通用设备和一般的加工方法。如： 轮内孔 加工，在小批量生产时，采用钻、扩、铰加工方法；而在大批量生产时采 用拉削加工。 要考 虑被加工材料的性质 。 要考虑工厂或车间的实际情况，同时也应考虑不断改进现有加工方法和设备，推广新技术，提高工艺水平。 此外，还要考虑一些其它因素，如加工表面物理机械性能的特殊要求，工件形状和重量等。 学院本科毕业（设计）论文 5 件表面加工方法的选择 本零件的加工面有外圆、内孔、端面、齿面、槽及螺纹孔，材料为 40度参考文献 2机械制造工艺设计简明手册有关资料可以确定其加工方法选择如下： （ 1） 70圆面 ，表面粗糙度为 需进行粗车半精车精车 （查参考文献 2 表 （ 2） 3槽和 55沟槽，未注表面粗糙度，分析其作用主要做油槽用，所以粗车即可 （参考文献 2表 （ 3） 28孔，表面粗糙度为 需进行钻孔扩孔铰孔 （参考文献 2表 （ 4） 纹孔为一般精度的内螺纹，可采用 高速钢机动丝锥 来攻螺纹，需进行钻孔攻螺 纹 （参考文献 2表 （ 5） 右端面表面粗糙度为 需进行粗车半精车精车，左端面表面粗糙度为 需进行粗车半精车 （参考文献 2表 （ 6） 齿面：齿轮模数为 数为 31，精度等级为 7，表面粗糙度为 用设计出的插齿刀具进行插齿加工 （参考文献 2表 （ 7）槽：槽的表面粗糙度为 采用 插槽刀进行插削加工。（参考文献 1表 9 艺路线的拟订 齿轮 的加工工艺路线一般是先进行齿坯的加 工， 再进行齿面 的加工。齿坯加工包括各圆柱面及端面的加工。具体安排是按照先加工基准面及其先粗后精的原则加工。 后续工序安排应当遵循粗精分开和先面后孔的原则。 序的合理组合 制订工艺路线时，应考虑工序的数目，采用工序集中或工序分散是其两个不同的原则。所谓工序集中，就是以较少的工序完成零件的加工，反之为工序分散。 工序集中的特点 工序数目少，工件装，夹次数少，缩短了工艺路线，相应减少了操作工人数和生产第一章 轮的加工工艺 6 面积，也简化了生产管理，在一次装夹中同时加工数个表面易于保证这些表面间的相互位置精度。使用设备少， 大量生产可采用高效率的专用机床，以提高生产率。但采用复杂的专用设备和工艺装备，使成本增高，调整维修费事，生产准备工作量大。 工序分散的特点 工序内容简单，有利选择最合理的切削用量。便于采用通用设备。简单的机床工艺装备。生产准备工作量少，产品更换容易。对工人的技术要求水平不高。但需要设备和工人数量多，生产面积大，工艺路线长，生产管理复杂。 工序集中与工序分散各有特点，必须根据生产类型。加工要求和工厂的具体情况进行综合分析决定采用那一种原则。 一般情况下， 像 轮这种单件小批生产 ，为简化生产管理， 多将工序适当集中。但由于不采用专用设备，工序集中程序受到限制。结构简单的专用机床和工夹具组织流水线生产。 由于近代计算机控制机床及加工中心的出现，使得工序集中的优点更为突出，即使在单件小批生产中仍可将工序集中而不致花费过多的生产准备工作量，从而可取的良好的经济效果。 工阶段的划分 零件的加工质量要求较高时，常把整个加工过程划分为几个阶段： 粗加工阶段 粗加工的目的是切去绝大部分多雨的金属，为以后的精加工创造较好的条件，并为半精加工，精加工提供定位基准，粗加工时能及早发现毛坯的缺陷，予以报废 或修补，以免浪费工时。 粗加工可采用功率大，刚性好，精度低的机床，选用大的切前用量，以提高生产率、粗加工时，切削力大，切削热量多，所需夹紧力大，使得工件产生的内应力和变形大，所以加工精度低，粗糙度值大。一般粗加工的公差等级为 糙度为00m 。 半精加工阶段 半精加工阶段是完成一些次要面的加工并为主要表面的精加工做好准备，保证合适的加工余量。半精加工的公差等级为 面粗糙度为 精加工阶段 精加工阶段切除剩余的少量加工余量 ,主要目的 是保证零件的形状位置几精度 ,尺寸 学院本科毕业（设计）论文 7 精度及表面粗糙度 ,使各主要表面达到图纸要求 可防止或减少工件精加工表面损伤。 精加工应采用高精度的机床小的切前用量，工序变形小，有利于提高加工精度精加工的加工精度一般为 面粗糙度为 光整加工阶段 对某些要求特别高的需进行光整加工，主要用于改善表面质量，对尺度精度改善很少。一般不能纠正各表面相互位置误差，其精度等级一般为 此外，加工阶段划分后，还便于 合理的安排热处理工序。由于热处理性质的不同，有的需安排于粗加工之前，有的需插入粗精加工之间。 但须指出加工阶段的划分并不是绝对的。在实际生活中，对于刚性好，精度要求不高或批量小的工件，以及运输装夹费事的重型零件往往不严格划分阶段，在满足加工质量要求的前提下，通常只分为粗、精加工两个阶段，甚至不把粗精加工分开。必须明确划分阶段是指整个加工过程而言的，不能以某一表面的加工或某一工序的性质区分。例如工序的定位精基准面，在粗加工阶段就要加工的很准确，而在精加工阶段可以安排钻小孔 之类的粗加工。 艺路线 通过以上分析，本零件齿坯可按下述工艺路线进行： 工序：以左端面及左端面处外圆定位，粗车外圆 ，粗车右端面。 工序：以粗车出来的外圆 及右端面定位，粗车左端面，粗车外圆70，车沟槽 3 和 。 工序：以外圆 及右端面定位，半精车左端面，半精车精车外圆70。 工序 ： 以左端面及外圆 70定位，半精车精车右端面，倒角。 工序：以左端面及外圆 70定位，钻 28孔，然后扩铰 28孔，倒角。 工序：以外圆 及右端面定位，钻 . 工序：以 28 7H 孔及端面定位，插齿。 工序：以 28 7H 孔及端面定位，插 键 槽。 工序：攻 纹。 工序 ：钳工去毛刺。 第一章 轮的加工工艺 8 工序 ：终检 ，入库 。 定 轮的偏差，机械加工余量及毛坯尺寸，设计毛坯图 轮的 锻造 采用的是合金钢制造，其材料为 40度 产类型为小批量生产，毛坯采用的是自由锻 造方式 。 坯形状、尺寸确定的要求 设计毛坯形状、尺寸还应考虑到： 、各加工面的几何形状应尽量简单。 、工艺基准以设计基准相一致。 、便于装夹、加工和检查。 、结构要素统一，尽量使用普通设备和标准刀具进行加工。 在确定毛坯时，要考虑经济性。虽然毛坯的形状尺寸与零件接近，可以减少加工余量，提高材料的利用率，降低加工成本，但这样可能导致毛坯制造困难，需要采用昂贵的毛坯制造设备，增加毛坯的 制造成本。因此，毛坯的种类形状及尺寸的确定一定要考虑零件成本的问题但要保证零件的使用性能。在毛坯的种类、形状及尺寸确定后，必要时可据此绘出毛坯图。 定机械加工余量 钢质锻件的机械加工余量按 定。确定时根据估算的锻件质量、加工精度及锻件形状复杂系数，由参考文献 2表 查得内外表面的加工余量，孔的加工余量由表 中余量值为单边余量。 件质量 根据零件成品质量为 算为 工精度 零件各表面为一般 加工精度 件形状复杂系数 S s m 锻 件外 廓 包 容 体m 学院本科毕业（设计）论文 9 假设锻件的最大直径为 为 外 廓 包 容 体m= 7 . 6 5 7 . 8 5 3 5 2 7 3 . 5 2 7g k g ）2m 锻件 2 0 73 7s 查参考文献 2表 定形状复杂系数为 于一般级别。 械加工余量 根据锻件重量、 2表 于表中形状复杂系数只列有 a，则 1定， a 确定 。由此查得直径方向为 3平方向为 锻件各外径的单边余量为 3轴向尺寸的单边余量亦为 件中心孔的单边余量查参考文献 2表 得为 定 毛坯尺寸 上面查得的加工余量适用于机械加工表面粗糙度 合要求，所以取 最小变位系数 15 保证被切齿轮不发生顶切时插齿刀与被切齿轮的最小齿合角 1 221 0 112( ) c o z z a1 6 保证被切齿轮不发生顶切的最小变化系数 1 m i n 1() 2 n v a i n v a xt g a 7 验算插齿刀在切削齿轮时是否发生根切 将 16项结果代入公式（参考文献 5式 验算是否发生根切 11 m i n1 m i n( ) c o s2 c o s z z m i n m i n()2ge g d e g g m f x m 9 5 学院本科毕业（设计）论文 29 221 m i n 1 m i n m i n 0s i n 0g d g d e g d gA a R r 边 = 符合参考文献 5要求，所以取取m 18 原始截面到前端面距离 0b=9 厚度 B B= m a x m i n() ( 3 5 )x a 整数 B=17+（ 35 ） 查参考文献 5 表 B=17 20 修正后齿形角 tg =1 20 1015 1 侧刃后角 tg tg 2 5 22 分圆直径 m 75 23 齿形角修正后的基圆直径 00 0始截面上的齿形尺寸 24 齿顶高 00 5 分圆弧齿厚 00 2m 6 齿全高 002 0端面上的齿形尺寸 27 齿顶高 00b tg 8 分度弧齿厚 020b tg ea tg 9 顶圆直径 2 0 根圆直径 2 01 前刃面齿顶高 = =2 其它结构尺寸 查参考文献 5表 取 在距前端面 进行齿形检验，计算检验用的展开角 33 顶圆上的展开e e =第三章 刀具设计 30 角 式中 齿顶圆压力角 051 e=35 30 34 齿形有效部分起始点展开角 齿形有效部分起始点压力角 100( 2 . 5 )/ 2 s i m b tg 式中1 被切齿轮的原始齿条齿顶高系数 y=10 23 35 有效部分展开角 x=25 7 36 齿根圆压力角 020ig ，以00ig 所以以 0， 37 根圆齿厚 )fg f in v a in v 于是基圆直径代入，所得38 根圆齿间宽 (1 1 . 5 ) 如 由于是基圆直径代入，所得齿间宽为基圆齿间宽 根据以上的计算结果，并按参考文献 5第四章第七节“插齿刀的主要技绘出图 3 学院本科毕业（设计）论文 31 图 3齿刀 第三章 刀具设计 32 总 结 通过本次的毕业设计，使我能够对书本的知识做进一步的了解与学 习， 对机械制图的能力，利用 图的能力， 对资料的查询与合理的应用做了更深入的了解，本次进行工件的工艺路线分析、工艺卡的制定、工艺过程的分析、 齿轮加工 夹具 和刀具的设计与分析，对我们在大学期间所学的课程进行了实际的应用与综合的学习。 通过这次设计，充实提高自己，进一步拓宽专业知识面。并在查阅技术资料，选用公式和数据，用简洁文字、图表表达设计结果及制图等能力方面得到一次基本训练。在设计过程中还培养了树立正确的设计思想和实事求是、严肃负责的工作作风。 参考文献 34 参 考 文 献 1吴宗泽、罗圣国 M高等教育出版社 ,2李益民 M械工业出版社 ,3孟少农 卷 M械工业出版社 ,4黄如林 M学工业出版社 ,5四川省机械工业局 M械工业出版社 ,6李洪 M京出版社 ,7艾兴 ,肖诗纲 版 M械工业出版社 ,1993 8 东北重型机械学院 ,洛阳工学院 ,第一汽车制造厂职工大学 M海科学技术出版社 ,9东北工学院机械设计 ,机械制图教研室 M金工业出版社 ,10李儒荀 M苏科学技术出版社 ,11邱宣 怀 M等教育出版社 ,12赵家齐 M械工业出版社 ,13张捷 M南交通大学出版社 ,14梁德本 ,叶玉驹 M械工业出版社 ,15肖续德 ,陈宁平 M械工业出版社 ,16孙光华 M械工业出版社 ,17任福君 M国标准出版社 ,18黄祥旦 卷 M械工业出版社 ,18 984. 19 973. 20 984 . 学院本科毕业（设计）论文 35 致 谢 首先，我要感谢我的毕业设计指导老师 张 。在毕业设计中，他给予了我学术和指导性的意见。我万分的感谢他给我的宝贵的指导意见和鼓励。 同时，我深深感谢各位老师。在他 们的课堂上，我受益匪浅，得到了不少对我论文有帮助的知识和想法。 我也非常感谢我的父母。在学习和生活上，他们一直都很支持我，使我能全身心地投入到学习中。 最后，很感谢阅读这篇毕业设计（论文）的人们。感谢您们抽出宝贵的时间来阅读这篇毕业设计（论文）。