170F06010柴油机正时齿轮工艺钻孔夹具设计.docx
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170F06010柴油机正时齿轮工艺钻孔夹具设计
摘要………………………………………………………………5
第一部分前言…………………………………………………6
第二部分齿轮工艺的编制…………………………………7
（一）机械加工工艺设计方法及步骤……………………………8
（二）170F-06010正时齿轮工艺编制过程及内容………………10
（三）分析齿轮的结构和技术要求………………………………11
（四）拟定齿轮的工艺路线………………………………………11
（五）齿轮加工方案选择………………………………………12
（六）选择加工装备……………………………………………12
（七）确定齿轮的热处理方法…………………………………12
（八）齿坯加工…………………………………………………12
（九）齿形加工…………………………………………………12
（十）齿端加工…………………………………………………13
（十一）齿形的精基准修正………………………………………14
（十二）定位基准的选择…………………………………………14
（十三）工序内容…………………………………………………15
第三部分钻孔夹具设计…………………………………………24
（一）夹具体的设计………………………………………………25
（三）钻床夹具的主要类型………………………………………26
（四）钻孔夹具夹紧定位方案……………………………………27
（五）夹具总图上尺寸、公差和技术要求的标注………………30
（六）工件在夹具上加工的精度分析……………………………32
（七）夹具的经济分析……………………………………………33
小结………………………………………………………………34
致谢………………………………………………………………35
参考文献…………………………………………………………36
附表（夹具图）（加工工序卡）
毕业设计（论文）成绩评定表
170F-06010正时齿轮工艺、钻孔夹具设计
摘要：
170F-06010正时齿轮是常州飞天齿轮厂为金坛柴油机厂生产的，齿轮精度等级为6-7级，齿轮加工要求相对较高，加工工艺复杂。
通过该课题的设计能让学生对齿轮加工有一个完整的了解，对夹具设计的定位元件的选择、夹紧装置的设计有一个系统的了解。
关键词：
夹具、夹具设计、正时齿轮、齿轮加工精度
Abstract:
170F-06010timinggearismadebyflyinggearChangzhoufactoryfortheproductionofJinTanEngineFactory,precisiongearsforthe6-7gradelevel,theprocessingrequirementsoftherelativelyhighgear,processingcomplex.Throughthesubjectofdesignallowsstudentstogearhaveacompleteunderstandingofthepositionoffixturedesigncomponentsofchoice,clampingdevicedesignedasystemofunderstanding.
Keywords:
fixture,fixturedesign,timinggear,gear，machiningaccuracy
第一部分前言
课题简介：
正时齿轮（凸轮轴齿轮和曲轴正时齿轮）是一套精度齿轮,用于发动机控制发动机的正时点火。
在汽油及柴油发动机中起着至关重要的作用。
170F-06010正时齿轮是常州飞天齿轮厂为金坛柴油机厂生产的，齿轮精度等级为6-7级，齿轮加工要求相对较高，加工工艺复杂。
通过该课题的设计能让学生对齿轮加工有一个完整的了解，对夹具设计的定位元件的选择、夹紧装置的设计有一个系统的了解。
该课题的具体内容如下：
1、编写170F-06010正时齿轮工序卡
2、170F-06010正时齿轮钻孔夹具设计
3、编写设计说明书
模数
m
2.5
齿数
z
48
齿形角
α
20°
齿顶高系数
ha＊
1
公法线长度及公差
w
跨齿数
k
6
精度等级
7-δ-8FHJB179-83
齿轮副中心距及其极限偏差
a±fa
90±0.027
配对齿轮
图号
170F-05001
齿数
24
公差组
检验项目代号
公差（或极限偏差）值
齿圈径向跳动公差
Fv
0.05
公法线长度变动公差
Fw
0.028
齿形公差
ff
0.014
周节极限偏差
fpt
±0.020
齿向公差
Fβ
0.018
技术要求
1.正时齿轮应经正火处理，其硬度HB160-220
2.正时齿轮表面应光洁，不允许有裂缝、锐边、毛刺，齿的表面不允许有锈蚀、凹坑和碰伤的缺陷
3.正时齿轮应打正时记号“0”，记号所在的齿中心线与键槽中心线的偏差不大于±3.0
4.去毛刺、锐边为0.2
第二部分齿轮工艺的编制
齿轮传动是机械传动中最主要，应用最广泛的一种传动。
其主要优点：
传动效率高，工作可靠，寿命长，传动比准确，结构紧凑。
其主要缺点：
制造精度要求高，制造费用大，精度低时振动和噪声大，不宜用于轴间距离较大的传动。
齿轮传动分为开式和闭式齿轮传动。
本齿轮为闭式齿轮传动，其齿轮和轴承完全封闭在箱体内，能保证良好的润滑和较好的啮合精度。
（一）、机械加工工艺设计方法及步骤
机械产品质量的优劣很大程度上取决于其零部件的加工质量和产品的成本；而产品零部件的加工质量在很大程度上取决于加工设备的功能、性能和自动化程度，产品的成本又取决于零部件加工和装配过程的经济性、生产率以及材料的费用。
机械加工设备及工艺过程设计合理与否是影响机械产品质量的一个关键因素。
机械加工工艺的设计过程与一般机械产品的设计程序大致相同，但作为产品的加工环节，除了遵循机械产品设计的一般规律外，机械加工工艺设计还需要考虑加工过程本身的特点，并制定与其特征相适应的设计方法。
1、了解零件及产品的设计要求
1）、认真研究被加工零件图样了解该零件所属产品的用途、性能和工作条件以及零件在产品中的地位与作用。
根据零件在产品中的作用进一步分析零件结构设计和精度要求的合理性。
2）、检查零件图的完整性分析和审阅零件图时，应审查零件视图和尺寸以及加工表面的尺寸要求。
3）、审查零件的结构工艺性从机械加工工艺观点出发，结合零件的用途，分析零件精度和技术要求的合理性。
若发现精度要求不合理或结构工艺性不好，可向设计者提出修改意见。
4）、确定零件的主要加工表面根据零件各表面精度要求和作用确定出零件的主要加工表面，以便确定正确的加工流程，提高切削效率。
5）、了解加工装备条件及生产流程在制定有关零件加工生产前，还需要深入现场，对被加工零件原生产单位所采用的加工设备、刀具、切削用量、定位基准、夹紧方式及加工质量、精度检验方法、装卸时间、加工时间等方面进行调查研究。
对设备使用单位的现场生产条件、车间面积、机床布置、毛坯和制品流向、工人技术水平、专用设备及工艺装备的制造能力、生产经验和设备现状等条件进行调查研究，以便制定出适合现场加工条件的加工方法和工艺流程。
2、计算生产纲领与生产节拍
在总体方案设计阶段，首先可根据设计任务书上给定的被加工零件年产量，计算生产纲领。
生产纲领对工厂的生产过程和生产组织起决定性的作用。
其计算方法如下：
1）、计算零件的生产纲领
零件生产纲领指的是零件的实际计划的年产量N（件/年）：
N=Mn（1+α）（1+β）
式中M-零件所属产品的生产纲领（台/年）；
α-零件的备品率；
β-零件的废品率；
n-该零件在每件产品中的数量（件/台）。
2）、确定生产类型
根据零件的生产纲领确定其生产类型，它是机械加工工艺过程（或规程）设计必须具备的原始资料之一。
各种生产类型有各自的工艺特点，这就决定了被加工零件各工序所需的专门化和自动化程度。
3）、计算生产节拍
在成批和大量生产中，一般都采用流水生产，它的主要特点是：
每一工序在固定工作地点进行；按工序先后顺序排列工作地点；有生产节拍（节奏），即要求各工序的工作时间同期化（工序时间都与生产所规定的节奏相等或成整数倍）。
生产节拍的计算公式为：
ζ=（t/N）K
式中t-机床一年的名义工作时间，分；
K-机床的利用率，一般取95%；
ζ-生产节拍，即生产每个零件所需的时间，分/件。
3、设计机械加工工艺规程
根据零件图和所属的产品装配图、生产纲领和工厂的具体条件，设计零件的机械加工工艺规程，以符合优质、高产和低消耗的总要求。
其大体步骤如下：
1）、制订机械加工工艺规程
机械加工工艺规程的制订，可以按以下设计步骤进行：
（1）、计算零件生产纲领，确定机械加工的生产类型。
（2）、研究分析被加工零件图和被加工零件的原始资料，审查、改善零件的结构工艺性。
（3）、确定毛坯类型、结构及尺寸。
（4）、拟订被加工零件工艺路线，选择定位基准、夹紧部位和各加工表面的加工方法。
（5）、选择加工设备及工艺装备。
对单件小批生产，多选用通用机床；对大批生产，则选择或设计高生产率的专用机床或自动化机床。
（6）、确定工序尺寸及其公差。
（7）、确定切削用量及工时定额。
（8）、填写工艺卡片，绘制工序图。
其中，拟订被加工零件工艺路线是制订工艺规程中的一项重要工作。
工艺路线的拟订是指确定零件从毛坯开始到加工最后阶段为止的主要加工步骤。
拟订工艺路线主要是选择定位基准，将确定的工序和工步填写在工艺卡片上，并在工序卡片上绘制工序图。
确定工序和工步时，应力求做到工序的同期化，保证流水作业线或自动线上设备满载。
按照规定，属于机械加工工艺规程的有：
⏹机械加工工艺过程卡片
⏹机械加工工序卡片
以上两种也属于装配工艺规程，其机械加工工艺过程卡片是简要说明零件机械加工过程以工序为单位的一种工艺文件，主要用于单位小批生产和中批生产的零件，大批大量生产可酌情自定。
本卡片是生产管理方面的文件。
机械加工工序卡片是在工艺过程卡片的基础上，进一步按每道工序所编制的一种工艺文件，一般具有工序简图（图上应标明定位基准、工序尺寸及公差、形位公差和表面粗糙度要求，用粗实线表示加工部位等），并详细说明该工序中每个工序的加工内容、工艺参数、操作要求以及所用装备和工艺装备等。
工序卡片主要用于大批大量生产中所有的零件，中批生产中的复杂产品的关键零件以及单件小批生产中的关键工序。
（二）、170F-06010正时齿轮工艺编制过程及内容
1、编制工艺规程的基本要求，主要依据和制订步骤
1）制订工艺规程的基本要求
制订工艺规程的基本要求是：
在保证产品质量的前提下，尽量提高生产率和降低成本，同时，还应在充分利用本企业现有生产条件的基础上，尽可能采用国内、外先进工艺技术和经验，并保证良好的劳动条件。
由于工艺规程是直接指导生产和操作的重要技术文件，所以工艺规程还应做到正确、完整、统一和清晰，所用术语、符号、计量单位、编号等都要符合相应标准。
2）制订工艺规程的主要依据（既原始资料）
①产品的装配图样和零件图样
②产品的生产纲领
③现有生产条件和资料，它包括毛坯的生产条件或协作关系、工艺装备及专用设备的制造能力、机械加工车间的设备条件、技术工人的水平以及各种工艺资料和标准等。
④国内、外同类产品的有关工艺资料等。
2、制订工艺规程的步骤
1.熟悉和分析制订工艺规程的主要依据，确定零件的生产纲领和生产类型，进行零件的结构工艺性分析
2．确定毛坯，包括选择毛坯类型及其制造方法。
3．拟订工艺路线。
这是制订工艺规程的关键一步。
4．确定个工序的加工余量，计算工序尺寸及其公差。
5．确定各主要工序的加工余量及检验方法。
6．确定个工序的切削用量和时间定额。
7．进行技术经济分析，选择最佳方案。
8．填写工艺文件。
（三）分析齿轮的结构和技术要求
圆柱齿轮分轮体和齿圈两部分，在机器中，常见的齿轮根据结构形状可分为盘类齿轮、套类齿轮、轴类齿轮、扇形齿轮、齿条等，其中，盘类齿轮应用最广。
在我国GB10095-88标准中规定了齿轮传动有12个精度等级，精度由高到低依次为1级、2级…12级。
其中常用的精度等级为6～9级。
7级精度是基础级，是设计中普遍采用且在一般条件下用滚、插、剃三种切齿方法就能得到的精度等级。
标准中将齿轮每个精度等级的各项公差分成三个公差组即：
传递运动的准确性、传动的平稳性、载荷的均匀性。
如图所示的齿轮，传递运动精度为7级，主要是公法线变动量Fw为0.036mm，径向综合公差为Fi"为0.08mm；传动的平稳性精度为6级，主要有一齿径向综合公差fi"为0.016mm;载荷的均匀性精度为6级，主要是齿向公差Fβ为0.009mm。
端面与轴线有垂直度要求。
表面粗糙度为1.6mm。
齿轮表面需淬火，齿部硬度达54HRC。
明确毛坯状况；
齿轮的毛坯形式主要有棒料、锻件和铸件。
棒料用于小尺寸、结构简单，对强度要求低的齿轮；当齿轮要求强度高、耐磨和耐冲击时，多用锻件；直径大于400～600m。
的齿轮，常用铸造毛坯。
为了减少机械加工量，对大尺寸、低精度齿轮，可以直接铸出轮齿；对于小尺寸、形状复杂的齿轮，可用精密铸造、压力铸造、精密锻造、粉末冶金、热轧和冷挤等新工艺制造出具有轮齿的齿坯，以提高劳动生产率、节约原材料。
（四）拟定齿轮的工艺路线
齿轮加工的工艺路线是根据齿轮材质和热处理要求、齿轮结构及尺寸大小、精度要求、生产批量和车间设备条件而定。
一般可归纳成工艺路线如下：
毛坯制造→毛坯热处理→齿坯加工→齿形加工→齿圈热处理→齿轮定位表面精加工→齿圈的精整加工。
本课题的工艺路线：
10锻→20热→50半精镗、车→60精车→70车→80精车→90精车→100滚齿→120打印记→140剃齿→160钻孔→170拉单键→180检验→190入库
（五）齿轮加工方案选择
齿轮加工方案的选择，主要取决于齿轮的精度等级、生产批量和热处理方法等。
下面提出齿轮加工方案选择时的几条原则，以供参考：
1.对于8级及8级以下精度的不淬硬齿轮，可用铣齿、滚齿或插齿直接达到加工精度要求。
2.对于8级及8级以下精度的淬硬齿轮，需在淬火前将精度提高一级，其加工方案可采用：
滚（插）齿－齿端加工－齿面淬硬－修正内孔。
3.对于6～7级精度的不淬硬齿轮，其齿轮加工方案：
滚齿－剃齿。
4.对于6～7级精度的淬硬齿轮，其齿形加工一般有两种方案：
（1）剃－珩磨方案
滚（插）齿－齿端加工－剃齿－齿面淬硬－修正内孔－珩齿。
（2）磨齿方案
滚（插）齿－齿端加工－齿面淬硬－修正内孔－磨齿。
剃－珩方案生产率高，广泛用于7级精度齿轮的成批生产中。
磨齿方案生产率低，一般用于6级精度以上的齿轮。
5.对于5级及5级精度以上的齿轮，一般采用磨齿方案。
6.对于大批量生产，用滚（插）齿－冷挤齿的加工方案，可稳定地获得7级精度齿轮。
大批量生产时，无论端面、内孔、键槽或外圆表面均采用高效率的机床进行加工，如拉床、单轴或多轴自动、半自动车床等，或将这些机床组成流水线或自动线。
加工方案也是先粗切端面和钻（扩）内孔（留拉削余量），再拉孔和键槽，最后将工件穿在心轴上，在多刀半自动车床上将端面和外圆车成，习惯上称“钻—拉—多刀车”工艺过程。
（六）选择加工装备
齿轮加工分两部分：
轮体部分和齿圈部分。
轮体采用普通车床加工，一般根据尺寸选择C6132、CA6140或其它车床，齿圈部分，尺寸大或模数大的齿轮采用滚齿机，对于尺寸小或结构紧凑的齿轮用插齿机，根据本课题要求选择滚齿机进行齿形加工。
（七）确定齿轮的热处理方法
毛坯热处理：
正火、调质，（粗加工前（铸、锻件）后（棒料）
齿面热处理：
渗碳淬火，高频淬火，碳氮共渗，渗氮。
（八）齿坯加工
大批量生产时，无论端面、内孔、键槽或外圆表面均采用高效率的机床进行加工，如拉床、单轴或多轴自动、半自动车床等，或将这些机床组成流水线或自动线。
加工方案也是先粗切端面和钻（扩）内孔（留拉削余量），再拉孔和键槽，最后将工件穿在心轴上，在多刀半自动车床上将端面和外圆车成，习惯上称“钻—拉—多刀车”工艺过程。
（九）齿形加工
齿形加工方法很多，按加工中有无切削，可分为无切削加工和有切削加工两大类无切削加工包括热轧齿轮、冷轧齿轮、精锻、粉末冶金等新工艺。
无切削加工具有生产率高，材料消耗少、成本低等一系列的优点，目前已推广使用。
但因其加工精度较低，工艺不够稳定，特别是生产批量小时难以采用，这些缺点限制了它的使用。
齿形的有切削加工，具有良好的加工精度，目前仍是齿形的主要加工方法。
按其加工原理可分为成形法和展成法两种。
成形法的特点是所用刀具的切削刃形状与被切齿轮轮槽的形状相同，如图9-3所示。
用成形原理加工齿形的方法有：
用齿轮铣刀在铣床上铣齿、用成形砂轮磨齿、用齿轮拉刀拉齿等方法。
这些方法由于存在分度误差及刀具的安装误差，所以加工精度较低，一般只能加工出9~10级精度的齿轮。
此外，加工过程中需作多次不连续分齿，生产率也很低。
因此，主要用于单件小批量生产和修配工作中加工精度不高的齿轮。
展成法是应用齿轮啮合的原理来进行加工的，用这种方法加工出来的齿形轮廓是刀具切削刃运动轨迹的包络线。
齿数不同的齿轮，只要模数和齿形角相同，都可以用同一把刀具来加工。
用展成原理加工齿形的方法有：
滚齿、插齿、剃齿、珩齿和磨齿等方法。
其中剃齿、珩齿和磨齿属于齿形的精加工方法。
展成法的加工精度和生产率都较高，刀具通用性好，所以在生产中应用十分广泛。
（十）齿端加工
齿轮的齿端加工有倒圆、倒尖、倒棱，和去毛刺等。
倒圆、倒尖后的齿轮，沿轴向滑动时容易进入啮合。
倒棱可去除齿端的锐边，这些锐边经渗碳淬火后很脆，在齿轮传动中易崩裂。
用铣刀进行齿端倒圆。
倒圆时，铣刀在高速旋转的同时沿圆弧作往复摆动（每加工一齿往复摆动一次）。
加工完一个齿后工件沿径向退出，分度后再送进加工下一个齿端。
齿端加工必须安排在齿轮淬火之前，通常多在滚（插）齿之后。
（十一）齿形的精基准修正
齿形的精基准修正的目的，在于修正齿轮经过淬火后所引起的齿形变形，进一步提高齿形精度和降低表面粗糙度，使之达到最终的精度要求。
在这个阶段中首先应对定位基准面（孔和端面）进行修整，因淬火以后齿轮的内孔和端面均会产生变形，如果在淬火后直接采用这样的孔和端面作为基准进行齿形精加工，是很难达到齿轮精度的要求的。
以修整过的基准面定位进行齿形精加工，可以使定位准确可靠，余量分布也比较均匀，以便达到精加工的目的。
（十二）定位基准的选择
1、基准的选择和工艺过程的安排
在加工过程中，定位基准的选择对保证零件的尺寸精度和相互位置精度，有极为重要的影响。
固在选择定位基准时，应尽量使该基准和设计、测量及装配基准重合，以免造成加工困难或产生废品。
定位基准有两种：
在毛坯上未经加过的表面做基准称为粗基准，在以加工的表面上做基准称为精基准。
由于本次课题的产品的粗车是有外协完成固可不考虑粗基准仅仅只考虑他的精基准即可。
精基准的选择有以下的要求：
（1）尽量采用基准重合的原则，避免由此产生的定位误差。
（2）尽可能采用基准统一原则，当工艺不能在一次安装中加工完毕时，那么以后各安装中应该共同采用一个定位基准。
（3）定位基准应该能保证工件在定位时具有良好的稳定性，以及尽量使夹具的结构简单。
（4）定位基准应保证工件在受夹紧力和切削力时，引起的变形为最小。
定位基准的精度对齿形加工精度有直接的影响。
轴类齿轮的齿形加工一般选择顶尖孔定位，某些大模数的轴类齿轮多选择齿轮轴颈和一端面定位。
盘套类齿轮的齿形加工常采用两种定位基准。
1）内孔和端面定位 选择既是设计基准又是测量和装配基准的内孔作为定位基准，既符合“基准重合”原则，又能使齿形加工等工序基准统一，只要严格控制内孔精度，在专用芯轴上定位时不需要找正。
故生产率高，广泛用于成批生产中。
2）外圆和端面定位 齿坯内孔在通用芯轴上安装，用找正外圆来决定孔中心位置，故要求齿坯外圆对内孔的径向跳动要小。
因找正效率低，一般用于单件小批生产。
齿坯加工
（十三）工序内容如下：
第一道工序是半精镗孔、半精车端面
如图：
工序内容：
（1）半精镗直径为25.4且上偏差为+0.15的孔
（2）孔口倒角
（3）半精车端面
工艺装备：
Φ
塞规L170F-06010-SC
游标卡尺0-200/0.02
锻件内孔直径的单面机械加工余量（mm）
孔径
孔深
大于
到
大于0
63
100
140
200
至63
100
140
200
280
—
25
2.0
—
—
—
—
25
40
2.0
2.6
—
—
40
63
2.0
2.6
3.0
—
—
63
100
2.5
3.0
3.0
4.0
—
100
160
2.6
3.0
3.4
4.0
4.6
160
250
3.0
3.0
3.4
4.0
4.6
第二道工序是精镗孔
如图：
工序内容：
（1）精镗孔直径为26且上偏差为+0.021的孔
（2）精车齿宽至10.5上偏差+0.10
工艺装备：
Φ26样圈L170F-06010-CJ
内径量表：
18-35/0.01
游标卡尺0-200/0.02
偏摆仪
杠杆千分表0-1/1级
Φ
检验芯轴L170F-06010-J1-1-2
第三道工序是精车
如图：
工序内容：
（1）精车大外圆直径为125下偏差为-0.25，
（2）倒大外圆角0.5×45°
工艺装备：
游标卡尺0-200/0.02
第四道工序是精车
如图：
工序内容：
（1）精车齿宽10±0.11
（2）精车小端面，保持台阶
（3）倒大外圆角0.5×45°，小外圆角1×45°
（4）倒孔口角1.5×45°
工艺装备：
游标卡尺0-200/0.02
卡板：
L170F-060101-KC1，
杠杆千分表±0.2/1级
偏摆仪
Φ
检验芯轴L170F-06010-J1-1-2，
第五道工序是精车
如图：
工序内容：
（1）精车总长至20上偏差+0.13
（2）倒小外圆角1×45°
工艺装备：
卡板：
L170F-06010-KC2
杠杆千分表±0.2/1级
偏摆仪
Φ
检验芯轴L170F-06010-J1-1-2
第六道工序是滚齿
如图：
工序内容是：
滚齿m=2.5α=20°Z=40（二只）
工艺装备：
剃前滚刀m=2.5α=20°
W，Fw:
公法线千分尺：
25-50/0.01
Fγ，Fβ：
跳动仪百分表0-10/1级
杠杆千分表±0.2/1级
Ff:
渐开线检查仪
±Fpt:
万能测齿仪
Φ
检验芯轴L170F-06010-J1-1-2
滚齿原理与特点
生产率高，通用性好，运动精度高，粗糙度大，不能加工内齿轮，齿条，人字齿，齿圈很近的多联齿轮。
插齿原理与特点
插齿刀：
磨有前后角具有切削刃的高精度齿轮。
插齿刀与工件相当于一对轴线相互平行的圆柱齿轮。
插齿主要运动
切削运动，上下往复运动；分齿展成运动；径向进给运动；让刀运动。
插齿与滚齿的工艺特点比较
加工质量，插齿的运动精度比滚
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