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湖南農(nóng)業(yè)大學東方科技學院 課程設計說明書 課程名稱： 機械設計基礎 題目名稱： 軸齒輪的機械加工工藝及工裝設計 班 級：20 12級 機制 專業(yè)1 班 姓 名： 劉盼 學 號： 201241903206 指導教師： 陳志亮 評定成績： 教師評語： 指導老師簽名： 20 年 月 日 成績 評閱 教師 日期 內容摘要： 按照題目要求，對工件的工藝要求和技術要求進行分析，通過所學的知識先選擇合理的毛坯材料、外形與尺寸。并選擇合理的定位基準與加工順序。通過查找工藝手冊選擇并計算工件的加工余量，制定最優(yōu)的工藝路線，以節(jié)省成本和工時。再對最終的工藝路線的各工序進行分析與計算其切削用量、進給量和切削速度，并計算所需工時。加工齒輪時，綜合考慮選擇插齒進行齒輪加工，分析其工藝性確定工件的定位與夾緊方案，再計算其定位誤差和夾緊力，設計其專用的夾具。 關鍵詞：軸齒輪、加工工藝、工序、夾具； 目 錄 1.零件的工藝分析·····································································4 1.1零件的結構特點·····································································4 1.2技術要求·············································································4 1.3加工工藝性··········································································4 2.毛坯的確定············································································5 3.零件的基準選擇·····································································6 4.重點工序的說明·····································································6 5.工藝路線的制定·····································································6 6.加工余量的確定·····································································7 7.各工序切削用量的選擇及工時的計算········································9 8.專用夾具的設計···································································19 8.1問題的提出··········································································19 8.2定位基準的選擇······································································20 8.3定位誤差分析········································································20 8.4夾緊力的計算········································································20 9.課程設計心得體會································································20 10.參考文獻···········································································20 11.附錄Ⅰ機械加工工藝過程卡·················································21 附錄Ⅱ機械加工工序卡·······················································22 1.零件的工藝分析 1.1零件的結構特點 如題目要求，所加工的零件為一個軸齒輪。其一端為一個連續(xù)的短軸徑有一個鍵槽和另外一個零件進行配合。另一端為Φ52.5mm、齒數(shù)為19、模數(shù)是2.5的齒輪。在齒輪的一端加工一個Φ28mm，長度為17mm的孔，另一端也要加工Φ32mm長為44mm，精度要求比較高的孔，在孔的一側還要加工一個油槽。 具體形狀如圖1-1所示。 圖1-1 加工零件 1.2技術要求 （1）軸的內圓與外圓的圓跳度不大于0.03； （2）毛坯要經(jīng)過調至熱處理，提高力學性能； （3）齒部表面要進行淬火處理，硬度為HRC45-48。 1.3加工工藝性 此零件的技術要求不高，用車床、鏜床、銑床、插床就可以加工出。精度要求一般是7級或8級，而且表面粗糙度也要求不高，是一個較好加工的零件。由于大批量生產(chǎn)，可以使用車床進行加工。 2.毛坯的確定 從軸的受力分析可知，它受扭轉——彎曲復合作用力，由于其承受中等載荷，工作又較平穩(wěn)，沖擊力很小，所以可采用優(yōu)質結構鋼的45號鋼，坯料用熱軋圓鋼。為了改善組織，提高力學性能，坯料要經(jīng)過正火熱處理。 由于熱軋鋼是從煉鋼廠直接出來的，所以尺寸是固定的。軸的精度要求不高，精車就可以達到要求。在車外圓采用粗車——半精車——精車的加工工藝。 表2-1：毛坯的加工工藝 工序名稱 工序間余量/mm 經(jīng)濟精度/μm 表面粗糙度/μm 工序基本尺寸/mm 標注工序尺寸公差/mm 精車 0.2 h8 Ra0.6～2.5 52.5 半精車 0.5 h10 Ra2.5～10 52.7 粗車 2.8 h12 Ra14～320 53.2 毛坯 ±2 56 56 由以上工序加工余量分析，毛坯的尺寸選在Φ56mm左右即可。毛坯圖如圖2-1. 圖2-1 毛坯圖 3.零件的基準選擇 此軸齒輪毛坯是熱軋圓鋼。在一開始粗加工的時候，是選用車床加工外圓、三爪卡盤進行夾緊定位的，粗車是選用圓鋼的外圓作為基準的。 在選用精基準時，采用互為基準進行兩端的外圓進行加工，在鉆孔時采用基準統(tǒng)一原則，加工孔時的工藝路線采用鉆→擴→鉸的加工路線，鏜油槽時采用齒輪端進行定位，在加工齒輪時可采用軸心和鍵槽定位。 4.重點工序的說明 本零件的加工表面有個外圓、端面、孔、齒輪等，材料為45鋼，以公差等級和粗糙度選擇加工工藝。 外圓加工工序：粗車→半精車→精車 因為毛坯選用的是熱軋鋼，Φ56mm的外圓未標注公差尺寸，根據(jù)GB 1800-79規(guī)定其公差等級為IT14，Φ44mm的外圓表面粗糙度為Ra3.2um，需要粗車、半精車。 Φ40mm的外圓面，未標注公差等級，根據(jù)GB 1800-79規(guī)定其公差高年級為IT14，表面粗糙度為Ea2.5um，需粗車、半精車。 齒輪的外圓面 公差等級為8級，表面粗糙度為Ra3.2um,需粗車、半精車、精車 鉆孔工序：鉆孔→擴孔→鉸孔 Φ28mm的孔，未標注公差等級，公差等級按IT14，表面粗糙度為Ra12.5um,需要先鉆孔再擴孔，鉆孔為通孔。 Φ32mm的孔，公差等級為IT7，表面粗糙度為Ra12.5um，因為已經(jīng)鉆出通孔，加工方法可以采取先擴孔然后再進行鉸孔即可達到要求。 5.工藝路線的制定 工序一 粗車、半精車端面。 工序二 粗車、半精車、精車外圓至52.5mmh8。 工序三 粗車外圓至Φ46mm,長度為49mm。再粗車、半精車、精車外圓 Φ44mmh7。 工序四 粗車、半精車外圓40mm。 工序五 切斷。 工序六 換頭夾緊、粗車、半精車端面使齒輪寬為12mm, 倒角1X45°。 工序七 換頭夾緊，鉆孔Φ28mm。 工序八 擴孔，然后再進行鉸孔Φ32mmh7，深度為44mm，倒角。 工序九 換頭夾緊，倒角1X45°。 工序十 車油槽。 工序十一 銑鍵槽。 工序十二 齒輪加工。 工序十三 檢驗。 6.加工余量的確定 工藝路線擬定以后，應該定每道工序的加工余量、工序尺寸及其公差。工序尺寸是工件加工過程中，各個工序應保證的加工尺寸，工序尺寸允許的變動范圍就是工序尺寸公差。工序尺寸的確定與工序的加工余量有密切關系。 零件圖上的尺寸和公差就是最終工序的尺寸和公差?？梢杂谩暗雇啤钡霓k法，將此尺寸加上此工序的余量，就是上一工序的工序尺寸。 如圖6-1可知，最大直徑為Φ52.5mm，其公差為IT8，由于坯料石熱軋圓鋼，其直徑便不能隨意擬定一個尺寸，必須根據(jù)型材規(guī)格表選取合適的直徑。查【6】表2-74，選用坯料直徑Φ56mm?？偟募庸び嗔繛?6-52.5=3.5mm. 考慮到粗、精加工分階段進行，在粗車時應切去大部分余量，故取粗車的加工余量為2.8mm，那么精車的加工余量為總得加工余量減去粗車的加工余量，即3.5-2.8=0.7mm。 圖6-1 零件加工示意圖 Φ40mm部位的尺寸屬未標公差的尺寸，其公差等級可取IT14，精車加工余量亦可以取0.7，那么粗車的加工余量=56-40-0.7=15.3mm。各外圓表面的工序間余量，工序尺寸及公差如表6-1所示。  表6-1 軸齒輪的加工尺寸 加工表面 工序名稱 工序間余量 工序能達到的公差等級及其標準公差值 最大極限尺寸 工序尺寸及公差 軸頸 精車 0.2 IT8（0.046） 52.5 Φ C、B、A 半精車 0.5 IT10（0.12） 52.7 Φ 粗車 2.8 IT14（0.74） 53.2 Φ 外圓C、B 粗車 6.5 IT14（0.62） 46.0 Φ 外圓C 精車 0.2 IT7（0.025） 44.0 Φ440 - 0.025 半精車 0.5 IT10（0.10） 44.2 Φ44.2 粗車 1.3 IT12（0.25） 44.7 Φ44.7 外圓B 半精車 2.0 IT7（0.025） 40.0 Φ 粗車 4.0 IT12（0.25） 42.0 Φ42 端面D 半精車 1.0 IT11（0.19） 61.0 Φ 粗車 3.0 IT14（0.74） 62.0 Φ 孔E、F 鉸孔 0.3 IT7（0.025） 32.0 Φ32 擴孔 3.7 IT10（0.10） 31.7 Φ31.7 鉆孔 28.0 IT12（0.21） 28.0 Φ28 7.各工序切削用量的選擇及工時的計算 工序一: 以Φ56外圓為粗基準，粗車、半精車毛坯的端面 （1）加工條件 工件材料：熱軋鋼（45） 機床：CA6140型臥式車床 夾具：三爪自定心卡盤 刀具：YT5硬質合金可轉位車刀 （2）確定背吃刀量：根據(jù)下料尺寸，粗車分一次走刀。粗車時，取=2mm。 查【6】表15-10，f=0.6～0.7mm/r，取f=0.6mm/r。 查【6】表15-13，切削速度的計算公式為： V=； Kv= K 因為 >f，取刀具的主偏角Kr=45°，Kr'=0° 查【6】表15-13，Cv=242, Xv=0.15, Yv=0.35, m=0.2, t=3600, Kmv=0.637/, Kkv=1.0,Ktv=0.65 查【4】表1-2，σb=0.6Gpa。 所以， V==79.4m/min （3）確定機床主軸轉速 n==451.3 (r/min) 半精車斷面時分一次走刀。取=1.0mm。 V= n==(r/min) （4）工時計算 粗 車：T= 半精車：T== 工序二：粗車外圓至Φ53.2mm （1）加工條件 工件材料：熱軋鋼（45） 機床：CA6140臥式車床 夾具：三爪自定心卡盤 刀具：YT5硬質合金可轉位車刀 （2）確定背吃刀量：粗車雙邊余量為2.8mm，顯然為單邊余量，=2.8/2=1.4mm。 （3）確定進給量 在粗車鋼料刀杠尺寸為B×H=20mm×30mm,ap≤ 3 mm。 查【6】表9-12，工件直徑為60mm時，f=0.6-0.7mm/r，選擇f=0.6mm/r。 （4）切削速度的計算公式 V=；>f，取刀具的主偏角Kr=45°，Kr'=0°. 查【6】表9-17，Cv=242, Xv=0.15, Yv=0.35, m=0.2, t=3600, KmV=0.637/, Kkv=1.0, Ktv=0.65 V= n==501.1(r/min) （5）工時的計算 T== 半精車外圓至Φ52.7mm （1）加工條件 ， 工件材料：熱軋鋼（45） 機床：CA6140臥式車床 夾具：三爪自定心卡盤 刀具：YT5硬質合金可轉位車刀 （2）確定背吃刀量：=0.5/2=0.25mm 查【6】表15-10,取f=0.6mm/r。 查【6】表15-13，Cv=242, Xv=0.15, Yv=0.35, m=0.2, t=3600, KmV=0.637/, Kkv=1.0,Ktv=0.65 V= = n== 656.3(r/min) （3）工時的計算 T==60×65／0.55／656.3=10.8s 精車外圓至Φ52.5mm （1）加工條件 ， 工件材料：熱軋鋼（45） 機床：CA6140臥式車床 夾具：三爪自定心卡盤 刀具：YT5硬質合金可轉位車刀 （2）確定背吃刀量:=0.2/2=0.1mm 查【6】表15-10,取f=0.5mm/r 查【6】表15-13,Cv=242,Xv=0.15,Yv=0.35,m=0.2,t=3600, Kmv= KmV=0.637/,Ktv=0.65,Kkv=1.0 V== n==804.4r/min （3）工時計算 T==60×65／0.5／804.4=9.7s 工序三：粗車外圓至Φ46mm （1）加工條件 工件材料：熱軋鋼（45） 機床：CA6140臥式車床 夾具：三爪自定心卡盤 刀具：YT5硬質合金可轉位車刀 ，尺寸20X30。 （2）確定背吃刀量：=6.5/2=3.25mm 查【6】表，f=0.3-0.4 mm/r,取f=0.3mm/r。 查【6】表9-17，Cv=291, Xv=0.15, Yv=0.20, m=0.2, t=3600, Km V=0.637/, Kkv=1.0, Ktv=0.65； n==653.6 (r/min) （3）工時計算 T==60×49／0.3／653.6=15s 粗車外圓Φ45mm （1）加工條件 機床：CA6140臥式車床 夾具：三爪自定心卡盤 刀具：YT5硬質合金可轉位車刀 ，尺寸20X30。 （2）確定背吃刀量：=1/2=0.5mm 查【6】表15-10，f=0.4-0.5mm/r,取f=0.5mm/r。 查【6】表15-13，Cv=242, Xv=0.15, Yv=0.35, m=0.2, t=3600, Km V=735/, Kkv=1.0, Ktv=0.65； n==736.7 (r/min) （3）工時計算 T==60×17／0.5／736.7=2.8s 半精車外圓Φ44.2mm （1）加工條件 工件材料：熱軋鋼（45） 機床：CA6140臥式車床 夾具：三爪自定心卡盤 刀具：YT5硬質合金可轉位車刀 ，尺寸20X30。 （2）確定背吃刀量：=0.8/2=0.4mm 查【6】表15-10，f=0.4 -0.5mm/r,取f=0.5mm/r。 查【6】表15-13，Cv=2427, Xv=0.15, Yv=0.35, m=0.2, t=3600, Km V=0.637/, Kkv=1.0, Ktv=0.65; n==776 (r/min) （3）工時計算 T==60×17／0.5／776=2.6s 精車外圓Φ44mmh7 （1）加工條件 工件材料：熱軋鋼（45） 機床：CA6140臥式車床 夾具：三爪自定心卡盤 刀具：YT5硬質合金可轉位車刀 ，尺寸20X30。 （2）確定背吃刀量：=0.2/2=0.1mm， 查【6】表9-16，f=0.4-0.5mm/r,取f=0.5mm/r。 查【6】表9-17，Cv=242, Xv=0.15, Yv=0.35, m=0.2, t=3600, Km V=0.637/, Kkv=1.0, Ktv=0.65； n==959.8r/min) （3）工時計算 T==60×17／0.45／959.8=2.4s 工序四：粗車外圓42mm （1）加工條件 工件材料：熱軋鋼（45） 機床：CA6140臥式車床 夾具：三爪自定心卡盤 刀具：YT5硬質合金可轉位車刀 ，尺寸20X30。 （2）確定背吃刀量：=4/2=2mm 查【6】表15-10，f=0.4-0.5mm/r,取f=0.5mm/r。 查【6】表15-13，Cv=242, Xv=0.15, Yv=0.35, m=0.2, t=3600, Km V=0.637/, Kkv=1.0,Ktv=0.65； n==641.5 (r/min) （3）工時計算 T==60×30/0.5/641.5=5.6s 半精車外圓40mm （1）加工條件 工件材料：熱軋鋼（45） 機床：CA6140臥式車床 夾具：三爪自定心卡盤 刀具：YT5硬質合金可轉位車刀 ，尺寸20X30。 （2）確定背吃刀量：=2/2=1mm 查【6】表9-16，f=0.4-0.5mm/r,取f=0.5mm/r。 查【6】表9-17，Cv=242, Xv=0.15, Yv=0.35, m=0.2, t=3600, Km V=0.637/, Kkv=1.0,Ktv=0.65； n==764.3 (r/min) （3）工時計算 T==60×30／0.4／764.3=5.9s 工序五：切斷 （1）加工條件 工件材料：熱軋鋼（45） 機床：CA6140臥式車床 夾具：三爪自定心卡盤 刀具：YT5硬質合金切斷刀 ，取刀桿尺寸12X20，刀寬度4mm，刀頭長度35mm。 查【6】表15-25,15-26，f=0.13-0.16mm/r,取f=0.15mm/r。Vc=1.783m/s=107m/min, n==649.1 (r/min) （2）工時計算 T==60×26.25／0.15／649.1=16.2s 工序六：粗車，半精車端面使齒輪寬為12mm，倒角1X45° （1）加工條件 工件材料：熱軋鋼（45） 機床：CA6140型臥式車床 夾具：三爪自定心卡盤 刀具：YT5硬質合金可轉位車刀 （2）確定背吃刀量：根據(jù)下料尺寸，粗車分一次走刀。粗車時，取=3mm。 f=0.6～0.7mm/r，取f=0.6mm/r。切削速度的計算公式為： V=；>f，取刀具的主偏角Kr=45°，Kr'=0°. 查【6】表15-13，Cv=242, Xv=0.15, Yv=0.35, m=0.18, t=3600, KmV=0.637/, Kkv=1.0, Ktv=0.65； （3）確定機床主軸轉速 n==1000×74.7／3.14／52.5=453.1 (r/min) 半精車斷面時分一次走刀。取=1mm。 n== 1000×88.1/3.14/52.5=534.4(r/min) （4）工時計算 粗 車：T==60×26.25／0.6/453.1=5.8s 半精車：T==60×26.25/0.6/534.4=4.9s （5）倒角 換主偏角為45°的車刀，吃刀量1mm，一次走刀完成。 工序七：鉆孔Φ28mm （1）加工條件 工件材料：熱軋鋼（45） 機床：CA6140型臥式車床 夾具：三爪自定心卡盤 刀具：高速鋼鉆頭 查【6】表15-33，選擇進給量 f=0.3mm/r ； Kv=Kcv·Kdv·Ksv·Kmv·Ktv·Knv 查【6】表15-35,15-16，Cv=11.1, Zv=0.4,Yv=0.5,m=0.2, Kcv=0.85,Kdv=1.0,Ksv=0.8,Kmv==1.06,Ktv=1.0,Knv=1.0 計算得Vc=0.48m/s=28.7m/min n==1000×28.7/3.14/28=326.4r/min （2）工時計算 T==60×61/0.3/326.4=37.4s 工序八：擴孔至Φ31.7 （1）加工條件 工件材料：熱軋鋼（45） 機床：CA6140型臥式車床 夾具：三爪自定心卡盤 刀具：高速鋼鉆頭W18Cr4V 查【6】表15-33，15-42,選擇進給量 f=0.6mm/r 選擇切削速度V=22.2m/min （2）工時計算 T==60×44/0.6/206=21.4 鉸孔至Φ32mmh7，深度為44mm （1）加工條件 工件材料：熱軋鋼（45） 機床：CA6140型臥式車床 夾具：三爪自定心卡盤 刀具：硬質合金機鉸刀 查【6】表15-43，選擇進給量 f=0.6mm/r 查【6】表15-44,Cv=115.7,Zv=0.3,Xv=0,Yv=0.65,m=0.7 Kcv=0.85,Kdv=1.0,Ksv=0.8,Kmv=0.637/600=1.06,Ktv=1.0,Knv=1.0 計算得Vc=0.3m/s=18m/min n==1000×18/3.14/32=179.1r/min （2）工時計算 T==60×44/0.6/179.1=24.6s （3）倒角1X45° 倒角時，換主偏角為45°的車刀，吃刀量1mm，一次走刀完成。 工序九：換頭夾緊，倒角1X45° （1）加工條件 工件材料：熱軋鋼（45） 機床：CA6140型臥式車床 夾具：三爪自定心卡盤 刀具：YT5硬質合金可轉位車刀 工序十：車油槽 （1）加工條件 工件材料：熱軋鋼（45） 機床：CA6140型臥式車床 夾具：三爪卡盤 刀具：高速鋼車刀 查【6】表15-25，取=1.0mm，選擇進給量f=0.12mm/r （2）選擇切削速度 查【6】表15-26，v=0.91m/s=54.6m/min n==511.4r/min （3）工時計算 T==60×3/0.12/511.4=2.9s 工序十一：銑鍵槽 （1）加工條件 工件材料：熱軋鋼（45） 機床：X52K型立式銑床 夾具：專用夾具 刀具：鍵槽銑刀 （2）選擇進給量：取=2.0mm，查【6】表15-51 fz=0.03mm/z 轉速 n=200r/min 所以：f=fz*z*n=0.03*2*200=12mm/min （3）工時計算 t=14/12=1.2min 工序十二：齒輪加工 （1）加工條件 工件材料：熱軋鋼（45） 機床：Y5120A型插齒機 夾具：專用夾具 刀具：插齒刀 齒輪齒面粗糙度Ra=3.2，屬于7-8級精度。 （2）選擇加工方案 插齒-齒端加工-淬火 查【6】表9-107，選擇圓周進給量：f=0.4mm/dst 查【6】表9-108，選擇切削速度： V=0.33m/s 8.專用夾具的設計 8.1問題的提出 為了提高勞動生產(chǎn)率，保證加工質量，降低勞動強度，需設計專用夾具。 我們決定設計第十二道工序——齒輪加工的插床專用夾具。 本夾具將用于Y5120A插齒機。刀具為插齒刀。 本夾具主要用來加工齒輪，由于工藝要求不高，因此，在本道工序加工時，主要應考慮 如何提高勞動生產(chǎn)率，降低勞動強度。 8.2定位基準的選擇 由零件圖可知，端面D和內孔的中心線為齒輪加工的設計基準。夾具設計時，采用心軸與內孔配合定位，加緊裝置采用螺旋手動夾緊，用擋圈與螺母進行軸向定位合夾緊。利用鍵槽與底座卡在一起進行周向定位。這樣，就完成了對軸齒輪零件的完全定位。 8.3定位誤差分析 本工序采用孔φ32與心軸配合定位，存在定位誤差。屬于基準不重合誤差。 =0.025+0.025=0.050<（0.16/3） 故有良好的定位精度。 8.4夾緊力的計算 查【4】，螺旋加緊機構的夾緊力計算公式： W——夾緊力；Q——外力；L——外力力臂長；——螺紋螺旋升角；——螺紋中徑； ——螺紋處摩擦角；——螺桿端面上與工件間的摩擦角； ——螺桿端面與工件的當量摩擦半徑。 取Q=200N；L=10mm；=arctan==3.8°；=12； 查【4】表3-7，取=9°50′；=4°； 查【7】表3-6，=，其中=20mm， =14mm； 代入數(shù)據(jù)計算，得W=1000N 9.課程設計心得體會 這門課所安排的課程設計，對我們就尤為重要。這次的課程設計也是為明年的畢業(yè)設計做準備預熱。再此期間我重新回顧了 機械制造技術基礎講述了材料加工的原理和方法，以及機械制造工藝方面以前學習的知識，在發(fā)現(xiàn)問題與解決問題的過程中，各項能力也得到了鍛煉。 作為機械設計制造及自動化的大三學生，我們必須具備的能力除了專業(yè)知識以外，還有能制定加工工藝規(guī)程、動手畫圖、運用軟件、查閱資料以及創(chuàng)新能力。此次的課程設計著重培養(yǎng)了我們這些能力，除了運用專業(yè)知識以外，還需要這些能力來一步步進行設計，一步步糾錯，一步步完善。對于即將畢業(yè)的我們有著很重要的指導作用。也對明年的畢業(yè)設計有了個很好的鋪墊，通過這次課程設計讓我們知道什么能力欠缺，什么能力重要，以后該怎樣去學習去訓練。 10.參考文獻 【1】.謝鐵邦等主編，互換性與技術測量，華中科技大學出版社，1998年第三版； 【2】.陳志亮等主編，《機械制造技術基礎》，中南大學出版社，第二版； 【3】.吳立言主編，《機械設計》，高等教育出版社，第九版； 【4】.楊文敏等主編，《機械原理》，中南大學出版社，年第二版；