齿轮轴零件机械制造工艺规程.docx

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齿轮轴零件机械制造工艺规程

1.齿轮轴零件的机械制造工艺规程

1.1零件工艺分析和确定生产类型

1.1.1拟定工艺路线

由给定的零件图可以看出，该零件图的是齿轮轴类零件，部分加工表面的精度等级达到5级，粗糙度达到0.4μm，因此先大致拟定如下工艺路线：

①锻造毛坯，正火

②对整个毛坯件进行粗车

③对整个毛坯件进行半精车

④热处理

⑤精车

⑥滚齿

⑦钻孔，攻丝

⑧调质处理

⑨对

50mm处进行磨削

1.1.2确定零件的生产类型

根据下式计算

--------（1-1）

式中N----零件的生产纲领

Q----产品的年产量

m----每台（辆）产品中该零件的数量

a%----备品率，一般取2%-4%

b%----废品率，一般取0.3%-0.7%

根据上式就可以计算求得该零件的年生产纲领，在通过查表，就能确定该零件的生产类型。

本设计中，Q=5000，m=1件/台，备品率和废品率为3%和0.5%，将数据代入上式得N=5176件/年，查表可知该零件为轻型零件，本设计中齿轮轴零件的生产类型为大批量生产。

1.2毛坯的选择，绘制毛坯图

1.2.1选用锻件为毛坯，采用模锻成型的方法制造毛坯。

1.2.2确定毛坯尺寸及机械加工余量

本锻件采用普通级，根据零件图的基本尺寸查表可初步得粗车，半精车，粗磨和精磨外圆的单边加工余量分别为6mm，1.1mm，0.4mm和0.1mm。

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70%，故可取粗车余量为4.8mm，总的的余量为6.4mm。

再根据手册即可得锻件机械加工余量和公差为：

单边加工余量半径ar=6±2,长度方向aL=5±2。

于是，可初步得锻件图的尺寸，如图1-1所示（图中粗实线表示锻件的外形，双点划线表示零件轮廓）。

1.3毛坯图的确定

1.3.1计算毛坯加工余量和尺寸公差

根据图1-1和计算式

---------------（1-2）

设锻件最大直径为

100mm，长为230mm，则

图1-1齿轮轴零件的锻件图

根据上述计算数据，查表可确定零件的形状复杂系数为s，属于简单级别。

而40Cr的含碳量为0.4%小于0.65%，故该零件的材料系数属于m1级。

锻件的分模线形状。

根据该零件的行为特点，本设计选择零件的水平面为分模面，属于直分模线。

零件表面粗糙度。

该零件仅有

50j5的外圆表面粗糙度为0.4μm，其余均大于等于1.6。

根据上述诸因素，可查表确定该锻件的尺寸公差和机械加工余量，所得结果列于下表1-1。

表1-1齿轮轴锻件毛坯尺寸公差级机械加工余量

锻件重量/kg

包容体重量/kg

形状复杂系数

材质系数

公差等级

5.61

14.17

S1

M1

普通级

项目

单边加工余量/mm

锻件尺寸/mm

尺寸公差/mm

备注

Ø32h6

2.5

Ø37

根据《机械制造工艺设计简明手册》表2.2-25、表2.2-13确定

Ø50j5

3

Ø56

Ø55

2

Ø59

Ø84h8

3

Ø90

Ø55

2

Ø59

Ø50j3

3

Ø56

80

2.5

81

±1.25

11

2.5

11

±1.0

43

2

43

±1.1

20

2

24

±1.0

45

2

45

±1.1

210

2.5

215

±1.65

本零件毛坯同轴度偏差允许值为1.2mm,残留飞边为1.2mm。

确定圆角半径。

外圆角半径r=0.05H+0.5（H为各段高度），内圆角半径R=2.5r+0.5.为简化起见，本锻件的内外圆角半径分别取相同的数值。

综合考虑取H=50mm，r=0.05×50+0.5=3mm，R=3.5×3+0.5=8mm。

1.3.2设计毛坯图

图1-2齿轮轴零件毛坯图

由表1-1所得结果，绘制如图1-2所示毛坯图（图中粗实线表示锻件的外形，双点划线表示零件轮廓）。

1.4选择加工方法，制定工艺过程

1.4.1基准选择

齿轮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事两端面，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；调头加工另一端面，打中心孔，保证长度。

由此可知，粗基准即两端面的外圆柱面。

1.4.2齿轮轴各加工表面的加工方案

齿轮轴各加工表面加工方案如下表1-2所示

表1-2齿轮轴各加工表面加工方案

需加工的表面

尺寸精度等级

表面粗糙度Ra（μm）

加工方案

Ø32h6

IT7

3.2

粗车-半精车-精车

Ø50j5

IT5

0.4

粗车-半精车-粗磨-精磨

Ø55外圆面

IT14

12.5

粗车

齿圈外圆面

IT11

6.3

粗车-半精车

齿面

IT7

1.6

粗精滚齿-磨齿

M3孔

IT14

12.5

钻孔-攻螺丝

端面

IT14

3.2、12.5

粗车-半精车、粗车

切槽

IT8

3.2

粗车

1.4.3制定齿轮轴加工工艺过程卡

各主要加工面示意图如图1-3所示

图1-3主要加工面代号示意图

齿轮轴零件加工工艺过程卡如下表1-3所示。

表1-3齿轮轴零件加工艺过程卡

工序

工序名称

工序内容

设备

工装

1

模锻

锻造轴毛坯

毛坯检验

2

热处理

正火，硬度达171~200HB

3

车

1、粗车A、J两端面并打中心孔，孔深不超过5mm

2、粗车，半精车各面至要求的尺寸，E、C两面粗车至尺寸即可，F面半精车至图示尺寸，其余轴面车至长度尺寸，留精车余量或粗磨余量0.2~1.0mm

3、倒45°斜角，按图示尺寸

4、切槽

5、检验

C6143车床

游标卡尺、硬质合金右偏车刀、硬质合金切槽刀、综合量规、车床夹具

4

热处理

1、渗碳s1.5，校直跳动量

2、检验

渗碳仪、轴类自动校直机

5

车

软爪中心架装夹工作

1、均匀车去两端面，取总长210mm

2、两顿打中心孔

3、精车B面至Ø32mm

4、倒角，按图示尺寸

C6140车床

游标卡尺、硬质合金右偏车刀、综合量规、车床夹具

工序

工序名称

工序内容

设备

工装

6

滚齿

1、在滚齿机Y3150上粗精滚齿至图示尺寸

2、检验

Y3150滚齿机

型AA级滚刀、公法线百分尺

7

钻孔

1、在J面上按图示位置钻孔深16mm

2、在C的左端面上按图示位置钻孔深16mm

ZB6223多轴卧式钻床

深度游标卡尺、高速钢锥柄阶梯麻花钻

8

攻螺丝

在卧式钻床上攻螺纹M3

ZB6223多轴卧式钻床

机动丝锥高速钢W18Cr4V

9

去毛刺

去毛刺

钳工台

平锉

10

热处理

1、调质处理，硬度达220~250HB

2、检验

淬火机

11

磨削外圆面

1、粗、精磨C、I面（即Ø55j5的外圆面）至设计尺寸

2、检验

外圆磨床M1420

平形砂轮、游标卡尺

12

磨削齿面

磨齿面，Ra1.6

磨齿机YA7063

双斜边一号砂轮、齿轮检测仪、卡尺等

13

综合检验

千分表、量规、游标卡尺

14

探伤

探伤仪

15

入库

根据上述要求和方法，结合该齿轮轴零件的实际加工情况，现确定各轴段的外圆工序尺寸和公差。

如下列各表所示。

（1）Ø32h6mm外圆面加工方案为粗车——半精车——精车。

查表可知粗车余量为2.5mm，半精车余量为1.5mm，精车余量为1mm，加工总余量为5mm。

精车后工序基本尺寸为32mm；其他各工序的基本尺寸为：

半精车32mm+1mm=33mm，粗车33mm+1.5mm=34.5mm，毛坯34.5mm+2.5mm=37mm。

又查表可知，精车后为IT6，Ra3.2μm，半精车后为IT11，Ra6.3μm，粗车后为IT13，Ra12.5μm。

锻造毛坯的公差为2.2mm。

上述查询和计算结果列于下表1-4。

表1-4Ø32h6外圆面工序尺寸、公差的确定

工序名称

工序间余量（mm）

工序

工序基本尺寸（mm）

标注工序尺寸基本公差（mm）

经济精度（mm）

表面粗糙度（μm）

精车

1.0

IT6

3.2

32

Ø330-0.016

半精车

1.5

IT11

6.3

33

Ø330-0.16

粗车

2.5

IT13

12.5

34.5

Ø34.50-0.039

毛坯

±1.1

37

Ø37±1.1

（2）Ø50j5mm外圆面加工方案为粗车——半精车——粗磨——精磨。

查表可知粗车余量为3.5mm，半精车余量为2mm，粗磨余量0.4mm，精磨余量0.1mm，总的加工余量6mm。

各工序的基本尺寸为：

精磨后50mm，粗磨后50.1mm，半精车后50.5mm，精车后52.5mm，毛坯56mm。

查表可知，精磨后为IT5，Ra0.4μm，粗磨后为IT8，Ra3.2μm，半精车后为IT11，Ra6.3μm，粗车后为IT13，Ra12.5μm。

锻造毛坯公差2.2。

上述查询和计算结果列于下表1-5。

表1-5Ø50j5mm外圆面工序尺寸、公差的确定

工序名称

工序间余量（mm）

工序

工序基本尺寸（mm）

标注工序尺寸基本公差（mm）

经济精度（mm）

表面粗糙度（μm）

精磨

0.1

IT5

0.4

50

Ø500-0.007

粗磨

0.4

IT6

3.2

50.1

Ø50.10-0.019

半精车

2

IT11

6.3

50.5

Ø50.50-0.19

粗车

3.5

IT13

12.5

52.5

Ø52.50-0.46

毛坯

±1.1

56

Ø56±1.1

（3）Ø84mm外圆面加工方案为粗车——半精车。

查表可知粗车余量为4mm，半精车余量为2mm，总的加工余量为6mm。

各工序的基本尺寸为：

半精车84mm，粗车后86mm，毛坯90mm。

查表可知，半精车后为IT11，Ra6.3μm，粗车后为IT13，Ra12.5μm。

锻造毛坯公差2.5。

上述查询和计算结果列于下表1-6。

表1-6Ø84h8mm的齿圈外圆面工序尺寸、公差的确定

工序名称

工序间余量（mm）

工序

工序基本尺寸（mm）

标注工序尺寸基本公差（mm）

经济精度（mm）

表面粗糙度（μm）

半精车

2

IT8

6.3

84

Ø840-0.22

粗车

4

IT13

12.5

86

Ø860-0.54

毛坯

±1.25

90

Ø90±1.25

（4）Ø55mm外圆面加工方案为粗车。

查表可知粗车余量为4mm，总的加工余量为4mm。

各工序的基本尺寸为：

粗车后55mm，毛坯59mm。

查表可知，粗车后为IT13，Ra12.5μm。

锻造毛坯公差2.2。

上述查询和计算结果列于下表1-7。

表1-7Ø55mm外圆面工序尺寸、公差的确定

工序名称

工序间余量（mm）

工序

工序基本尺寸（mm）

标注工序尺寸基本公差（mm）

经济精度（mm）

表面粗糙度（μm）

粗车

4

IT13

12.5

55

Ø550-0.46

毛坯

±1.1

59

Ø59±1.1

（5）齿轮的加工方案为粗精滚齿——磨齿，其表面粗糙度为Ra3.2，现在专用滚齿机上进行粗精滚齿，再一般磨削即可。

2.齿轮轴零件的磨外圆夹具设计

2.1定位选择与定位误差的分析

2.1.1由于该加工表面的零件为轴类零件，所以选择鸡心夹对零件夹紧定位。

其中，选择两Ø55的轴段的中心线为基准，这样也使得其基准不重合误差为零。

具体的定位方式及装夹方式见设计图纸。

2.1.2定位误差的分析

又定位方式可知，其基准不重合误差为零，而轴上四孔的设计基准是轴的中心线，故该定位方式不存在基准位移误差。

因此该定位方式的定位误差为零，满足定位要求。

2.2夹具设计

图2-1齿轮轴磨外圆夹具左剖视图

图中各部件名称：

14.加工零件2.鸡心夹具体3.螺钉4.垫片5.套筒

图2-2齿轮轴磨外圆夹具主视图

磨外圆时，先将零件的Ø50轴段放在套筒上，然后用紧定螺钉拧紧，并将其装夹在机床的卡盘上锁紧。

用顶针顶住零件的另一端。

夹具的具体设计图纸见装配图和零件图。

2.3夹具的精度校核与质量评估

夹具的主要功能是保证零件的位置精度，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正确户不一致行用ΔDW表示。

（2）夹具制造与安装误差包括夹具制造误差、夹紧误差、导向误差。

该项误差用ΔZZ表示。

（3）加工过程误差在加工过程中由于工艺系统的几何误差，受力变形、热变形、磨损以及各种随机因素所造成的加工误差，用ΔGC表示。

为了保证零件的加工精度，应使:

—————（2-1）

式中，T为零件有关的位置公差。

通常要求留给ΔGC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2/3的范围内。

当零件生产批量较大时，为了保证夹具的使用寿命，在制定夹具公差是，还应考虑留有一定夹具磨损公差。

总结

本次课程设计中，首先是对给定的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的考虑到企业的实际生产条件的限制。

工艺路线还是比较传统的那种，并没有引入像数控加工这样的先进的生产方法。

而这种先进的加工方法已经是目前机械加工的普遍趋势。

此次设计中，我用到了，AutoCAD2007和SolidWorks2014等计算机辅助设计软件。

通过SolidWorks的强大的建模能力，是我能较快速的建好夹具体模型，然后导出工程图，并在AutoCAD上进行修改。

本次设计对我来说，收获颇多，学会了很多机械夹具设计的知识，了解了很过国家标准，掌握了一套较为快捷的家具设计方案。

当然收获之余也有些许不足之处，知识量太少，设计缺陷考虑不周等等，当然这些也会是我继续学习的动力，会让我在今后的实践中考虑更加周全，创造更大的价值。

参考文献

［1］何瑛欧阳八生等.机械制造工艺学.长沙：

中南大学出版社，2015

［2］于涛杨俊茹王素玉.机械制造技术基础.北京：

清华大学出版社，2012

［3］李益民.机械制造工艺设计简明手册.北京：

机械工艺出版社，2003

［4］李必文.机械精度设计与检测.长沙：

中南大学出版社，2012

［5］陈兴和周益民.机械制造工艺与专用夹具设计.镇江：

江苏大学出版社，2014

机械工艺课程设计

之

齿轮轴工艺规程及Ø50轴段磨外圆夹具设计说明书

姓名：

____________________

班级：

____________________

学号：

____________________

指导老师：

____________________

1.齿轮轴零件的机械制造工艺规程...........................1

1.1零件工艺分析和确定生产类型............................1

1.1.1拟定工艺路线.....................................1

1.1.2确定零件的生产类型...............................1

1.2毛坯的选择，绘制毛坯图..................................2

1.3毛坯图的确定...........................................2

1.3.1计算毛坯加工余量和尺寸公差........................2

1.3.2设计毛坯图........................................5

1.4选择加工方法，制定工艺过程.............................5

1.4.1基准选择.........................................5

1.4.2齿轮轴各加工表面的加工方案.......................6

1.4.3制定齿轮轴加工工艺过程卡.........................6

2.齿轮轴零件的钻孔夹具设计................................7

2.1定位选择与定位误差的分析.............................12

2.2夹具设计.............................................12

2.3夹具的精度校核与质量评估.............................13

总结.....................................................15

参考文献.................................................16

附设计图纸及工艺卡片