2003屆畢業(yè)設(shè)計論文第摘要本文主要對雙聯(lián)齒輪的機械加工工藝過程，以及對其小齒輪的加工的夾具設(shè)計，進行了研究、設(shè)計，制定的一套合理的工藝方案，并設(shè)計出可行的夾具。其主要內(nèi)容有：雙聯(lián)齒輪零件的工藝分析、工藝要求，確定毛坯的制造形式，確定各表面加工方案，零件表面的加工的方法的選擇，工藝路線的擬定，工序的合理安排，確定定位基準、粗基準的選擇、精基準的選擇，加工階段的劃分，確定零件上齒輪的偏差，以及各道工序提高零件加工精度的措施，查表確定機械加工的余量及零件毛坯的形狀、尺寸，設(shè)計毛坯圖，設(shè)計工藝路線，選擇加工設(shè)備，設(shè)計工序順序，確定工序尺寸，設(shè)計可行的小齒輪插齒夾具。關(guān)鍵詞：雙聯(lián)齒輪；工藝分析；夾具1引言隨著制造水平的提高，數(shù)控機床在現(xiàn)代制造業(yè)中起著越來越重要的作用，為保證零件加工量，除了數(shù)控機床自身的精度外，還與數(shù)控加工中的工藝有著密切關(guān)聯(lián)。數(shù)控加工中經(jīng)常遇到雙聯(lián)齒輪的加工，雙聯(lián)齒輪是現(xiàn)代用途很廣，是很多機器當(dāng)中不可缺少的部分，因此雙聯(lián)齒輪的精度直接影響到機器的運作好壞。根據(jù)力學(xué)性能等技術(shù)要求，選擇使用零件材料為45鋼，即選用模鍛。先鍛件成型毛坯，再進行表面熱處理(正火、淬火、回火等)，用來消除鍛件在鍛造過程中的內(nèi)應(yīng)力。機械加工方案選定后，通過查閱相關(guān)夾具設(shè)計的書籍和相關(guān)的圖例，最終完成小齒輪插齒的夾具設(shè)計。本文試圖找出一種簡單、實用的加工方法，以提高勞動生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本，加快產(chǎn)品上市。2零件分析2.1零件的作用雙聯(lián)齒輪就是兩個齒輪連接成一體，這種雙聯(lián)齒輪在輪系中(變速箱)被稱為滑移齒輪。通過操作機構(gòu)相結(jié)合，滑動齒輪，從而實現(xiàn)變速?？紤]到雙聯(lián)齒輪零件本身的作用，其在運行過程中會經(jīng)常的、反向轉(zhuǎn)動，并經(jīng)?！半x”、“合”，故零件在工作過程中經(jīng)常承受交變及沖擊性載荷，齒輪面也應(yīng)該有較強的硬度。要求配合精度較高，力學(xué)性能較好，且生產(chǎn)綱領(lǐng)是大批量生產(chǎn)，所以毛坯選用模鍛件，再給以正火處理，以消除鍛件在鍛造過程中的內(nèi)應(yīng)力。雙聯(lián)齒輪是一些機械設(shè)備變速箱中，通過操作機構(gòu)相結(jié)合，滑動齒輪，從而實現(xiàn)變速。Φ32花鍵孔有較高精度。2.2零件的工藝分析該零件時齒輪類零件，形狀規(guī)則，尺寸精度和形位精度要求均較高，零件的主要技術(shù)分析如下：（1）齒輪端面對準A的圓跳動公差不超過0.05mm，主要是保證端面平整光滑，雙聯(lián)是利用花鍵軸和花鍵孔進行配合定位，因此必須保證花鍵孔的尺寸精度。雙聯(lián)齒輪之間嚙合要求嚴格，要保證雙聯(lián)齒輪的齒形準確及同軸度較高。（2）由于零件是雙聯(lián)齒輪，軸向距離較小，根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)是選擇合理的加工工藝（3）齒輪要求加工精度高，要嚴格控制好定位（4）Φ32的花鍵孔是比較重要的孔，也是以后機械加工各工序中的主要定位基準。因此加工花鍵孔的工序是比較重要的。要在夾具設(shè)計中考慮保證到此孔精度及粗糙度要求。3工藝規(guī)程的設(shè)計3.1確定毛坯的制造形式由于零件結(jié)構(gòu)簡單，尺寸較小，且有臺階軸，力學(xué)性能要求較高，精度較高且要進行大量生產(chǎn)所以選用模鍛件，其加工余量小，表面質(zhì)量好，機械強度高，生存率高。工件材料選用45鋼，毛坯的尺寸精度要求為IT11—12級。3.2基準的選擇根據(jù)零件圖紙及零件的使用情況分析。知Φ32花鍵孔，端面圓跳動，平行度等均應(yīng)通過正確的定位才能保證，故對基準的選擇應(yīng)欲與分析。一、粗基準的選擇按照粗基準的選擇原則，為保證不加工表面和加工表面的位置要求，應(yīng)選擇不加工表面為粗基準，故應(yīng)分別選擇AB端面為粗基準，在加工Φ32花鍵孔應(yīng)選擇花鍵孔以及B面為第二位毛基準。二、精基準的選擇在加工完Φ32花鍵孔以后各工序則分別一面兩孔為定位精基準。這樣就滿足了基準重合的原則和互為基準的原則。在加工某些表面時，可能會出現(xiàn)基準不重合，這時需要進行尺寸鏈的換算。3.3工藝路線的擬定一、工藝路線的擬定為保證達到零件的幾何形狀、尺寸精度、位置精度及各項技術(shù)要求，必須制定合理的工藝路線。由于生產(chǎn)綱領(lǐng)為批量生產(chǎn)，所以采用通用機床配以專用的工具、夾具、量具，并考慮工序集中，以提高生產(chǎn)率和減少機床數(shù)量，使生產(chǎn)成本下降。工藝路線一：工藝路線二鍛造、正火鍛造、正火1粗車外圓及端面1粗車外圓及端面2拉花鍵孔2拉花鍵孔3去毛刺3去毛刺4精車外圓、端面4精車外圓及端面5檢驗5檢驗6滾齒6滾齒7插齒7倒角8倒角8去毛刺9去毛刺9剃齒10剃齒10齒部高頻淬火11齒部高頻淬火11推孔12推孔12衍齒13衍齒13總檢14總檢兩個工藝方案中除第七道工序不同外，其他的工序都相同，二這道工序都是為了獲得Z=21的切削加工。方案一是對Z=33的齒形進行滾齒加工后再對Z=21的齒輪進行插齒加工，這樣能保證切削加工順利地進行下去。方案二是對Z=33的齒坯進行滾齒加工后繼續(xù)對Z=21的齒輪進行滾齒加工，由于該零件是雙聯(lián)齒輪，兩齒輪間隔很小，若再對Z=21的齒坯進行滾齒加工需得有專門的設(shè)備，增加了成本和加工難度。二、加工方案的選用選擇方案時還應(yīng)考慮工廠的具體條件等因素，如設(shè)備，能否借用工具、夾具、量具等、本次設(shè)計選擇工藝路線方案一。根據(jù)工序方案一制定出詳細的工序劃分如下所示:毛坯為鍛件，清理后進行正火處理，以消除內(nèi)應(yīng)力機械切削加工性能，在毛坯車間，對其認真檢驗分析，達到毛坯的技術(shù)要求，然后送到機械加工車間來加工。1毛坯鍛造2正火3粗車外圓及端面，留余量1.5~2mm，鉆、鏜花鍵底孔至尺寸Φ28H124拉花鍵孔5鉗工去毛刺6上心軸，精車外圓，端面及槽至要求7檢驗8滾齒（Z=33）留余量0.07~0.1mm9插齒（Z=21）留余量0.04~0.0610倒角11鉗工去毛刺12剃齒（Z=33）公法線長度至尺寸上限13剃齒（Z=21）采用螺旋角度為5度的剃齒刀，剃齒后公法線長度至尺寸上限14齒部高頻淬火15推孔16衍齒17總檢入庫根據(jù)此工序安排，編出機械加工工藝過程卡及工序卡。見附表機械工藝加工過程卡,附表機械加工工藝卡。3.4機械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的確定雙聯(lián)齒輪室一些設(shè)備變速箱中，通過與操縱機構(gòu)相結(jié)合，滑動齒輪，從而實現(xiàn)變速。要求配合精度較高，力學(xué)性能較好，且生產(chǎn)綱領(lǐng)是成批生產(chǎn)，所以毛坯選用模鍛件，再給以正火處理，以消除鍛件在鍛造過程中的內(nèi)應(yīng)力。一、工序尺寸及毛坯尺寸（1）外圓表面(Φ287及Φ201)小外圓端面長38mm，加工表面公差為自由公差，都只要粗車，故鍛造時取統(tǒng)一外徑，加工余量按Φ201外圓查表得:毛坯Φ211±4mm，2Z=10±4mm，大端外圓表面加工余量按Φ287外圓查得:毛坯Φ299±4mm，2Z=10±4mm（2）軸向長度方向加工余量及公差左右端面及中間臺階面的加工余量查表可得:Z=4.5故毛坯總長為52+2×(4.5±1.5)=61±3mm，大端面臺階長為18+2×(4.5±1.5)=27±3mm（3）內(nèi)孔表面加工余量。工件內(nèi)孔較大，精度較高，按Φ145查表可得:精鏜Φ145±，2Z=0.2mm得:Φ144.8，粗鏜Φ144.8，2Z=13±5，得Φ132±5（4）階梯圓角根據(jù)經(jīng)驗為R25（5）鉆孔Φ15的加工余量：因為Φ15的孔尺寸為自由公差，所以直接由Φ15鉆頭鉆孔即可得二、數(shù)控車床的選擇此畢業(yè)設(shè)計要求加工圖所示的零件，此零件必須使用數(shù)控機床進行加工，在加工過程種不需要更換機床和加工工作地點，該零件可以在車床上通過一次裝夾就能完成加工。本文選擇操做系統(tǒng)為SINUMERIK-802S型號為CK6140數(shù)控加工機床。機床的主要規(guī)格和參數(shù)見表:床身上最大回轉(zhuǎn)直徑mm360400進給X軸快速進給mm/min3000滑板上最大回轉(zhuǎn)直徑mm190210Z軸快速進給mm/min6000最大加工長度mm1000每轉(zhuǎn)切削進給量mm/r0.005-100換刀時間sec2床身寬度mm360行程X軸行程mm230精度mm0.001Z軸行程1080刀柄尺寸20*2025*25主軸轉(zhuǎn)速范圍r/min80-400-2000刀具數(shù)量6主軸端部尺寸C6主軸通孔直徑mm65重復(fù)定位精度mm0.01表面粗糙度Ra1.6尾座套筒直徑mm65尾座套筒行程mm100主電機功率KW45.5凈重1700KGX軸伺服電機N.m6機床外形尺寸2060*1200*1500Z軸伺服電機N.m6主軸內(nèi)孔錐度(公制)70圖3-1CK6140數(shù)控加工機床規(guī)格參數(shù)CA6140普通機床，三爪卡盤，鉆床，專用夾具，滾齒機，插齒機，專用夾具。由文獻1可查出鍛件主要尺寸的公差，先將調(diào)整后的主要毛坯尺寸及公差，如下表所示主要面尺寸零件尺寸總余量毛坯尺寸φ87.5外圓87.5491.5Φ57.5外圓57.5461.5Φ424254742長4254718厚1832120厚20323花鍵孔28327三、加工難點及處理方案分析圖紙可知，此零件對平面度的要求高，左端更有內(nèi)輪廓加工，為提高零件質(zhì)量，在對圖樣上給定的幾個精度要求較高的尺寸，編程時采用中間值。本設(shè)計圖紙中的各平面和外輪廓表面的粗糙度要求可采用粗加工精加工方案。在輪廓曲線上，有圓弧，因此在加工時應(yīng)進行刀具半徑補償，以保證輪廓曲線的準確性。3.5計算切削用量一、粗車Φ215的端面（1）確定端面最大加工余量:已知毛坯的高度是61，粗車余量總共為6mm，單邊為3，由于是粗車，可一次性加工到位，精度暫時不要求.（2）確定進給量f:根據(jù)〈實用金屬切削加工工藝手冊〉（第二版）（以下簡稱〈切削手冊〉）表3.29，當(dāng)?shù)稐U尺寸為16mm×25mm，a≤3mm以及工件直徑為287mm時f=0.7-10mm/r按CA6140車床說明書取f=0.81mm/r（3）計算切削速度：當(dāng)YT15硬質(zhì)合金車刀加工σ=0.60Gpa，鋼料a≤3mm，f≤0.81mm/r時，切削速度v=109m/min，切削速度的計算公式為（壽命選T=60min）.（4）確定機床主軸轉(zhuǎn)速：n===116r/min按機床說明書，與116r/min相近的機床轉(zhuǎn)速為100r/min及125r/min，現(xiàn)選取125r/min.所以實際切削速度v=117m/min.二、粗車Φ15的外圓面（1）進刀量計算得加工一次加到φ202，由Φ211到Φ202單邊加工余量Z=4.5，即a=4.5，Φ202到Φ201Z=0.5，即a=0.5（2）進給量由上步f=0.81mm/r（3）確定進給速度vc=125m/min（3）倒Φ145孔5×45°的倒角三、插齒（1）切削用量：本工序為插齒；利于插齒機，選用碗型插齒刀。由于工件地模塑不大，精度達到R=1.6um，可用一次進給的凸輪在一次進給中獲得所需的尺寸和精度。此時，進給量應(yīng)取較小值，即f=0.17mm往復(fù)f=0.024mm往復(fù)切削速度V=20m/min（2）插齒刀的行程長度LL=b+Δ式中b—被加工齒輪寬度Δ—插齒刀切入，切出長度之和超越行程（mm）一一般在插齒加工中，插齒刀切入長度l取5mm以上插齒刀切出長度l取3～4mm（3）插齒刀的行程次數(shù)nn=556（4）進給切削時間d=20t===0.0018min（5）由于是做往復(fù)運動，沒一個行程有一個停留時間，設(shè)為t=0.0036mint=（t+t）n=（0.0018+0.0036）×556=3.0024min4專用夾具的選擇4.1工件的裝夾方案圖4.1齒輪分度圓定心示意圖磨孔時一般以齒輪分度圓定心，如圖4.1所示，這樣可使磨孔后的齒圈徑向跳動較小，對以后磨齒或珩齒有利。為提高生產(chǎn)率，有的工廠以金剛鏜代替磨孔也取得了較好的效果。4.2定位基準的選擇由零件圖可知，設(shè)計基準為齒輪的中心線，采用V形塊定位，既能用于精基面定位，又能用于粗基面定位，既能用于完整的圓柱面，也能用于局部的圓柱面，而且具有對中性（使工件的定位基準總處在V形塊兩工作表面的對稱面內(nèi)），活動V形塊還可以兼作夾緊元件。為了保證加工精度，采用V形塊定位時，需要考慮定位誤差（基準不重合和基準位移），保證齒輪的裝配精度。結(jié)論本次畢業(yè)設(shè)計的主要內(nèi)容是完成變速箱雙聯(lián)齒輪的機械加工工藝過程。通過對雙聯(lián)齒輪零件的初步分析，了解其零件的主要特點，加工難易程度，主要加工面和加工粗、精基準，從而制定出雙聯(lián)齒輪加工工藝規(guī)程；對于專用夾具的設(shè)計，首先分析零件的加工工藝，選取定位基準，然后再根據(jù)切銷力的大小、批量生產(chǎn)情況來選取夾緊方式，從而設(shè)計專用夾具。本文詳細地分析了雙聯(lián)齒輪零件中工藝規(guī)程的制訂，雙聯(lián)齒輪零件中工藝直接關(guān)系到工件質(zhì)量、勞動生產(chǎn)率和經(jīng)濟效益。在此基礎(chǔ)上，提出了適合于雙聯(lián)齒輪車削加工中刀具的技術(shù)要求，探討了車削這種傳統(tǒng)的切削方法在加工領(lǐng)域開發(fā)、應(yīng)用的可行性。在車削雙聯(lián)齒輪的基礎(chǔ)上，開展了雙聯(lián)齒輪車削技術(shù)的研究。精密車削這種傳統(tǒng)的切削方法，在雙聯(lián)齒輪的加工中具有加工精度高、加工時間短及加工效率高等優(yōu)點。參考文獻[1]王保民,張國海,李鵬.少齒數(shù)漸開線圓柱齒輪傳動研究現(xiàn)狀綜述[J].陜西理工學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版).2014(01)[2]劉松,陳保國.提高齒輪的加工精度探析