中间轴齿轮机械加工工艺设计.docx
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中间轴齿轮机械加工工艺设计
东华理工大学长江学院
课程设计报告
课程设计题目：
制造基础综合实践
学生姓名：
陈剑
班级：
1230102
专业：
机械工程及自动化
指导教师：
鲍廷义
2015年1月13日
第一章零件的工艺特点及基本工艺过程
§1.1工艺特点
§1.2基本工艺过程
第二章零件图样分析
§2.1零件的结构及组成
§2.2零件的功用
§2.3零件材料的分析
§2.4零件的结构分析
§2.5零件的工艺分析
§2.6技术要求
§2.7加工工艺性
第三章毛坯的确定
§3.1毛坯的选择
§3.2毛坯图的设计
第四章基准的选择
§4.1基准的分类
§4.2定位基准的选择
第五章加工工艺设计
§5.1加工阶段的划分
§5.2各加工阶段的主要任务
§5.3加工顺序的安排
§5.4工艺设备的选择
§5.5加工工艺设计
§5.6工艺路线的分析与比较
课程设计评分表
第一章零件的工艺特点及基本工艺过程
§1.1工艺特点
轴齿轮类零件的工艺特点首先是它的形面特征多及形状复杂，加工难，基于零件的特征可以把它分为主特征：
圆柱表面、齿轮加工等；辅助特征：
键槽、轴肩、轴环等。
另外，中间轴齿轮加工所使用的机床多，材料及热处理要求高、材料种类也较多。
工艺特征：
如尺寸精度、形位公差、表面质量也要求较高。
在机械加工中，零件加工方法多，根据生产规模、设备状况和技术条件，零件的形状和轮廓尺寸等，从而针对加工的精度和技术要求，选择不同加工方法。
§1.2基本工艺过程
中间轴齿轮机械加工工艺过程，主要从以下几个方面分析
1、毛坯下料----锯床
2、粗车----车床
3、调质处理（提高齿轮轴的韧性和轴的刚度）----箱式炉
4、精车----车床
5、铣键槽----铣床
6、滚齿-----滚齿机
7、齿面淬火---高频淬火机床
8、磨齿---外圆磨床
9、外圆轴承位置磨削---磨床
10、检验成品
第二章零件图样分析
§2.1零件的结构及组成
该零件是由轴承，齿轮、轴肩、键槽轴和轴环等组成。
§2.2零件的功用
本零件为各类减速器的中间轴齿轮及功用为支承转动零件和承受扭矩或弯矩并与之轴上零件一起回转，是传递动力和改变力的传递运动方向。
§2.3零件材料的分析
轴齿轮零件的选材一般为45号钢,牌号是45,45为优质碳素结构钢,含C0.42~0.50%、Mn0.50~0.80%、Si0.17~0.37%45钢材料有如下特点：
（1）由于该零件结构特点和承受载荷的分析，故选择45号钢，它的硬度为HB200，抗拉强度σb为640MPa，容易切削；淬火钢的硬度达HRC55～65，抗拉强度σb达2100～2600MPa，它的切削加工性就很好。
（2）由于该零件最常用中碳调质钢，综合力学性能良好，淬透性低，宜采用调质处理。
（3）由于该零件主要用于制造强度较高的运动件，如拖拉机减速箱、发动机、重型载货汽车以及各类减速器等。
§2.4零件的结构分析
从零件图上看，本零件为回转体零件，结构比较简单，两端是由直径为
24的轴承，左端轴承长为31，右端轴承为12.8，齿轮的厚度为3.77，全齿高为5.4，齿面5.6，轴环所在的圆柱直径为
44，长度为7.2，键槽为40X11.2，深度为4，所在的圆柱直径为
40长为46，其主要加工的面有
24、
40的外圆柱面及齿面和一个键槽，由于传动与装配的要求较高，对于
24、
40圆柱面有较高的同轴度要求，对于
24、
36、
40、
44圆柱面及
64齿面均有径向圆跳动要求，对于
64的两端面及
36左端面
40右端面有端面跳动要求。
§2.5零件的工艺分析
此轴是轴类零件中常见的，是动力机械中的主要零件之一，他的主要功能是传递运动和动力。
在动力传输过程中，会产生较大的既受弯矩又承受转矩工作是产生的应力多为变应力，所以失效多为疲劳损坏，因此轴的材料应具有足够的疲劳强度、较小的应力集中敏感性和良好的加工性能。
该零件材料为45钢，调质处理200HBS。
45号钢是一般轴类零件常用的材料，经过调质可以得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合力学性能，重要表面经过局部淬火后再回火，表面硬度可以达到HRC45~~52。
该齿轮轴由圆柱、阶梯轴、内孔、退刀槽、倒角、齿轮的传递动力的组成其中多个直径尺寸有较严的尺寸精度和表面粗糙度等要求（IT7～IT8），还有一处同轴度要求和一处全跳动度要求。
尺寸标注完整，轮廓描述清楚。
§2.6技术要求
（1）.轴的内圆与外圆的圆跳度不大于0.03。
（2）.毛坯要经过调至热处理，提高力学性能。
（3）.齿部表面要进行淬火处理，硬度为HRC45-48。
（4）.轴承位置根据设计要求需热处理，经外圆磨床加工。
（5）.调质241-286HBS
（6）.未标注的圆角为R2.倒角为C2
§2.7加工工艺性
此零件的技术要求不高，用车床、铣床、滚齿机就可以加工出。
精度要求一般是7级或8级，而且表面粗糙度的要求也不是很高，零件较好加工
第三章毛坯的确定
§3.1毛坯的选择
毛坯的种类有主要有：
型材、铸件、锻件和半成品四种。
表3-1：
毛坯的加工工艺
工序名称
工序间余量/mm
经济精度/μm
表面粗糙度/μm
工序基本尺寸/mm
标注工序尺寸公差/mm
毛坯
6
70
70
粗车
4
h12
Ra14～320
66
半精车
1.7
h10
Ra2.5～10
64.3
精车
0.3
h8
Ra0.6～2.5
64
由以上工序加工余量分析，毛坯的尺寸选在Φ70×186即可。
§3.2毛坯图的设计
图3.2.1
毛坯（锻件）图是根据产品零件设计的，经查《机械加工工艺手册》、《机械零件工艺手册》，再考虑到其所要加工的次数，知磨削余量，精车----粗车各余量,粗车余量可选用1mm，精车余量可选用0.5mm。
传动轴磨削余量可取0.25mm。
所以应选择的毛坯尺寸为186×
70mm。
第四章基准的选择
§4.1基准的分类
零件是由若干表面组成的，各表面之间都有一定的尺寸和相互位置要求，然而基准又分为：
1.设计基准
2.工艺基准
§4.2定位基准的选择
定位精准包括粗精准和精基准，选择工件的定位基准，实际上是确定工件的定位基面。
在起始工序中，只能选择未经加工的毛坯表面作为定位基准，这种基准称为粗基准。
用加工过的表面作为定位基准，则称为精基准。
在选择定位基准时，是从保证精度要求出发的，因此分析定位基准选择的顺序就应为精基准到粗基准。
粗基准的选择:
粗基准的选择对工件主要考虑两个方面的问题，一是影响工件上加工上表面与不加工表面的相互位置，二是不加工表面的尺寸、位置均应符合图样要求。
精基准的选择:
选择精基准应要保证加工精度，并使零件装夹方便，准确。
在选用粗基准的时候，根据以上原则，为了保证各柱面之间的位置精度，外圆柱面的车削磨削之前先加工出中心孔，为后继工序提供可靠的定位基准，和选择齿轮轴的左端面作为粗基准，因为他们是齿轮轴的设计基准，这样能够使加工遵循基准重合的原则，同时以加工中心线定位可以加工多处表面，便于在不同的工序中都使用中心线定位，这也符合基准统一原则。
又因为齿轮轴的主要加工表面是齿轮面和外圆表面，同轴度也要求较高，所以是以齿轮轴的左端作为基准。
该轴齿轮毛坯是热轧圆钢。
在一开始粗加工的时候，是选用车床加工外圆、三爪自定心卡盘进行夹紧定位的，然后用双顶尖装置进行夹紧加工，粗车是选用圆钢的外圆作为基准的。
在选用精基准时，采用互为基准进行两端的外圆进行加工，在钻孔时采用基准统一原则，加工孔时的工艺路线采用钻→扩→铰的加工路线，镗油槽时采用齿轮端进行定位，在加工齿轮时可采用轴心和键槽定位。
由于该传动轴的几个主要配合表面
24、
36圆柱面有较高的同轴度要求，对于
64的两端面及
36左端面
40右端面有端面跳动要求，轴肩面对基准轴线A-B均有径向圆跳动和端面圆跳动的要求，它又是实心轴，所以应选择两端中心孔为基准，采用双顶尖装夹方法，以保证零件的技术要求。
第五章加工工艺设计
§5.1加工阶段的划分
工件的加工质量要求较高时，都应划分加工阶段，一般可分为粗加工、半精加工和精加工三个阶段。
如果加工精度和表面质量要求特别高，则还可增设光整加工和超精密加工阶段。
§5.2各加工阶段的主要任务
（1）粗加工阶段的任务是切除毛坯大部分余量，使毛坯接近成品的形状和尺寸。
（2）半精加工阶段的任务是留下精加工余量后使主要表面达到一定的精度，为精加工做好准备并完成一些次要表面的加工。
（3）精加工阶段的任务是保证各主要表面达到规定的精度和表面粗糙度。
（4）轴承位置根据设计要求需热处理，经外圆磨床加工。
§5.3加工顺序的安排
切削加工的安排原则：
A.基准先行B.先粗后精C.先主后次D.先面后孔
热处理工序的安排：
A.预备热处理的目的的改善工件的加工性能，消除残余内应力，改善金相组织，为最终热处理做好准备，如正火、退火和调质等。
预备热处理一般安排在粗加工前，但调质常安排在粗加工后进行。
B.消除残余应力处理的目的是消除毛坯制造和切削加工过程中产生的残余应力，如时效和退火。
C.最终热处理的目的是提高零件的力学性能（如强度、硬度、耐磨性等），如调质、淬火、回火以及各种表面处理，一般安排在精加工前。
本零件的主要功用是传递动力，其工作时需承受较大的冲击载荷，要求有较高的强度和韧性，故需要进行渗碳淬火回火热处理。
辅助工序的安排：
辅助工序包括检验、去毛刺、清洗、防锈等检验。
除了工序中自检外，还需在下列场合单独安排检验工序：
a.重要工序前后；b.送往外车间加工之前；c.全部加工工序完成、去毛刺之后。
有些特殊去毛刺常安排在下列场合进行：
a.淬火工序之前；b.全部加工工序结束之后。
此零件为配合件，配合部位的精度要求比较高，为了达到图纸的精度要求，应该安排磨削工序，来达到精度要求和提高表面性能。
§5.4工艺设备的选择
机床的选择
零件的加工精度和生产效率在很大程度上是由机床的使用性能决定的，在设计工艺规程时，主要是选机床种类及型号，选项择时间参照相关手册，产品样品，遵循以下原则：
（1）机床的加工尺寸范围应与零件的外轮廓尺寸相适应；
（2）机床的精度应与工件的精度要求相适应；
（3）机床生产类型应与零件的生产类型相适应。
（4）选择刀具应结合现在有的实际情况。
当在车间没有相适应的机床设备时，就需要对已有的机床进行设备的改装，使其成为专用机床。
在此，应根据具体要加工的零件的要求提出设计任务书，包括：
一些必要参数、精度要求，产品要求，产品质量、经济效益等。
零件齿轮轴需经过车、钻、铰、滚齿等工序加工完成。
根据我们学校现有的设备具体安排如下:
a.粗车两端面，各部分外圆面选用CA6140普通车床
b.半精车、精车外圆轮廓，钻、镗、选用CK7150A数控车床
c.齿轮加工选用滚齿机；
①CK7150A数控车床
FANUCOI-TB数控系统
最大回转直径500mm
主轴转速30～2000r/min（无级调速）
X、Z行程260×1100mm
刀盘装刀数8把
主轴电动机功率7.5KW
②滚齿机YW3150参数：
表5.4.1
最大工件直径X最大模数（mm）
滚刀至工作台最小中心距（mm）
工作台尺寸（mm）
主轴转速
级数
范围（转/min）
800X10
50
690
9
45-280
电机
外形尺寸长X宽X高（mm）
工作精度
主电机
总电容
台数
等级
粗糙度Ra
7.5
16.03
7
3050X960X2150
5-6-7
2.5
CA6140普通车床
床身上最大工件回转直径:
400MM
刀架上最大工件回转直径:
210MM
最大棒料直径:
47MM
最大工件长度:
750、1000、1500、2000四种
最大加工长度：
650、900、1400、1900
主轴转速范围正转10—1400转/分、24级
反转14。
5—1600转/分、12级
进给量范围纵向0.028—6.33毫米/转，共64级
横向0.014—3.16毫米/转，共64级
螺纹加工范围米制螺纹P=1-192MM，44种
英制螺纹A=24牙/IN，37种
模数制螺纹M=0.25—48MM，39种
径直制螺纹DP=1—96牙/IN，37种
主电动机7.5KW，1450转/分
机床外形尺寸（长×宽×高）对于最大工件长度1500MM的机床为3168mm×1000mm×1267mm
刀具的选择
由于刀具材料的切削性能直接影响着生产效率，工件的加工精度和表面质量，所以正确选择刀具材料是数控加工工艺的一个重要的部分.刀具应该具有高刚度，足够的强度和韧度，高耐磨性，良好的导热性，良好的工艺性和经济性，抗粘接性，化学稳定性等，刀具的选择取决于各工序的加工方法及所用机床的性能。
（1）良好的切削性能
（2）精度高
（3）可靠新性高
（4）用度高
（5）断屑及性能好
（6）刀具的长度在满足使用要求的前提下尽可能的短
（7）同一把刀具多次表入机床主轴锥孔时刀刃的位置应重复不变
综上所述.该齿轮轴加工时应选用硬质合金材料刀具YT15，CA6140普通车床
上选用90°外圆车刀、45°端面车刀，CK7150A数控车床上选用72.5°直头外圆车刀、端面车刀、铣刀，滚齿机上选用衮齿刀等。
量具的选择
测量器具选择是根据被测零件的数量、材质特性、公差大小以及几何形状特点等。
在确保测量精度的前提下,顾及测量工艺实施可能性和经济性来选择量具和量仪。
测量器具的精度应该与被测零件的公差大小相适应。
被测零件的公差等级高,公差值小,则选用的测量器具的精度要高一些,反之亦然。
具体结合输出轴的的要求,应用到以下量具:
测量长度方向尺寸用游标卡尺,0~25深度千分尺,20~50，内径千分尺，通止规。
（GB1214--85）卡尺：
0~125mm、0~200mm。
（0.1、0.05、0.02mm）三种。
夹具的选择
合理地选择夹具,能够保证加工精度,提高生产率,减轻工人的劳动强度.应考虑:
A、是否可用机床备有的各种通用夹具和附件。
B、生产类型。
C、夹具应尽量敞开。
D、自动换刀具和换工作台时不能与夹具或工件发生干涉。
该输出轴为中大批量生产对同轴度的要求很高，应以专用夹具为主，该零件为回转零件选用双顶尖装置，即可满足加工要求。
§5.5加工工艺设计
该零件是批量生产，可以采用机床配以专用夹具，工序以分散为主，某些工序可以适当集中应划分加工阶段，将粗加工和精加工分开；刀具和量具的选择可以专用的与适用的相结合，根据以上分析，初步拟订的工艺路线方案如下：
1、毛坯锻造并正火160-200HB，2、两端同时铣端面钻中心孔，3、粗车左端外圆，4、粗车右端外圆，，5、倒角，6、粗车检验，7、精车长头，8、精车短头9、铣键槽，10齿坯检验，11、滚齿，12、倒棱去毛刺，13、剃齿，14、热前检验，15、热处理，16、研磨中心孔，19、磨外圆端面，20、珩齿，21、成品检验，22、清洗、封油、包装、入库。
综合考虑所要加工零件的尺寸及要加工表面所要达到的粗糙度，选择如下机床：
普通车床：
CA6140
外圆磨床：
M1432A
端面铣床：
GL2-X336
滚齿机：
YM3608
§5.6工艺路线的分析与比较
方案一：
工序一粗车、半精车、精车A端面，钻中心孔。
工序二粗车、半精车、精车毛坯外圆至Φ70mm,长度为186。
粗车、半精车、精车外圆至Φ64mm，长度为65mm。
倒角C1。
工序三换头夹紧、粗车、半精车、精车B端面，钻中心孔。
工序四粗车、半精车、精车外圆Φ44.粗车、半精车、精车外圆Φ40至Φ36mm，倒角C1.粗车、半精车、精车外圆至Φ24mm，长度为12.8mm。
倒角C1。
工序五检验。
工序六洗键槽。
工序七齿轮加工。
工序九磨削处理，A、B端面各磨削0.2至规定长度尺寸182mm。
磨削两端Φ24至规定尺寸。
方案二：
工序一粗车、半精车、精车A端面，钻中心孔。
工序二粗车、半精车毛坯外圆至Φ70mm,长度为186mm。
粗车、半精车外圆至Φ64mm，长度为65mm。
倒角C1。
工序三换头夹紧、粗车、半精车、精车B端面，钻中心孔。
工序四粗车、半精车外圆Φ44.粗车、半精车、精车外圆Φ40至Φ36mm,倒角C1.粗车、半精车外圆至Φ24mm，长度为12.8mm。
倒角C1。
工序五洗键槽。
工序六精车外圆Φ64、Φ24至图纸要求。
工序七检验。
工序八齿轮加工。
工序九磨削处理，A、B端面各磨削0.2至规定长度尺寸182mm。
磨削两端Φ24至规定尺寸。
通过工艺路线二违反了先主后次的加工原则，中间轴齿轮表面加工难度大容易报废，放在前阶段进行，可以减少工时浪费，工艺路线采用了先主后次的加工原则，面有一定的相对位置要求，一般安排在主要加工表面之后。
故应先精加工回转体面，况且没有必要增加装夹次数，故加工工艺路线确定采用方案一。
东华理工大学长江学院
课程设计评分表
学生姓名：
班级：
学号：
课程设计题目：
项目内容
满分
实评
选
题
能结合所学课程知识、有一定的能力训练。
符合选题要求
（5人一题）
10
工作量适中，难易度合理
10
能
力
水
平
能熟练应用所学知识，有一定查阅文献及运用文献资料能力
10
理论依据充分，数据准确，公式推导正确
10
能应用计算机软件进行编程、资料搜集录入、加工、排版、制图等
10
能体现创造性思维，或有独特见解
10
成
果
质
量
总体设计正确、合理，各项技术指标符合要求。
10
说明书综述简练完整，概念清楚、立论正确、技术用语准确、结论严谨合理；分析处理科学、条理分明、语言流畅、结构严谨、版面清晰
10
设计说明书栏目齐全、合理，符号统一、编号齐全。
格式、绘图、表格、插图等规范准确，符合国家标准
10
有一定篇幅，字符数不少于5000
10
总分
100
指导教师评语：
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