双联齿轮零件的机械加工工艺规程及工艺装备.doc

课程设计说明书

双联齿轮零件的机械加工工艺规程及工艺装备

一、 引言
课程设计是学生在校学习阶段的一个重要的教学环节，其目的是培养学生综合运用所学的专业和基础理论知识，独立解决专业一般工程技术问题的能力。树立正确的设计思想和工作作风。
在三年的学习中我涉及到了大量的专业知识，如：《机械制图》，《机械设计》，《互换性与技术测量》，《现代制造工艺学》。这些专业课在整个机械设计制造专业学习的过程中，起到了很重要的作用，它们把我从前所学的一些基础理论知识材料力学、机械制造基础、公差测量与配合、机械设计基础、机械加工设备等等这些专业课知识都融合在一起，学会学以致用、融会贯通和举一反三。
综上，双联齿轮机械加工工艺规程及工艺装备课程设计是我们完成大学的全部基础课以及大部分专业业课之后所进行的一个综合性质的考验。这也是在我们毕业设计之前的对所学知识的回顾和总结，也可以说是一个毕业设计前的热身设计。
一、 双联齿轮的分析
1.1双联齿轮的作用和结构
双联齿轮主要用于一些机械设备变速箱中，通过与操作机构的结合，滑动齿轮从而实现变速。圆柱齿轮一般分为齿圈和轮体两部分，根据齿轮轮体的结构形状来划分可知上图中的双联齿轮为盘类齿轮，有两个齿圈，在齿圈上切出直齿齿形，在轮体上带有花键孔。
2.1双联齿轮的工艺分析
为了保证齿轮正常工作和便于加工，齿轮主要表面的尺寸公差、位置公差和表面粗糙度须达到一定标准。
由图可知：
1、 双联齿轮的齿面粗糙度为1.6um、
2、32H10孔的表面粗糙度为1.6um，28H7孔的表面粗糙度为3.2um
3、齿轮两端面跳动允差为0.05mm
三、选择毛坯
3.1毛坯的选择
该齿轮结构简单，尺寸小，并且有台阶轴，力学性能要求很高，精度较高且要进行中批或大批生产，所以选用模锻件，其加工余量小，表面质量好，机械强度高，生存率高。工件材料选用45钢，毛坯的尺寸精度要求为IT12级，公称尺寸，长50。
3.2基准的选择
根据零件图纸及零件的使用情况分析。知Φ32花键孔，端面圆跳动，平行度等均应通过正确的定位才能保证，故对基准的选择应进行分析。
3.2.1粗基准的选择
粗基准的选择：对双联齿轮这样的回转体零件来说，选择好粗基准是至关重要。对回转体零件我们通常以外圆作为粗基准。
3.2.2精基准的选择
在加工完Φ32花键孔以后各工序则以花键孔为定位精基准。这样就满足了基准重合的原则和互为基准的原则。在加工某些表面时，可能会出现基准不重合，这时需要进行尺寸链的换算。
四、选择加工方法，制定工艺路线
1、机械加工工艺设计
为保证达到零件的几何形状、尺寸精度、位置精度及各项技术要求，必须制定合理的工艺路线。
由于生产纲领为批量生产，所以采用通用机床配以专用的工、夹、量具，并考虑工序集中，以提高生产率和减少机床数量，使生产成本下降。
工艺路线一： 工艺路线二
锻造、正火 锻造、正火
1粗车外圆及端面 1粗车外圆及端面
2拉花键孔 2拉花键孔
3去毛刺 3去毛刺
4精车外圆、端面 4精车外圆及端面
5检验 5检验
6滚齿 6滚齿
7插齿 7倒角
8倒角 8去毛刺
9去毛刺 9剃齿
10剃齿 10齿部高频淬火
11齿部高频淬火 11推孔
12推孔 12衍齿
13衍齿 13总检
14总检
2、 工艺方案的比较与分析
两个工艺方案中除第七道工序不同外，其他的工序都相同，二这道工序都是为了获得Z=19的切削加工。方案一是对Z=33的齿形进行滚齿加工后再对Z=19的齿轮进行插齿加工，这样能保证切削加工顺利地进行下去。方案二是对Z=33的齿坯进行滚齿加工后继续对Z=19的齿轮进行滚齿加工，由于该零件是双联齿轮，两齿轮间隔很小，若再对Z=19的齿坯进行滚齿加工需得有专门的设备，增加了成本和加工难度
另外，选择方案时还应考虑工厂的具体条件等因素，如设备，能否借用工、夹、量具等、本次设计选择工艺路线方案一。
3、制定机械加工工艺路线
毛坯为锻件，清理后进行正火处理，以消除内应力机械切削加工性能，在毛坯车间，对其认真检验分析，达到毛坯的技术要求，然后送到机械加工车间来加工
锻造、正火---粗车外圆及端面---拉花键孔----去毛刺--精车外圆、端面---检验-----滚齿----插齿---倒角---去毛刺----剃齿---齿部高频淬火---推孔-----衍齿----总检。
五、选择加工设备及刀具、夹具、量具
1、选择加工设备与工艺设备
工序名称
设备
刀具
量具
夹具
锻
模锻锤

车
卧式车床
高速钢车刀
游标卡尺150×0.02
三爪卡盘
拉
拉床
矩形花键拉刀
花键量规
拉夹具
滚齿
滚齿机
高速钢滚刀

上芯轴装夹
插齿
插齿机
高速钢插刀

上芯轴装夹
倒角
齿轮倒角机
45o外圆车刀
游标卡尺

剃齿
剃齿机
盘形剃齿刀

珩齿
齿轮珩磨机
砂轮

上心轴装夹
钳
钳工
锉刀
游标卡尺150×0.02
锉台
表5.1
2、确定工序尺寸
工序一：下料毛坯公称尺寸：。
工序二：毛坯经粗车Φ57.5外圆和端面后，Φ57.5外圆公称尺寸为 ，φ87.5外圆公称尺寸为。
工序三：工件调头，粗车φ87.5外圆和端面后，φ87.5外圆公称尺寸为。如图5.2所示：

图5.2
工序四：钻镗花键孔至尺寸，花键孔尺寸为。
工序五：拉花键至规格，如下图所示：

图5.3
工序六：钳工去毛刺。
工序七：精车工件外圆、端面和槽至尺寸，如下图所示：

工序八：检验
工序九：工件以花键孔定位于心轴上，校正心轴按图样要求滚齿（Z=33)留齿余量0.07-0.12mm。如下图所示：

工序十：插齿（Z=19)留齿余量0.04-0.06mm（见图5.4）。
工序十一：倒角（15度）（见图5.4）。
工序十二：钳工去毛刺。
工序十三：剃齿（Z=33)、剃齿（Z=19)。
工序十四：珩齿。
工序十五：齿部高频淬火。
工序十六：总检入库。
3、 计算加工余量
由文献1可用查表法确定各表面的总余量，但由于用查表法所确定的总余量与生产实际情况有些差距，故还应根据工厂具体情况进行适当的调整。
由文献1可查出锻件主要尺寸的公差，先将调整后的主要毛坯尺寸及公差，如下表所示
主要面尺寸
零件尺寸
总余量
毛坯尺寸
φ87.5外圆
87.5
5
92.5
Φ57.5外圆
57.5
4
61.5
Φ42
42
5
47
42长
42
5
47
18厚
18
3
21
20厚
20
3
23
花键孔
28
3
27
六、确定工序切削用量及基本时间
1、工序切削用量
1.粗车外圆及端面，钻镗花键底孔至尺寸φ28
（1）已知φ87.5外圆长度方向上的加工余量为3mm,实际加工余量为1.5mm,故分一次加工，长度加工公差为IT11级取-0.19mm
（2）进给量《切削简明手册》当刀杆尺寸为16mm×25mm,ａｅ≤３mm时，
以及工件直径为Φ87.5时，ƒ=0.6-0.8mm/ｒ
按C３１６３－１ 车床说明书 取ƒ=0.6 mm/n。
由于存在间歇加工所以进给量乘以k=0.75—0.85
所以：实际进给量f=0.6×0.8=0.48 mm/ｒ
按C３１６３－１ 车床说明书 ƒ＝0.53ｍｍ／ｒ
（3）计算切削速度。按《切削简明手册》表1.27 ，
切削速度的计算公式为（寿命选T=60min）
刀具材料YG6
V=Cv/(Tm·ap xv·f yv) ·kv
其中：Cv=158 xv=0.15 yv=0.4 M=0.2
修正系数Ko见《切削手册》表1.28
kmv=1.15 kkv=0.8 kkrv=0.8 ksv=1.04 kBV=0.81
∴Vc =158/( 600.2·20.15·0.53 0.4) ·1.15·0.8·0.8·0.81·0.97
=46.9(m/min)
2、工序时间计算
（1）机动时间
由文献1表2.5-7得钻孔的计算公式为：
T=l+l1+l2/fn
式中l1=D/2cotky+（1-2） l2=1-4，
钻盲孔时，l2=0，l=46，L2=0，f=0.3，n=1000
L1=8.7/2cot（1180/2）+1.5=6.7
所以 t=46+6.7+0/0.3×1000=0.1773min
Tb=2t=2×0.1773=0.355min
（2）辅助时间
由文献1表2.5-41确定
开停车 0.015min
升降钻杆 0.015min
主轴运转 0.02min
清楚铁屑 0.04min
卡尺测量 0.10min
装卸工件时间由文献1表2.5-42取1min
所以辅助时间
Ta=（0.015+0.015+0.02+0.04+0.1+1）min
=1.19min
（3）作业时间
TB=Tb+Ta=（0.355+1.19）min
=1.545min
（4）常量工作场地时间Ts
由文献5，取β=3%，则
TS=TBβ
=1.545×3%
=0.04635min
（5）休息与生理需要时间Tr
Tr=TBβ
=1.545×3%
=0.04635min
（6）准备与终结时间Te
由文献1表2.5-44.，取部分时间为
简单件 26min
深度定位 0.3min
使用钻模 6min
由设计给定5000件，则
Te/n=（26+0.3+6）/5000
=0.001615min
（7）单件时间
Tp=Tb+Ta+Ts+Tr
=（0.355+1.19+0.04635+0.04635+0.001615）min
=1.625min
（8）单件计算时间
Tc=Tp+Te/n
=（1.625+0.001615）min
=1.63min
七、夹具设计
1、定位基准的选择
因为齿轮端面相对于轴心线的的跳动为0.05，因此我们采用端面和定位，同时花键孔是工件的设计基准，又是加工基准，因此以内孔为定位基准完全可以达到精度要求。
2、 切削力和卡紧力计算
2.1 刀具：采用专用滚刀
机床：滚齿机。

其中：修正系数kv=1.0；CF=30；qF=0.83；XF=1.0；yF=0.65；μF=0.83；αp=8；wF=0。
代入上式，可得F=889.4N。
因在计算切削力时，须把安全系数考虑在内。
安全系数K=K1K2K3K4
其中：K1 为基本安全系数1.5
K2 为加工性质系数1.1
K3 为刀具钝化系数1.1
K4 为断续切削系数1.1
所以F謖=KF=1775.7N
2.2 夹紧力的计算
选用夹紧螺钉夹紧机由N（f1+f2）=KF謖
其中f 为夹紧面上的摩擦系数，取f1=f2=0.25,F=PZ+G,G 为工件自重
∴
夹紧螺钉：公称直径d=10mm，材料45 钢，性能级数为6.8 级。
σB=6×100MPa

螺钉疲劳极限：=0.32σB=0.32×600=192MPa。
极限应力幅：
许用应力幅：
螺钉的强度校核：螺钉的许用切应力为
[s]=3.5～4,取[s]=4，得=120MPa，满足要求经校核：满足强度要求，夹具安全可靠。
3、 定位误差分析
由于用Φ28 内孔和端面定位，齿轮设计基准与定位基准重合，故轴向尺寸无基准不重合度误差。径向尺寸无极限偏差、形状和位置公差，故径向尺寸无基准不重合度误差。本工序选用的工件以圆孔在定位销上定位，定位销为水平放置，由于定位副间存在径向间隙，因此必将引起径向基准位移误差。在重力作用下定位副只存在单边间隙，即工件始终以孔壁与心轴上母线接触，故此时的径向基准位移误差仅存在Z 轴方向，且向下，见下图。

式中ε 为定位副间的最小配合间隙（mm）；TD为工件圆孔直径公差（mm）；Td 为定位销外圆直径公差（mm）。

4、 夹具设计及操作的简要说明
如前所述,在设计夹具时,应该注意提高劳动率。为此,在螺母夹紧时采用开口垫圈,以便装卸,夹具体底面上的止口定位可以精确保证齿顶圆和分度圆相对于中心线的跳动，从而保证了精度。便于滚齿加工，本夹具总体的感觉是操作比较简单，结构比较紧凑，效率大大提高20%。
七 设计总结结
双联齿轮就是两个齿轮连成一体.这种双联齿轮在轮系中(变速器)被称为滑移齿轮,双联齿轮本身的制造精度，对整个机器的工作性能、承载能力及使用寿命都有很大的影响。
这次的毕业设计是我在校学完所有的专业知识后进行的，对我将来有很大的帮助，使我充分认识到了机电一体化与机械基础方面的重要性。同时也使我认识到了我对这方面的不足，我深刻的认识到了学好一门专业的重要性，激发了我的斗志，用我们自己学到的知识为国家做贡献，使我们伟大的中华人民共和国更加繁荣昌盛。
参考文献
1 李洪主编.机械加工工艺手册.北京出版社.1990
2 艾兴，肖诗纲主编.切削用量简明手册.北京.机械工业出版社
3 东北重型机械学院，洛阳工学院，第一汽车制造厂职工大学编.机床夹具设计手册.上海.上海科学技术出版社.1994
4 赵如福主编.金属机械加工工艺人员手册.上海.上海科学技术出版社.1990
5 郑修本，冯冠大主编.机械制造工艺学.北京.机械工业出版社.1992
6．《机械设计基础》
7．《公差测量技术与配合》
8．《金属切削用量与刀具》
9．《机械加工设备》
10．《机床工艺学》
11．《机械制造基础》