齒輪夾具設(shè)計

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1、 攀枝花學(xué)院?？飘厴I(yè)論文（設(shè)計） 齒輪軸的加工工藝規(guī)程夾具設(shè)計 學(xué)生姓名： 武曉虎 學(xué)生學(xué)號： 200921205073 院（系）： 工程技術(shù)學(xué)院 年級專業(yè)： 09級機(jī)電一體化技術(shù) 指導(dǎo)教師： 張敬東 教授 助理指導(dǎo)教師： 二〇一二年五月 摘 要 齒輪軸零件的主要作用是支撐回轉(zhuǎn)零件、實現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動并傳遞轉(zhuǎn)矩和動力。齒輪軸具備傳動效率高、結(jié)構(gòu)緊湊和使用壽命長等一系列優(yōu)點，是通用機(jī)

2、械特別是工程機(jī)械傳動中的重要零件之一。齒輪軸加工材料、熱處理方式、機(jī)械加工工藝過程的優(yōu)化，將對提高齒輪軸的加工質(zhì)量及壽命有著重要借鑒意義。本文對某企業(yè)提供的“齒輪軸”零件進(jìn)行了機(jī)械制造工藝規(guī)程設(shè)計和銑鍵槽專用夾具設(shè)計。對于工藝規(guī)程設(shè)計和夾具設(shè)計制訂了兩套不同的方案，從中甄選出最佳方案。本設(shè)計首先分析了齒輪軸零件的作用和加工工藝性，然后進(jìn)行工藝規(guī)程設(shè)計，最后是銑鍵槽專用夾具設(shè)計。齒輪軸零件的機(jī)械綜合性能要求較高，一般選擇鍛件作為毛坯。合理安排工藝路線，劃分加工階段對保證零件加工質(zhì)量至關(guān)重要。使用夾具可以縮短輔助時間，提高勞動生產(chǎn)率，保證加工精度，穩(wěn)定加工質(zhì)量，降低對工人的技術(shù)要求，擴(kuò)大機(jī)床工藝范

3、圍。 本次設(shè)計的題目是齒輪軸的加工工藝規(guī)程設(shè)計。首先根據(jù)減速器中的齒輪軸，進(jìn)行工藝設(shè)計，進(jìn)而確定工藝規(guī)程布局，隨后，對滾齒夾具進(jìn)行設(shè)計。 關(guān)鍵詞：齒輪軸，滾齒機(jī)，加工工藝，滾齒夾具。 ABSTRACT The main function of the gear shaft is to support rotating parts, achieve rotary motion and transfer torque and power. Gear shaft has a series of advantages, such as

4、 high transmission efficiency, compact structure, long service life and so on. It is one of the important parts in the general machinery, particularly the engineering machinery transmission. The optimization of the gear shaft’s machining materials, thermal treatm -ent method and machining process w

5、ill have great significance on the machiningqual -ity of the gear shaft and the service life. This paper discussed the machinery manufa- cturing process planning and fixture design of milling key of a "gear shaft" provided by a enterprise. As for process planning and fixture design, there were t

6、wo different plans for selecting the better one. The paper firstly analyzed the function of the gear s -haft and its mechanical properties, and then planned the machining process, finally, the fixture design. As gear shaft requires the higher machinery comprehensive properties, we usually select th

7、e forgings as the forging blank. It is very important for ensuring the processing quality of the gear shaft to arrange the process route reasonably anddivide the processing stage. Using Fixture can reduce the auxiliary time, increase productivity, ensure machining accuracy, stabilize the processing

8、 quality, reduce the technical requirements for workers and expand the technology range of machine tool. The subject is designed to gear design and gear machining process design. First, to design the gear according to conditions, then the gear design process, and to determine the overall layout des

9、ign, then, for hobbing fixture design Keywords: Gear hobbing machine, processing technology, gear hobbing fixture 攀枝花學(xué)院?？飘厴I(yè)論文（設(shè)計） 目錄 目 錄 摘 要 I ABSTRACT II 1 緒論 1 2 齒輪軸零件分析 2 3 齒輪軸加工工藝規(guī)程設(shè)計 3 3.2機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺

10、寸的確定 4 3.3選擇定位基準(zhǔn) 5 3.1 毛坯的選擇 3 3.4選擇加工方法 6 3.5工藝路線的擬定 6 3.6確定切削用量及基本工時 7 4 滾齒夾具的設(shè)計 10 4.1定位基準(zhǔn)的選擇 10 4.2定位元件的設(shè)計 10 4.3夾緊裝置的設(shè)計 12 4.4夾具設(shè)計的操作及簡要說明 13 5 結(jié)論 15 參考文獻(xiàn) 16 致 謝 17 攀枝花學(xué)院?？飘厴I(yè)論文（設(shè)計） 1 緒論 1

11、 緒論 本次設(shè)計的意義在于： 1）培養(yǎng)綜合分析和解決本專業(yè)的一些問題的獨(dú)立能力，拓寬和深化所學(xué)知識。 2）培養(yǎng)樹立正確的設(shè)計思維，掌握設(shè)計的一般程序、規(guī)范和方法的能力。 3）培養(yǎng)正確地使用技術(shù)知識、國家標(biāo)準(zhǔn)、有關(guān)手冊、圖冊等工具，進(jìn)行設(shè)計計算、數(shù)據(jù)處理、編寫技術(shù)文件等方面的工作能力。 4）熟悉齒輪軸零件加工工藝過程和掌握夾具設(shè)計的方法步驟，為以后從事相關(guān)的技術(shù)性工作打下堅實的基礎(chǔ)。 5）通過對齒輪軸零件的機(jī)械制造工藝設(shè)計，使我們在機(jī)械制造工藝規(guī)程設(shè)計，工藝方案論證，機(jī)械加工余量計算，工藝尺寸的確定，編寫技術(shù)文件及查閱技術(shù)文獻(xiàn)等各個方面得到一次綜合性訓(xùn)練。 6）能根

12、據(jù)被加工零件的技術(shù)要求，運(yùn)用夾具設(shè)計的基本原理和方法，擬定夾具設(shè)計方案，完成夾具機(jī)構(gòu)設(shè)計，初步具備設(shè)計出高效、省力、經(jīng)濟(jì)合理并能保證加工質(zhì)量的專用夾具的能力。 7）通過零件圖、裝配圖的繪制，使我們進(jìn)一步熟練AutoCAD的使用。熟悉和掌握我國相關(guān)的制圖標(biāo)準(zhǔn)和要求。 17 攀枝花學(xué)院專科畢業(yè)論文（設(shè)計） 2 齒輪軸零件分析 2 齒輪軸零件分析 該齒輪軸是減速器中高速軸那段，即為低扭矩段，由于小齒輪直徑較小，所以便采用齒輪軸

13、的設(shè)計方式。該軸包括圓柱、齒輪、鍵槽等表面。軸是組成減速器的重要零件之一，它本身要求有足夠的強(qiáng)度和剛度，足夠精確的尺寸和較高的表面粗糙度，與軸承配合處的軸頸表面還有高的硬度，因而材料應(yīng)具有優(yōu)良的綜合機(jī)械性能。碳素鋼價格低廉、鍛造工藝性能好、對載荷較大，較為重要的場合，以45號鋼最為常用。如下為該齒輪軸的零件圖。 圖2.1 齒輪軸 該齒輪軸的齒輪段直徑為，長度105，鍵槽段是直徑，鍵槽寬為10mm。兩軸承位的直徑為，此段為該齒輪的主要加工基準(zhǔn)。 攀枝花學(xué)院?？飘厴I(yè)論文（設(shè)計） 3 齒輪軸加工工

14、藝規(guī)程設(shè)計 3 齒輪軸加工工藝規(guī)程設(shè)計 3.1 毛坯的選擇 毛坯類型及制造方法與毛坯材料密切相關(guān)，材料不同，其工藝性能及毛坯類型和制造方法也不同。然而零件結(jié)構(gòu)或生產(chǎn)批量變化是，獲得毛坯的具體工藝方法也隨之改變。一次毛坯類型及制造方法是應(yīng)考慮毛坯選擇的原則： 1）滿足零件的使用要求 1，結(jié)構(gòu)形狀和尺寸的要求。 2，力學(xué)性能的要求。 3，對于具有某些特殊要求的零件，必須結(jié)合毛坯材料和制造方法來滿足這些要求。 2）滿足降低生產(chǎn)成本的要求 3）考慮實際生產(chǎn)條件 毛坯種類的選擇決定與零件的實際作用，材料、形狀、生產(chǎn)性質(zhì)以及在生產(chǎn)中獲得可能性，毛坯的制造方法主

15、要有以下幾種： 1、型材 2、鍛造 3、鑄造 4、焊接 5、其他毛坯。 根據(jù)零件的材料，推薦用型材或鍛件，對于齒輪軸是用于承受重載、動載機(jī)復(fù)雜載荷的重要零件，最常用的毛坯是鍛件。由于鑄造的缺點是鑄件的組織疏松，晶粒粗大，力學(xué)性能較差。而鍛造能提高其組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能，鍛造組織經(jīng)過鍛造方法熱加工變形后由于金屬的變形和再結(jié)晶，使原來的粗大枝晶和柱狀晶粒變?yōu)榫Я］^細(xì)、大小均勻的等軸再結(jié)晶組織，使鋼錠內(nèi)原有的偏析、疏松、氣孔、夾渣等壓實和焊合，其組織變得更加緊密，提高了金屬的塑性和力學(xué)性能。 此外，鍛造加工能保證金屬纖維組織的連續(xù)性， 使鍛件的纖維組織與鍛件外形保持一致，金屬流線完整，可

16、保證零件具有良好的力學(xué)性能與長的使用壽命。 對于軸類零件來說，鍛造中常采用模鍛。 它有幾下優(yōu)點： 1，生產(chǎn)率較高 2，鍛件的形狀和尺寸比較精確，機(jī)械加工余量小。 3，可以鍛造形狀比較復(fù)雜的鍛件。 4，模鍛節(jié)省加工工時、金屬材料。 5，操作簡單，勞動強(qiáng)度低，易實現(xiàn)機(jī)械化和自動化生產(chǎn)。 6，鍛件內(nèi)流線分布更加合理，力學(xué)性能高。故應(yīng)采用模鍛。 對于采用齒輪軸所使用的材料的因素。 1，軸類零件的工作條件、失效形式及性能要求。齒輪軸是重要的機(jī)械零件，其作用是支承回轉(zhuǎn)零件并傳遞運(yùn)動和動力。也是影響機(jī)械設(shè)備精度和壽命的關(guān)鍵零件。因此為保證零件的正常工作，零件選用的材料必須具有足夠的強(qiáng)度和

17、剛度，適當(dāng)?shù)臎_擊韌性和高的疲勞強(qiáng)度，要求具有高的硬度和良好的耐磨性。在工藝 性能方面，應(yīng)具有良好的切削加工性和足夠的淬透性。 2，對軸類進(jìn)行選材時，主要是根據(jù)載荷的性質(zhì)和大小，以及軸類的運(yùn)行精度要求來進(jìn)行。 因此，考慮到零件的經(jīng)濟(jì)性和綜合性能要求，零件材料為45鋼。 3.2機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 1、毛坯外圓表面直徑的確定 外圓 105mm只要粗加工就可以達(dá)到要求，而外圓50k6和60mm鍛一樣的直徑，查參考文獻(xiàn)4表2-15可知直徑加工余量為2mm，考慮實際加工時，因鍛造表面較硬而加工余量少可能難加工，所以取毛坯直徑為65mm。45與35mm鍛一樣的直徑，而45m

18、m只要粗加工就可以達(dá)到要求，參考文獻(xiàn)4表2-15可知直徑加工余量為2mm，同上，所以取毛坯直徑為50mm。 2、加工余量 表2.1 加工余量 尺寸 項目 35 45mm 50mm 60 105 粗車余量 （直徑） 9.2 5 9.2 5 7 半精車余量（直徑） 0.5 0.6 精車余量 （直徑） 0.3 0.4 0.4 磨削余量 （直徑） 0.4 總余量 （直徑） 10 5 10.0 5 8 3.3選擇定位基準(zhǔn) 1）精基準(zhǔn)的選擇 設(shè)計基準(zhǔn)是圖樣

19、上所采用的基準(zhǔn)。如零件圖上的軸心線是各外圓和孔的設(shè)計基準(zhǔn)。由零件的工藝分析可以知道，此零件的設(shè)計基準(zhǔn)是50k6mm和35mm的軸線，根據(jù)精基準(zhǔn)選擇的原則是： （1）基準(zhǔn)重合原則。 （2）基準(zhǔn)統(tǒng)一原則。 （3）自為基準(zhǔn)原則。 （4）互為基準(zhǔn)原則。 （5）便于裝夾原則。 根據(jù)以上選擇的原則，我們就可以選擇端面的中心孔作為精基準(zhǔn)。應(yīng)選擇設(shè)計基準(zhǔn)為精基準(zhǔn)，即以50k6mm和35mm的軸線為精基準(zhǔn)，由于多數(shù)工序的定位基準(zhǔn)都是中心孔，符合基準(zhǔn)統(tǒng)一原則，且能保證工件定位準(zhǔn)確，裝夾方便，夾具結(jié)構(gòu)簡單。所以精基準(zhǔn)選擇中心孔。 2）粗基準(zhǔn)的選擇 根據(jù)選擇的原則是： （1）非加工表面原則。 （2

20、）加工余量最小原則。 （3）重要表面原則。 （4）不重復(fù)使用原則。 （5）便于裝夾原則。 根據(jù)以上選擇的原則，在加工時： （1）車左端時，以兩端端面中心孔作為粗基準(zhǔn)。 （2）車右端時，以兩端端面中心孔作為粗基準(zhǔn)。 故選擇左端105mm的未加工外圓柱面作為粗基準(zhǔn) 3.4選擇加工方法 根據(jù)各表面加工要求和各加工方法能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)精度，確定各表面的加工方法如下： 尺寸50k6mm：粗車→精車→磨削； 尺寸60mm：粗車； 尺寸105mm:粗車→半精車→精車； 尺寸60mm:粗車； 尺寸50k6mm：粗車→半精車→精車； 尺寸35mm：粗車→半精車→精車； 尺寸寬為:

21、10mm深為5mm長為60的鍵槽：粗銑； 大徑為105的直齒輪：滾齒→剃齒或粗滾齒→精滾齒； 根據(jù)先粗后精，基準(zhǔn)先行，以及先主后次的原則，加工順序：兩端面和中心孔的加工，粗車各外圓表面，精車外圓50k6mm，35mm表面，銑鍵槽，齒輪的加工，磨削兩50k6mm外圓面。 3.5工藝路線的擬定 工序10：模鍛； 工序20：正火； 工序30：車端面、打中心孔； 工序40：粗車各外圓； 工序50：調(diào)質(zhì)處理； 工序60：修研中心孔； 工序70：精車外圓50k6mm、35mm； 工序80：銑鍵槽； 工序90：滾齒； 工序100：修研中心孔； 工序110：剃齒； 工序120

22、：磨外圓50k6mm（兩段）； 工序130：去毛刺； 工序140：檢驗； 工序150：入庫。 3.6確定切削用量及基本工時 工序1：粗車外圓 粗車外圓50k6mm： 背吃刀量：單邊余量Z=4.6mm,可三次切除。背吃刀量為1.8mm。 進(jìn)給量：根據(jù)參考文獻(xiàn)2表1.1-47取。 切削速度:根據(jù)參考文獻(xiàn)2表1.1-46取。 確定主軸轉(zhuǎn)速： 按機(jī)床選取。所以實際切削速度為 驗證機(jī)床功率：主切削力按《機(jī)械工藝手冊》表1.1-57所示公式計算 式中， ,,,, 所以 切削時消耗功率為 由CA6140機(jī)床說明書可知，CA6140的主電機(jī)功率為7.8k

23、w，當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速為560r/min時，主軸傳遞最大功率為5.5kw，所以機(jī)床功率足夠，可以正常加工。 6）切削工時： 式中， 所以 工序2：滾齒 背吃刀量：根據(jù)參考文獻(xiàn)7表11-13可知， 。 進(jìn)給量：根據(jù)參考文獻(xiàn)7表11-16取 切削速度：根據(jù)參考文獻(xiàn)7表11-14取 。 根據(jù)修正公式： 式中查參考文獻(xiàn)1表6.1-39可得： 所以 確定主軸轉(zhuǎn)速： 按機(jī)床選取 切削工時： 式中， 所以 攀枝花學(xué)院?？飘厴I(yè)論文（設(shè)計）

24、 4 滾齒夾具的設(shè)計 4 滾齒夾具的設(shè)計 本次夾具是為了滾齒設(shè)計的專用夾具，機(jī)床選用精密滾齒機(jī)Y3112E型滾齒機(jī)。 4.1定位基準(zhǔn)的選擇 由零件圖可知，本齒輪軸是回轉(zhuǎn)體面，由于在進(jìn)行齒輪加工時，各外圓圓已經(jīng)加工完成，所以各外圓面均可以作為定位基準(zhǔn)，本次以選擇面為基準(zhǔn)。以此面為基準(zhǔn)定位即可限制五個自由度，然后再固定兩端面即可限制六個自由度。 4.2定位元件的設(shè)計 選擇面為基準(zhǔn)面后，這里需要設(shè)計專用連接板和面相配合，此專用連接板的孔徑也為mm，直接將孔打通，齒輪軸的下為和面所以，用此專用連接板以面定位不會造成過定位現(xiàn)象。 在齒輪軸的兩個端面用兩個頂尖支撐，使

25、得齒輪軸不會竄動，這樣定位元件設(shè)計即可。 如下圖專用連接板的圖樣： 圖4.1 夾具 在滾齒機(jī)上滾齒時，機(jī)床上配有頂尖，所以頂尖為標(biāo)準(zhǔn)件不必設(shè)計，但在另一端頂尖為了考慮要和夾具體連接，本次設(shè)計中的頂尖樣式如下： 圖4.2 頂針 4.3夾緊裝置的設(shè)計 在齒輪軸工件定位后，需要對工件進(jìn)行夾緊，避免工件在被加工時竄動，除了在齒輪軸兩個端面上用頂尖支撐頂住外，在齒輪軸的外圓面上也需要夾緊它，避免轉(zhuǎn)動，我們在與面配合的定位連接塊上的側(cè)面開兩個螺紋孔，用機(jī)床夾具附件固定式手柄壓緊螺釘進(jìn)行壓緊齒輪軸的外圓面，這樣既可避免齒輪軸在滾齒時竄動，實現(xiàn)夾具設(shè)計的夾緊裝置。 圖4.3 固定手

26、柄壓緊螺釘 圖4.4 夾緊部位的大致圖 4.4夾具設(shè)計的操作及簡要說明 本夾具以面為基準(zhǔn)，齒輪軸兩端面用兩頂尖支撐住齒輪軸，同時在外圓面上用兩個固定式壓緊螺釘壓緊齒輪軸的外圓面，使得工件被裝夾完成。滾齒加工完后只需松開壓緊螺釘將齒輪軸拿起即可，同時另一頂尖下端有圓螺母，每次裝夾和拆卸時需要松開圓螺母和擰緊圓螺母。同時本次夾具設(shè)計中考慮到齒輪軸批量生產(chǎn)，每次加工的齒輪軸的長度會有偏差，所以在另一頂尖設(shè)計中采用頂尖連接塊與夾具體內(nèi)壁可以調(diào)節(jié)，與夾具體內(nèi)壁連接處有密封圈，防止在滾齒過程中的殘渣和泄露進(jìn)去，同時在夾具體兩側(cè)開有加油孔，為了定期對內(nèi)壁進(jìn)行加油潤滑，保證在長期調(diào)節(jié)頂尖連接塊能更

27、好使用，延長夾具使用壽命。 整個夾具裝配圖如下： 圖4.5 夾具裝配圖 攀枝花學(xué)院專科畢業(yè)論文（設(shè)計） 5 結(jié)論 5 結(jié)論 本課題開發(fā)研制的齒輪軸加工工藝規(guī)程和滾齒夾具。在開發(fā)過程中，針對加工過程中存在的難點進(jìn)行了攻關(guān)。在滾齒夾具的設(shè)計上采取了一系列的措施，保證了被加工工藝的加工程度度。主要完成了以下工作： 1）對齒輪軸加工工藝進(jìn)行了分析研究，明確了齒輪軸加工的技術(shù)要求和工藝要點。 2）恰當(dāng)?shù)剡x擇了滾齒機(jī)的切削參數(shù)

28、，以及滾齒夾具的設(shè)計要求。 3）根據(jù)通用、經(jīng)濟(jì)的原則，選擇了刀具，滿足了工藝的需要。 本項工作還有許多值得完善的地方，例如：裝夾、定位由人工完成，效率較低；自動化程度有待提高等問題。這些問題通過改進(jìn)設(shè)計、完善工藝、現(xiàn)場的不斷實踐、總結(jié)，必將會得到進(jìn)步的提高。 攀枝花學(xué)院?？飘厴I(yè)論文（設(shè)計） 參考文獻(xiàn) 參考文獻(xiàn) [1]《機(jī)械制造工藝學(xué)課程設(shè)計指導(dǎo)書及習(xí)題》，張龍勛主編, 機(jī)械工業(yè)出版社, 2003.2 [2]《機(jī)械制造工藝學(xué)課程設(shè)計指

29、導(dǎo)書》，趙家齊主編,機(jī)械工業(yè)出版社, 2002.1 [3]《機(jī)械制造基礎(chǔ)課程設(shè)計》，王富山，陳抗生主編,機(jī)械工業(yè)出版社, 2002.1 [4]《切削用量簡明手冊》，艾興、肖詩綱編，機(jī)械工業(yè)出版社，2000.1 [5]《機(jī)械制造技術(shù)》，朱正心主編，機(jī)械工業(yè)出版社，2001.10 [6]《機(jī)械制造工藝學(xué)》，徐嘉元、曾家駒主編，機(jī)械工業(yè)出版社，1999.5 [7]《金屬切削原理及刀具》，吳道全、萬光珉等編，重慶大學(xué)出版社, 2001.3 [8]《機(jī)械制造工藝與機(jī)床夾具》，劉守勇主編，北京機(jī)械工業(yè)出版社, 2002.2 [9]《機(jī)械制造工藝學(xué)》，王啟平主編，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社, 200

30、2.1 [10]《機(jī)床夾具設(shè)計手冊》，王光斗，上?？萍汲霭嫔?，2000.2 [11]《機(jī)械制造工藝設(shè)計簡明手冊》，李益民，機(jī)械工業(yè)出版社，1995.3 [12]《機(jī)床夾具圖冊》，王小華，機(jī)械工業(yè)出版社，1992.2 攀枝花學(xué)院?？飘厴I(yè)論文（設(shè)計） 致謝 致 謝 本次畢業(yè)設(shè)計涉及的全部內(nèi)容是在指導(dǎo)老師張敬東教授的悉心指導(dǎo)下完成的。感謝張教授給我提供了良好的課題條件，讓我從這次設(shè)計中得到了很好的鍛煉。同時也為我講解了不少難題，在此特別感謝。教授淵博的學(xué)識、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、平易近人的作風(fēng)和認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度讓我們受益非淺。從周教授處我們學(xué)到了許多的專業(yè)知識和相關(guān)的設(shè)計方法。在此，謹(jǐn)向恩師表示最真誠的感謝。感謝他在百忙中給予我們的指導(dǎo)。 在這次的設(shè)計過程中也得到了老師的指導(dǎo)。當(dāng)然還有本院其他老師的指導(dǎo)。在此我向各位給予我指導(dǎo)的老師表示忠心的感謝和致敬。 最后還要感謝的，也是最應(yīng)該感謝的是攀枝花學(xué)院，學(xué)院讓我們有這么好的學(xué)習(xí)條件。通過三年的學(xué)習(xí)，讓我們成為有用之才；也是學(xué)院給我們了這次畢業(yè)設(shè)計機(jī)會，讓我們在走上工作崗位之前好好的鍛煉一下自己。