机械制造技术基础课程设计.docx

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机械制造技术基础课程设计

三峡大学

机械设计制造及其自动化专业

《机械制造技术基础》课程设计

题目：

汽车同步器变速器第四速齿轮工艺规程设计

姓名：

指导教师：

教学单位：

三峡大学机械与材料学院

日期：

2014 年 12 月

一：

课程设计原始资料

1．齿轮的零件图样

2．生产类型：

成批生产

3．生产纲领和生产条件

二：

课程设计任务书

1．对零件进行工艺分析，拟定工艺方案。

2．拟定零件的机械加工工艺过程，选择各工序加工设备及工艺装备（刀

具、夹具、量具、辅具）；完成某一表面工序设计（如孔、外圆表面

或平面），确定其切削用量及工序尺寸。

3．编制机械加工工艺规程卡片（工艺过程卡片和工序卡片）l 套。

4．设计夹具一套到二套，绘制夹具装配图 2 张。

5．撰写设计说明书 1 份。

三：

参考文献

1．熊良山 机械制造技术基础 华中科技大学出版社

2．刘长青 机械制造技术课程设计指导 华中科技大学出版社

说明...........................................................................................................................................4

第一章 零件的分析.................................................................................................................6

1.1 零件的工作状态及工作条件.....................................................................................6

1.2 零件的技术条件分析.................................................................................................6

1.3 零件的其他技术要求.................................................................................................7

1.4 零件的材料及其加工性.............................................................................................8

1.5 零件尺寸标注分析.....................................................................................................9

1.6 检验说明.....................................................................................................................9

1.7 零件工艺分析...........................................................................................................10

第二章 齿轮毛坯的设计.......................................................................................................11

2.1 毛坯种类的确定.......................................................................................................11

2.2 毛坯的工艺要求.......................................................................................................11

第三章 工艺规程设计...........................................................................................................13

3.1 工艺路线的制定.......................................................................................................13

3.2 机床、夹具、量具的选择.......................................................................................16

第四章 齿轮加工机床夹具设计...........................................................................................17

4.1 专用机床夹具设计目的...........................................................................................17

4.2 机床夹具的作用与组成...........................................................................................17

4.3 机床夹具设计的基本要求.......................................................................................18

4.4 机床夹具设计的一般步骤.......................................................................................18

4.5 专用齿轮加工夹具的设计.......................................................................................20

心得体会.................................................................................................................................21

说明

齿轮是机械传动中应用极为广泛的零件之一。

汽车同步器变速器齿轮起

着改变输出转速、传递扭矩的作用，所以在齿轮加工过程中要求较为严格。

变速器齿轮应具有经济精度等级高、耐磨等特点，以提高齿轮的使用寿命和

传动效率。

齿轮在工作时，要求传动平稳且噪声低，啮合时冲击应小。

齿轮本身的制造精度，对整个机器的工作性能、承载能力及使用寿命都

有很大的影响。

根据其使用条件，齿轮传动应满足以下几个方面的要求。

（一）传递运动准确性

要求齿轮较准确地传递运动，传动比恒定。

即要求齿轮在一转中的转角

误

差不超过一定范围。

（二）传递运动平稳性

要求齿轮传递运动平稳，以减小冲击、振动和噪声。

即要求限制齿轮转

动时瞬时速比的变化。

（三）载荷分布均匀性

要求齿轮工作时，齿面接触要均匀，以使齿轮在传递动力时不致因载荷

分布不匀而使接触应力过大，引起齿面过早磨损。

接触精度除了包括齿面接

触均匀性以外，还包括接触面积和接触位置。

（四）传动侧隙的合理性

要求齿轮工作时，非工作齿面间留有一定的间隙，以贮存润滑油，补偿

因温度、弹性变形所引起的尺寸变化和加工、装配时的一些误差。

齿轮的制造精度和齿侧间隙主要根据齿轮的用途和工作条件而定。

对于

分度传动用的齿轮．主要要求齿轮的运动精度较高；对于高速动力传动用齿

轮，为了减少冲击和噪声，对工作平稳性精度有较高要求：

对于重载低速传

动用的齿轮，则要求齿面有较高的接触精度，以保证齿轮不致过早磨损；对

于换向传动和读数机构用的齿轮，则应严格控制齿侧间隙，必要时，须消除

间隙。

第一章 零件的分析

1.1 零件的工作状态及工作条件

在行驶的过程中，汽车齿轮始终处在高速重载的条件下工作。

在换挡时，

还受到冲击载荷的作用。

所以要求齿轮具有高的耐磨性和抗冲击性能。

在加

工过程中，为了使齿轮满足上述工作要求，要使各加工表面的表面质量良好，

还要有一些热处理或喷丸处理，使齿轮面强度足够。

最终的磷化处理，防腐

蚀。

汽车同步器变速器第四速齿轮属于多联齿轮，由结合齿和传动齿组成。

为了减少齿轮啮合过程中的噪声、摩擦及磨损，需要在齿轮上钻出三个沿周

向均布的油孔。

为减少换挡时对齿轮的冲击，还要在大端上加工出止口。

1.2 零件的技术条件分析

齿轮的加工分为轮坯的加工和齿轮轮齿的加工。

轮坯的加工部位有端而

和轮坯外圆柱面。

轮坯的加工精度对齿轮的加工、装配精度有较大影响，故

其加工精度应满足相关的要求。

齿轮轮齿的加工部位有渐开线齿廓和倒角，还要有热处理及喷丸处理，

以提高齿轮的强度和抗冲击性能。

热处理及喷丸处理后，还要进行内孔和端

面的磨削以及渐开线齿廓的精密加工。

零件的技术要求主要分为以下两个方面：

1．零件的加工精度和表面粗糙度

由零件图上知，齿面的表面粗糙度值为 Ra0.8，加工精度为 IT7

齿轮内孔尺寸为 Φ70++0.029 ，由于齿轮与轴承有配合要求，一般为 IT6-

IT7 级精度，表而粗糙度不大于 Ra6.3。

2．各表面间的位置精度

由零件图上知，端面和内孔有相互之间的位置精度要求：

小端面对于内孔的定位基准垂直度为 0.05mm，平而度为 O,01mm

止口平面对于内孔的定位基准垂直度为 0.015mm，平而度为 O.01mm

退刀槽对于内孔的定位基准垂直度为 0.03mm

1.3 零件的其他技术要求

1．倒角 1×45°

2．除去加工时的毛刺

3．喷丸处理，使齿轮强度增加

4．热处理：

渗碳淬火

5．磷化处理

1.4 零件的材料及其加工性

齿轮材料选择 45 钢，工艺性能好，再配合以热处理及其他特殊处理工艺，

也能满足齿轮所要求的强度、耐磨性及抗冲击等性能。

45 钢具体力学性能参

数如下：

试样状态：

退火钢

屈服强度：

≥355 （MPa）

断面收缩率：

≥40%

化学成分：

材料化学成分组成元素

比例（%）

碳 C :

 0.42～0.50

锰 Mn ; 0.50～0.80

磷 P ; s0.035

硅 Si ; 0.17～0.37

延长率：

>16%

布氏硬度：

51 97

铬 Cr：

s0.25

镍 Ni：

s0.25

硫 S：

s0.035

抗拉强度：

a600 （MPa）

特性及应用：

未热处理时：

HBs229

热处理：

正火

强度较高，塑性和韧性较好，用于制作承受负荷较大的小截面调质件和

应力较小的大型正火零件，以及对心部强度要求不高的表面淬火零件，如曲

轴、传动轴、齿轮、蜗杆、键、销等。

水淬时有形成裂纹的倾向，形状复杂

的零件应在热水或油中淬火。

焊接性差。

因此，汽车同步器变速器第四速齿轮的毛坯材料选择 45 钢的锻造件。

1.5 零件尺寸标注分析

轮坯的加工部位有端面和轮坯外圆柱面。

齿轮轮齿的加工部位有渐开线

齿廓和倒角，还要进行内孔和端面的磨削以及渐开线齿廓的精密加工。

尺寸

链的建立依靠孔的轴线和两个端面。

在各工序中，应标出加工后所要达到的

尺寸。

1.6 检验说明

在齿轮的加工过程中，要保证加工精度，需对被加工零件实时检验。

大

体可分为轮坯加工后的检验、热处理后的检验以及最终检验。

为保证检验准

确，检验前应对零件进行清洗。

轮坯的检验：

轮坯的加工精度对齿轮的加工、装配精度有较大影响，并

直接关系到加工余量是否满足要求。

因此这一步的检验至关重要。

检验不合

格的产品，一定不能流到下一步。

热处理后的检验：

热处理后的工件，要进行检验，以确定后续加工时的

刀具、切削用量等。

最终检验：

所有的加工工序结束后，对零件进行检验，看是否符合零件

图样上的各相关技术要求。

1.7 零件工艺分析

齿轮零件的部分加工表面精度要求较高，从齿轮的尺寸和形状位置要求

来看，要保证零件的表面粗糙度和各表面的相互位置精度。

为了提高加工效

率，齿轮的外圆表面、端面、内孔的粗加工及半精加工可以采用数控机床进

行加工。

精度要求较高的内孔和端面，采用磨床即可达到相关技术要求。

最

终采闱喷丸和磷化处理以提高强度和增强耐磨性能。

第二章 齿轮毛坯的设计

2.1 毛坯种类的确定

毛坯的种类决定零件的材料、形状、生产类型及加工中获得的难易程度。

对于汽车传力齿轮的毛坯而言，其结构相对而言比较简单，一般采用模锻件

即可满足相关工艺和性能方面的要求。

根据模锻件的加工工艺方法，毛坯内孔可直接锻造得到。

2.2 毛坯的工艺要求

2.2.1 毛坯的加工余量与公差

根据零件图上给定的零件尺寸，再加上要保证各工序的加工余量及公差，

采用逆推的方法来得到毛坯的加工余量及公差。

毛坯图、毛坯尺寸如下：

2.2.2 拔模斜度

拔模斜度的功用是使锻件成型后能方便的从模膛中取出来。

因为锻件的

材料是 45 钢，拔模斜度的具体要求如下：

外膜斜度（模锻件外侧的斜度），当模锻件冷缩时与模壁分开，有助于模

锻件取出：

内模斜度（模锻件封闭剖面内侧斜度），当模锻件冷缩时紧贴模壁，阻碍

锻件出模。

技术要求：

1．未注明内拔模角为 10°，外拔模角为 30°

2．未注明圆角为 R3

3．某些难以拔出的锻件，须有顶出装置将工件取出来

2.2.3 圆角半径

圆角半径分为外圆角半径和内圆角半径。

外圆角半径指的是锻件上的凸

圆半径：

内圆角半径指的是锻件上的凹圆半径。

为了便于金属在型槽内流动，

在模锻件的转角处，应当带有适当的圆角。

第三章 工艺规程设计

3.1 工艺路线的制定

3.1.1 加工方法的选择

齿轮的加工工艺路线的选择应根据零件材料的加工工艺性、工件的结构形

状和尺寸以及各种加工方法所能达到的加工精度而定。

加工表面技术要求是决定表面加工质量最重要的因素。

各加工表面的加工工艺如下：

端面：

粗车一精车一磨削

内孔：

粗膛一半精膛一精膛一磨削

小端面结合齿：

粗车一精车一插齿

大端而渐开线齿廓：

粗车一精车一滚齿一磨齿

3.1.2 加工工艺路线

根据齿轮零件图上的技术要求，对毛坯采取一下加工工艺路线：

锻造→热处理→检查→粗车小端外圆及端面，粗膛内孔、倒角→粗车大端

外圆及端面→精车小端端面及外圆→精车大端外圆→车止口→精膛内孔→精

车大端面→滚齿→齿端倒角→车锁环槽→插小端结合齿→钻孔→热处理→磨

孔→精磨小端端面→精磨大端端面→磨齿→齿而喷丸处理→磷化处理→检查

3.1.3 加工阶段划分

对于齿轮加工，按加工阶段，可划分为齿坯加工阶段、齿面加工阶段和表

面精加工阶段，工艺路线分为如下几个阶段：

粗加工阶段：

切除大部分加工余量，加工出精基准。

包括粗车小端外圆、端

面，粗膛内孔、倒角，粗车大端外圆及端面。

半精加工阶段：

完成次要表面的加工，为精加工做准备。

主要是半精膛

内孔。

精加工阶段：

使零件达到图样要求。

主要是精车外圆面。

光整加工：

对表面粗糙度和尺寸精度要求很高的表面进行光整加工。

包

括磨内孔，两端面和齿面。

3.1.4 工序的分散与集中

采用工序集中原则：

①在零件的一次装夹中，可以加工好零件上的多个

表而，这样，可以较好的保证这些表面之间的相互位置精度，同时也可以减

少装夹工件的次数和辅助时间，并减少零件在机床之间的搬运次数和工作量，

有利于缩短生产周期；②可以减少机床的数量，并相应减少操作工人，节省

车间面积，简化生产计划和生产组织工作。

3.1.5 基准的选择

定位基准分为粗基准和精基准。

粗基准的选择应遵循以下两个原则：

①合理分配加工余量；②保证非加

工表面与加工表面之间的位置精度符合零件图样上的要求。

精基准的选择应遵循以下原则：

①尽可能选择设计基准作为精基准；②

尽可能选择加工工件多个表面时都能使用的定位基准作为精基准；③两个表

面相互位置精度以及它们自身的尺寸与形状精度都要求很高时，可以采取互

为精基准的原则：

④有些精加工或光整加工工序要求余量小而均匀，在精加

工时应选择加工表面本身作为精基准。

具体基准选挥如下：

以大端端面作为粗基准，粗车小端外圆及端面，粗膛内孔，倒角

以小端外圆表面作为基准，粗车大端外圆面和端面

精基准与粗基准应保持一致

插齿、滚齿时，以内孔作为定位基准

磨削时以大齿分度圆作为定位基准

3.1.6 热处理工序及辅助工序的安排

为保证零件强度及加工精度，需安排热处理等辅助工序。

（1）.锻件的热处理，消除应力，提高材料的加工工艺性能

（2）.钻孔前应进行的清洗工作

（3）.检查工序，保证符合零件图样所要求的技术要求

3.1.7 加工工序的设计

详见机械加工工序卡：

3.2 机床、夹具、量具的选择

3.2.1 机床的选择

根据各待加工表面的犍点，再耋虐到提高加工效率及经透性，尽可能选

择数控机床和专用机床。

加工工序主要有车、膛、磨、齿轮成型、钻，各机

床类型为 CA6140，Z515，Y3150，YK83250，M1432A。

3.2.2 刀具的选择

根据工件的材料，刀具耐用度，再考虑到换刀时间、加工经济性带来的

影响，选择的刀具如下：

切槽刀、插齿刀、滚齿刀、锥柄麻花钻、CBN 砂轮、45°直头外圆车刀、

90°直头外圆车刀。

3.2.3 量具的选择

在各加工工序中，没有出现难以测量的表面或轮廓，故长度、直径用游

标卡尺和螺旋测微器即可；孔用塞规用来检查孔的直径。

3.2.4 夹具的选择

在零件的加工过程中，工件的定位直接关系到工件的加工质量。

而工件

的定位又和夹具息息相关。

各定位夹具选择如下：

粗车小端端面和外圆，用三抓卡盘夹紧大端，大端端而用作轴向定位。

大端端面加工时，同样是用三抓卡盘夹住小端外圆面。

插齿、滚齿加工，各有相应的夹具，以及磨床夹具等。

钻床夹具设计详见第四章

第四章 齿轮加工机床夹具设计

4.1 专用机床夹具设计目的

机床夹具是机床上用以装夹工件和引导刀具的一种装置。

其作用是将工

件定位，以使工件获得相对于机床或刀具的正确位置，并把工件可靠地夹紧。

夹具一般可分为通用夹具、专用夹具、通用可调夹具和成组夹具、组合夹具、

随性夹具。

此处设计的，为供大批量生产用的专用夹具。

设计专用的夹具，目的如下：

1、提高生产率

2、保证加工精度

3、扩大机床的使用范围

4、降低生产成本、改善工人的劳动条件

4.2 机床夹具的作用与组成

机床夹具是在机床上加工零件时所使用的一种工艺装备，其主要功用是

实现工件的定位与夹紧，使工件加工时相对于机床、刀具有正确的位置，以

保证工件的加工质量和生产效率能达到设计要求。

夹具通常由定位元件，夹紧装置，对刀、引导元件或装置，连接元件，

其他装置或元件，夹具体等组成。

夹具设计时常用的零部件的规格和型号已有国家标准或部颁标准，可直

接查阅选用。

4.3 机床夹具设计的基本要求

（1）保证工件的加工精度

夹具应采用合理的定位、夹紧方案，选择合适的定位、夹紧元件，保证

工

件的加工精度。

（2）提高劳动生产率

夹具设计应合理，能缩短辅助时间，提高生产效率。

（3）良好的加工使用性能

夹具结构应简单、合理，便于加工、装配、检验、维修。

使用简便、安

全、可靠，减轻劳动强度。

（4）经济性好

夹具元件标准化程度高，成本低廉，根据生产批量，应设计不同复杂程

度的夹具，以提高生产的经济效益。

4.4 机床夹具设计的一般步骤

1．明确设计任务与收集设计资料

夹具设计的第一步是在已知生产纲领的前提下，研究被加工零件的零件

图、工序卡、工艺规程和设计任务书，对工件进行工艺分析。

其目的首先是

了解零件的结构特点、材料，确定本工序的加工表面、加工要求、加工余量、

定位基准和夹紧表面及所用的机床、刀具、量具等。

其次是根据设计任务收

集有关资料，如机床的技术参数。

2．拟定夹具结构方案和绘制夹具草图

①确定工件的定位方案，选择定位元件，设计定位装置

②确定工件的夹紧方式，选择夹紧装置，设计夹紧装置

③确定对刀或导向方案，设计对刀或导向元件和装置

④确定夹具和机床的连接方式，设计连接元件及安装表面

⑤确定和设计其他装置及元件的结构形式，如分度装置、吊装元件等

⑥确定夹具体的结构形式及夹具在机床上的安装方式

⑦绘制夹具草图，并标注尺寸、公差和技术要求

3．进行必要的分析计算，审查方案，改进设计

在确定夹具结构方案的过程中，进行必要的计算。

根据加工工件的尺寸，

确定夹具的尺寸并绘出夹具草图。

夹具草图如下：

4．绘制夹具装配总图

5．绘制夹具零件图，标准件给出其型号

4.5 专用齿轮加工夹具的设计

齿轮加工夹具的工作原理：

芯轴限制四个自由度，轴套限制一个自由度，

六角螺栓夹紧后起到夹紧和定位作用。

4.5.1 主要部件的设计

主要部件有夹具体、两个套筒、垫块。

详细尺寸见装配图

4.5.2 其他部件的选择

两个六角螺栓，垫片

心得体会

通过这段时间的机械制造技术基础课程设计，进一步巩固、加深和拓宽

所学的知识；通过设计实践，树立了正确的设计思想，增强创新意思和竞争

意识，熟悉掌握了机械设计的一般规律，也培养了分析和解决问题的能力；

通过设计计算、绘图以及对运用技术标准、规范、设计手册等相关设计资料

的查阅，对自己进行了一个全面的机