工藝夾具畢業(yè)設(shè)計(jì)70邵陽(yáng)學(xué)院設(shè)計(jì)“齒輪”零件的機(jī)械加工工藝規(guī)程及工藝設(shè)備

1 機(jī)械制造工藝學(xué) 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 設(shè)計(jì)題目： 設(shè)計(jì)“齒輪”零件的機(jī)械加工工藝規(guī)程及工藝設(shè)備（單件小批量生產(chǎn)） 設(shè)計(jì)者 ：張雷堅(jiān) （ 51 號(hào)） 指導(dǎo)老師 ：劉學(xué)敏 邵陽(yáng)學(xué)院 2006 年 6 月 23 日 2 機(jī)械制造工藝學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) 題目 ： 設(shè)計(jì)“齒輪”零件的機(jī)械加工工藝規(guī)程及工藝設(shè)備（單件小批量生產(chǎn)） 內(nèi)容 ： 1.零件圖 1 張 2.毛坯圖 1 張 3.機(jī)械加工工藝過(guò)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(shuō)明書(shū) 1 份 班 級(jí) ： 2004 級(jí)機(jī)械電子工程 學(xué) 生 ： 學(xué) 號(hào) ： 指導(dǎo)老師 ： 2006 年 6 月 23 日 3 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(zhuān)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)反學(xué)各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 。 它一方面要求學(xué)生通過(guò)設(shè)計(jì)能獲得綜合運(yùn)用過(guò)去所學(xué)過(guò)的全部課程進(jìn)行工藝及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本能力。另外，也為今后作好畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行一次綜合訓(xùn)練和準(zhǔn)備。學(xué)生通過(guò)機(jī)械制造工藝學(xué)課程設(shè)計(jì)，在下述幾個(gè)方面得到鍛煉 （ 1） 能通過(guò)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)到實(shí)踐知識(shí)，正確的解決一個(gè)零件在加工過(guò)程中的定位 .夾緊以及工藝路線(xiàn)安排 .工藝尺寸確定等問(wèn)題，保證零件的加工質(zhì)量 （ 2）提供結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力。學(xué)生通過(guò) 設(shè)計(jì)夾具的訓(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)合理而能夠保證加工質(zhì)量的夾具的能力 （ 3）學(xué)會(huì)使用圖表資料以及手冊(cè)，掌握與本本設(shè)計(jì)有關(guān)的各種資料的名稱(chēng)，出處，能夠做到熟練運(yùn)用 .因此，它在我們的大學(xué)生活中占有重要的地位 ，因些，它在我們?nèi)甑拇髮W(xué)生活中占有重要的地位。 就我個(gè)人而言，我希望能通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)對(duì)自己未來(lái)將從事的工作進(jìn)行一次適應(yīng)性訓(xùn)練，從中鍛煉自己分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，為今后參加祖國(guó)的“四化”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 師給予指教。 一、 零件的分析 （一） 齒輪是機(jī)器或部件中應(yīng)用很廣的傳動(dòng)體，常用來(lái)傳遞動(dòng)力和改變轉(zhuǎn)速及旋轉(zhuǎn)方向。 （二） 零件技術(shù)要求的分析： 1大外圓 552.676h11的端面對(duì)孔 200H7軸線(xiàn)有公差 0。 05mm的端面圓跳動(dòng)要求。 4 2 鍵槽兩側(cè)面對(duì)孔 200H 軸線(xiàn)有 0。 02mm 的對(duì)稱(chēng)度要求。 零件的工藝分析 3 該齒輪的 加工平面有內(nèi)孔 200H7,大外圓 552.676h11 以及其端面，小外圓250 以及其端面，還有一個(gè)臺(tái)階面，鍵槽 45js9。其中主要加工表面為內(nèi)孔 200H7，大外圓 552.676h11 以 及其端面。 由以上分析可知，對(duì)于這些加工表面而言，可以先加工其中一組表面，然后借助于專(zhuān)用夾具加工另一表面，并且保證它們之間的位置精度要求。 滲碳淬火齒輪材料 ,結(jié)構(gòu)及技術(shù)要求 ,加工工藝過(guò)程與普通齒輪有很大不同。該齒輪才采用 20CrMnTi 低合金鋼材料 ,該材料的抗拉強(qiáng)度為 1079,屈服強(qiáng)度為 815,伸長(zhǎng)率為 10%,主要用于汽車(chē)和拖拉機(jī)齒輪凸輪 . 4 齒坯熱處理 ,在齒坯粗加工前后安排預(yù)先熱處理 ,其主要目的是改善材料的加工性能 ,減少應(yīng)力 ,為以后淬火時(shí)減少變形做好準(zhǔn)備。齒坯熱處理有正火和調(diào)制 ,經(jīng)正火的 齒輪 ,淬火變形雖然較調(diào)制齒輪大些 ,但加工性能較好 ,滾齒工序中刀具磨損較慢 ,加工表面粗糙度較細(xì)。齒坯正火安排在粗加工之前 ,調(diào)質(zhì)安排在齒坯精加工之前。 5 輪齒熱處理 ,經(jīng)滲碳淬火后齒面硬度可達(dá) HRC58-62,且芯部又有較高的韌性 ,既耐磨又承受沖擊載荷 ,滲碳工藝比較復(fù)雜 ,熱處理后齒輪變形較大 ,對(duì)高精度齒輪需進(jìn)行磨齒 ,齒圈工藝安排為 : 滾齒 -淬火 -磨齒。低碳合金剛含碳量低 ,提高含碳量才能淬硬 ,需滲碳的部位磨余量。 6 齒形加工方案： 齒形加工主要取決于齒輪的精度等級(jí)，生產(chǎn)批量和齒輪熱處理方法等。 對(duì)于 7 級(jí)精度，單件生產(chǎn)，齒面滲碳淬火的齒輪，采用滾齒方案：滾齒 滲碳淬火 修正基準(zhǔn) 磨齒。齒輪內(nèi)孔表面粗糙度不算高，因此，安排車(chē)削完成同時(shí)可以車(chē)好倒角尺寸，內(nèi)孔尺寸精度高，應(yīng)用磨削，采用分度圓定位以保證內(nèi)孔與分 度圓同軸。 7 齒輪檢驗(yàn) 齒輪檢驗(yàn)一般分為終結(jié)檢驗(yàn)和中間檢驗(yàn)，終結(jié)檢驗(yàn)的目的是鑒別成品的質(zhì)量，評(píng)定 5 其是否合格；中間檢驗(yàn)的目的及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，防止報(bào)廢。 二、工藝規(guī)程設(shè)計(jì) （一） 確定毛坯的制造形式： 齒輪零件材料為 20CrMnTi，且該 孔的孔 徑和外圓直徑較大，又考慮到齒輪在工作過(guò)程中經(jīng)常承受交 變載荷及沖擊性載荷。因此應(yīng)該選用鍛件， 批量為單件小批量生產(chǎn)毛坯應(yīng)選用鍛件，鍛件毛坯圖 如上 圖： （二） 基面的選擇： 基面的選擇是工藝規(guī)程設(shè)計(jì)中的重要工作之一。基面的選擇得正確與合理，可以使加工質(zhì)量得到保證，生產(chǎn)率得以提高。否則加工工藝過(guò)程中會(huì)問(wèn)題百出，更有甚者，還地造成零件大批報(bào)廢，使生產(chǎn)無(wú)法正常進(jìn)行。 （ 1） 粗基準(zhǔn)的選擇 選擇粗基準(zhǔn)時(shí)必須考慮定位準(zhǔn)確 ,夾緊可靠以及夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ,操作方便 .為了使 保證定位準(zhǔn)確 ,夾緊可靠 ,首先應(yīng)選用的粗基準(zhǔn)盡可能平整 ,光潔和有足夠大的尺寸 ,不能選擇分型面作為粗基準(zhǔn) ,對(duì)此大件小 批量生產(chǎn)的齒輪來(lái)說(shuō)，為了保證大外圓 552.676h11 的端面對(duì)孔 200H7 軸線(xiàn)有公差 0。05mm 的端面圓跳動(dòng)要求加工時(shí)，在一次裝夾中完成內(nèi)孔大 外圓以及其的 端面 加工，再以大端面為基準(zhǔn)車(chē)出小端面 。 （ 2） 精基準(zhǔn)的選擇 主要考慮基準(zhǔn)重合問(wèn)題，定位基準(zhǔn)精度對(duì)齒輪加工精度影響很大，為保證齒輪加工余量齒輪加工是應(yīng)根據(jù)“基準(zhǔn)重合”原則選擇齒輪的裝配基準(zhǔn)和測(cè)量基準(zhǔn)為定位基準(zhǔn)，而且整個(gè)加工過(guò)程中保持基準(zhǔn)的統(tǒng)一，次工件較大，單件生產(chǎn)， 應(yīng)該先以?xún)?nèi)孔為粗基準(zhǔn)加工外圓表面，然后以外圓為精基準(zhǔn)加工內(nèi) 孔。 （ 三 ） 制訂工藝路線(xiàn) 制訂工藝路線(xiàn)的出發(fā)點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要 6 求能得到合理的保證。在生產(chǎn)綱領(lǐng)已確定為大批量生產(chǎn)的條件下，可以考慮采用萬(wàn)能性機(jī)床配以專(zhuān)、用工夾具，并盡量使工序集中來(lái)提高生產(chǎn)率。除此之外，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。 工藝路線(xiàn)方案： 工序 1： 下料 工序 2：鍛造毛坯 工序 3：正火 工序 4： 粗平大端面 ,粗車(chē)大外圓以及環(huán)形槽和小內(nèi)孔 工序 5：鏜孔，倒角 工序 6：粗車(chē)小端面，小外圓，臺(tái)階端面以及環(huán)形槽 ，再倒角 工序 7：調(diào)質(zhì)處理 工序 8：精車(chē)大外圓以及其端面 工序 9：精車(chē) 小端面和臺(tái)階端面 工序 10：插鍵槽 工序 11：滾齒，齒端倒角 工序 12：齒面滲碳淬火及低溫回火處理 工序 13：磨齒 工序 14：以分度圓定位磨內(nèi)孔 工序 15：檢驗(yàn)入庫(kù) 四、 機(jī)械 加工余量， 工序尺寸 及毛坯尺寸確定。 齒輪零件材料為 20CrMnTi，硬度為 217HBS，生產(chǎn)類(lèi)型為小批量生產(chǎn)，采用在鍛錘上合模模鍛毛坯。 加余量工大小，應(yīng)按加工要求求定。余量過(guò)大不僅浪費(fèi)金屬，而且增加金屬切削時(shí)，增大機(jī)床和刀具的負(fù)荷。但余量過(guò)小則不能修正前一工序誤差造成局部切不到的情況，影響加工質(zhì)量，甚至造成廢品。 根據(jù)上述原始資料及加工 工藝，分別確定各加工表面的機(jī)械加工余量、工序尺寸如下： 7 1 大外圓表面（ 552.676mm） 考慮其加工長(zhǎng)度為 150mm,為簡(jiǎn)化模鍛毛坯的外形 ,現(xiàn)直接取其外圓表面直徑為562.67mm,表面粗糙度為 Rz320 m,因此須要粗加工一精加工 ,粗加工的余量查表機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè) ,查得粗加工的余量為 2Z=9.2mm,精加工的余量為 2Z=0.4mm。長(zhǎng)度的方向的余量查工藝手冊(cè)得，單邊余量 Z=1.5mm。 2 內(nèi)孔 200H7 該內(nèi)孔的精度為 IT7，參照工藝手冊(cè)得工序尺寸及余量： 粗鏜 ： 197 mm 2Z=3mm 精鏜： 199.7mm 2Z=2.7mm 磨孔： 200mm 2Z=0.3mm 五 、 確定切削用量 工序 4：車(chē)平大外圓端面， 粗車(chē)大外圓以及環(huán)形槽和小內(nèi)孔 .本工序采用計(jì)算法確定切削用量。 1加工條件： 加工材料： 工件材料 20CrMnTi， b=1.079Gpa、 模鍛。 加工要求：粗車(chē) 562.676mm 端面及 562.676mm 以及環(huán)形槽和小內(nèi)孔 6- 50mm，Rz320 m。 機(jī)床： C630 立式車(chē)床。 刀具：刀片材料為 YT15，刀桿尺寸 20x30mm2， kr=45。 =-10，。 =8， r 。=0.5mm。 2 計(jì)算切削用量 （ 1）粗車(chē) 562.676mm 端面 已知毛坯的長(zhǎng)度方向的加工余量為 10 3mm，則毛坯長(zhǎng)度方向最大加工余量Zmax=13mm，而端面的粗糙度為 320 m，則需要粗車(chē)、精車(chē)。粗加工的切削深 度 3.5mm。 （ 2）進(jìn) 給量 f根據(jù)切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)表 1.4，刀桿尺寸為 mmmm 3020 ， pa 4mm,以及工件直徑為 562.676mm 時(shí) 8 f=0.50.7mm/r 按 C630 車(chē)床說(shuō)明書(shū) (見(jiàn) 表 1.30)取 f =0.5mm/r (3)計(jì)算切削速度 按 表 1.27,切削速度的計(jì)算公式為 (壽命選 T=60)。vyxpmVc kfaT Cvvv (m/min) 其中 : 242vC , 15.0vx , 35.0vy ,m=0.2。修正系數(shù) vk 見(jiàn) ,g 表 1.28,即 44.1Mvk , 8.0svk , 04.1kvk , 81.0krvk , 97.0Bvk 。 所以 m i n/6.10897.081.004.18.044.15.0360 242 35.015.02.0 mv c （ 4） 確定機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速 m i n )/(193676.5626.10810001000 rdvnwcS 按機(jī)床說(shuō)明書(shū) (見(jiàn) 表 4.2-8)與 193r/min 相近的機(jī)床轉(zhuǎn)速為180320r/min.現(xiàn)在選取 min/242 rnw 2 粗車(chē)外圓 562.676mm,同時(shí)應(yīng)校機(jī)床功率及進(jìn)給機(jī)構(gòu)強(qiáng)度 . 1） 切削深度 單邊余 量 Z=2.3mm. 2） 進(jìn)給量 根據(jù) 表 1.4,選用 f=1.0mm/r 3）計(jì)算切削速度 見(jiàn) 表 1.27 vyxpmVc kfaT Cvvv 其中 221VC , 15.0vx , 45.0vy , m=0.2,T=60,而修正系數(shù) vk 見(jiàn) 表 1.28 得 44.1Mvk , 8.0svk , 54.1kvk , 0.1bvk , 0.1krvk , 9 則 m i n/36.1460.154.18.00.144.10.13.260 221 45.015.02.0 mv c 4)確定主軸速度 m i n )/(84.82676.56214.336rdvnvcs 而實(shí)際切削速度為 m i n )/(36.1461 0 0 0 84.82676.56214.31 0 0 0 mndv sw 5)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, 19.1)650( bM Pk 其中 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(shuō)明書(shū)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 . 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 : 10 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 精車(chē)外圓 562.676 切削深度 單邊余量 Z=0.2mm,可一次切除。 進(jìn)給量根據(jù)切削手冊(cè)表 1.4 選用 ,f=0.18mm/r。 計(jì)算切削速度 見(jiàn)切削手冊(cè)表 1.27, vyxpmVc kfaT Cvvv 其中 273VC , 15.0VX , 2.0VY ,m=0.2,T=60, 44.1Mvk , 8.0svk , 54.1kvk , 0.1bvk , 0.1krvk 精車(chē)速度 : m i n/38.38054.18.00.10.144.118.02.060 273 2.015.02.0 rV C 確定主軸轉(zhuǎn)速 : m in/17.218676.56214.3 38.3801000676.5621000 mvn cs 11 3. 工序 5：鏜孔，倒角 因?yàn)閮?nèi)孔 200H7 的粗糙度為 160 m,則需要進(jìn)行粗 精加工。選用機(jī)床： T612 金剛鏜床。 （ 1）粗鏜孔至 197mm,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。 六、夾具的操作說(shuō)明 如前所述，在設(shè)計(jì)夾具時(shí)，應(yīng)該注意提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。為此，應(yīng)首先著眼于機(jī)動(dòng)夾緊而不采用手夾緊。 （ 1） 機(jī)床夾具的作用 1保證加工精度： 用機(jī)床夾具裝夾工件，能準(zhǔn)確確定工件與刀具、機(jī)床之間的相對(duì)位置關(guān)系，可以保證加工精度。 2提高生產(chǎn)效率：機(jī)床夾具能快速地將工件定位和夾緊，可以減少輔助時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。 3減輕勞動(dòng)強(qiáng)度：機(jī)床夾具采用機(jī)械、氣動(dòng)、液動(dòng)夾緊裝置