三联齿轮工艺设计及拨叉零件夹具设计

课程设计说明书题目：三联齿轮工艺设计及拨叉零件夹具设计班 级 机械 0709 班 学 生 朱乾君 学 号 0801060927 指导老师 李蔚 目录一、零件分析 .1（一）零件的作用 1（二）零件的工艺分析 1二、工艺规程设计 .1（一）确定毛坯的制造形式 1（二）基面的选择 2（三）制定工艺路线 2（四）机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 4（五）确定切削用量及基本工时 5三、夹具设计 .9（一）问题的提出 9（二）夹具设计 10四、参考文献 .12五、小结 .131一、零件分析（一）零件的作用题目所给定的零件是一般传动轴上的三联齿轮，它的作用就是改变输出轴的转速或速度。齿轮箱里,有滑移齿轮就可以得到规定的速比传递运动和动力。 （二）零件的工艺分析三联齿轮共有两组加工表面，即齿轮的齿坯和齿圈，该三联齿轮的齿坯部分由内外旋转表面和花键孔组成，即一组加工表面。现分下如下：加工表面包括：6-25H722H126D9 花键孔及其倒角 1.530， 沉48头孔， ， ，与 ， ，38及 45的拨叉槽 50的圆柱面 500-0.1695 0-0.22及 10的倒角。72.50-0.19右拨叉槽与齿轮轴心有一定的径向圆跳动公差要求，因此，可以先加工花键孔，然后以花键孔定位加工右拨叉槽，以达到它们之间的位置精度要求。二、工艺规程设计（一）确定毛坯的制造形式零件材料为 40Gr，在变速箱内的变速齿轮，工作过程中须有足够的强度，传递一定功率，同时要耐冲击。轧制钢材内部组织纤维有一定方向，当齿轮受力后容易从纤维间撕裂，齿轮强度较差。采用锻件镦粗的方法，材料内部组织形成有利的缎纹方向，可以提高强度，生产方式为大量生产，因此采用模锻。2（二）基面的选择基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面的选择正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产效率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。（1）粗基准的选择。对于一般的齿轮加工而言，以外圆作为粗基准是完全合理的，装夹外圆粗车端面。钻扩花键孔以端面外圆定位，考虑安装稳固，一般选择较大面为安装面，但由于大端面还需要锪沉头孔，因此选择左边面及其外圆装夹。（2）精基准的选择。该齿轮花键孔是装配基准，加工时应按基准统一原则，齿坯和齿圈加工都以花键孔作为定位基准，减少基准不重合误差，提高定位精度。（三）制定工艺路线制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已确定为大批生产的条件下，可以考虑采用万能性机床配以专用夹具，并尽量是工序集中来提高生产效率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。1. 工艺路线方案一工序 车 72.5mm 端面，外圆 95mm，72.5mm工序 车 50mm 端面，外圆 50mm工序 钻并扩花键底孔 22mm，锪沉头孔 48mm工序 拉花键孔工序 精车95mm外圆，切右端槽，粗，精切12mmm拨叉槽，车齿右端面，精车72.5mm外圆工序 切左端7mm槽，精车50mm外圆，车齿左端工序 车左端端面，保证总长为82mm3工序 分别插，齿工序 4处齿端倒10圆角，内花键孔1.530倒角，图样各部分倒角工序 齿部及12mm槽高频淬火工序 检验2. 工艺路线方案二工序 车 72.5mm 端面，外圆 95mm，72.5mm工序 车 50mm 端面，外圆 50mm工序 钻并扩花键底孔 22mm，锪沉头孔 48mm工序 拉花键孔工序 精车95mm外圆，切右端槽，粗，精切12mmm拨叉槽，车齿右端面，精车72.5mm外圆工序 切左端7mm槽，精车50mm外圆，车齿左端工序 车左端端面，保证总长为82mm工序 插，齿工序 4处齿端倒10圆角，内花键孔1.530倒角，图样各部分倒角工序 齿部及12mm槽高频淬火工序 检验2. 工艺方案的比较与分析上述两个工艺方案的区别在于齿的加工方法，中间大齿齿圈可采用滚齿或插齿加工。但零件的三个齿圈模数均为2.5mm，且中间齿圈宽度小，或用滚齿加工，由于其切入、切出行程长，工序间的零件运输量大、刀具装拆时间长，因而生产效率低。因此决定本采用方案二，三个齿圈齿形均采用插齿加工。插齿的齿形精度高，且齿面的粗糙度较细，尤其对齿形不在进行剃、珩齿的更为有利。齿轮的热处理，为减少锻造和粗车引起内应力，同时为以后淬火时减少变形做好组织准备，因此齿坯粗加工后应安排正火处理。为了提高齿面的硬度及耐磨性，按技术要求齿面精加工后安排齿面高频淬4火。由于热处理变形，齿轮精度一般会降低一级，故插齿时应按7级精度加工检验，以保证齿轮变形后可打到8级精度。高频淬火后，花键孔出现缩孔现象，对基准孔应加以修正，对外径定心的花键孔齿轮，通常用花键推刀修正。推孔时要注意推刀移动轴线与基准面垂直度，推孔是防止推刀歪斜，保证齿轮原来精度。因此，最后的加工路线确定如下：工序 车 72.5mm 端面，外圆 95mm，72.5mm 至齿右端面。以 50 外圆为基准，选用 C620-1 卧式车床工序 车 50mm 端面，外圆 50mm。以 72.5mm 外圆为基准，选用选用 C620-1 卧式车床工序 钻并扩花键底孔 mm，锪沉头孔 48mm。以 5022+0.21 0外圆及其端面定位，选用 Z550 立式钻床工序 拉 6- 25H7 22H126D9 花键孔至要求。以 50 外圆及 其端面为基准，选用 L6120 卧式拉床工序 精车 95mm 外圆，切右端槽，粗，精切 12mmm 拨叉槽，车齿右端面，精车 72.5mm 外圆。以 50 外圆为基准，选用 C620-1 卧式车床工序 切左端7mm槽，精车50mm外圆，车齿左端。以72.5mm外圆为基准，选用选用C620-1卧式车床工序 车左端端面，保证总长为82mm。以72.5mm外圆及其端面定位，选用选用C620-1卧式车床工序 插，齿。以花键孔定位，选用Y5120插齿机工序 4处齿端倒10圆角，内花键孔1.530倒角，图样各部分倒角工序 齿部及12mm槽高频淬火工序 检验以上工艺过程详见工艺过程卡片5（四）机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定三联齿轮零件材料为40Gr，硬度241 286HBS,毛坯重量约为5kg，生产类型为大批生产，采用在模锻毛坯。根据上述原始资料及加工工艺，分别去定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：1. 外圆表面（ ）50、 95及 72.5考虑三个表面均有表面粗糙度要求，分粗车和精车两步加工。取精车余量2Z=2mm，粗车余量2Z=8mm，故毛坯尺寸为 ；500-0.16 60取精车余量2Z=1mm，粗车2Z=4mm，故毛坯尺寸为 ；950-0.22 100取精车余量2Z=1.5mm，粗车余量2Z=6mm 。72.50-0.192. 齿轮长度方向的加工余量查机械制造工艺设计简明手册（以下简称工艺手册）,长度方向的余量查工艺手册表2.2-2.5其余量2.5-4，取最大值，即长度毛坯尺寸为90mm。3.花键孔（6- mm mm mm）25+0.021 0 22+0.21 0 6+0.06+0.03要求花键孔为外径定心，故采用拉削加工。内孔尺寸为 ，见图样。参考工艺手册 表2.3-9确定孔的加22+0.21 0工余量分配：钻孔： 20扩孔： 22拉花键孔：（6- mm mm mm）25+0.021 0 22+0.21 0 6+0.06+0.03（五）确定切削用量及基本工时工序:车削右端面、外圆。本工序采用计算法确定切削用量。1. 加工条件工件材料：40Gr正火， =0.70GPa、模锻。 6加工要求：粗车 端面及 外圆至齿右端72.50-0.19 72.5 0-0.19面、 外圆950-0.22机床：C620-1卧式车床刀具：刀片材料YT15，刀杆尺寸1625 ， =90， mm2 =15， =12， =0.5mm。 r2. 计算切削用量（1）粗车 端面72.50-0.191）确定切削深度 由于加工余量为 8mm，且需要分配给左右两端面，并留少量余量最后切削以保证总长度，因此可取=2mm2）确定进给量f 根据切削用量简明手册（第3版）（以下简称切削手册）表1.4，当刀杆尺寸为1625mm， 3mm及工件直径为80mm时f=0.5 0.7mm/r按C620-1车床说明说（见切削手册表1.30）取f=0.6mm/r3）计算切削速度 按切削手册表1.27，切削速度的计算公式为（寿命选T=60min）。(m/min)其中： =242， =0.15， =0.35，m=0.2。修正系数 （见切削C y 手册表1.27） = =0.88 =0.92 =0.8 =1.0 =1.0所以 =242600.220.150.60.350.8810.810.92=74.5（m/min）4）确定机床主轴转速(r/min)ns=1000 C dw =100074.5 80 297按机床说明书（见工艺手册表4.2-8），与297r/min相近的转速为vxpmkfaTcvv7230r/min及305r/min。现选取 =305r/min。如果选 r/min，则速度损nw nw=230失太大。所以实际切削速度 =77m/min5）切削工时，按工艺手册表6.2-1。（mm）， mm， ，l=802=40 l1=2 l2=0 l3=0(min)tm=l+l1+l2+l3nwf = 40+23050.6=0.23(2)粗车 外圆，同时应校验机床功率及进给机构强度95 0-0.22mm1）切削深度 单边余量Z=3mm，可一次切除ap2）进给量f 根据切削手册表1.4，选用f=0.6mm/r3) 计算切削速度 见切削手册表1.27=242600.220.150.60.350.8810.810.92=74.5（m/min）4）确定主轴转速(r/min) ns=1000 C dw =100074.5 80 237按机床选取n=230r/min所以实际切削速度 =dn1000=1002301000=72m/min5）检验机床功率 主切削力 按切削手册表1.29所示公式计算FcFc=CFcapxFcfyFc CnFckFc其中： ， ， ，CFc=2795xFc=1.0yFc=0.75nFc= -0.15kMp=( b650)nF=(650650)0.75=1kkr=0.89所以 Fc=279520.60.7572-0.1510.89=1785.7（N）vyxpmkfaTcvv8切削时消耗功率 为PcPc=Fc c6104=1785.7726104 =2.14（kW）由切削手册表1.30中C620-1机床说明书可知，C620-1主电动机功率为7.8kW，当主轴转速为230r/min时，主轴传递的最大功率为5.9kW，所以机床功率足够，可以正常加工。6） 校验机床进给系统强度 已知主切削力 =1785.7N，径向切削力Fc按切削手册表1.29所示公式计算FpFp=CFpapxFpfyFp CnFpkFp其中： ， ， ， -0.3CFp=1940xFp=0.9yFp=0.6nFp=kMp=( b650)nF=(650650)1.35=1kkr=0.5所以 Fp=194020.90.60.672-0.30.5=369.3N而轴向切削力 =FfCFfafxFffyFc cnFfkFf其中： ， ， ，CFf=2880xFf=1.0fyFc=0.5nFf= -0.4=(650)=(650650)1.0=1=1.17轴向切削力 F=288020.60.5720.410.5=403.2N取机床导轨与床鞍之间的摩擦系数 ，则切削力在纵向进给方向对=0.1进给机构的作用力为=+（ +）=403.2+0.1 （1785.7+369.3）=618.7（N）而机床纵向进给机构可承受的最大纵向力为3530（见切削手册表91.30），故机床进给系统可正常工作。7）切削工时t =+1+2其中 , ,=15l1=42=0所以 （min）t=15+42300.6=0.14（3） 外圆至齿右端面粗 车 72.500.19f=0.6mm/r （切削手册表1.6）=3切削速度 其中： =242， =0.15， =0.35，m=0.2， =1， =0.92C y k k所以 =242600.230.150.60.3510.92=100（m/min）确定机床主轴转速(r/min)=1000=100010080398按机床说明书取380r/min所以实际切削速度 =96/切削工时 t =+1+2其中 , ,=34l1=42=0所以 （min）t=34+43800.6=0.167三、夹具设计为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用卡具。经过与指导老师和小组同学协商，决定设计钻 20 孔的钻床夹具。本夹具vyxpmfaTcvv10用于 Z525 立式钻床，对两个孔分别进行加工。（一）问题的提出本夹具主要用来钻 20 孔，此孔为通孔且有精度等级要求，保证其内表面粗糙度为 1.6um，并将垂直度控制在 0.05mm 之内。所以在本道工序加工时，既要考虑如何保证精度和垂直度，同时尽可能降低成本。为了提高劳动生产率，降低劳动强度，所以为了满足该要求，采用快速钻套提高钻孔的速度，能够提高加工效率。（二）夹具设计1. 定位基准的选择由零件图可知，此孔有精度要求并与其上下断面均有一定的垂直度要求，在本工艺中上下端面已铣并达到一定的精度，故采用 20 孔的上端面为主要定位基准，所以其尺寸可由 V 型块卡紧和大平面保证。2.切削力及夹紧力计算刀具：高速钢细齿圆锯片铣刀 直径 齿数 Z=50 又由切160odm削手册表 3.28 中的公式：KfdCFymZf0其中： mm 41F2.fz75.0my8.19od64.0f安全系数 34K1 为基本安全系数 1.0K2为加工性质系数 1.0K3 刀具钝化系数 1.0K4 为切削特点系数（断续切削）0.85则 4027.485.064.8.1907.2mF11可知,钻削时的主要切削力为钻头的切削方向,即垂直于第一定位基准面,在两侧只需要采用两个 V 型块适当夹紧后本夹具即可安全工作. 一个固定式，一个采用气动型活动 V 型块，因此 ,无须再对夹紧力进行计算 .3.定位误差分析一批工件在卡具中定位时，各个工件所占据的位置不完全一致，因此使加工后，各工件加工尺寸的不一致，而形成误差，即工件定位时造成的加工表面相对工序基准的误差。形成原因有两个，一是由于定位基准与设计基准不重合而造成。二是定位基准与限位基准不重合而造成。（1（ 定位元件尺寸以及公差的确定。本夹具主要定位元件为 V 型块和大平面。其中 V 型块和大平面保证了孔的尺寸精度（2（ 活动 V 型块是可以滑动的，防止形成过定位。本工序采用 20 孔上端面定位，工序基准与定位基准重合，故其基准不重合为 0，在本工序主要考虑钻套索形成的误差：mm01.24.61.所以 mm0.021mm，满足要求.零件图规定大孔与小孔的中心距为 72mm.采用自动对中夹具后,定位误差取决于对中块螺杆以及滑块的制造误差.同时,对中块利用调整螺钉进行调整并加装钻套后,钻孔后的误差只有 0.08mm.在后续的铣断工序中,利用中间大孔定位,孔壁与定位销的配合间隙为 0.05mm.因此加工完成后大孔与小孔的中心距的最大误差为m2.013.05.8. 所以能满足精度要求.4.夹具设计及操作的简要说明如前所述，在设计夹具时为了降低成本，应采用手动加紧装置，本道工序的钻床就是选用了手动加紧，在本工序中的夹具主要用来钻 20 孔，此孔有精度和垂直度要求，所以在本道工序加工时，应先考虑这些要求，其次是如何降低成本。12在进行装夹时先将工件从侧面装入夹具体中，V 型块和 32 外圆接触，同时与支撑板接触形成平面定位，当确定定好位后，即可拧紧螺母加紧。夹具体钻模板上配有钻套，衬套，可使夹具在一批零件的加工之前很好的对刀。四、参考文献书 名 出 处 作 者机床夹具图册 机械工业出版社 孙巳德机械制造工艺学课程设计指导书哈尔滨工业大学 赵家齐切削用量简明手册 机械工业出版社 艾兴 肖诗纲机械制造工艺设计简明手册哈尔滨工业大学 李益民机械制造工艺学 清华大学 王先逵简明机械加工工艺手册上海科学技术出版社徐圣群现代夹具设计手册 机械工业出版社 朱耀祥13五、小结为期两周的课程设计已经接近尾声，回顾整个过程，我组七名同学在老师的指导下，取得了可喜的成绩，课程设计作为实践性学习的重要环节，使理论与实践更加接近，加深了理论知识的理解，强化了生产实习中的感性认识。本次课程设计主要经历了两个阶段：第一阶段是机械加工工艺规程设计，第二阶段是专用夹具设计。第一阶段我们运用了基准选择、切削用量选择计算、机床选用、时间定额计算等方面的知识；夹具设计的阶段运用了工件定位、夹紧机构及零件结构设计等方面的知识。通过此次设计，使我们基本掌握了零件的加工过程分析、工艺文件的编制、专用夹具设计的方法和步骤等。学会了查相关手册、选择使用工艺装备等等。总的来说，这次设计，使我们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。由于能力所限，设计中还有许多不足之处，恳请各位老师、同学们批评指正！