齿轮轴专业课程设计项目说明指导书.doc
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1、机械制造工艺学课程设计设计说明书设计“齿轮轴”零件机械加工工艺规程起止日期: 年 12 月 19 日 至 年 12 月 25 日学生姓名班级学号成绩指导老师(签字)机械工程学院(部) 12月19日机械制造工艺学课程设计任务书第一学期 机械工程 学院 机械工程及其自动化 专业 班课程名称: 机械制造工艺学课程设计 设计题目: 设计“齿轮轴”零件机械加工工艺规程 完成期限:自 年 12 月 19 日至 年 12 月 25 日 共 1 周一、 课程概述 课程名称: 机械制造工艺学课程设计总课时数: 一周课程类别: 必修专业课讲课专业: 机械设计制造和自动化专业先修课程: 机械制图、机械设计、交换性和
2、技术测量、机械制造工艺学等二、 本课程目标和任务本课程设计是学生在学完机械制造工艺学课程、进行了生产实习以后一个综合性和实践性很强教学步骤,学生经过课程设计,能综合利用所学基础理论和在生产实习中学到实践知识进行工艺及结构设计基础训练,掌握机械制造过程中加工方法、加工装备等基础知识,提升学生分析和处理实际工程问题能力,为后续课程学习及以后从事科学研究、工程技术工作打下较坚实基础。三、 课程设计基础内容(一)对零件(中等复杂程度)进行工艺分析,画零件图。(二)选择毛坯制造方法。(三)制订零件机械加工工艺规程1选择加工方案,制订工艺路线;2选择定位基准; 3选择各工序所用机床设备和工艺装备(刀具、夹
3、具、量具等);4确定加工余量及工序间尺寸和公差;5确定切削用量(四)填写工艺文件1填写机械加工工艺卡片;2填写机械加工工序卡片。(五)编写设计说明书。四、 课程设计基础要求(一) 经过本课程设计,应使学生在以下几方面得到锻炼:1能利用机械制造工艺学课程中基础理论和生产实习中学到实践知识,正确地处理一个零件在加工中定位、夹紧和工艺路线安排、工艺尺寸确定等问题,确保零件加工质量。2.学会使用手册及图标资料。掌握和本设计相关多种资料名称及用途,做到熟练利用。(二) 在要求时间内应完成以下任务:1机械加工工艺卡片一张;2机械加工工序卡片一套;3设计说明书一份。五、 设计说明书要求设计说明书用统一纸张书
4、写。内容包含设计任务书,零件分析,加工工艺规程设计等。提议编写次序以下:(1)设计说明书封面(2)设计任务书(3)目录(4)零件分析(5)加工工艺规程设计(6)小结目录一、 零件分析61. 阶梯轴外圆表面2. 外螺纹表面3. 锥面4. 一般平键键槽5. 齿轮表面 圆柱齿轮加工分析7二、 毛坯确实定101. 毛坯材料选择2. 毛坯机械加工余量确实定3. 毛坯尺寸示意图三、 工艺规程设计111. 工艺路线制订定位基准选择热处理工序安排加工方法选择工艺路线制订2. 机械加工余量、工序尺寸确实定3. 刀具选择、切削用量和工时定额确实定四、 设计小结21一、 零件分析该零件零件图图1所表示,为一齿轮轴,
5、关键用来传输运动和扭矩。假设该零件生产类型为单件小批生产(500件)。该零件加工表面关键由阶梯轴外圆表面,外螺纹表面,锥面,一般平键键槽和齿轮表面等几部分组成。1) 阶梯轴外圆表面阶梯轴外圆表面由两个200.0065mm外圆表面,一个24mm外圆表面,一个21 mm外圆表面和一个18 mm外圆表面组成。2) 外螺纹表面该齿轮轴外螺纹为公称直径为12mm粗牙一般螺纹,螺距为1.75mm,螺纹长度为10mm。3) 锥面该锥面大端直径为18 mm,锥度为1:10。锥面轴向长度为28mm。且该锥面围绕公共基准线A-B旋转圆跳动公差为0.012mm,公差等级为IT7级。4) 一般平键键槽和该齿轮轴配合为
6、一般平键A型,其尺寸为5mm22mm,工作表面表面粗糙度为Ra3.2m。键槽在轴上深度mm。5) 齿轮表面该齿轮为标准圆柱直齿轮。其齿数z1=15,模数m=2,压力角=20。分度圆直径为30mm,齿顶圆直径为mm。该齿轮轴除了由以上几部分组成之外,还包含四个尺寸为C1和两个尺寸为C2倒角,两个尺寸为2mm18mm和一个尺寸为2mm10mm退刀槽组成。圆柱齿轮加工分析一、圆柱齿轮毛胚和热处理1. 齿轮毛坯 毛坯选择取决于齿轮材料、形状、尺寸、使用条件、生产批量等原因,常见毛坯种类油: 1)铸铁件:用于受力小、无冲击、低速齿轮; 2)棒料:用于尺寸小、结构简单、受力不大齿轮; 3)锻坯:用于高速重
7、载齿轮; 4)铸钢坯:用于结构复杂、尺寸较大不宜铸造齿轮。 2. 齿轮热处理 在齿轮加工工艺过程中,热处理工序位置安排十分关键,它直接影响齿轮力学性能及切削加工难易程度。通常在齿轮加工中有两种热处理工序: 1)毛坯热处理 为了消除铸造和粗加工造成残余应力、改善齿轮材料内部金相组织和切削加工性能,在齿轮毛坯加工前后通常安排正火或调质等预热处理。 2)齿面热处理 为了提升齿面硬度、增加齿轮承载能力和耐磨性而进行齿面高频淬火、渗碳淬火、氮碳共渗和渗氮等热处理工序。通常安排在滚齿、插齿、剃齿以后,珩齿、磨齿之前。二、圆柱齿轮齿面(形)加工方法 1齿轮齿面加工方法分类 按齿面形成原理不一样,齿面加工能够
8、分为两类方法: 成形法 用和被切齿轮齿槽形状相符成形刀具切出齿面方法,如铣齿、拉齿和成型磨齿等; 展成法 齿轮刀具和工件按齿轮副啮合关系作展成运动切出齿面方法,工件齿面由刀具切削刃包络而成,如滚齿、插齿、剃齿、磨齿和珩齿等。2圆柱齿轮齿面加工方法选择 齿轮齿面精度要求大多较高,加工工艺复杂,选择加工方案时应综合考虑齿轮结构、尺寸、材料、精度等级、热处理要求、生产批量及工厂加工条件等。常见齿面加工方案见表1。 表1 齿面加工方案齿 面 加 工 方 案 齿轮精度等 级 齿面粗糙度Ra(m )适 用 范 围 铣齿 9级以下 6.33.2 单件修配生产中,加工低精度外圆柱齿轮、齿条、锥齿轮、蜗轮 拉齿
9、 7级 1.60.4 大批量生产7级内齿轮,外齿轮拉刀制造复杂,故少用 滚齿 87级 3.21.6 多种批量生产中,加工中等质量外圆柱齿轮及蜗轮 插齿 1.6 多种批量生产中,加工中等质量内、外圆柱齿轮、多联齿轮及小型齿条 滚(或插)齿淬火珩齿 0.80.4 用于齿面淬火齿轮滚齿剃齿 76级 0.80.4 关键用于大批量生产 滚齿剃齿淬火珩齿0.40.2 滚(插)齿淬火磨齿 63级 0.40.2 用于高精度齿轮齿面加工,生产率低,成本高 滚(插)齿磨齿 63级 三、圆柱齿轮零件加工工艺过程示例 1 工艺过程示例 圆柱齿轮加工工艺过程通常应包含以下内容:齿轮毛坯加工、齿面加工、热处理工艺及齿面精
10、加工。 在编制齿轮加工工艺过程中,常因齿轮结构、精度等级、生产批量和生产环境不一样,而采取多种不一样方案。 图1为一直齿圆柱齿轮简图,表2列出了该齿轮机械加工工艺过程。从中能够看出,编制齿轮加工工艺过程大致可划分以下多个阶段: 1)齿轮毛坯形成:锻件、棒料或铸件; 2)粗加工:切除较多余量; 3)半精加工:车,滚、插齿面; 4)热处理:调质、渗碳淬火、齿面高频淬火等; 5)精加工:精修基准、精加工齿面(磨、剃、珩、研齿和抛光等)。 表2直齿圆柱齿轮加工工艺过程工序号 工序名称 工序内容 定位基准 1 铸造 毛坯铸造 2 热处理 正火 3 粗车 粗车外形、各处留加工余量2mm 外圆和端面 4 精
11、车 精车各处,留磨削余量0.2mm,其它至尺寸 外圆和端面 5 滚齿 滚切齿面,留磨齿余量0.250.3mm外圆和端面6 倒角 倒角至尺寸(倒角机) 外圆和端面7 钳工 去毛刺 8 热处理 齿面:HRC52 9磨齿 齿面磨削 外圆和端面10检验 终止检验 三、定位基准选择以外圆和端面定位 工件和夹具心轴配合间隙较大,用千分表校正外圆以决定中心位置,并以端面定位;从另一端面施以夹紧。这种方法因每个工件全部要校正,故生产效率低;它对齿坯内、外圆同轴度要求高,而对夹具精度要求不高,故适于单件、小批量生产。 二、 毛坯确实定(一) 毛坯材料选择该齿轮轴零件材料为45钢,为轴类零件。依据设计要求,其硬度
12、需达成220250HBS,经查表可得,45号热轧钢硬度小于等于241HBS(黑p109)。因为该齿轮轴外圆直径改变不大,加工简单,且对其机械性能没有很高要求,且无须选择锻件,选择棒料即可。经过调质处理(淬火温度:820840,淬火介质:水;回火温度:560600,冷却介质:空气),其硬度为220250HBS,符合设计要求(黑145)。故材料选择45号热轧钢,然后进行调质处理。(二) 毛坯机械加工余量确实定由零件图可知,零件长度为154mm,零件最大直径为34mm,二者之比,经查表(蓝1034)能够确定毛坯直径为38mm。另外,因为毛坯是由45号热轧钢切断得到,经查表(蓝1038)和计算,一个零
13、件毛坯长度。切断后,能够得到长度为161mm,直径为38mm棒料。(三) 毛坯尺寸示意图三、 工艺规程设计(一) 工艺路线制订1) 定位基准选择该零件为轴类零件,关键加工表面为外圆表面。应先以棒材外圆表面为粗基准,车削轴两个端面同时钻中心孔,然后以中心孔为精基准车削棒材外圆。轴向尺寸基准则是以两个端面和轴肩为精基准,键槽定位也是以右端面作为精基准。2) 热处理工序安排为了消除材料内应力,在毛坯进行切削加工之前安排正火。为了改善材料切削性能,取得很好机械综合性能,在粗加工以后,半精加工之前安排调质处理。为了提升齿面硬度,在齿轮粗加工以后,精加工之前安排齿面局部淬火。为了消除淬火过程中应力和防锈,
14、增加金属表面美观,在机加工完成后安排发蓝。3) 加工方法选择因为零件部分表面加工精度要求比较高,故将零件工艺过程划分为粗加工阶段,半精加工阶段和精加工阶段,这么就能够使后续加工精度提升,而且合理使用设备和安排人力资源,提升产品质量。粗加工阶段应在卧式车床上对毛坯外圆表面进行粗车外圆,粗车圆锥面。经查相关技术手册(白758黑320)得悉,粗车圆锥面时有转动小刀架车锥体,用靠模板车锥体,用偏移尾座车锥体和用宽刀刃车锥体。因为该零件为单件小批生产,圆锥长度较短,但锥面位置公差和表面质量要求比较高,故采取转动小刀架粗车锥体加工方法。半精车阶段在精度相对较高卧式车床上对表面质量要求较高表面进行半精车,其
15、中表面粗糙度要求为Ra3.2m两个端面要半精车才能达成表面粗糙度要求,齿顶面和锥面也要进行半精加工。另外还应切退刀槽,和倒角。半精加工后,需要加工齿轮。因为齿顶面精度等级为8级,齿面表面粗糙度为Ra1.6m,故先精车齿顶面。这么做既能够满足齿顶表面质量要求,还能避免精加工后再进行齿轮加工可能会破坏已经加工好外圆表面情况。齿面加工采取滚齿加工,插齿加工、剃齿加工和磨齿加工全部能达成要求(白735)。因为滚齿加工应用较广,效率较高,而插齿加工对加工双联齿轮或三联齿轮及内齿轮更为适宜,故选择滚齿加工。为了达成要求加工精度,需要优异行粗滚。因为齿面局部淬火安排在齿面粗加工以后,精加工时继续采取滚齿加工
16、会因为齿面过硬而无法加工,故精加工时应采取剃齿加工。键槽能够经过铣削,插削,刨削方法加工,该锥面上键槽经过选择适宜键槽铣刀进行加工比较方便。因为键槽工作表面表面粗糙度要求达成Ra3.2m,故可分粗铣和半精铣两步铣削。键槽加工完成后,应对上面半精车后圆锥面,一个直径为10螺纹外圆和两个直径为20外圆进行精加工。因为直径为20外圆表面粗糙度要求为Ra1.6m,精度等级为IT6级,故能够采取先精车后金刚石车或先粗磨后精磨方法。为了便于加工,降低对设备和工人要求,故采取先粗磨后精磨方法。圆锥面要求公差等级为7级,表面粗糙度为Ra1.6m,精加工时能够精车或粗磨和半精磨,这里采取粗磨和半精磨方法方便取得
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