1、齿形轴零件机械加工工艺过程及加工用的夹具设计大学论文重庆大学网络教育学院 毕业设计（论文）题目 齿形轴零件机械加工工艺过程及加工用的夹具设计_ 学生所在校外学习中心 上海校外学习中心 批次 层次 专业 201502本科、机械设计制造及自动化 学 号 学 生 指 导 教 师 起 止 日 期 2015年8月24日2015年10月12日 摘 要齿轮轴零件的主要作用是支撑回转零件、实现回转运动并传递转矩和动力。齿轮轴具备传动效率高、结构紧凑和使用寿命长等一系列优点，是通用机械特别是工程机械传动中的重要零件之一。齿轮轴加工材料、热处理方式、机械加工工艺过程的优化，将对提高齿轮轴的加工质量及寿命有着重要借
2、鉴意义。本文对某设备中“齿轮轴”零件进行了机械制造工艺规程设计和加工用的夹具设计。对于工艺规程设计和夹具设计制订了两套不同的方案，从中甄选出最佳方案。本设计首先分析了齿轮轴零件的作用和加工工艺性，然后进行工艺规程设计，最后是加工用夹具设计。齿轮轴零件的机械综合性能要求较高，一般选择锻件作为毛坯。合理安排工艺路线，划分加工阶段对保证零件加工质量至关重要。使用夹具可以缩短辅助时间，提高劳动生产率，保证加工精度，稳定加工质量，降低对工人的技术要求，扩大机床工艺范围。本文对所设计的专用夹具进行了精度校核和定位误差分析，对夹具的设计质量也进行了评估。关键词：齿轮轴；工艺分析；工艺规程设计；夹具设计目 录
3、摘 要 21 设计背景及目的 42 生产纲领及生产类型的确定 43 零件的分析 54 选择毛坯 55 工艺规程设计 65.1 定位基准选择 65.2 零件的加工方法的选择 65.3 定制工艺路线 65.4 确定机械加工的余量及毛坯尺寸，设计毛坯-零件综合图 76 工序设计 96.1 选择加工设备工艺装备 96.2 工序尺寸的确定及计算 106.3 选择切削用量，确定时间定额 117 滚齿用夹具设计 137.1 拟定滚齿夹具的结构方案 137.2 确定刀具的导向方式或对刀装置 147.3 夹具精度的计算 147.4 夹具总图（图4） 157.5 夹具零件图（图5、图6） 168 课题小结 171
4、 设计背景及目的在我们学完了大学的全部基础课程、技术课程及全部专业课程之后进行的。此次的设计是对大学期间所学的全部课程及相关的绘图软件的一次深入的综合性复习，也是使我们基本知识及基本技能去解决专业范围内的工程技术问题而进行的一次基本训练的综合性运用。因此，它在我们日后的工作中占有重要地位。我们在完成毕业设计的同时，也是在培养我们正确的使用技术资料、国家标准、相关手册、图册等工具书，进行设计计算、数据处理、编写技术文件等方面的工作能力。本次设计的目的在于：（1） 培养综合性分析和解决本专业的一般工程问题的独立能力，拓宽和深化所学的知识。（2） 培养树立正确的设计思想。设计思维，掌握工程设计的一般
5、程序、规范和方法的能力。（3） 培养正确地使用技术知识、国家标准、相关手册、图册等工具书，进行设计计算、数据处理、编写技术文件等方面的工作能力。（4） 培养自己进行调查研究、面向实际、面向生产，向他人学习的基本工作心态、工作作风和工作方法。（5） 熟悉齿轮轴零件的加工工艺过程和掌握夹具设计的方法步骤，为以后从事相关的技术性工作打下坚实的基础。（6） 通过对齿轮轴零件的机械加工工艺设计，使我们在机械加工工艺规程设计，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方面有所提升。初步具备设计简单零件工艺规程的能力。2 生产纲领及生产类型的确定如图1所示，某设备中齿形轴
6、零件，该产品年产量为2600台，设其备用率为7%，机械加工废品率为1%，试进行该零件的机械加工工艺规程设计和滚齿用夹具设计。零件生产纲领可按下式计算：N = Qn(1+a%+b%)=2600x(1+7%+1%)=2808(件/年)该产品的的年产量为2808件，根据机械制造技术基础中生产类型与生产纲领的关系，确定其生产类型为中批生产。3 零件的分析 零件图如图1所示。齿轮轴零件在钻床机械中主要起传递钻所需的旋转运动，承受并传递钻孔时的作用力，安装定位钻套。 此零件外圆直径50mm、内圆直径24mm，零件结构不是很难，精度要求也不是很高，加工可以以车床加工齿轮轴主体，然后铣齿，最后在上磨床研磨即可
7、。图1 齿形轴零件图4 选择毛坯综合考虑加工效率和效益，材料选择45，尺寸为55mmx180mm。5 工艺规程设计5.1 定位基准选择本零件应选择外圆和端面为粗基准加工内孔，再把内径作为加工的精基准。5.2 零件的加工方法的选择本零件的加工面为外圆、内孔、端面、齿、槽、螺纹等，材料为45钢。50外圆表面粗糙度为Ra0.4m,采用粗车、半精车及磨削。 24通孔表面粗糙度为Ra12.5m，才用深孔钻。42mm孔表面粗糙度为Ra12.5m，采用车车床加工。两端40mm孔表面粗糙度为Ra1.6m，采用车床加工。其它表面粗糙度为Ra6.3m的孔也采用车床来加工。46mmx2mm的槽和M45mmx1mm左
8、螺纹，采用车削加工。5.3 定制工艺路线该齿轮轴零件的加工用两道热处理工序将工艺路线分成三个阶段：调制以前为粗加工阶段；时效处理之前为半精加工阶段；时效以后为精加工阶段。齿轮轴零件可按下述工艺路线进行加工。工序10：夹紧50mm的外圆，钻深孔24mm孔至尺寸端面工序20：定位孔（两端顶夹）粗车A面外圆至52.4mm。工序30：热处理，调质HRC2126。工序40：定位孔（两端顶夹），半精车A面外圆至50.6。工序50：定位外圆车端面，车孔42mm至尺寸，车孔40mm至39mm，车28mm至图样尺寸并倒角，调头，车端面，保证尺寸175mm。工序60：定位外圆车槽46mmx2mm,车螺纹M45x1
9、mm左至图样要求，倒角，车孔31mm至图样要求并孔口倒角。工序70：粗磨A面外圆至50.2mm工序80：定位外圆或端面铣齿工序90：铣槽两处8mmx1.5mm工序100：检验工序110：热处理，低温时效工序120：钳工修研两端孔口，倒角工序130：精磨A面外圆至50mm,至图样要求工序140：检验工序150：定位外圆，精车内孔40，31及端面至图样要求工序160：总检，入库。5.4 确定机械加工的余量及毛坯尺寸，设计毛坯-零件综合图钢质的模锻件机械加工余量根据估算的质量、加工精度及锻件形状的复杂系数，按相关标准确定。孔的加工余量由表1查得。表1铸件孔加工余量孔径孔深大于到大于063100140
10、200到63100140200280252.0-25402.02.6-40632.52.63.0-631002.53.03.04.0-1001602.63.03.44.04.61602503.03.03.44.04.6表2 锻件形状复杂系数表锻件形状复杂系数S级别S数值范围级别S数值范围简单S10.631较复杂S30.1630.32一级S20.320.63复杂S40.16(1) 锻件质量评估为：3.35kg(2) 加工精度：零件除控外的各表面加工外一般加工精度。(3) 锻件形状复杂系数S为（假设锻件外形尺寸为：50mmx180mm）按表2所示复杂系数S的级别为简单（4）机械加工余量：根据锻件的
11、质量F2、S1确定直径方向单边余量2.5mm（实际查的单边余量为2.0mm,因为外圆精度要求较高所以适当增大0.5mm），轴向方向的单边余量为2.5mm（实际查得单边余量为2.6mm，因两端进度要求较低所以定位2.5mm）。（5）确定毛坯尺寸：根据上面确定机械加工余量，可得该零件的毛坯尺寸如下：轴50mm单边余量为2.5mm,所以锻件尺寸为55mm。长度方向175mm的单边加工余量为2.5mm，所以锻件尺寸为180mm。（6）设计毛坯的零件综合图零件的锻件质量为3.35kg,形状复杂系数S1，45钢含碳量为0.42%0.50%，最高含碳量为0.5%，按表3查的锻件材质系数为M1，采用平直分模线
12、。表3 锻件材质系数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含碳量M13.0%M20.65%3.0%6 工序设计6.1 选择加工设备工艺装备（1）选择机床工序10.20.30.40.90选用车床，选用常用的CA6140型卧式车床即可。工序50.80选用磨床，选用M120W型即可。工序60选用滚齿机，选用YKJ3610数控高效卧式滚齿机床。工序70选用铣床，采用M6132铣床。（2）选择夹具本零件除滚齿、铣槽、磨外圆工序需要专用夹具外，其它工序使用标准夹具即可，车床加工时选用三爪自定心卡盘，磨床工序选用心轴。（3）选用刀具车床上加工时，一般都采用硬质合金车刀。加工钢制零件才用YT类硬质
13、合金，粗加工时用YT5,半精加工用YT15，精加工用YT30。磨床上加工，使用一般平行砂轮。滚齿机床加工，使用模数1的，Mo5AL多头刀。铣床上加工时，选用6的普通平头立铣刀。(4)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两种：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80中半精车外圆50mm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=0.015mm。按工艺人员手册，选择测量范围50-70mm，分度值为0.01mm外径千分尺。表4外圆加工面所用量具工序加工面尺寸尺寸公差量具2052.4-
14、0.45分度值0.02，测量范围0-150mm游标卡尺3050.6-0.455050.2-0.064分度值0.01，测量范围50-70mm外径千分尺8050+0.015 -0.010按照上述方法选择此零件外圆加工面的量具见表4b. 选择加工孔的量具。24、28、31、42、46公差为自由公差，选用分度值为0.02，测量范围0-150mm的内卡尺。40的两个孔的公差等级为J7，选用分度值0.01mm，测量范围35-50内径千分尺。c. 测量轴向的量具。以外其他公差全是自由公差，选用分度值0.02，测量范围0-300mm游标卡尺。d.选择滚齿的量具。滚齿在加工时测量公法线长度即可。根据手册，选分度
15、值0.01mm，测量范围25-50mm的法线百分尺。6.2 工序尺寸的确定及计算（1）确定圆柱面的工序尺寸根据前面的有关资料以确定此零件的毛坯余量和各工序的加工余量，总加工余量减去各工序的加工余量之和，即为粗加工余量。本零件各圆柱表面的工序加工余量工序尺寸及公差、表面粗糙度详见机械加工工序图。（2）确定轴向工序尺寸此零件的各工序的轴向尺寸详见机械加工工序图。6.3 选择切削用量，确定时间定额参考文献机械制造工艺学选取各工序机床转速，进给速度和切削深度，根据切削速度的算可以推算出时间定额，根据表5、表6、表7、表8、表9可以计算出结果，计算结果详见机械加工工序卡片。表5外圆磨床装夹和松卸工作时间
16、（min）装 夹 方 法工 件 重 量（kg)0.512352535 装在两顶尖间，手柄或踏板液压（弹簧）夹紧装 卸0.050.050.060.060.070.160.190.030.030.040.040.010.080.10 装在心轴上，用扳手固定，手柄或踏板液压（弹簧）夹紧装 卸0.130.140.150.160.180.060.070.080.090.12 装在带锥度心轴上，手柄或踏板液压（弹簧）夹紧装 卸0.050.060.060.070.070.040.050.050.060.06 鸡心夹装在带中心孔的工件上，手柄或踏板液压（弹簧）夹紧装 卸0.060.080.090.110.15
17、0.040.050.060.070.09装在三爪自定心卡盘上手动夹紧装 卸0.070.080.090.060.070.08注：1.装夹工件的内容包括伸手取工件，把工件装到夹具上夹紧，最后手离工件。 2.松开卸下零件的工作内容包括伸手向手柄或扳手松开工件，取下后手离件。表6内圆磨床装夹和松卸工作时间（min）装 夹 方 法工 件 重 量（kg）0.51235815以外圆或齿形定位液压夹紧装 卸0.060.060.060.070.080.080.030.030.040.040.050.05装在三爪自定心卡盘上手动夹紧装 卸0.100.100.150.090.090.08齿轮套上隔圈装在卡盘上液压夹
18、紧装 卸0.080.080.060.090.100.100.110.050.050.050.060.070.070.08以柱销或钢球置于齿上装入卡盘，手动夹紧装 卸0.140.180.090.400.150.090.100.060.120.09注：本表时间所包括的工作内容同外圆磨床表7磨床上各种操作所需时间操 作 名 称时 间（min）开动或停止工件、砂轮转动、工作台往复运动0.02接通砂轮快速引进或退出0.02纵向引进或退出砂轮（mm）2000.043000.054000.06横向引进或退出砂轮M1631引进退出N16320.040.03其他外圆磨0.030.02往复平面磨0.020.02表
19、8轮齿机上装夹和松卸工件时间工 件 重 量（kg)0.5123581520 装 夹 方 法时 间工件带鸡心夹装到两顶尖间液压夹紧装 卸0.060.090.110.130.180.20.220.030.050.070.090.140.160.18装到心轴上，顶尖支承螺母快换垫片，扳手夹紧装 卸0.10.180.20.220.260.280.30.320.090.150.170.190.230.250.280.3液顶尖压板夹紧装 卸0.080.140.170.190.230.250.270.050.110.140.160.20.20.24装在三爪自定心卡盘和顶尖间手动夹紧装 卸0.140.210.
20、230.270.290.090.190.210.250.27表9滚齿机上各种操作所用时间操 作 名 称时 间操 作 名 称时 间使工件和铣刀回转或停止用按钮0.01刀架快速垂直退回（mm)至500.05工件快速靠近或离开刀架（mm)至500.051000.081000.08手动进、退刀0.09刀架快速靠近或离开工件（mm)至500.08清理夹具上切屑用刷子0.041000.15注：计算单件时间，应将本表除以同时加工件数。7 滚齿用夹具设计7.1 拟定滚齿夹具的结构方案此工件以内孔和两端面为定位基准，限制5个自由度。如图2所示。图2 工件定位、夹紧为了提高定心精度，采用精密可胀心轴以消除配合间隙
21、，把夹具的定位与夹分开，可避免因夹紧影响齿坯的定心精度。滚齿夹具的结构类型如图3所示。图3 滚齿夹具1 - 压盖 2 - 心轴 3- 垫圈 4 钢套 5 底座7.2 确定刀具的导向方式或对刀装置 选定刀具的向导方式或对刀装置，工件在加工时，能否保证加工精度，主要取决刀具定位精度。通常采用的对刀方法有三种：试切法对刀、样件法对刀，和采用刀装置或向导装置对刀。本零件加工的导向方式和对刀方式如下：车床 通车道 试切法对刀铣刀 平头铣刀 试切法对刀磨床 砂轮 夹具定位滚齿机床 滚齿刀 夹具定位7.3 夹具精度的计算本夹具的零件加工精度如下：定位心轴尺寸精度24（0 -0.1）mm定位心轴安装表面精度3
22、2g6 mm定位心轴与钢套同心度公差0.02mm零件图中齿的位置尺寸为38精度没有特殊要求，所以夹具在高度方向精度均为0.05即可满足要求。垂直度精度要求为0.025mm,所以定位心轴垂直度要求为0.02mm即可满足零件加工要求。定位心轴安装尺寸为32g6(+0.009 -0.025)故此夹具能保证加工精度。7.4 夹具总图（图4）图47.5 夹具零件图（图5、图6）图5图68 课题小结在朱小飞老师的细心指导下，我顺利完成了毕业设计。经过这次的毕业设计，我基本掌握了零件的加工过程分析及工艺文件的编制机专用夹具设计的方法和步骤，学会了查找相关手册以及选择使用工艺装备等。本次毕业设计主要经历两个阶
23、段，第一阶段是机械加工工艺规程设计，第二阶段是夹具设计。第一阶段是对零件基准的选择、机床选用等方面的知识相关运用，第二阶段是对夹具定位，夹紧机构及零件结构设计方面的知识运用。总之，这次设计使我们对机械相关的基本理论知识的实际运用有了更深的了解。同时也提高了我们发现问题及解决问题的能力。为以后的设计工作打下了较好的基础。参考文献：1、刘守勇，李增平机械制造工艺与机床夹具，北京：机械工业出版社,2013年2、杨叔子，机械加工工艺师手册，北京：机械工业出版社，2011年；3、魏康民，机械加工工艺方案设计与实施，北京：机械工业出版社，2010年；4、崔长华，机械加工工艺规程设计，北京：机械工业出版社，2009年；5、金建华,黄万友，典型机械零件制造工艺与实践，清华大学出版社,2011年；6、吴慧媛,韩邦华，零件制造工艺与装备，电子工业出版社,2010年。7、机械制造技术基础课程设计指南 崇凯主编 化学工业出版社 2007.2
