变速器齿轮轴零件机械加工工艺规程与夹具说明书(车夹具).doc

XX大学 课程设计论文 变速器齿轮轴零件的机械加工工艺规程和夹具设计 所在学院专 业班 级姓 名学 号指导老师 年 月 日摘 要变速器齿轮轴零件加工工艺及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计算，关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，误差目 录摘 要II目 录III第1章 序 言5第2章 零件的分析62.1零件的形状62.2零件的工艺分析6第3章 工艺规程设计73.1 确定毛坯的制造形式73.2 基面的选择73.3 制定工艺路线83.3.1 工艺路线方案一83.3.2 工艺路线方案二93.3.3 工艺方案的比较与分析103.4 选择加工设备和工艺装备113.4.1 机床选用113.4.2 选择刀具113.4.3 选择量具113.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定113.6确定切削用量及基本工时124车床夹具设计234.1车床夹具设计要求说明234.2车床夹具的设计要点234.3定位机构254.4夹紧机构254.5零件的车床夹具的加工误差分析264.6确定夹具体结构尺寸和总体结构284.7零件的车床专用夹具简单使用说明29总 结30致 谢31参 考 文 献3131 / 32 第1章 序 言机械制造业是制造具有一定形状位置和尺寸的零件和产品，并把它们装备成机械装备的行业。机械制造业的产品既可以直接供人们使用，也可以为其它行业的生产提供装备，社会上有着各种各样的机械或机械制造业的产品。我们的生活离不开制造业，因此制造业是国民经济发展的重要行业，是一个国家或地区发展的重要基础及有力支柱。从某中意义上讲，机械制造水平的高低是衡量一个国家国民经济综合实力和科学技术水平的重要指标。变速器齿轮轴零件加工工艺及夹具设计是在学完了机械制图、机械制造技术基础、机械设计、机械工程材料等的基础下，进行的一个全面的考核。正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及工艺路线安排，工艺尺寸确定等问题，并设计出专用夹具，保证尺寸证零件的加工质量。本次设计也要培养自己的自学与创新能力。因此本次设计综合性和实践性强、涉及知识面广。所以在设计中既要注意基本概念、基本理论，又要注意生产实践的需要，只有将各种理论与生产实践相结合，才能很好的完成本次设计。本次设计水平有限，其中难免有缺点错误，敬请老师们批评指正。第2章 零件的分析2.1零件的形状题目给的零件是变速器齿轮轴零件，主要作用是起连接传递运动的作用。零件的实际形状如上图所示，从零件图上看，该零件是典型的零件，结构比较简单。具体尺寸，公差如下图所示。2.2零件的工艺分析由零件图可知，其材料为20CrMiTi，具有较高强度，耐磨性，耐热性及减振性，适用于承受较大应力和要求耐磨零件。变速器齿轮轴零件主要加工表面为：1.车外圆及端面，表面粗糙度值为3.2。2.车外圆及端面，表面粗糙度值3.2。3.车装配孔，表面粗糙度值3.2。4.半精车侧面，及表面粗糙度值3.2。法兰面粗糙度值6.3。变速器齿轮轴共有两组加工表面，他们之间有一定的位置要求。现分述如下：(1)左端的加工表面： 这一组加工表面包括：左端面，左端40外圆、30外圆、26外圆、15外圆以及端面，倒角。其要求并不高，粗车后半精车就可以达到精度要求。而钻工没有精度要求，因此一道工序就可以达到要求，并不需要扩孔、铰孔等工序。(2).右端面的加工表面： 这一组加工表面包括：车61.226外圆、44外圆以及端面，倒角为其要求也不高，粗车后半精车就可以达到精度要求。其中，26.4内孔、24内孔以及端面内孔或内圆直接在上做镗工就行了。第3章 工艺规程设计本变速器齿轮轴来自假设年产量为产品的生产纲领5000台/年，该零件备品率为4，废品率为 0.5。结合生产实际，备品率和 废品率分别取19%和0.25%代入公式得该工件的生产纲领 N=Qn(1+)（1+)=5226件/年3.1 确定毛坯的制造形式零件材料为20CrMiTi，年产量已达成批生产水平，而且零件轮廓尺寸不大，可以采用型材圆钢，这从提高生产效率，保证加工精度，减少生产成本上考虑，也是应该的。3.2 基面的选择基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产效率得以提高。否则，不但使加工工艺过程中的问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。粗基准的选择，对像变速器齿轮轴这样的零件来说，选好粗基准是至关重要的。对本零件来说，如果外圆的端面做基准，则可能造成这一组内外圆的面与零件的外形不对称，按照有关粗基准的选择原则(即当零件有不加工表面时，应以这些不加工表面做粗基准，若零件有若干个不加工表面时，则应以与加工表面要求相对应位置精度较高的不加工表面做为粗基准)。对于精基准而言，主要应该考虑基准重合的问题，当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门计算，此处不在重复。3.3 制定工艺路线制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已经确定为成批生产的条件下，可以考虑采用万能性机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。3.3.1 工艺路线方案一10锻造锻造20时效时效30粗车粗车61.226外圆、44外圆以及端面，倒角为。40 粗车粗车左端40外圆、30外圆、26外圆、15外圆以及端面，倒角为50精车精车61.226外圆、44外圆以及端面，倒角为。60精车精车左端40外圆、30外圆、26外圆、15外圆以及端面，倒角为70车车2X2退刀槽80车车左端2处退刀槽90粗车粗车26.4内孔、24内孔以及端面，倒角为。100精车精车26.4内孔、24内孔以及端面，倒角为。110滚齿滚齿加工120铣花键铣花键130钻孔钻2-2.5孔140钳去毛刺，清洗150终检终检入库10锻造锻造20时效时效3.3.2 工艺路线方案二10锻造锻造20时效时效30粗车粗车61.226外圆、44外圆以及端面，倒角为。40 粗车粗车左端40外圆、30外圆、26外圆、15外圆以及端面，倒角为50精车精车61.226外圆、44外圆以及端面，倒角为。60精车精车左端40外圆、30外圆、26外圆、15外圆以及端面，倒角为70车车2X2退刀槽80车车左端2处退刀槽90粗车粗车26.4内孔、24内孔以及端面，倒角为。100精车精车26.4内孔、24内孔以及端面，倒角为。110钻孔钻2-2.5孔120滚齿滚齿加工130铣花键铣花键140钳去毛刺，清洗150终检终检入库10锻造锻造20时效时效3.3.3 工艺方案的比较与分析上述两个方案的特点在于：方案一的定位和装夹等都比较方便，但是要更换多台设备，加工过程比较繁琐，而且在加工过程中位置精度不易保证。方案二增加了装夹次数，增加了机床的来回调换，因为有些工序在车床上也可以加工，镗、钻孔等等，需要换上相应的刀具。而且在磨削过程有一定难度，要设计专用夹具。因此综合两个工艺方案，取优弃劣，具体工艺过程如下：10锻造锻造20时效时效30粗车粗车61.226外圆、44外圆以及端面，倒角为。40 粗车粗车左端40外圆、30外圆、26外圆、15外圆以及端面，倒角为50精车精车61.226外圆、44外圆以及端面，倒角为。60精车精车左端40外圆、30外圆、26外圆、15外圆以及端面，倒角为70车车2X2退刀槽80车车左端2处退刀槽90粗车粗车26.4内孔、24内孔以及端面，倒角为。100精车精车26.4内孔、24内孔以及端面，倒角为。110钻孔钻2-2.5孔120滚齿滚齿加工130铣花键铣花键140钳去毛刺，清洗150终检终检入库10锻造锻造20时效时效3.4 选择加工设备和工艺装备3.4.1 机床选用.工序和工序是粗车、粗镗和半精车、半精镗。各工序的工步数不多，成批量生产，故选用卧式车床就能满足要求。本零件外轮廓尺寸不大，精度要求属于中等要求，选用最常用的CA6140卧式车床。参考根据机械制造设计工工艺简明手册表4.2-7。.工序是钻孔，选用Z525摇臂钻床。3.4.2 选择刀具.在车床上加工的工序,一般选用硬质合金车刀和镗刀。加工刀具选用YG6类硬质合金车刀，它的主要应用范围为普通铸铁、冷硬铸铁、高温合金的精加工和半精加工。为提高生产率及经济性,可选用可转位车刀(GB5343.1-85,GB5343.2-85)。.钻孔时选用高速钢麻花钻，参考机械加工工艺手册（主编 孟少农），第二卷表10.21-47及表10.2-53可得到所有参数。.磨具的选用：磨具通常又称为砂轮。是磨削加工所使用的“刀具”。磨具的性能主要取决于磨具的磨料、结合剂、粒度、硬度、组织以及砂轮的形状和尺寸。参考简明机械加工工艺手册（主编 徐圣群） 表12-47，选择双斜边二号砂轮。3.4.3 选择量具本零件属于成批量生产，一般均采用通常量具。选择量具的方法有两种：一是按计量器具的不确定度选择；二是按计量器的测量方法极限误差选择。采用其中的一种方法即可。3.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定“变速器齿轮轴” 零件材料为20CrMiTi，查机械加工工艺手册（以后简称工艺手册），表2.2-17 各种铁的性能比较，20CrMiTi的硬度HB为143269，表2.2-23铁的物理性能，密度=7.27.3（），计算零件毛坯的重量约为2。表3-1 机械加工车间的生产性质生产类别同类零件的年产量件重型（零件重2000kg）中型（零件重1002000kg）轻型（零件重11.8013.20151101表3-7 通用型麻花钻的主要几何参数的推存值（根据GB6137-85） （）d (mm)2f8.618.0030118124060表3-8 钻头、扩孔钻和铰刀的磨钝标准及耐用度（1）后刀面最大磨损限度mm刀具材料加工材料钻头直径d0（mm）20高速钢铸铁0.50.8（2）单刃加工刀具耐用度T min刀具类型加工材料刀具材料刀具直径d0（mm）1120钻头（钻孔及扩孔）铸铁、铜合金及合金高速钢60钻头后刀面最大磨损限度为0.50.8mm刀具耐用度T = 60 min.确定进给量查机械加工工艺手册 孟少农 主编，第二卷表10.4高速钢钻头钻孔的进给量为f=0.250.65,根据表4.13中可知，进给量取f=0.60。.确定切削速度 查机械加工工艺手册 孟少农 主编，表10.4-17高速钢钻头在球墨铸铁（190HBS）上钻孔的切削速度轴向力，扭矩及功率得，V=12，参考机械加工工艺手册 孟少农 主编，表10.4-10钻扩铰孔条件改变时切削速度修正系数K=1.0，R=0.85。 V=12=10.32 （3-17）则 = =131 （3-18） 查表4.2-12可知， 取 n = 150则实际切削速度 = = =11.8.确定切削时间查机械加工工艺手册 孟少农 主编，表10.4-43，钻孔时加工机动时间计算公式： T= （3-19）其中 l= l=5 l=23则： t= =9.133.6.5.2 确定钻孔的切削用量钻孔选用机床为Z525摇臂机床，刀具选用GB1436-85直柄短麻花钻，机械加工工艺手册第2卷。根据机械加工工艺手册第2卷表10.4-2查得钻头直径小于10的钻孔进给量为0.200.35。 则取确定切削速度，根据机械加工工艺手册第2卷表10.4-9切削速度计算公式为 （3-20）查得参数为，刀具耐用度T=35则 =1.6所以 =72选取 所以实际切削速度为=2.64确定切削时间（一个孔） =工序130铣花键机床的选择：X52K型铣床（1）选择刀具：查，根据表2.1-72，因为铣削宽度，可查得立铣刀 2）查，根据表2.1-20，选择7:24锥柄立铣刀，标准系列L=198mm，标准系列l=63mm，粗齿数为4。（2）选择切削用量1）决定铣削深度 铣削深度由工序决定，因为每次的铣削深度不大，故均可以一次性走完，则粗铣削时为3.4mm。2）决定每齿进给量 查，根据表2.1-72，当铣削宽度=12mm时，铣刀的每齿进给量，取，所以。3）选择铣刀磨钝标准及刀具寿命 查，根据表2.1-75，可选择高速钢立铣刀，粗铣，后刀面的最大磨损限度为0.30.5mm，查，根据表2.1-76，可选用的高速钢立铣刀，其耐用度T=90min。4）决定切削速度 查，根据表2.1-77可查得：=1.18，=1.0，=0.9，=1.2，=1.0，=1.25（铣削余量较小时，） 铣削速度计算公式： 查，根据表2.1-77可查得： 所以 m/min r/min 查，根据表3.30，XA6132型万能铣床的使用说明书，选择： 这时实际切削速度为 m/min3.6.1精铣（1）选择的机床、刀具的型号、尺寸均和粗铣相同（2）选择切削用量1）决定铣削深度根据，可查得精铣=0.6mm。2）决定每齿进给量 查，根据表2.1-72，当铣削宽度时，铣刀每齿进给量，取，所以 mm/r3）选择铣刀磨钝标准及刀具寿命 查，根据表2.1-75，可选择高速钢铣刀，立铣刀，精铣，后刀面的最大磨损限度为0.20.25mm，查，根据表2.1-76，可查得选用的高速钢立铣刀，其耐用度T=90min。4）决定切削速度 查，根据表2.1-77可查得：，（铣削余量较小时，） 铣削速度计算公式： 查，根据表2.1-77，可查得： 所以 m/min r/min 查，根据表3.30，铣床的使用说明书，选择： 这时实际切削速度为 m/min4车床夹具设计4.1车床夹具设计要求说明车床夹具主要用于加工轴 外圆夹具。因而车床夹具的主要特点是工件加工表面的中心线与机床主轴的回转轴线同轴。（1） 安装在车床主轴上的夹具。这类夹具很多，有通用的三爪卡盘、四爪卡盘，花盘，顶尖等，还有自行设计的心轴；专用夹具通常可分为心轴式、夹头式、卡盘式、角铁式和花盘式。这类夹具的特点是加工时随机床主轴一起旋转，刀具做进给运动定心式车床夹具 在定心式车床夹具上，工件常以孔或外圆定位，夹具采用定心夹紧机构。角铁式车床夹具 在车床上加工壳体、支座、杠杆、接头等零件的回转端面时，由于零件形状较复杂，难以装夹在通用卡盘上，因而须设计专用夹具。这种夹具的夹具体呈角铁状，故称其为角铁式车床夹具。花盘式车床夹具 这类夹具的夹具体称花盘，上面开有若干个T形槽，安装定位元件、夹紧元件和分度元件等辅助元件，可加工形状复杂工件的外圆和内孔。这类夹具不对称，要注意平衡。（2） 安装在托板上的夹具。某些重型、畸形工件，常常将夹具安装在托板上。刀具则安装在车床主轴上做旋转运动，夹具做进给运动。由于后一类夹具应用很少，属于机床改装范畴。而生产中需自行设计的较多是安装在车床主轴上的专用夹具，所以零件在车床上加工用专用夹具。4.2车床夹具的设计要点（1）定位装置的设计特点和夹紧装置的设计要求当加工回转表面时，要求工件加工面的轴线与机床主轴轴线重合，夹具上定位装置的结构和布置必须保证这一点。当加工的表面与工序基准之间有尺寸联系或相互位置精度要求时，则应以夹具的回转轴线为基准来确定定位元件的位置。工件的夹紧应可靠。由于加工时工件和夹具一起随主轴高速回转，故在加工过程中工件除受切削力矩的作用外，整个夹具还要受到重力和离心力的作用，转速越高离心力越大，这些力不仅降低夹紧力，同时会使主轴振动。因此，夹紧机构必须具有足够的夹紧力，自锁性能好，以防止工件在加工过程中移动或发生事故。对于角铁式夹具，夹紧力的施力方式要注意防止引起夹具变形。（2）夹具与机床主轴的连接车床夹具与机床主轴的连接精度对夹具的加工精度有一定的影响。因此，要求夹具的回转轴线与卧式车床主轴轴线应具有尽可能小的同轴度误差。心轴类车床夹具以莫氏锥柄与机床主轴锥孔配合连接，用螺杆拉紧。有的心轴则以中心孔与车床前、后顶尖安装使用。根据径向尺寸的大小，其它专用夹具在机床主轴上的安装连接一般有两种方式：1)对于径向尺寸D140mm，或D(23)d的小型夹具，一般用锥柄安装在车床主轴的锥孔中，并用螺杆拉紧，如图1-a所示。这种连接方式定心精度较高。2)对于径向尺寸较大的夹具，一般用过渡盘与车床主轴轴颈连接。过渡盘与主轴配合处的形状取决于主轴前端的结构。图1-b所示的过渡盘，其上有一个定位圆孔按H7/h6或H7/js6与主轴轴颈相配合，并用螺纹和主轴连接。为防止停车和倒车时因惯性作用使两者松开，可用压板将过渡盘压在主轴上。专用夹具则以其定位止口按H7/h6或H7/js6装配在过渡盘的凸缘上，用螺钉紧固。这种连接方式的定心精度受配合间隙的影响。为了提高定心精度，可按找正圆校正夹具与机床主轴的同轴度。对于车床主轴前端为圆锥体并有凸缘的结构，如图1-c所示，过渡盘在其长锥面上配合定心，用活套在主轴上的螺母锁紧，由键传递扭矩。这种安装方式的定心精度较高，但端面要求紧贴，制造上较困难。图1-d所示是以主轴前端短锥面与过渡盘连接的方式。过渡盘推入主轴后，其端面与主轴端面只允许有0.050.1mm的间隙，用螺钉均匀拧紧后，即可保证端面与锥面全部接触，以使定心准确、刚度好。图1 车床夹具与机床主轴的连接过渡盘常作为车床附件备用，设计夹具时应按过渡盘凸缘确定专用夹具体的止口尺寸。过渡盘的材料通常为铸铁。各种车床主轴前端的结构尺寸，可查阅有关手册4.3定位机构本工件在加工孔时采用一面两孔作为定位基准，易于做到工艺过程中的基准统一，保证工件的相对位置精度，且具有支撑面大，支撑刚性好等优点；本工件采用底面和一对对角工艺孔作为定位基准，工件底面为第一定位基准，限制了x、y方向转动，z方向移动三个自由度；圆柱销为第二定位基准限制了x、y方向移动两个自由度；菱形销为第三定位基准，它和圆柱销联合限制了z方向转动自由度，所以此定位方案符合六点定位原理，采用对称压板将工件压紧。4.4夹紧机构选择工件的夹紧方案，夹紧方案的选择原则是夹得稳，夹得劳，夹得快。选择夹紧机构时，要合理确定夹紧力的三要素：大小、方向、作用点。夹紧装置的基本要求如下：1. 夹紧时不能破坏工件在夹具中占有的正确位置；2. 夹紧力要适当，既要保证工件在加工过程中不移动、不转动、不震动，又不因夹紧力过大而使工件表面损伤、变形。3. 夹紧机构的操作应安全、方便、迅速、省力。4. 机构应尽量简单，制造、维修要方便。分析零件加工要素的性质，确定夹紧动力源类型为手动夹紧，夹紧装置为压板，压紧力来源为螺旋力。夹具的具体结构与参数见夹具装配图和零件图。工件夹紧方式的确定从夹紧动力源选择：手动夹紧确定主夹紧机构： 螺栓压板4.5零件的车床夹具的加工误差分析工件在车床夹具上加工时，加工误差的大小受工件在夹具上的定位误差、夹具误差、夹具在主轴上的安装误差和加工方法误差的影响。如夹具图所示，在夹具上加工时，尺寸的加工误差的影响因素如下所述：注：V型块夹角=90。基准位移误差：工件以外圆柱面在V型块定位，由于工件定位面外圆直径有公差D，因此对一批工件来说，当直径由最小DD变大到D时，工件中心（即定位基准）将在V型块的对称中心平面内上下偏移，左右不发生偏移，即工件由变大到,其变化量（即基准位移误差）从图（a）中的几何关系退出：Y=基准不重合误差：从图（b）中设计基准与定位基准不重合，假设定位基准不动，当工件直径由最小DD变到最大D时，设计基准的变化量为，即基准不重合误差B=。从图(c)中可知，设计基准为工件的下母线。即，上述方向由a到a与定位基准变到的方向相反，故其定位误差D是Y与B之差. D=YB=0.207D=0.2070.01=0.00207D=0.00207T 即满足要求4.6确定夹具体结构尺寸和总体结构夹具体设计的基本要求（1）应有适当的精度和尺寸稳定性夹具体上的重要表面，如安装定位元件的表面、安装对刀块或导向元件的表面以及夹具体的安装基面，应有适当的尺寸精度和形状精度，它们之间应有适当的位置精度。为使夹具体的尺寸保持稳定，铸造夹具体要进行时效处理，焊接和锻造夹具体要进行退火处理。（2）应有足够的强度和刚度 为了保证在加工过程中不因夹紧力、切削力等外力的作用而产生不允许的变形和振动，夹具体应有足够的壁厚，刚性不足处可适当增设加强筋。（3）应有良好的结构工艺性和使用性夹具体一般外形尺寸较大，结构比较复杂，而且各表面间的相互位置精度要求高，因此应特别注意其结构工艺性，应做到装卸工件方便，夹具维修方便。在满足刚度和强度的前提下，应尽量能减轻重量，缩小体积，力求简单。（4）应便于排除切屑在机械加工过程中，切屑会不断地积聚在夹具体周围，如不及时排除，切削热量的积聚会破坏夹具的定位精度，切屑的抛甩可能缠绕定位元件，也会破坏定位精度，甚至发生安全事故。因此，对于加工过程中切屑产生不多的情况，可适当加大定位元件工作表面与夹具体之间的距离以增大容屑空间：对于加工过程中切削产生较多的情况，一般应在夹具体上设置排屑槽。（5）在机床上的安装应稳定可靠夹具在机床上的安装都是通过夹具体上的安装基面与机床上的相应表面的接触或配合实现的。当夹具在机床工作台上安装时，夹具的重心应尽量低，支承面积应足够大，安装基面应有较高的配合精度，保证安装稳定可靠。夹具底部一般应中空，大型夹具还应设置吊环或起重孔。确定夹具体的结构尺寸，然后绘制夹具总图。详见绘制的夹具装配图。4.7零件的车床专用夹具简单使用说明（1）夹具的总体结构应力力求紧凑、轻便，悬臂尺寸要短，重心尽可能靠近主轴。（2）当工件和夹具上个元件相对机床主轴的旋转轴线不平衡时，将产生较大的离心力和振动，影响工件的加工质量、刀具的寿命、机床的精度和安全生产，特别是在转速较高的情况下影响更大。因此，对于重量不对称的夹具，要有平衡要求。平衡的方法有两种：设置平衡块或加工减重孔。在工厂实际生产中，常用适配的方法进行夹具的平衡工作。（3）为了保证安全，夹具上各种元件一般不超过夹具的圆形轮廓之外。因此，还应该注意防止切削和冷却液的飞溅问题，必要时应该加防护罩。总 结课程设计即将结束了，时间虽然短暂但是它对我们来说受益菲浅的，通过这次的设计使我们不再是只知道书本上的空理论，不再是纸上谈兵，而是将理论和实践相结合进行实实在在的设计，使我们不但巩固了理论知识而且掌握了设计的步骤和要领，使我们更好的利用图书馆的资料，更好的更熟练的利用我们手中的各种设计手册和AUTOCAD等制图软件，为我们踏入社会打下了好的基础。课程设计使我们认识到了只努力的学好书本上的知识是不够的，还应该更好的做到理论和实践的结合。因此我们非常感谢老师给我们的辛勤指导，使我们学到了很多，也非常珍惜大学给我们的这次设计的机会，它将是我