齿形轴零件机械加工工艺过程及加工用夹具设计

重庆大学网络教育学院 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 题目 齿形轴零件机械加工工艺过程及加工用的夹 具设计_ 学生所在校外学习中心 上海校外学习中心 批次 层次 专业 201502本科、机械设计制造及自动化 学 号 W13205479 学 生 管云龙 指 导 教 师 朱小飞 起 止 日 期 2015年8月24日2015年10月12日 摘摘 要要 齿轮轴零件的主要作用是支撑回转零件、实现回转运动并传递转矩和动力。齿轮轴具 备传动效率高、结构紧凑和使用寿命长等一系列优点，是通用机械特别是工程机械传动中 的重要零件之一。齿轮轴加工材料、热处理方式、机械加工工艺过程的优化，将对提高齿 轮轴的加工质量及寿命有着重要借鉴意义。本文对某设备中“齿轮轴”零件进行了机械制造 工艺规程设计和加工用的夹具设计。对于工艺规程设计和夹具设计制订了两套不同的 方案，从中甄选出最佳方案。本设计首先分析了齿轮轴零件的作用和加工工艺性，然后进 行工艺规程设计，最后是加工用夹具设计。齿轮轴零件的机械综合性能要求较高，一般选 择锻件作为毛坯。合理安排工艺路线，划分加工阶段对保证零件加工质量至关重要。使 用夹具可以缩短辅助时间，提高劳动生产率，保证加工精度，稳定加工质量，降低对 工人的技术要求，扩大机床工艺范围。本文对所设计的专用夹具进行了精度校核和定位 误差分析，对夹具的设计质量也进行了评估。 关键词关键词： 齿轮轴；工艺分析；工艺规程设计；夹具设计 目目 录录 摘 要2 1 设计背景及目的4 2 生产纲领及生产类型的确定4 3 零件的分析5 4 选择毛坯5 5 工艺规程设计6 5.1 定位基准选择6 5.2 零件的加工方法的选择6 5.3 定制工艺路线6 5.4 确定机械加工的余量及毛坯尺寸，设计毛坯-零件综合图.7 6 工序设计9 6.1 选择加工设备工艺装备9 6.2 工序尺寸的确定及计算 .10 6.3 选择切削用量，确定时间定额 .11 7 滚齿用夹具设计.13 7.1 拟定滚齿夹具的结构方案.13 7.2 确定刀具的导向方式或对刀装置.14 7.3 夹具精度的计算.14 7.4 夹具总图（图4）15 7.5 夹具零件图（图5、图6）.16 8 课题小结.17 1 1 设计背景及目的设计背景及目的 在我们学完了大学的全部基础课程、技术课程及全部专业课程之后进行的。此 次的设计是对大学期间所学的全部课程及相关的绘图软件的一次深入的综合性复习 ，也是使我们基本知识及基本技能去解决专业范围内的工程技术问题而进行的一次 基本训练的综合性运用。因此，它在我们日后的工作中占有重要地位。我们在完成 毕业设计的同时，也是在培养我们正确的使用技术资料、国家标准、相关手册、图 册等工具书，进行设计计算、数据处理、编写技术文件等方面的工作能力。本次设 计的目的在于： （1） 培养综合性分析和解决本专业的一般工程问题的独立能力，拓宽和深化所学 的知识。 （2） 培养树立正确的设计思想。设计思维，掌握工程设计的一般程序、规范和方 法的能力。 （3） 培养正确地使用技术知识、国家标准、相关手册、图册等工具书，进行设计 计算、数据处理、编写技术文件等方面的工作能力。 （4） 培养自己进行调查研究、面向实际、面向生产，向他人学习的基本工作心态 、工作作风和工作方法。 （5） 熟悉齿轮轴零件的加工工艺过程和掌握夹具设计的方法步骤，为以后从事相 关的技术性工作打下坚实的基础。 （6） 通过对齿轮轴零件的机械加工工艺设计，使我们在机械加工工艺规程设计， 工艺方案论证，机械加工余量计算，工艺尺寸的确定，编写技术文件及查阅 技术文献等各方面有所提升。初步具备设计简单零件工艺规程的能力。 2 2 生产纲领及生产类型的确定生产纲领及生产类型的确定 如图1所示，某设备中齿形轴零件，该产品年产量为2600台，设其备用率为7% ，机械加工废品率为1%，试进行该零件的机械加工工艺规程设计和滚齿用夹具设计 。零件生产纲领可按下式计算： N = Qn(1+a%+b%)=2600x(1+7%+1%)=2808(件/年) 该产品的的年产量为2808件，根据机械制造技术基础中生产类型与生产纲 领的关系，确定其生产类型为中批生产。 3 3 零件的分析零件的分析 零件图如图1所示。齿轮轴零件在钻床机械中主要起传递钻所需的旋转运动，承受并 传递钻孔时的作用力，安装定位钻套。 此零件外圆直径50mm、内圆直径24mm，零件结构不是很难，精度要求也不是 很高，加工可以以车床加工齿轮轴主体，然后铣齿，最后在上磨床研磨即可。 图1 齿形轴零件图 4 4 选择毛坯选择毛坯 综合考虑加工效率和效益，材料选择45，尺寸为55mmx180mm。 5 5 工艺规程设计工艺规程设计 5.15.1 定位基准选择定位基准选择 本零件应选择外圆和端面为粗基准加工内孔，再把内径作为加工的精基准。 5.25.2 零件的加工方法的选择零件的加工方法的选择 本零件的加工面为外圆、内孔、端面、齿、槽、螺纹等，材料为45钢。50 外圆表面粗糙度为Ra0.4m,采用粗车、半精车及磨削。 24通孔表面粗糙度为Ra12.5m，才用深孔钻。 42mm孔表面粗糙度为Ra12.5m，采用车车床加工。 两端40mm孔表面粗糙度为Ra1.6m，采用车床加工。 其它表面粗糙度为Ra6.3m的孔也采用车床来加工。 46mmx2mm的槽和M45mmx1mm左螺纹，采用车削加工。 5.35.3 定制工艺路线定制工艺路线 该齿轮轴零件的加工用两道热处理工序将工艺路线分成三个阶段： 调制以前为粗加工阶段；时效处理之前为半精加工阶段；时效以后为精加工阶段。 齿轮轴零件可按下述工艺路线进行加工。 工序10：夹紧50mm的外圆，钻深孔24mm孔至尺寸端面 工序20：定位孔（两端顶夹）粗车A面外圆至52.4mm。 工序 30：热处理，调质HRC2126。 工序40：定位孔（两端顶夹），半精车A面外圆至50.6。 工序50：定位外圆车端面，车孔42mm至尺寸，车孔40mm至39 mm， 车2 8mm至图样尺寸并倒角，调头，车端面，保证尺寸175mm。 工序60： 定 位 外 圆 车 槽 46mmx2mm,车螺纹M45x1mm左至图样要求， 倒角，车孔31mm至图样要求并孔口倒角。 工序70：粗磨A面外圆至50.2mm 工序80：定位外圆或端面铣齿 工序90：铣槽两处8mmx1.5mm 工序100：检验 工序110：热处理，低温时效 工序120：钳工修研两端孔口，倒角 工序130：精磨A面外圆至50mm,至图样要求 工序140：检验 工序150：定位外圆，精车内孔40，31及端面至图样要求 工序160：总检，入库。 5.45.4 确定机械加工的余量及毛坯尺寸，设计毛坯确定机械加工的余量及毛坯尺寸，设计毛坯- -零件综合图零件综合图 钢质的模锻件机械加工余量根据估算的质量、加工精度及锻件形状的复杂系数，按 相关标准确定。孔的加工余量由表1查得。 表1铸件孔加工余量 孔径孔深 大于063100140200 大于到 到63100140200280 252.0- 25402.02.6- 40632.52.63.0- 631002.53.03.04.0- 1001602.63.03.44.04.6 1602503.03.03.44.04.6 表2 锻件形状复杂系数表 锻件形状复杂系数S 级别S数值范围级别S数值范围 简单S10.631较复杂S30.1630.32 一级S20.320.63复杂S40.16 (1) 锻件质量评估为：3.35kg (2) 加工精度：零件除控外的各表面加工外一般加工精度。 (3) 锻件形状复杂系数S为（假设锻件外形尺寸为：50mmx180mm） 外轮廓包容体 锻件 m m S 135 . 3 /355 . 3 S 355 . 3 x7.8575. 2x14. 3 22 则 外轮廓包容体 lpRm 按表2所示复杂系数S的级别为简单 （4）机械加工余量：根据锻件的质量F2、S1确定直径方向单边余量2.5mm（实际 查的单边余量为2.0mm,因为外圆精度要求较高所以适当增大0.5mm），轴向方向的 单边余量为2.5mm（实际查得单边余量为2.6mm，因两端进度要求较低所以定位2.5 mm）。 （5）确定毛坯尺寸： 根据上面确定机械加工余量，可得该零件的毛坯尺寸如下： 轴50mm单边余量为2.5mm,所以锻件尺寸为55mm。长度方向175mm的单边加 工余量为2.5mm，所以锻件尺寸为180mm。 （6）设计毛坯的零件综合图 零件的锻件质量为3.35kg,形状复杂系数S1，45钢含碳量为0.42%0.50%，最高含 碳量为0.5%，按表3查的锻件材质系数为M1，采用平直分模线。 表3 锻件材质系数 锻件材质系数 级别钢的最高含碳量合金钢的合金元素最高含碳量 M13.0% M20.65%3.0% 6 6 工序设计工序设计 6.16.1 选择加工设备工艺装备选择加工设备工艺装备 （1）选择机床 工序10.20.30.40.90选用车床，选用常用的CA6140型卧式车床即可。 工序50.80选用磨床，选用M120W型即可。 工序60选用滚齿机，选用YKJ3610数控高效卧式滚齿机床。 工序70选用铣床，采用M6132铣床。 （2）选择夹具 本零件除滚齿、铣槽、磨外圆工序需要专用夹具外，其它工序使用标准夹 具即可，车床加工时选用三爪自定心卡盘，磨床工序选用心轴。 （3）选用刀具 车床上加工时，一般都采用硬质合金车刀。加工钢制零件才用YT类硬质合金，粗 加工时用YT5,半精加工用YT15，精加工用YT30。 磨床上加工，使用一般平行砂轮。 滚齿机床加工，使用模数1的，Mo5AL多头刀。 铣床上加工时，选用6的普通平头立铣刀。 (4)选择量具 本零件属成批生产，一般均采用通用量具选择量具的方法有两种：是按 计量器具的不确定度选择；二是按计量器具的测量方法极限误差选择。 a. 选择各外圆加工面的量具。工序80中半精车外圆50mm达到图纸要求，现按计 量器具的不确定度选择该表面加工时所用量具，该尺寸公差T=0.015mm。 按工艺人员手册，选择测量范围50-70mm，分度值为0.01mm外径千分尺。 表4外圆加工面所用量具 工序 加工面尺 寸尺寸公差量具 2052.4-0.45 3050.6-0.45 分度值0.02，测量范围0-150mm游标卡尺 5050.2-0.064 8050+0.015 -0.010 分度值0.01，测量范围50-70mm外径千分尺 按照上述方法选择此零件外圆加工面的量具见表4 b. 选择加工孔的量具。24、28、31、42、46公差为自由公差，选用分度 值为0.02，测量范围0- 150mm的内卡尺。40的两个孔的公差等级为J7，选用分度值0.01mm，测量范围 35-50内径千分尺。 c. 测 量 轴 向 的 量 具 。 以 外 其 他 公 差 全 是 自 由 公 差 ， 选 用 分 度 值 0.02，测量范围0-300mm 游标卡尺。 d.选择滚齿的量具。滚齿在加工时测量公法线长度即可。根据手册，选分度值0.01mm， 测量范围25-50mm的法线百分尺。 6 6. .2 2 工工序序尺尺寸寸的的确确定定及及计计算算 （1）确定圆柱面的工序尺寸 根据前面的有关资料以确定此零件的毛坯余量和各工序的加工余量，总加工余量减 去各工序的加工余量之和，即为粗加工余量。本零件各圆柱表面的工序加工余量工 序尺寸及公差、表