双联齿轮课程设计说明书

课程设计说明书

设计题目  设计“双联齿轮”零件的机械加工

           工艺规程及工艺装备（生产纲领5000件）

          设计者：陈文涛

        指导老师：梁伟

        设计日期：2013.12.31

        评定成绩：

  桂林航天工业学院 机械工程系

目          录

一、前言……………………………………………………………………

二、设计要求及参考………………………………………………………

三、零件的分析……………………………………………………………

四、工艺规程的设计………………………………………………………

（一）确定毛坯的制作形式………………………………………………

（二）基准的选择…………………………………………………………

（三）工艺路线的拟定及工艺方案的分析………………………………

（四）机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定……………………

（五）各工序的定位夹紧方案及切削用量的选择………………………

（六）各工序的基本工时…………………………………………………

五、主要参考文献…………………………………………………………

六、致谢…………………………………………………………

桂林航天工学院

机械制在工艺学课程设计任务书

题目

设计内容：

1、1、产品零件图  1张

2、产品毛胚图  1张

3、机械加工工艺过程卡片  1份

4、机械加工工序卡  1套

5、课程设计说明书  1份

6、夹具设计装配图  1张

7、夹具设计零件图  1~2张

专    业：数控技术

班级学号：2012034z0216

学     生：陈文涛

指导老师：梁伟

2013年12月30日

一、前言

课程设计是高等工业学校教学中的一个主要组成部分,

是专业学习过程是一个主要的实践性的教学环节,是培养学生思考和科学工作方法重要的实践性的过程。设计的目的和要求在于培养学生综合运用所学知识和技能去分析和解决机械工程实际问题的能力熟练生产技术的工作的一般方法,培养学生树立工程技术必备的全局观点,生产观点和经济观点。树立正确的设计思想和严肃认真的工作态度,培养学生调查研究,查阅技术文献资料,手册进行工程运筹,图样的绘制及编写技术文件的工作能力.毕业设计,通过到工厂的实际调研,对设计内容有了基本的了解,并仔细观察和了解各加工工序的加工过程,查阅了大量的资料,在梁伟老师的指导下完成了设计任务,并编写了设计说明书。就我个人而言，我希望通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后的技术工作打下一个良好的基础。由于能力和经验的有限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指教。

二．编制零件的工艺规程及设计夹具：

双联齿轮如下图所示，成批生产（每批100件），材料为40Cr钢。编制此双联齿轮的工艺规程并为加工花键设计夹具。                         

要求：零件毛坯图

      夹具装配图（A0或A1）

      设计说明书（附有工艺卡和工序卡）

三、零件分析

（一）零件的作用

     双联齿轮是一些机械设备变速箱中，通过操作机构相结合，滑动齿轮，从而实现变速。Φ32花键孔有较高精度。

（二）零件的工艺分析

  该零件属于齿轮类零件，形状规则，尺寸精度和形位精度要求均较高，零件的主要技术分析如下：

（1）齿轮端面对准A的圆跳动公差不超过0.05mm，主要是保证端面平整光滑，双联是利用花键轴和花键孔进行配合定位，因此必须保证花键孔的尺寸精度。

   双联齿轮之间啮合要求严格，要保证双联齿轮的齿形准确及同轴度较高。

（2）由于零件是双联齿轮，轴向距离较小，根据生产纲领是选择合理的加工工艺

（3）齿轮要求加工精度高，要严格控制好定位

（4）Φ32的花键孔是一比较重要的孔，也是以后机械加工各工序中的主要定位基准。因此加工花键孔的工序是比较重要的。要在夹具设计中考虑保证到此孔精度及粗糙度要求

四、工艺规程的设计

（一）确定毛坯的制造形式

  由于零件结构简单，尺寸较小，且有台阶轴，力学性能要求较高，精度较高且要进行大量生产所以选用模锻件，其加工余量小，表面质量好，机械强度高，生存率高。工件材料选用45Cr，毛坯的尺寸精度要求为IT11—12级

（二）基准的选择

  根据零件图纸及零件的使用情况分析。知Φ32花键孔，端面圆跳动，平行度等均应通过正确的定位才能保证，故对基准的选择应欲与分析

(1)粗基准的选择

  按照粗基准的选择原则，为保证不加工表面和加工表面的位置要求，应选择不加工表面为粗基准，故应分别选择AB端面为粗基准，在加工Φ32花键孔应选择花键孔以及B面为第二位毛基准。

（2）精基准的选择

   在加工完Φ32花键孔以后各工序则分别一两孔为定位精基准。这样就满足了基准重合的原则和互为基准的原则。在加工某些表面时，可能会出现基准不重合，这时需要进行尺寸链的换算。

（三）工艺路线的拟定

（1） 工艺路线的拟定

  为保证达到零件的几何形状、尺寸精度、位置精度及各项技术要求，必须制定合理的工艺路线。

  由于生产纲领为批量生产，所以采用通用机床配以专用的工、夹、量具，并考虑工序集中，以提高生产率和减少机床数量，使生产成本下降。 

工艺路线一：                    工艺路线二

锻造、正火                 锻造、正火

1粗车外圆及端面           1粗车外圆及端面

2拉平键孔                 2拉平键孔     

3去毛刺                   3去毛刺    

4精车外圆、端面           4精车外圆及端面

5检验                     5检验

6滚齿                     6滚齿

7插齿                     7倒角

8倒角                     8去毛刺

9去毛刺                   9剃齿     

10剃齿                    10齿部高频淬火

11齿部高频淬火            11推孔

12推孔                    12衍齿

13衍齿                    13总检

14总检  

   两个工艺方案中除第七道工序不同外，其他的工序都相同，二这道工序都是为了获得Z=19的切削加工。方案一是对Z=33的齿形进行滚齿加工后再对Z=19的齿轮进行插齿加工，这样能保证切削加工顺利地进行下去。方案二是对Z=33的齿坯进行滚齿加工后继续对Z=19的齿轮进行滚齿加工，由于该零件是双联齿轮，两齿轮间隔很小，若再对Z=19的齿坯进行滚齿加工需得有专门的设备，增加了成本和加工难度

另外，选择方案时还应考虑工厂的具体条件等因素，如设备，能否借用工、夹、量具等、本次设计选择工艺路线方案一。根据工序方案一制定出详细的工序划分如下所示:

  毛坯为锻件，清理后进行正火处理，以消除内应力机械切削加工性能，在毛坯车间，对其认真检验分析，达到毛坯的技术要求，然后送到机械加工车间来加工

1毛坯锻造

2正火

3粗车外圆及端面，留余量1.5~2mm，钻、镗花键底孔至尺寸Φ28H12

4拉花键孔

5钳工去毛刺

6上心轴，精车外圆，端面及槽至要求

7检验

8滚齿（Z=33）留余量0.07~0.1mm

9插齿（Z=19）留余量0.04~0.06

10倒角

11钳工去毛刺

12剃齿（Z=33）公法线长度至尺寸上限

13剃齿（Z=19）采用螺旋角度为5度的剃齿刀，剃齿后公法线长度至尺寸上限

14齿部高频淬火

15推孔

16衍齿

17总检入库

   根据此工序安排，编出机械加工工艺过程卡及工序卡。见附表1：机械工艺加工过程卡,附表2—15机械加工工艺卡                                                          

      机械加工工艺过程卡

工序名称

工序简图

工序简图    

工序简图

工序简图

工序简图

工序简图

工序简图

工序简图

      工序简图

工序简图

磨孔时一般以齿轮分度圆定心，如图9－20所示，这样可使磨孔后的齿圈径向跳动较小，对以后磨齿或珩齿有利。为提高生产率，有的工厂以金刚镗代替磨孔也取得了较好的效果

（四）机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定

1、毛坯尺寸的确定，画毛坯图

  双联齿轮室一些设备变速箱中，通过与操纵机构相结合，滑动齿轮，从而实现变速。要求配合精度较高，力学性能较好，且生产纲领是成批生产，所以毛坯选用模锻件，再给以正火处理，以消除锻件在锻造过程中的内应力。

   由文献1，该种锻件的工差等级为CT7~9级，故取CT为9级。

   由文献1可用查表法确定各表面的总余量，但由于用查表法所确定的总余量与生产实际情况有些差距，故还应根据工厂具体情况进行适当的调整。

  由文献1可查出锻件主要尺寸的公差，先将调整后的主要毛坯尺寸及公差，如下表所示

三、选择工序加工余量

1.粗车外圆及端面，钻镗花键底孔至尺寸φ28

（1）已知φ87.5外圆长度方向上的加工余量为3mm,实际加工余量为1.5mm,故分一次加工，长度加工公差为IT11级取-0.19mm

（2）进给量《切削简明手册》当刀杆尺寸为16mm×25mm,ａｅ≤３mm时，

以及工件直径为Φ87.5时，ƒ=0.6-0.8mm/ｒ

按C３１６３－１ 车床说明书 取ƒ=0.6   mm/n。

由于存在间歇加工所以进给量乘以k=0.75—0.85  

所以：实际进给量f=0.6×0.8=0.48 mm/ｒ

按C３１６３－１ 车床说明书 ƒ＝0.53ｍｍ／ｒ

（3）计算切削速度。按《切削简明手册》表1.27 ，

切削速度的计算公式为（寿命选T=60min）

刀具材料YG6           

V=Cv/(Tm·ap xv·f yv) ·kv

其中：Cv=158   xv=0.15  yv=0.4  M=0.2

修正系数Ko见《切削手册》表1.28

kmv=1.15    kkv=0.8    kkrv=0.8   ksv=1.04   kBV=0.81

∴Vc =158/( 600.2·20.15·0.53 0.4) ·1.15·0.8·0.8·0.81·0.97

         =46.9(m/min)

（4）确定机床主轴转速   ns=1000vc/dw

=229.8（r/min）

按C３１６３－１ 车床说明书 ｎ＝200 r／min

所以实际切削速度V=40.8m/min 

ａ、按机床进给强度决定进给量：根据表2.9 ,

当σb＝210MPa    

ｄ0＝20.5mm  可确定f=0.75。

     按C3163-1 车床说明书   取 f=0.62mm/n.

所以实际切削速度V=40.8m/min 

ｂ、 决定钻头磨钝标准及寿命当do=28mm、

钻头最大磨损量取0.8 寿命T=45min.

ｃ、切削速度 由《切削用量简明手册》得 Ｖ=21m/min

n=1000V/D=334.4  由机床技术资料得和334.4接近的有280n/m和400n/min  取280n/min

取n=280m/min. 实际Ｖ=17 m/min 

ｄ、 基本工时，Tm=L/nf=(42+6)/280x0.62

=0.28(min) 

入切量及超切量由表 查出Ψ+△=6mm   

所以Tm=L/nf=(42+6)/280x0.62

=0.32 (min)

2、扩孔

刀具直径do=27mm；刀具几何参数同上。

   由于两孔直径相差不大，为了节省停车和调换走刀量等辅助时间，n和f都不变，所以Tm同上 Tm=0.32 

倒角刀具15°锪钻由于两孔直径相差不大，以表面粗度要求不高手动进给。

3、倒角 

刀具：专用刀具。此工步使用到专用刀具与手动进给。

检验机床功率  按《切削用量简明手册》表 

可以查出 当σｂ＝160～245HBS

ａｐ≤2.8ｍｍ ｆ≤0.6ｍｍ／ｒ 

Ｖｃ≤41ｍ／min  Ｐｃ＝3.4kw

按C３１６３－１ 车床说明书 主电机功率Ｐ＝11ｋｗ

可见Ｐｃ比Ｐ小得多所以机床功率足够所用切削用量符合要求

钻削功率检验按《切削用量简明手册》表 2.21

当ｄｏ＝27ｍｍ ｆ＝0. ｍｍ

查得转矩Ｍ＝61.8 N.M

《切削用量简明手册》表由表2.32 得功率公式

ＰC＝McVc/30do=61.8x17/30x27=1.67km

按C３１６３－１ 车床说明书 主电机功率Ｐ＝11ｋｗ

可见ＰC比Ｐ小得多，所以机床功率足够，所用切削用量符合要

4 拉花键孔

单面齿升：根据有关手册，确定拉花键孔时花键拉刀的单面齿

为0.06mm,

拉削速度          v=0.06m/s(3.6m/min)

切削工时          t=Zblηk/1000vfzZ

式中：     Zb     单面余量2.5mm(由Φ27mm拉削到Φ32mm)； 

                L      拉削表面长度，41mm；

               η      考虑校准部分的长度系数，取1.2；

                k      考虑机床返回行程系数，取1.4 ；

                v      拉削速度（m/min）；

                fz      拉刀单面齿升；

                Z      拉刀同时工作齿数，Z=l/p；

                P      拉刀齿距。

   P=(1.25-1.5)sqrt42=1.35sqrt42=9mm

∴拉刀同时工作齿数z=l/p=42/9≈5

∴其本工时 Tm=2.5×42×1.2×1.4/1000×3.6×0.06×5=0.20(min)

5.齿轮加工

（1）滚齿加工33齿

由文献2表10-174

V=312/T0.33S0.5

N=0.124s0.9m1.7/D

又由文献2表10-175,10-177

S=2.5，T=240min，m=4

代入上式得

V=32.4m/min，N=0.27kw

（2）插齿加工19齿

由文献2表10-174

V=49/T0.2s0.5m0.3

N=179×10-4sm2/20.11

又由文献2表10-1,10-192

S=0.32，T=300min，

代入上式得

V=18.3m/min，N=0.062kw

由（1）、（2）计算它们均小于机床所能提供的功率，

故符合要求。

6．齿部高频淬火

7．珩齿

精磨工件，砂轮宽度b=2mm

纵向进给量： 

工作台单行程的横向进给量

8时间定额计算

  根据设计要求，只计算指导教师指定的一道工序工时。

下面计算20道工序Φ28mm孔的时间定额。

  （1）机动时间

      由文献1表2.5-7得钻孔的计算公式为：

           T=l+l1+l2/fn

      式中l1=D/2cotky+（1-2）  l2=1-4，

钻盲孔时，l2=0，l=46，L2=0，f=0.3，n=1000

            L1=8.7/2cot（1180/2）+1.5=6.7

       所以 t=46+6.7+0/0.3×1000=0.1773min

            Tb=2t=2×0.1773=0.355min

（2）辅助时间

     由文献1表2.5-41确定

     开停车   0.015min

     升降钻杆 0.015min

         主轴运转  0.02min

         清楚铁屑 0.04min

         卡尺测量 0.10min

       装卸工件时间由文献1表2.5-42取1min

       所以辅助时间 Ta=（0.015+0.015+0.02+0.04+0.1+1）min

=1.19min

     （3）作业时间

              TB=Tb+Ta=（0.355+1.19）min

=1.545min

     （4）常量工作场地时间Ts

          由文献5，取β=3%，则

              TS=TBβ=1.545×3%

=0.04635min

      （5）休息与生理需要时间Tr

              Tr=TBβ=1.545×3%=0.04635min

      （6）准备与终结时间Te

           由文献1表2.5-44.，取部分时间为

              简单件   26min

              深度定位  0.3min

              使用钻模  6min

            由设计给定5000件，则

            Te/n=（26+0.3+6）/5000=0.001615min

       （7）单件时间

         Tp=Tb+Ta+Ts+Tr=

（0.355+1.19+0.04635+0.04635+0.001615）min

=1.625min

       （8）单件计算时间

           Tc=Tp+Te/n=（1.625+0.001615）min

=1.63min

五、主要参考文献

1  李洪主编.机械加工工艺手册.北京出版社.1990

2  艾兴，肖诗纲主编.切削用量简明手册.北京.机械工业出版社

3  东北重型机械学院，洛阳工学院，第一汽车制造厂职工大学编.机床夹具设计手册.上海.上海科学技术出版社.1994

4  赵如福主编.金属机械加工工艺人员手册.上海.上海科学技术出版社.1990

5  郑修本，冯冠大主编.机械制造工艺学.北京.机械工业出版社.1992

     6．《机械设计基础》

     7．《公差测量技术与配合》

     8．《金属切削用量与刀具》

     9．《机械加工设备》

    10．《机床工艺学》

    11．《机械制造基础》

致谢

经何梁伟老师的悉心指教。课程设计终于结束了，在此要感谢老师的辛勤指导。

通过这次课程设计。使我们对自己的专业有了更进一步的认,清楚了自己在今后学习、工作中的努力方向,熟悉了所学的基础技术知识,加深了解了自己在专业工作中一般工作方法,了解解决问题的一般常规程序,基本上具备了一定的分析和解决问题的能力,锻炼了设计计算,绘图的能力,以及建立了自己思考。查阅大量资料的习惯及方法。