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1、天津大学仁爱学院机械工程系2011级机械制造课程设计提供各专业全套设计机械制造技术基础课程设计说明书 题目：传动齿轮零件批量生产机械加工工艺过程设 计及其滚齿夹具的设计系 名 机械工程系 专 业 机械设计制造及其自动化学 号 姓 名 指导教师 2014年 9 月 9 日摘 要本次设计内容涉及了机械制造工艺及机床夹具设计、金属切削机床、公差配合与测量等多方面的知识。齿轮加工工艺规程及其夹具设计是包括零件加工的工艺设计、工序设计以及专用夹具的设计三部分。在工艺设计中要首先对零件进行分析，了解零件的工艺再设计出毛坯的结构，并选择好零件的加工基准，设计出零件的工艺路线；接着对零件各个工步的工序进行尺寸
2、计算，关键是决定出各个工序的工艺装备及切削用量；然后进行专用夹具的设计，选择设计出夹具的各个组成部件，如定位元件、夹紧元件、引导元件、夹具体与机床的连接部件以及其它部件；计算出夹具定位时产生的定位误差，分析夹具结构的合理性与不足之处，并在以后设计中注意改进。关键词：工艺，工序，切削用量，夹紧，定位，误差全套图纸，加153893706目 录第一章 零件图分析41.1 零件的作用41.2 零件的工艺分析41.3 确定毛坯的制造形式52.2毛坯形状及尺寸5第二章 制定零件工艺规程62.1 基准的选择62.1.2粗基准选择62.1.2 精基准的选择72.4 工艺过程卡（见附录）83.2 制定工艺路线8
3、第三章 机械加工工序设计9第四章 夹具设计124.1 问题的提出124.2 定位基准的选择124.3 切削力及夹紧力计算124.4 夹具设计及操作简要说明14设计任务书设计题目：传动齿轮零件批量生产机械加工工艺过程设计及 滚齿夹具设计设计内容与要求：1. 制定传动齿轮零件机械加工工艺规程，编制机械加工工艺过程卡片，选择所用机床、夹具、刀具、量具、辅具；2. 对所制定的工艺进行必要的分析论证和计算；3. 确定毛坯制造方法及主要表面的总余量；4. 确定主要工序的工序尺寸、公差和技术要求；5. 对两道主要工序进行工序设计，编制机械加工工序卡片，画出的工序简图，选择切削用量；6设计滚齿夹具，绘制夹具装
4、配图；7对同学的设计进行校对；8编写设计说明书。车间设备（与设计有关的设备）：普通车床C6125，CM6125，C6132，C6140；数控车床CK6125，CK6132，CK6140；立式铣床X51K，X52K；卧式铣床X61W，X62W；工具铣床X8120；立式钻床Z5125；台式钻床Z4115；外圆磨床MG1416，MG1432；内圆磨床MG2110，MG2120；平面磨床M7120；卧式镗床T6150；锯床G605设计小组：组长：成员： 指导教师签字年月日成绩：工作态度（满分20）设计质量（满分60）答辩（满分10）校对质量（满分10）总评天津大学仁爱学院机械工程系2011级机械制造课
5、程设计第一章 零件图分析图1-1传动齿轮零件图1.1 零件的作用 该传动齿轮是传递任意两轴间的运动和动力。1.2 零件的工艺分析 传动齿轮用于轴与轴的之间的传动，轴与32H0.025孔配合，并通过键槽传递扭矩。8个13的孔用于节省材料，受力均匀。 齿轮的工艺有2组加工面的分别为1：以车105外圆和端面为基准的加工面，这组加工面包括车46外圆和端面，粗车32内孔，2：一个是以32内孔为基准的加工面，这个主要是钻8-13孔，插键槽。1.3 确定毛坯的制造形式确定毛坯包括选择毛坯类型及其制造方法。毛坯类型有铸、锻、压制、冲压、焊接、型材和板材等。确定毛坯时要考虑下列因素： 1）零件的材料及其力学性能
6、。当零件的材料选定后，毛坯的类型就大致确定了。例如，材料是铸铁，就选铸造毛坯；材料是钢材，且力学性能要求高时，可选锻件；当力学性能要求较低时，可选型材或铸钢。2）零件的形状和尺寸。形状复杂的毛坯，常用铸造方法。薄壁零件，不可用砂型铸造；尺寸大的铸件宜用砂型铸造；中、小型零件可用较先进的铸造方法。3）生产类型。大量生产应选精度和生产率都比较高的毛坯制造方法，用于毛坯制造的昂贵费用可由材料消耗的减少和机械加工费用的降低来补偿。如铸件应采用金属模机器造型或精密铸造；锻件应采用模锻、冷轧和冷拉型材等。单件小批生产则应采用木模手工造型或自由锻。4）生产条件。确定毛坯必须结合具体生产条件，如现场毛坯制造的
7、实际水平和能力、外协的可能性等。有条件时，应积极组织地区专业化生产，统一供应毛坯。5）充分考虑利用新工艺、新技术和新材料的可能性。目前毛坯制造方面的新工艺、新技术和新材料的发展很快。例如，精铸、精锻、冷轧、冷挤压、粉末冶金和工程塑料等在机械中的应用日益增加。应用这些方法后，可大大减少机械加工量，有时甚至可不再进行机械加工，其经济效果非常显著。齿轮零件毛坯采用20CrMnCi铸造而成，生产机器为中批量生产。查表的总体毛坯余量为径向单边3mm，轴向3mm。2.2毛坯形状及尺寸毛坯的形状及尺寸毛坯的形状和尺寸主要由零件组成表面的形状、结构、尺寸及加工余量等因素确定的，并尽量与零件相接近，以达到减少机
8、械加工的劳动量，力求达到少或无切削加工。但是，由于现有毛坯制造技术及成本的限制，以及产品零件的加工精度和表面质量要求愈来愈来高，所以，毛坯的某些表面仍需留有一定的加工余量，以便通过机械加工达到零件的技术要求。毛坯尺寸与零件图样上的尺寸之差称为毛坯余量。锻件公称尺寸所允许的最大尺寸和最小尺寸之差称为铸件尺寸公差。毛坯余量与毛坯的尺寸、部位及形状有关。 第二章 制定零件工艺规程2.1 基准的选择基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择的正确合理，可以使加工质量得到保证，生产率得到提高。否则，加工工艺过程中会问题百出。2.1.2粗基准选择粗基准选择应当满足以下要求：（1）粗基准的选择应以加
9、工表面为粗基准。目的是为了保证加工面与不加工面的相互位置关系精度。如果工件上表面上有好几个不需加工的表面，则应选择其中与加工表面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。以求壁厚均匀、外形对称、少装夹等。（2） 选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。例如：机床床身导轨面是其余量要求均匀的重要表面。因而在加工时选择导轨面作为粗基准，加工床身的底面，再以底面作为精基准加工导轨面。这样就能保证均匀地去掉较少的余量，使表层保留而细致的组织，以增加耐磨性。（3） 应选择加工余量最小的表面作为粗基准。这样可以保证该面有足够的加工余量。（4） 应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准，以保证定位
10、准确夹紧可靠。有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜选作粗基准，必要时需经初加工。（5） 粗基准应避免重复使用，因为粗基准的表面大多数是粗糙不规则的。多次使用难以保证表面间的位置精度。从齿轮零件图中可知大部分尺寸和形位公差都是以孔32H0.025中心线及其端面为设计基准，因此，根据“基准重合”和“基准统一”的原则必须首先加工出孔32H0.025及其端面，作为后续工序的精基准。根据粗基准的选择原则，选择铸件110毛坯外圆作为粗基准。2.1.2 精基准的选择精基准的选择应满足以下原则：1)为了保证零件各个加工面都能分配到足够的加工余量，应选加工余量最小的面为粗基准。2)为了保证零件上加工面与不加工面的
11、相对位置要求，应选不加工面为粗基准。当零件上有几个加工面，应选与加工面的相对位置要求高的不加工面为粗基准。3)为了保证零件上重要表面加工余量均匀，应选重要表面为粗基准。零件上有些重要工作表面，精度很高，为了达到加工精度要求，在粗加工时就应使其加工余量尽量均匀。4)为了使定位稳定、可靠，应选毛坯尺寸和位置比较可靠、平整光洁面作粗基准。作为粗基准的面应无锻造飞边和铸造浇冒口、分型面及毛刺等缺陷，用夹具装夹时，还应使夹具结构简单，操作方便。5)粗基准应尽量避免重复使用，特别是在同一尺寸方向上只允许装夹使用一次。因粗基准是毛面，表面粗糙、形状误差大，如果二次装夹使用同一粗基准，两次装夹中加工出的表面就
12、会产生较大的相互位置误差。以32孔作为定位精基准，加工其它表面及孔。主要考虑精基准重合的问题，当设计基准与工序基准不重合的时候，应该进行尺寸换算，这在以后还要进行专门的计算，在此不再重复。2.4 工艺过程卡（见附录）3.2 制定工艺路线根据各加工表面的加工精度和表面粗糙度，参考机械加工工艺手册，得到各表面的加工方案，根据加工顺序的安排原则，制定如下加工方案：工艺方案：表1 工艺过程表工序号工序名称工序内容设备01粗车1）粗车105和46端面和外圆2）掉头粗车46外圆车床02半精车1）半精车105和46端面和外圆，倒角2）掉头精车46外圆，倒角车床03精车精车105两侧面车床04钻孔划线，钻8-
13、13孔台钻05滚齿滚齿滚齿机06齿圈倒角齿圈两端倒角倒角机07剃齿剃齿剃齿机08插削键槽插削键槽插床09磨削磨削105和46外圆和32H0.025孔磨床10检验第三章 机械加工工序设计采用滚齿机1) 已知毛坯长度方向的加工余量为2.57mm,考虑的模铸拔模斜度，=4mm2) 进给量f 根据实用机械加工工艺手册中表2.4-3,当刀杆尺寸为1625 mm35mm,以及工件直径为112.5 /r按滚齿机说明书（见切削手册）取 f =0.8mm/r3) 计算切削速度，按切削手册表1.27,切削速度的计算公式为(寿命T=60min) (m/min)其中：=342, =0.15, =0.35, m=0.2
14、。修正系数见切削手册表1.28,即 =1.44 , =0.8 , =1.04 , =0.81 , =0.97。所以 x1.44x0.8x1.04x0.81x0.97=158.6(m/min)4)确定机的主轴转速 ns= 481r/min按机床说明书(见工艺手册表4.2-8),与481r/min相近的机床转速为500r/min。现选取=500r/min。5) 切削工时，按工艺手册表6.2-1L=40mm , =2mm, =0, =0 tm=0.031(min)第四章 夹具设计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。决定设计工序滚齿的夹具。4.1 问题的提出 本夹具主要用
15、于滚齿，本道工序加工精度要求不高，为此，只考虑如何提高生产效率上，精度则不予考虑。4.2 定位基准的选择我们采用下端面为定位基准，下端采用支撑板定位，外圆采用定位套定位。为了提高加工效率，缩短辅助时间，决定用移动压板作为夹紧机构。4.3 切削力及夹紧力计算 刀具： 采用滚刀机床： 滚齿机 由3 所列公式 得 查表 9.48 得其中： 修正系数 z=24 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=其中：为基本安全系数1.5 为加工性质系数1.1 为刀具钝化系数1.1 为断续切削系数1.1 所以 (2)夹紧力的计算 选用夹紧螺钉夹紧机 由 其中f为夹紧
16、面上的摩擦系数，取 F=+G G为工件自重 夹紧螺钉： 公称直径d=16mm，材料45钢 性能级数为6.8级 螺钉疲劳极限： 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=3.54 取s=4 得 满足要求 经校核： 满足强度要求，夹具安全可靠， 使用快速螺旋定位机构快速人工夹紧，调节夹紧力调节装置，即可定靠的夹紧力4.4 夹具设计及操作简要说明 如前所述，在设计夹具时，应该注意提高劳动生产率避免干涉。应使夹具结构简单，便于操作，降低成本。提高夹具性价比。本道工序选择了移动压板夹紧方式。 本夹具的最大优点就是结构简单紧凑。夹具的夹紧力不大，故使用手动夹紧。为了提高生产力，使用快
17、速夹紧机构。参考1 杨叔子机械加工工艺师手册M北京：机械工业出版社，20012 张世昌，李旦，高航机械制造技术基础M北京：高等教育出版社，20073 吴拓现代机床夹具设计 M北京：化学工业出版社，20094 王健石机床夹具和辅具速查手册M北京：机械工业出版社，20075 王光斗，王春福机床夹具设计手册（第三版）M上海：上海科学技术出版社，20006 孙已德机床夹具图册M北京：机械工业出版社，198414天津大学仁爱学院机械加工工序卡产品名称零件名称工序号工序名称机械工程系传动齿轮6滚齿零 件 重 量同时加工件数1材 料毛 坯牌 号重 量形 式重 量20CrMnTi机 床夹 具辅 具滚齿机专用夹具冷 却 液工 时 定 额4min工步号安 装 及 工 步 说 明刀 具量具走刀次数（次）走刀量（mm/工件每转）切齿深（mm）主 轴转 速(转/分)切 削速 度(米/分分)备 注1滚齿滚刀千分尺11.20.860015设计杜一杭校对审核共1页第1页