圓柱齒輪加工工藝、車外圓及端面夾具

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1、徐州工程學(xué)院機電工程學(xué)院課程設(shè)計說明書 機電工程學(xué)院 《機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)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(xué)生姓名： qweweqe 學(xué)號： 00000000000 專 業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化 班級： 00000000班 成 績： 指導(dǎo)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(chǔ)零件，其加工質(zhì)量

2、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(yīng)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

3、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(zhuǎn)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(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計任務(wù)書 第一章 齒輪的工藝分析及生產(chǎn)類型的確定 ………

4、………………… 05 1.1 齒輪的用途 …………………………………………… 05 1.2 齒輪技術(shù)要求 ………………………………………… 05 1.3 審查齒輪的工藝性 …………………………………… 06 1.4 確定齒輪的生產(chǎn)類型 ………………………………… 07 第二章 確定毛坯、繪制毛坯件圖 …………………………………… 08 2.1 選擇毛坯 ……………………………………………… 08 2.2 確定毛坯的尺寸和機械加工余量 …………………… 08 2.3 繪制齒輪鑄造毛坯簡圖 ……………………………… 09 第三章 擬定齒輪工藝路線

5、…………………………………………… 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(shè)備及工藝裝備的選用 ………………………… 14 3.7 確定工藝路線 ……………

6、…………………………… 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(shè)計 …………………………………………………… 20 第七章 設(shè)計體會 …………………………………………………… 23 第八章 參考文獻 …………………………………………………… 24 徐 州 工 程 學(xué) 院 機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計任務(wù)書 機電工程 學(xué)院 機設(shè) 專業(yè) 2 班級 姓名 唐樹華 一、設(shè)計題目

7、 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(shè)計 二、設(shè)計任務(wù) 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(shè)計說明書。 三、設(shè)計時間 2013 年 12 月9 日 至 2013 年 12.月 27 日 指導(dǎo) 教 師 汪菊、郭華鋒 教研室主任 李 志

8、 圓柱齒輪，鍛造毛坯 設(shè)計內(nèi)容 計算說明 結(jié)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φ80與傳動軸、鍵相配合來傳遞動力，改變轉(zhuǎn)速和回轉(zhuǎn)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(yīng)力和沖擊載荷的作用，因此該零件應(yīng)具有足夠的強度、剛度和韌性，以適應(yīng)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(shè)計工藝的時應(yīng)重點予以保證。 1.2 齒輪的技術(shù)要求 齒輪的全部技術(shù)要求列于表1中。圓柱齒輪是典型的齒輪零件，其齒輪孔的

9、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190~217HBS；為保證嚙合精度，齒頂圓的尺寸為 設(shè)計內(nèi)容 計算說明 結(jié)論 。 綜上所述，該齒輪的各項技術(shù)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(shù)要求表 加工表面 尺寸及偏差/mm 公差及精度 表面粗糙度Ra/μm 鍵槽寬度 220.026 IT7 1.6 鍵槽高度 IT7 1.6 齒頂圓

10、IT10 3.2 分度圓 IT8 3.2 φ80mm孔 IT7 1.6 φ50mm孔 φ50 IT10 12.5 齒輪左端面 30 IT10 12.5 齒輪右端面 30 IT10 12.5 1.3 審查齒輪的工藝性 分析齒輪的零件圖可知，φ80mm孔和φ50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(shù)要 設(shè)計內(nèi)容 計算說

11、明 結(jié)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(shè)計題目知：Q=5000件/年，結(jié)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(shè)計內(nèi)容 計算說明 結(jié)論 第二章

12、 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(shù)要求，確定該零件的公差等級為普通級。 圖1 2．機械加工余量 設(shè)計內(nèi)容 計算說明 結(jié)論 由任務(wù)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

13、坯簡圖如圖1所示。 設(shè)計內(nèi)容 計算說明 結(jié)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(shè)計的重要過程之一?；鶞蔬x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(wù)。 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(yīng)遵循以下幾項

14、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(yīng)便于工件定位準確、穩(wěn)定，定位剛度好、變形小，同時還應(yīng)使夾具結(jié)構(gòu)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(yīng)以粗加工后零件軸線為主要的定位精基準。 設(shè)計內(nèi)容 計算說明 結(jié)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(guān)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(yīng)遵

15、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(fù)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(yīng)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(shè)計內(nèi)容 計算說明 結(jié)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

16、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 IT10 12.5 粗車 圓柱齒輪內(nèi)孔 IT7 1.6 擴孔-拉孔 圓柱齒輪鍵槽 IT7 1.6 插 圓柱齒輪外圓 IT10 3.2 粗車-半精車 圓柱齒輪分度圓 IT7 3.2 滾齒 φ50輪輻孔 IT11 12.5 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

17、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(shè)備的數(shù)量，相應(yīng)地減少了操作工人和生產(chǎn)面積。 設(shè)計內(nèi)容 計算說明 結(jié)論 3.5 工序順序的安排 1．機械加工工序 ① 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。 ② 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。 ③ 遵循“先主后次”原則，先加工主要表面，后加工次要表面。 ④ 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

18、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(yīng)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(shè)計內(nèi)容 計算說明 結(jié)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(shè)備、工裝的選用 工序號 工序名稱 機床設(shè)備 刀具 量具 1 鑄造毛坯 2 時效處理 3 擴孔 ZK5215

19、擴孔刀 游標卡尺 4 拉孔 LYK6115 拉刀 游標卡尺 5 粗車 CAK6136 90車刀 游標卡尺 6 半精車 CAK6136 YT15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(shè)備及其工藝裝備的選用 1．機床設(shè)備的選用 在大批量生產(chǎn)的條件

20、下，可以選用通用萬能設(shè)備和數(shù)控機床設(shè)備。本次工序所選用的機床設(shè)備詳見表3。 2．工藝裝備的選用 設(shè)計內(nèi)容 計算說明 結(jié)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(shè)計內(nèi)容 計算說明 結(jié)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φ80mm中心孔 由表2-23查的，拉孔余量=1mm；擴

21、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φ325mm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

22、，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(shè)計內(nèi)容 計算說明 結(jié)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(yīng)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(yīng)盡量將粗加工余量一次切除。一般可達8~10mm。當遇到斷續(xù)切削、加工余量太大或不均勻時，則應(yīng)考慮多次走刀，而此時的背吃刀量應(yīng)依次遞減。 精加工時，應(yīng)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，

23、可以選用大一些的進給量；精加工時，應(yīng)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(yīng)的減小。 3．切削速度v的選擇 切削速度主要應(yīng)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(shè)計內(nèi)容 計算說明 結(jié)論 床功率的限制。如超出了機床許用功率，則應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(zhuǎn)速n，并計算出實際的切削速度v。 轉(zhuǎn)速n（r/min

24、）的計算公式為n=1000v/πd，式中d—刀具（或工件）直徑（mm）；v—切削速度（m/min）。 5.2 工序3——擴φ80mm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(zhuǎn)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(zhuǎn)速，查表4-14對照該工序所選機 設(shè)計內(nèi)容 計算說明 結(jié)論 床的主軸轉(zhuǎn)速系列，取轉(zhuǎn)速n=97r/min。再將此轉(zhuǎn)速代入式（5-1），可求得該工序的實際鉆削速度n=6.3m/min。 設(shè)計內(nèi)容 計算說

25、明 結(jié)論 第六章 夾具設(shè)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(yīng)該用一定的機構(gòu)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(dǎo)刀具）的裝置，稱為機床夾

26、具。機床夾具在生產(chǎn)中應(yīng)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(shè)計內(nèi)容 計算說明 結(jié)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(yīng)用可分為：通用夾具、專用機床夾具、組合夾具、成組夾具和

27、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(dǎo)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(shè)計要求 (1) 機床夾具的結(jié)構(gòu)應(yīng)與其用途和生產(chǎn)規(guī)模相適應(yīng)； 設(shè)計內(nèi)容 計算說明 結(jié)論 (2) 盡量選擇標準化零部件； (3) 機床夾具結(jié)構(gòu)應(yīng)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)

28、 有良好的工藝性。 本次齒輪車外圓及端面的夾具設(shè)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(shè)計內(nèi)容 計算說明 結(jié)論 第七章 設(shè)計體會 通過這次為期三個星期的機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計的學(xué)習，我學(xué)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(shè)計，是檢驗我們理論聯(lián)系

29、實際，加強理論知識應(yīng)用的重要環(huán)節(jié)。 本次課程設(shè)計主要經(jīng)歷了兩個階段。即機械加工工藝規(guī)程的設(shè)計和專用夾具設(shè)計。在兩個階段中，我認真的分析零件圖，我了解到設(shè)計的主要步驟和應(yīng)用到的知識。比如基準的選用，各種表面的定位以及夾具設(shè)計。本次課程設(shè)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(xùn)練。提高了我們的思考、解決問題創(chuàng)新設(shè)計的能力，為以后的設(shè)計工作打下了較好的基礎(chǔ)。 現(xiàn)在課程設(shè)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(xué)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(xué)習與運用也是必不可少的，這是我們作戰(zhàn)的槍支。 設(shè)計內(nèi)容 計算說明 結(jié)論 第八章 參考文獻 [1]《機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計指導(dǎo)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(chǔ)》，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