双联齿轮零件机械加工工艺及其典型夹具设计.docx
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双联齿轮零件机械加工工艺及其典型夹具设计
双联齿轮零件机械加工工艺及其典型夹具设计（有cad源图等）
本科毕业设计论文
题目:
双联齿轮零件机械加工工艺及其典型夹具设计
系别:
机电信息系专业:
机械设计制造及其自动化
7>2013年05月
双联齿轮零件机械加工工艺及其典型夹具设计
摘要
通过对零件的分析,制定一套合理的工艺方案,并设计出可行的夹具。
本文主要是围绕双联齿轮零件的机械加工工艺以及对其中两道工序的夹具设计来展开的。
其主要内容有:
首先分析了零件图,确定生产类型和毛坯,确定加工设备,确定加工方案及装夹方案,刀具的选择,切削用量的选择与计算,数据处理等。
本次设计主要是对钻28的孔和滚齿进行夹具设计,对夹具设计方案进行分析和选择。
选定方案后,通过查阅相关夹具设计书籍和相关图例,最终完成钻孔和滚齿的夹具设计。
试图找出一种简单、实用的加工方法,以提高劳动生产率和降低成本。
关键词:
双联齿轮;工艺分析;工艺规程设计;夹具设计
ThemachiningprocessandfixturedesignoftheDualgear
Abstract
Partoftheanalysis,todevelopareasonableprocessscheme,anddesignafeasiblefixture.ThispaperismainlyabouttheDualgearmachiningprocessandfixturedesignforthetwoprocessestostart.Itsmaincontentsare:
thefirstanalysisofthepartsdiagram,determinetheproductiontypeandblank,determinetheprocessingequipment,determinetheprocessingschemeandclampingscheme,toolselection,selectionandcalculationofcuttingparameters,dataprocessingetcThisdesignismainlytodrill28holesandhobbingfixturedesign,analysisandselectionofdesignschemeoffixture.Theselectedsolution,byconsultingtherelatedjiadesignbooksandrelatedlegend,fixturedesignfinisheddrillingandhobbing.Tryingtofindaprocessingmethodofsimple,practical,toimprovelaborproductivityandreducethecost.
Keywords:
Dualgear;Processanalysis;Processdesign;fixturedesign
1绪论1
1.1设计内容及意义1
1.2国内外相关研究情况1
1.3课题背景知识2
1.4夹具设计5
2工艺规程设计7
2.1工艺分析7
2.1.1零件的作用7
2.1.2零件工艺分析7
2.1.3生产纲领计算8
2.2毛坯选择8
2.2.1选择毛坯种类8
2.2.2确定毛坯尺寸及机械加工总余量9
2.2.3绘制毛坯图10
2.3制定工艺路线10
2.3.1定位基准选择10
2.3.2加工阶段划分11
2.3.3工序的集中与分散13
2.3.4工序顺序的安排13
2.3.5工艺路线拟定13
2.3.6加工设备及工艺装备选择15
2.3.7工序尺寸确定16
2.3.8切削用量及基本工时17
3滚齿夹具设计26
3.1问题的提出26
3.2确定定位方案26
3.3确定夹紧机构26
3.4确定其他装置26
3.5绘制夹具总图27
3.6夹具简要说明28
4钻夹具设计29
4.1问题的提出29
4.2定位基准的选择29
4.3确定夹紧机构29
4.4绘制夹具装配图29
4.5切削力和夹紧力计算30
4.6定位误差分析31
4.7夹具简要说明31
5结论32
参考文献33
致谢34
毕业设计（论文）知识产权声明35
毕业设计（论文）独创性声明36
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1985639755
1绪论
1.1设计内容及意义
本次设计是在我们学完了大学的全部基础课,技术基础课以及专业课之后而进行的。
此次的设计是对大学期间所学各课程及相关的应用绘图软件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。
其目的在于:
a.巩固我们在大学里所学的知识,也是对以前所学知识的综合性的检验;
b.加强我们查阅资料的能力,熟悉有关资料;
c.树立正确的设计思想,掌握设计方法,培养我们的实际工作能力;
d.通过对双联齿轮零件的机械制造工艺设计,使我们在机械制造工艺规程设计,工艺方案论证,机械加工余量计算,工艺尺寸的确定,编写技术文件及查阅技术文献等各个方面受到一次综合性的训练。
初步具备设计一个中等复杂程度零件的工艺规程的能力。
e.能根据被加工零件的技术要求,运用夹具设计的基本原理和方法,学会拟定夹具设计方案,完成夹具结构设计,初步具备设计出高效,省力,经济合理并能保证加工质量的专用夹具的能力。
f.通过零件图,装配图绘制,使我们对于AutoCAD绘图软件的使用能得到进一步的提高[1]。
本次设计的主要内容为:
首先运用AutoCAD软件绘制双联齿轮零件的二维零件图,然后根据图纸的技术要求等确定生产类型,其次进行工艺分析,确定毛坯类型和制造方法,双联齿轮零件的材料为45钢,拟采用以锻造的形式进行毛坯的制造,并确定零件的机械加工工艺路线,完成机械加工工序设计,进行必要的经济分析。
最后,对某道加工工序进行夹具装配图及主要零件图的设计。
1.2国内外相关研究情况
建国初期,当时基本上没有齿轮产品的生产能力。
经过第一、二个五年计划的建设,我国初步形成了一套包括机床、汽车、重型机械、电站设备,石油化工与通用设备等机械制造能力。
同时,相应的齿轮制造业也随着发展起来,到1963年左右,我国已不仅能成批生产齿轮及其装置,而且普通规格的齿轮机床、刀具、量仪也能由国内制造。
1970年后,国家为了上水平,新建与改建一批生产齿轮及齿轮箱的专业厂与车间,并从国外引进一批关键设备,使齿轮产品的生产能力和水平上了一个台阶。
到1980年初,当时结合发展硬齿面齿轮制造技术与齿轮产品的更新换代,进一步装备了一批齿轮制造企业,这就基本上形成了我国齿轮制造业的完整体系。
齿轮传动在我国的发展是从渐开线齿廓起步的。
渐开线齿轮在技术上最成熟,应用最具备条件,因而使用也最普遍,并在机械传动设计中,占有主导地位。
70年代末,随着国外机械产品的引进与齿轮制造水平的提高,齿面经渗碳淬火、氮化或感应淬火处理的所谓硬齿面渐开线齿轮开始为人们所重视。
这种齿轮由于齿面硬度高与轮齿精度好而大大提高承载能力和使用寿命,并因结构尺寸小使齿轮装置的成本大为降低。
目前,我国已颁布各项齿轮国家标准88项,齿轮行业标准283项。
其中大多数齿轮技术标准,均已与国际接轨,达到了国际通用技术水平[2]。
1.3课题背景知识
1.3.1零件的结构特点
圆柱齿轮一般分为齿圈和轮体两部分,根据齿轮轮体的结构形状来划分可双联齿轮为盘类齿轮,有两个齿圈,在齿圈上切出直齿齿形,在轮体上带有花键孔。
双联齿轮零件如图1.1所示。
图1.1双联齿轮三维图
1.3.2机械制造工艺技术相关知识
a.根据零件图和产品装配图,对零件进行工艺分析
在对双联齿轮零件进行工艺规程设计时,应掌握该零件在部件或总成中的位置、公用以及部件或总成对该零件提出的技术要求,明确零件的主要工作表面,以便在拟定工艺规程过程中采取措施予以保证。
掌握零件的结构形状、材料、硬度及热处理等情况,了解该零件的主要工艺特点,形成工艺规程设计的总体构想。
分析零件上有哪些表面需要加工,以及各加工表面的尺寸精度、形状精度、位置精度、表面粗糙度及热处理等方面的技术要求;明确哪些表面是主要加工表面,以便在选择表面加工方法及拟定工艺路线时重点考虑;对全部技术要求应进行归纳整理[3]。
b.计算零件的生产纲领,确定生产类型
根据零件图查表可知,双联齿轮零件为轻型零件,根据生产要求将确定该零件为大批量生产。
c.确定毛坯种类和制造方法
机械加工中毛坯种类有很多种,如铸件、锻件、型材、挤压件、冲压件及焊接组合件等。
根据双联齿轮零件图所选择的材料,双联齿轮零件加工过程中应达到的技术指标和加工特点,零件生产的经济性,如何选择合适的毛坯种类也是设计重点。
其次,如何选择毛坯制造方法也是设计中必不可少的环节,一般地,选择毛坯的制造方法应考虑以下几个方面因素:
材料的工艺性能、毛坯尺寸、形状和精度要求、零件生产纲领、采用新型材料、新工艺、新技术的可能性。
d.确定毛坯尺寸和公差
如何确定毛坯尺寸,也就是如何确定加工余量,对确保加工质量、提高生产率和降低成本都有重要的意义。
余量不能确定过大或是过小,所以应当选择合适的方法来确定加工余量,保证零件加工各项尺寸及技术指标。
同时,选择合适的尺寸公差对零件加工和零件生产的经济性也有很大的影响。
e.拟定工艺路线
拟定工艺路线包括:
定位基准的选择;各表面加工方法的确定;加工阶段的划分;工序集中程度的确定;工序顺序的安排。
f.确定各个工序的加工余量,计算工序尺寸及公差
g.选择各个工序的机床设备及刀具、量具等工艺装备
h.确定各个工序的切削用量和时间定额
i.编制工艺文件
1.3.3机床夹具的作用
在机械制造的各个加工工艺过程中,必须使工件在工艺系统中处于正确的位置,以保证加工质量,并提高生产效率。
把为了使工件处于正确位置上所使用的各种工艺装备,称为夹具。
在机床上对工件进行切削加工时,为了保证加工精度,必须正确地安放工件,使工件相对于刀具和机床占有正确的位置,这一过程称为“定位”。
为了保护这个正确位置在加工过程中稳定不变,应该对工件施加一定的夹紧力,这个过程称为“夹紧”。
这两个过程总称为“安装”。
在机床上实现安装任务的工艺装备,就是“机床夹具”。
机床夹具的种类很多,其中,使用范围最广泛的是通用夹具,如车床上用的三爪卡盘和铣床上用的平口虎钳等。
这类夹具的规格尺寸已经标准化,由专业厂进行生产。
而用于批量生产,专门为工件某加工工序服务的专用夹具,则必须由各个制造厂自行设计制造[4]。
机床夹具在机械加工中起着重要的作用,所以应用十分广泛。
归纳起来有以下几个方面的作用:
a.保证工件的加工精度,稳定产品质量
夹具在机械加工中的基本作用就是保证工件的相对位置精度。
由于采用了能直接定位的夹具,因此,可以准确地确定工件相对于刀具和机床切削成形运动中的相互位置关系,不受或者少受各种主观因素的影响,可以稳定可靠地保证加工质量。
b.提高劳动生产率和降低加工成本
提高劳动生产率,降低单件时间定额的主要技术措施是增大切削用量和压缩辅助时间。
采用机床夹具,既可以提高工件加工时的刚度,有利于采用较大的切削用量,又可以省去划线找正等工作,使安装工作的辅助工时大大减小,因此能显著地提高劳动生产率和降低成本。
c.改善工人劳动条件
采用夹具后,工件的装卸显然比不用夹具方便、省力、安全。
使用专用夹具安装工件,定位方便、迅速,夹紧可采用增力、机动等装置,因此可以减轻工人的劳动强度。
还可设计保护装置,确保操作者安全。
d.在流水线生产中,便于平衡生产节拍
工艺过程中,当某些工件所需要工序时间特别长时,可以采用多工位或高效夹具等,以提高生产效率,使生产节拍能够比较平衡。
1.3.4机床夹具的分类
a.专用夹具
专用夹具是针对某一种工件的一定工序而专门设计的。
因为不需要考虑通用性,所以夹具可以设计得结构紧凑、操作方便。
还可以按需要采用各种省力机构、动力装置、分度装置等。
因此,此类夹具可以保证较高的加工精度和劳动生产率,主要在产品固定和工艺稳定的较大批量生产中应用。
这类夹具也是本课程研究的主要对象。
b.可调式夹具
可调式夹具的特点是:
加工完一种零件后,通过调整或更换夹具中的个别元件,即可加工形状相似、尺寸和加工相近的多种零件。
可调式夹具又可以分为通用可调夹具和专用可调夹具。
通用可调夹具如滑柱式钻模等,使用范围较大。
专门化可调夹具常称为成组夹具,通常配合成组技术,用于装夹和加工一组结构与工艺相似的工件。
c.专门化拼装夹具
专门化拼装夹具是针对其工件的特定工序加工要求,由实现制造好的通用性较强的标准化元件和部件拼装组成。
从这个特点来看,这类夹具具有很大的通用性,但同时又是为某一种特定工序而专门拼装的夹具。
因此,这类夹具又具有专门夹具的优点。
d.自动化生产用夹具
自动化生产用夹具驻澳是自动线上所使用的夹具。
基本上分为两类:
一类是固定式夹具,它与一般专用夹具相似;一类是随行夹具,它除了具有一般家具所担负的安装工件任务外,还担负着沿自动线输送工件的任务,即在这工件从一个工位移动到下一个工位。
故称为“随行夹具”[4]。
1.4夹具设计
1.4.1夹具设计的特点
a.针对性强,设计人员必须全面掌握工艺和生产现场的实际情况。
专用夹具是为某零件的某工序设计的,设计人员必须全面了解和掌握产品零件的要求,工艺工程的安排以及所使用的机床、刀具,铺具的具体情况才可能提出合理可行的最佳方案,确定最合理的定位、夹紧装置。
b.保证加工质量和劳动生产率是夹具设计的两项主要任务,而保证加工质量又是第一位的。
因此,设计时应重点把住定位方案的确定和精度分析这两道关。
对于制造精度要求不高的零件,其夹具设计应该重点保证提高劳动生产率和改善劳动条件。
c.夹紧机构对整个夹具结构起决定性作用。
夹紧装置的结构形式和种类很多,选用的灵活性很大,特别是夹紧装置中力源及传动机构的设计对夹具结构的影响最大。
因此,在同样能保证工序要求的情况下,每个人设计的结构可能大不相同。
而不同复杂程度的夹具在不同的生产规模条件下其经济效果也不一样,设计人员必须使自己的设计和生产规模相适应,不可片面追求高精度而忽视了经济性。
d.夹具的制造多属于单件生产,因此,设计时应考虑采用组合加工,修配和调整等措施来保证夹具的制造精度,尽可能地考虑设置修配和调整环节,而不能完全依靠用完全互换的办法保证制造精度。
e.设计周期短,一般不进行强度刚度计算。
夹具设计是直接为产品生产服务的生产技术准备工作,其设计周期要求短,因此设计时多采用参照法或是凭经验确定的办法来保证受力件的强度和刚度,通常不进行详细计算,有时采用简便公式或用图表做为设计参考。
倒是应注意,在设计一些具有较高精度的夹具时,应该对定位精度、夹紧力等进行必要的计算和分析[5]。
1.4.2设计的基本要求夹具设计的原则是经济和实用,它可以概括为“好用、好造、好修”这六个字,其中好用是主要的,但好用也必须以不脱离生产现场的实际制造和维修水平为前提。
具体要求为:
a.夹具的构造应与其用途和生产规模相适应,正确处理好质量、效率、方便性与经济性四者的关系。
b.保证工件精度。
c.保证使用方便,要便于装卸、便于夹紧、便于测量、便于观察、便于排屑排液、便于安装运输,保证安全第一。
d.注意结构工艺性,对加工、装配、检验和维修等问题应通盘考虑,以降低制造成本。
2工艺规程设计
2.1工艺分析
2.1.1零件的作用
双联齿轮是一些机械设备变速箱中,通过操作机构相结合,滑动齿轮,从而实现变速。
32花键孔有较高精度。
双联齿轮零件如图2.1所示。
图2.1双联齿轮零件
2.1.2零件工艺分析
该零件是齿轮类零件,形状规则,尺寸精度和形位精度要求均较高,零件的主要技术分析如下:
a.齿轮端面对准A的圆跳动公差不超过0.05mm,主要是保证端面平整光滑,双联是利用花键轴和花键孔进行配合定位,因此必须保证花键孔的尺寸精度。
双联齿轮之间啮合要求严格,要保证双联齿轮的齿形准确及同轴度较高。
b.由于零件是双联齿轮,轴向距离较小,根据生产纲领选择合理的加工工艺。
c.齿轮要求加工精度高,要严格控制好定位。
d.32的花键孔是比较重要的孔,也是以后机械加工各工序中的主要定位基准。
因此加工花键孔的工序是比较重要的。
要在夹具设计中考虑保证到此孔精度及粗糙度要求。
2.1.3生产纲领计算
零件的生产类型是指企业（或车间、工段、班组、工作地等）生产专业化程度的分类,它对工艺规程的制订具有决定性的影响。
生产类型一般可分为大量生产、成批生产和单件生产三种类型,不同的生产类型有着完全不同的工艺特征。
零件的生产类型是按零件的年生产纲领和产品特征来确定的。
生产纲领是指企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划。
年生产纲领是包括备品和废品在内的某产品年产量。
零件的生产纲领N可按下式计算:
（2.1）
式中----零件的生产纲领----产品的年产量（台、辆/年）----每台（辆）产品中该零件的数量（件/台、辆）---备品率,一般取2%-4%---废品率,一般取0.3%-0.7%
根据上式就可以计算求得出零件的年生产纲领,再通过查表,就能确定该零件的生产类型[7]。
根据本零件的设计要求,Q10000台,m1件/台,分别取备品率和废品率3%和0.5%,将数据代入生产纲领计算公式得出N10351件/年,可知本设计零件的生产类型为大批量生产。
2.2毛坯选择
2.2.1选择毛坯种类
机械加工中毛坯的种类有很多种,如铸件、锻件、型材、挤压件、冲压件、焊接组合件等,同一种毛坯又可能有不同的制造方法。
为了提高毛坯的制造质量,可以减少机械加工劳动量,降低机械加工成本,但往往会增加毛坯的制造成本。
选择毛坯的制造方法一般应当考虑一下几个因素。
a.材料的工艺性能
材料的工艺性能在很大程度上决定毛坯的种类和制造方法。
例如,铸铁,铸造青铜等脆性材料不能锻造和冲压,由于焊接性能差,也不宜用焊接方法制造组合毛坯,而只能用铸造。
低碳钢的铸造性能差,很少用于铸造;但由于可锻性能,可焊接性能好,低碳钢广泛用于制造锻件、型材、冲压件等。
b.毛坯的尺寸、形状和精度要求
毛坯的尺寸大小和形状复杂程度也是选择毛坯的重要依据。
直径相差不大的阶梯轴宜采用棒料;直径相差较大的宜采用锻件。
尺寸很大的毛坯,通常不采用模锻或压铸、特种铸造方法制造,而适宜采用自由锻造或是砂型铸造。
形状复杂的毛坯,不宜采用型材或自由锻件,可采用铸件、模锻件、冲压件或组合毛坯。
c.零件的生产纲领
选择毛坯的制造方法,只有与零件的生产纲领相适应,才能获得最佳的经济效益。
生产纲领大时宜采用高精度和高生产率的毛坯制造方法,如模锻及熔模铸造等;生产纲领小时,宜采用设备投资少的毛坯制造方法,如木模砂型铸造及自由锻造[8]。
根据上述内容的几个方面来分析本零件,零件材料为45钢,首先分析材料的性能,具有较高的强度,塑性和耐磨性,由于零件结构简单,尺寸较小,且有台阶轴,力学性能要求较高,精度较高且要进行大批量生产,所以选用模锻件,其加工余量小,表面质量好,机械强度高,生产率高。
毛坯的尺寸精度要求为IT11?
12级。
2.2.2确定毛坯尺寸及机械加工总余量
双联齿轮是一些设备变速箱中,通过与操纵机构相结合,滑动齿轮,从而实现变速。
要求配合精度较高,力学性能较好,且生产纲领是大批量生产,所以毛坯选用模锻件,再给以正火处理,以消除锻件在锻造过程中的内应力。
查文献[13]该种锻件的公差等级为CT7~9级,故取CT为9级。
由文献[13]可用查表法确定各表面的总余量,但由于用查表法所确定的总余量与生产实际情况有些差距,故还应根据工厂具体情况进行适当的调整。
由文献[13]可查出锻件主要尺寸的公差,先将调整后的主要毛坯尺寸及公差,如下表2.1所示:
表2.1零件毛坯尺寸及公差mm
主要面尺寸零件尺寸总余量毛坯尺寸
87.5外圆87.5491.5
57.5外圆57.5461.5
4242446
42长42446
18厚18321
23厚23225
由此可绘出零件毛坯图。
2.2.3绘制毛坯图
双联齿轮零件毛坯图如图2.2所示。
图2.2双联齿轮零件毛坯图
2.3制定工艺路线
2.3.1定位基准选择
定位基准的选择在工艺规程制定中直接影响到工序数目,各表面加工顺序,夹具结构及零件的精度。
定位基准分为粗基准和精基准,用毛坯上未经加工的表面作为定位基准成为粗基准,使用经过加工表面作为定位基准称为精基准。
在制定工艺规程时,先进行精基准的选择,保证各加工表面按图纸加工出来,再考虑用什么样的粗基准来加工精基准。
a.粗基准的选择原则
为保证加工表面与不加工表面之间的位置精度,则应以不加工表面为粗基准。
若工件上有很多个不加工表面,应选其中与加工表面位置精度要求较高的表面为粗基准。
为保证工件某重要表面的余量均匀,应选重要表面为粗基准。
应尽量选光滑平整,无飞边,浇口,冒口或其他缺陷的表面为粗基准,以便定位准确,夹紧可靠。
粗基准一般只在头道工序中使用一次,应尽量避免重复使用。
b.精基准的选择原则
“基准重合”原则应尽量选择加工表面的设计基准为定位基准,避免基准不重合引起的定位误差。
“基准统一”原则尽可能在多数工序中采用同一组精基准定位,以保证各表面的位置精度,避免因基准变换产生的误差,简化夹具设计与制造。
“自为基准”原则某些精加工和光整加工工序要求加工余量小而均匀,应选该加工表面本身为精基准,该表面与其他表面之间的位置精度由先行工序保证。
“互为基准”原则当两个表面相互位置精度及尺寸、形状精度都要求较高时,可采用“互为基准”方法,反复加工。
所选的精基准应能保证定位准确、夹紧可靠、夹具简单、操作方便[10]。
2.3.2加工阶段划分
双联齿轮零件加工质量要求较高,可将加工阶段分为粗加工,精加工几个阶段。
a.工艺过程分析
图2.1为一双联齿轮零件图,材料为45钢,精度为7FL级,齿部50HRC。
齿轮的加工工艺过程大致要包括以下内容:
毛坯热处理、齿坯加工、齿形加工、齿端加工、齿面热处理、精基准修正及齿形精加工等。
加工的第一阶段是齿坯最初进入机械加工的阶段。
由于齿轮的传动精度主要决定于齿形精度和齿距分布均匀性,而这与切齿时采用的定位基准（孔和端面）的精度有着直接的关系,所以,这个阶段主要是为下一阶段加工齿形准备精基准,使齿的内孔和端面的精度基本达到规定的技术要求。
在这个阶段中除了加工出基准外,对于齿形以外的次要表面的加工,也应尽量在这一阶段的后期加以完成。
第二阶段是齿形的加工。
对于不需要淬火的齿轮,一般来说这个阶段也就是齿轮的最后加工阶段,经过这个阶段就应当加工出完全符合图样要求的齿轮来。
对于需要淬硬的齿轮,必须在这个阶段中加工出能满足齿形的最后精加工所要求的齿形精度,所以这个阶段
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