蜗杆套零件设计.docx
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蜗杆套零件设计
实例一某产品中蜗杆套零件工艺设计说明书
一、计算生产纲领，确定生产类型
图1—15所示为某产品上的一个蜗杆套零件。
该产品年产量为2000台，设其备品率为10％，机械加工废品率为1％，现制订该蜗杆套零件的机械加工工艺规程。
N=Q×n（a%＋b%）＝2000×1×（10％＋1％）＝2220件／年
注：
Q为产品年产量，n为生产年限，a%表示备品率，b%表示机械加工废品率。
齿轮零件的年产量为2220件，现已知该产品属于轻型机械，根据生产类型与生产纲领的关系，确定其生产类型为中批生产。
二、零件的分析
蜗杆套零件的图样的视图正确、完整，尺寸齐全。
本零件各表面的加工并不困难。
关于Φ37mm的内孔，其位置是在内孔Φ30的内侧，且Φ37内孔与Φ30内孔相连接。
由于加工时，不能选用Φ30内端面为定位基准，故要较精确地保证尺寸要求则比较困难。
分析该内孔是做联接之用，尺寸精度不需要太高的要求，只要保证与端面正确定位，即能使联接正确即可，因此内孔Φ37的孔加工亦不成问题。
三、选择毛坯
蜗杆套是最常用的连接件，要求具有一定的抗拉强度。
该零件的材料为45钢，轮廓尺寸不大，形状比较复杂，又属成批生产，做毛坯可采用铸造成型。
零件形状复杂，因此毛坯形状可以与零件的形状尽量接近。
内孔做成阶梯型，外形铸出。
毛坯尺寸通过确定加工余量后决定。
四、工艺规程设计
（一）定位基准的选择
本零件是带孔的柱形套件，孔是其设计基准（亦是装配基准和测量基准），为避免由于基准不重合而产生的误差，应选孔为定位基准，即遵循“基准重合”的原则。
具体而言，即选Φ30孔及一端面中心作为精基准。
由于本套件全部内孔都需加工，而孔作为精基准应先进行加工，因此应选一端面为粗基准。
（二）零件内孔加工方法的选择
本零件的加工面有内圆孔、端面、内阶梯孔、内螺纹孔等，材料为45钢。
参考教材中有关资料，其加工方法选择如下：
⑴Φ60mm外圆面：
为未注公差尺寸，表面粗糙度要用不去除材料方法获得，需进行精密铸造。
⑵套件内孔Φ30：
上偏差为+0.03,下偏差为0，表面粗糙度Ra3.2μm，粗车后精车即可。
⑶Φ37mm内圆孔：
表面粗糙度Ra3.2μm，半精车车即可。
⑷Φ40mm阶梯内孔：
表面粗糙度为Ra3.2μm，毛坯孔Φ28
已铸出，为未淬火钢，加工方法可采取粗车、半精镗，精车等都能满足加工要求。
由于镗孔适用于大批量生产，钻适用于单件小批生产，故本零件宜采用半精镗。
⑸Φ37mm内孔：
为未注公差尺寸，公差等级按IT14，表面粗糙度为Ra3μm，毛坯孔已锻出，只需半精车即可
⑹端面：
本零件的端面为圆，尺寸精度都要求不高，表面粗糙度为Ra3.2μm。
要求Ra3.2μm的端面经粗车和半精车。
⑺外圆面：
表面粗糙度为Ra3.2μm，后粗车在精车即可。
⑻内螺纹：
螺纹外径为36，螺距为1.5，用专用机床配上螺纹刀攻丝。
（三）制订工艺路线
杆套的加工工艺路线一般是先进行铸坯的加工，再进行内孔加工。
铸坯加工包括圆柱表面及端面的加工。
按照先加工基准面及先粗后精的原则，蜗杆铸坯加工可按下述工艺路线进行：
工序10：
以外圆Φ62及端面定位，粗车外圆和另一端面，粗车外圆Φ61.5mm及台阶面，粗车端面Φ51mm，半精镗孔Φ29mm。
工序20：
半精车Φ50.5mm端面，粗车另一端面，粗车内圆Φ29.05。
工序30：
半精车端面，尺寸始终保持在50.05
工序40：
以外圆Φ90mm及端面定位，精镗孔Φ68K7，镗孔内的沟槽，倒角。
工序50：
以Φ68K7孔及端面定位，滚齿。
4个槽与4个小孔的加工安排在最后，考虑定位方便，应先铣槽后钻孔。
工序60：
以孔Φ68K7及端面定位，粗铣4个槽。
工序70：
以孔Φ68K7、端面及粗铣后的一个槽定位，半精铣4个槽。
工序80：
以孔Φ68K7、端面及一个槽定位，钻4个小孔。
工序90：
钳工去毛刺。
工序100：
终检。
（四）确定机械加工余量及毛坯尺寸，设计毛坯—零件综合图
⒈确定机械加工余量
钢质模锻件的机械加工余量按有关标准确定。
确定时，根据估算的锻件质量、加工精度及锻件形状复杂系数，由附表1可查得除孔以外各内、外表面的加工余量。
孔的加工余量由表1—6查得
表1—6锻件内孔直径的机械加工余量（mm）（单面余量）
孔径
孔深
大于
到
大于0
63
100
140
200
到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
⑴锻件质量：
根据零件成品重量l.36kg估算为2.2kg。
⑵加工精度：
零件除孔以外的各表面为一般加工精度。
⑶锻件形状复杂系数S
假设的最大直径为Φ121mm，长68mm。
则m外轮廓包容体=πR2·1·d密度=（3.14×
×6.8×7.85）
g=6135g=6.135kgm锻件=2.2kg∴s
=0.359
表1—7锻件形状复杂系数S分表
级别
S数值范围
级别
S数值范围
简单
S1＞0.63～1
较复杂
S3＞0.16～0.32
一级
S2＞0.32～0.63
复杂
S4≤0.16
按表1—7查得形状复杂系数为S2，属一般级别F1。
⑷机械加工余量根据锻件质量、FI、S2查附表1。
由于表中形状复杂系数只列S1和S3，则S2参考S1定，S4参考S3定。
由此查得直径方向为1.7~2.2mm。
即锻件各外径的单面余量为1.7~2.2mm，各轴向尺寸的单面余量亦为1.7~2.2mm。
锻件中心两孔的单面余量按表1—6查得为2.5mm。
⒉确定毛坯尺寸
上面查得的加工余量适用于机械加工表面粗糙度Ra≥1.6μm。
Ra＜1.6μm的表面，余量适当增大。
故Φ68K7孔需增加精镗的加工余量。
参考磨孔余量确定精镗孔单面余量为0.5mm。
则毛坯尺寸如表1—8所示。
表1—8齿轮毛坯（锻件）尺寸（mm）
零件尺寸
单面加工余量
锻件尺寸
Φ117h11
2
Φ121
Φ106.5
1.75
Φ110
Φ90
2
Φ94
Φ94
2.5
Φ89
Φ68K7
3
Φ62
64
2及1.7
67.7
20
2及2
20
12
2及1.7
15.7
Φ94孔深31
1.7及1.7
31
⒊设计毛坯—零件综合图
⑴确定毛坯尺寸公差
毛坯尺寸公差根据锻件重量、形状复杂系数、分模线形状种类及锻件精度等级从手册中查得。
本零件锻件重量2.2kg，形状复杂系数为S2，45钢含碳量为0.42％～0.50％，其最高含碳量为0.5％，按表1—9查得
表1—9锻件材质系数
级别
钢的最高含碳量
合金钢的合金元素最高总含碳量
M1
＜0.65
＜3.0%
M2
≥0.65
≥3.0%
锻件材质系数为M1，采取平直分模线，锻件为普通精度等级，则毛坯公差可从附表2、附表3中查得。
列表1—10如下：
表1—10齿轮毛坯（锻件）尺寸允许偏差（mm）
锻件尺寸
偏差
根据
Φ121
+1.7
-0.8
附表2
Φ110
+1.5
-0.7
Φ94
+1.5
-0.7
Φ89
+0.7
-1.5
φ62（φ54）
+0.6
-1.4
20
±0.9
31
±1.0
15．7
+1.2
-0.4
附表3
67．7
+1.7
-0.5
⑵确定圆角半径
表1—11锻件圆角半径计算表（mm）
H/R
r
R
≤2
0.05H+0.5
2.5r+0.5
＞2～4
0.06H+0.5
3.0r+0.5
＞4
0.07H+0.5
3.5r+0.5
锻件圆角半径按表1—11确定。
本锻件各部分的H／B皆小于2，
故可用下式计算：
外圆角半径r=0.05H＋0.5
内圆角半径R=2.5r＋0.5
为简化起见，本锻件的内外圆角半径分别取相同数值。
以最大的H进行计算。
r=（0.05×32＋0.5）mm=2.1mm，取r=2.5mm
R=（2.5×2.5＋0.5）mm=6.75mm，取R=7mm
⑶确定拔模角
本锻件由于上、下模模镗深度不相等，起模角应以模镗较深的一侧计算。
=
=1，
=
=0.291
按附表４查得，外起模角α＝5°，内起模角β＝7°。
⑷确定分模位置
由于毛坯是H＜D的圆盘类锻件，应采取轴向分模。
这样可冲内孔，使材料利用率得到提高。
为了便于起模及便于发现上、下模在模锻过程中错移，分模线位置选在最大外径的中部，分模线为直线。
⑸确定毛坯的热处理方式
钢质齿轮毛坯经锻造后应安排正火，以消除残留的锻造应力，并使不均匀的金相组织通过重新结晶而得到细化、均匀的组织，从而改善了加工性。
图1—16所示为本零件毛坯—零件综合图
技术要求
⒈正火
⒉硬度207～241HBS
⒊未注圆角R2.5
⒋外起模角5°
图1—16毛坯—零件综合图
（五）工序设计
⒈选择加工设备与工艺装备
⑴选择机床
a）工序10、20、30是粗车和半精车。
本零件外廓尺寸不大。
精度要求不是很高，选用最常用的CA6140型卧式车床即可。
b）工序40为精镗孔。
由于加工的零件外廓尺寸不大，又是回转体，故宜在车床上镗孔。
选C616A型。
c）工序50滚齿。
从加工要求及尺寸大小考虑，选Y3150型滚齿机较合适。
d）工序60、70是用三面刃铣刀粗铣及半精铣槽，应选卧式铣床X6132。
e）工序80钻小孔4—φ5mm，可采用专用的分度夹具在立式钻床上加工，可选Z518立式钻床。
⑵选择夹具
本零件除粗铣及半精铣槽、钻小孔等工序需要专用夹具外，其它各工序使用通用夹具即可。
前四道车床工序用三爪自定心卡盘，滚齿工序用心轴。
⑶选择刀具
a）在车床上加工，一般都选用硬质合金车刀和镗刀。
加工钢质零件采用YT类硬质合金，粗加工用YT5，半精加工用YT15，精加工用YT30。
为提高生产率及经济性，可选用可转位车刀。
切槽刀宜选用高速钢。
b）滚齿采用Ａ级单头滚刀能达到8级精度。
滚刀的选择，选模数2.25mm的Ⅱ型A级精度滚刀。
c）铣刀选错齿三面刃铣刀，零件要求铣切深度为15mm。
铣刀直径应为110～150mm。
因此所选铣刀：
半精铣工序铣刀直径d＝125mm，L＝16mm，孔径D＝32mm，齿数Z=20，粗铣由于留有双面余量2mm，槽宽加工到14mm，铣刀规格为d＝125mm，L＝14mm，D=32mm，Z=20。
d）钻小孔Φ5mm，用Φ5直柄麻花钻，带90°倒角的锪钻。
⑷选择量具
本零件属成批生产，一般均采用通用量具。
选择量具的方法有二种：
一是按计量器具的不确定度选择；二是按计量器具的测量方法极限误差选择。
a）选择各外圆加工面的量具工序30中半精车外圆Φ117h11达到图纸要求，现按计量器具的不确定度选择该表面加工时所用量具：
该尺寸公差T=0.22mm。
按工艺人员手册，计量器具不确定度允许值U1＝0.016mm。
选择测量范围100～125mm，分度值为0.01mm外径千分尺。
按照上述方法选择本零件各外圆加工面的量具如表1－12所示。
表1－12外圆加工面所用量具（mm）
工序
加工面尺寸
尺寸公差
量具
10
Φ118.5
0.54
分度值0.02测量范围0～150游标卡尺
Φ91.5
0.87
20
Φ106.5
0.4
30
Φ90
0.87
分度值0.05测量范围0～150游标卡尺
Φ117
0.22
分度值0.01测量范量范围100～125外径百分尺
b）选择加工孔用量具Φ68K7孔经粗镗、半精镗、精镗三次加工。
粗镗至Φ65
mm半精镗至Φ65mm。
现按计量器的测量方法极限误差选择其量具。
粗镗孔Φ65
mm公差等级为IT11，由工艺人员手册查得，根据粗镗孔Φ65
mm公差等级为IT11，选择计量器具。
精度系数K＝10％，计量器具测量方法的极限误差△lim=KT=（0.1×0.19）mm=0.019mm。
可选内径百分尺，选分度值0.01mm，测量范围50～125mm的内径百分尺即可。
半精镗孔Φ65
公差等级约为IT9，则K=20%，△lim=KT=（0．2×0.09）mm=0.018mm，根据工艺人员手册，选测量范围为50～l00mm，测孔深度为Ⅰ型的一级内径百分表。
精镗Φ68K7孔，由于精度要求高，加工时每个工件都需进行测量，故宜选用极限量规。
由手册可知，根据孔径可选三牙锁紧式圆柱塞规。
c）选择加工轴向尺寸所用量具加工轴向尺寸所选量具如表1—13。
表1—13加工轴向尺寸所选量具（mm）
工序
尺寸及公差
量具
10
66.4
分度值0.02测量范围0～150游标卡尺
20
20
64.7
32
31
30
20
分度值0.01测量范围0～25深度百分尺
64
分度值0.01测量范围50～75外径百分
d）选择加工槽所用量具槽经粗铣、半精铣两次加工。
槽宽及槽深的尺寸公差等级为，粗铣时均为IT14，半精铣时，槽宽IT13，槽深IT14。
均可选用分度值为0.02mm，测量范围0～150mm游标卡尺进行测量。
e）选择滚齿工序所用量具滚齿工序在加工时测量公法线长度即可。
根据手册①，选分度值0.01mm，测量范围25～50mm的公法线百分尺。
⒉确定工序尺寸
确定工序尺寸一般的方法是，由加工表面的最后工序往前推算，最后工序的工序尺寸按零件图样的要求标注。
当无基准转换时，同一表面多次加工的工序尺寸只与工序（或工步）的加工余量有关。
当有基准转换时，工序尺寸应用工艺尺寸链解算。
（1）确定圆柱面的工序尺寸
前面根据有关资料已查出本零件各圆柱面的总加工余量（毛坯余量），然后查出各工序加工余量（除粗加工外），总加工余量减去各工序加工余量之和，即为粗加工余量。
中间工序尺寸的公差按加工方法的经济精度确定。
本零件各圆柱表面的工序加工余量、工序尺寸及公差、表面粗糙度如表1—14所列。
表1—14圆柱表面的工序加工余量、工序尺寸公差（mm）表面粗糙度（μm）
加工表面
工序双边余量
工序尺寸及公差
表面粗糙度（Ra）
粗
半精
精
粗
半精
精
粗
半精
精
Φ117h11外圆
2.5
1.5
-
Φ118.5
Φ117
-
6.3
3.2
Φ106.5
外圆
3.5
-
-
Φ106.5
-
-
6.3
Φ90外圆
2.5
1.5
-
Φ91.5
Φ90
-
6.3
3.2
Φ94孔
5
Φ94
6.3
Φ68K7孔
3
2
1
Φ65
Φ67
Φ68
6.3
1.6
0.8
实例二参看教材P165页第五节制定机械技工规程范例
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