汽车主动伞齿轮工艺规程与夹具设计

绪论 毕业设计是大学学习过程中的重要环节,也是学生在学校学习的最后一个重要环 节。这次设计是为了进一步检验学生在学校期间的学习情况，也是在学生走向工作岗位 之前的一次大的实践演习， 重在培养学生综合运用所学的专业知识和基础理论知识的能 力，独立解决一般机械类技术问题的能力，以及树立正确的设计思想和工作作风。经过 将近历时一个学期的毕业设计，巩固了自己大学四年所学的专业知识，并且拓展了知识 面，学到了许多课堂上学不到的知识，还从中掌握了一些实践经验中的技巧，在运用所 学的理论知识与动手设计有机结合的过程中，提高了自己的设计能力和实践能力，而且 初步形成了自己的设计理念。 本论文设计中包括主动伞齿轮的工艺规程设计和工艺装备设计及其加工过程中的 刀具和量具设计（由于时间关系和能力，只设计了木以典型工序中的刀具和量具）等。 在设计时，主要以汽车主动伞齿轮的工艺规程设计和工艺装备设计这两大部分为重点。 此书中具体阐述了其工艺路线，并设计了一套与之相配套的专用刀具和量具（只是某一 典型工序的刀具与量具） ，还设计了其中典型加工工序中所需要的两套夹具。此次设计， 本着力求使所设计的工件实际、实用的原则来指导设计，在整个设计过程中，尽量是设 计内容向实际加工靠拢，使设计更具科学性，更具合理性，其中所用的很多公式与参数 均查阅于工厂一线的工具用书以及机械制造专业的专业技术手册。 通过此次系统的动手 设计，本人已初步掌握了一般零件的工艺路线的拟订，并掌握了设计一般夹具、刀具和 量具的设计方法，可以说对整个机械加工过程在自己的知识领域内有了系统的认识。 在此次毕业设计过程中，得到了赵丽巍伟老师的悉心指导与帮助以及同组同学对 我的设计也提出了许多宝贵的意见和建议，在此，对赵老师的指导以及同学们的帮助表 示衷心的感谢。 由于自我水平有限，且此次设计涉及面广，内容覆盖面广，时间仓促，其中一定 会有这样那样的错误和不足，恳请老师批评指正和谅解。 工艺规程设计（汽车主动伞齿轮） 1.1 零件分析 1.1.1 零件的作用 该零件是汽车各种结构中一个传动结构的主传动零件， 且为主动件， 为主动伞齿轮。 该主动伞齿轮与从动螺旋伞齿轮相配合，两个齿轮的轴线互相垂直，从而实现了力、转 矩、速度、传动比的传动，多用于高速，大功率机械装置的传动，由于是已逐渐接触的 方式传动，因此比较安静，有较大的强度。该零件为伞齿轮且为主动轮，在传动结构中 的作用至关重要，故其加工要求、加工精度、形位精度等要求都比较高。具体要求参照 零件图。 1.1.2 零件工艺分析 由零件图知，零件的材料为 20CrMnTi。分析零件可知，该零件是主动伞齿轮，在 传动中要求有较高的精度，传动时有较好的耐磨性，且轮齿根部具有较高的韧性和冲击 性。型号为 20CrMnTi 的合金钢能满足这些要求，故选用该型号的钢。该零件上的主要 加工面为外圆锥面、 Ø 0.021 0.002 65 + 、Ø48±0.008、滚压螺纹、 滚花键、钻 2­Ø5 孔、铣齿轮 等。该齿轮与从动轮相配合传动力、速度和转矩，故齿面的加工精度要求较高；外圆锥 面和 Ø48 面是与其它零件之间的接触平面，直接影响该零件与其它工件之间的接触精 度；花键是用于联接的表面，在加工时，应有较高的精度以及强度要求；由于 Ø5 两孔 相互垂直，钻孔时应保证两孔的形位精度要求。 参考各工艺标准及切削手册的各种加工方法的经济精度， 及机床能达到的位置精度 可知，上述技术要求是可以达到的，零件的结构工艺性也是可行的。 1.2 确定毛坯、画毛坯图 根据材料及零件的机械性能确定毛坯的加工方法为锻造。 由设计任务书已知零件的生产纲领为 500010000 件/年，零件的重量约为 9 ， 查表知零件的生产类型为大量生产（ 机械加工工艺手册第 1 卷表 5.2­1） 用查表法，根据机械加工工艺手册第 1 卷表 3.2­13.2­8，查外圆柱表面加工 余量及偏差： 表 1.1 外圆柱表面加工余量及偏差 单位：mm 确定锻件公差和机械加工余量的主要因素： （1）锻件重量 根据锻件图的基本尺寸进行计算，并以次数据查表确定公差和余 量。该零件的重量约为 9Kg。 （2）复杂系数 S 由公式 1 S= (1.1) 式中 W 锻件­­­­­­锻件重量 W 外廓包容锻件­­­­­­相应锻件外廓包容件的重量 锻件形状复杂系数分为 4 级：简单（ 1 S 0.631） ，一般( 2 S 0.320.63),较复杂 （ 3 S 0.160.32） ，复杂（ 4 S 0.16） 。该锻件的形状复杂系数选一般。 （3）分模线形状 分模线分为两类：平直分模线和对称弯曲分模线；此毛坯件外 廓为不对称弯曲分模线。 （4）锻件材质系数 分为 1 M 和 2 M 两级 1 M ：钢的最高含碳量小于 0.65的碳钢或合金元素的最高总含量小于 3.0 的合金钢。 2 M ：钢的最高含碳量大于或等于 0.65的碳钢或合金元素的最高总含量大 基本尺寸 粗加工余量 精加工直径余量 偏差 Ø65 2.3 0.2 ­0.30­0.45 Ø48 2.3 0.2 ­0.25­0.39 Ø45 2.0 0.2 ­0.25­0.39 Ø27 2.0 0.3 ­0.21­0.33 端面 1.5 1 于或等于 3.0的合金钢。 该锻件的合金元素分别为 Cr、Mn、Ti,它们的最高总含量小于 3.0，故材质系数 为 1 M 。 （5）零件的加工表面粗糙度 零件的加工表面粗糙度是确定锻件加工余量的重要 依据。当加工表面的粗糙度 Ra1.6um 时，其余量要适当加大。 根据以上影响机械加工余量的各因素，包括锻件重量、加工精度、锻件复杂系数 及工件尺寸， 查表 （ 机械加工工艺手册 第 1 卷表 3.1­56） 得模锻的单边余量为 2.5mm， 孔径的单边余量为 3mm。由此可画出零件汽车主动伞齿轮的毛坯图，如下图所示： 图 1.1 伞齿轮毛坯图 1.3 工艺规程设计 1.3.1 定位基准的选择 粗基准的选择 在选择粗基准时，要考虑到以下几点要求：第一，在保证各个加工表面均有加工 余量的前提下，使重要的加工表面的加工余量均匀；第二，保证工件上加工表面与不加 工表面之间的位置要求，应以不加工表面为粗基准；第三，选择粗基准的表面应平整， 没有浇口、冒口或飞边等缺陷，以便定位可靠。该锻件为轴类零件，在选择粗基准时， 优先考虑了第一个要求，因此选了锻件的小端面为粗基准。 精基准的选择 选择精基准须满足以下要求：第一，用工序基准作为精基准，实现“基准重合”， 以免产生基准不重合误差； 第二， 当工件以某一组精基准可以方便地加工其它各表面时， 应尽可能在多数工序中采用此精基准定位，实现“基准统一”，以减少工序设计的费用， 提高生产率，避免基准转换误差；第三，为了获得均匀的加工余量或较高的位置精度， 可遵循自为基准的原则；第四，当精加工或光整加工工序要求余量尽量小而均匀时，应 选择加工表面自身为精基准，即“自为基准”的原则。基于第一、第二两个原则，选择以 锻件的小端面为粗基准， 加工锻件的大端面即伞齿轮的大端面， 再以此大端面为精基准。 1.3.2 制定工艺路线 分析零件图，依据各个所要加工面的尺寸要求、加工精度、形位精度及配合关系 和技术要求，现提出以下两种工艺路线方案： 表 1.2 工艺规程方案一 工序号 工序内容 1 铣轴两端面和钻中心孔 2 粗车外圆锥面， 65 外圆，50 外圆，47 外圆等 3 精车外圆锥面， 65 外圆，50 外圆，47 外圆等 4 车面锥 5 滚花键 6 粗磨65 外圆 7 粗磨花键外圆 8 粗磨65 外圆 9 钻孔 2­5 孔 10 到角 1*45 ? 11 在 27 外圆上滚压螺纹 M27×1.5­6h 12 清除铁屑 13 中间检查 0 0.03 65 ， 0 0.03 50.40 ， 0 0.05 47.25 14 粗铣齿轮 15 精铣齿轮凸面 16 精铣齿轮凹面 17 将大齿轮大端面口修成 1.5×45 ? 的倒角 18 清洗毛刺 19 中间检查 20 热处理 21 精磨65 外圆和伞齿轮背平面 22 精磨花键外圆 23 精磨50 外圆及其端面 24 校正螺纹 25 最终检查 表 1.3 工艺规程方案二 1 模锻 2 时效处理 3 粗车外圆锥面， 65 外圆，50 外圆，47 外圆等 4 精车外圆锥面， 65 外圆，50 外圆，47 外圆等 5 车面锥，49.5 外圆，132 外圆 6 粗磨选用锥齿轮铣齿机床，刀具为 9，花键外圆，50 外圆 7 滚花键 8 27 外圆上滚压螺纹 M27×1.5­6h 9 钻孔 2­5 孔 10 精磨65 外圆，齿轮背平面， 11 精磨花键外圆 12 精磨50 外圆及其端面 13 粗铣齿轮 14 精铣齿轮 15 去毛刺 16 校正螺纹 17 热处理 18 最终检验 方案分析 方案二的工序在排列时虽遵循了“工序集中”的原则，在一定程序上减 少了工序。但过多的工序集中，难以保证加工精度。另一方面，考虑到该工件的生产纲 领是大量生产，须保证生产效率。在方案一中，虽然工序比较分散，但由于每一工序的 加工内容较少，便于流水线作业，以提高效率，降低成本。另外，方案二的热处理 工 序也不合理， 该工序精磨前、 粗铣后。 这样不像方案二那样， 若将热处理工序放在最后， 这时齿轮的表面强度、硬度、刚度均有所提高，再加工齿轮比较困难，花费工时较大， 工作效率降低，生产成本增大。综合以上分析，选择方案一是比较合理的。 1.3.3 选择加工设备及刀具、夹具、量具 该工件的生产纲领为 500010000 件/年。 除却休息日， 一年中的工作时间约为 200 天。若全年的最大生产量为 10000 件，那么一天的产量是 10000/200=50 件。由此知道 加工设备不需要专用机床，用通用机床即可。工件在各机床上的装卸及在各机床间的传 递均由人工完成。 下面分析各主要工序中所用的加工设备及刀具、夹具、量具。 铣两端面和钻中心孔： 这是该工件的第一个工序。首先以小端面为粗基准铣大端 面，之后把该大端面作为以后相关工序的精基准。这一工序很关键，涉及到后面相关工 序的加工精度和形位精度等技术要求。因此，铣两端面和钻中心孔就合并在了一个工序 中，这也反映了“工序集中”的原则。机床选用 ZBT8216，根据金属切削手册表 6­7 选择三面刃铣刀，钻具为中心钻，夹具为 V 型块，量具为卡规。 车外圆锥面和65 等外圆 ： 工件为轴类零件，且为阶梯轴（除去伞齿轮） 。65 若选用普通车床，在车各外圆时切削量须不断调整，即浪费工时有难以保证加工精度， 故选用仿形车床 CE7120。夹紧方式采用双顶尖夹紧，刀具为机夹车刀，量具为专用卡 规、样板。 滚花键： 参考金属切削手册第二卷表 18.3­7 和 18.3­8，选用半自动万能花 键轴铣床 YB6212，刀具为渐开线花键滚刀，用双顶尖夹紧，量具为渐开线花键环规。 粗磨65 外圆： 这是普通的磨削加工，磨床采用端面外圆磨床 M120W,夹紧方 式采用双顶尖夹紧，磨削工具即为砂轮，量具为卡规和百分尺。 钻5 孔： 选用台钻 Z4006A 钻床，钻头选择直径为 5mm 的5 麻花钻，夹具 为钻床专业夹具。在钻削时要随时去毛刺清除铁屑，以避孔所在的轴外圆表面划伤，保 证表面粗糙度。 滚压螺纹 M27×1.5­6h： 选用滚丝机床 YG3603,切削工具为滚丝轮，采用 V 型块 夹紧，量具为螺纹环规。滚压螺纹相比于切削加工具有以下优点： （1）材料利用率高； （2）螺纹表面能获得较细的表面粗糙度； （3）螺纹强度和表面硬度均有所提高； （4） 用滚压加工工艺，容易实现自动化，生产率高，经济效益好。此些优点正好符合此零件 的加工，所以选择液压螺纹。 粗铣齿轮： 选用锥齿轮铣齿机床，刀具为 9左刃双向粗