矩形齿花键套课程设计.doc

目录

前言 2
一．矩形花键套零件的分析 3
1.零件图的分析 3
2.零件的作用 3
二．油阀座加工工艺的设计 5
1.确定毛坯的制造成型 5
2.定位基准的选择 5
3.制定工艺路线 5
4. 毛坯尺寸的确定与机械加工余量 6
5. 工艺分析 8
6.确定切削用量及基本工时 8
三．夹具的设计 10
1.分析零件的工艺过程和本工序的加工要求 10
3.导向和夹紧方案及其他元件的设计 10
5.绘制夹具体装配总图 12
6.尺寸的标注及明细表的编制 12
7.对于非标准件的零件图设计 13
四．小结 14
五、参考文献 15

前言
机械工艺与夹具技术被引入工业领域已经有一百多年的历史了，随着工业的迅猛发展机制工艺与夹具技术更加日新月异。伴随着数学、控制理论计算机、电子器件的发展，出现了机制工艺与夹具技术系统，并作为一门应用科学已发展成熟，形成了自己的体系和一套行之有效的分析和设计方法。
这次设计使我们能综合运用机械制造工艺学中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决工艺问题，初步具备了设计一个中等复杂零件（杠杆）的工艺规程的能力和运用夹具设计的基本原理和方法，拟定夹具设计方案。
机制工艺与夹具技术的应用非常广泛，如一般工业用的塑料加工机械、压力机械、机床等，行走机械中的工程机械、建筑机械、农业机械、汽车等，钢铁工业用的冶金机械、提升装置等。应该提及的是，近年来，世界科学技术不断迅速发展，各部门对机制工艺与夹具技术提出了更高的要求。同时，机制工艺与夹具技术与电子技术的配合，广泛应用于智能机器人、海洋开发、高精度零件的制造与加工等，使机制工艺与夹具技术的应用提高到一个崭新的高度。

一．矩形花键套零件的分析
1.零件图的分析
通过对该零件图的重新绘制，知原图样的视图正确、完整，尺寸、公差及技术要求齐全。
（1） 与花键套内孔的同轴度公差为。
（2） 右端面与花键套内孔中心线的垂直度公差为。
（3） 热处理28~32HRC。
（4） 未注倒角C1。
（5） 材料45钢。

零件图
2.零件的作用
我所选择的零件是矩形齿花键套，通过矩形花键轴与矩形花键套的配合，组成花键联接。
花键联接由内花键和外花键组成。内、外花键均为多齿零件，在内圆柱表面上的花键为内花键，在外圆柱表面上的花键为外花键。显然，花键联接是平键联接在数目上的发展。
（1） 使用特点：
由于结构形式和制造工艺的不同，与平键联接比较，花键联接在强度、工艺和使用方面有下列特点：
a.因为在轴上与毂孔上直接而均匀地制出较多的齿与槽，故联接受力较为均匀；
b.因槽较浅，齿根处应力集中较小，轴与毂的强度削弱较少；
c.齿数较多，总接触面积较大，因而可承受较大的载荷；
d.轴上零件与轴的对中性好，这对高速及精密机器很重要；
e.导向性好，这对动联接很重要；
f.可用磨削的方法提高加工精度及联接质量；
g.制造工艺较复杂，有时需要专门设备，成本较高。
（2）适用场合：
定心精度要求高、传递转矩大或经常滑移的联接。
（3）分类：
花键联接按齿形的不同，可分为矩形花键和渐开线花键两类，这两类花键均已标准化。
a.矩形花键
按齿高的不同，矩形花键的齿形尺寸在标准中规定两个系列，即轻系列和中系列。轻系列的承载能力较低，多用于静联接或轻载联接；中系列用于中等载荷。
矩形花键的定心方式为小径定心，即外花键和内花键的小径为配合面。其特点是定心精度高，定心的稳定性好，能用磨削的方法消除热处理引起的变形。矩形花键联接是应用最为广泛的花键联接。 应用广泛。如航空发动机、汽车、燃气轮机、机床、工程机械、拖拉机、农业机械及一般机械传动装置等等。
b.渐开线花键
渐开线花键的齿廓为渐开线，分度圆压力角α有30°及45°两种。齿顶高分别为0.5m和0.4m（m为模数）。渐开线花键可以用制造齿轮的方法来加工，工艺性较好，易获得较高的制造精度和互换性。
渐开线花键的定心方式为齿形定心。受载时齿上有径向力，能起自动定心作用，有利于各齿受力均匀，强度高，寿命长。用于载荷较大，定心精度要求较高以及尺寸较大的联接，如航空发动机、燃气轮机、汽车等。压力角45°的花键多用于轻载、小直径和薄型零件的联接。

二．油阀座加工工艺的设计
1.确定毛坯的制造成型
该花键套定位盘部分直径为Φ120mm，花键套外径部分为Φ45mm,其尺寸差距比较大，在单件小批量生产时（不采用锻件毛坯），应选用合适的坯料，以减少材料的浪费。
该工件锻造比较大，很容易造成应力分布不均。因此，锻造后须进行正火处理，粗加工后进行调质处理，以改善材料的切削性能。
2.定位基准的选择
（1）精基准的选择：
Φ70mm为第一个加工段，以其右端面为定位基准，故选择其作为加工其它有关表面的统一精基准。
（2）粗基准的选择：
粗基准应为一些非加工面，为了保证Φ70mm与Φ45mm的同轴度以及Φ120mm右端面与Φ45mm的垂直度，故选Φ45mm的中心轴作为粗基准。
（3）表面加工方法选择：
1）Φ70mm及其右端面、Φ120mm、Φ45mm及其左端面采用粗车和精车。
2）拉花键前学要先车Φ17.8mm大小的内孔，精车至。
3）拉花键。
4）钻Φ13mm的孔。
3.制定工艺路线
机械加工工序的安排本着“基面先行，先主后次，先粗后精，先面后孔”的原则。精基准的选择主要遵从“基准重合原则和基准统一原则”。
首先以不加工面Φ45外圆中心轴作粗基准来粗加工Φ120右端面及Φ70及其右端面，这样能保证Φ45与Φ70的同轴度，Φ45与Φ120的垂直度，以左端面为基准一侧限制一个移动自由度，用三抓卡盘定位Φ45的外圆限制4个自由度；再用三抓卡盘定位Φ120外圆，粗车Φ45的外圆，精车Φ45的外圆和内孔Φ15；再掉头精车右端和内孔至Φ19；拉花键；钻Φ13的孔。
选择加工设备及工艺装备：
由于是中批量生产，故加工设备以通用机床为主，其生产方式以通用机床通用夹具为主，工件在个机床上的装卸及个机床间的传送均由工人完成。
（1） 车右端面，考虑到工件的定位加紧方案等问题，选用CA6140车床，端面车刀。
（2） 车Φ120、Φ70、Φ45选用CA6140车床，端面车刀。
（3） 车Φ19选用CA6140车床，镗刀。
（4） 拉花键，选用L6120，专用拉刀。
（5） 钻Φ13孔，选用钻床，中心钻。

综上制定工艺卡如下
工序号
工序
工序内容
设备
工艺装备
40
粗车
车外圆及端面
CA6140
三爪自定心卡盘
50
粗车
车处毛坯外圆及端面
CA6140
三爪自定心卡盘
70
精车
精车外圆及左侧面至图样尺寸，车内孔
CA6140
三爪自定心卡盘
80
精车
夹外圆找正外圆左侧面，车外圆及右端各部至图样尺寸，精车内孔至
CA6140
三爪自定心卡盘
90
拉花键
拉花键
L6120

100
钻孔
钻孔
Z3032C

专用夹具
4. 毛坯尺寸的确定与机械加工余量
(1)锻件机械加工余量；
对于批量生产的锻件加工余量与公差由《机械制造技术课程设计指导书》查得选取精度等级为F级，各表面的总余量见下表1。
表1 各表面的总余量
加工表面
基本尺寸
加工余量等级
余量a、b
说明
a
b
Φ120
120
F

单侧加工
Φ70
70
F

单侧加工
Φ45
45
F

单侧加工

零件毛坯合图
(2)本零件其他表面加工余量，工序尺寸及公差表面粗糙度见表 2

工序尺寸及公差表面粗糙度见表 2

加工表面
工序加工余量
工序尺寸与公差
表面粗糙度

粗
精
粗
精
粗
精
Φ120
2.5
1.1
Φ125
Φ121.1
12.5
12.5
Φ70
2.3
1.1
/
Φ71.1
12.5
12.5
Φ45
2.0
1.0
Φ50
Φ46
12.5
12.5
Φ19
2.0
0.9
Φ18.1
Φ19
3.2
3.2
5. 工艺分析
1） 工序安排以在设备上实际应用的尺寸及右端面定位，装夹工件，进行花键套的拉削加工，达到了设计基准、工艺基准及使用的统一。
2） 该矩形齿花键套为大径定心，宜采用拉削加工。
3） 与花键套内孔的同轴度检查；右端面与花键套内孔的垂直度检查，可采用孔配装心轴后，在移摆仪上用百分表检查同轴度及垂直度。
4） 花键套键宽、大径和小径尺寸及等分精度的检查，可采用综合量规进行检查。
6.确定切削用量及基本工时
确定第一道工序切屑用量及工时制定。
切削用量包括背吃刀量、进给量、 和切削速度、 确定顺序是先确定、， 在确定。
工序40 切削用量及基本时间的确定。
6.1.切削用量
本工序为粗车（车端面、外圆）。已知加工材料为45钢，=670MPa锻件，机床为CA6140型卧式车床，工件装卡在三爪自定心卡盘上。
1.确定粗车外圆的切削用量。所选刀具为YT5硬质合金可转位车刀。根据《机械制造技术课程设计指导书》查表G-7，选刀杆尺寸B H= 刀片厚度为4mm。查表得，选择车刀几何形状为卷削槽倒棱型前刀面前角=、后角=6 、主偏角=90°、副偏角 =10 、刃倾角=0、刀尖圆弧半径=1.0mm
2.确定背吃刀量 粗车双边余量为5 mm，显然 为单边余量 =2.5mm
3.确定进给量 根据表G-7，在粗车钢料、刀杆尺寸为 、3mm 工件直径为100~400mm 时，=0.6~1.2mm/r 按CA6140车床的进给量，选择= 0.65mm/r。
确定的进给量上需满足机床进给机构强度的要求，故需进行校验
通过查表得，车床进给机构容许的进给力=3530N
通过查表得，当钢料=570~670MPa、 3mm 、 0.75mm/r、=45、=45.6m/min时进给力= 760N
的修正系数为= 1.0 故实际进给力为= 889.2N
所选的进给量= 0.65mm/r 可用。
4.确定切削速度 通过查表得，当用YT15硬质合金车刀加工= 600~700MPa钢料、 3mm 、
0.75mm/r 时 ，切削速度 = 109m/min
切削速度的修正系数各为 0.8，0.65，0.81，1.15，1.0 故
=52.8m/min
n= =138.9r/min
按CA6140车床的转速，选择 =280r/min，则实际切削速度 = 105.6m/min
最后确定粗车120外圆的切削用量为 =1.0mm、= 0.6mm/r、 =280r/min 、 = 105.6m/min
同样确定精车120外圆的切削用量 =0.55mm、= 0.85mm/r、 =280r/min 、 = 105.6m/min
同样确定粗车120右端面的切削用量 =2.5mm、= 0.8mm/r、 =280r/min 、 = 105.6m/min
同样确定精车120右端面的切削用量 =0.6mm、= 0.85mm/r、 =280r/min 、 = 105.6m/min
6.2其他工序的切削用量见工序卡
三．夹具的设计
1.分析零件的工艺过程和本工序的加工要求
决定设计第100道工序的工装夹具，在给定的零件中，对本工序的主要要求考虑尺寸13mm平均分布在圆盘上，由于公差要求较低，因此本步的重点应在加紧的方便、快速性上与孔的分布。本工序所使用的加工设备为Z5125型立式钻床。
2.拟定定位方案 设计定位元件
定位基准的选择：
出于定位简单和快速的考虑，选择孔φ24.5mm和端面为基准定位，侧面加定位销辅助定位，使工件完全定位，再使用快速螺旋卡紧机构进行卡紧。
本工序以外圆及右端面定位，使加工基准和设计基准统一，能很好的保证定位的精度。另外，还采用定位心轴来减少纵向倾斜的偏差。
3.导向和夹紧方案及其他元件的设计
为了确定刀具相对于工件的位置，夹具上应设置钻套作为导向元件。 这里，我选用快换钻套。
4.夹具体的设计

钻模的结构特点是除有工件的定位、夹紧装置外，还有根据被加工孔的位置分布而设置的钻套和钻模板，用以确定刀具的位置，并防止刀具在加工过程中倾斜，从而保证被加工孔的位置精度。常用的钻模有固定式、回转式、翻转式和盖板式 4种。
夹具体的底面为安装基面，定位心轴在夹具体上采用过渡配合，用锁紧螺母把其夹紧在夹具体上，用防转销钉防止其转动。钻模板与夹具体用三个螺钉和两个销钉连接，夹具装配时待钻模板位置调整确定后，再拧紧螺钉，然后配钻，钻铰销钉孔，打入销钉定位。
切削力和卡紧力计算:
本步加工按钻削估算卡紧力，实际效果可以保证可靠的卡紧。
（1）钻削轴向力 ：

（2）扭矩

（3）卡紧力为
取系数 S1=1.5 S2=S3=S4=1.1
则实际卡紧力为 F’=S1×S2×S3×S4×F=16.77N
使用快速螺旋定位机构快速人工卡紧，调节卡紧力调节装置，即可指定可靠的卡紧力。
由上述计算可知，夹具的卡紧力不大，故使用手动卡紧。为了提高生产力，使用螺纹卡紧机构
本次设计中画出了夹具体的零件图，具体结构可参见下图
夹具体零件图
5.绘制夹具体装配总图
在上述方案基础上绘制夹具草图，经过多次修改确定总装配图，如图

夹具体装配图

6.尺寸的标注及明细表的编制
将必须标注的主要尺寸、工程技术要求、基准符号、配合代号及公差等级按规定标注在钻孔夹具总装配图上。
7.对于非标准件的零件图设计
由于采用定位心轴防止纵向偏差，而定位心轴为非标准件，具体如图所示，经过改善以后加了退刀槽。

定位心轴

四．小结
本次设计是对所学的工程材料与机械制造基础，机械设计，机械制造技术， 互换性与测量技术等大学课程的一次深入的综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练，能够使我们的知识掌握更牢，并能提升我们分析问题，解决问题的能力。
作为机械制造专业的学生，最基本也是最实用的就是加工工艺和专用夹具的设计的制定 。通过课程设计，我更为深入的掌握了加工工艺和专用夹具的设计的基本步骤和方法。
通过设计对所学各课程的一次深入的综合性的总复习，通过本次设计，使我在各个方面都有了很大的提高，具体地表现在以下几个方面：
（1）对大学三年所学到的东西进行了归纳总结，进一步完善了自己的知识结构。
（2）对所学习知识点进行查漏补缺，并了解学习了新的知识，开阔了视野，拓宽了自己的知识面。同时培养个人一定的创新思维。
（3）利用理论知识解决实际问题的能力得到了提高，为以后正确解决工作和学习中的问题打下了坚实的基础。
（4）学会了充分地利用网络资源查阅相关资料，以及借助前人的研究成果寻求解决问题的思维方法，对新信息和新知识及时做笔记。

五、参考文献
1.机械制造技术 郭彩芬、王伟麟主编 机械工业出版社 2009.06
2.机械制造技术课程设计指导书 郭彩芬主编 机械工业出版社 2010.10
3. 机械加工工艺设计员手册 陈宏钧主编 机械工业出版社 2009.01

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