工藝夾具-D85推土機齒輪工藝及刀具設計

工藝夾具-D85推土機齒輪工藝及刀具設計,工藝,夾具,d85,推土機,齒輪,刀具,設計 四川理工學院畢業(yè)設計(論文)說明書 I 摘 要 齒輪是機械系統(tǒng)中常用的一種傳動零件，它可用來傳遞空間任意兩軸間的運動 和動力。它具有功率范圍大、傳動效率高、傳動比較準確、使用壽命長、工作安全可 靠等特點。當前，國際國內在汽車、拖拉機等行業(yè)的齒輪大批大量的生產中，常采用 滾-剃-珩工藝。由于剃齒對齒輪齒形誤差的修正能力有限，因此備用的剃前齒輪精度一 般都不低于 8 級，剃前滾刀的精度一般制成 A 級，插齒刀的精度大都也制成 A 級。 D85 推土機齒輪有大小兩個齒，根據(jù)該齒輪實際情況，大齒輪宜采用滾齒的加工方法， 小齒輪采用插齒的加工方法，花鍵孔采用兩次拉削的加工方法。齒輪滾刀是用于加工 外嚙合直齒齒輪和斜齒齒輪最常用的刀具，滾齒加工方法的生產效率比插齒、磨齒等 加工方法高。剃前滾刀的主要作用是加工符合剃齒要求的剃前齒輪，由于剃前滾刀齒 形的特殊要求，使剃前滾刀的設計比普通齒輪滾刀設計復雜得多，其設計效率低，周 期長，計算工作量大，對設計者要求較高。拉刀也是機械加工中常用的一種刀具，拉 削可加工內表面（如各種型孔、鍵槽、花鍵孔等）和外表面（如平面、半圓弧面和組 合表面等）拉削加工效率高，精度高。花鍵孔加工宜采用兩次拉削的方法，第一次采 用梯形齒粗拉刀，第二次采用漸開線齒拉刀。 關鍵詞：齒輪 工藝 加工方法 漸開線花鍵拉刀 剃前滾刀 Abstract II Abstract Gear is a kind of transmission part of mechanical system.It can be used to transfer motion and power of any two axis in space.It has characteristics of large power extension,highdrive,efficiency,longlife,safeandcredibility and so on.Nowadays,generating process,shaving process and lapping with corundum process are used in the manufacture of car gears and tractor gears.As gear shaving is limited in amend tooth error, precision of preshaving gear ususlly no less than eight level , precision of preshaving hob usually be made to A level , precision of pinion shaped cutter also be made to A level.The gear of D85 bulldozer has two gears.One is large and the other is small according to the actual situation.The large one ought to used the method of hobbing and the small one ought to used the method of shaping.The spline aperture ought to used the method of draw hole.Hob is one familiar reamer that used to processs spur gears and helical gears.The efficiency of hobbing is higher than shaping and lapping,the main function of preshaving hob is to process the preshaving gears,which complies with the requirements of shaving gears.Because of the especial requirement of gear form of preshaving hob The design of preshaving hob is more comples than common gear hob.The design method is inefficience，takes much time,and requires highly of designers.Drawwing reamer is a common reamer it can process a lot kind of surface ,and the spline hole adopt the method of drawing. Keywords: gear technics Processing methods Involute Spline Broach preshaving hob 四川理工學院畢業(yè)設計(論文)說明書 1 第 1 章 緒 論 本課題是“D85”推土機齒輪的機械加工工藝規(guī)程的編制及工藝裝備的設計，齒輪 是推土機上必不可少的傳動部件，它有著傳動平穩(wěn)的作用，因此在加工時，零件的配 合部分需要精加工，保證其配合準確，提高其推土機的綜合性能，又因為被加工零件 的結構比較復雜加工難度大，需進行專用刀具、夾具的設計與裝配。 畢業(yè)設計是對我們學習完大學階段的機械類基礎和技術基礎課以及專業(yè)課程之后 的一個綜合性的考查，它是將設計和制造知識有機的結合，并融合現(xiàn)階段機械制造業(yè) 的實際生產情況和較先進成熟的制造技術的應用，而進行的一次理論聯(lián)系實際的訓練， 通過本次的訓練，將有助于我們對所學知識的理解，并為后續(xù)的課程學習以及今后的 工作打下一定的基礎。 1.1 機械制造業(yè)在國民經濟中的地位 制造業(yè)是將制造資源（物料、能源、設備、工具、技術、信息和人力）通過制造 過程轉化為可供人們使用與利用的工業(yè)品和生活消費品的行業(yè)。機械制造業(yè)就是制造 具有一之定形狀和尺寸的零件或產品，并把它們裝配成機械裝備的行為。 機械制造業(yè)的產品即可以直接供人們使用，也可以為其他行業(yè)的生產提供裝備， 這些行業(yè)的產品再被人們所使用。社會的各行務業(yè)使用的各式各樣的機器、機械、儀 器和工具等都是機械制造業(yè)的產品。我們的日常生活中，從身上穿的，戴的、到吃的、 用的都不開機械制造業(yè)。因此，機械制造業(yè)在國民經濟中占有重要的地位，是一個國 家和地區(qū)發(fā)展的重要基礎及有力支柱，特別是在發(fā)達國家，它創(chuàng)造了 1/4－1/3 的國民 收入。在我國，工業(yè)（主體是制造業(yè)）占國民經濟比重的 45%，是我國經濟的戰(zhàn)略重 點。從某種意義上講，機械制造水平的高低是衡量一個國家國民經濟綜合實力和科學 技術水平的重要指標。 1.2 機械制造技術狀況 自 20 世紀 80 年代發(fā)展到 90 年代末到 21 世紀，制造技術，特別是自動化制造技 術向著柔性化、集成化、智能化方向發(fā)展；在超精加工技術方面，其加工精度已進入 納米級，表面粗糙度已成功地小于 0.0005Um;在切削速度方面，國外車削鋼最高已達 915m/min；對于不斷出現(xiàn)的難加工材料、型腔以及微小深孔，通過特種加工方法得以 解決。 我國的機械制造業(yè)經過 50 多年，特別是近 20 年的發(fā)展，已形成了品種繁多、門 第 1 章 緒論 2 類齊、布局合理的機械制造工業(yè)體系。許多科研院所、大專院校和企業(yè)研制出了一大 批成套技術裝備和多種高精尖產品，有些已接近或達到國際先進水平。通過對這些產 品的研發(fā)，我國已建立起了自己的人才培養(yǎng)和軟件控制技術開發(fā)基地以及高精加工設 備生產基地，從而使我國的國民經濟綜合實力和科學技術水平迅速提高，國防尖端武 器的生產、 “神六號”的成功發(fā)射與回收、人們生活用品的質量提高，有力地說明了我 國機械制造業(yè)的發(fā)展狀況。 1.3 本章小結 本章首先對該課題做了簡單介紹,然后對機械制造業(yè)在國民經濟的地位，各機械制 造技術的發(fā)展狀況做了概述.讓我們明白目前機械行業(yè)的發(fā)展情況，讓我們對我們所從 事的這個行業(yè)有所了解，以及讓我們更好地在機械行業(yè)中工作、學習、作好心理準備。 四川理工學院畢業(yè)設計(論文)說明書 3 第 2 章 加工工藝規(guī)程的制訂 2.1 D85 推土機齒輪工藝分析 2.1.1 齒坯的加工方案分析 D85 推土機齒輪齒坯為模鍛件。齒坯可采用的加工方案有以下幾種： 1.車－車－拉方案。先粗車所有的端面和外圓，并以粗車后的端面和外圓為定位基 準，進行精車。以精車后的外圓和端面為基準，拉花鍵孔。這種加工方案工序不多， 加工時間短，生產效率高，但是粗車后的端面和外圓精度并不高，以此為定位基準， 進行精車不妥，會導致整個齒輪的精度不高，故不選用。 2.車－插－車方案。先粗車所有端面和外圓，以粗車后的端面和外圓為定位基準， 插花鍵孔，最后以內孔定位，精車端面和外圓。這種加工方案由于精車采用內孔定位， 定位精度較高，所以整個齒輪的精度較第一種方案加工出來的齒輪高。但是插削的生 產效率不夠高，D85 齒輪是年產 5 萬件，屬成批量生產。這樣的生產效率是不可行的， 故不采用。 3.車－拉－車方案。先粗車所有端面和外圓，再以加工后的端面和外圓為定位基準， 拉花鍵孔，最后以內孔定位，精車端面和外圓。這種加工方案用內孔定位進行精車， 保證了加工精度。拉削不但加工精度很高，生產效率很高。這種方案兼顧了加工精度 和生產效率，是切實可行的方案，故選用該方案進行加工。 2.1.2 齒形加工方案分析 D85 推土機齒輪有大小兩個齒，齒形的加工方案有以下幾種： 1.磨削。直接用磨削的方法加工大小兩個齒輪。磨削的加工精度很高，可以直接保 證齒輪的加工精度，但是，磨削的生產效率很低，對這種中批量生產的零件來說，是 不切合實際的，故不予選用。 2.插－剃－珩方案。先進行插齒，再剃齒，最后珩磨。這種方案也能夠保證足夠的 加工精度，但是依舊面臨和第一種方案一樣的問題，插齒的生產效率依舊不是很高。 不選用這種方案。 3.滾（兩齒）－剃－珩方案。即先用滾齒的方法加工大小兩個齒輪，再剃齒，最后 進行珩磨。這種方案看上去是兼顧了生產效率和加工精度，但是滾小齒輪的時候會， 由于大齒輪離得太近，會滾傷大齒輪，故這種方案不可行。 4.滾（大齒）－剃－珩方案。即先滾大齒輪，再插小齒輪，再剃齒，最后進行珩磨。 第 2 章 加工工藝規(guī)程的制定 4 這種方案兼顧了生產效率和加工精度，且不存在滾傷另一個齒的問題，是一個切實可 行的方案，故選用該方案進行加工。 2.2 D85 推土機齒輪工藝規(guī)程的步驟 2.2.1 零件圖分析 D85 推土機齒輪大齒輪的外徑為 179.03mm，小齒輪外徑為 141.29mm，槽直徑 120mm，齒輪總長 98±0.5mm，花鍵內孔外徑 85mm，內徑 75mm。齒輪熱處理按 KES04.015.2 標準 2929522632 規(guī)范進行，硬化層深 1.1～1.7mm，表面硬度 HRC62～64，齒端倒角尺寸應按 JB/ZQ3838-86 的規(guī)定。 2.2.2 零件的功用 題目所給零件是“D85”推土機用齒輪，它以花鍵孔與相配，齒輪表面經氮碳共滲 處理，使其表面層硬度達到 HB217～314，該齒輪通過漸開線花鍵孔與軸相配合，齒輪 可在軸上左、右，滑移，從而與其不同的齒輪之間相嚙合，來實現(xiàn)主軸各檔位的變速。 2.2.3 計算生產綱領，確定生產類型 1、所給任務的零件〈如圖紙〉所示，該推土機年產量為 48000 臺/年，且每臺機器 僅有一件該零件，其中該零件備品率 1%，機械加工廢品率 2% 則該零件的年生產綱領為： N＝Q（1+a%+b% ）件/年＝ 50000 件 由此可知該零件屬于機體類小零件，因此可以確定其生產類型為大批量生產。 2、度工作時間：兩班制的情況下 t 制度=（365-2×52-7）天/年×2 班/天×8 小時/班×60 分鐘/ 小時=243840 分鐘。 365-2×52-7：一年 365 天減去 52 周的雙休日，再減去國家法定假日，即春節(jié)三天、 五一一天、國慶兩天、元旦一天共七天。 3、有效利用系數(shù)：指扣除設備維修和班內休息時間（喝水、抽煙、上廁所、重體 力勞動休息一定時間）以后的有效工作時間與制度工作時間的比值，一般為 0.96～0.94。在多品種流水線上由于增加設備調整時間，有效利用系數(shù)還要小，一般為 0.9～0.85（上限用于通用設備，下限用于專用設備）故流水線生產節(jié)拍為： t 節(jié)=計劃有效時間（min） /計劃年產量 四川理工學院畢業(yè)設計(論文)說明書 5 =制度工作時間×有效利用系數(shù)÷計劃年產量 =243840×0.95÷25000=0.92644 2.2.4 零件的工藝性分析和零件圖的審查 該零件圖的視圖正確，完整、尺寸、公差及技術都符合要求，但是，零件的加工 過程需要有較高的垂直度要求，某些地方需要較高的表面粗糙度，各裝配基面要求有 一定的尺寸精度，否則會影響該齒輪在傳遞動動和力時的平穩(wěn)性。 由于零件的結構形狀較復雜，加工時需要用到夾具才能準確定位可以通過內孔用 定位心軸定位，可以利用外圓表面定位，同時在基準在的選擇也是很重要的，總之在 加工過程中，應盡量減少安裝次數(shù)，從而減少安裝時帶來的裝夾誤差。 從零件圖上可以看出，該齒輪的結構形狀復雜，加工的表面多，且輪齒的加工精 度要求高，其主要加工表面可以分為四個部份： 1、零件的左、右端面，以及中間臺階面。 2、零件的外圓表面加工 Φ 、Φ 外圓面以及 R1 的圓角。04.291?04.317? 3、漸開線花鍵孔 Φ87 深 26mm 孔（用于加工齒輪時的精基準加工其他表面）以 及 1× 的倒角、 05倒角。045 4、滾、剃、磨 m=4,z=33,B=40mm 的圓柱齒輪 A 和 m=4,z=42,B=25mm 的圓柱齒 輪 B，以及齒部的倒角。 以上各表面的主要技術要求如下： 1、 零件的左、右端面粗糙度為 Ra3.2,以及左端面 的斜面各右端面 的圓周03045 斜面。 2、A 齒輪外圓需要達 Φ 的公差，以及左端面與基準 C 有垂直度 0.05 和04.291? B 齒外圓達到 Φ 和端面與 C 基準的垂直度達到 0.05，其它外圓表面粗糙度達04.3179? 到 Ra3.2。 3、漸開線花鍵孔的加工，花鍵孔齒頂達到 Φ ，齒底達到 Φ 的公02.85? 19.075?H 差，其孔各表面粗糙度達到 Ra3.2。 4、A、B 齒的加工，其三個公差組精度等級 7－6 －6 齒輪表面粗糙度為 Ra0.8,齒 面經碳、氮共滲處理其中 A 齒硬化層深 1.1～1.7mm ，HB217 ～314，B 齒部硬化層深 1.1～1.7mm，HB217～302 其中齒根部達到 0.8mm 以上，其中 A、B 齒形修正按零件 圖紙上的修正圖要求對其磨齒修正和齒部 1× 倒角。045 由以上分析可知，對于以上幾組加工表而來 講，可以選擇其中一組表面并保證它 們之間的相對位置精度。 第 2 章 加工工藝規(guī)程的制定 6 2.3 零件工藝規(guī)程設計 2.3.1 確定零件生產類型 由年生產綱領可知 Q＝50000 件/年，為大批量生產 2.3.2 確定零件毛坯的制造形式 零件材料為 20CrMnTi,在工作時齒輪可通過花鍵軸與之相配可以左、右滑動，與其 它齒輪經常嚙合、脫開，所以零件在工作過程中經常受交變載荷和沖擊載荷，要求有 較高的強度、因此應選擇鍛件毛坯由于零件的輪廓尺寸不大，生產綱領已達到成批生 產的水平，可采用模鍛成型，這對于提高生產率、減少切削加工的勞動量保證加工精 度都是有利的（附鍛件毛坯的制訂過程） 2.3.3 擬定零件的機械加工工藝路線 制訂工藝路線的出發(fā)點，應當是使零件的幾何形狀，尺寸精度及位置精度等技術 要求能得到合理的保證，在一產綱領已確定為成批生產的條件下，可以考慮采用萬能 性機床配以專用夾具，并盡量使用工序集中的原則來提高生產效率，除此之外，應該 考慮經濟效果，以便使生產成本盡量下降。 2.3.3.1 定位基準面的選擇 定位基面的選擇是擬定零件的機械加工路線，確定加工方案首先要做的工作，基 面選擇得正確、合理與否，將直接影響加工質量和生產率。在選擇定位面時需要同時 考慮以下三下問題： ①以哪一個表面作為加工時的精基面或統(tǒng)一基準，才能保證加工精度使整個機械 加工工藝過程順利地進行。 ②為加工上述精基面或統(tǒng)一基準應該采用哪一個表面作為粗基準。 ③是否有個別工序為了特殊的加工要求，需要采用統(tǒng)一基準以外的精基面，精基 面的選擇根據(jù)精基面的選擇原則，首先應該考慮基準重合的問題，即在可能的情況下， 應盡量選擇加工表面的設計基準為定位基準根據(jù)工件的特點和加工要求，選擇花鍵孔 和端面作為精基面，加工各檔外圓表面，各斜端面、齒輪時以花鍵孔左端面作為定位 基面，加工花鍵孔時以外圓表面定位。 粗基面的選擇：為了加工出上述精基面，很顯然，應以外圓和一個端面作為粗基 面，鏜拉內孔。 四川理工學院畢業(yè)設計(論文)說明書 7 2.3.3.2 零件主要表面加工方法的選擇 零件各表面加工方法和方案的選擇，首先要保證加工表面的加工精度和表面粗糧 度的要求，另外還需考慮生產率和經濟性方面的要求，在選擇時應根據(jù)各種加工方法 的特點及其經濟加工精度和表面粗糙度，結合零件的特點和技術要求慎重決定。 該工件毛坯經模鍛成型其各表面加工方法選擇如下： Φ75mm、Φ85mm 的孔：粗車－半精車 Φ85×15×5 花鍵孔：拉－校正 各檔外圓表面，臺階面、端面：粗車－精車 齒輪 A、B：滾齒－剃齒－磨齒 2.3.3.3 零件加工順序的安排 1. 加工階段的劃分 為了達到規(guī)定的技術要求，該齒輪的加工分為如下三個加工階段： 粗加工階段：車外圓、端面、粗車內孔、拉花鍵孔。 半精加工階段：以拉出的花鍵孔為主要精基準，精車外圓端面、滾齒、剃齒。 精加工階段：校正花鍵孔，并以校正好的花鍵孔為主要精基準對對經過碳氮共滲 處理的齒輪進行磨齒修正。 2. 加工順序的安排 機械加工順序的安排 根據(jù)機械加工順序安排時應該遵守的原則，考慮到工件的具體特點先安排外圓、 端面、內孔的加工，由于花鍵孔是以后各表面加工的主要精基準，所以接著安排花鍵 孔的拉削，花鍵孔加工好以后，以花鍵孔為主要精基準，粗車、外圓、端面、然后安 排花鍵孔的校正，最后，滾齒、剃齒、磨齒。 3. 熱處理工序的安排 由于毛坯為模鍛件、在機械加工之前，應該安排正火處理、以削除鍛造內應力， 改善金屬組織、細化晶粒、降低硬度、改善切削加工性。在粗加工后安排第二次熱處 理－調質處理以獲得均勻細致的回火索氏體，提高零件的綜合力學性能，最后根據(jù)零 件的技術要求規(guī)定、對輪齒進行碳氮共滲處理，以得到較高的表面硬度，提高其耐磨 性。 4. 輔助工序的安排 檢驗工序：在熱處理工序后安排中間檢驗工序，最后安排終結，檢驗工序。 其他輔助工序：在各加工工序后，應安排鉗工去毛刺，在最終檢驗前，應安排清 洗工序，最后將零件涂以 KP－9 防銹油，將零件油封入庫。 第 2 章 加工工藝規(guī)程的制定 8 5、工序的組合 在確定加工順序后，根據(jù)該工件的生產地，規(guī)模以及工件的結構特點與技術條件， 為了盡量減少工件的安裝次數(shù)，在一次裝夾中加工多個表面，以便保證高的表面相互 位置精度，考慮使用通通機床配以專用刀具、夾具，并采用工序集中的原則來組合工 序。這樣一來確定了兩套該工件的加工工藝路線方案。 方案一，見表 2-1。 表 2-1 D85 推土機齒輪加工工藝方案一 工序號 工 序 內 容 定位基準 10 毛坯鍛造 20 正火處理 30 粗車外圓及端面、留余量 1-1.5mm，粗、半精鏜花鍵底孔 至尺寸 Φ75mm、Φ85mm 外圓及端面 40 拉花鍵孔 Φ179.03mm 外圓 50 鉗工去毛刺 60 上心軸粗車外圓、端面至尺寸 花 鍵 孔 70 檢驗 80 滾齒（Z＝42，Z=33）留剃余量 0.07－0.10mm, 花 鍵 孔 90 齒部倒角、及各 R1 角 花鍵孔及端面 100 鉗工去毛刺 110 剃齒（Z＝42，Z＝33）齒公法線長度至尺寸 花 鍵 孔 120 齒部碳氮共滲處理 KES04.015.2 標準 292952263 規(guī)范，硬 化層深 1.1～1.7mm，表面硬化 HRC62～64 130 推孔 140 磨齒至修正圖尺寸要求 150 表面涂 KP－9 防銹油 160 總檢入庫 方案二，見表 2-2。 表 2-2 D85 推土機齒輪加工工藝方案二 工序 號 工序名 工 序 內 容 四川理工學院畢業(yè)設計(論文)說明書 9 10 下料 20 鍛造 鍛造并退火檢查 30 正火處理 調質 250HB 并檢查 40 粗車 粗車大端外圓 50 粗車 用卡爪夾住 Φ 粗車后的外圓表面，車端面尺寸 98±0.5 至04.3179? 99±0.5，粗車外圓 Φ 至 Φ142.29，粗車小端外圓、端面、沉.02 孔、內孔、漸開線花鍵孔倒角 60 粗車 三爪卡盤夾 Φ 毛坯外圓，校正車端面、粗車外圓 Φ04.91? 至 Φ180.03，粗車大端端面、沉孔、內孔、通孔、漸開線花鍵04.3179? 孔倒角尺寸 25 至 26 70 拉 拉花鍵孔至尺寸及其左端 1X 倒角，右端深至 50mm 處倒 015角045 80 精車 套花鍵心軸裝夾于二頂間，精車大端外圓、端面、沉孔、內孔、齒輪倒角, 精車小端外圓、端面、沉孔、齒輪倒角；精車外圓 Φ141.29 至圖紙尺寸， 精車外圓 Φ179.03 至尺寸，車兩端面、中間臺階面至尺寸，長度 98±0.5 保證尺寸 40mm、25mm, 90 車 切中間槽 33mm 100 檢 齒坯檢驗 110 滾齒 工件以花鍵孔定位于心軸上，校正心軸按圖紙要求滾 Z=42 齒。 120 插齒 插 Z=33 的小齒 130 剃齒 工件以花鍵孔定位于心軸上，校正心軸按圖紙要求剃 Z=42,Z=33 的齒。 140 齒部倒角 工件以花鍵孔定位于心軸上，校正按圖紙要求齒部倒角。 150 檢 清洗、熱處理前檢驗 160 熱處理 對 A、B 齒部進行碳氮共滲處理 KE04.015.2 標準 2929522632 規(guī)范進行， 硬化層深 1.1～1.7mm 表面硬度 HRC62～64 使其達到零件圖紙要求 170 推 校正花鍵孔 180 磨齒 工件以花鍵孔定位于花鍵心軸上分別對其 A、B 齒按其圖紙上所給要求地 其磨齒修正至尺寸，檢查。 190 鉗 去毛刺、清洗、表面涂 KP－9 防銹油 200 檢 總檢入庫 6、工藝方案的比校與分析 上述兩個工藝方案的特點在于：方案一將工序分散，在對輪齒 A、B 用了滾、插、 第 2 章 加工工藝規(guī)程的制定 10 剃，雖然這樣呆以達到該齒的精度，但是增加了加工工序和機械裝備的數(shù)量，總體上 來說就增加了該工件的制造成本，另外就是在對該齒進行碳、氮共滲處理后，A 、B 齒 的齒形變形較大，需要對其按零件圖紙有所給了的齒形修正細進行磨齒修正，方案二 中采用了工序集中的原則，在粗車外圓、以及端面，鏜、半精鏜孔時都可在車床上進 行，同時減少了裝夾次數(shù)，減少了加工誤差，也減少了機械加工裝備，而且該工序集 中，在齒形進行了熱處理后，按排了磨齒加工工序，經過二套方案的比較，以及對其 綜合加工性的比較，選擇方案二最為適合。 2.4 工序設計 根據(jù)各原始資料、零件機械加工工藝路線擬定后還需要對每一工序進行設計，其 主要內容包括：確定毛坯圖的制訂過程，確定每一工步的加工余量，計算各工序尺寸 及公差，選擇各工序所使用的機床及工藝裝備、確定切削用量、計算工時定額等。 2.4.1 鍛件圖坯的制訂 1、確定機械加工余量：鋼質模鍛件的機械加工余量按有關標注確定時，根據(jù)估算 鍛件質量、加工精度及鍛件形狀復雜系數(shù)，由附表可查得除孔以外各內、外表在的加 工余量。 ①鍛件質量根據(jù)零件成品質量 6.8Kg，估算為 7.8Kg。 ②加工精度:零件除孔以外的各表面為一般加工精度。 ③鍛件形狀復雜系數(shù) S 為 S＝m 鍛件/m 外輪廓包容體 假設的最大直徑為 Φ183.43，長 103mm 則 M 外輪廓包容體＝3.14 2R ld 密度＝3.14×（ ） 18.322 ×10.3×7.85＝21255g＝21.25Kg。 M 鍛件＝2.2Kg 所以：S＝ ＝0.104 2.221.25 按表 2-3 查得形狀復雜系數(shù) S4，一般級別為 F 表 2-3 鍛件形狀復雜系數(shù) S4 級別 S 數(shù)值范圍 級別 S 數(shù)值范圍 簡單 S1>0.63~1 S3 >0.16~0.32 四川理工學院畢業(yè)設計(論文)說明書 11 一般 S2>0.32~0.63 S4 <0.16 ④機械加工余量 根據(jù)鍛件質量 F1、S3 查附表 1 由于表中形狀形狀復雜系數(shù)只列 了 S1 和 S3 則 S4 參考 S3 定，由此查得直徑方向為 2.0－2.5mm 即鍛件各外徑的單面余量為 2.0－2.5mm，各軸向尺寸的單面余量為 2.0－2.5mm。 2、確定毛坯尺寸 上面查得加工余量適用于機械加工表面粗糙度 Ra≥1.6um 的表面則最終毛坯尺寸 見表 2－4 表 2－4 齒輪毛坯（鍛件）尺寸/mm 零件尺寸 單面余量 鍛件尺寸 零件尺寸 單面余量 鍛件尺寸 Φ 04.3179?2 Φ 183.03 Φ140 1.8 Φ143.6 Φ .22 Φ 145.29 40 2 及 1.8 43 Φ120 1.8 Φ123.6 25 2 及 1.8 28 3、設計毛坯零件綜合圖 ①確定毛坯尺寸公差，毛坯尺寸公差根據(jù)鍛件質量，形狀復雜系數(shù)，分模線形狀 種類及鍛件精度等級從手冊中查得，查零件鍛件質量為 7.8Kg，形狀復雜系數(shù) S2，材 料 20CrMnTi 含碳量為 C＜3.0%按表 1－3 查得 表 2－5 鍛件材質系數(shù) 級別 鋼的最高含碳量 合金鋼的合金元素最高總含碳量 M1 ＜0.65 ＜3.0% M2 ≥0.65 ≥3.0% 鍛件材質系數(shù)為 M1 采取平直分模線，鍛件為普通精度等級，則毛坯公差可以從 附表 2，附表 3 中查得，列表 2-6 如下： 表 2-6 齒輪鍛件尺寸允許偏差/mm 鍛件尺寸 偏差 根據(jù) 鍛件尺寸 偏差 根據(jù) Φ183.03 +2.1 -1.1 40 +1.5 -0.7 Φ145.29 +1.9 -0.9 附表 2 25 +1.4 -0.6 附表 2 Φ120 +1.9 -0.9 附表 2 35 +1.4 -0.4 附表 3 第 2 章 加工工藝規(guī)程的制定 12 Φ140 +1.9 -0.9 103.5 +1.7 -0.5 ②確定圓角半徑，鍛件圓角半徑按表 1－5 確定本鍛件各部分的 H/B 皆小于 2 故可 用下式計算： 外圓角半徑：r=0.05H+0.5 內圓角半徑：R＝2.5r+0.5 為簡化起見，本鍛件的內外圓角半徑分別取相同數(shù)值以最大 H 進行計算 r=10.5×90+0.5=4.9mm(圓整為 5) R=2.5r+0.5=12mm 表 2-7α 鍛件圓角半徑計算 H/B r R ≤2 0.05H+0.5 2.5r+0.5 ＞2-4 0.06H+0.5 3.0r+0.5 ＞4 0.07H+0.5 3.5r+0.5 ③確定拔模角查附表 4，外起模 α=5 ?內起模 β=7 ?。 ④確定毛坯熱處理方式，毛坯鍛造后應安排正火，以清除殘余鍛造應力，并使不 均勻的金相組織通過重新結晶而得到細化、均勻組織，從而改善加工性。 2.4.2 加工余量的確定 機械加工余量對工藝過程有一定的影響，余量不夠，不能保證零件的中工質量， 余量過大，不但增加機械加工勞動蜈，而且增加了材料、刀具，能源的消耗。從而增 加了成本，所以必須合理地安排加工余量。 根據(jù)零件毛坯條件，材料為 20CrMnTi 硬度 HRC62－64 毛坯重為 7.8Kg，生產類 型為成批采用在鍛模上得到毛坯，本設計采用查表修正法，和經驗估算法機結合確客 各加工表面的機械加余量，工序尺寸及 毛坯尺寸，通過計算法，確定各工序的切削用 量及工時。 1、外圓表面及左右兩端面加工余量 由零件圖上所給出的技術要求，Φ 和 Φ 兩外圓均有較高的公差04.291?04.317? 要求，所以在執(zhí)行該工序時，需進行粗車——半精車——精車方能達到該工件的尺寸 要求，其中小端外圓表面長度為 40mm，大端外圓表面長度為 25mm,按《機械加工工 藝手冊》表 2.3－39 查得加工 Φ 外圓時要求：04.291? 四川理工學院畢業(yè)設計(論文)說明書 13 粗加工后留半精加工余量 Z＝2.5mm 粗國外圓 留加工余量 2Z＝1.3mm 半精車外圓 留加工余量 2Z＝0.5mm 精車外圓至尺寸 Φ 04.291? 按《機械加工工藝手冊》表 2.3－39 查得加工 Φ 大端外圓時要求粗加工04.3179? 后留半精加工余量 Z＝2mm 留精加工余量 Z＝0.7mm 即： 粗車外圓 留加工余量 2Z＝1.2mm 半精車外圓 留加工余量 2Z＝0.5mm 精車外圓至尺寸 Φ 04.3179? 加工左端面時按手冊表 2.3－40 查得 Z=3±1 故小端毛坯長度 40+（3±1）mm， 且左端面的表面粗糙度要求達到 Ra3.2 和與水平面成 03直徑為 Φ113±0.5 深 4mm 的 臺階面與花鍵孔的頂孔的垂直度誤差在 0.05mm 之內，所以在加工該組端面時需經粗 車——半精車——方能達到上述要求，查《機械加工工藝手冊》表 2.3－40 得， 粗加工后留半精加工余量 Z＝1.5mm ①粗車端而至 41.5mm 留加工余量 2Z＝1.5mm 半精車端面至 40mm ②粗車直徑為 Φ113mm 深 3.5mm 與水平面成 03的端面時，留加工余量 Z＝0.5mm 然后半精車至直徑 Φ113±0.5mm 深 4mm 至圖紙要求。 加工右端面時，按上述左端面的加工方法《機械加工工藝手冊》表 2.3－40 得 Z＝3± 1 故右端面毛坯長度 25+（3±1）mm 且表面粗糙度 Ra3.2 其中與水平而成0 直徑 Φ152±0.5 深 8mm 的端面與花鍵孔的垂直度誤差在 0.05mm 之內，所以在加 工該組端面時需經粗車——半精車——方能達到上述要求。查《機械加工工藝手冊》 表 2.3－40 得粗加工后留半精加工余量 Z＝1.5mm ①粗車端而至 26.5mm 留加工余量 2Z＝1.5mm 半精車端面至尺寸 25mm ②粗車直徑為 Φ152 深 7.5mm 與水平面成 045的端面留加工余量 Z＝0.5 半精車至直徑 Φ152±0.5mm，深 8mm 端面至圖紙尺寸。 ③同樣粗車直徑為 Φ107mm，深 9.5mm 的端面留加工余量 Z＝0.5mm 半精車至直徑 Φ107±0.5mm，深 10mm 端面至圖紙尺寸。 2、孔加工余量的確定 工件也為階梯孔其中 Φ75H11×Φ85×15×5，花鍵孔加工精度要求為普通級 IT11，故鍛造時取統(tǒng)一內徑，加工余量按 Φ75 內孔查《機械加工工藝手冊》得校正花 第 2 章 加工工藝規(guī)程的制定 14 鍵孔至 Φ75H11 至圖紙尺寸 2Z＝0.2mm，拉花鍵孔 Φ ×Φ 首先鏜孔至19.087402.5? Φ75，以左端及外圓定位，粗鏜出 Φ87 孔，距右端 26mm，然后精鏜孔至 Φ75H 019? 3、齒輪輪齒表面加工余量 按零件圖上 A、B 齒形修整圖上所給尺寸查表修正，滾齒加工后留剃齒余量 Z=0.2mm，磨齒齒厚加工余量為 Z＝0.02mm 。 4、其它各表面加工余量及工序尺寸詳見工序卡片。 2.4.3 確定各工序所用機床及工藝裝備 1、機床的選擇 ① 工序 40、50、60、80、用的是車床，在該機床上分別進行粗、半精、精加工， 查機床手冊所以選用普通的 CA6140 車床即可。 ② 工序 70、根據(jù)零件圖上，花鍵孔的技術要求查《機加工工藝手冊》表 3.1－84 選用 L6140 拉床即可。 ③ 工序 110、該工序需分別對 Z＝42 齒進行滾齒加工，查《機械加工工藝手冊》 表 3.1－57Y3150 滾齒機即可。 磨齒機。 ④ 工序 110 該工序對齒輪進行 1× 的倒角，查《機械加工工藝手冊》表045 3.1－65YB9332 齒輪倒角機即可。 ⑤ 工序 13、該工序需對該齒輪碳氮共滲處理后引起的齒形誤差進行修正，查《機 械加工工藝手冊》表 3.1－62Y7132A 錐形砂輪磨齒機。 2、選擇夾具 該零件結構較簡單。夾緊定位比較容易，又因該零件為成批生產，所以根據(jù)各加 工工序選用通用或專用夾具，夾具的精度應與工序的加工精度相適應。 3、選擇刀具 ① 在工序 40、60、80 的加工中所用機床為 CA6140，在對該零件進行外圓加工時， 選用 45 度外圓車刀，對其左、右端面加工時選用端面車刀，因為零件材料為 20CrMnTi 所以刀具材料選用硬質合金《機械加工工藝手冊 》表 4.2－2 得其刀具參數(shù)： 45 度外圓車刀: B16 H25 m=9 端面車刀：B16 H25 m=9 a=13 查表 4.2－1 硬質合金車刀粗、精加工刀尖圓角半徑 r0.4－0.8mm, 查表 2.4－3 硬質合金車刀，粗車外圓和端面時： 進給量 f(mm/r) 0.8mm－1.2mm 四川理工學院畢業(yè)設計(論文)說明書 15 半精車時 f(mm/r) 0.25mm－0.3mm ② 工序 7 中，要用到的孔加工刀具有：鉆頭、粗、粗加工鏜刀，在鉆毛坯孔 Φ60 時根據(jù)表 4.3-9（GB1046-89）選用相應的硬質合金錐柄麻花鉆，在鏜孔 Φ75、Φ87 時 根據(jù)表 4.3-34 選用硬質合金套式擴孔鉆，詳細刀具數(shù)據(jù)見表中所示。 ③ 工序 70 中花鍵孔的加工時，選擇后面第三章所設計的拉刀。 ④ 工序 110 中，加工 B 齒時選用第二章所設計的滾刀。 根據(jù)表 4.3-9（GB1046-89）選用相應的硬質合金錐柄麻花鉆，在鏜孔 Φ75、Φ87 時根據(jù)表 4.3-34 選用硬質合金套式擴孔鉆，詳細刀具數(shù)據(jù)見表中所示。 ⑤ 工序 7 中，要用到的孔加工刀具有：鉆頭、粗、粗加工鏜刀，在鉆毛坯孔 Φ60 時根據(jù)表 4.3-9（GB1046-89）選用相應的硬質合金錐柄麻花鉆，在鏜孔 Φ75、Φ87 時 根據(jù)表 4.3-34 選用硬質合金套式擴孔鉆，詳細刀具數(shù)據(jù)見表中所示。 ⑥ 工序 70 中花鍵孔的加工時，選擇后面第三章所設計的拉刀。 ⑦ 工序 110 中，加工 B 齒時選用第二章所設計的滾刀。 2.4.4 確定切削用量及基本工時 1、切削用量選擇 粗加工切削用量的選擇：以工序 10 為例， 切削用量=[毛坯尺寸-（最終尺寸 +精車余量）]/2 =[183.03－（179.03+1.17）]/2=1.83/2=1.415mm 精加工切削用量的選擇：以工序 50 為例： 切削用量=（毛坯尺寸－最終尺寸）/2=1.17/2=0.585mm 2、工時定額計算 t 節(jié)=計劃有效時間（min） /計劃年產量 =制度工作時間×有效利用系數(shù)÷計劃年產量 =243840×0.95÷25000=0.92644 t 機=0.462min t 服=0.2min t 休=0.1min t 換=0.1min T 單件= t 機+ t 服+ t 休+ t 換=0.462+0.2+0.1+0.1 =0.862<0.92644= t 機 故合格 2.4.4.1 確定 40、60、90 工序的切削用量 工序 40、60、90 為外圓及左右端面的加工，本工序采用計算法確定切削用量。 1、加工條件：工件材料 20CrMnTi，鍛造 第 2 章 加工工藝規(guī)程的制定 16 加工要求：粗車、半精車、精車，外圓及端面，使其達到零件圖上所給的尺寸公 差要求。 機床：CA6140 刀具:外圓車、端面車刀 （刀具參數(shù)詳見機械加工工藝手冊） 2、計算切削用量 粗車外圓，已知毛坯徑向的加工余量為 和 考慮 的拔模斜度，則毛坯徑1.2??9.005 向方向的最大加工余量為 4.2mm，但實際上，由于以后要鉆花鍵底孔，因此端面不必 全部加工，可以留出一個 Φ73mm 芯部待以后鉆孔時加工掉，故此時實際端面加工余 量可按 Zmax＝3.5mm 考慮。 粗車 Φ 至 Φ180.03 時，單邊余量 Z＝2mm 可一次切除04.3179? 3、進給量 根據(jù)《機械加工工藝手冊》查表 2.4－3 選用 f=0.8mm/r 4、計算切削速度 見《機械加工工藝手冊》表 2.4－17－18－19 Vc = Kv (2-1) Cv 其中 T＝60 ＝1.5 ， ＝0.15， ＝0.45《機械加工工藝手冊》表pavxyvf 2.4－17－18－19 Cv=235 ,kv=0.42 將其代入(2-1) Kv= × ×MVKTKV =0.69×0.87×0.7 =0.42 Vc =1.7m/s=102m/min 5、確定主軸轉速： sn = = =177r/min 按機床手冊選取 n=200r/min 1000Vc3.14dw 1000×1023.14×183.03 所以實際切削速度： v = = =115m/min 3.14dn1000 3.14×183.03×2001000 6、檢驗機床功率，主切削力按《機械加工工藝手冊》表 2.4－12 所示公式計算 Fz=9.81X (2-2)nfz0FZCpaXyFZfnVFZK 其中 ＝204 ＝1.0 =0.75 =0FZxFZn ＝ × × ×KMKrZSFZ?ro ＝0.79 ×0.89×1×1 ＝0.67 將其以上數(shù)據(jù)帶入(2-2)式中 Fz＝1709N 四川理工學院畢業(yè)設計(論文)說明書 17 切削時消耗功率 Pc 按機械工工藝手冊表 2.4－21 Pc＝Fz×V× 410? ＝1709×115× ＝3.28Kw 由《機械加工工藝手冊》表 3.1－17 可知 CA6140 車床主電機功率為 7.5Kw，所以可以正常加工。 7、檢驗機床進給系統(tǒng)強度，已知主切削力 Fz＝1709N 。 徑向切削力 =199 , =0.9, =0.6, =-0.3, =0.5×1×1=0.5 將以上yFYCFYXYFYnFYK 數(shù)把代入試式 =9.81× (2-3)nfy60XapfV =85N 軸向力 =294, =1.0, =0.5, =-0.4, =1.17×1×1=1.17XFXFXFXnFX 將以上數(shù)把代入試式 =9.81X (2-4)n60CYapfK =128N 取機床導軌與床鞍之間的摩擦系數(shù) u=0.1 則切削力在縱向進給方向對進給機構的 作用力： F= +u( +Fz)XFy =128+0.1(1709+138) =313N 查切削手冊表 1－3,故機床進給系統(tǒng)可正常工作. 8、切削工時查<>表 2.5-3 T= 其中 =4, =0, =28nfll21?1l2l 所以：T= =0.2min8.0 24? 2.4.4.2 粗車外圓粗車外圓 Φ 到 Φ142.2904.9? 粗車外圓粗車外圓 Φ 到 Φ142.29 時 =1mm,,f=0.5mm/r 查<>04.21pa 表 1.6Ra=6.3,刀尖圓弧半徑 , sr=0.8mm 切削速度 Vc= Kv 其中 Cv Cv=242, =0.35,m=0.2.T=60 Kv= × × =0.69×0.87×0.7=0.42vy MVKTKV 查<>表(2.4-17-18-19) 將以上各參數(shù)代入(2-1)式 v=129m/min n= = =283r/mind v?14.3029.145.30? 按機床說明<>表 3.1-18 取 n=320r/min,則此時 v= = =146m/min104.3dn10329.45.3? 切削工時 查<. 表 2.5-3 T= 其中 l=43， =4， =0，T= =0.29minnfll2?1l25.0324X? 第 2 章 加工工藝規(guī)程的制定 18 2.4.4.3 粗車中間臺階面 粗車中間臺階面時 =1.5,f=0.05mm/r 查<>表 2.4-7,Ra=6.3,切pa 削速度： Vc= Kv 其中 Cv=291 =0.2,m=0.2.T=60, Cv vy Kv= × ×MVKTKV =0.69×0.87×0.7 =0.42 查<>表(2.4-17-18-19) 以上各參數(shù)代入(2-1)v =3.49m/s=209m/min n= = =539r/mindv?14.306.1234.309? 按機床說明<>表 3.1-18 取 n=560r/min,則此時 V= = =217m/min104.3dn10560.234.? 切削工時 查<. 表 2.5-3 特性車削: t= L=d－ /2+ ,其中 d=141.29, =120, =4,fn L1dl1d1l T= =0.5min560.0418?? 2.4.4.4 車左端面 車左端面時 =1.5,f=0.8mm/r 查<>表 2.4-3,Ra=3.2-6.3,切削pa 速度： Vc= Kv 其中 Cv=235 =0.45,m=0.2.T=60, Cv vy Kv= × ×MVKTKV =0.69×0.87×0.7 =0.42 查<>表(2.4-17-18-19) 將上各參數(shù)代入(2-1) v =1.7m/s=102m/min n= = =228r/minXdv14.3029.14.30? 按機床說明<>表 3.1-18 取 n=250r/min,則此時 v = = =112m/min104.3dn10259.4.3? 切削工時 查<. 表 2.5-3 四川理工學院畢業(yè)設計(論文)說明書 19 特性車削: t= L=d/2+ + + ,其中 d=142.29, =4, =3, =5 fn L1l231l2l3l 所以 T= =0.41min2508.147?? 2.4.4.5 車與水平面成 角,d=Φ113±0.5 距左端面 4mm 的端面時03 車與水平面成 角,d=Φ113±0.5 距左端面 4mm 的端面時, 同樣選用0 =1.5,f=0.8mm/r 查<>表 2.4-3,Ra=3.2-6.3,切削速度：pa Vc = Kv 其中 Cv=235 =0.45,m=0.2.T=60 Cv vy Kv= × × =0.69×0.87×0.7=0.42MVKTKV 查<>表(2.4-17-18-19) 將上各參數(shù)代入(2-1)V=1.7m/s=102m/min n= = =290r/mindv?14.30134.302? 按機床說明<>表 3.1-18 取 n=320r/min,則此時 V= = =114m/min104.3dn10324.3? 切削工時 查<. 表 2.5-3 特性車削: t= L=d/2+ + + ,其中 d=110, =4, =3, =0 所以 T=fn L1l231l23l =0.25min3208.756?? 2.4.4.6 粗車外圓到 Φ180.03 粗車外圓到 Φ180.03 時選用 =1.5,f=0.5mm/r 查<>表 2.4-pa 3,Ra=3.2-6.3,切削速度 Vc= Kv 其中 Cv=242 =0.35,m=0.2.T=60 Cv vy Kv= × ×MVKTKV =0.69×0.87×0.7 =0.42 查<>表(2.4-17-18-19) 將上各參數(shù)代入(2-1)v =2m/s=120m/min n= = =209r/mindv?14.3003.184.32? 按機床說明<>表 3.1-18 取 n=200r/min,則此時 v = = =114m/min104.3dn1023.84.3? 第 2 章 加工工藝規(guī)程的制定 20 切削工時 查<. 表 2.5-3 特性車削: t= L= +l,其中 1=28, =4fn L1l1l 所以 T= =0.32min205.48X? 2.4.4.7 車右端面 車右端面時選用 =1.5,f=0.8mm/r 查<>表 2.4-3,Ra=3.2-6.3,pa 切削速度 Vc= Kv 其中 Cv=235 =0.45,m=0.2.T=60 Cv vy Kv= × ×MVKTKV =0.69×0.87×0.7 =0.42 查<>表(2.4-17-18-19) 將上各參數(shù)代入(2-1)v =1.7m/s=102m/min n= = =180r/mindv?14.3003.184.32? 按機床說明<>表 3.1-18 取 n=200r/min,則此時 v = = =114m/min104.3dn10203.84.3? 切削工時 查<. 表 2.5-3 特性車削: t= L=d/2+ + + ,其中 d=181.03, =4, =3, =0 所以 T=fn L1l231l23l =0.56min208.7159?? 2.4.4.8 車與水平面成 角 d=Φ152±0.5 距右端面 8mm 的端面4 車與水平面成 角 d=Φ152±0.5 距右端面 8mm 的端面時選用 =1.5,f=0.8mm/rpa 查<>表 2.4-3,Ra=3.2-6.3,切削速度 Vc= Kv 其中 Cv=235 =0.45,m=0.2.T=60 Cv vy Kv= × ×MVKTKV =0.69×0.87×0.7 =0.42 查<>表(2.4-17-18-19) 將上各參數(shù)代入(2-1)v =1.7m/s=102m/min n= = =216r/mindv?14.301524.30? 按機床說明<>表 3.1-18 取 n=200r/min,則此時 四川理工學院畢業(yè)設計(論文)說明書 21 v = = =95m/min104.3dn10254.3? 切削工時 查<. 表 2.5-3 特性車削: t= L=d/2+ + + ,其中 d=152, =4, =3, =0 所以 T=fn L1l231l23l =0.51min208.76?? 2.4.4.9 車與水平面成 角 d=Φ107±0.5 距右端面 18mm 的端面45 車與水平面成 角 d=Φ107±0.5 距右端面 18mm 的端面時選用 =1.5,f=0.8mm/r 查<>表 2.4-3,Ra=3.2-6.3,切削速度pa Vc= Kv 其中 Cv=235 =0.45,m=0.2.T=60 Cv vy Kv= × ×MVKTKV =0.69×0.87×0.7 =0.42 查<>表(2.4-17-18-19) 將上各參數(shù)代入(2-1)v =1.7m/s=102m/min n= = =307r/mindv?14.301074.32? 按機床說明<>表 3.1-18 取 n=320r/min,則此時 v = = =108m/min104.3dn103274.3? 切削工時 查<. 表 2.5-3 特性車削: t= L=d/2+ + + ,其中 d=107, =4, =3, =0 所以 T=fn L1l231l2l3l =0.24min3208.75?? 2.4.4.10 車孔至 Φ75 深 50 的孔 車孔至 Φ75 深 50 的孔時查切削手冊 =6.5,f=0.15mm/r 切削速度:pa 根據(jù)<>表 15-37 查得切削速度 v =2.2m/S=122m/min,所 n= =dv?14.30 =517r/min7514.320? 按機床說明<>表 3.1-18 取 n=500r/min,則此時 v = = =118m/min104.3dn10. 切削工時 查<. 表 2.5-3 特性車削: t= L=l+ + 其中 l=76, + =10fn L1l21l2 所以 T= =0.8min501.?? 2.4.4.11 車孔至 Φ87 深 26 的孔 車孔至