课程设计说明书正文学士学位论文.doc

1. 零件图分析
1.1 零件的功用
本零件为拖拉机变速箱中倒速中间轴齿轮，其功用是传递动力和改变输出轴运动方向。
1.2 零件工艺分析
本零件为回转体零件，其最主要加工面是φ62H7孔和齿面，且两者有较高的同轴度要求，是加工工艺需要重点考虑的问题。其次两轮毂端面由于装配要求，对φ62H7孔有端面跳动要求。最后，两齿圈端面在滚齿时要作为定位基准使用，故对φ62H7孔也有端面跳动要求。这些在安排加工工艺时也需给予注意。
2. 确定毛坯
2.1 确定毛坯制造方法
本零件的主要功用是传递动力，其工作时需承受较大的冲击载荷，要求有较高的强度和韧性，故毛坯应选择锻件，以使金属纤维尽量不被切断。又由于年产量为5000件，达到了批量生产的水平，且零件形状较简单，尺寸也不大，故应采用模锻。
2.2 确定总余量
由表S-1确定直径上总余量为6mm，高度（轴向）方向上总余量为5mm。

2.3 绘制毛坯图（图S0-2）

3. 制定零件工艺规程
3.1 选择表面加工方法
1） φ62H7孔 参考表S－2，并考虑：① 生产批量较大，应采用高效加工方法；② 零件热处理会引起较大变形，为保证φ62H7孔的精度及齿面对φ62H7孔的同轴度，热处理后需对该孔再进行加工。故确定热前采用扩孔－拉孔的加工方法，热后采用磨孔方法。

2） 齿面 根据精度8-7-7的要求，并考虑生产批量较大，故采用滚齿－剃齿的加工方法（表S-3）。

3） 大小端面 采用粗车－半精车－精车加工方法（参考表S－4）。

4） 环槽 采用车削方法。
3.2 选择定位基准
1） 精基准选择 齿轮的设计基准是φ62H7孔，根据基准重合原则，并同时考虑统一精基准原则，选φ62H7孔作为主要定位精基准。考虑定位稳定可靠，选一大端面作为第二定位精基准。
在磨孔工序中，为保证齿面与孔的同轴度，选齿面作为定位基准。
在加工 环槽工序中，为装夹方便，选外圆表面作为定位基准。
2） 粗基准选择 重要考虑装夹方便、可靠，选一大端面和外圆作为定位粗基准。
3.3 拟定零件加工工艺路线
方案1：
1）扩孔（立式钻床，气动三爪卡盘）；
2）粗车外圆，粗车一端大、小端面，一端内孔倒角（多刀半自动车床，气动可胀心轴）；
3）半精车外圆，粗车另一端大、小端面，另一端内孔倒角（多刀半自动车床，气动可胀心轴）；
4）拉孔（卧式拉床，拉孔夹具）；
5）精车外圆，精车一端大、小端面，一端外圆倒角（普通车床，气动可胀心轴）；
6）精车另一端大、小端面，另一端外圆倒角（普通车床，气动可胀心轴）；
7）车槽（普通车床，气动三爪卡盘）；
8）中间检验；
9）滚齿（滚齿机，滚齿夹具）；
10）一端齿圈倒角（倒角机，倒角夹具）；
11）另一端齿圈倒角（倒角机，倒角夹具）；
12）剃齿（剃齿机，剃齿心轴）；
13）检验；
14）热处理；
15）磨孔（内圆磨床，节圆卡盘）；
16）最终检验。
方案2：
1）粗车一端大、小端面，粗车、半精车内孔，一端内孔倒角（普通车床，三爪卡盘）；
2）粗车、半精车外圆，粗车另一端大、小端面，另一端外圆、内孔倒角（普通车床，三爪卡盘）；
3）精车内孔，车槽，精车另一端大、小端面，另一端外圆倒角（普通车床，三爪卡盘）；
4）精车外圆，精车一端大、小端面（普通车床，可胀心轴）；
5）中间检验；
6）滚齿（滚齿机，滚齿夹具）；
7）一端齿圈倒角（倒角机，倒角夹具）；
8）另一端齿圈倒角（倒角机，倒角夹具）；
9）剃齿（剃齿机，剃齿心轴）；
10）检验；
11）热处理；
12）磨孔（内圆磨床，节圆卡盘）；
13）最终检验。
方案比较：
方案2工序相对集中，便于管理，且由于采用普通机床，较少使用专用夹具，易于实现。方案1则采用工序分散原则，各工序工作相对简单。考虑到该零件生产批量较大，工序分散可简化调整工作，易于保证加工质量，且采用气动夹具，可提高加工效率，故采用方案1较好。
3.4 选择各工序所用机床、夹具、刀具、量具和辅具（表S－5，表S－6）

3.5 填写工艺过程卡片（表S0-5）

3.6 机械加工工序设计
工序02
1）刀具安装 由于采用多刀半自动车床，可在纵向刀架上安装一把左偏刀（用于车削外圆）和一把45°弯头刀（用于车倒角）；可在横刀架上安装两把45°弯头刀（用于车削大、小端面）。加工时两刀架同时运动，以减少加工时间（图S0-3）。
图S0-3 工序02排刀图
2）走刀长度与走刀次数 以外圆车削为例，若采用75°偏刀，则由表15－1可确定走刀长度为25＋1＋2＝28mm；一次走刀可以完成切削（考虑到模角及飞边的影响，最大切深为3－4mm）。
3） 切削用量选择
① 首先确定背吃刀量：考虑到毛坯为模锻件，尺寸一致性较好，且留出半精车和精车余量后（直径留3 mm），加工余量不是很大，一次切削可以完成。取：
aP =（136－133）/2 + 12.5×tan（7°）＝ 3mm；考虑毛坯误差，取：aP = 4 mm；
② 确定进给量：参考表S-7，有：f ＝ 0.6 mm/ r；

③ 最后确定切削速度：参考表S-8，有：v = 1.5m/s，n = 212r/min。

4） 工时计算
① 计算基本时间：tm = 28 /（212×0.6）= 0.22min（参考式S－3）；

② 考虑多刀半自动车床加工特点（多刀加工，基本时间较短，每次更换刀具后均需进行调整，即调整时间所占比重较大等），不能简单用基本时间乘系数的方法确定工时。可根据实际情况加以确定：TS = 2.5min。
该工序的工序卡片见表表S0-6。

工序06
1）刀具安装 由于在普通车床上加工，尽量减少刀具更换次数，可采用一把45°弯头刀（用于车削大、小端面）和一把75°左偏刀（用于倒角），见图S0-4。图S0-4 工序06刀具安装示意图
2）走刀长度与走刀次数 考虑大端面，采用45°弯头刀，由表S－9可确定走刀长度为27.5＋1＋1≈30mm；因为是精车，加工余量只有0.5 mm，一次走刀可以完成切削。小端面和倒角也一次走刀完成。

3）切削用量选择
① 首先确定背吃刀量：精车余量0.5mm，一次切削可以完成。取：aP = 0.5mm；
② 确定进给量：参考表S-10，有：f ＝ 0.2 mm/ r；

③ 最后确定切削速度：参考表S-8，有：v = 1.8m/s，n = 264r/min。

4）工时计算
① 计算基本时间：tm =（30 +8 + 3）/（264×0.2）≈ 0.8 min（参考式S－3）；

② 考虑到该工序基本时间较短，在采用基本时间乘系数的方法确定工时，系数应取较大值（或辅助时间单独计算）。可得到：TS = 2×tm = 1.6 min。
该工序的工序卡片见表表S0-7。
表S0-7 中间轴齿轮06工序机械加工工序卡片

工序09
1）工件安装 由于滚齿加工时切入和切出行程较大，为减少切入、切出行程时间，采用2件一起加工的方法（见图S0-5）。

图S0-5 工序09工件安装示意图
2）走刀长度与走刀次数 滚刀直径为120mm，则由图S0-5可确定走刀长度为：

走刀次数：1
3）切削用量选择
① 确定进给量：参考表S-11，有：f ＝ 1.2 mm/工件每转；

② 确定切削速度：参考表S-12，有：v = 0.6m/s，计算求出n = 96r/min；

③ 确定工件转速：滚刀头数为1，工件齿数为25，工件转速为：nw = 96/25≈4 r/min。
4）工时计算
① 计算基本时间：tm =136 / [（4×1.2）×2 ] ≈ 14 min（参考式S－3）；

② 考虑到该工序基本时间较长，在采用基本时间乘系数的方法确定工时，系数应取较小值（或辅助时间单独计算）。可得到：TS = 1.4×tm ≈ 20 min。

该工序的工序卡片见表表S0-8。

工序13
1）走刀长度与走刀次数 走刀长度取：L=l=40mm；走刀次数：0.2/0.01＝20（双行程）。
2）切削用量选择（参考表S-13）

① 确定砂轮速度：取砂轮直径d ＝50 mm，砂轮转速n = 10000r/min，可求出砂轮线速度：
v = 26m/s；
② 确定工件速度：取vw = 0.12 m/s；可计算出工件转数nw = 36 r/min；
③ 确定纵向进给量：取fl = 3m/min；
④ 确定横向进给量：取fr= 0.01mm/双行程；
⑤ 确定光磨次数：4次/双行程。
3）工时计算
① 计算基本时间：tm =（40×2/（3×1000））×（20＋4）×K
K是加工精度系数，取K＝2，得到：tm = 1.28 min；
② 考虑到该工序基本时间较短，在采用基本时间乘系数的方法确定工时，系数应取较大值（或辅助时间单独计算）。可得到：TS = 2.4×tm = 3 min。
该工序的工序卡片见表表S0-9。
表S0-14 中间轴齿轮15工序机械加工工序卡片

4 夹具设计（以06工序夹具为例进行说明）
4.1 功能分析与夹具总体结构设计
 本工序要求以φ61.6H8孔（4点）和已加工好的大端面（1点）定位，精车另一大、小端面及外圆倒角（5×15°），并要求保证尺寸20±0.2和10±0.2以及大、小端面对φ61.6H8孔的跳动不大于0.05mm。其中端面跳动是加工的重点和难点，也是夹具设计需要着重考虑的问题。
夹具方案设计
工件以孔为主要定位基准，多采用心轴。而要实现孔4点定位和端面1点定位，应采用径向夹紧。可有以下几种不同的方案：
1） 采用胀块式自动定心心轴；
2） 采用过盈配合心轴；
3） 采用小锥度心轴；
4） 采用弹簧套可胀式心轴；
5） 采用液塑心轴。
根据经验，方案1定位精度不高，难以满足工序要求。方案2和3虽可满足工序要求，但工件装夹不方便，影响加工效率。方案4可行，即可满足工序要求，装夹又很方便。方案5可满足工序要求，但夹具制造较困难。故决定采用方案4。
夹具总体结构设计
1） 根据车间条件（有压缩空气管路），为减小装夹时间和减轻装夹劳动强度，宜采用气动夹紧。
2） 夹具体与机床主轴采用过渡法兰连接，以便于夹具制造与夹具安装。
3） 为便于制造，弹簧套采用分离形式。
4.2 夹具设计计算
切削力计算（参考切削用量手册）
主切削力：

进给抗力（轴向切削力）：

最大扭矩：

夹紧力计算（参考夹具设计手册）

式中φ1 -- 弹簧套与夹具体锥面间的摩擦角，取：tanφ1＝0.15；
φ2 -- 弹簧套与工件间的摩擦角，取：tanφ2＝0.2；
α-- 弹簧套半锥角，α＝6°；
D -- 工件孔径；
Fd -- 弹性变形力，按下式计算：

式中C -- 弹性变形系数，当弹簧套瓣数为3、4、6时，其值分别为300、100、20；
d -- 弹簧套外径；
l -- 弹簧套变形部分长度；
t -- 弹簧套弯曲部分平均厚度；
Δ-- 弹簧套（未胀开时）与工件孔之间的间隙。
将有关参数代入，得到：

将Fd 及其他参数代入，得到：

选择气缸形式，确定气缸规格（参考夹具设计手册）
选择单活塞回转式气缸，缸径100mm即可。
4.3 夹具制造与操作说明
夹具制造的关键是夹具体与弹簧套。夹具体要求与弹簧套配合的锥面与安装面有严格的位置关系，弹簧套则要求与夹具体配合的锥面与其外圆表面严格同轴。此外，弹簧套锥面与夹具体锥面应配做，保证接触面大而均匀。
夹具使用时必须先安装工件，再进行夹紧，严格禁止在不安装工件的情况下操作气缸，以防止弹簧套的损坏。
夹具装配图见图S0-6。