齿轮轴零件机械加工工艺规程及键槽加工用夹具设计.pdf

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1、 1 重庆大学网络教育学院 毕 业 设 计（论 文）题目 齿轮轴零件机械加工工艺规程及键槽加工用夹具设计 学生所在校外学习中心 上海校外学习中心 批次 层次 专业 本科 机械设计及自动化 学 号 学 生 指 导 教 师 起 止 日 期 2013年 7 月 1 号-2013年 9 月 20 号 1 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鉴意义。本文对某企业提供的“齿轮轴

2、”零件进行了机械制造工艺规程设计和铣键槽专用夹具设计。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，最后是铣键槽专用夹具设计。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 2 目 录 摘 要.1 目

3、录.2 1 引言.4 1.1 机械加工工艺规程.4 1.2 夹具设计特点.5 2 齿轮轴零件的机械制造工艺规程设计.8 2.1 零件的工艺性分析及生产类型确定.8 2.1.1 零件的加工工艺性分析.8 2.1.2 确定零件的生产类型.9 2.2 选择毛坯，绘制毛坯图.9 2.2.1 选择毛坯种类及制造形式。.9 2.2.2 确定毛坯尺寸和机械加工余量.10 2.3 选择加工方法，拟定工艺路线.11 2.3.1 定位基准的选择.11 2.3.2 零件表面加工方法的选择.12 2.3.3 零件加工阶段.13 2.3.4 工序的集中和分散.14 2.3.5 工序顺序的安排.14 2.3.6 确定工艺

4、路线.15 2.3.7 加工设备及工艺装备的选择.16 3 齿轮轴零件铣键槽专用夹具设计.18 3.1 明确设计要求、收集设计资料.18 3.2 确定夹具结构方案.18 3.2.1 确定定位方式，选择定位元件.18 3.2.2 确定工件夹紧方案，设计夹紧机构.19 3 3.5 夹具精度校核及质量评估.20 第 4 章 夹具设计.22 4.1 工序尺寸精度分析.22 4.2 定位方案确定.22 4.3 定位元件确定.22 4.4 定位误差分析计算.23 4.5 夹紧方案及元件确定.24 4.6 夹具总装图.25 总 结.26 参考文献.27 致 谢.28 4 1 引言 本设计所采用的是一根输入齿

5、轮轴。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。齿轮轴零件是将齿轮部分和轴做成一体无需键配合的一种常见机械零件。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。齿轮轴的工作能力一般取决于轴的强度和刚度，转速高时还取决于轴的振动稳定性。该齿轮轴主要作用是和相啮合的齿轮一起传递运动和速度，要求传动平稳。轴圆柱面处有圆弧形的键槽，主要是通过键和其他部件相连。轴的中间部位为斜齿轮部分，主要传递运动和动力。1.1 机械加工工艺规程 （1）机械加工工艺规程有：机械加工工艺过程卡片、机械加工工序卡片、标准零件或典型零件工艺过程卡片

6、、单轴自动车床调整卡片、多轴自动车床调整卡片、机械加工工序操作指导卡片、检验卡片等。（2）制定工艺规程的基本要求是：在保证产品质量的前提下，能尽量提高生产率和降低成本，并充分利用现有生产条件，保证工人具有良好而安全的劳动条件。（3）制定工艺规程的步骤：收集和熟悉制定工艺规程的有关资料图样，进行零件的结构工艺性分析；确定毛坯的类型及制造方法；选择定位基准；拟定工艺路线；确定各工序的工序余量、工序尺寸及其公差；确定各工序的设备、刀具、夹具、量具和辅助工具；确定各工序的切削用量及时间定额；确定主要工序的技术要求及检验方法；进行技术经济分析；编制工艺文件。（4）机械加工工序的安排原则：基面先行；先粗后

7、精；先主后次；先面后孔。（5）热处理工序在工艺路线中的安排，主要取决于零件的材料和热处理的目的。5 预备热处理安排在机械加工之前；去除内应力的热处理安排在粗加工之后，精加工之前；最终热处理安排在精加工前后，变形较大的热处理应安排在精加工之前，变形较小的热处理应安排在精加工之后；表面的装饰性镀层和发蓝工序一般安排在工件精加工后；电镀工序后应进行抛光，耐磨性镀铬则放在粗磨和精磨之间。（6）辅助工序包括检查、检验工序、去毛刺、平衡、清洗工序等，检验工序是主要的辅助工序。除了在每道工序中操作者自检外，还必须在下列情况下安排单独的检验工序：粗加工阶段结束后；关键工序前后；零件从一个车间转到另一个车间前后

8、；零件全部加工结束之后。（7）工序组合的原则：大批大量生产、零件结构叫复杂，适于采用工序集中地原则，对一些结构简单的产品，也可采用分散的原则。成批生产宜采用适当集中的原则，单件小批生产适于采用工序集中的原则；产品品种较多，又经常变换，适于采用工序分散的原则；零件加工质量、技术要求较高时一般采用工序分散的原则；零件尺寸、质量较大，不易运输和安装的，应采用工序集中地原则。（8）选择设备时应考虑下列问题：机床的精度与工序要求的精度相适应；机床的规格与工件的外形尺寸，本工序的切削用量相适应；机床的生产率与被加工零件或产品的生产类型相适应；选择的设备尽可能与工厂现有条件相适应。（9）加工余量是指加工过程

9、中所切除的金属层厚度。加工余量可分为加工总余量（毛坯余量）和工序余量。加工总余量等于各工序余量之和。影响工序余量的因素有：上工序的各种表面缺陷和误差因素，包括表面粗糙度和缺陷层、尺寸公差和形位公差；本工序加工时的装夹误差。确定加工余量的方法有：分析计算法、查表法、经验估算法。（10）工艺装备的选择包括确定各工序所需的夹具、刀具和计量器具等。夹具主要根据生产类型和加工要求来确定。刀具的选择主要取决于各工序所采用的加工方法、加工表面的尺寸、工件材料、加工精度和表面粗糙度要求，生产率和经济性等。计量器具主要根据生产类型和工件的加工精度来选取。1.2 夹具设计特点 夹具设计的特点如下：（1）针对性强。

10、设计人员必须全面掌握工艺和生产现场的实际情况。专用夹具 6 是为某零件的某道工序设计的，设计人员必须全面了解和掌握产品零件的要求，工艺工程的安排以及所使用的机床、刀具，辅具的具体情况才可能提出合理可行的最佳方案，确定最合理的定位、夹紧装置。（2）保证加工质量和劳动生产率是夹具设计的两项主要任务，而保证加工质量又是第一位的。因此，设计时应重点把住定位方案的确定和精度分析这两道关于制造精度要求不高的零件，其夹具设计应该重点保证提高劳动生产率和改善劳动条件。（3）夹紧机构对整个夹具结构起决定性作用。夹紧装置的结构形式和种类很多，选用的灵活性很大，特别是夹紧装置中力源及传动机构的设计对夹具结构的影响最

11、大。因此，在同样能保证工序要求的情况下，每个人设计的结构可能大不相同。而不同复杂程度的夹具在不同的生产规模条件下其经济效果也不一样，设计人员必须使自己的设计和生产规模相适应，不可片面追求高精度而忽视了经济性。（4）夹具的制造多属于单件生产。因此，设计时应考虑采用组合加工，修配和调整等措施来保证夹具的制造精度，尽可能地考虑设置修配和调整环节，而不能完全依靠用完全互换的办法保证制造精度。（5）设计周期短，一般不进行强度刚度计算。夹具设计是直接为产品生产服务的生产技术准备工作，其设计周期要求短，因此设计时多采用参照法或是凭经验确定的办法来保证受力件的强度和刚度，通常不进行详细计算，有时采用简便公式或

12、用图表作为设计参考。要注意的是在设计一些具有较高精度的夹具时，应该对定位精度、夹紧力等进行必要的计算和分析。1.3 设计要求 设计的基本要求如下：夹具设计的原则是经济和实用，它可以概括为“好用、好造、好修”这六个字，其中好用是主要的，但好用也必须以不脱离生产现场的实际制造和维修水平为前提。具体要求为：（1）夹具的结构应与其用途和生产规模相适应，正确处理好质量、效率、方便性与经济性四者的关系。（2）保证工件精度。（3）保证使用方便，要便于装卸、便于夹紧、便于测量、便于观察、便于排屑排液、便于安装运输，保证安全第一。（4）注意结构工艺性，对加工、装配、检验和维修等问题应全面考虑，以降低 7 制造成

13、本。8 2 齿轮轴零件的机械制造工艺规程设计 2.1 零件的工艺性分析及生产类型确定 2.1.1 零件的加工工艺性分析 零件材料为 40Cr，是我国我国 GB 的标准钢号，40Cr 钢是机械制造业使用最广泛的钢之一。调质处理后具有良好的综合力学性能，良好的低温冲击韧性和低的缺口敏感性。钢的淬透性良好，水淬时可淬透到 2860mm,油淬时可淬透到 1540mm。这种钢除调质处理外还适于氰化和高频淬火处理。切削性能较好，当硬度为HB174229 时，相对切削加工性为 60%。该钢适于制作中型塑料模具。本图属于阶梯轴类零件，由圆柱面、轴肩、键槽不同形式的几何表面及几何实体组成，根据对零件图的分析，该

14、零件需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求如下：齿轮轴两端面和联接斜齿轮部位的 75 和 80 圆柱面表面粗糙度精度要求较低，为 12.5um 属于已加工表面。75 和 80 圆柱面和斜齿轮部分联接的地方 R5 圆角，80 侧面粗糙度为 6.3um，75 侧面粗糙度为 3.2um。齿轮轴左右两个 60 圆柱面表面粗糙度为 1.6um，尺寸精度为 6 级，对基准轴线的圆跳动为 0.015mm，圆柱度为 0.005。和 mm77 圆柱面联接 mm,圆柱面外侧两端倒角 C2.左侧 60 圆柱面与 75 之间倒圆角 R2，右侧 60 与 65 配合面之间为锥面链接，粗糙度为 6.3um，与锥面之间有

15、圆角 R2.右边斜齿轮和 60 圆柱面之间的含键槽台阶面和轴承的内圈相配合，表面粗糙度值为 3.2um,配合质量的好坏将直接影响齿轮轴工作情况的好坏。在加工时应特别注意满足图纸所示的加工精度要求。齿轮轴中间部位为斜齿轮部分，齿轮两端沿齿廓倒 C2 圆角，顶部沿轮齿周向倒斜角。分度圆表面粗糙值为 6.3um，齿轮侧面粗糙度为 6.3um 齿轮部分是该轴的主要工作部分，对轮齿的硬度和强度要求较高。轮齿部分要进行渗碳淬火和磨削，还要进行磨削齿面探伤检查，防止裂纹产生。齿轮的精度等级为 7 级。通过以上的分析可知，齿轮轴零件图样的视图正确、完整，尺寸、公差及技术要求齐全。各主要表面的尺寸精度、形状精度

16、和位置精度通过选择合适的加工方法均可以满足。主要是斜齿轮的加工是一个难点，精度要求较高。齿轮齿形的切削加工方法 9 可选的有：采用滚齿机利用展成运动加工齿轮；采用铣床利用成形法加工齿轮。但后一种方法加工精度和生产率都较低，而该齿轮的精度等级为7 级，齿轮轴是大批量生产，故该方法不是最佳方案。齿轮齿形的无切屑加工方法有：热轧、冷轧、模锻、精密铸造和粉末冶金等。在各种实际生产条件允许的情况下，可以考虑上述的无切屑加工方法。在加工各主要圆柱面时，以轴的中心线为定位基准，满足设计基准和定位基准重合，减少定位误差。2.1.2 确定零件的生产类型 零件的生产类型是指企业（或车间、工段、班组、工作地等）生产

17、专业化程度的分类，它对工艺规程的制订具有决定性的影响。生产类型一般可分为大量生产、成批生产和单件生产三种类型，不同的生产类型由着完全不同的工艺特征。零件的生产类型是按零件的年生产纲领和产品特征来”生产纲领是指企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划。年生产纲领是包括备品和废品在内的某产品年产量。根据其年产量 5000，备品率 10%和报废率 2%，计算出年生产纲领为 5162 件。本设计齿轮轴零件的的生产类型为大批量生产。2.2 选择毛坯，绘制毛坯图 2.2.1 选择毛坯种类及制造形式。毛坯的选用主要包括毛坯的材料、类型和生产方法的选用。选用正确与否直接关系到毛坯的制造质量、工艺和成本，并影

18、响到机械加工质量、工艺和成本等。毛坯质量主要是指合格毛坯本身能满足用户要求的程度。它主要包括外观质量、内在质量和使用质量。其中，外观质量包括毛坯表面粗糙度、尺寸精度、质量偏差、形状偏差和表面缺陷等；内在质量包括毛坯的物理性能、力学性能、金相组织、化学成分、偏析、内应力、致密度、内部缺陷等；使用质量包括毛坯的抗疲劳性能、高温及低温力学性能、耐磨性、耐蚀性和精度保持性等。毛坯材料的选用是保证产品内在质量的一个主要因素。该零件的材料为 40Gr，属于合金结构钢。由于齿轮轴机械强度要求高，在使用过程中要承受重载荷、冲击载荷或交变载荷，齿轮轴的毛坯宜选用锻件。因为锻件的强度与冲击韧度较高。锻件的材料主要

19、是各种碳钢与合金钢。锻造方法有自由锻、模 10 锻与胎膜锻和精密锻造等几种。其中，自由锻造生产率低、锻造精度低、表面质量差、加工余量大，但成本低，适于单件小批生产及大型锻件的生产；模锻生产率高、锻件精度高、表面质量好、加工余量小、可锻制较复杂的锻件，但成本较高，适用于成批大量生产中小型锻件；胎膜锻介于自由锻和模锻之间，适用于中小批生产小型锻件。尺寸大的齿轮轴通常选择自由锻造，中小型齿轮轴可选择模锻件，一些小齿轮轴也可制作成整体毛坯。若锻件毛坯为锤上钢质自由锻件，其机械加工余量与公差应遵循GB/T15826 系列标准；若毛坯为钢质模锻件，其机械加工余量与公差应遵循GB/T12362 系列标准。通

20、过以上分析，选择锻件作为毛坯，采用模锻成型的方法制造毛坯。另外，应注意锻件毛坯要防止晶粒不均匀、裂纹、龟裂等由于锻造工艺不当所产生的锻造缺陷。锻件金相组织评级及评定方法应遵循相应的国家标准，成批加工可采用抽检的方法。2.2.2 确定毛坯尺寸和机械加工余量（1）国标中规定钢质模锻件的公差分为两级，即普通级和精密级。精密级公差适用于有较高技术要求，但需要采取附加制造工艺才能达到的锻件，一般不宜采用。精密级公差可用于某一锻件的全部尺寸，也可用于局部尺寸。平锻件只采用普通级。由齿轮 轴零件的功用和技术要求，可确定该零件的公差等级为普通级。锻件精度等级为 F 级。（2）根据零件图的基本尺寸可初步得粗车、

21、半精车、粗磨和精磨外圆的加工余量分别为 6、1.1、0.4 和 0.1，又粗精加工分开时，对于粗车外圆的余量允许小于原表中余量的 20，故可取粗车余量为 4.8。总的余量为 6.4。根据上述数据可基本上确定锻件图的尺寸。锻件图如下图 2.1 所示（图中粗实线代表锻件的外形，零件的轮廓线用点画线表示）11 35165783103516578330726014215465776072图 2.1 锻件图（3）经计算锻件重量为 28.3kg，包容体重量为 46.7kg（4）锻件的分模线形状 根据该零件的行为特点，本文选择零件的水平面为分模面，属平直分模线，如图齿轮轴零件锻造毛坯图所示。（5）零件表面粗

22、糙度零件表面粗糙度是确定锻件加工余量的重要参数。按aR 数值大小分为两类：由零件图可知，该齿轮轴各加工表面的粗糙度基本都大于等于1.6m。（6）确定毛坯热处理方式钢质齿轮轴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，从而改善了加工性。2.3 选择加工方法，拟定工艺路线 2.3.1 定位基准的选择 A.粗基准的选择（1）如果必须首先保证工件上加工表面与不加工表面之间的位置要求，应以不 12 加工表面作为基准。如果在工件上有很多不需加工的表面，则以其中与加工面的位置精度要求较高的表面作为粗基准。（2）如果必须首先保证工件某重要表面的加工余量

23、均匀，应选择该表面作粗基准。（3）如需保证各加工表面都有足够的加工余量，应选择加工余量较小的表面作粗基准。（4）选作粗基准的表面应平整，没有浇口、冒口、飞边等缺陷，以便定位可靠。（5）粗基准一般只能用一次，特别是主要定位基准，以免产生较大的位置误差 B 精基准的选择（1）用设计基准作为定位基准，实现“基准重合”，以免产生基准不重合误差。（2）当工件以某一组精基准定位可以较方便地加工很多表面时，应尽可能采用此组精基准定位，实现“基准统一”，以免产生基准转换误差。（3）当精加工或光整加工工序要求加工余量尽量小而均匀时，应选择加工表面本身作为精基准，即遵循“自为基准”的原则。该加工表面与其他表面间的

24、位置精度要求由先行工序保证。（4）为获得均匀的加工余量或较高的位置精度，可遵循“互为基准”、反复加工的原则。（5）有多种方案可供选择时应选择定位准确、稳定、夹紧可靠，可使夹具结构简单的表面作为粗基准。根据以上要求，齿轮轴零件的精基准选择为轴两端面的中心孔，满足基准重合的原则。最先进行机械加工的是两个端面，保证长度要求，再就是两个端面的中心孔，保证定位和夹紧。这时可选的夹紧方案为；用三爪卡盘固定一端，对另外一端面进行平整加工，打中心孔；调头加工另外一端面，打中心孔，保证长度。由此可知，粗基准即为两端的外圆柱面。2.3.2 零件表面加工方法的选择 零件表面加工方法选择应考虑的问题 （1）零件表面的

25、加工方法，主要取决于加工表面的技术要求。这些技术要求还包括由于基准不重合而提高了对作为精基准表面的技术要求。（2）选择加工方法应考虑每种加工方法的加工经济精度范围；材料的性质及可 13 加工性；工件的结构形状和尺寸大小；生产纲领及批量；工厂现有设备条件等。本零件的加工表面有外圆、端面、齿面、键槽及螺纹孔等，材料为 40G r。其加工方法选择如下：（1）两个 60 外圆面：尺寸精度等级为IT6 级，表面粗糙度为 1.6um，需进行粗车半精车精车。（2）65 外圆面、75 左侧面：尺寸精度等级为 IT6 级，表面粗糙度为 3.2um，需进行粗车半精车精车。（3）右侧 65 至 60 之间的锥面、8

26、0 部分和斜齿轮部分的右侧：尺寸精度等级为 IT11 级，表面粗糙度为 6.3um，需进行粗车半精车。（4）齿轮轴两侧端面、键槽内部：尺寸精度等级为 IT14 级，表面粗糙度为 12.5um，进行粗车 2.3.3 零件加工阶段 零件的加工质量要求较高或结构较为复杂时，一般工艺路线较长，工序较多，通常在安排工艺路线时，将其分成几个阶段。根据精度要求的不同，加工阶段可以划分如下：（1）粗加工阶段 此阶段的主要任务是高效地切除各加工表面上的大部分余量，并加工出精基准。（2）半精加工阶段 使主要表面消除粗加工后留下的误差，使其达到一定的精度为精加工做好准备，并完成一些精度要求不高的表面加工（如钻孔、攻

27、螺纹、铣键槽等）。（3）精加工阶段 主要是保证零件的尺寸、形状、位置精度及表面粗糙度达到或基本达到图样上所规定的要求。精加工切除的余量很小。（4）精整和光整加工阶段 对于加工质量要求很高的表面，在工艺过程中需要安排一些高精度的加工方法（如精密磨削、研磨、金刚石切削等），以进一步提高表面的尺寸、形状精度，减小表面粗糙度，最后达到图样的精度要求。注意的是加工阶段的划分不是绝对的，在应用时要灵活掌握。根据上面的分析和零件的具体精度要求，该零件的加工阶段划分为粗加工阶段、半精加工阶段和精加工几个阶段。在粗加工阶段，首先将精基准（轴两端面的中心孔）准备好，使后续工序都可以 14 采用精基准定位加工，保证

28、其他加工表面的精度要求；然后粗车 556m 外圆面、656e 外圆面、656k 外圆面、77 外圆面、齿圈外圆面和粗滚齿，粗铣键槽底面和侧面。在半精加工阶段，M10 螺纹孔的钻孔攻螺纹，半精车 556m 外圆面、656e外圆面、656k 外圆面、齿圈外圆面和部分端面，键槽侧面的精铣。在精加工阶段，进行 656e 外圆面和齿面的磨削加工。2.3.4 工序的集中和分散 本例选用工序集中原则安排齿轮轴的加工工序。该零件的生产类型为大批生产，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，不但可缩短辅助时间，而且由于在一次装夹中加工了许多表面，有利于保证各加工

29、表面之间的相对位置精度要求。2.3.5 工序顺序的安排 A.机械加工工序 （1）遵循“先基准后其他”原则，首先加工精基准轴两端面的中心孔。（2）遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。（3）遵循“先主后次”原则，先加工主要表面两端面的中心孔，各外圆面，后加工键槽地面和内侧面。（4）遵循“先面后孔”原则，先加工两端面后打中心孔、钻螺纹孔。B.热处理工序 模锻成型后切边，进行正火，正火硬度为 HB 171229。对于齿轮部分则在半精加工和精加工之间进行渗碳淬火，使齿轮表面获得高的硬度和耐磨性，芯部仍保持一定的强度和较高的韧性和塑性。但渗碳淬火处理后工件有较大的变形产生。所以淬硬处

30、理后安排精加工工序，以修正淬硬处理后产生的变形。在淬火处理前，应将铣槽、钻孔、攻螺纹、去毛刺等次要表面的加工进行完毕，以防止工件淬硬后无法加工。零件在作渗碳淬火处理时，由于渗碳处理工序会使工件产生较大的变形，因此常将渗碳工序放在次要表面加工之前进行，待次要表面加工完之后再作淬火处理，这样就可以减少次要表面与淬硬表面之间的位置误差。C.辅助工序 辅助工序是指不直接加工，也不改变工件的尺寸和性能的工序，它对保证零件质 15 量起着重要的作用，在工艺路线中也占有相当的比例。（1）检验工序为保证零件的制作质量，防止产生废品，需要在特殊的场合安排检验工序。该零件在全部外圆的粗加工完成之后安排一次检验工序

31、，在滚齿后均安排一次检验工序，在全部加工完成后做最后的检验。根据该零件的要求除了安排几何尺寸检验工序之外，在磨削齿面后要进行齿面探伤检查。在机械加工开始阶段还要进行超声波探伤检查。尤其注意在齿轮部分精加工完成之后，要进行单个齿距偏差、齿距累计总误差、齿廓总偏差、螺旋线总偏差、径向跳动、公法线长度及偏差和跨齿数的检验。（2）去毛刺及清洗零件表层或内腔的毛刺对机器装配质量影响甚大，切削加工之后，应安排去毛刺工序。零件在进入装配之前，一般都安排清洗工序。工件内孔、箱体内腔容易存留残屑，研磨等光整加工工序之后，微小磨粒易附着在工件表面上，也要注意清洗，否则会加剧零件在使用中的磨损。在精加工后安排去毛刺

32、、清洗和终检工序。（3）特殊需要的工序根据该零件设计图样的要求无特殊要求的工序。综上所述，该齿轮轴工序的安排顺序为：基准加工主要表面粗加工及一些余量大的表面粗加工主要表面半精加工和次要表面加工热处理主要表面精加工。2.3.6 确定工艺路线 各主要加工面示意图如图2.2 所示。b图 2.2 加工示意图 在综合考虑上述各因素基础上，现初步拟定了工艺方案如下：16 工序 1：下料。工序 2：锻造模锻成型。工序 3：正火处理正火后硬度达到 HB 171229 工序 4：超声波探伤（图纸技术要求）。工序 5：粗车划端面及外形线 工序 6：半精车 工序 7：检验 工序 8：精车 工序 9：粗、精滚齿用 A

33、A 级单头滚刀滚齿。工序 10：粗、精铣键槽键槽内侧面需精铣达到尺寸精度要求。工序 11：去除毛刺 工序 12：渗碳、淬火处理淬火处理后低温回火，对齿部渗碳淬火。工序 13：较直 工序 14：磨削齿面采用 Y7131 磨齿机进行磨削。工序 15：检验检验各部尺寸及精度。工序 16：探伤磨削齿面探伤检查。工序 17：入库 2.3.7 加工设备及工艺装备的选择（1）机床的选择 在大批生产条件下，可以选用专用设备和组合机床，也可选用通用设备。所选用通用设备应提出机床型号，所选用的组合机床应提出机床特征，如“四面组合机床”。同时还要考虑以下几个问题：机床的加工尺寸范围应与零件的外廓尺寸相适应；机床的工

34、作精度应与工序的精度要求相适应；机床的生产效率应与零件的生产类型相适应；机床的选择应考虑车间现有设备条件，尽量采用现有设备或对现有设备进行改装。（2）工艺装备的选择 工艺装备主要包括刀具、夹具和量具。在工艺卡片中应简明写出它们的名称，如“钻头”、“百分表”、“车床夹具”等。在单间小批生产中，应尽量选用通用夹具和组合夹具，在大批、大量生产中应按工序加工要求设计制造专用夹具；刀具的选择主 17 要取决于工序所采用的加工方法、加工表面的尺寸、工件材料、加工精度和表面粗糙度要求、生产效率和经济性等，一般应尽可能采用标准刀具，必要时采用高生产率的复合刀具及其他专用刀具；量具的选择主要根据生产类型和加工精

35、度，在单件、小批生产中，应尽量采用通用量具、量仪，在大批、大量生产中应采用各种量规和高效地检验仪器和检验夹具等。18 3 齿轮轴零件铣键槽专用夹具设计 3.1 明确设计要求、收集设计资料 根据指导老师指定的对铣键槽工序进行专用夹具设计，对零件图纸设计要求进行分析后通过查找相关技术文献资料得出目前常见的在轴上铣键槽的夹具结构为抱钳装夹工件（如图 3.1 所示）和 V 形块装夹工件（如图 3.2、图 3.3 所示）。夹紧工件前必须校正夹具在工作台中的位置，然后利用螺栓与工作台 T 形槽联接。键槽长度进给量由工作台纵向进给手轮控制，深度进给由工作台升降进给手柄控制，宽度由铣刀直径控制。在普通铣床上用

36、上述夹具装夹工件、采用传统工艺方法来加工精度要求高、尺寸范围变化大的键槽存在如下弊端：质量稳定性差，主要是由 T 形槽磨损引起；运动刚性差，普通铣床调节环节多，引起误差的几率高。图 3.1 抱钳装夹工件 为此，在现有普通铣床基础上如何设计出定位精度高、夹具误差小的专用铣键槽夹具对保证零件加工质量、提高生产效率显得尤为重要。3.2 确定夹具结构方案 3.2.1 确定定位方式，选择定位元件 工件在夹具中的位置是由与工件接触的定位元件的定位表面（简称元件定位面）所确定的。为了保证工件相对刀具及切削成形运动有正确的位置，还需要使夹具与机床连接和配合时所用的夹具定位表面（简称夹具定位面）相对刀具及切削成

37、形运动处于理想的位置。该输入齿轮轴零件属于阶梯轴零件，选用轴的中心线作为定位基准，19 可使定位基准和部分工序基准、设计基准重合，减小定位误差。选用轴的 65mm 外圆柱面作为定位基面，以短 V 形块为定位元件。轴向定位用可调的支承钉定位。90定位误差是由于工件在夹具上（或机床上）定位不准确而引起的加工误差。当采用 V型块定位（如图 3.2 所示），键槽铣刀按规定尺寸 H 调整好位置。实际加工时，由于工件外圆直径尺寸有大有小，会使外圆下母线的位置发生变化。图 3.2 V型定位夹具图 根据的公式：H 工序尺寸为 mm，小于制造公差 0.2mm 的 1/2。因此上述定位方案可行。3.2.2 确定工

38、件夹紧方案，设计夹紧机构 在机械加工过程中，工件会受到切削力、摩擦力等外力的作用，为了保证在这些外力的作用下，工件仍能在夹具中保持定位的正确位置，而不致发生位移或产生振动，一般在夹具结构中都必须设置一定的夹紧装置，把工件压紧夹牢在定位元件上。如图3.3 所示夹具方案图：20 图 3.3 偏心夹紧方案图 图 3.3 中采用偏心夹紧机构，通过穿过偏心轮的心轴实现联动，可使工件上部的两压板同时压紧工件或同时释放。它具有结构简单、夹紧迅速等优点。但该结构存在工件的安放和卸下不方便的问题，难于提高生产效率，还有一点就是无法保证每次在压板都在正确的工作位置。3.5 夹具精度校核及质量评估 夹具的主要功能时

39、用来保证零件加工的位置精度。使用夹具加工时，影响被加工零件位置精度的误差主要有三个方面：（1）定位误差 工件安装在夹具上位置不准确或不一致性，用DW 表示。（2）夹具制造与安装误差 包括夹具制造误差（定位元件与导向元件的位置误差、21 导向元件本身的制造误差、导向元件之间的位置误差、定位面与夹具安装面的位置误差等）、夹紧误差（夹紧时夹具或工件变形所产生的误差）、导向误差(包括对刀误差、刀具与引导元件偏斜误差等)。该项误差用ZZ 表示.为了保证零件的加工精度，应使：(3-3)DWZZGCT+式中，T 为零件有关的位置公差。通常要求留给GC 三分之一的零件公差，即应使夹具有关误差限定在零件公差 2

40、/3 的地范围内。当零件生产批量较大时，为了保证夹具的使用寿命，在制定夹具公差时，还应考虑留有一定夹具磨损公差。22 第 4 章 夹具设计 4.1 工序尺寸精度分析 本工序加工键槽;外圆到键槽底部的距离58及键宽18该工序在X51机床上加工，零件属于中批量生产。4.2 定位方案确定 根据工件的加工要求，该工件必须限制工件的六个自由度，现根据加工要求来分析其必须限制的自由度数目及基准选择的合理性。（1）为了保证 58 必须限制 Z 向的移动及 X 向的转动。（2）为了保证 18 和槽面的对称度必须保证 Z 向的转动，X 向的移动，Y 向的转动。（3）为了保证轴肩与键槽右端的长度为 70，必须限制

41、 Y 向的移动。4.3 定位元件确定 综上分析：为了限制六个自由度，其中的 Z 移动 Z 转动 X 移动 X 转动用两个 V型块限制，Y 移动由右端 V 型块上带有一挡块挡在65的右端面限制，Y 的转动由的外圆柱面上的夹紧力限制。23 4.4 定位误差分析计算 注：V 型块夹角=90。基准位移误差：工件以外圆柱面在 V 型块定位，由于工件定位面外圆直径有公差 D，因此对一批工件来说，当直径由最小 D D 变大到 D 时，工件中心（即定位基准）将在 V型块的对称中心平面内上下偏移，左右不发生偏移，即工件由1O变大到2O,其变化量1O2O（即基准位移误差）从图（a）中的几何关系退出：Y=1O2O=

42、22DSIn 基准不重合误差：24 从图（b）中设计基准与定位基准不重合，假设定位基准1O不动，当工件直径由最小 D D 变到最大 D 时，设计基准的变化量为2D，即基准不重合误差 B=2D。从图(c)中可知，设计基准为工件的下母线。即，上述方向由 a 到 a与定位基准1O变到2O的方向相反，故其定位误差 D 是 Y 与 B 之差.D=Y B=22DSIn2D=0.207 D=0.2070.01=0.00207 D=0.0020731T 即满足要求 4.5 夹紧方案及元件确定 工件在定位时为了保证定位的精度需要在外圆面上加个压板。25 4.6 夹具总装图 26 总 结 时间飞逝，为期三个月的毕

43、业设计已经接近尾声。如今，回首这三个月的设计过程，我感触良多。在老师的帮助下，我从中学到了以前在课堂和书本上学不到的东西，受益匪浅。在这次设计过程中，我真正地认识到自己的不足之处，以前上课没有学到和自己平时忽略的知识，在这次设计当中也涉及到了。通过自己不断地查漏补缺，使得自己的知识结构进一步合理、知识体系进一步完善。这次设计将我以前学过的机械制造工艺与装备、公差与配合、机械制图、工程材料与热处理工艺等知识很好的串联了起来，起到了穿针引线的作用，巩固了所学知识。在本次设计中，首先是对给定工件进行机械加工工艺规程的制定。在工艺规程这一部分的设计中，我所设计的工艺规程没有过多地考虑到企业实际生产条件

44、的限制。工艺路线还是比较传统的那种工艺路线，并没有引入像数控加工这样先进的生产方法。在科学技术高速发展的今天，采用加工效率高的数控设备来提高零件的生产效率不失为未来机械加工方面的一种普遍趋势。对于该齿轮轴零件的车削部分采用数控车可大大提高工作效率。这次的毕业设计对我以后的学习、工作起了很大的帮助作用。我认识到，无论是工作还是学习都必须做到认真、谨慎，时时处处细心，注重将理论和实践相结合。用实践检验自己所学的知识，真正地让知识在实践中升值创造出更大的价值。27 参考文献 1倪森寿.机械制造工艺与装备习题集和课程设计指导书.北京化学工业出版社,2003.2王茂元.机械制造技术基础.北京机械工业出版

45、社,2007.3陈立德.机械制造技术基础课程设计.北京高等教育出版社,2009.4王颖.机械加工工艺规程及工艺文件.科技资讯,2008(30)4445.5赵志勇,王丽杰.编制机械加工工艺规程应考虑的几个问题.农机使用与维修,2002(4).6冀天佑.材料加工工艺.北京清华大学出版社,2009.7倪森寿.机械制造工艺与装备.北京化学工业出版社,2002.8周桂连.机械制造技术.西安西安电子科技大学出版社,2009.9国际编制出版社第三编辑室.机械加工工艺标准汇编.北京中国标准出版社,2009.28 致 谢 毕业设计的这段时间是我学生生涯中最有价值的一段时光。这里有治学严谨而不失亲切的老师，有互相

46、帮助的同学，更有向上、融洽的学校生活氛围。借此论文之际，我想向所有人表示我的谢意。首先感谢我的指导老师卢老师。本论文是在卢老师的指导下修改完成的。在此，我要向老师的细心帮助和指导表示由衷的感谢。在这段时间里，我从老师身上不仅学到了许多的专业知识，更感受到老师们工作中的兢兢业业，生活中的平易近人。此外，老师们严谨的治学态度和忘我的工作精神值得我去学习。非常感谢卢老师在我的毕业设计中，给予我极大的帮助，使我对整个毕业设计的思路有了总体的把握，并耐心的帮我解决了许多实际问题，使我有了很大的收获。同时，在整个设计中提出了许多建设性意见，并指导我解决了一些专业性问题。感谢多年来传授我知识的老师们，更要感

47、谢那些对我学习上支持和鼓励的人。同时感谢所有关心帮助过我的同学、老师和学校。总之，在以后的学习生活中我将以加倍的努力对给予我帮助的学校、老师及同学们的回报。1 附件 1 表 1 机械加工工艺过程卡片 机械加工工艺过程卡片 产品型号 零件图号 产品名称 齿轮轴 零件名称 齿轮轴 共 1 页 第 1页 材料 牌号 钢 毛坯种类 普通 毛坯外形尺寸 圆柱 毛坯件数 每台件数 备注 工序号 工步 工序内容 设备 工时/分 工艺装备 1 下料 夹具 切削工具 量具 2 锻造成型 机械卡尺 3 正火处理 机械卡尺 4 超声波探伤 机械卡尺 6 粗车 铣床 机械卡尺 7 半精车、检验 划端面及外形线 机械卡

48、尺 8 精车 机械卡尺 2 9 粗、精铣键槽 用 aa 级单头 滚刀头 机械卡尺 10 去除毛刺 11 较直 12 检验、探伤 磨削齿面检查 机械卡尺 13 入库 设计(日期)校队(日期)审核(日期)标准化(日期)会签(日期)标记 处数 更改文件号 签字 日期 标记 处数 更改文件号 签字 日期 3 表 2 机械加工工序卡片 机械加工工序卡片 产品型号 零件图号 产品名称 齿轮轴 零件名称 齿轮轴 共 1 页 第 1 页 车间 工序号 工序名称 材料牌号 毛坯种类 设备型号 设备编号 同时加工件数 数控铣床 夹具编号 夹具名称 切屑液 铣床 乳化液 工位器具编号 工位器具名称 工序工时/分 机

49、械卡尺 准时 单件 工步号 工步内容 工艺设备 主轴转速 切屑速度 进给量 切屑深度 进给次数 工步工时 1 锻造,退火，去内应力 r/min m/min mm/r mm 机动 辅助 铣 28 左端面,铣宽 10 左端面 1000 0.5 10 2 2 将 24 的孔扩到 27.5 300 0.3 0.126 3 1 4 铰 27.5 孔到 28 120 0.6 0.086 1 4 铣 28 右端面,铣宽 10 右端面 100 0.5 0.325 2 4 钻 11H9用专用钻夹具定位,钻 10 孔用专用钻夹具定位 300 0.5 0.258 0.5 5 去毛刺 1000 0.2 1 设计(日期)校队(日期)审核(日期)标准化(日期)会签(日期)标记 处数 更改文件号 签字 日期 标记 处数 更改文件号 签字 日期