齿轮轴数控加工零件图毛胚图工艺卡工序卡程序卡017万峰机械设计.docx
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齿轮轴数控加工零件图毛胚图工艺卡工序卡程序卡017万峰机械设计
文档有重要部分删减
需要原文档及配套CAD图纸，三维建模图等
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目录
前言............................................................................................................................1
1.零件工艺性分析.....................................................................................................2
1.1计算生产批量，确定生产类型..........................................................................2
1.2审查零件图样的工艺性......................................................................................3
1.3选择毛坯..............................................................................................................3
2.工艺规程设计..........................................................................................................3
2.1定位基准的选择...................................................................................................4
2.2零件加工方法的选择...........................................................................................4
2.3制定工艺路线.......................................................................................................4
3.确定工序机械加工余量及毛坯尺寸，设计毛坯图...............................................5
3.1确定机械加工余量................................................................................................5
3.2确定毛坯尺寸.......................................................................................................6
3.3设计毛坯图...........................................................................................................6
4.工序设计与设备选择..............................................................................................7
4.1选择加工设备与工艺设备....................................................................................7
4.2确定工序尺寸........................................................................................................8
4.3确定铣槽的工序尺寸............................................................................................8
5.确定切削用量...........................................................................................................9
6.数控车削程序设计...................................................................................................9
6.1定位基准与方法对比...........................................................................................10
6.2定位误差分析.......................................................................................................11
6.3夹具装配图、零件图...........................................................................................12
6.4夹具结构说明及使用说明...................................................................................13
总结.............................................................................................................................14
参考文献.....................................................................................................................15
前言
毕业设计针对的零件是齿轮轴零件，主要任务书对该零件进行加工工艺的分析，进而设计该零件的机加工工艺过程，以及对应的加工工序，后续完成数控加工程序的编制。
在设计过程中应用了机械制造工艺学、数控编程、金属切削性等相关的设计知识，这个设计过程是在生产实习的基础上进行的一个教学环节，同时也是一次理论联系实际的训练。
因此，它在几年的学习中占有重要的地位。
就我个人而言，希望通过这次毕业设计，对自己今后将从事的工作，进行一次适应性训练，通过设计锻炼自己分析问题、解决问题的能力。
为以后从事设计工作打下一个良好的基础。
1.零件工艺性分析
1.1计算生产批量，确定生产类型
年产量：
4000件1件/台备品率5%废品率1%
生产纲领N零=Qn（1+α%）（1+β%）
=4000×1×（1+5%）×（1+1%）=4242
N零零件的生产纲领（件/年）
Q产品的生产纲领（台/年）
n每台产品中含该零件的数量（件/台）
α%零件备用率
β%零件废品率
生产类型为中批量生产
1.2审查零件图样的工艺性
在原始图的基础上通过三维建模绘制了CAD零件图纸如图所示：
图1-1待加工零件三维视图
图1-2齿轮轴三视图
齿轮轴零件的图样的视图正确、完整、尺寸、公差及技术要求齐全。
齿轮轴的主要精度要求尺寸分别是外圆40（0,-0.03）；35（0,-0.10）；40（0,-0.03）；30（0,-0.03）,由于本轴为齿轮轴为了保证各档外圆与齿轮外圆的同心度0.02要求，故采用中心孔定位方式进行加工。
同时该零件的总长尺寸为381（0,0.10）。
从零件的精度要求看，外圆的车削任务可以通过车削加工完成，同时总长也可以车出。
键槽的铣削尺寸是10x10（0，-0.10）可以通过普通立式铣床完成。
另外齿轮部分的加工为了保证精度要求，粗加工可以通过滚齿机或者插齿机完成，齿轮的精加工可以通过齿轮磨削专用机床进行加工。
1.3选择毛坯
齿轮轴是最常用的传动件，他的结构特点是将齿轮直接与轴进行连体的加工。
要求具有一定的强度。
该零件的材料为45钢，轮廓尺寸不大，形状亦不复杂，为了减少成本，同时降低加工余量的切削任务。
在成批生产的情况下，毛坯可采用模锻成型。
零件形状并不复杂，因此毛坯形状可以与零件的形状尽量接近。
即外形做成台阶形，各段台阶均放余量2mm单边。
2.工艺规程设计
2.1定位基准的选择
本零件是长轴状零件，并且各段零件外圆较为平均，外圆变化平缓，两端中心孔孔是其设计基准，为避免由于基准不重合而产生的误差，应选中心孔轴线为定位基准，即遵循“基准重合”的原则。
装夹时可以选择外圆60作为精基准。
由于本齿轮全部表面都需加工，因此应选外圆60及一端面为粗基准。
2.2零件表面加工方法的选择
本零件的加工面有外圆、台阶、端面、齿轮、键槽等，材料为45钢。
其加工方法选择如下：
（1）Φ32、Φ35mm外圆面：
为未标注公差尺寸，根据GB1800—79规定其公差等级为IT14，表面粗糙度为Ra6.3μm，需进行粗车及半精车。
（2）Φ30（0,-0.03）、Φ40（0,-0.03）：
公差等级为IT7，表面粗糙度为Ra3.2μm，粗车、精车即可。
（3）Φ35（0，-0.10）外圆面：
公差等级为IT9，表面粗糙度为Ra6.3μm，粗车半精车即可。
（4）Φ60外圆孔：
公差等级为IT14，表面粗糙度为Ra6.3μm，毛坯孔已锻出，为未淬火钢，故加工方法采用粗车、半精车。
（5）总长为381（0,-0.10）：
公差等级按IT9，表面粗糙度为Ra6.3μm，毛坯孔已锻出，只需粗车和半精车可以达到。
（6）端面：
本零件的端面为回转体端面，尺寸精度都要求不高，表面粗糙度有两种要求。
要求Ra3.2μm的端面经粗车和半精车，要求Ra6.3μm的端面，经粗车即可。
（7）齿轮的加工：
齿轮模数为2.2，齿数为50，精度为7FL，表面粗糙度为Ra1.6μm，采用A级单头滚刀滚齿。
（8）槽的加工尺寸为10x10（0，+0.10）：
槽宽和槽深的公差等级分别为IT14和IT10，表面粗糙度分别为为Ra6.3μm和Ra3.2μm，采用三面刃立铣刀，粗铣、半精铣。
2.3制订工艺路线
首选加工齿轮轴各段外圆，同时加工中心孔，后续将以中心孔作为定位基准。
有了正确的定位基准然后加工各段外圆以及台阶面。
齿轮的加工工艺路线一般是先进行齿坯的加工，再进行齿面加工。
齿坯加工包括各圆柱表面及端面加工。
按照先加工基准面及先粗后精的原则，本齿轮轴零件的加工工艺按下述工艺路线进行：
1下料锻造及正火下料车间
2.粗车
1.粗车外圆Φ35mm、Φ32、Φ30、Φ40段放余量2-2.5mm
2.粗车外圆Φ40、Φ35、Φ60放余量1-1.5
3.热处理调质28～32HRC热处理
4.车外圆Φ30（0，-0.03）、Φ40（0，-0.03）至尺寸
车外圆Φ35、Φ32至尺寸要求
车外圆Φ40（0，-0.03）、Φ35（0，-0.10）、Φ60及其肩面至尺寸要求
5铣削键槽保证尺寸10x10（+0.02,0）
6.研磨研磨两端中心孔
7滚齿
8磨齿磨齿至要求
9钳去毛倒钝
10检验
11入库
3.确定工序机械加工余量及毛坯尺寸，设计毛坯图
3.1确定机械加工余量
根据锻件质量、零件表面粗糙度、形状复杂系数，由表2.2-25可查得，直径方向为1.7-2.2mm，水平方向也为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2.2-25查的为2.0mm
3.2确定毛坯尺寸
根据查得的加工余量适当选择稍大即可，各个零件表面粗糙度均是Ra≧1.6μm，因此，这些表面的毛坯尺寸只需将零件的尺寸加工所查得的余量值即可（表面只需粗加工的，可取查得数据中的最小值，表面需粗加工和半精加工的，可取最大值）。
3.3设计毛坯图
（1）确定毛坯尺寸公差
毛坯尺寸公差根据锻件质量、材质系数、形状复杂系数查手册得如下：
表3-1
零件尺寸
单面加工余量
锻件尺寸
偏差
Ф30
2
Ф44
+1.7-0.8
Ф32
1.75
Ф44
+1.5-0.7
Ф35
2
Ф44
+1.5-0.7
Ф40
2.5
Ф44
+0.7-1.5
Ф60
3
Ф64
+0.6-1.4
Ф40
2及1.7
Ф44
+1.7-0.5
Ф35
2
Ф44
±0.9
381
2及1.7
385
+1.7-0.4
（2）确定圆角半径
铸件的圆角半径按2.2-22确定，本锻件的各分阶的H/B皆小于2，故可以用下面的公式计算。
外圆角r=0.05H+0.5=（0.05×32+0.5）mm=2.1mmr圆整为2.5mm
（3）确定拔模角
此锻件由于上下模模腔深度不等，起模角应以模腔较深的一测计算。
L/B=110/110=1H/B=32/110=0.291
按表2.2-23查的，外起模角α=5°，內起模角β=7°
（4）确定分模位置
锻件毛坯是H﹤D的圆盘类锻件，应采取轴向分模，使材料利用率得到最高，为了便于起模及便于发现上下模锻过程中的错位，分模线位置选在最大外径的中部，分模线为直线
（5）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，从而改善了可加公性
由上可画出毛坯的图形如下：
图3-1齿轮轴毛胚外形
4.工序设计
4.1选择加工设备与工艺设备
表4-1
1
下料
锻造及正火
下料车间
机床
2.
粗车
三抓卡盘上活，以外圆Φ106.5mm及端面定位，校正
1.粗车外圆Φ35mm、Φ32、Φ30、Φ40段放余量2-2.5mm，车中心孔至B4
2.粗车外圆Φ40、Φ35、Φ60放余量1-1.5，车中心孔至B4
3.周边倒角1x45°
普通车床C630
三爪卡盘，外圆车刀，沉割刀
3.
热处理
调质28～32HRC
热处理
4.
车床
三爪卡盘上活，以粗车后的外圆Φ60为基准校正，允差0.015
1.车外圆Φ30（0，-0.03）、Φ40（0，-0.03）至尺寸
2.车外圆Φ35、Φ32至尺寸要求
3.车右侧端面并倒角至尺寸
工件调头，校正，允差0.01
1.车外圆Φ40（0，-0.03）、Φ35（0，-0.10）、Φ60及其肩面至尺寸要求
2.车左侧端面至总长尺寸，倒角1x45°至尺寸要求
金工小件
数控车床
三爪卡盘、端面车刀，外圆车刀，沉割刀
5
铣
台虎钳上活，铜皮垫实保护，以外圆Φ40及其肩面定位，校正
铣削键槽保证尺寸10x10（+0.02,0）
金工小件
立铣床X53
虎钳，压板
6.
研磨
研磨两端中心孔
金工小件
中心孔研磨机
千分表
7
滚齿
以尺寸Φ40（0，-0.03）为基准，校正，允差0.01
按要求滚齿放磨余量0.1-0.15。
金工小件
滚齿机
千分表
8
磨齿
夹具上活，两端中心孔定位，磨齿至要求
磨削车间
磨齿专用机床机
专用夹具，检验圆棒，千分尺
9
钳
去毛倒钝
10
检验
按图样检查各尺寸及精度
11
入库
油封、入库
4.2确定工序尺寸
确定圆柱面的工序尺寸
工序双边余量
工序尺寸及公差
表面粗糙度
加工表面
粗
半精
精
粗
半精
精
粗
半精
精
Ф30（0,-0.03）外圆
2.5
1.5
-
Ф32.50-0.54
Ф31.50-0.22
-
Ra6.3μm
Ra3.2μm
-
Ф32
3.5
-
-
Ф320-0.4
-
-
Ra6.3μm
-
-
Ф40（0，-0.03）外圆
2.5
1.5
-
Ф42.5
Ф41
-
Ra6.3μm
Ra3.2μm
-
Ф35（0，-0.10）孔
5
-
-
Ф35
-
Ra6.3μm
-
-
Ф60
3
2
1
Ф62.5+0.190
Ф61.5+0.0740
Ra6.3μm
Ra3.2μm
Ra0.8μm
4.3确定铣槽的工序尺寸
半精铣可达到零件图样要求，则该工序尺寸：
槽宽为10（0，+0.10）mm，槽深10mm。
粗铣时，为半精铣留下加工余量，槽宽双边余量为3mm，槽深余量为2mm，则粗铣的工序尺寸：
槽深为13mm,槽宽为13mm。
5.确定切削用量
切削用量包括切削深度、切削速度、进给量三项，确定方法是先确定切削深度、进给量，最后确定切削速度。
1.外圆30车削工序
（1）确定粗车外圆ф30mm的切削用量
①确定切削深度apap=32.5-30/2mm=1.25mm
②确定进给量ff=0.66mm/r
③确定切削速度vv=0.76m/s=45.6m/min
2.外圆35车削工序
（2）确定粗车外圆ф35mm的切削用量
①确定切削深度apap=44-38/2mm=3mm
②确定进给量ff=0.58mm/r
③确定切削速度vv=0.76m/s=45.6m/min
3.外圆32车削工序
（3）确定粗车外圆ф32mm的切削用量
①确定切削深度apap=44-36/2mm=4mm
②确定进给量ff=0.60mm/r
③确定切削速度vv=0.76m/s=45.6m/min
4.确定粗车外圆ф40m，端面及台阶面的切削用量，采用车外圆ф30mm的刀具加工这些表面，加工余量皆可一次走到切除，车外圆ф40的f=0.48mm/r，车端面及台阶面f=0.52mm/r。
5.确定粗车ф60mm的切削用量
①确定切削深度apap=64-62/2mm=1mm
②确定进给量ff=0.33mm/r
③确定切削速度vv=78m/min
2.工序30（车端面、外圆、车孔、车沟槽及倒角）切削用量
3.（粗铣槽）切削用量
所选刀具为变速钢错齿三面刃铣刀，铣削宽度ap=13mm,铣削深度ap=13mm。
（1）确定每齿进给量fz=0.07mm/z
（2）选择切削速度v和工作台每分钟进给量fmz
V=0.39m/sfmz=75mm/min
则实际的每齿进给量为fz=75/20×60mm/z=0.063mm/z
5.工序50（半精铣槽）切削用量
选用工具为变速钢错齿三面刃铣刀
（1）确定每齿进给量Fz,Ra3.2μm（槽侧面）
Fz=0.03mm/z
（2）确定切削速度v和工作台每分钟进给量fmz
V=58.8m/minfmz=95mm/minFz=0.032mm/z
6.工序60（钻孔）切削用量
刀具选用高速钢复合钻头，直径d=5mm，钻4个通孔，使用切削液
（1）确定进给量f，由于孔径和深度均很小，宜采用手动进给。
（2）确定切削速度v，暂定f=0.16mm/r,v=17m/min。
7.工序70（滚齿）切削用量
选用标准的变速钢单头滚刀，模数m=2.25mm，直径ф63mm可以采用一次走刀切削至全深，工件齿面要求表面粗糙度Ra1.6μm，可选择工件每转滚刀轴向进给量f=0.8-1.0mm/r，按Y3150型滚齿机进给量，选f=0.83mm/r，v=27m/min。
8.工序90（磨ф68+0.009-0.021mm孔）切削用量
确定磨ф68mm孔的切削用量
①确定切削深度apap=68-67/2mm=0.5mm
②确定进给量ff=0.02mm/r
③确定切削速度vv=3248.72m/min
6.数控车削程序编制
当前，数控机床已成为国家机械制造行业的重要技术装备，其应用越来越广泛，随之而来的对数控机床编程与操作人员的需求也日益增加，而数控车床的编程与操作是机械加工中最主要的数控加工方法之一。
数控编程主要应用的知识主要有：
数控程序的构成、调用；数控车床基本编程指令和固定循环指令的使用方法；车削编程技巧；宏程序车削编程及示例，数控车床和系统的操作面板、界面和基本操作；数控车削切削用量、刀具几何参数的选择；工件的装夹方法等数控加工必备工艺知识。
针对本次需要加工的齿轮轴经过分析后发现为了减少加工余量最大化利用机床，工序中安排普通机床加工毛胚外形放余量2-3mm保证数控车床半精加工时有足够余量车出。
经过走刀路线的分析后编制了本齿轮轴的数控加工程序。
设计中对数控车削工艺进行了分析
工序号
程序编号
夹具名称
夹具编号
使用设备
车间
4
三爪卡盘
数控车床
工步号
工步内容
刀具号
量具
进给量fmm/r
主轴转速r/min
被吃刀量/mm
备注
1
车右侧端面
T02
游标卡尺
0.40
400
2
车外圆Φ30（0，-0.03）
T01
千分尺
0.10
600
3
车外圆Φ32
T01
千分尺
0.22
500
4
车外圆Φ35
T01
千分尺
0.30
500
5
车外圆Φ40（0，-0.03）
T01
千分尺
0.10
600
6
车右侧端面
T02
游标卡尺
0.40
400
5
车外圆Φ35（0，-0.10）
T01
千分尺
1.5
50
6
车外圆Φ40（0，-0.03）
T01
游标卡尺
1
60
7
车外圆Φ60
T01
千分尺
0.18
520
第一次以左侧外圆60面定位后车削工件的右端各档外圆30、32、35、40及其肩面，车削程序如下所示：
加工工艺程序卡
产品名称
零件名称
材料
零件图号
齿轮轴零件
45
程序编号
加工机床
加工类型
精铣
程序段
程序内容
备注
O0001
主程序名
N10
G00G40G97G99M03
S400T0101F0.2;
设置初始状态
N20
G00X70Z0F0.3
安全高度
N30
G01X0Z0F0.1
平端面
N40
G00Z0.5
回退
N50
G00X30
外圆车削起始
N60
G01X30Z-55F0.1
下刀
N70
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