圓柱齒輪加工工藝、車外圓及端面夾具

徐州工程學院機電工程學院課程設計說明書機電工程學院機械制造技術基礎課程設計說 明 書課題名稱： 圓柱齒輪加工工藝、車外圓及端面夾具 學生姓名： qweweqe 學號： 00000000000 專 業(yè)：機械設計制造及其自動化 班級： 00000000班 成 績： 指導教師簽字： 2013年12月27日4前 言齒輪是工業(yè)生產(chǎn)中的重要基礎零件，其加工質(zhì)量和加工能力反映一個國家的工業(yè)水平。實現(xiàn)齒輪加工的數(shù)控化和自動化，加工和檢測的一體化是目前齒輪加工的發(fā)展趨勢。齒輪加工機床系指用齒輪切削工具加工齒輪齒面或齒條齒面的機床及其配套輔機。齒輪機床按加工原理分為兩類，仿形法和范成法(或稱展成法)。仿形法是用刀具的刀刃形狀來保證齒輪齒形的準確性，用單分齒來保證分齒的均勻。范成法是按照齒輪嚙合原理進行加工，假想刀具為齒輪的牙形，它在切削被加工齒輪時好似一對齒輪嚙合傳動，被加工齒輪就是在類似嚙合傳動的過程中被范成成形的，范成法具有加工精度高，粗糙度值低，生產(chǎn)率高等特點，因而得到廣泛應用，范成法按其加工方法和加工對象分為：(1)插齒機：多用于粗、精加工內(nèi)外嚙合的直齒圓柱齒輪，特別適用于雙聯(lián)、多聯(lián)齒輪，當機床上裝有專用裝置后，可以加工斜齒圓柱齒輪及齒條。(2)滾齒機：可進行滾銑圓柱直齒輪、斜齒輪、蝸輪及花鍵軸等加工。(3)剃齒機：按螺旋齒輪嚙合原理用剃齒刀帶動工件(或工件帶動刀具)旋轉剃削圓柱齒輪齒面的齒輪再加工機床。(4)刨齒機：用于外嚙合直齒錐齒輪加工。(5)銑齒機：用于加工正交、非正交(軸交角不等于90)的弧齒錐齒輪、雙曲線錐齒輪加工。(6)磨齒機：用于熱處理后各種高精度齒輪再加工。目 錄 機械制造技術基礎課程設計任務書第一章 齒輪的工藝分析及生產(chǎn)類型的確定 051.1 齒輪的用途 051.2 齒輪技術要求 051.3 審查齒輪的工藝性 061.4 確定齒輪的生產(chǎn)類型 07第二章 確定毛坯、繪制毛坯件圖 082.1 選擇毛坯 082.2 確定毛坯的尺寸和機械加工余量 082.3 繪制齒輪鑄造毛坯簡圖 09第三章 擬定齒輪工藝路線 10 3.1 定位基準的選擇 10 3.2 各表面加工方案的確定 11 3.3 加工階段的劃分 12 3.4 工序的集中與分散 12 3.5 工序順序的安排 13 3.6 機床設備及工藝裝備的選用 14 3.7 確定工藝路線 15第四章 確定加工余量和工序尺寸 16 第五章 確定切削用量及時間定額 17 第六章 夾具設計 20第七章 設計體會 23第八章 參考文獻 24徐 州 工 程 學 院機械制造技術基礎課程設計任務書機電工程 學院 機設 專業(yè) 2 班級 姓名 唐樹華 一、設計題目 圓柱齒輪 零件（年產(chǎn)量5000件） 機械加工工藝規(guī)程及工藝裝備設計 二、設計任務1. 繪制零件圖、毛坯圖；2. 編制機械加工工藝過程卡；3. 編制工序卡；4. 繪制夾具裝配圖；5. 編寫設計說明書。三、設計時間 2013 年 12 月9 日 至 2013 年 12.月 27 日 指導 教 師 汪菊、郭華鋒 教研室主任 李 志 圓柱齒輪，鍛造毛坯設計內(nèi)容計算說明結論第一章齒輪的工藝分析及生產(chǎn)類型的確定1.1 齒輪的用途齒輪是機器中廣泛采用的傳動零件之一。它通過孔80與傳動軸、鍵相配合來傳遞動力，改變轉速和回轉方向。圓柱齒輪用于平行兩軸之間的傳動。齒輪在嚙合時，齒要承受彎曲應力和沖擊載荷的作用，因此該零件應具有足夠的強度、剛度和韌性，以適應齒輪嚙合的工作條件。該齒輪的主要工作表面為齒、孔和鍵槽，在設計工藝的時應重點予以保證。1.2 齒輪的技術要求齒輪的全部技術要求列于表1中。圓柱齒輪是典型的齒輪零件，其齒輪孔的是主要的裝配基準，齒輪孔與傳動軸有配合要求，因此加工精度較高；為保證配合精度，軸孔的尺寸為；鍵槽的寬度尺寸為220.026，鍵槽高度尺寸為。齒在工作過程中需要承受沖擊載荷，為增強其耐磨性，其表面妖氣淬火處理，硬度為190217HBS；為保證嚙合精度，齒頂圓的尺寸為設計內(nèi)容計算說明結論。綜上所述，該齒輪的各項技術要求指定的較為合理，符合該零件的在工作中的功用。表1 齒輪零件技術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鍵槽寬度220.026IT71.6鍵槽高度IT71.6齒頂圓IT103.2分度圓IT83.280mm孔IT71.650mm孔50IT1012.5齒輪左端面30IT1012.5齒輪右端面30IT1012.51.3 審查齒輪的工藝性 分析齒輪的零件圖可知，80mm孔和50孔的斷面均為平面，可以防止加工過程中鉆頭鉆偏，以保證加工精度；另外該圓柱齒輪只對齒輪端面、內(nèi)孔和輪齒的粗糙度要求高，其他表面的粗糙度要求都稍微低些。在零件的加工過程中，由于各加工表面要求的精度等級相差不是很大，采用半精加工即可以保證各加工表面的技術要設計內(nèi)容計算說明結論求。零件的主要工作面雖然加工精度較高，但也可以在正常的生產(chǎn)條件下，采用較經(jīng)濟的方法保質(zhì)保量地加工出來。由此可見，該零件工藝性很好。1.4 確定齒輪的生產(chǎn)類型依設計題目知：Q=5000件/年，結合生產(chǎn)實際，備品率a%和廢品率b%分別取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/年根據(jù)齒輪的質(zhì)量查表1-4知，該齒輪屬輕型零件；再由表1-5知，該齒輪的生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)。設計內(nèi)容計算說明結論第二章確定毛坯、繪制毛坯簡圖2.1 選擇毛坯由零件要求可知，零件的材料為HT200，考慮到該零件在具體工作的受理情況，為增強圓柱齒輪的強度和較大的承載力，毛坯選用鑄件。2.2 確定毛坯的尺寸公差和機械加工余量1公差等級由齒輪的功用和技術要求，確定該零件的公差等級為普通級。圖12機械加工余量設計內(nèi)容計算說明結論由任務書可知，零件材料為HT200，零件最大尺寸為325，查表2-4至表2-5，可求得齒輪的毛坯選用砂型鑄造手工造型，加工余量等級選用H級，進而求的各加工表面的加工余量。2.3 繪制圓柱齒輪鑄造毛坯簡圖 綜上所述，毛坯簡圖如圖1所示。設計內(nèi)容計算說明結論第三章擬定齒輪工藝路線3.1 定位基準的選擇基準的選擇是工藝規(guī)程設計的重要過程之一。基準選擇的正確與否，可以使加工質(zhì)量得到保證，生產(chǎn)效率提高，否則，不但加工工藝過程漏洞百出，更有甚者，還會造成零件的大批報廢，使生產(chǎn)無法正常進行，難以在工期內(nèi)完成加工任務。定位基準有粗基準和精基準之分。通常先確定精基準，然后再確定粗基準。1精基準的選擇選擇精基準時，主要解決兩個問題，即保證加工精度和裝夾方便。精基準一般用于中間工序和最終工序中。選擇精基準一般應遵循以下幾項原則：基準重合原則、基準同一原則、互為基準原則和自為基準原則，除此之外，精基準的選擇還應便于工件定位準確、穩(wěn)定，定位剛度好、變形小，同時還應使夾具結構簡單、操作方便。在本齒輪零件的加工過程中，根據(jù)精基準的選擇原則，應以粗加工后零件軸線為主要的定位精基準。設計內(nèi)容計算說明結論2粗基準的選擇粗基準是工件加工的第一道工序基準，它的選擇不僅影響到加工面與不加面的相互位置，影響保證各加工表面有足夠的加工余量，而且關系到后續(xù)工序能否得到理想的定位基準。因此，在選擇粗基準時往往先根據(jù)零件的加工要求選擇精基準，然后在保證得到所選精基準的前提下確定粗基準表面。選擇粗基準一般應遵循一下幾項原則：保證相互位置要求的原則、選擇不加工表面為基準的原則、合理分配加工余量的原則、便于工件裝夾的原則和粗基準一般不得重復使用原則。在本齒輪零件的加工過程中，根據(jù)粗基準的選擇原則，應以圓柱齒輪的端面為主要的定位粗基準。3.2 各表面加工方案的確定 根據(jù)齒輪零件圖上各交給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，確定各加工表面的加工方法如表2。設計內(nèi)容計算說明結論3.3 加工階段的劃分該圓柱齒輪加工表面質(zhì)量要求較高，可將加工階段分成粗加工和半精加工，兩個階段。在粗加工階段。首先將精基準準備好，使后續(xù)工序都可以采用精基準定位加工，保證其它加工表面的精度要求；然后粗車圓柱齒輪端面，外圓，擴中心孔和輪輻孔。表2 齒輪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圓柱齒輪端面IT1012.5粗車圓柱齒輪內(nèi)孔IT71.6擴孔-拉孔圓柱齒輪鍵槽IT71.6插圓柱齒輪外圓IT103.2粗車-半精車圓柱齒輪分度圓IT73.2滾齒50輪輻孔IT1112.5擴孔3.4 工序的集中與分散選用工序集中原則安排圓柱齒輪的加工工序。該圓柱齒輪的類型為大批量生產(chǎn)，可以采用多刀、多軸等高效機床將工序集中，以提高生產(chǎn)效率；而且運用工序集中原則可以減少工件的裝夾次數(shù)，有利于提高表面間的位置精度，減少工序間的運輸，縮短生產(chǎn)周期；同時工序的減少，減少了設備的數(shù)量，相應地減少了操作工人和生產(chǎn)面積。設計內(nèi)容計算說明結論3.5 工序順序的安排1機械加工工序 遵循“現(xiàn)基準后其他”原則，首先加工基準圓柱齒輪左端面和內(nèi)孔。 遵循“先粗后精”原則，對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”原則，先加工主要表面，后加工次要表面。 遵循“先面后孔”原則，先加工主要表面，后加工孔。2時效處理工序在鑄造毛坯成型后進行時效處理，在特定的溫度下放置一定的時間，消除鑄件的內(nèi)應力，穩(wěn)定組織和尺寸，改善其機械性能。3輔助工序 在毛坯成型后，安排時效處理；粗加工后，安排中間檢驗工序；精加工后，安排去毛刺、終檢工序。 綜上所述，該圓柱齒輪工序安排順序為：時設計內(nèi)容計算說明結論效處理擴孔主要表面粗加工主要表面精加工滾齒和插鍵槽輔助工序及其檢驗（參見表3）。表3 齒輪工藝路線及設備、工裝的選用工序號工序名稱機床設備刀具量具1鑄造毛坯2時效處理3擴孔ZK5215擴孔刀游標卡尺4拉孔LYK6115拉刀游標卡尺5粗車CAK613690車刀游標卡尺6半精車CAK6136YT15車刀游標卡尺7滾齒YK38滾齒刀游標卡尺8插組合機床插刀游標卡尺9檢驗鉗工臺平銼10剃齒剃齒機剃刀游標卡尺11磨孔ZK5215推刀游標卡尺12倒角YK5714珩刀塞規(guī)13終檢塞規(guī)、百分表、卡尺等3.6 機床設備及其工藝裝備的選用1機床設備的選用在大批量生產(chǎn)的條件下，可以選用通用萬能設備和數(shù)控機床設備。本次工序所選用的機床設備詳見表3。2工藝裝備的選用設計內(nèi)容計算說明結論工藝裝備主要包括刀具、夾具、量檢具和輔具等。本次工序所選刀具、量具詳見表3。夾具均采用專用機床夾具。3.7 確定工藝路線歸納以上考慮，制訂了齒輪的工藝路線，詳見表3。設計內(nèi)容計算說明結論第四章確定加工余量和工序尺寸4.1 工序3和工序4擴、拉80mm中心孔由表2-23查的，拉孔余量=1mm；擴孔余量=78mm。各工序尺寸按加工精度查表1-10可依次確定為，擴孔為IT10,拉孔為IT7。查標準公差數(shù)值表2-30可確定各工步的公差只分別為：拉孔為0.03mm；擴孔為0.012mm。綜上所述，工序3和工序4的工序尺寸及公差分別為：拉孔工序尺寸d2=mm；擴孔工序尺寸d1=。4.2 工序5和工序6粗車、半精車325mm外圓由表2-11查的，粗車余量0.2mm；精車余量0.05mm。各工序各工序尺寸按加工精度查表1-10可依次確定為，粗車為IT12,半精車為IT10。查標準公差數(shù)值表2-30可確定各工步的公差只分別為：粗車為0.02mm；半精車為0.005。綜上所述，工序5和工序6的工序尺寸及公差分別為：半精車d3=；粗車d4=。設計內(nèi)容計算說明結論第五章確定切削用量及時間定額5.1 切削用量的計算1背吃刀量的選擇粗加工時，背吃刀量應根據(jù)加工余量和工藝系統(tǒng)剛度來確定。由于是以提高生產(chǎn)率為主要目標，所以在留出半精加工余量后，應盡量將粗加工余量一次切除。一般可達810mm。當遇到斷續(xù)切削、加工余量太大或不均勻時，則應考慮多次走刀，而此時的背吃刀量應依次遞減。精加工時，應根據(jù)粗加工留下的余量確定背吃刀量，使精加工余量小而均勻。2進給量f的選擇粗加工時對表面粗糙度要求不高，在工藝系統(tǒng)剛度和強度好的情況下，可以選用大一些的進給量；精加工時，應主要考慮工件表面粗糙度要求，一般表面粗糙度數(shù)值越小，進給量也要相應的減小。3切削速度v的選擇切削速度主要應根據(jù)工件和刀具的材料來確定。粗加工時，v主要受刀具壽命的影響和機設計內(nèi)容計算說明結論床功率的限制。如超出了機床許用功率，則應適當降低切削速度；精加工時，和f選用得都較小，在保證合理刀具壽命的情況下，切削速度應選取的盡可能大，一保證加工精度和表面質(zhì)量，同事滿足生產(chǎn)效率的要求。切削用量選定后，應根據(jù)已選定的機床，將進給量f和切削速度v修訂成機床所具有的進給量f和轉速n，并計算出實際的切削速度v。轉速n（r/min）的計算公式為n=1000v/d，式中d刀具（或工件）直徑（mm）；v切削速度（m/min）。5.2 工序3擴80mm中心孔 1）確定背吃刀量： 2) 確定進給量：查表5-27和表4-14，取該工步的每轉進給量為f=0.8mm/r。 3）計算切削速度：查表5-27，取切削速度v=6.1m/min。由式（5-1）可求得該工序鉆頭轉速，查表4-14對照該工序所選機設計內(nèi)容計算說明結論床的主軸轉速系列，取轉速n=97r/min。再將此轉速代入式（5-1），可求得該工序的實際鉆削速度n=6.3m/min。設計內(nèi)容計算說明結論第六章夾具設計在機床上加工工件時，為了保證工件的加工表面能達到規(guī)定的尺寸和位置公差要求，必須首先使工件占有一個正確的位置。通常把確定工件在機床上或夾具中占有正確位置的過程，稱為定位。當工件定位后，為了避免在加工中收到切削力、重力等作用而破壞定位，還應該用一定的機構或裝置將工件加以固定。工件定位后將其固定，使其在加工過程中保持定位位置不變的操作，稱為夾緊。將工件定位、夾緊的過程稱為裝夾。工件裝夾是否正確、迅速、方便和可靠，將直接影響工件的加工質(zhì)量、生產(chǎn)效率、制造成本和操作安全。在成批、大量生產(chǎn)中，工件的裝夾是通過機床夾具來實現(xiàn)的。用以裝夾工件（和引導刀具）的裝置，稱為機床夾具。機床夾具在生產(chǎn)中應用十分廣泛。機床夾具的作用有以下四個方面：（1）保證加工精度 機床夾具能準確確定工件、刀具和機床之間的相對位置，可以保證加工精度，且穩(wěn)定性好。（2）提高生產(chǎn)效率 機床夾具可快速的將工件定位和夾緊，減少輔助時間。設計內(nèi)容計算說明結論（3）減輕勞動強度 采用手動、氣動和液動等夾緊裝置，可以減輕工人的勞動強度。(4)擴大機床的工藝范圍 利用機床夾具，可使機床的加工范圍擴大。例如，在車床或鉆床上使用鏜?？梢源骁M床鏜孔，使其具有鏜床的功能。機床夾具的分類(1) 按夾具的應用可分為：通用夾具、專用機床夾具、組合夾具、成組夾具和隨行夾具；(2) 按使用機床類型可分為：車床夾具、鉆床夾具、磨床夾具、銑床夾具、鏜床夾具、組合機床夾具、數(shù)控和加工中心機床用夾具等類型；(3) 按夾具動力源可分為：手動夾緊夾具、氣動夾緊夾具、液壓夾緊夾具等類型； 專用機床夾具的組成專用機床夾具由定位元件，夾緊裝置，對刀、導向元件，夾緊連接元件，其他元件及裝置和夾具體組成。機床夾具的設計要求(1) 機床夾具的結構應與其用途和生產(chǎn)規(guī)模相適應；設計內(nèi)容計算說明結論(2) 盡量選擇標準化零部件；(3) 機床夾具結構應具有足夠的剛度、強度和良好的穩(wěn)定性；(4) 保證使用方便和安全；(5) 有良好的工藝性。本次齒輪車外圓及端面的夾具設計可采用三爪卡盤、心軸、平鍵和定位套來夾緊定位。在加工的時候先加工齒輪外圓，心軸主要用來限制齒輪零件的四個自由度；平鍵主要用來限制齒輪零件的自由度；定位套主要用來限制齒輪零件的自由度。夾具零件圖和夾具裝配圖詳見圖紙3和圖紙4。在加工完齒輪外圓的情況下，用三爪卡盤以外圓為定位基準，來加工齒端面、輪輻端面以及中心孔端面。 設計內(nèi)容計算說明結論第七章設計體會通過這次為期三個星期的機械制造技術基礎課程設計的學習，我學到了很多知識。這次對齒輪加工工藝以及車外圓及端面夾具的設計，是檢驗我們理論聯(lián)系實際，加強理論知識應用的重要環(huán)節(jié)。本次課程設計主要經(jīng)歷了兩個階段。即機械加工工藝規(guī)程的設計和專用夾具設計。在兩個階段中，我認真的分析零件圖，我了解到設計的主要步驟和應用到的知識。比如基準的選用，各種表面的定位以及夾具設計。本次課程設計中，使我在基本理論的綜合運用及正確解決實際問題等方面得到了一次較好的訓練。提高了我們的思考、解決問題創(chuàng)新設計的能力，為以后的設計工作打下了較好的基礎?，F(xiàn)在課程設計已經(jīng)接近尾聲，但是我知道還存在很多的問題，需要我們?nèi)レ柟膛c加強專業(yè)知識方面的學習。當然，實踐經(jīng)驗也是很重要的，需要我們理論聯(lián)系實際的去考慮問題，閉門造車是萬萬使不得的。與此同時，軟件的學習與運用也是必不可少的，這是我們作戰(zhàn)的槍支。設計內(nèi)容計算說明結論第八章參考文獻1機械制造技術基礎課程設計指導教程，機械工業(yè)出版社，鄒青，呼詠主編，2012.8重印；2機械制造基礎，高等教育出版社，任家隆，李菊麗主編，2012.7重印，第二版；3機械制圖，高等教育出版社，何銘新，錢可強主編，2009.1重印，第五版；28