BMW案例——雙聯(lián)齒輪說明

1、機械工程系 工藝設(shè)計任務(wù)書 設(shè)計題目 設(shè)計雙聯(lián)齒輪零件的機械加工 工藝規(guī)程及工藝裝置設(shè)計內(nèi)容 1.雙聯(lián)齒輪零件圖 1張 2雙聯(lián)齒輪毛坯圖 1張 3機械加工工藝規(guī)程卡片 1份 4雙聯(lián)齒輪夾具圖 1份 5設(shè)計說明書 1份 班級： 設(shè)計者： 指導老師： 目錄第一章：序言：2第二章：零件的分析2l 零件的作用2l 零件加工工藝分析3第三章：工藝規(guī)程設(shè)計3l 確定毛坯的制造形式3l 基面的選擇4l 制定工藝路線41.工藝路線方案一5l 機械加工余量.工序尺寸及毛坯尺寸的確定71軸向長度方向加工余量及公差72內(nèi)孔表面加工余量。83階梯圓角根據(jù)經(jīng)驗為R258l 確定切削用量及基本工時81確定機床主軸轉(zhuǎn)速12

2、第四章：夾具設(shè)計15第五章：心得16參考文獻：17 一、 序言：工藝課程設(shè)計是在我們學完了大學的全部基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)課以及大部分專業(yè)課之后進行的。這是我們畢業(yè)之前對所學的各課程的一次深入的復習，也是聯(lián)系實際的訓練。因此也是在學校三年的一個重要的部分。 對我個人來說，我希望通過這次課程設(shè)計對自己未來從事的工作進行一次使用訓練，從中鍛煉自己分析問題，解決問題的能力。 由于能力有限，許多不足，懇求老師給予指教。 二、 零件的分析（一） 零件的作用 題目所給定的零件是車床變速的變速雙聯(lián)齒輪（見圖1），它位于主軸箱。其主要作用，一是傳遞轉(zhuǎn)距，使機床獲得回轉(zhuǎn)的動力，二是調(diào)節(jié)車床輸出的速度，變化傳動比，適應(yīng)

3、加工的速度。（二） 零件加工工藝分析 145孔為中心的加工表面 這一組加工表面包括287、201、173的外圓表面及兩個端面和溝槽195，160（1） 兩端面有圓跳動要求，以孔的表面為基準，跳動誤差為0.02（2） 齒輪齒頂圓的徑向圓跳動的誤差為0.063（3） 孔的均布280的圓上，孔為小孔15。三、 工藝規(guī)程設(shè)計（一） 確定毛坯的制造形式 零件材料為45鋼。考慮到機床在運行中要經(jīng)常變速，零件在工作過程中經(jīng)常承受交變載荷及沖擊性載荷，因此應(yīng)該選用鍛件，以使金屬纖維盡量不被切斷，保證零件工作可靠。由于零件年產(chǎn)量為4000件，為在中型零件，年生產(chǎn)量在200500之間，查機械手冊，得已達到中批生產(chǎn)

4、的水平，而且零件的輪廓尺寸不大，故可采用自由鍛成型。（二） 基面的選擇 基面的選擇是工藝規(guī)程設(shè)計中的重要工作之一，基面選擇的正確，合理，可以保證加工質(zhì)量，提高生產(chǎn)質(zhì)量，提高生產(chǎn)質(zhì)量。否則，就會使加工工藝過程問題百出，嚴重還會造成零件大批量報廢，使生產(chǎn)無法進行。1.粗基準的選擇對于齒輪基準選擇常因齒輪結(jié)構(gòu)形狀不同，而有所差異。齒坯的加工，使用端面A和外圓為定位。帶軸齒輪主要采用頂尖定位，孔徑大則采用堵錐，本齒輪為孔徑大的齒輪。以工件內(nèi)孔和端面聯(lián)合定位確定軸中心和軸向位置，并采用面向定位端加緊方式，這種方式可使定位基準、設(shè)計基準和測量基準重合，定位精度高，適于批量生產(chǎn)。 2.精基準的選擇 主要應(yīng)該

5、考慮基準重合的問題。當設(shè)計基準與工序基準不重合時，應(yīng)該進行尺寸換算，這在以后還要專門計算，此處不再重復。制定工藝路線（三） 制定工藝路線制定工藝路線的起發(fā)點，應(yīng)當是使零件的幾何形狀。尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求能得到合理的保證。在生產(chǎn)綱領(lǐng)已確定為大批生產(chǎn)的條件下，可以采用力能機床配以專用夾具。并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。由此以外，還應(yīng)考慮經(jīng)濟效果，以便降低生產(chǎn)成本。1.工藝路線方案一工序1.毛坯鍛造工序2，正火工序3.粗車外圓，外圓留余量1.52mm，鉆空尺寸145工序4.精車外圓端面及槽至要求工序5.鉗工去毛刺工序6.檢驗工序7.鉆孔工序8.滾齒(Z=80)工序9.插齒(Z=65)工序10

6、.倒角工序11.齒部高頻淬火50HRC工序12.終檢2.工藝路線方案二工序1.鍛造毛坯132的孔工序2.車287， 204的兩端面工序3.粗車132的孔(不到尺寸)工序4.精車132的孔到工序5.粗車287， 201，180， 173， 160(不到尺寸)工序6.精車287， 201， 180， 173， 160(不到尺寸)工序7.倒角C3工序8.鉆孔815工序9.擴孔830工序10.滾齒(Z=80)工序11.插齒（Z=65）工序12.終檢3.工序方案的比較與分析 方案一的特點是: 145的孔以外圓和端面為基準直接鉆孔，而鉆孔切削力大，對鉆頭和夾具要求高，經(jīng)濟效益差。方案二則是先將毛坯鍛造13

7、2的孔，再用車刀至尺寸要求，對刀具和夾具要求不高。彌補方案一的缺陷，方案二中先倒角再滾齒.插齒，目的是為了倒角方便，而且少一次安裝，位置精度得到保證。方案一則先滾齒.插齒再倒角，這樣可以滿足不同的形狀要求，零件精度要求不高。因此，綜合考慮最后的加工路線如下： 工序1.毛坯鍛造132的孔，以外圓為基準。 工序2.毛坯正火。 工序3.粗車外圓A端面和外圓287，201，180，160。工序4. 半精車端面A和外圓287。工序5. 粗車，半精車，精車132的孔至145，倒角。 工序6. 掉頭粗車，半精車端面B和外圓173。工序7.鉆孔158。工序8.滾齒（Z80）以孔和端面為基準，選Y3150滾齒機

8、。工序9.插齒（Z65）以孔和端面為基準，選Y54插齒機。工序10.倒角。工序11.齒部高頻淬火50HRC。工序12.去毛刺。工序13.終檢。（四） 機械加工余量.工序尺寸及毛坯尺寸的確定 雙聯(lián)齒輪零件材料為45鋼，硬度為207-241HBV，毛坯重18.30kg，生產(chǎn)類型為中批量生產(chǎn)，可采用自由鍛毛坯.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械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸如下:1外圓表面:( 287及201)小外圓端面長38mm，加工表面公差為自由公差，都只要粗車，故鍛造時取統(tǒng)一外徑，加工余量按201外圓查表得:毛坯2114mm，2Z=104mm，大端外圓表面加工余量按287外圓查

9、得:毛坯2994mm，2Z=104mm2軸向長度方向加工余量及公差左右端面及中間臺階面的加工余量查表可得:Z=4.5故毛坯總長為52+2(4.51.5)=613mm，大端面臺階長為18+2(4.51.5)=273mm3內(nèi)孔表面加工余量。工件內(nèi)孔較大，精度較高，按145查表可得:精鏜145，2Z=0.2mm得: 144.8，粗鏜144.8，2Z=135，得13254階梯圓角根據(jù)經(jīng)驗為R255鉆孔15的加工余量：因為15的孔尺寸為自由公差，所以直接由15鉆頭鉆孔即可得6各工序所用機床及工藝裝備確定如下：CA6140普通機床，三爪卡盤，鉆床，專用夾具，滾齒機，插齒機，專用夾具專用夾具。（五） 確定切

10、削用量及基本工時 工序1：粗車外圓A端面和外圓287， 201， 180， 173， 160。本工序采用計算法確定切削用量。1. 加工條件工件材料：45鋼正火，=0.60Gpa，自由鍛。加工要求：粗車外圓A端面和外圓287， 201， 180， 173， 160。機床：CA6140臥式機床。刀具：刀片材料為YT15、刀桿尺寸為16mm25mm，k=90，r=15，=8，r=0.5mm.2計算切削用量(1) 粗車287的端面1) 確定端面最大加工余量:已知毛坯的高度是61，粗車余量總共為6mm，單邊為3，由于是粗車，可一次性加工到位，精度暫時不要求.2) 確定進給量f:根據(jù)實用金屬切削加工工藝手

11、冊（第二版）（以下簡稱切削手冊）表3.29，當?shù)稐U尺寸為16mm25mm，a3mm以及工件直徑為287mm時 f=0.7-10mm/r 按CA6140車床說明書取f=0.81mm/r3) 計算切削速度：由機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計指南以下簡稱設(shè)計指南）查表5-120，當YT15硬質(zhì)合金車刀加工=0.60Gpa，鋼料a3mm，f0.81mm/r時，切削速度v=109m/min，切削速度的計算公式為（壽命選T=60min）. 4)確定機床主軸轉(zhuǎn)速： n=116r/min按機床說明書，與116r/min相近的機床轉(zhuǎn)速為100r/min及125r/min，現(xiàn)選取125r/min.所以實際切削速度v=11

12、7m/min.5)計算切削工時：按機械加工工藝設(shè)計手冊（以下簡稱機加手冊）查表12-1車削基本時間的計算L=，l=3，l=3，l=0t= =0.884min(2) 粗車287的外圓表面1） 背吃刀量：單邊余量Z=3mm，則a=3mm2） 進給量：根據(jù)切削手冊表3.29和課程指導表3-9得f=0.81mm/r3） 計算切削速度查設(shè)計指南5-120 V=109m/min4） 確定機床主軸轉(zhuǎn)速V=116m/min，得v=117m/min5） 計算切削工時，按機械加工手冊12-1車削的基本公式計算 L=3，l=0，l=0 t=0.267min6) 檢驗機床功率：主切削力按設(shè)計指南表2-10所示計算公式

13、 F=C C=2795 k =1.0 y=0.75，n=-0.15 n=0.75k= ( ) 0.75 =0.94 kkr =0.89 所以F=279531.00.810.75 117-0.150.940.89N =2871N切削時消耗功率為 Pc=KW=5.6KW由CA6140說明書可知CA6140主電動機功率為7.8kw，當主軸轉(zhuǎn)速125r/min，主軸傳遞的最大功率為5.6kw，所以機床功率足夠，可以正常加工。 7）檢驗機床進給系統(tǒng)強度，已知主切削力F=2871N，徑向切削力F課程指南表2-10所示計算公式 kkr= C 式中C= 1940，k=0.9，y=0.6，n=-0.3，n=1.

14、35， k= = ( ) 1.35=0.898 kkr=0所以F=194030.90.810.6117-0.3 0.8980.5N=494N而軸向切削力式中C=2880，k=1.0，y=0.5，n=-0.4，n=1.0 k= ( ) 1.0=0.923 kkr=1.17所以F= 280030.810.5117-0.4 0.9231.17N1250N取機床導軌與床鞍之間的摩擦系數(shù)=0.1則切削力在縱向進給方向?qū)M給機構(gòu)的作用力為 F= F+ （F+ F）=1250+0.1（2871+494）=1586.5N 而機床縱向進給機構(gòu)可承受的最大縱向力為530（見切削手冊表1.30）故機床進給系統(tǒng)可正常

15、工作（2）粗車201的外圓面 1）進刀量計算得加工一次加到202，由211到202單邊加工余量Z=4.5，即a=4.5，202到201 Z =0.5，即a=0.52）進給量由上步f=0.81mm/r3）確定進給速度vc=125m/min4）確定加工工時L=61-27=34mm， l1=4t=L=46mmt=0.454min工序2：半精車端面A和和外圓287。（1）半精車端面287端面單邊加工余量為Z=1.5mm，a=1.5mm2）進給量取f=0.86mm/r3）V=109m/min4）n=172.7r/min按機床說明書取n=160r/min，所以實際切削V=101m/min5） 計算查機加手

16、冊表12.1L=78.5mm l1=2mm，l2=2mm，l3=0mmt= =0.6min（2）半精車287外圓1）單邊切削余量為Z=2mm，則a=2mm2）進給量f=0.81mm/r3）V=109m/min4）實際切削V=101m/min5）計算工時查機加手冊表12.1L=18mm， l=0mm l=0mm l=0mmt=0.139min工序3：粗車，半精車，精車145的孔，1）背吃刀量 由132到140單邊加工余量Z=4mm即a=4mm 由140到144加工余量Z=4m即a=2mm由144到145加工余量Z=1mm，即a=0.5mm2）進給量f=0.81mm/rV=109m/min4）n=

17、172.7m/min5）計算工時L=52t=3=0.79min工序4：掉頭粗車，半精車B端面、外圓，倒角刀具不變，且由于工序?qū)Χ嗣孢M行了粗加工，且精度的未加工的毛坯高，所以這次夾緊后對工件車削可大些 1）背吃刀加工余量為4.5，由于對本齒輪精度不是有一定的精度要求，分三次進刀，第兩次為a=4mm， a=0.5mm.2)進給量，查實用工藝手冊表3-29 f=0.7-1.0按CA6140說明書取f=0.81mm/r3)由工序一得到的轉(zhuǎn)速，尺寸相差不大，且可直接不跟換使用V=109m/min4)確定機床主軸轉(zhuǎn)速 n=116r/min由說明書取n=125m/min，實際切削速度為117m/min2）

18、計算切削工時、按機加手冊查表12-1 L=41，l1=0，l2=0，l3=0 t= =0.405min（1）車173的外圓面1）背吃刀量的確定，由201到173，單邊切削余量Z=14mm，分4次進刀，即a= a= a=4mm，a=2mm 2) f=0.81mm/r 3) V=109m/min 4)n實際轉(zhuǎn)速參照工序1，n=125r/min5）計算切削工時 L=10mm t=4=0.1min（2）選用車槽寬度為5和8的車槽刀，查設(shè)計指南表5.117，1）f=0.22mm/r2）n實際轉(zhuǎn)速取工序上步驟n=125r/min3)計算切削工時：L=6.5 t=0.236min(3) 1)f=0.22mm

19、/r2)實際切削速度V=125r/min3）L=10.5 4) t=2=0.763min（3）倒145孔545的倒角工序5：鉆孔鉆孔158。分析零件的結(jié)構(gòu)和精度要求，用搖臂鉆床鉆15的孔且選擇高速鋼莫氏錐柄1587168莫氏錐號為2的麻花鉆鉆頭。使用專用夾具裝夾。1） 進給量的選擇由設(shè)計指南表5.127，5.63選取f=0.35mm/r2） 主軸轉(zhuǎn)速，由表5.62 n=420r/min3） 計算切削工時: L=51 l=5， l=3， l3=0mmt= 8=0.4min工序6，滾齒 （1）切削用量：本工序為滾齒選用標準的高速鋼單頭滾刀型模數(shù)m=3.5mm直徑71mm，可以采用一次走刀切至全深，

20、工作時每轉(zhuǎn)滾刀軸想進給量f=0.81.0mm/r按表2.19的計算公式確定齒輪滾刀的切削速度V=試中C=364 y=0.85 T=240min ，f=0.83mm/r m=0.5m=3.5 x =-0.5 k=0.80.8=0.64V=根據(jù)Y3150型滾齒機主軸轉(zhuǎn)速表5.80選n=165r/min 實際切削速度為V=36.78m/min加工時的切削功率按下式計算表2.20P=式中Cp=124 y=0.9 x=1.7 up=-1.0 q=0 f=0.83mm/r m=3.5mm d=71 Z=80 V=36.78m/min k=1.2P=0.548kwY3150型滾齒機的主電動機功率P=3kw表

21、5.79因PP故所選擇的切削用量可在滾齒機床上使用。（2）基本時間 根據(jù)表2.26，用滾刀滾圓柱齒輪的基本時間為T=式中B=18mm =0 Z=80 q=1 n=2.75r/s fa=0.83mm/rl=+(23)= +(23)=24.3mmT=975s工序7插齒 切削用量： 本工序為插齒，；利于插齒機，選用碗型插齒刀。由于工件地 模塑不大，精度達到R=1.6um，可用一次進給的凸輪在一次進給中獲得所需的尺寸和精度。此時，進給量應(yīng)取較小值，即f=0.17mm往復f=0.024mm往復切削速度V=20m/min1) 插齒刀的行程長度L L=b+式中b被加工齒輪寬度插齒刀切入，切出長度之和超越行程

22、（mm）一一般在插齒加工中，插齒刀切入長度l取5mm以上插齒刀切出長度l取34mm2) 插齒刀的行程次數(shù)nn=5563）進給切削時間 d=20t=0.0018min由于是做往復運動，沒一個行程有一個停留時間，設(shè)為t=0.0036mint= （t+ t）n=（0.0018+0.0036）556=3.0024min四、 夾具設(shè)計1) 為了提高勞動生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動強度，需要設(shè)計專用夾具。2) 經(jīng)過與指導老師協(xié)商，決定設(shè)計加工齒輪工序的夾具。本夾具將用于車床C6140，刀具為高速鋼單頭滾刀型模數(shù)m=3.5mm直徑71mm，對工件滾齒加工。3) 問題的提出4) 在給定的零件中，對本步加工的定位并未提出具體的要求，是自由公差，定位要求較低。因此，本步的重點應(yīng)在夾緊的方便與快速性上。5) 夾具設(shè)計6) 定位基準的選擇7) 出于定位簡單和快速的考慮，