进给箱齿轮轴机械加工工艺课程设计.docx

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进给箱齿轮轴机械加工工艺课程设计

河南工业职业技术学院

机械加工技术

课程设计说明书

设计题目：

设计“进给箱齿轮轴”零件的机械加工工艺规格及工艺装备（生产纲领：

4000件）

班级机制1107

设计者刘康康

指导教师崔庚彦

设计日期2013.6.17-2013.6.23

设计任务书

河南工业职业技术学院

机械加工技术课程设计任务书

设计题目：

“进给箱齿轮轴”零件的机械加工工艺规程

设计内容：

1、产品零件图

2、三维实体图

3、产品毛坯图

4、机械加工工艺过程卡片

5、机械加工工序卡片

6、课程设计说明书

班级机制1107

设计者刘康康

指导教师崔庚彦

设计日期2013.6.17-2013.6.23

序言

进给箱用来改变进给量，主轴经挂轮箱传入进给箱的运动，通过移动变速手柄来改变进给箱中滑动齿轮的啮合位置，便可使光杆或丝杆获得不同的转速。

本文主要是给“进给箱齿轮轴”制订机械加工工艺规程。

文章分别从课题的来源及意义，毛坯的制造形式及尺寸，基准的选择，加工阶段的划分以及工艺路径的拟定，加工余量还有尺寸的设计来进行介绍的。

1零件分析

1.1选题背景

轴类零件的功用为支撑转动零件、传动扭矩、承受载荷以及保证装在齿轮轴上的工件具有一定的回转精度。

零件Φ24用来装套筒然后装滚动轴承起支撑作用，键槽8用来安装齿轮起定位作用。

Φ30用来安装滚动轴承表面光洁度要求高并且同轴度要求不大于0.01mm轴的一端为齿轮轴用来变向，变速传递运动。

齿轮精度为8级一般精度，其基准孔要求Ra3.2即可。

本零件表面加工并不困难。

Φ60齿轮表面要求精度高，需精磨，并保证同轴度不大于0.125mm。

由于零件是轴类，同轴度要求高，加工一定要注意加工方案。

1、2零件作用

题目给定的零件是进给箱齿轮轴，其主要作用是支撑传动零部件，实现回转运动，并传递力矩和动力，以及承受一定载荷。

齿轮轴零件是将齿轮部分和轴做出一体无需配合的一种常见机械零件。

齿轮轴具备成都效率高、结构紧凑和使用寿命长等一系列优点，是通用机械特别是工程机械传动中的重要零件之一。

轴Φ26mm圆柱面处有圆弧形的键槽，主要是通过键和其他部件相连。

轴的左端部位为齿轮部分，主要传递运动和动力。

1.2零件图

1.3立体图

2工艺规程设计

2.1确定毛坯的自造形式

零件的使用要求和生产类型，毛坯形式有棒料和锻件两种。

在大批大量生产时则采用模锻，因为直径差较大的阶梯轴。

为了节约材料和减少机械加工的劳动量，锻造使零件粗略成型，改善纤维组织提高零件强度。

对于中等精度而转速较高的轴类零件多选用40Cr合金结构钢，这类钢经调质处理和高频淬火后，具有较高的综合机械性能，能满足使用要求，毛坯的尺寸要求高。

“进给箱齿轮轴”零件的材料为40Cr，硬度为207HB毛坯质量，生产类型为大批生产，可采用锻锤上合模模锻毛坯。

根据上述原始资料几及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：

2.1外圆表面尺寸的确定

加工长度为300毫米，与其连接的最大非加工外圆表面直径为Φ65，为简化模锻毛坯的外形，现直接取外圆表面直径为Φ65，Φ60表面粗糙度为R12.5，只需半精加工即可此时直径余量为5已能满足加工要求Φ65×60、Φ40×90、Φ36×155

2.2基准的选择

根据零件的图纸和使用要求分析Φ30、Φ60同轴度要求分别为0.02mm、0.25mm。

基准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，可以使加工质量得以保证，生产率得以提高，否则加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法进行。

1、粗基准的选择对于一般轴类零件而言以外圆作为粗基准是完全合理的。

2、精基准的选择，以两顶尖孔作为轴类零件的定位基准既符合基准重合原则又能使基准统一。

所以以两顶尖为定位基准。

两顶尖孔质量的好坏对加工精度影响很大，应尽量做到两顶尖孔轴线重合，顶尖接触面积大，表面粗糙度底，否则，将会因工件与顶尖间的接触刚度变化而产生加工误差作为定位基准的中心孔经过多次使用可能磨埙或拉毛或因热处理和内应力发生位置变动或表面产生氧化皮。

因此，经常注意保持两顶尖孔的质量是轴类零件加工的关键问题之一。

2.3制造工艺路线

工艺路径的拟定，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。

在生产纲领已确定为大批生产的条件下，可以采用通用机床配一专用的工夹量具，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降低。

工序如下：

（1）备料：

40CrΦ70×310

（2）锻造：

为了零件粗略成型，到节约原材料，减少切削用量，改善纤维组织要严格控制锻造温度，最好能一火锻成，外圆锻造余量8-10毫米，始锻温度1200度，终锻温度800度，空冷。

（3）退火处理：

目的是降低硬度，改善切削加工性能。

消除锻造应力以及细化晶粒和

消除组织不均匀，退火温度840-870℃保温5小时，炉冷至550℃空冷。

（4）铣端面至尺寸，钻中心孔A4/8.5

（5）粗车：

夹Φ65粗车Φ45、Φ30、Φ29、Φ26、Φ24均留余量3毫米，调头车Φ60

留余量3毫米

（6）调质热处理：

目的是为了提高零件的机械性能，获得均匀的回火奥氏体，为表面硬化作好纤维组织上的准备，是轴能获得高强度的心部和高硬度的表层。

同时有一个良好的硬度阶梯，避免应力集中。

调质淬火温度830-850℃保时1-1.5分/毫米回火温度600-640℃2-4小时调质硬度HB220-250。

（7）研磨中心孔

（8）半精车：

半精车外圆各步，留余量0.5毫米，Φ60车至尺寸。

（9）滚齿：

齿数18模数3精度等级8

（10）齿表面淬火:

不改变钢的表层成分，仅改变表层组织且心部组织不发生变化。

目的是保持工件的心部韧性和使表面得到较好的耐磨性，提高其冲击韧性和疲劳强度等力学性能。

感应加热表面淬火零件宜选用中碳非合金钢和低碳合合金结构钢。

经感应加热表面淬火的工件，表面不易氧化，脱碳变形小，淬硬层深度易于控制，一般高频感应加热淬硬层深度为1-2毫米，表面硬度比普通淬火高2-3HRC。

此外，该热处理方便生产率高，易于实现机械化，多用于大批大量生产形状简单的零件，符合要求。

（11）铣键槽:

保证尺寸

（12）研磨中心孔

（13）齿端面到角

（14）磨外圆：

Φ45、Φ29两外圆虽无尺寸精度，由于进给箱齿轮轴在高速运转中工作，进给箱齿轮轴所产生微小不平衡都全影响内磨质量，因此，两外圆需经磨削加工。

（15）粗磨齿

（16）二次时效：

加热到160℃保温10小时空冷。

（17）精磨齿

（18）终检、

（19）入库

2.4.1确定工序尺寸

确定工序尺寸的一般方法是，由加工表面的最后工序往前推算，最后工序的工序尺寸按需零件图样的要求标注。

当无基准转换时，同一表面的次加工的工序尺寸与工序（或工步）的加工余量有关。

当基准不重合时，工序尺寸应用工艺尺寸链解算。

A确定圆柱面的工序尺寸

圆柱面即轴表面的工序尺寸只与加工余量有关。

前面根据有关资料已查处零件各表面的总加工余量（毛坯余量），应将总加工余量分为各工序加工余量，然后再由后往前计算工序尺寸。

查表修正法是以生产实践和实验研究积累的有关加工余量资料数据为基础，并按具件生产条件加以修正来确定加工余量的方法，该方法应用比较广泛。

加工余量数值可在各种机械加工工艺手册中查找，其步骤如下：

1.根据各工序的加工性质，查表得它们的工序余量。

2.确定各工序的尺寸公差及表面粗糙度。

由各工序的加工性质查有关经济加工精度和经济表面粗糙度。

3.根据查的余量计算各工序尺寸。

4.确定各工序的上下偏差。

按“单向入体”原则，对于孔基本尺寸值为公差带的下偏差，上偏差取正值；对于毛坯尺寸偏差应取双向对称偏差。

加工表面

工序双边余量

工序尺寸及公差

表面粗糙度

粗

半精

磨

粗

半精

磨

粗

半精

磨

1.5

0.5

60.5

6.3

3.2

1.6

1.5

0.5

30.5

6.3

3.2

1.6

1.5

0.5

26.5

6.3

3.2

1.6

1.5

0.5

24.5

6.3

3.2

1.6

9.5

0.5

45.5

---

6.3

9.5

0.5

29.5

---

6.3

9.5

0.5

29.5

---

6.3

B确定轴向工序尺寸

确定各加工表面的工序加工余量，本零件各端面台阶的工序加工余量。

因为用顶尖顶紧工件进行加工，径向又没有标注公差尺寸，只选用两端面为测量基准，故不用确定工序尺寸，每次工序加工中只选测量出要求尺寸即可。

所以轴向工序尺寸可略。

C确定铣槽的工序尺寸

半精铣可达到零件图样的要求，则该工序尺寸：

槽宽为8mm，槽深4mm。

粗铣时，为半精铣留有加工余量：

槽宽双边余量为2mm,槽深余量为2mm。

则粗铣的工序尺寸：

槽宽为6mm，槽深2mm。

D磨外圆至工序尺寸

磨齿到表面粗糙度。

2.4.2切削用量的选择

切削用量一般包括切削深度，进给量及切削速度三项。

确定方法是先确定切削深度、进给量，再确定切削速度。

现根据《切削用量手册》【4】（第3版，艾兴、肖诗纲编；1993年机械工业出版社）出版确定本零件各工序的切削用量所选用的表格均加以*号，以与〈〈机械制造工艺设计简明手册〉〉【1】区别。

粗车工序:

已知加工材料为40Cr钢，Eb700Mpa，锻件，有外皮，坯件D=70mm，车削后d=60mm,加工长度为300mm，机床为c620-1，工件两端支承在顶尖上。

由于工件是锻造毛坯，加工余量达5mm，而加工要求较高，故分两次走刀完成，粗车加工余量为4mm，半精车加工余量为0.75mm。

粗铣槽工序:

所选刀具为高速钢直柄槽铣刀，铣刀直径=8，立铣刀可直接加工到图纸要求，不用确定切削用量

（1）确定铣削宽度立铣刀==8

确定每齿进给量，根据X52型铣床说明书，其功率为75KW，中等系统刚度，根据表3.3*=0.12-0.20

（2）选择铣刀磨钝标准及刀具寿命，根据表3.8*铣刀刀齿后刀面最大磨损量为0.4mm，刀具寿命T=60min

（3）确定切削速度和每分钟进给量，切削速度可根据表3.27*的公式计算

=21.5,=0.45,=0.1,=0.5,=0.5,=0.1,=0.33,=1.0

Vc=21.5×8×0.45/60×4×0.1×0.5×8×0.54×1.0=95m/min

根据X52型铣床说明书，选择=95r/min，=60mm/min，=25mm/min，因此实际切削

=3.14×8×95/1000=2.4m/min速度和每齿进给量75/95×4=0.20mm/z

4）检验机床功率：

根据表3.15*，当=0.18-0.32，=4，=8，Vf≤75，Pct=1.1KM

切削功率的修正系数为=1，故实际切削功率为Pcc=Pct=1.1KW

根据X52型铣床说明书，机床主轴允许的功率为：

Pcm=7.5×0.75KW=5.63KW

故，所确定的切削用量可以采用，即=8，=4Vf=75mm/min，=95r/min，=2.4m/min，=0.2mm/z

进给箱齿轮轴是进给箱内重要的轴，应用广泛。

本设计针对它的加工工艺过程进行了一系列的分析，主要从毛坯的选择，基准的选择，加工阶段的划分，工艺路径的拟定，机床、夹具、刀具、量具、切削用量的确定以及工序尺寸的方面进行研究的，制定出了机械加工工艺规程，在实际中具有一定的可行性。

2.5确定切削用量和基本工时

1、粗车外圆端面

⑴加工余量：

粗车1⑵切削深度：

ap=2.5,走一次刀

⑶进给量：

f=0.6mm/r

⑷计算切削速度：

根据公式可得输入参数：

Cv=235

T=60m=0.20ap=2Xv=0.15f=0.8Yv=0.45得Vc=120.25m/min

⑸确定主轴转速：

n=1000v/3.14dw=510r/min

按机床说明取n为500r/min，所以实际切削速度Vc=117.75m/min

⑹切削工时：

t=（L+L1+L2）/nfL=31L1=2L2=0计算得t=0.11min

2、粗车外圆

⑴切削深度：

ap=1.5⑵进给量：

f=0.6mm/r⑶计算切削速度：

根据公式可得输入参数：

Cv=242T=60m=0.20ap=2Xv=0.15f=0.6Yv=0.35

得Vc=120.21m/min

⑷确定主轴转速：

n=1000v/3.14dw=670r/min

按机床说明取n为710r/min，所以实际切削速度Vc=127.07m/min

⑸切削工时：

t=（L+L1+L2）/nf

①粗车左端时Ф60的外圆L=30L1=4L2=0

计算得t=0.096min

②粗车右端时Ф25的外圆L=76L1=4L2=0走刀7次

计算得t1=1.57min

Ф24的外圆L=20L1=4L2=0走刀2次

计算得t2=0.135mint=t1+t2=1.705

3、半精车外圆

⑴切削深度：

ap=0.75⑵进给量：

f=0.2mm/r⑶计算切削速度：

根据公式可得输入参数：

Cv=291T=60m=0.20ap=0.75

Xv=0.15f=0.20Yv=0.20得Vc=180.06m/min

⑷确定主轴转速：

n=1000v/3.14dw=971r/min

⑸切削工时：

t=（L+L1+L2）/nf

①半精车左端时Ф60的外圆L=30L1=4L2=0

计算得t=0.175min

②半精车右端时，成型切削L=（d-d1）/2=4L1=4L2=0

取得t=0.041min

4、精车外圆

⑴切削深度：

ap=0.25⑵进给量：

f=0.1mm/r⑶计算切削速度：

根据公式可得输入参数：

Cv=291T=60m=0.20ap=0.25

Xv=0.15f=0.10Yv=0.20得Vc=198.89m/min

⑷确定主轴转速：

n=1000v/3.14dw=1106r/min

⑸切削工时：

t=（L+L1+L2）/nf

①精车左端时Ф60的外圆L=30L1=4L2=0计算得t=0.307min

②精车右端时，成型切削L=（d-d1）/2=4L1=4L2=0取得t=0.072min

5、切槽⑴切削深度：

ap=1⑵进给量：

f=0.1mm/r⑶计算切削速度：

根据公可得输入参数：

Cv=291T=60m=0.20ap=1Xv=0.15

f=0.10Yv=0.20得Vc=203.36m/min

⑷确定主轴转速：

n=1000v/3.14dw=1080r/min⑸切削工时：

t=（L+L1+L2）/nfL=（d-d1）/2=4L1=4L2=0切8×4的槽L=4L1=4L2=0取得t=0.074min

6、钻Ф8mm的中心孔

⑴切削深度：

ap=2.5⑵进给量：

f=0.3mm/r

⑶确定主轴转速：

n=1000v/3.14d=700r/min

⑷切削工时：

t=（L+L1+L2）/nfL=4L1=2L2=0取得t=0.029min

7、粗镗Ф8mm的孔

⑴切削深度：

ap=3⑵进给量：

f=0.8mm/r⑶计算切削速度：

Vc=40m/min

⑷确定主轴转速：

n=1000v/3.14dw=509r/min

⑸切削工时：

t=（L+L1+L2）/nfL=8L1=2L2=0取得t=0.025min

8、半精镗Ф8mm的孔

⑴切削深度：

ap=1.5⑵进给量：

f=0.5mm/r⑶计算切削速度：

Vc=50m/min

⑷确定主轴转速：

n=1000v/3.14dw=637r/min

⑸切削工时：

t=（L+L1+L2）/nfL=8L1=2L2=0取得t=0.031min

⑴切削深度：

ap=0.5⑵进给量：

f=0.15mm/r⑶计算切削速度：

Vc=60m/min

9、精镗Ф8mm的孔

⑷确定主轴转速：

n=1000v/3.14dw=764r/min

⑸切削工时：

t=（L+L1+L2）/nfL=8L1=2L2=0取得t=0.087min

10、滚齿（模数m=3）

⑴切削深度：

ap=4.3⑵进给量：

f=1mm/r⑶计算切削速度：

Vc=60m/min

⑷确定主轴转速：

n=1000v/3.14dw=367r/min

2.6工艺过程卡片

河南工业职业技术学院

工艺过程卡片

产品代号

零（部）件名称

零（部）件代号

进给箱齿轮轴

材料

40Cr

毛坯种类

锻造

毛坯尺寸

70×310

每一毛坯可制零件数

序号

名称

工序内容

设备

夹辅具名称

刀具名称规格

量具名称及规格

备料

材料40Cr

70×310

锻造

一火锻成，外圆锻造余量8-10毫米，始锻温度1200度，终锻温度800度，空冷。

退火

退火温度840-870℃保温5小时，炉冷至550℃空冷

铣端面、钻中心孔

铣端面至尺寸，钻中心孔A4/8.5

铣端面、钻中心孔机床

铸铁顶尖

粗车

夹

65粗车

45、

30、

29、

26、

24均留余量3毫米，调头车

60留余量3毫米

CA6140-1卧式车床

车刀90度

45度60度

游标卡尺0-150mm

调质热处理

调质淬火温度830-850℃保时1-1.5分/毫米回火温度600-640℃2-4小时调质硬度HB220-250。

研磨中心孔

中心孔磨床

铸铁顶尖

半精车

半精车外圆各步，留余量0.5毫米，

60车至尺寸。

CA6140-1卧式车床

车刀90度

45度60度

游标卡尺0-150mm

杠杆千分尺50-75mm

滚齿

齿数18模数3精度等级8

Y3150滚齿机

A级单头滚刀m=3mm

游标卡尺0-150mm

齿表面淬火

高频感应加热淬硬层深度为1-2毫米，表面硬度比普通淬火高2-3HRC。

铣键槽

铣键槽保证尺寸

X52立式铣床

直柄键槽铣刀D=8，L=50

游标卡尺0-150mm千分表

研磨中心孔

中心孔磨床

齿端面到角

X52立式铣床

磨外圆

保证尺寸

M114磨床

砂轮

编制

刘康康

校核

审查

共2张

第1张

河南工业职业技术学院

工艺过程卡片

产品代号

零（部）件名称

零（部）件代号

进给箱齿轮轴

材料

40Cr

毛坯种类

锻造

毛坯尺寸

70×310

每一毛坯可制零件数

工序

序号

工序

名称

工序内容

设备

夹辅具

名称

刀具名称

规格

量具名称

及规格

粗磨齿

Y7431磨齿机

二次时效

加热到160℃保温10小时空冷。

精磨齿

Y7431磨齿机

终检

入库

编制

刘康康

校核

审查

共2张

第2张

2.7工序卡片

河南工业职业技术学院

工序卡片

产品代号

零件名称

零件代号

工序号

进给箱齿轮轴

工序名称

锻造

材料

40cr

设备

名称

锻压机

型号

夹具名称

刀量辅具

名称

规格

数量

编制

刘康康

校核

审查

共8张

第1张

河南工业职业技术学院

工序卡片

产品代号

零件名称

零件代号

工序号

进给箱齿轮轴

工序名称

粗车

材料

40cr

设备

名称

卧式车床

型号

CA6140-1

夹具名称

刀量辅具

名称

规格

数量

车刀

90度

车刀

45度

游标卡尺

0-150mm

编制

刘康康

校核

审查

共8张

第2张

河南工业职业技术学院

工序卡片

产品代号

零件名称

零件代号

工序号

进给箱齿轮轴

工序名称

研磨中心孔

材料

40cr

设备

名称

中心孔磨床

型号

夹具名称

刀量辅具

名称

规格

数量

铸铁顶尖

编制

刘康康

校核

审查

共8张

第3张

河南工业职业技术学院

工序卡片

产品代号

零件名称

零件代号

工序号

进给箱齿轮轴

工序名称

半精车

材料

40cr

设备

名称

卧式车床

型号

CA6140-1

夹具名称

刀量辅具

名称

规格

数量

车刀

90度

车刀

45度

游标卡尺

0-150mm

杠杆千分尺

50-75mm

车刀

60度

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