齿轮轴零件的机械加工工艺和铣键槽专用夹具设计

齿轮轴零件的机械加工工艺和铣键槽专用夹具设计,齿轮轴,零件,机械,加工,工艺,键槽,专用,夹具,设计 毕业设计(论文)开题报告 题目:齿轮轴零件的机械加工工艺 与夹具设计 1.设计（论文）综述（题目背景、研究意义及国内外相关研究情况） 1.1 题目背景 机械制造工艺对产品的质量控制起着重要作用，夹具是能够使产品按一定的技术要求准确定位和牢固夹紧的工艺装置，它的主要用于保证产品的加工质量、减轻劳动强度、辅助产品检测、展示、运输等。 1.2 研究意义 随着科学技术的不断进步，夹具已从一种辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备。机床夹具在机械加工中起着重要的作用，所以应用十分广泛。归纳起来有以下几个方面的作用：保证工件的加工精度，稳定产品质量；提高劳动生产率和降低加工成本；改善工人劳动条件；在流水线生产中，便于平衡生产节拍。 本设计采用以齿轮轴为例进行工艺分析及夹具设计。齿轮轴是组成机械的重要零件，也是机械加工中常见的典型零件之一。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。 1.3 国内外相关研究情况： 夹具从产生到现在，大约可以分为三个阶段:第一阶段主要表现在夹具与人的结合上，这时夹具主要是作为人的单纯的辅助工具，是使加工过程加速和趋于完善；第二阶段，夹具成为人与机床之间的桥梁，夹具的机能发生了变化，它主要用于工件的定位和夹紧，人们越来越认识到夹具与操作人员改进工作及机床性能的提高有着密切的关系，所以对夹具引起了重视；第三阶段表现为夹具与机床的结合，夹具为机床的一部分，成为机械加工中不可缺少的工艺装备。 发展现状、趋势：a现代机械制造技术的现状，在产品设计方面，普遍采用计算机辅助产品设计(CAD)、计算机辅助工程分析(CAE)和计算机仿真技术；在加工技术方面，已实现了底层(车间层)的自动化，包括广泛地采用加工中心(或数控技术)、自动引导小车(AGV)等．近10余年来，发达国家主要从具有全新制造理念的制造系统自动化方面寻找出路，提出了一系列新的制造系统。如计算机集成制造系统、智能制造系统、并行工程、敏捷制造等；b机械加工工艺的未来发展趋势， 集成化发展趋势、 微纳化发展趋势、自动化发展趋势、数字化发展趋势。 随着机械工业的迅速发张，对产品的品种和生产率提出了愈来愈高的要求，使多品种，中小批生产作为机械生产的主流。为了适应机械生产的这种发展趋势，必然对机床夹具提出了更高的要求。特别像推动架零件的加工还处于落后的阶段。在今后的发展过程中，应大力推广使用组合夹具、半组合夹具、可调夹具，尤其是成组夹具。在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精度、高效、模块组合、通用、经济等方向发展。 2.本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施 2.1主要内容 首先认真分析已给定的齿轮轴零件图纸，明确相关技术要求和加工质量要求，在读懂图纸的基础上，利用solidworks 和CAD绘制该齿轮轴的三维模型以及二维工程图；然后根据图纸上相关要求等确定该零件的生产类型，本次设计的零件属大批量生产。其次，对零件进行工艺分析，确定毛坯类型和制造方法，齿轮轴的材料为20CrMnMo,拟采用以锻造的形式进行毛坯的制造，然后设计两套不同的工艺路线方案，分析两套方案的优劣并根据实际生产条件和相关要求确定最终方案，完成机械加工工序设计，进行必要地经济分析。最后，对铣键槽或者齿轮部位进行夹具装配图及主要零件图的设计，对夹具进行精度校核并对其设计质量进行评估。 2.2研究方案: 如下图所示的输入齿轮轴，属于阶梯轴类零件，由圆柱面、轴肩、键槽、齿轮等不同形式的几何表面及几何实体组成。零件的材料为 20CrMnMo，属于合金结构钢。它的强度高于 15CrMnMo，塑性及韧性稍低，淬透性及力学性能比 20CrMnTi 高，淬火低温回火后具有良好的综合力学性能和低温冲击韧度。渗碳淬火后具有较高的抗弯强度和耐磨性能，但磨削时易产生裂纹。焊接性不好，适于电阻焊接，焊前需预热，焊后需回火处理，切削加工性和热加工性良好。常用于制造高硬度、高强度、高韧性的较大重要渗碳件（其要求均高 15CrMnMo），如曲轴、凸轮轴、连杆、齿轮轴、齿轮、销轴，还可代替 12Cr2Ni4 使用。“齿轮轴的精度要求高，输入齿轮轴的加工难度大，必须对齿轮轴加工过程中的一些重要问题，如材料、基准、热处理和齿形加工等做出正确的选择和分析，才能保质保量地完成批量齿轮轴的加工。以此输入齿轮轴为例，其多数外圆表面尺寸精度达IT6,表面粗糙度值 Ra 为 6.3～1.6，而位置精度则通常应为尺寸精度数值的 1/3～1/5；齿轮的精度等级为 7 级。 在综合考虑上述各因素基础上，现初步拟定了两套工艺路线方案，如下： （1） 工艺路线方案一 工序 1：下料。 工序 2：锻造——模锻成型。 工序 3：6正火处理——正火后硬度达到 HB 171～229 工序 4：超声波探伤（图纸技术要求）。 工序 5：粗车——划端面及外形线，左端插入主轴孔，夹住 B 面，粗车 K 面钻中心孔，夹齿轮轴左端端部，顶 K 面中心孔，粗车各段的外圆面。夹齿轮轴右端，车A面，钻中心孔，顶 A 面中心孔，粗车 B 面剩余部分。E、I( 77 外圆面)表面尺寸精度和表面粗糙度要求低，粗车即可。 工序 6：半精车——夹 J 面右端端部，顶 A 面中心孔，半精车 B、C、D、G 面及 D 和 I面右端面，掉头后再半精车剩余部分。 工序 7：检验。 工序 8：精车——夹 B 面左端端部，顶 K 面中心孔，精车 B、J 面。掉头后再精车剩余部分。精车完后，倒45斜角、R2mm 圆角。 工序 9：粗、精滚齿——用 AA 级单头滚刀滚齿。 工序 10：粗、精铣键槽——键槽内侧面需精铣达到尺寸精度要求。 工序 11：钻孔——轴两端钻孔，孔深 20 mm 。 工序 12：攻螺纹——用丝锥攻螺纹至 M10。 工序 13：去除毛刺。 工序 14：渗碳、淬火处理——淬火处理后低温回火，对齿部渗碳淬火。 工序 15：校直。 工序 16：研磨中心孔。 工序 17：磨削C面、D面——消除淬火处理带来的变形，使零件达到相应精度要求。 工序 18：磨削齿面——采用 Y7131 磨齿机进行磨削。 工序 19：检验——检验各部尺寸及精度。 工序 20：探伤——磨削齿面探伤检查。 工序 21：入库。 （2） 工艺路线方案二 工序 1：下料。 工序 2：锻造——模锻成型。 工序 3：正火处理——正火后硬度达到 HB 171～229。 工序 4：超声波探伤（图纸技术要求）。 工序 5：粗车——划端面及外形线，左端插入主轴孔，夹住 B 面，粗车 K 面,钻中心孔，夹齿轮轴左端端部，顶 K 面中心孔，粗车各段的外圆面及端面。夹齿轮轴右端，车 A 面，钻中心孔，顶 A 面中心孔，粗车 B 面剩余部分。I(77外圆面)表面尺寸精度和表面粗糙度要求低，粗车即可。 工序 6：粗滚齿——用 AA 级单头滚刀滚齿。 工序 7：检验。 工序 8：调质。 工序 9：精车——夹 B 面左端端部，顶 K 面中心孔，精车 B、J 面。调头后再精车剩余部分。精车完后，倒45斜角、R2mm 圆角。 工序 10：精滚齿——用 AA 级单头滚刀滚齿。 工序 11：粗、精铣键槽——键槽内侧面需精铣达到尺寸精度要求。 工序 12：钻孔——轴两端钻孔，孔深 20 mm 。 工序 13：攻螺纹——用丝锥攻螺纹至 M10。 工序 14：去除毛刺。 工序 15：渗碳淬火处理——对齿部渗碳淬火，淬火后低温回火。 工序 16：研磨中心孔。 工序 17：磨削C面/D面——消除淬火处理带来的变形，使零件达到相应精度要求。 工序 18：磨削齿面——采用 Y7131 磨齿机进行磨削。 工序 19：检验——检验各部尺寸及精度。 工序 20：探伤——磨削齿面探伤检查。 工序 21：入库。 两种工艺路线方案分析如下：两种工艺路线的前 5 道工序和后面 6 道工序是一样的，不同的是在中间的几道工序。方案一是将轴的外形尺寸精加工完成后再进行粗精滚齿，方案二是轴的外形粗加工和齿形粗加工一起完成后再进行精加工。经分析两种方案均可以达到零件的加工精度要求。但方案二中间的粗精加工工序较为分散，不利于大批量生产模式下生产效率的提高。方案一的工序较集中适合于大批量生产和生产效率的提高。 综上分析，本零件选择方案一作为最终加工工艺路线。 三、本课题研究的重点及难点，前期已开展工作 3.1重点及难点： 工艺及夹具的设计，并且分析和计算定位误差、夹紧力等，然后进行绘制CAD二维图，solidworks三维图。 3.2前期已开展的工作： 1.查阅相关资料，积累基础知识； 2.对零件进行工艺分析，拟定工艺路线； 3.初步了解常规夹具的设计及加工方法； 4.运用CAD、solidworks等绘图软件进行制图。 四、完成本课题的工作方案及进度计划（按周次填写） 1．明确设计要求，收集资料，文献综述；（1-2周） 2.进行零件图的二维和三维绘制，确定工艺总体方案 （3周） 3. 进行工艺规程方案设计，撰写开题报告。 (4-5周) 4. 填写工艺文件，完成中期答辩。 (7-9周) 5. 各夹具的设计计算，定位分析，设计中存在的问题。 (10-12周) 6. 绘制各夹具的三维装配图、部分零件工程图。 (13-14周) 7. 编写设计说明书，总体修改。 （15周） 8. 末期答辩。（15周） 指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见） 指导教师： 年 月 日 所在系审查意见： 系主管领导： 年 月 日 参考文献 [1] 赵如福等．机械制造工艺设计手册[M] ．北京：机械工业出版社，2002． [2] 王先逵．机械制造工艺学[M]．北京：机械工业出版社，2006． [3] 邹青．机械制造技术基础课程设计指导教程[M] ．北京：机械工业出版社，2004． [4] 李益民．机械制造工艺设计简明手册[M] ．北京：机械工业出版社，2004． [5] 孙丽媛等．机械制造工艺及专用夹具设计指导[M] ．北京：冶金工业出版社，2006． [6] 孙已德．机床夹具图册[M] ．北京：机械工业出版社，1983． [7] 林陈彪．工程机械齿轮轴加工工艺分析与优化[J] ．机电技术，2008(4)：42-44． [8] 艾兴．切削用量简明手册[M] ．北京：机械工业出版社，2004． [9] 李润莲．ZSY450 硬齿面减速器高速齿轮轴加工工艺的改进[J] ．矿业快报，2005(7)：50-51． [10] 陈日曜．金属切削原理[M] ．北京：机械工业出版社，2002． [11] 赵如福等．金属机械加工工艺人员手册[M] ．上海：上海科学技术出版社，2006． [12] 王光斗，王春福．机床夹具设计手册[M] ．上海：上海科学技术出版社，2000． [13] 陈宏钧．实用机械加工工艺手册（第二版）[M] ．北京：机械工业出版社，2004． [14]刘健．短齿轮轴滚齿夹具[J] ．机械工人冷加工，2001(12)：19-20． [15] 秦宝荣等．机械制造工艺学与机床夹具设计学习指导及习题[M] ．北京：中国建材工业出版 社，1998 [16]张玉花等．减速器高速齿轮轴的经济加工工艺[J] ．南方农机，2007（5）：28-28． [17] Peng Gaoliang,Chen Guangfeng,Liu Xinhua. Using CBR to develop a VR-based integrated system for machining fixture design[J]. Assembly Automation,2010,303 [18] Wutthigrai Boonsuk,Matthew C. Frank. Automated fixture design for a rapid machining process[J]. Rapid Prototyping Journal,2009,152 [19]W.Muhammad ， N.Ejaz ， S.A.Rizvi ． Failure Analysis of High-Speed Pinion Gear Shaft[J] ． Fail.Anal.and Preven.2009(9)：470-478．