直轮圆柱齿轮课程设计说明书.docx
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直轮圆柱齿轮课程设计说明书
课程设计
课程名称
机械制造技术基础课程设计
题目名称
圆柱齿轮机械加工工艺规程设计
专业班级
09机械设计制造及其自动化专业
学生姓名
学号
指导教师
二○一二年九月二十四日
机械与电子工程系
机械制造基础课程设计任务书
题目:
圆柱齿轮机械加工工艺规程设计
专业班级:
09机械设计制造及其自动化（本2）
学生姓名:
学号:
指导老师:
2012年9月24日
课程任务书
题目:
设计圆柱齿轮机械加工工艺规程及装备
任务书:
1.绘制圆柱齿轮零件的二维并完整地标注尺寸1张
2.圆柱齿轮零件毛坯零件图1张
3.圆柱齿轮零件机械加工工艺规程卡片1张
4.圆柱齿轮的零件机械加工工序卡1套
5课程设计说明书1份
1零件的工艺分析………………………………………………………….4
1.1圆柱齿轮的用途………………………………………………4
1.2圆柱齿轮的技术要求………………………………………...4
1.3审查圆柱齿轮的工艺性…………………………………….4、5
1.4确定圆柱齿轮的生产类型……………………………………5
2.确定毛坯、绘制毛坯简图
2.1选择毛坯……………………………………………………..5
2.2确定的尺寸公差和机械加工的余量……………………5、6
2.3绘制圆柱齿轮的毛坯简图………………………………...6
3拟定圆柱齿轮工艺路线…………………………………………….7
3.1定位基准的选择……………………………………………….7
3.2表面加工方法的确定………………………………………….7
3.3加工阶段的划分………………………………………………..7
3.4工序的集中与分散……………………………………………7
3.5工序顺序的安排………………………………………………..8
3.6机床设备及工艺装备的选用………………………………….8
3.7确定工艺路线………………………………………………8
4确定加工余量和工序尺寸………………………………………………9
4.1工序1和工序2—加工圆柱齿轮端面、轮辐端面、齿轮台阶面至设计尺寸……………………………………………………………..9、10、11
4.2工序3、4 圆柱齿轮内孔工序尺寸的确定………………………11、12
4.3工序5 铣键槽……………………………………………………12
4.4工序6、7 加工外圆…………………………………12、13
4.5工序8 加工周边孔……………………………….13
4.6工序9去毛刺………………………………………….13
4.7工序10中检……………………………………………13
4.8工序11滚齿……………………………………………..13
4.9工序12齿部高频淬火…………………………………..13
4.10工序13珩齿…………………………………………….13
4.11工序14清洗…………………………………………….13
4.12工序15终检…………………………………………….13
4.13工序16涂油入库…………………………………….13
5确定切削用量和时间额度………………………………………………………19
5.1切削用量的确定………………………………………14、15、16
5.2基本时间tm的计算………………………………………17、18
5.3辅助时间的计算………………………………………….18
5.4其他时间的计算…………………………………………18、19
5.5单件时间定额tdj的计算………………………………19
6.课程设计小结……………………………………19、20
1零件的工艺分析
1.1圆柱齿轮的用途
圆柱齿轮依靠轮齿齿廓直接接触来传递空间任意两轴间的运动和力，并具有传递范围大、传动效率高、传动比准确、使用寿命长、工作可靠等优点。
在机械设备中得到了广泛的应用，如：
汽车、机床、发动机、农业机械、建筑机械等。
圆柱齿轮在相互啮合时，受到连续的冲击和摩擦，因此零件应具有足够的齿面接触疲劳强度和弯曲疲劳强度，以适应齿轮的工作条件。
1.2圆柱齿轮的技术要求
根据圆柱齿轮的零件图纸要求将该圆柱齿轮的全部技术要求列于表中。
表1-1圆柱齿轮零件技术要求表
加工表面
尺寸及偏差
公差及精度等级
表面粗糙度Ra
圆柱齿轮内孔
Ｈ７
1.6
圆柱齿轮键槽
ＩＴ9
12.5
圆柱齿轮外圆
Ø
ｈ8
3.2
圆柱齿轮端面
Ø110
ＩＴ8
3.2
圆柱齿轮分度圆
Ø315
ＩＴ8
3.2
1.3审查圆柱齿轮的工艺性
分析零件图纸可知,该圆柱齿轮只对齿轮内孔和轮齿的粗糙度要求较高，其它表面粗糙度要求都稍微低些。
在零件的加工过程中，由于各加工表面要求的精度等级不是很大，采用半精加工即可以保证各加工表面技术要求。
零件的主要工作面虽然加工精度略高些，但都可以在正常的生产条件下，采用较经济的方法保质保量的加工出来。
由此可见，该零件的工艺性较好
1.4确定圆柱齿轮的生产类型
由课程设计题目要求可知：
Q=20000件/年，m=1件/台，结合生产实际，备品率a%和废品率b%分别取3%和0.5%。
代入下式：
N=Qm（1+a%）（1+b%）=20000件/台x1件/台（1+3%）x（1+0.5%）=20703件/年。
对零件图进行分析计算，可大致确定锻件的体积，然后根据其材料HT200的密度（7.2g/cm3）大致计算出其质量m。
算出结果m=19kg根据零件的质量查表1-4知，该零件属于中型零件；再有表1-5可知，该零件的生产类型为大量生产。
2.确定毛坯、绘制毛坯简图
2.1选择毛坯
由零件要求可知,零件的材料为HT200,考虑到本零件在具体工作的受力情况,为增强圆柱齿轮的强度和冲击韧度,毛坯选用锻件,因为零件时大批量生产,并且精度要求不是非常高,为节约成本,宜采用普通模锻的方法制造毛坯。
拔模角度为5度。
2.2确定的尺寸公差和机械加工的余量
1.公差等级
由圆柱齿轮的功用和技术要求，确定该零件的公差等级为普通级。
2.锻件质量
由零件图纸可近似计算出其机械加工后的质量为19千克。
机械加工前锻件毛坯的质量mt为21.7千克。
3.锻件形状复杂系数
对零件图纸进行分析计算，锻件的外廓包容尺寸为d=325mm，高度为h=100mm。
该锻件的形状复杂系数S
S=mt/mn=21.7/（3.14/4x0.3252x0.10x7200）=0.35
由于0.35介于0.32和0.63之间，故该零件的形状复杂系数S2级，即该锻件的复杂程度为一般。
4.锻件材质系数
由于该零件材料为HT200铸铁，其碳的质量分数大于0.65%，故该锻件的复杂系数属于M2级。
5.锻件分模线形状
分析该零件的特点，该零件在厚度方向上的对称面为分模面，属平直分模线。
6.零件表面粗糙度
由零件图可知，该零件各加工表面的粗糙度均不小于1.6um，即Ra≥1.6um。
根据上述条件，查表可求得圆柱齿轮的毛坯尺寸及公差，进而求的各加工表面的加工余量，所得结果列于下表中。
圆柱齿轮毛坯机械加工总余量及毛坯尺寸
锻件质量mt/kg
包容体质量mn
形状复杂系数S
材质系数
公差等级
21.7
59.7
S2
M1
普通级
毛坯尺寸/mm
机械加工总余量/mm
尺寸公差/mm
毛坯尺寸/mm
厚度30
2.3~3.0（两端面分别取2.5）
35
厚度60
2.3~3.0（两端面分别取2.5）
厚度100
2.3~3.0（两端面分别取3）
Ø80
3.0（单边）
Ø325
3.0（单边）
Ø331
中心孔距
190
2.3绘制圆柱齿轮的毛坯简图
3拟定圆柱齿轮工艺路线
3.1定位基准的选择
基准面的选择是工艺规程设计的重要过程之一。
基面的选择正确与否，可以是加工质量得到保证，生产效率提高，否则，不但加工工艺过程漏洞百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，使生产无法正常进行，难以加工期内完成加工任务。
定位基准有粗基准和精基准之分，通常先确定精基准，然后再确定粗基准。
1精基准选择
考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合”原则和“基准统一”原则，以粗加工后零件轴线为主要的定位精基准。
2粗基准的选择
对于零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准。
而对有若干各不加工表面的工件，则应以与加工表面要求相对应位置精度较高的不加工表面作为粗基准。
根据这个基准选择原则，本零件选择零件的圆柱齿轮端面为主要的定位粗基准
3.2表面加工方法的确定
根据圆柱齿轮零件图上各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，确定加工件各表面的加工方法如表3-1
表3-1表面加工方法
加工表面
尺寸精度
表面粗糙度
加工方案
圆柱齿轮端面
IT8
3.2
粗铣—半精铣
圆柱齿轮内孔
IT7
1.6
粗镗—半镗车—精镗
圆柱齿轮键槽
IT9
12.5
粗铣—半精铣
圆柱齿轮外圆
IT8
3.2
粗车—半精车
圆柱齿轮分度圆
ＩＴ8
3.2
滚齿—珩齿
3.3加工阶段的划分
该圆柱齿轮加工质量要求较高，可将加工阶段划分为粗加工和半精加工两个阶段。
在粗加工阶段，首先将精基准准备好，使后续工序可以采用精基准加工，保证其他加工表面的精度要求，然后粗车圆柱齿轮端面，外圆。
粗镗内孔、拉花键、铣周边孔。
3.4工序的集中与分散
选用工序集中原则安排圆柱齿轮的加工工序。
该圆柱齿轮的生产类型为大量生产，可以采用万能型机床配以专用工、夹具，以提高生产率，而且运用工序集中原则使工件的装夹次数少，不但可以缩短辅助时间，而且由于与一次装夹加工了很多表面，有利于保证各种加工表面之间的相对位置精度要求。
3.5工序顺序的安排
1机械加工工序
遵循“先基准后其他”原则,首先加工基准——圆柱齿轮左端面和孔。
遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。
遵循“先主后次”原则，后加工主要表面，后加工次要表面。
遵循“先面后孔”原则，后加工主要表面，后加工孔。
2热处理工序
锻坯成型后正火，进行调质，调质硬度为190~217HBS，并进行酸洗、喷丸处理。
喷丸可以提高表面硬度，增加耐磨性，消除毛坯表面因脱碳对机械加工带来的不利影响。
3辅助工序
4在粗加工后，安排中间检验工序；精加工后，安排去毛刺、清洗和终检工序。
3.6机床设备及工艺装备的选用
1机床设备选用
选用CA6163卧式车床、X51立式铣床
2工艺设备
包括刀具、量具
3.7确定工艺路线
归纳以上考虑，制定了圆柱齿轮的工艺路线。
表3—2圆柱齿轮工艺路线及设备、工装的选用
工序号
工序名称
机床设备
刀具
量具
1
粗铣两端面、轮辐及台阶面
CA6163
偏刀90°
游标卡尺
2
半精铣两端面、轮辐及台阶面
ＣＡ6163
偏刀90°
游标卡尺
3
粗镗内孔、倒角
CA6163
偏刀90°
游标卡尺
4
半镗,精镗内孔
ＣＡ6163
偏刀90
游标卡尺
5
粗铣、半精铣键槽
立式铣床X51
键槽铣刀
卡规，深度游标卡规
6
粗车外圆
CA6163
偏刀90°
游标卡尺
7
半精车外圆
ＣＡ6163
偏刀90
游标卡尺
8
粗镗、半精镗周边ø50孔
Ｔ716Ａ
Ｇ6ｘ
游标卡尺
10
去毛刺
钳工台
手锤
11
中检
塞尺、游标卡尺等
13
滚齿
滚齿机
12
齿部高频淬火
淬火机等
13
珩齿
珩齿机
14
清洗
清洗机
15
终检
塞尺、游标卡尺等
16
涂油入库
4确定加工余量和工序尺寸
4.1工序1和工序2—加工圆柱齿轮端面、轮辐端面、齿轮台阶面至设计尺寸
1工序加工过程
第1道工序加工过程为：
1）以齿轮右端面E及外圆A定位，粗车左端面E、左轮辐端面C及左齿轮台阶端面B,保证工序尺寸为S1、Q1、P1。
2）以齿轮左端面E2及外圆A定位，粗车右端面E、右轮辐端面C及右齿轮台阶面B2,保证工序尺寸为S2、Q2、P2。
第2道工序的加工过程为：
1）以齿轮右端面E及外圆A定位，半精车左端面E、左轮辐端C面及左齿轮台阶端面B，保证尺寸为S3，Q3，P3，达到零件图设计尺寸S3、Q3、P3。
2）以齿轮左端面E及外圆A定位，半精车右端面E、右轮辐端C面及右齿轮台阶端面B，保证尺寸为S4，Q4，P4，达到零件图设计尺寸S4=100mm、Q=30mm、P=60mm。
4.2端面尺寸的确定查找工序尺寸链，画出加工示意图
查找出全部工艺尺寸链，如图4—1所示。
加工过程示意图如图4—2。
4.3求解各工序尺寸及公差
1）确定工序尺寸S4，从图4—1中知，S4=D=100mm。
3）确定工序尺寸S3，从图4—2中知（工序尺寸链）
S3=S4+Z4，其中Z4味半精铣余量，Z4=1.3，则S3=（100+1.3）mm=101.3mm。
由于工序尺寸
S3是在半精铣工序中保证的，其经济加工精度为IT8~12，其公差值为
0.054，工序尺寸按入体原则标注，由此可初定工序尺寸S3=
，同理S2由粗铣后得到的，公差等级取IT12，公差值为0.35mm，工序余量为Z3=1.3，工序尺寸S2=S3+Z3=（101.3+1.3）mm=102.6mm。
按入体原则标注，由此可初定工序尺寸S2=
。
同理S1尺寸是由粗铣后得到的，公差等级取IT12，公差值为0.35mm，工序余量Z2=1.7mm。
工序尺寸S1=S2+Z2=（102.6+1.7）mm=104.3。
由此可初定工序尺寸S1=
。
3）加工余量的校核为验证工序尺寸及公差确定的是否合理，还需对加工余量进行校核。
（1）余量Z4的校核。
在图4—2a所示尺寸链Z4是封闭环，故
Z4max=S3max-S4=101.3-100=1.3mm
Z4min=S3min-S4=101.3-0.054-100=1.246mm
校核结果，余量Z4的大小事合适的。
（2）余量Z3的校核。
在图4—2b中所示尺寸链Z3是封闭环，故
Z3max=S2max-S3min=【102.6-（101.3-0.054）】=1.354mm
Z3min=S2min-S3max=（102.6-0.35-101.3）=0.95mm
校核结果，余量Z3的大小事合适的。
（3）余量Z2的校核。
在图4—2c中所示尺寸链Z2是封闭环，故
Z2max=S1max-S2min=【104.3-（102.6-0.35）】=2.05mm
Z2min=S1min-S2max=（104.3-0.35-102.6）=1.35mm
校核结果，余量Z2的大小事合适的。
余量校核结果表明，所确定的工序尺寸公差是合理的。
经上述分析计算，可确定各加工工序尺寸分别为S1=
，S2=
S3=
。
4.4轮辐尺寸的确定
（一）查找工序尺寸链，画出加工示意图
查找出全部工艺尺寸链，如图4—3所示。
加工过程示意图如图4—4所示。
（二）求解各工序尺寸及公差
1）确定工序尺寸Q4，从图4—3中知，Q4=D=30mm。
2）确定工序尺寸Q3，从图4—4中知，Q3=Q4+Z4，其中Z4味半精铣余量，Z4=1.0，则Q3=（30+1）mm=31mm。
由于工序尺寸
Q3是在半精铣工序中保证的，其经济加工精度为IT8~12，公差等级取10级，其公差值为
0.1，工序尺寸按入体原则标注，由此可初定工序尺寸Q3=
mm，同理S2由粗铣后得到的，公差等级取IT10，公差值为0.1mm，工序余量为Z3=1，工序尺寸Q2=Q3+Z3=（31+1）mm=32mm。
按入体原则标注，由此可初定工序尺寸Q2=
。
同理Q1尺寸是由粗铣后得到的，公差等级取IT12，公差值为0.25mm，工序余量Z2=1.5mm。
工序尺寸Q1=Q2+Z2=（32+1.5）mm=33.5。
由此可初定工序尺寸Q1=
。
3）加工余量的校核为验证工序尺寸及公差确定的是否合理，还需对加工余量进行校核。
（1）余量Z4的校核。
在图4—4a所示尺寸链Z4是封闭环，故
Z4max=Q3max-Q4=３１－３０=1mm
Z4min=Q3min-Q4=３１－０.１－３０=０.９mm
校核结果，余量Z4的大小事合适的。
（2）余量Z3的校核。
在图4—4b中所示尺寸链Z3是封闭环，故
Z3max=Q2max-Q3min=３２－３１＋０.１=１.１mm
Z3min=Q2min-Q3max=３２－０.２５－３１=0.７5mm
校核结果，余量Z3的大小事合适的。
（3）余量Z2的校核。
在图4—4c中所示尺寸链Z2是封闭环，故
Z2max=Q1max-Q2min=３３.５－３２＋０.２５=１.７5mm
Z2min=Q1min-Ｑ2max＝３３.５－０.２５－３２=１．２5mm
校核结果，余量Z2的大小事合适的。
余量校核结果表明，所确定的工序尺寸公差是合理的。
经上述分析计算，可确定各加工工序尺寸分别为Q1=
，Q2=
，Q3=
mm。
台阶面尺寸的确定
粗加工余量Z1=Z2=1.5mm,精加工余量Z3=Z4=1.0mm。
所以有：
P1=
mm,P2=
P3=
mm,P4=
60mm.
4.2工序3、4 圆柱齿轮内孔工序尺寸的确定
精镗余量Z精镗=0.5mm;半精镗余量Z半精镗=1.5mm;粗镗余量Z粗镗=2mm。
精镗孔,为IT7，半精镗为IT9，精镗为ＩＴ7。
公差值分别为：
精镗孔为0.03ｍｍ；半精镗孔为0.074；粗镗孔为0.19ｍｍ。
综上所述，该工序各工序的工序尺寸及公差分别为：
精镗孔为ｄ3＝
，ｄ2＝ø
，粗镗孔为ｄ1＝
。
它们的相互关系如下图所示。
4.3 工序5 铣键槽
粗铣一个宽为20ｍｍ，长为68ｍｍ的槽，宽度公差为ＩＴ12，公差值为0.21ｍｍ，长公差为ＩＴ12，公差值为0.3，高度保证为距离孔底面为83，公差为ＩＴ13，公差值为0.54.精铣键槽，宽为22，公差等级为ＩＴ9，公差值为0.52，长为70，公差等级为ＩＴ11，公差值为0.19，高度距离孔底部为85.4，公差等级为ＩＴ11，公差值为0.2。
综上所述，粗铣宽为
ｍｍ，距离底部高度为
ｍｍ，精铣宽度为
ｍｍ，距离底部高度为
ｍｍ。
4.4工序6、7 加工外圆
（一）查找工序尺寸链，画出加工示意图
查找出全部工艺尺寸链，如下图ａ所示。
加工过程示意图如图ｂ所示。
（二）求解各工序尺寸及公差
1）确定工序尺寸Ｇ4，从图ａ中知，Ｇ4=D=325mm。
2）确定工序尺寸Ｇ3，从图4—4中知，Ｇ3=Ｇ4+Z4，其中Z4味半精车余量，Z4=1.0，则Ｇ3=（325+0.65）mm=325.65mm。
由于工序尺寸
Ｇ3是在半精车工序中保证的，其经济加工精度为IT8~9，公差等级取8级，其公差值为
0.89，工序尺寸按入体原则标注，由此可初定工序尺寸Ｇ3=
mm，同理Ｇ2由粗铣后得到的，公差等级取IT12，公差值为
0.57mm，工序余量为Z3=0.65，工序尺寸Ｇ2=Ｇ3+Z3=（3325.65+0.65）mm=326.3mm。
按入体原则标注，由此可初定工序尺寸Ｇ2=
。
同理Ｇ1尺寸是由粗车后得到的，公差等级取IT12，公差值为0.57mm，工序余量Z2=2.35mm。
工序尺寸Ｇ1=Ｇ2+Z2=（326.3+2.35）mm=328.65ｍｍ。
由此可初定工序尺寸Ｇ1=
。
3）加工余量的校核为验证工序尺寸及公差确定的是否合理，还需对加工余量进行校核。
（1）余量Z4的校核。
在图a所示尺寸链Z4是封闭环，故
Z4max=Ｇ3max-Ｇ4ｍｉｎ=325.65－（３25－0.2）=0.89mm
Z4min=Ｇ3min-Ｇ4ｍａｘ=３326.3－０.57－３25.65=０.169mm
校核结果，余量Z4的大小事合适的。
（2）余量Z3的校核。
在图b中所示尺寸链Z3是封闭环，故
Z3max=Ｇ2max-Ｇ3min=３２6.3－（325.65－0.089—）＝0.739mm
Z3min=Ｇ2min-Ｇ3max=３２6.3－０.57－３25.65=0.169mm
校核结果，余量Z3的大小事合适的。
（3）余量Z2的校核。
在图c中所示尺寸链Z2是封闭环，故
Z2max=Ｇ1max-Ｇ2min=３28.65－（３２6.3－0.57）=2.92mm
Z2min=Ｇ1min-Ｇ2max＝３28.65－０.57－３２6.3=1.48mm
校核结果，余量Z2的大小事合适的。
余量校核结果表明，所确定的工序尺寸公差是合理的。
经上述分析计算，可确定各加工工序尺寸分别为，Ｇ1=
ｍｍ，Ｇ2=
ｍｍ，Ｇ3=
mm，Ｇ4＝
。
4.5 工序8 加工周边孔
钻6个孔为ø48，公差等级为ＩＴ13，公差为0.39ｍｍ。
然后镗，公差等级为ＩＴ12，镗余量为0.85，公差余量为0.25ｍｍ。
综上所述钻尺寸为ｄ1＝
ｍｍ，镗尺寸为ｄ2＝
ｍｍ。
4.6工序9去毛刺
4.7工序10中检
4.8工序11滚齿
4.9工序12齿部高频淬火
4.10工序13珩齿
4.12工序14清洗
4.13工序15终检
4.14工序16涂油入库
5确定切削用量和时间额度
一、确定切削用量
5.1
1.工序1—粗铣圆柱齿轮端面、轮辐面及台阶面
工序1分为两个工步，工步1是以右端面及外圆定位，粗铣左面；工步2是以左端面及外圆定位粗铣右面。
由于这两个工步是在一台机床上经多件夹具装夹一次走刀完成的，因此两个工步所选用的切削速度v和进给量f均相同，只有背吃刀量不同。
（1）确定背吃刀量粗铣端面时:
工步1的背吃刀量ap1=z1=1.7mm，
工步2的背吃刀量ap2=Z2=1.7mm
粗铣轮辐时：
工步1的背吃刀量ap3=z3=1.5mm，
工步2的背吃刀量ap2=Z4=1.5mm
粗铣台阶面时：
工步1的背吃刀量ap3=z3=1.5mm，
工步2的背吃刀量ap2=Z4=1.5mm
（2）确定进给量根据机床功率及工件材料、刀具材料选取，该工序的每齿进给量fz取为0.13mm/z
（3）计算铣削速度查表，按d0/z=100/5、fz=0.13mm/z的条件选取，铣削速度为v=135m/min,由n=1000v/（πd）可求得该工序铣刀转速n=1000×135/（π×100）r/min=429.9r/min,参照表该工序算选X51型立式铣床的主轴转速系列，取转速n=380r/min,再将此转速代入上公式，可求出该工序的世界铣削速度v=nπd/1000=380×3.14×100/1000=119.3m/min.
工序2—半精铣铣圆柱齿轮端面、轮辐面及齿轮侧面
（1）确定背吃刀量半精铣端面时:
工步1的背吃刀量ap3=Z3=1.3mm，
工步2的背吃刀量ap4=Z4=1.3mm
粗铣轮辐时：
工步1的背吃刀量ap3=z3=1.0mm，
工步2的背吃刀量ap2=Z4=1.0mm
粗
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