2022年齿轮轴——课程设计说明书 .pdf
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1、- 1 - 机 械 制 造 工 艺 学 课 程 设 计设 计 说 明 书设计“齿轮轴”零件的机械加工工艺规程起止日期: 2011 年 12 月 19 日 至 2011 年 12 月 25 日学生班级学号成绩指 导 教 师 ( 签 字 ) 机械工程学院部2011 年 12 月 19 日精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 22 页- 2 - 机械制造工艺学课程设计任务书20112012 学年第一学期机械工程学院机械工程及其自动化专业班课程名称:机械制造工艺学课程设计设计题目:设计“齿轮轴”零件的机械加工工艺规程完成期限: 自 2
2、011 年 12 月 19 日至 2011 年 12 月 25日共1周一、课程概述课程名称 :机械制造工艺学课程设计总学时数 :一周课程类别 : 必修专业课授课专业 :机械设计制造与自动化专业先修课程 :机械制图、机械设计、互换性与技术测量、机械制造工艺学等二、本课程的目的和任务本课程设计是学生在学完机械制造工艺学课程、进行了生产实习之后的一个综合性和实践性很强的教学环节,学生通过课程设计, 能综合运用所学基本理论以及在生产实习中学到的实践知识进行工艺及结构设计的基本训练,掌握机械制造过程中的加工方法、 加工装备等基本知识, 提高学生分析和解决实际工程问题的能力,为后续课程的学习及今后从事科学
3、研究、工程技术工作打下较坚实的基础。三、课程设计的基本内容一对零件中等复杂程度进行工艺分析,画零件图。二选择毛坯的制造方式。三制订零件的机械加工工艺规程1选择加工方案,制订工艺路线;2选择定位基准;精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 22 页- 3 - 3选择各工序所用的机床设备和工艺装备刀具、夹具、量具等;4确定加工余量及工序间尺寸和公差;5确定切削用量四填写工艺文件1填写机械加工工艺卡片;2填写机械加工工序卡片。五编写设计说明书。四、课程设计的基本要求( 一)通过本课程设计,应使学生在以下几方面得到锻炼:1能运用机械制造
4、工艺学课程中的基本理论和生产实习中学到的实践知识,正确地解决一个零件在加工中的定位、夹紧以及工艺路线安排、工艺尺寸确定等问题,保证零件的加工质量。2. 学会使用手册及图标资料。 掌握与本设计有关的各种资料的名称及用途,做到熟练运用。( 二)在规定时间内应完成以下任务:1机械加工工艺卡片一张;2机械加工工序卡片一套;3设计说明书一份。五、设计说明书要求设计说明书用统一纸张书写。 内容包括设计任务书, 零件的分析, 加工工艺规程设计等。建议编写顺序如下:1设计说明书封面2设计任务书3目录4零件的分析5加工工艺规程设计6小结精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - -
5、- - - -第 3 页,共 22 页- 4 - 目录一、零件的分析6 1.阶梯轴的外圆外表2.外螺纹外表3.锥面4.普通平键键槽5.齿轮外表圆柱齿轮加工分析7 二、毛坯确实定101.毛坯材料的选择2.毛坯机械加工余量确实定3.毛坯的尺寸示意图三、工艺规程设计11 1.工艺路线的制订定位基准的选择热处理工序的安排加工方法的选择工艺路线的制订2.机械加工余量、工序尺寸确实定3.刀具选用、切削用量和工时定额确实定四、设计小结21 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 22 页- 5 - 一、零件的分析该零件的零件图如图1 所示,为
6、一齿轮轴, 主要用来传递运动和扭矩。 假设该零件的生产类型为单件小批生产500 件 。该零件的加工外表主要由阶梯轴的外圆外表,外螺纹外表,锥面,普通平键键槽和齿轮外表等几部分组成。1) 阶梯轴的外圆外表阶梯轴的外圆外表由两个200.0065mm的外圆外表,一个 24mm的外圆外表,一个 21 mm的外圆外表和一个 18 mm的外圆外表组成。2) 外螺纹外表该齿轮轴的外螺纹为公称直径为12mm的粗牙普通螺纹,螺距为1.75mm ,螺纹长度为 10mm 。3) 锥面该锥面的大端直径为 18 mm , 锥度为 1: 10。 锥面的轴向长度为28mm 。且该锥面围绕公共基准线A-B 旋转的圆跳动公差为
7、0.012mm , 公差等级为IT7 级。4) 普通平键键槽与该齿轮轴配合的为普通平键A型,其尺寸为 5mm 22mm ,工作外表的外表粗糙度为 Ra3.2m 。键槽在轴上的深度mm 。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 22 页- 6 - 5) 齿轮外表该齿轮为标准圆柱直齿轮。 其齿数 z1=15,模数 m=2 ,压力角 =20。分度圆直径为 30mm ,齿顶圆直径为mm 。该齿轮轴除了由以上几部分组成之外,还包括四个尺寸为C1和两个尺寸为C2的倒角,两个尺寸为 2mm 18mm 和一个尺寸为 2mm 10mm 的退刀槽组
8、成。圆柱齿轮加工分析一、圆柱齿轮毛胚与热处理1. 齿轮毛坯毛坯的选择取决于齿轮的材料、形状、尺寸、使用条件、生产批量等因素,常用的毛坯种类油:1铸铁件 :用于受力小、无冲击、低速的齿轮;2棒料:用于尺寸小、结构简单、受力不大的齿轮;3锻坯:用于高速重载齿轮;4铸钢坯 :用于结构复杂、尺寸较大不宜锻造的齿轮。2. 齿轮热处理在齿轮加工工艺过程中, 热处理工序的位置安排十分重要,它直接影响齿轮的力学性能及切削加工的难易程度。一般在齿轮加工中有两种热处理工序:1毛坯的热处理为了消除锻造和粗加工造成的残余应力、改善齿轮材料内部的金相组织和切削加工性能, 在齿轮毛坯加工前后通常安排正火或调质等预热处理。
9、2齿面的热处理为了提高齿面硬度、增加齿轮的承载能力和耐磨性而进行的齿面高频淬火、 渗碳淬火、氮碳共渗和渗氮等热处理工序。 一般安排在滚齿、插齿、剃齿之后,珩齿、磨齿之前。二、圆柱齿轮齿面形加工方法1齿轮齿面加工方法的分类按齿面形成的原理不同,齿面加工可以分为两类方法: 成形法用与被切齿轮齿槽形状相符的成形刀具切出齿面的方法,如铣齿、拉齿和成型磨齿等; 展成法齿轮刀具与工件按齿轮副的啮合关系作展成运动切出齿面的方法,工件的齿面由刀具的切削刃包络而成,如滚齿、插齿、剃齿、磨齿和珩齿等。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 22 页
10、- 7 - 2圆柱齿轮齿面加工方法选择齿轮齿面的精度要求大多较高,加工工艺复杂,选择加工方案时应综合考虑齿轮的结构、 尺寸、材料、精度等级、 热处理要求、生产批量及工厂加工条件等。常用的齿面加工方案见表1。表 1 齿面加工方案齿 面 加 工 方案齿轮精度等级齿面粗糙度Ram 适用范围铣齿9 级以下6.33.2 单件修配生产中,加工低精度的外圆柱齿轮、齿条、锥齿轮、蜗轮拉齿7 级1.60.4 大批量生产7 级内齿轮,外齿轮拉刀制造复杂,故少用滚齿87 级3.21.6 各种批量生产中,加工中等质量外圆柱齿轮及蜗轮插齿1.6 各种批量生产中,加工中等质量的内、外圆柱齿轮、多联齿轮及小型齿条滚或插齿淬
11、火珩齿0.80.4 用于齿面淬火的齿轮滚齿剃齿76 级0.80.4 主要用于大批量生产滚齿剃齿淬火珩齿0.40.2 滚插齿淬火磨齿63 级0.40.2 用于 高精 度齿 轮 的 齿 面 加工,生产率低,成本高滚插齿磨齿63 级三、圆柱齿轮零件加工工艺过程例如1工艺过程例如圆柱齿轮的加工工艺过程一般应包括以下内容:齿轮毛坯加工、齿面加工、精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 22 页- 8 - 热处理工艺及齿面的精加工。在编制齿轮加工工艺过程中,常因齿轮结构、精度等级、 生产批量以及生产环境的不同,而采用各种不同的方案。图 1
12、为一直齿圆柱齿轮的简图,表2 列出了该齿轮机械加工工艺过程。从中可以看出,编制齿轮加工工艺过程大致可划分如下几个阶段:1齿轮毛坯的形成:锻件、棒料或铸件;2粗加工:切除较多的余量;3半精加工:车,滚、插齿面;4热处理:调质、渗碳淬火、齿面高频淬火等;5精加工:精修基准、精加工齿面磨、剃、珩、研齿和抛光等。表 2 直齿圆柱齿轮加工工艺过程工序号工序名称工序内容定位基准1 锻造毛坯锻造2 热处理正火3 粗车粗车外形、各处留加工余量2mm 外圆和端面4 精车精车各处,留磨削余量0.2mm,其余至尺寸外圆和端面5 滚齿滚切齿面,留磨齿余量0.250.3mm外圆和端面6 倒角倒角至尺寸倒角机外圆和端面7
13、 钳工去毛刺8 热处理齿面: HRC52 9磨齿齿面磨削外圆和端面10检验终结检验三、定位基准的选择以外圆和端面定位工件和夹具心轴的配合间隙较大,用千分表校正外圆以决定中心的位置, 并以端面定位; 从另一端面施以夹紧。 这种方式因每个工件都要校正,故生产效率低;它对齿坯的内、外圆同轴度要求高,而对夹具精度要求不高,故适于单件、小批量生产。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 22 页- 9 - 二、毛坯确实定(一)毛坯材料的选择该齿轮轴零件的材料为45 钢,为轴类零件。根据设计要求,其硬度需到达 220250HBS ,经查表可
14、得, 45 号热轧钢的硬度小于等于241HBS 黑p109 。因为该齿轮轴的外圆直径变化不大,加工简单,且对其机械性能没有很高的要求, 且无须选用锻件, 选择棒料即可。 经过调质处理 淬火温度:820840,淬火介质:水;回火温度:560600,冷却介质:空气 ,其硬度为 220250HBS ,符合设计要求黑145 。故材料选择 45 号热轧钢,然后进行调质处理。(二)毛坯机械加工余量确实定由零件图可知,零件的长度为154mm ,零件的最大直径为 34mm ,两者之比,经查表蓝1034可以确定毛坯的直径为38mm 。另外,因为毛坯是由 45 号热轧钢切断得到,经查表蓝1038和计算,一个零件的
15、毛坯长度。切断后,可以得到长度为 161mm ,直径为 38mm 的棒料。(三)毛坯的尺寸示意图精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 22 页- 10 - 三、工艺规程设计(一)工艺路线的制订1)定位基准的选择该零件为轴类零件,主要加工外表为外圆外表。应先以棒材的外圆外表为粗基准,车削轴的两个端面同时钻中心孔,然后以中心孔为精基准车削棒材的外圆。轴向尺寸的基准则是以两个端面以及轴肩为精基准,键槽的定位也是以右端面作为精基准。2)热处理工序的安排为了消除材料的内应力,在毛坯进行切削加工之前安排正火。为了改善材料的切削性能,获得较
16、好的机械综合性能,在粗加工之后,半精加工之前安排调质处理。为了提高齿面硬度, 在齿轮粗加工之后, 精加工之前安排齿面局部淬火。为了消除淬火过程中的应力和防锈,增加金属外表美观,在机加工完成后安排发蓝。3)加工方法的选择由于零件部分外表的加工精度要求比较高,故将零件的工艺过程划分为粗加工阶段,半精加工阶段和精加工阶段, 这样就可以使后续加工精度提高,并且合理的使用设备和安排人力资源,提高产品质量。粗加工阶段应在卧式车床上对毛坯外圆外表进行粗车外圆,粗车圆锥面。经查相关技术手册白758 黑 320得知,粗车圆锥面时有转动小刀架车锥体,用靠模板车锥体,用偏移尾座车锥体和用宽刀刃车锥体。由于该零件为单
17、件小批生产,圆锥长度较短,但锥面的位置公差和外表质量要求比较高,故采用转动小刀架粗车锥体的加工方法。半精车阶段在精度相对较高的卧式车床上对外表质量要求较高的外表进行半精车, 其中外表粗糙度要求为Ra3.2m 的两个端面要半精车才能到达外表粗糙度要求,齿顶面和锥面也要进行半精加工。另外还应切退刀槽,以及倒角。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 22 页- 11 - 半精加工后,需要加工齿轮。因为齿顶面的精度等级为8 级,齿面的外表粗糙度为 Ra1.6m ,故先精车齿顶面。这样做既可以满足齿顶外表的质量要求,还能防止精加工后再
18、进行齿轮加工可能会破坏已经加工好的外圆外表的情况。齿面加工采用滚齿加工,插齿加工、剃齿加工和磨齿加工都能到达要求白 735 。由于滚齿加工的应用较广,效率较高,而插齿加工对加工双联齿轮或三联齿轮及内齿轮更为合适,故选择滚齿加工。为了到达要求的加工精度,需要先进行粗滚。由于齿面局部淬火安排在齿面粗加工之后,精加工时继续采用滚齿加工会因为齿面过硬而无法加工,故精加工时应采用剃齿加工。键槽可以通过铣削,插削,刨削的方法加工,该锥面上的键槽通过选用合适的键槽铣刀进行加工比较方便。由于键槽工作外表的外表粗糙度要求到达 Ra3.2m ,故可分粗铣和半精铣两步铣削。键槽加工完成后,应对上面半精车后的圆锥面,
19、一个直径为10 的螺纹外圆和两个直径为 20 的外圆进行精加工。由于直径为20 的外圆外表粗糙度要求为 Ra1.6m ,精度等级为 IT6 级,故可以采用先精车后金刚石车或者先粗磨后精磨的方法。为了便于加工,降低对设备和工人的要求,故采用先粗磨后精磨的方法。圆锥面要求的公差等级为7 级,外表粗糙度为Ra1.6m ,精加工时可以精车或者粗磨与半精磨,这里采用粗磨与半精磨的方法以便获得较高的加工精度。而螺纹外圆的加工因为精度要求不高,只需粗磨即可。外螺纹的加工放在机加工的最后,目的是为了防止在加工别的外表时破坏已加工完成的螺纹外表。其尺寸为M12-6g,公称直径比较小,经查表难19 ,可采用车削螺
20、纹、套螺纹和滚压螺纹的加工方法。因为该零件为单件小批生产,则采用车削螺纹的方式比较合适。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 22 页- 12 - 4)工艺路线的制订序号工序名称工序内容定位基准设备0 备料10 热处理正火20 车两端面粗车齿轮轴两端面,并钻中心孔毛坯外圆30 粗车粗车各处外圆和1:10 圆锥面中心孔40 热处理调质处理50 钳工修研中心孔60 半精车半精车各处外圆和圆锥面,切退刀槽和倒角中心孔70 精车齿顶面精车 34 齿顶面中心孔80 滚齿加工滚齿粗加工 30 齿轮外表90 热处理齿面局部淬火100 剃齿
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