齒輪零件機(jī)械加工工藝規(guī)程及滾齒夾具設(shè)計(jì)
齒輪零件機(jī)械加工工藝規(guī)程及滾齒夾具設(shè)計(jì),齒輪,零件,機(jī)械,加工,工藝,規(guī)程,夾具,設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)說明書
題目：齒輪零件的工藝規(guī)程及滾齒的夾具設(shè)計(jì)
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摘 要
本次設(shè)計(jì)內(nèi)容涉及了機(jī)械制造工藝及機(jī)床夾具設(shè)計(jì)、金屬切削機(jī)床、公差配合與測量等多方面的知識。
齒輪的加工工藝規(guī)程及其滾齒的夾具設(shè)計(jì)是包括零件加工的工藝設(shè)計(jì)、工序設(shè)計(jì)以及專用夾具的設(shè)計(jì)三部分。在工藝設(shè)計(jì)中要首先對零件進(jìn)行分析，了解零件的工藝再設(shè)計(jì)出毛坯的結(jié)構(gòu)，并選擇好零件的加工基準(zhǔn)，設(shè)計(jì)出零件的工藝路線；接著對零件各個(gè)工步的工序進(jìn)行尺寸計(jì)算，關(guān)鍵是決定出各個(gè)工序的工藝裝備及切削用量；然后進(jìn)行專用夾具的設(shè)計(jì)，選擇設(shè)計(jì)出夾具的各個(gè)組成部件，如定位元件、夾緊元件、引導(dǎo)元件、夾具體與機(jī)床的連接部件以及其它部件；計(jì)算出夾具定位時(shí)產(chǎn)生的定位誤差，分析夾具結(jié)構(gòu)的合理性與不足之處，并在以后設(shè)計(jì)中注意改進(jìn)。
關(guān)鍵詞：工藝、工序、切削用量、夾緊、定位、誤差。
ABSTRCT
This design content has involved the machine manufacture craft and the engine bed jig design, the metal-cutting machine tool, the common difference coordination and the survey and so on the various knowledge.
The reduction gear box body components technological process and its the processing hole jig design is includes the components processing the technological design, the working procedure design as well as the unit clamp design three parts. Must first carry on the analysis in the technological design to the components, understood the components the craft redesigns the semi finished materials the structure, and chooses the good components the processing datum, designs the components the craft route; After that is carrying on the size computation to a components each labor step of working procedure, the key is decides each working procedure the craft equipment and the cutting specifications; Then carries on the unit clamp the design, the choice designs the jig each composition part, like locates the part, clamps the part, guides the part, to clamp concrete and the engine bed connection part as well as other parts; Position error which calculates the jig locates when produces, analyzes the jig structure the rationality and the deficiency, and will design in later pays attention to the improvement.
Keywords: The craft, the working procedure, the cutting specifications, clamp, the localization, the error
目 錄
序言…………………………………………………………………1
一. 零件分析 ……………………………………………………2
1.1 零件作用 ………………………………………………2
1.2零件的工藝分析 …………………………………………2
二. 工藝規(guī)程設(shè)計(jì)…………………………………………………3
2.1確定毛坯的制造形式 ……………………………………3
2.2基面的選擇 ………………………………………………3
2.3制定工藝路線 ……………………………………………4
2.4機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 …………6
2.5確定切削用量及基本工時(shí) ………………………………7
三 夾具設(shè)計(jì)………………………………………………………9
3.1問題的提出 ………………………………………………9
3.2定位基準(zhǔn)的選擇 …………………………………………10
3.3切削力及夾緊力計(jì)算 ……………………………………11
3.4定位誤差分析 ……………………………………………12
3.5夾緊誤差的計(jì)算 …………………………………………13
3.6夾具設(shè)計(jì)及操作簡要說明 ………………………………14
總 結(jié)………………………………………………………………16
致 謝………………………………………………………………17
參考文獻(xiàn) …………………………………………………………18
序 言
機(jī)械制造業(yè)是制造具有一定形狀位置和尺寸的零件和產(chǎn)品，并把它們裝備成機(jī)械裝備的行業(yè)。機(jī)械制造業(yè)的產(chǎn)品既可以直接供人們使用，也可以為其它行業(yè)的生產(chǎn)提供裝備，社會(huì)上有著各種各樣的機(jī)械或機(jī)械制造業(yè)的產(chǎn)品。我們的生活離不開制造業(yè)，因此制造業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要行業(yè)，是一個(gè)國家或地區(qū)發(fā)展的重要基礎(chǔ)及有力支柱。從某中意義上講，機(jī)械制造水平的高低是衡量一個(gè)國家國民經(jīng)濟(jì)綜合實(shí)力和科學(xué)技術(shù)水平的重要指標(biāo)。
齒輪的加工工藝規(guī)程及滾齒夾具設(shè)計(jì)是在學(xué)完了機(jī)械制圖、機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械工程材料等進(jìn)行課程設(shè)計(jì)之后的下一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)。正確地解決一個(gè)零件在加工中的定位，夾緊以及工藝路線安排，工藝尺寸確定等問題，并設(shè)計(jì)出專用夾具，保證零件的加工質(zhì)量。本次設(shè)計(jì)也要培養(yǎng)自己的自學(xué)與創(chuàng)新能力。因此本次設(shè)計(jì)綜合性和實(shí)踐性強(qiáng)、涉及知識面廣。所以在設(shè)計(jì)中既要注意基本概念、基本理論，又要注意生產(chǎn)實(shí)踐的需要，只有將各種理論與生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合，才能很好的完成本次設(shè)計(jì)。
本次設(shè)計(jì)水平有限，其中難免有缺點(diǎn)錯(cuò)誤，敬請老師們批評指正。
一 零件的分析
1.1 零件的作用
齒輪的作用，齒輪用于變速箱中，主要起傳遞動(dòng)力和扭矩的作用
1.2 零件的工藝分析
齒輪有2組加工面他們有位置度要求。
這2組加工面的分別為
1， 一外圓為基準(zhǔn)的加工面，這組加工面包括，外圓自身和端面，和內(nèi)圓
2， 2：一個(gè)事以內(nèi)圓為基準(zhǔn)的加工面，這個(gè)主要是齒輪的加工。
二. 工藝規(guī)程設(shè)計(jì)
2.1 確定毛坯的制造形式
零件的材料為40Cr據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)以及零件在工作過程中所受的載荷情況，選用模鍛。
2.2 基面的選擇
基面的選擇是工藝規(guī)程設(shè)計(jì)中的重要工作之一?；孢x擇的正確合理，可以使加工質(zhì)量得到保證，生產(chǎn)率得到提高。否則，加工工藝過程中會(huì)問題百出。
粗基準(zhǔn)選擇應(yīng)當(dāng)滿足以下要求：
（1）粗基準(zhǔn)的選擇應(yīng)以加工表面為粗基準(zhǔn)。目的是為了保證加工面與不加工面的相互位置關(guān)系精度。如果工件上表面上有好幾個(gè)不需加工的表面，則應(yīng)選擇其中與加工表面的相互位置精度要求較高的表面作為粗基準(zhǔn)。以求壁厚均勻、外形對稱、少裝夾等。
（2） 選擇加工余量要求均勻的重要表面作為粗基準(zhǔn)。例如：機(jī)床床身導(dǎo)軌面是其余量要求均勻的重要表面。因而在加工時(shí)選擇導(dǎo)軌面作為粗基準(zhǔn)，加工床身的底面，再以底面作為精基準(zhǔn)加工導(dǎo)軌面。這樣就能保證均勻地去掉較少的余量，使表層保留而細(xì)致的組織，以增加耐磨性。
（3） 應(yīng)選擇加工余量最小的表面作為粗基準(zhǔn)。這樣可以保證該面有足夠的加工余量。
（4） 應(yīng)盡可能選擇平整、光潔、面積足夠大的表面作為粗基準(zhǔn)，以保證定位準(zhǔn)確夾緊可靠。有澆口、冒口、飛邊、毛刺的表面不宜選作粗基準(zhǔn)，必要時(shí)需經(jīng)初加工。
（5） 粗基準(zhǔn)應(yīng)避免重復(fù)使用，因?yàn)榇只鶞?zhǔn)的表面大多數(shù)是粗糙不規(guī)則的。多次使用難以保證表面間的位置精度。
粗基準(zhǔn)的選擇：對中間軸齒輪這樣的回轉(zhuǎn)體零件來說，選擇好粗基準(zhǔn)是至關(guān)重要。對回轉(zhuǎn)體零件我們通常以外圓作為粗基準(zhǔn)。
精基準(zhǔn)的選擇應(yīng)滿足以下原則：
（1）“基準(zhǔn)重合”原則 應(yīng)盡量選擇加工表面的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為定位基準(zhǔn)，避免基準(zhǔn)不重合引起的誤差。
（2）“基準(zhǔn)統(tǒng)一”原則 盡可能在多數(shù)工序中采用同一組精基準(zhǔn)定位，以保證各表面的位置精度，避免因基準(zhǔn)變換產(chǎn)生的誤差，簡化夾具設(shè)計(jì)與制造。
（3）“自為基準(zhǔn)”原則 某些精加工和光整加工工序要求加工余量小而均勻，應(yīng)選擇該加工表面本身為精基準(zhǔn)，該表面與其他表面之間的位置精度由先行工序保證。
（4）“互為基準(zhǔn)”原則 當(dāng)兩個(gè)表面相互位置精度及自身尺寸、形狀精度都要求較高時(shí)，可采用“互為基準(zhǔn)”方法，反復(fù)加工。
（5）所選的精基準(zhǔn) 應(yīng)能保證定位準(zhǔn)確、夾緊可靠、夾具簡單、操作方便。
精基準(zhǔn)的選擇：精基準(zhǔn) 的選擇要考慮基準(zhǔn)重合的原則，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)要和工藝基準(zhǔn)重合。因此我們采用內(nèi)孔做為定位基準(zhǔn)。
2.3 工藝路線
制訂工藝路線的出發(fā)點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求能得到合理的保證。通過仔細(xì)考慮零件的技術(shù)要求后，制定以下兩種工藝方案：
方案一
工序Ⅰ：模鍛
工序Ⅱ：退火處理
工序Ⅲ：粗車左右端面
工序Ⅳ：半精車左右端面
工序Ⅴ：粗車Φ26孔
工序Ⅵ：粗車Φ62.27外圓
工序Ⅶ：精車Φ26內(nèi)孔
工序Ⅷ：精車Φ62.27外圓
工序Ⅸ：滾齒
工序XI：滲碳淬火
工序XII：磨Φ26內(nèi)孔
工序XIII：去毛刺
工序XIV：檢驗(yàn)入庫
方案二
工序Ⅰ：模鍛
工序Ⅱ：退火處理
工序Ⅲ：粗車左右端面
工序Ⅳ：半精車左右端面
工序Ⅴ：粗車Φ26孔
工序Ⅵ：粗車Φ62.27外圓
工序Ⅶ：精車Φ26內(nèi)孔
工序Ⅷ：精車Φ62.27外圓
工序Ⅸ：滾齒
工序XI：滲碳淬火
工序XII：去毛刺
工序XIII：檢驗(yàn)入庫
工藝方案一和方案二的區(qū)別在于方案一在加工完齒輪后滲碳淬火，然后磨Φ26內(nèi)孔，這樣可以消除我們滲碳后的應(yīng)力，從而保證加工質(zhì)量，因此我們選用方案一
具體的工藝路線如下
方案一
工序Ⅰ：模鍛
工序Ⅱ：退火處理
工序Ⅲ：粗車左右端面
工序Ⅳ：半精車左右端面
工序Ⅴ：粗車Φ26孔
工序Ⅵ：粗車Φ62.27外圓
工序Ⅶ：精車Φ26內(nèi)孔
工序Ⅷ：精車Φ62.27外圓
工序Ⅸ：滾齒
工序XI：滲碳淬火
工序XII：磨Φ26內(nèi)孔
工序XIII：去毛刺
工序XIV：檢驗(yàn)入庫
2.4 機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定
齒輪零件材料為40Cr，類型為大批量生產(chǎn)，采用模鍛。
1、 齒輪的外圓和端面
因雙聯(lián)齒輪的外圓和端面的精度要求都不是很高，其加工余量為2mm。
2：端面
采用銑一次走刀完表面加工，表面粗糙度為3.2，根據(jù)參考文獻(xiàn)，其余量為Z=2.5mm
2.5 確定切削用量及基本工時(shí)
滾齒的切削用量及基本工時(shí)的計(jì)算
Y58滾齒機(jī)
1) 已知毛坯長度方向的加工余量為2.57mm,考慮的模鑄拔模斜度，=4mm
2) 進(jìn)給量f 根據(jù)《實(shí)用機(jī)械加工工藝手冊》中表2.4-3,當(dāng)?shù)稐U尺寸為16×25 mm
>3~5mm,以及工件直徑為112.5 /r
按滾齒機(jī)說明書（見切削手冊）取 f =0.9mm/r
3) 計(jì)算切削速度，按《切削手冊》表1.27,切削速度的計(jì)算公式為(壽命T=60min)
(m/min)
其中：=342, =0.15, =0.35, m=0.2。修正系數(shù)見《切削手冊》表1.28,即
=1.44 , =0.8 , =1.04 , =0.81 , =0.97。
所以 x1.44x0.8x1.04x0.81x0.97=158.6(m/min)
4)確定機(jī)的主軸轉(zhuǎn)速
ns== 504r/min
按機(jī)床說明書(見《工藝手冊》表4.2-8),與504r/min相近的機(jī)床轉(zhuǎn)速為480r/min及600r/min。現(xiàn)選取=480r/min。
5) 切削工時(shí)，按《工藝手冊》表6.2-1
L==40mm , =2mm, =0, =0
tm===0.098(min)
三、 夾具設(shè)計(jì)
為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，需要設(shè)計(jì)專用夾具。
由指導(dǎo)老師的分配，決定設(shè)計(jì)第IX道工序滾齒輪夾具設(shè)計(jì)
3.1問題的提出
本夾具主要用來滾M=6的齒輪，同時(shí)對孔的同軸度及加工精度有一定的要求。且在滾齒時(shí)還要保證其對中心線精度要求，為了使其誤差減小，在工序工序二、工序三中的加工也得有精度要求。因此，在本道工序加工時(shí)，主要應(yīng)考慮如何提高生產(chǎn)率、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、提高加工質(zhì)量。
3.2 定位基準(zhǔn)的選擇
我們采用Φ26內(nèi)孔作為定位基準(zhǔn)，因?yàn)槲覀儩L齒的時(shí)間，工作臺(tái)和滾刀是同時(shí)旋轉(zhuǎn)的，且我們所加工齒輪，可以從任何地方入刀，齒輪加工在定位正確的情況下，全靠工作臺(tái)和滾刀的運(yùn)動(dòng)決定，因此我們只要工件放好定好位置，然后壓緊既可以，因此我們采用Φ26內(nèi)孔和端面定位，采用U型壓板壓緊即可滿足要求，使用Φ26內(nèi)圓定位我們用的是一個(gè)心軸。心軸和工件過度配合來定位工件。
3.3削力和夾緊力計(jì)算
切削力和夾緊力計(jì)算
(1)刀具： 采用m=6 z=80的滾刀
機(jī)床： 滾齒機(jī)
由[3] 所列公式 得
查表 9.4—8 得其中： 修正系數(shù)
z=24
代入上式，可得 F=886N
因在計(jì)算切削力時(shí)，須把安全系數(shù)考慮在內(nèi)。
安全系數(shù) K=
其中：為基本安全系數(shù)1.5
為加工性質(zhì)系數(shù)1.1
為刀具鈍化系數(shù)1.1
為斷續(xù)切削系數(shù)1.1
所以
(2)夾緊力的計(jì)算
選用夾緊螺釘夾緊機(jī) 由
其中f為夾緊面上的摩擦系數(shù)，取
F=+G G為工件自重
夾緊螺釘： 公稱直徑d=16mm，材料45鋼 性能級數(shù)為6.8級
螺釘疲勞極限：
極限應(yīng)力幅：
許用應(yīng)力幅：
螺釘?shù)膹?qiáng)度校核：螺釘?shù)脑S用切應(yīng)力為
[s]=3.5~4 取[s]=4
得
滿足要求
經(jīng)校核： 滿足強(qiáng)度要求，夾具安全可靠，
使用快速螺旋定位機(jī)構(gòu)快速人工夾緊，調(diào)節(jié)夾緊力調(diào)節(jié)裝置，即可指定可靠的夾緊力
3.4定位誤差分析
由于用Φ26內(nèi)孔和端面定位，齒輪設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與定位基準(zhǔn)重合，故軸向尺寸無基準(zhǔn)不重合度誤差。徑向尺寸無極限偏差、形狀和位置公差，故徑向尺寸無基準(zhǔn)不重合度誤差。
本工序選用的工件以圓孔在定位銷上定位，定位銷為水平放置，由于定位副間存在徑向間隙，因此必將引起徑向基準(zhǔn)位移誤差。在重力作用下定位副只存在單邊間隙，即工件始終以孔壁與心軸上母線接觸，故此時(shí)的徑向基準(zhǔn)位移誤差僅存在Z軸方向，且向下，見下圖。
式中 ——定位副間的最小配合間隙（mm）；
——工件圓孔直徑公差（mm）；
——定位銷外圓直徑公差（mm）。
3.5夾緊誤差分析和計(jì)算
因?yàn)楸镜拦ば虻膴A具靠內(nèi)孔定位，我們只要保證定位內(nèi)孔的軸的尺寸精度，我們的加工精度就可以保證，因?yàn)槲覀兛績?nèi)孔定位，開口壓板直接壓緊，壓緊力是垂直的，不存在壓緊誤差。因此壓緊誤差不予考慮。
3.6具設(shè)計(jì)及操作說明
如前所述,在設(shè)計(jì)夾具時(shí),應(yīng)該注意提高勞動(dòng)率.為此,在螺母夾緊時(shí)采用U型壓板,以便裝卸,夾具體底面上的止口定位可以精確保證齒頂圓和分度圓相對于中心線的跳動(dòng)，從而保證了精度。便于滾齒加工，本夾具總體的感覺是操作比較簡單，結(jié)構(gòu)比較緊湊，效率大大提高。
裝配圖如下圖：
夾具體如下圖：
總 結(jié)
這次設(shè)計(jì)即將結(jié)束了，時(shí)間雖然短暫但是它對我們來說受益菲淺的，通過這次的設(shè)計(jì)使我們不再是只知道書本上的空理論，不再是紙上談兵，而是將理論和實(shí)踐相結(jié)合進(jìn)行實(shí)實(shí)在在的設(shè)計(jì)，使我們不但鞏固了理論知識而且掌握了設(shè)計(jì)的步驟和要領(lǐng)，使我們更好的利用圖書館的資料，更好的更熟練的利用我們手中的各種設(shè)計(jì)手冊和AUTOCAD等制圖軟件，為我們踏入設(shè)計(jì)打下了好的基礎(chǔ)。
這次設(shè)計(jì)使我們認(rèn)識到了只努力的學(xué)好書本上的知識是不夠的，還應(yīng)該更好的做到理論和實(shí)踐的結(jié)合。因此同學(xué)們非常感謝老師給我們的辛勤指導(dǎo)，使我們學(xué)到了好多，也非常珍惜學(xué)院給我們的這次設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)，它將是我們畢業(yè)設(shè)計(jì)完成的更出色的關(guān)鍵一步。
致 謝
這次設(shè)計(jì)使我收益不小，為我今后的學(xué)習(xí)和工作打下了堅(jiān)實(shí)和良好的基礎(chǔ)。但是，查閱資料尤其是在查閱切削用量手冊時(shí)，數(shù)據(jù)存在大量的重復(fù)和重疊，由于經(jīng)驗(yàn)不足，在選取數(shù)據(jù)上存在一些問題，不過我的指導(dǎo)老師每次都很有耐心地幫我提出寶貴的意見，在我遇到難題時(shí)給我指明了方向，最終我很順利的完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)。
這次設(shè)計(jì)成績的取得，與指導(dǎo)老師的細(xì)心指導(dǎo)是分不開的。在此，我衷心感謝我的指導(dǎo)老師，特別是每次都放下她的休息時(shí)間，耐心地幫助我解決技術(shù)上的一些難題，她嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵(lì)著我。從課題的選擇到項(xiàng)目的最終完成，她都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。多少個(gè)日日夜夜，她不僅在學(xué)業(yè)上給我以精心指導(dǎo)，同時(shí)還在思想、生活上給我以無微不至的關(guān)懷，除了敬佩指導(dǎo)老師的專業(yè)水平外，她的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。在此謹(jǐn)向指導(dǎo)老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。
參 考 文 獻(xiàn)
1. 切削用量簡明手冊,艾興、肖詩綱主編,機(jī)械工業(yè)出版社出版，1994年
2.機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡明手冊，李益民主編，機(jī)械工業(yè)出版社出版，1994年
3.機(jī)床夾具設(shè)計(jì)，哈爾濱工業(yè)大學(xué)、上海工業(yè)大學(xué)主編，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社出版，1983年
4.機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊，東北重型機(jī)械學(xué)院、洛陽工學(xué)院、一汽制造廠職工大學(xué)編，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社出版，1990年
5.金屬機(jī)械加工工藝人員手冊，上海科學(xué)技術(shù)出版社，1981年10月
6.機(jī)械制造工藝學(xué)，郭宗連、秦寶榮主編，中國建材工業(yè)出版社出版，1997年
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