直齿轮零件的机械加工工艺规程及内孔加工的工艺装备设计

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1、课程设计任务书 一、设计题目 设计齿轮零件的机械加工工艺过程及工艺装备 二、原始资料 (1) 被加工零件的零件草图 1张 (2) 生产类型: 中批生产 三、上交材料 (1) 被加工工件的零件图 1张 (2) 工件的毛坯图 1张 (3) 机械加工工艺过程卡片　　　　　 1张 (4) 与所设计夹具对应那道工序的工序卡片 1张 (5

2、) 夹具装配图 1张 (7) 课程设计说明书(5000-8000字) 1份 四、进度安排(参考) (1) 熟悉零件,画零件图 2天 (2) 选择工艺方案,确定工艺路线,填写工艺过程综合卡片 5天 (3) 工艺装备设计(画夹具装配图及夹具体图) 9天 (4) 编写说明书 3天

3、 (5) 准备及答辩 2天 五、指导教师评语 成 绩： 指导教师　　　　　　　 日　　期　　　　　　　 成绩评定 采用五级分制，即优秀、良好、中等、及格和不及格。 优秀：设计方案合理并新颖，设计说明书及设计图纸规范、内容丰富。在设计过程中勤奋好学、有创新思想； 良好：设计方案合理，设计说明书及设计图纸比较规范、内容比较丰富。在设计过程中勤奋好学、有创新思想； 中等：设计方案一般，设计说明书及设计图纸欠规范、内容一般。在设计过程中比

4、较勤奋、创新思想不明显； 及格：设计方案不完善，存在一些小错误，说明书及设计图纸欠规范、内容一般。在设计过程中勤奋精神不够： 不及格：设计方案有严重错误，设计说明书及设计图纸不规范、内容浅薄。在设计过程中勤奋好学精神不够。 摘　要 这次设计的是直齿轮，包括零件图、毛坯图、装配图各一张，机械加工工艺过程卡片和与工序卡片各一张。首先我们要熟悉零件和了解其作用。然后，根据零件的性质和零件图上各端面的粗糙度确定毛坯的尺寸和械加工余量

5、。最后拟定直齿轮的工艺路线图，制定该工件的夹紧方案，画出夹具装配图。 此次课程设计我了解并认识一般机器零件的生产工艺过程，巩固和加深已学过的技术基础课和专业课的知识，理论联系实际，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后的工作打下一个良好的基础，并且为后续课程的学习打好基础。对我们动手动脑的能力有了提高。 关键字：直齿轮 工艺过程 工序 Abstract The design is straight gear, including spare parts map, blank map, an assembly of all

6、, machining processes and process the card and a card each. First of all we have to familiar with the parts and understand their role. Then, according to the nature of parts and components map to determine the roughness of the rough end of the size and armed allowance. Finally, spur the development

7、of the technology road map, the development of the clamping of the workpiece program, draw fixture assembly. I understand that the curriculum design and understanding of general machinery parts production process, to consolidate and deepen the already learned the basic courses and specialized tech

8、nical knowledge, theory with practice, to exercise their own analysis, problem-solving skills, work for the future lay a good foundation, and for the follow-up to lay the foundation courses. Minds of our ability to do improved. Key Word：straight gear process engineering sequence

9、 目 录 1.直齿轮的工艺分析及生产类型的确定-------------1 1.1直齿轮的用途-------------------------------1 1.2．直齿轮的技术要求---------------------------2 1.3．审核直齿轮的工艺性-------------------------3 1.4.确定直齿轮的生产类型-----------------------3 2．确定毛坯、绘制毛坯简图------------------------3 2.1．选择毛坯-----------------------------------

10、-3 2.2．确定毛坯的尺寸公差和加工余量----------------4 3．拟定直齿轮工艺路线--------------------------5 3.1．定位基准的选择------------------------------5 3.2．表面加工方法的确定--------------------------6 3.3加工阶段的划分-------------------------------7 3.4工序的集中与分散-----------------------------8 3.5工序顺序的安排------------------------------8 3.6

11、确定工艺路线--------------------------------8 4、夹具设计--------------------------------------10 4.1问题的提出----------------------------------11 4.2夹具设计------------------------------------11 5.方案综合评价和总结----------------------------13 6. 体会与展望---------------------------------- 13 参考文献------------------------

12、---------------14 1 齿轮的工艺分析及生产类型的确定 1.1齿轮的用途 齿轮主要用途为传递运动，传递动力，传递位移。对制造及安装的精度要求较高。该齿轮在机床的主轴箱上，故属于高速动力齿轮，齿轮以直径28mm孔套在传动轴上，并用8mm宽的键槽与齿轮联，当工作时，该齿轮与别的齿轮配合传递速度，该齿轮要承受弯曲应力和冲击，因此要求动因此该零件应具有足够的强度、刚度和精度，以适应齿轮的工作条件。该零件主要工作面为齿轮和内键槽 1.2．直齿轮的技术要求 直齿轮零件技术要求表 加工表面 偏差(mm) 公差及精度等级 形位公差/mm 表面粗糙度Ra (μm)

13、齿轮的大端面φ54 +0.02 0 IT7 ↗ 0.017 A 1.6 齿轮的小端面φ40 0 0 IT8 ↗ 0.017 A 6.3 齿轮内孔φ28 0 -0.2 IT7 1.6 内键槽侧面 IT7 1.6 键槽底面宽8mm +0.018 -0.018 IT7 6.3 齿轮齿面 IT7 1.6 1.3．审核直齿轮的工艺性 分析零件图可知，该齿轮形状工整，结构简单，配合要求较高。另外，该零件主要工作表面加工精度均较高，需要高精度机床加工，需要特殊的机床加工。通过拉床和齿轮机床

14、加工可以达到加工要求。为增强齿部的耐磨性，齿部要求加热淬火处理硬度为50HRC。由此可见，该零件的工艺性较好。 1.4.确定直齿轮的生产类型 该依设计题目可知生产类型为：中批量生产。齿轮重量为1.5kg，属于轻型零件。 2．确定毛坯、绘制毛坯简图 2.1．选择毛坯 由于该齿轮在工作过程中要承受冲击载荷，为增强齿轮的强度和冲击韧度，获得纤维组织，毛坯选用锻件，该齿轮的轮廓尺寸不大，且生产类型属中批量生产，为提高生产率和锻件精度，宜采用模锻方法生产毛坯。毛坯的拨模斜度为5。 2.2．确定毛坯的尺寸公差和加工余量 要确定毛坯的尺寸公差及机械加工余量，应先确定如下各项因素。 2.2.1

15、公差等级 由于齿轮的功用和技术要求。确定该零件的公差等级为普通级. 2.2.2 已知机械加工后该齿轮件的重量为1.5kg，由此可初步估计机械加工前锻件毛坯的重量为2kg。 2.2.3锻件的形状复杂系数和材质系数 该齿轮的分析和计算，可大致确定锻件外轮廓的长度、宽度和高度，R=64mm,L=17.2mm.可以计算出双联齿轮的形状复杂系数。 S=0.78。介于0.63和1之间。却定该形状复杂系数为S1。 由于该齿轮材料为45钢，是碳的质量分数大于0.65%的碳素钢，该锻件的采制系数属M1级。 直齿轮铸造毛坯尺寸公差及加工余量 锻件的质量/kg 包容体质量/kg 形状复杂

16、系数 材质系数 公差等级 2 3.8 S1 M1 普通级 项目/mm 机械加工余量/mm 尺寸公差/ mm 备注 厚度42 2.0-2.5（取2.0） +1.4 1.8 -0.4 表2-13、2-11 长宽方向 2.0-2.5（取2.0） +1.4 2.1 -0.6 表2-13、2-11 孔径φ28 2.0 +0.6 2.1 -1.4 表2-14、2-10 毛坯图 3．拟定直齿轮工艺路线 3.1．定位基准的选择 定位基准有粗基准和精基准之分，通常先确定精基准，然后再确定

17、粗基准。 3.1.1 精基准的选择 根据该直齿轮零件的技术要求和装配要求，保证零件的加工精度和装夹准确方便，选择齿轮内孔轴线为定位精基准，以两端面为辅助精基准。零件上的很多表面都可以采用它们作为基准进行加工，即遵循了“基准统一”原则。齿轮内孔28H7mm的轴线是设计基准，选用其作为精基准定位加工齿轮54H7mm外齿轮面和台阶面，实现了设计基准和工艺基准的重合，保证了被加工表面的圆跳动要求。 3.1.2 粗基准的选择 作为粗基准的表面应平整，没有飞边、毛刺或其他表面缺欠。粗基准选择为右端面。可保证孔的壁厚均匀。可以为后续工序准备好精基准。 3.2．表面加工方法的确定 根据直齿

18、轮零件图上各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，确定加工件各表面的加工方法如表 加工表面 尺寸精度等级 表面粗糙度Ra(μm) 加工方案 齿轮的左端面φ54 IT7 1.6 粗铣-半精铣-精铣 齿轮的右端面φ40 IT7 1.6 粗铣-半精铣-精铣 齿轮中心孔φ28 IT7 1.6 扩孔-粗铰-精铰 内键槽 IT7 1.6 拉削 齿轮凸缘φ40 IT7 1.6 粗车-半精车-精车 插齿 1.6 插齿车 3.3加工阶段的划分 该齿轮加工质量要求较高，可将加工阶段划分成粗加工，半精加工和精加工几个阶段。 在粗加工阶段。首先将精基准

19、准备好，使后续工序都可以采用精基准定位加工，保证其他加工表面的精度要求；然后粗铣齿轮左右端。在半精加工阶段，完成齿轮左右端和φ28孔；然后进行精加工。 3.4工序的集中与分散 选用工序集中原则安排直齿轮的加工工序。该直齿轮的生产类型为中批生产，可以采用万能型机床配以专用工具、夹具，以提高生产率；而且运用工序集中原则使工件的装夹次数少，不但可以缩短辅助时间，而且由于与一次装夹中加工了许多表面，有利于保证各种加工表面之间的相对位置精度要求。 3.5 工序顺序的安排 3.5.1：机械加工工序 （1）遵循“先基准后其他”原则，首先加工基准——直齿轮的左端面和齿轮内孔φ28mm。 （2）遵循

20、“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。 （3）遵循“先主后次”原则，先加工主要表面——直齿轮左端面和φ28孔，后加工次要表面。 （4）遵循“先面后孔”原则，先加工直齿轮端面，再加工齿轮上的孔。 3.6 确定工艺路线 在综合考虑上述工序顺序安排原则的基础上，表列出了该直齿轮的工艺路线。 工 序 号 工序 内 容 设 备 工 艺 装 备 1 粗车外圆 CA6140车床 外圆车刀、游标卡尺 2 粗扩、粗铰、精铰齿轮内孔 四面组合转床 扩孔钻、铰刀、塞规、游标卡尺、专用夹具 3 拉键槽

21、 L515A拉床 平键拉刀、卡尺、塞规专用夹具、 4 去毛刺 钳工台 平锉、游标卡尺、 5 精车外圆 CA6140车床 外圆车刀、卡尺 6 精铣端面、槽 立式铣床x51 卡规，深度游标卡尺 7 检验 塞规、百分表、卡尺 8 插齿（大端） 插齿机 插齿机、卡尺 9 车倒角 CA6140车床 车刀、卡尺 10 去毛刺 钳工台 平锉、卡尺 11 剃齿 剃齿机 剃齿刀、卡尺 12 热处理,齿部局部淬火 淬火机 13 清洗 清洗机 14 终检 卡尺、塞规、百分表 ３.７ 工序尺寸（工序3） 由零件图及查

22、表可得，此工序加工使用拉刀一次成型查表得：平键宽为 8mm，外径28mm。定心方式为外径定心查得：此工序的工序尺寸为0.6-0.7mm，加工精度等级为IT7。 ３.８ 切削用量、时间定额的计算。（工序3） 3.8.1切削用量的计算 在这只确定扩-铰-精铰φ28孔的加工余量、工序尺寸和公差。 由表2-28可查得，精铰余量Z精铰=0.05mm；粗铰余量Z粗铰=0.15mm;扩孔余量Z钻=13.0mm。查表1-20可依次确定各工序尺寸的加工精度等级为，精铰：IT7；半精铰：IT10；粗扩：IT12。根据上述结果，再查标准公差数值表可确定各工步的公差值分别为，精铰：0.018mm;半精铰：0.

23、070mm;扩孔：0.18mm。 综上所述，该工序各工步的工序尺寸及公差分别为，精铰：φ280+0.018mm;粗铰φ27.940+0.070mm; 扩φ27.80+0.18mm。 （1）扩孔工步 1）背吃刀量的确定 取ap=13.0mm. 2) 进给量的确定 由表5-22，选取该工步的每转进给量f=0.1mm/r。 3）切削速度的计算 由表5-22，按铸铁硬度为200~241HBS计算，切削速度v选取为12m/min,由公式（5-1）n=1000v/3.14d可求得该工序扩孔钻头转速n=389.96 r/min ,参照Z525型立式钻床的主轴转速，取转速n=392

24、 r/min ,再将此转速代入公式（5-1），可求出该工序的实际钻削速度为v=3.14nd/1000=12.06 m/min。 （2） 粗铰工步 1）背吃刀量的确定 取ap=0.98mm。 2) 进给量的确定 由表5-31，选取该工步的每转进给量f=0.4mm/r。 3）切削速度的计算 由表5-31，切削速度v选取为2m/min,由公式（5-1）n=1000v/3.14d可求得该工序钻头转速n=63.95 r/min ,参照Z525型立式钻床的主轴转速，取转速n=97r/min ,再将此转速代入公式（5-1），可求出该工序的实际钻削速度为v=3.14nd/1000=3.0 m/m

25、in。 （3）精铰工步 1）背吃刀量的确定 取ap=0.02mm。 2) 进给量的确定 由表5-31，选取该工步的每转进给量f=0.3mm/r。 3） 切削速度的计算 由表5-31，切削速度v选取为4m/min,由公式（5-1）n=1000v/3.14d可求得该工序钻头转速n=127.4r/min ,参照Z525型立式钻床的主轴转速，取转速n=140r/min ,再将此转速代入公式（5-1），可求出该工序的实际钻削速度为v=3.14nd/1000=4.4m/min。 3.8.2时间定额的计算 1．基本时间tj的计算 （1） 钻孔工步 根据表5-41，钻孔的基本时间

26、可由式tj =L/fn=(l+l1+l2)/l=20mm; l2=1mm;l1=D/2*cotkr+(1~2)=9.8/2*cot54+1mm=5.3mm; f=0.1mm/r;n=392mm/r.。将上述结果代入公式， 则该工序的基本时间tj=(12mm+5.3mm+1mm) /(0.1mm/min x 392r/min)=0.47min=28s。 （2） 粗铰工步 根据表5-41，铰圆柱孔的基本时间可由公式 tj =L/fn=(l+l1+l2)/fn 求得。式中 l2、l1由表5-42按kr=15、ap=（D-d）/2=（9.96-9.8）/2=0.08的条件查得l1=0.37mm

27、; l2=15mm; 而l=12mm; f=0.4mm/r; n=97r/min.。将上述结果代入公式，则该工序的基本时间tj=(12mm+0.37mm+15mm) /(0.4mm/min x 97r/min)=0.7min=42s。 （3） 精铰工步 同上，根据表5-41可由公式 tj =L/fn=(l+l1+l2)/fn 求得该工步的基本时间。式中 l2、l1由表5-42按kr=15、ap=（D-d）/2=（10-9.96）/2=0.02的条件查得l1=0.19mm; l2=13mm; 而l=12mm; f=0.3 mm/r; n=140 r/min.。将上述结果代入公式，则该工序的基

28、本时间tj=(12mm+0.19mm+13mm) /(0.4mm/min x 97r/min)=0.6min=36s。 2．辅助时间ta的计算 根据第五章第二节所述，辅助时间ta与基本时间tj之间的关系为ta=(0.15~0.2) tj ,这里取ta=0.15 tj ,则各工序的辅助时间分别为： 钻孔工步的辅助时间为：ta=0.15x28s=4.2s; 粗铰工步的辅助时间为：ta=0.15x42s=6.3s; 精铰工步的辅助时间为：ta=0.15x36s=5.4s; 3. 其他时间的计算 除了作业时间（基本时间和辅助时间之和）以外，每道工序的单件时间还包括布置工作的时间、休息与生

29、理需要的时间和准备与终结时间。由于直齿轮的生产类型为中批生产，分摊到每个工件上的准备与终结时间甚微，可忽略不计；布置工作的时间tb是作业时间的2%~7%，休息与生理需要时间tx是作业时间的2%~4%，这里均取3%，则各工序的其他时间可按关系式（3%+3%）（tj+ta）计算，它们分别为： 扩孔工步的其他时间为：tb+tx =6%x(28s+4.2s)=1.93s; 粗铰工步的其他时间为：tb+tx =6%x(42s+6.3s)=2.90s; 精铰工步的其他时间为：tb+tx =6%x(36s+5.4s)=2.48s; 4．单件时间tdj的计算 这里的各工序的单件时间分别为： 扩孔工

30、步tdj钻=28s+4.2s+1.08s=34.13s; 粗铰工步tdj粗铰=42s+6.3s+2.90s=51.20s; 精铰工步tdj精铰=36s+5.4s+2.48s=43.88s; 因此，此工序的单件时间tdj=tdj钻+tdj粗铰+tdj精铰=34.13s+51.20s+43.88s=129.21s。 4、夹具设计 夹具是一种能够使工件按一定的技术要求准确定位和牢固夹紧的工艺装备，它广泛地运用于机械加工，检测和装配等整个工艺过程中。在现代化的机械和仪器的制造业中，提高加工精度和生产率，降低制造成本，一直都是生产厂家所追求的目标。正确地设计并合理的使用夹具，是保证加工质量

31、和提高生产率，从而降低生产成本的重要手段。同时也扩大各种机床使用范围必不可少重要为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。并设计φ28的齿轮带键槽内孔的夹具。本夹具将用于立式钻床，L515A立式拉床，刀具为扩孔钻，铰刀，高速钢拉刀。 4.1问题的提出 （1）怎样限制零件的自由度：三个支承钉限制3个自由度，V形块限制2个自由度。 （2）怎样夹紧：设计夹具由螺旋定心夹紧机构组成，定位的同时夹紧。 （3）设计的夹具怎样排削：本工序采用拉刀本身有排削槽，外工件和夹具体之间有间隙，可以提供排削空间。 （4）怎样使夹具使用合理，便于装卸。 设计必须保证零件的加工精度

32、，保证夹具的操作方便，夹紧可靠，使用安全，有合理的装卸空间，还要注意机构密封和防尘作用，使设计的夹具完全符合要求。 本夹具主要用来加工φ28mm齿轮内孔，此孔要求精度较高，一次拉成型，要求夹具体有较高的刚度、硬度和强度。此外，在本工序加工时还应考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度，而其位置尺寸为自由公差，精度不是主要问题。 4.2夹具设计 4.2.1、定位基准选择 据《夹具手册》知定位基准应尽可能与工序基准重合，在同一工件的各道工序中，应尽量采用同一定位基准进行加工。故加工φ28孔时，采用齿轮左端面为定位基准。 4.2.2、定位误差的分析 定位元件尺寸及公差的确定。，因为该定位元件

33、的定位基准为孔的面，所以基准重合△b=0，由于存在间隙，定位基准会发生相对位置的变化即存在基准位移误差。 △j=（TD+T d+△S）/2 TD =0.018mm T d =0.011mm △S=0.010mm △j=0.0195mm 为了提高加工效率，现决定采用手动夹紧工件装置。 4.2.3、切削力及夹紧力的计算 1、刀具：Φ28的麻花钻，Φ28的锥度铰刀。 2、夹紧力的计算 夹紧力的大小，对工件装夹的可靠性，工件和夹具的变形，夹紧装置的复杂程度等都有很大的影响，可根据公式计算夹紧力。考虑到切削力的变化和工艺系统变形等因素，一般在粗加工时取K=2.5～3；精加工时取K=

34、1.5～2。此处，通过受力分析可知，夹紧力方向与与钻头进给方向相同，因此，所选夹紧机构能够满足要求。 4.2.4 对刀装置的确定 本工序要求对被加工的孔依次进行钻、铰的加工，最终达到工序简图上规定的加工要求，故选用可换钻套作为刀具的导向元件。 根据手册查得该夹紧力满足要求，故此夹具可以安全工作。 4.2.5夹具操作说明 此次设计的夹具夹紧原理为：通过φ40轴和齿轮左端面为定位基准，定位元件： 定位元件是用以确定正确位置的元件。用工件定位基准或定位基面与夹具定位元件接触或配合来实现工件定位。该设计用可换定位销 圆柱销、实现完全定位，以钻模板引导刀具进行加工。采用手动螺旋快速夹紧机构

35、夹紧工件。 5方案综合评价和总结 我运用所学知识和材料设计了本方案，使之合理。本方案还是有欠缺之处，在夹具方面还需更加完善。由于时间有限，在夹具的夹紧机构方面应有更好的方案。其它方面还是比较完满的。其次，由于是第一次做课程设计，有一些还不熟悉。所以在选方案时还不是很顺利。 6体会与展望 通过这三个礼拜的学习，在老师的指导和同学的帮助下，我学到了很多的知识。这次课程设计是检验我们理论联系实际，加强理论知识应用的重要环节。通过这次的对直齿轮加工工艺以及内孔夹具的设计，我知道了与大家交流的意义，也深刻的了解到了设计的步骤和知识，对我的以后的学习很有帮助。 本次课程设计主要经历了两个阶段，第

36、一阶段是机械加工工艺规程设计，第二阶段是专用夹具设计。在第一阶段，我认真的分析零件图，按照课程设计指导书的要求步骤，了解了设计的主要步骤和应用到得知识，比如基准的选用，刀具车床的选用。第二阶段，我查了大量的资料，了解常见的夹具，各种定位表面的夹具设计。我觉得只要认真的着手去做，就一定能够设计出来。 在这三个星期的设计中，我开始很迷茫，不知道从何下手，好多知识学的不好，绘图软件在平时的时候也很少用，所以很担心自己做不好，因此迟迟不下手。但是看到其他的同学和我一样的基础区已经开始认认真真的摸索，我觉得很惭愧。于是开始和大家交流，渐渐的有了思路。总之，这次设计使我在基本理论的综合运用及正确解决实际

37、问题等方面得到了一次较好的训练。提高了我们的思考、解决问题创新设计的能力，为以后的设计工作打下了较好的基础。 现在课程设计已经做完了，但是我知道还存在很多的问题，我想这是我只是掌握的还不够牢固。这次设计中我发现了自己的很多不足，比如，对于常用的绘图软件掌握的不够好。自己知识的有很多漏洞，自己的实践经验还是比较缺乏，理论联系实际的能力还急需提高。我相信在以后的日子，我一定会好好努力，提高自己的知识水平和软件技能，提高自己的机械设计能力。 7参考文献 1、机械制造技术基础 黄健求主编 机械工业出版社 2005

38、.11 2、机床夹具设计 秦宝荣主编 中国建材工业出版社 1998.2 3、机械制造技术基础课程设计指南 崇凯主编 化学工业出版社 2007.2 4、机械制造技术基础 方子良主编 上海交通大学出版社 2005.1 5、机械制造工艺及专用夹具设计指导 孙丽媛 冶金工业出版社 2002.12 6、机械制造技术基础课程设计指导教程 邹青主编 机械工业出版社 2004.8 7、《机械设计精度与检测》 韩正铜主编 中国矿业大学出版社 2007.8 8、《机械设计以制造基础》 机械工业出版社 阎秀华主编 2002.8 9、《机床夹具设计手册》上海科学技术出版社 王光斗、王春福主编2000.11