齿轮工艺设计及工艺规程

由该零件的生产纲领题目中已明确告诉（60万件），且为小型零件。由课本表1—3得，该零件的生产类型为：大量生产

二、零件分析

1.零件的用途

该零件在CA6140机床变速箱中用于与主轴上的齿轮的啮合，以实现改变主轴的速。Φ68K7为要求较高的的配合面。

2.零件工艺分析

该零件为齿轮类零件，形位公差要求交高，其中的Φ68K7要求Ra0.8μm，明显高，须精磨。分析其它表面，得出各表面精度一般，加工并不困难。零件另一端的沟槽为未标注公差，按IT14执行公差，其表面粗糙度一般，故该槽也不难加工，零件上4×Φ5的小通孔为通油之用，其位置精度要求不必太高，因此4×Φ5也不难加工。

三、毛坏的选择

因为该零件为齿轮类零件，对起强度有一顶的要求，其材料为45号钢，有较好的塑性，加之其尺寸也不大，形状也不复杂，生产类型为大量生产，故毛坏可用模锻获得。

四、热处理方法

零件的热处理刚质齿轮毛坏经锻造很应安排正火，以消除锻造后留下的残余应力，并使不均匀的金相组织经重结晶而得到细化、均匀的组织，从而改善加工性能。

五、工艺过程设计

1.基准的选择

由图纸分析,该零件的中轴线为设计基准,该零件可通过Φ68K7来保证基准从合,但是由于该零件的毛坏为锻造件内、外圆的同轴度也不高，可以采用基准互换来逐步获得Φ68K7这个精基准，粗基准可以选用Φ90和Φ106.5两个外圆。

2.工艺路线的拟定

由该零件的为锻造件，其加工余量会较大，切削时会产生残余应力，并引起应力重新分布。因此，在安排加工工艺时必须将各表面的粗、精加工分开，以达到逐步修正前一工序因应力而产生的变形，并考虑工序分散。，

工艺路线方案一；    工艺路线方案二；    

模锻                                             模锻  

正火                                              正火

车端面、 外圆                                    车端面、外圆  

拉小内圆空                                          镗小端孔

                                                          磨小端孔

镗大内圆孔                                        镗大内圆孔

切内沟槽                                          切内沟槽

滚齿                                              滚齿

复合钻4×Φ5                                      孔复合钻4×Φ5孔

齿面表面淬火                                      齿面表面淬火

终检                                              终检

３.工艺方案的比较与分析

较两方案，只有对Φ68K7孔的加工方案有所不同，而该孔为最重要的加工表面——为滚齿时的精基准。首先肯定两种方案经过不同的粗、精加工都能达到要求，但是采用方案（一）的方式进行加工，不仅设备较大，占地宽，并且需要更复杂的夹具，精度的保证方面也不如而方案（二），对工人的技术要求更高，增大了加工成本。方案（二）虽然多了一道工序，但是对于大量生产来说也不组道，综上得：采用方案（二）。

4.工序

（1）下料

（2）锻造

（3）正火

（4）粗车左右端面

（5）粗车小端外圆及齿处外圆

（6）粗车大端外圆

（7）半精车小端端面

（8）半精车小端外圆及齿处外圆

（9）半精车大端外圆

（10）精车小端外圆

（11）粗镗小端内孔

（12）粗镗大端内孔

（13）半精镗小端内孔

（14）半精镗大端内孔

（15）精磨小端内孔

（16）精镗大端内孔

（17）镗小端沟槽

（18）滚齿 

（19）粗铣4—21+0.28 0槽

（20）半精铣4—21+0.28 0槽

（21）复合钻4×Φ5

六、确认加工余量及毛坏尺寸、设计毛坏图

1.确定加工余量

由于该毛坏为钢质模锻件，故加工余量应按照JB3835—85确定根据JB3835—85的规定，应缺点毛坏的质量、加工精度、形状的复杂系数。

（1）毛坏质量：估计约为2.5Kg

（2）加工精度：该零件除Φ68K7加工精度为F2 外其余各表面均为一般精度F1   

（3）锻件的形状复杂系数S 

M1 ：锻件质量                  M2 ：锻件外廓包围体质量

假设锻件的最大直径为120mm，最长为68mm

则  =0.414

故为一般复杂（S2）

（4）查找毛坏余量

根据毛坏件的重量（2.5Kg、加工精度为F1、毛坏形状的复杂系数S2）经《机械加工工艺手册》（以下简称“工艺手册”）表3.1-56查得表中只有S1、S3 两个级别，故S2参照S1的标准而定，经查表得表面直径单向为1.7mm～2.2mm，水平方向单向为1.7mm～2.2mm。

根据《工艺手册》表3.1－５７查得两孔的单边余量为2.5mm。

2.确定毛坏尺寸

零件加工表面的粗糙度是缺点锻件加工雨量的重要依据。根据JB3835-85使用于Ra ≥1.6μm的表面, Ra<1.6应适量放大。由图纸分析只有Φ68K7孔是须在毛坏上锻      出的Ra<1.6的孔,由Φ68K7最后一道工序是精磨,其精磨余量经课本表1-22查得为0.4mm

故Φ68K7的毛坏为5.4。

各段毛坏尺寸入下表（一）                                单位:mm

3.分模形式

分模位置的确定 将直接影响锻件的成型、锻件出模、材料利用等问题,根据零件图纸的分析,该零件在轴向有冲孔加工且H4.设计毛坏图

（1）确定毛坏的偏差

由该毛坏的质量为2。5㎏，形状复杂系数为S2 ，材料为45钢，其含C量为0.45%由此毛坏的材料系数为M1 ,并为平直分模,属于普通精度级。则该毛坏偏差经《工艺手册》表3.1-42及表3.1-44查得如表（二）

毛坏尺寸偏差                                        单位:mm

（2）确定圆角半径

经图纸分析,该零件毛坏各处H:BDOU 小于2,故经《工艺手册》表3.1-49查得圆角半径公式:

   r =0.05H+0.5

   R=2.5r+0.5      

H=32mm

r=0.05×32+0.5=2.1

r取2.5mm

R=（2.5×2.5）+0.5=6.75

R取7mm

（3）确定拔模角度

因为该模具的上、下模深度不一样,拔模角应已深的一边计算

由        

经《工艺手册》表3.1-51查得内拔模角α=50外拔模角β=80

（5）热处理方法在【三】中已有分析

七、确定各工序、各段面的加工余量

1.确定小端面的加工余量

（1）工艺路线:粗车—半精车

（2）毛坏余量:3.7mm

（3）查表确定各工序的工序公差

经《工艺手册》表4.1－14查得:

粗加工:0.35mm                  半精加工:0.5

（4）确定工序尺寸、工序公差。如下表

（1）工艺路线:粗车—半精车

（2）毛坏的加工余量:4mm

（3）查表确定各工序的工序公差:

经《工艺手册》表4.1－13查得:

    粗加工为:0.54                    

    半精车必须达到设计要求,公差为0.25

（4）确定工序余量及公差,如下表

    单位:mm

（1）工艺路线:粗车—半精车

（2）毛坏的加工余量:3.5mm

（3）查表确定各工序的工序公差:

经《工艺手册》表4.1－13查得:

粗车:0.35

半精车必须达到设计要求,公差为0.1

（4）确定工序余量及公差,如下表

    单位:mm

（1）工艺路线:粗镗—半精镗—精镗

（2）毛坏的加工余量:4mm

（3）查表确定各工序的工序公差:

由《工艺手册》表4.1—9查得

粗镗:0.35

半精镗:0.16

精镗:0.1

（4）确定工序余量及公差,如下表    单位:mm

（1）工艺路线:粗镗—半精镗—精磨

（2）毛坏的加工余量:5.4mm

（3）查表确定各工序的工序公差:

由《工艺手册》表4.1—9查得

粗镗:0.3

半精镗:0.14

精磨:0.03

（4）确定工序余量及公差,如下表    单位:mm

（1）工艺路线:粗铣—半精铣    

（2）毛坏的加工余量:21mm

（3）查表确定各工序的工序公差:

由《工艺手册》表4.1—9查得

粗铣:0.5

半精铣:0.28

（4）确定工序余量及公差,如下表    

        单位:mm

工艺路线:粗切槽

背吃刀量:3mm 故可以一次走刀完成,公差为未注明公差去+－0.3mm

8.滚齿加工的加工余量、工序余量及工序偏差

工艺路线:一次滚齿完成加工

9.各面的加工余量、工序尺寸及 偏差和表面粗糙度表

    单位:mm

八、确定各工序工艺装备、切削用量、工时定额

工序1、下料

Tj=71s   Tf=8s         T服=0.6s

工序2、锻造

Tj=102.3s   Tf=0.7s         T服=8.4s

工序3、正火

工时定额:《机械设计手册》中查得

Tj=45s   Tf=3.2s          T服=8.4s

工序4、粗车左右端面

1.机床:CA620—1

经《机械制造工艺设计手册》(下简称《设计手册》)表4—3查得

正转转速:40～1200r/min

刀架纵向进给量:0.08～1.59mm/r

横向进给量:0.027～0.52

工作精度:Ra=3.2～1.6

2.夹具:自动定心卡盘

3.量具:游标卡尺

4.刀具:YT15 900 外圆车刀B×H=25×25mm

前角γa=80～120 后角α0=50～80主偏角Kr=900 负偏角    Kr‘=5～8刃倾角λs=00

    5.刀架横向行程:左端面为15.7mm(单边)   右端面为11mm(单边)

6.切削用量

（1）进给量:0.53mm/r

（2）背吃刀量:1.7mm

（3）切削速度:

        Kv

经《工艺手册》表8.4—8查得Cv=242 yv=0.35 xv=0.15 m=0.20

经《工艺手册》表8.4—13查得YT15加工σb=600～700MPa的钢料的修正值:

Krrv=0.81    KTv=1       KMv=1   Kkv=1    Ktv=1   Ksv=0.8

Kv= Krrv×KTv×KMv×Kkv×Ktv× Ksv=0.8

则

（4）主轴转速:

（5）经《设计手册》表4—3—1查得C620—1与之较近的转速为120r/min          

（6）实际切削速度:

        7.工时定额:

            左端面:

                  式中:切削长度l=15.7mm  

                  切入长度l1=2mm   切出长度l2=4mm 

         经《工艺手册》查得Tf     =0.32S          T服=1s

            右端面:

            查表得Tf =0.32S          T服=0.8s  

工序5.粗车Φ91.5、Φ118外圆

1.机床:C620—1            2.刀具:YT15 900外圆车刀

3. 夹具:自动定心卡盘    4量具:游标卡尺

5.切削用量:

 (1）进给量:0.6mm/r

（2）背吃刀量: Φ91.5处为1.25mm、Φ118处为1.5mm

（3）切削速度:

        Kv

经《工艺手册》表8.4—8查得Cv=242 yv=0.35 xv=0.15 m=0.20

经《工艺手册》表8.4—13查得YT15加工σb=600～700MPa的钢料的修正值:

Krrv=0.81    KTv=1       KMv=1   Kkv=1    Ktv=1   Ksv=0.8

Kv= Krrv×KTv×KMv×Kkv×Ktv× Ksv=0.8

              则

            （4）主轴转速: 

经《设计手册》表4—3—1查得C620—1与之较近的转速为305r/min (5.083r/s) 

    （5）实际切削速度:

    （6）工时定额:

 Φ91.5处:

经《工艺手册》查得Tf =0.32S          T服=0.4s

Φ118处:处

经《工艺手册》查得Tf =0.32S          T服=0.3s

工序6:粗车大端外圆

1.机床:C620—1            2.刀具:YT15 900外圆车刀

3. 夹具:自动定心卡盘    4量具:游标卡尺

5.切削用量:

  1）进给量:0.6mm/r

（2）背吃刀量: 1.5mm

（3）切削速度:

        Kv

经《工艺手册》表8.4—8查得Cv=242 yv=0.35 xv=0.15 m=0.20

经《工艺手册》表8.4—13查得YT15加工σb=600～700MPa的钢料的修正值:

Krrv=0.81    KTv=1       KMv=1   Kkv=1    Ktv=1   Ksv=0.8

Kv= Krrv×KTv×KMv×Kkv×Ktv× Ksv=0.8

    则

            （4）主轴转速: 

经《设计手册》表4—3—1查得C620—1与之较近的转速为305r/min (5.083r/s) 

    （5）实际切削速度:

    （6）工时定额:

    经《工艺手册》查得Tf =0.32S          T服=1.1s

工序7:半精车小端端面

1.    机床:CA6140

2.夹具:专用夹具

3.量具:游标卡尺

4.刀具:YT15 900 外圆车刀

6.切削用量

    （1）进给量:0.3mm/r

（2）背吃刀量:0.7mm

（3）切削速度:

        Kv

经《工艺手册》表8.4—8查得Cv=291 yv=0.20 xv=0.15 m=0.20

经《工艺手册》表8.4—13查得YT15加工σb=600～700MPa的钢料的修正值:

Krrv=0.81    KTv=1       KMv=1   Kkv=1    Ktv=1   Ksv=0.8

Kv= Krrv×KTv×KMv×Kkv×Ktv× Ksv=0.8

则

（4）主轴转速:

经《设计手册》查得C620—1与之较近的转速为380r/min =6.33r/s         

（5）实际切削速度:

        7.工时定额:

经《工艺手册》查得Tf =0.32S          T服=1.1s

工序8:半精车小端外圆及齿轮处外圆

    1.机床:CA6140            2.刀具:YT15 900外圆车刀

3. 夹具:专用夹具   4量具:游标卡尺

5.切削用量:

  1）进给量:0.3mm/r

（2）背吃刀量: 0.5mm

（3）切削速度:

        Kv

经《工艺手册》表8.4—8查得Cv=291 yv=0.20 xv=0.15 m=0.20

经《工艺手册》表8.4—13查得YT15加工σb=600～700MPa的钢料的修正值:

Krrv=0.81    KTv=1       KMv=1   Kkv=1    Ktv=1   Ksv=0.8

Kv= Krrv×KTv×KMv×Kkv×Ktv× Ksv=0.8

    则

            （4）主轴转速: 

经《设计手册》表4—3—1查得C620—1与之较近的转速为380r/min (6.33r/s) 

    （5）实际切削速度:

    （6）工时定额:

    Φ90.5+0.1 0 处:

    经《工艺手册》查得Tf =0.32S          T服=1.3s

    台阶处:

    经《工艺手册》查得Tf =0.32S          T服=1.3s

    Φ117+0.25 0处:

工序9:半精车大端外圆

  1.机床:CA6140            2.刀具:YT15 900外圆车刀

3. 夹具:专用夹具   4量具:游标卡尺

5.切削用量:

  1）进给量:0.3mm/r

（2）背吃刀量: 0.5mm

（3）切削速度:

        Kv

经《工艺手册》表8.4—8查得Cv=291 yv=0.20 xv=0.15 m=0.20

经《工艺手册》表8.4—13查得YT15加工σb=600～700MPa的钢料的修正值:

Krrv=0.81    KTv=1       KMv=1   Kkv=1    Ktv=1   Ksv=0.8

Kv= Krrv×KTv×KMv×Kkv×Ktv× Ksv=0.8

    则

            （4）主轴转速: 

经《设计手册》表4—3—1查得C620—1与之较近的转速为560r/min (9.33r/s) 

    （5）实际切削速度:

    （6）工时定额:

    经《工艺手册》查得Tf =0.32S          T服=0.7s

工序10:精车小端外圆

  1.机床:数控机床        2.刀具:YT15 900外圆车刀

3. 夹具:专用夹具   4量具:游标卡尺

5.切削用量:

  1）进给量:0.2mm/r

（2）背吃刀量: 0.25mm

（3）切削速度:

        Kv

经《工艺手册》表8.4—8查得Cv=291 yv=0.20 xv=0.15 m=0.20

经《工艺手册》表8.4—13查得YT15加工σb=600～700MPa的钢料的修正值:

Krrv=0.81    KTv=1       KMv=1   Kkv=1    Ktv=1   Ksv=0.8

Kv= Krrv×KTv×KMv×Kkv×Ktv× Ksv=0.8

    则

            （4）主轴转速: 

                去n=480r/min=8r/min

    （5）实际切削速度:

    （6）工时定额:

    经《工艺手册》查得Tf =0.32S          T服=0.7s

工序11:粗镗小端内孔

1.机床:T611H卧式镗床

2.夹具:专用夹具

3.量具:游标卡尺

4.刀具:YT15 镗刀

5.镗刀杆: Φ22mm

6.背吃刀量2.1mm

7.进给量:0.5(查表得:实用范围为0.3～1.2)

8.切削速度:v=45m/min(《工艺手册》上查得)

9.主轴转速:查表确定n=250r/min=4.17r/s

10.实际切削速度: 

11.公式定额:

       l1=5mm         l2=2mm

    经《工艺手册》查得Tf =0.27S          T服=1s

工序12:粗镗大端内空

 1.机床:T611H卧式镗床

2.夹具:专用夹具

3.量具:游标卡尺

4.刀具:YT15 镗刀

5.镗刀杆: Φ20mm

6.背吃刀量:2.4mm

7.进给量:0.5mm/r

8.切削速度:45m/min

9.主轴转速:查表取n=200r/min=3.33r/s

10.实际切削速度:

11工时定额:

    经《工艺手册》查得Tf =0.27S          T服=1.1s

工序13:半精镗小端内孔

1.机床:T4240双立柱立式坐标镗床

2.夹具:专用夹具

3.量具:游标卡尺

4.刀具:YT15镗刀

5.镗刀杆: Φ20mm

6.背吃刀量:0.5mm

7.进给量:0.15mm/r

8.切削速度:v=40m/min

9.主轴转速:查表去n=250r/min=4.17r/s

10.实际切削速度:

11.工时定额:

    经《工艺手册》查得Tf =0.27S          T服=3.1s

工序14:半精镗大端内孔

    1机床:T4240双立柱立式坐标镗床

2.夹具:专用夹具

3.量具:游标卡尺

4.刀具:YT15镗刀

5.镗刀杆: Φ20mm

6.背吃刀量:0.5mm

7.进给量:0.15mm/r

8.切削速度:v=40m/min

9.主轴转速:查表取 n=200r/min

10.实际切削速度:

11.工时定额:

经《工艺手册》查得Tf =0.27S          T服=3.1s

工序15:精磨小端内孔

1.机床:MGD2120内圆磨床

2.夹具:专用夹具

3.量具:圆柱塞规

4.刀具:PSA32×2.5×20ZG60R5V35

形状代号:PSA(平行砂轮)            

砂轮尺寸:外径为32mm厚度为2.5mm内径为20mm

磨料:ZG(棕玉刚)

硬度:R(中硬)

组织代号:5(中)

结合剂:V(陶瓷粘结剂)

最高线速度:35m/s

5.切削用量:

（1）砂轮速度

砂轮转速ns=8000r/min

砂轮速度:

（2）工件速度

             工件转速nw=150r/min

             工件速度:

（3）进给量:

             纵向进给量fB=0.5mm/s   双位移磨削深度进给量:fts=0.02/双行程

 6.工事定额:       

    磨削余量为0.20mm则单边加工余量Zb为0.1mm

    经《工艺手册》查得Tf =0.47S          T服=24s

工序16:精镗大端内孔

     1.机床:T4240双立柱立式坐标镗床

2.夹具:专用夹具

3.量具:圆柱塞规

4.刀具:YT15镗刀

5.镗刀杆: Φ20mm

6.背吃刀量:0.1mm

7.进给量:0.03mm/r(查得起使用范围为0.02～0.06)

8.切削速度:v=60m/min

9.主轴转速:

查表取n=250r/min=4.17r/s

     10.实际切削速度:

     11.工时定额:

经《工艺手册》查得Tf =0.32S          T服=14s

工序17: 切小端内沟槽

1.机床:CA6140

2.夹具:专用夹具

3.量具:游标卡尺

4.刀具:高速钢切刀

5.背吃刀量1.5mm

6.进给量:0.02mm/r

7.切削速度:v=30m/min(《工艺手册》上查得)

9.主轴转速:查表确定n=180r/min=3r/s

10.实际切削速度: 

11.公式定额:

       l1=2mm         l2=2mm

    经《工艺手册》查得Tf =0.27S          T服=1s

工序18：滚齿

1.切削用量  

           选用标准的高速刚单头滚刀，模数m=2.25mm，直径Φ63mm，可以采用一次走刀切至全深。工件齿面要求表面粗糙度为，根据《工艺手册》查得，选择工件每转滚刀轴向进给量。按Y3150滚齿机进给表（《工艺手册》），选。

       齿滚刀的切削速度。

式

根据Y3150型滚齿机主轴旋转(《工艺手册》),选n=135r/min=2.25r/s。实际切削速度为v=0.45m/s

加工时的切削功率按下式计算：

式中

Y3150滚齿机的主电机功率(表《工艺手册》)。因，故所选择的切削用量可在该机床上使用。

2.基本时间

式中。

工序19:粗铣4—21+0.28 0槽

1 . 切削用量

本工序为粗铣槽，所选为高速钢错齿三面铣刀。铣刀直径d=125mm,宽度L=13mm,齿数z=20。根据《工艺手册》选择铣刀的几何形状。由于加工刚料的在600~1000 范围内，故可前角，后角（周齿），（端齿）。

  已知铣削宽度。机床选用X62型卧式铣床。共铣4个槽。

（1）确定每次进给量

经表查得X62型卧式铣床的功率为7.5KW，工艺系统刚性为中等，细齿盘铣刀加工钢料，查得每次进给量。现取。

（2）选择铣刀磨钝标准及耐用度   根据《工艺手册》查得，用高速钢盘铣刀粗加工钢料，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为0.6mm;铣刀直径d=125mm，耐用度T=120min。

（3）确定切削速度V和工作台每分进给量  

   式中

根据X62型型卧式铣床主轴转速表，选择

      n=60r/min=1r/s

      实际切削速度v=0.39r/s

工作台每分钟进给量为

根据X62型型卧式铣床工作台进给表，选择

则实际的每齿进给量为

（4） 校验机床功率   

式中

V=0.39m/s

X62铣床主动电机的功率为7.5KW，故所选切削用量可以采用。

所确定的切削用量为

2.基本时间

式中

工序20: 半精铣4—21+0.28 0槽

1  切削用量

      本工序为半精铣槽，所选刀具为高速钢错齿三面铣刀。d=125mm,l=16mm,D=32mm,z=20.机床亦选用X62型卧式铣床。

（1）确定没齿进给量  本工序要求保证的表面粗糙度为（槽侧面），每转进给量

（2）   选择铣刀磨钝标准及耐用度   经《工艺手册》查得铣刀刀齿后刀面最大磨损量为0.025mm;耐用度T=120min

（3）     确定切削速度V和工作台每分进给量  

                            V=0.97m/s

                       n=2.47/s=148r/min

根据X62型型卧式铣床主轴转速表

                        n=150r/min=2.5r/s

实际切削速度v=0.98m/s

工作台每分钟进给量为

则实际的每齿进给量为

2.基本时间

工序21: 复合钻4×Φ5

1 切削用量

本工序为钻孔 ，刀具选用高速钢复合钻头，直径d=5mm。钻4个通孔。使用切削液。

（1）确定进给量f 由于孔径和深度均很小，宜采用手动进给

（2）选择钻头磨钝标准耐用度   根据《工艺手册》,    钻头后刀面最大磨损量取0.8mm;耐用度T=15min

（3）确定切削速度v  由表查得，的45刚加工性属5类。又表查得，暂取f=0.16mm/r。由《工艺手册》可查得v=17m/min,n=1082r/min.根据z158立式钻床说明书选择主轴实际完成转速。

将前面进行工作所得结果，填入机械加工工序卡片内，即得机械加工工艺规程。本零件的机械加工工艺规程如后所示

2.基本时间的确定

     钻4个Φ5深度12mm的通孔，基本时间约为12s

九、心得体会

通过这次的课程设计，使我进一步了解所学过的理论知识和具体运用这些知识。

通过课程设计，使自己对工艺人员所从事的工作有了亲身体验，学会了查用各种工具、资料。通过事例对工艺编制和切削用量的选择计算等做了一次练习。

总之，这次课程设计使我受益非浅，为以后的学习工作打下了一个坚实的基础。在此，衷心感谢各位老师的指导与帮助！