BMW案例——双联齿轮说明解读

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1、机械工程系工艺设计任务书设计题目设计内容第一章：序言：设计双联齿轮零件的机械加工工艺规程及工艺装置1.双联齿轮零件图1张2双联齿轮毛坯图1张3机械加工工艺规程卡片1份4双联齿轮夹具图1份5设计说明书1份班级：设计者：指导老师：目录.2第二章：零件的分析.2 零件的作用零件的作用.2 2 零件加工工艺分析零件加工工艺分析.3 3第三章：工艺规程设计.3 确定毛坯的制造形式确定毛坯的制造形式.3 3 基面的选择基面的选择.4 4 制定工艺路线制定工艺路线.4 41.工艺路线方案一.5 机械加工余量机械加工余量.工序尺寸及毛坯尺寸的确定工序尺寸及毛坯尺寸的确定.7 71 轴向长度方向加工余量及公差.

2、72 内孔表面加工余量。.83 阶梯圆角根据经验为 R25.8 确定切削用量及基本工时确定切削用量及基本工时.8 81 确定机床主轴转速.12第四章：夹具设计.15第五章：心得.16参考文献：179一、一、序言：序言：工艺课程设计是在我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业课之后进行的。这是我们毕业之前对所学的各课程的一次深入的复习，也是联系实际的训练。因此也是在学校三年的一个重要的部分。对我个人来说，我希望通过这次课程设计对自己未来从事的工作进行一次使用训练，从中锻炼自己分析问题，解决问题的能力。由于能力有限，许多不足，恳求老师给予指教。二、二、零件的分析零件的分析（一）（一）零

3、件的作用零件的作用题目所给定的零件是车床变速的变速双联齿轮（见图1），它位于主轴箱。其主要作用，一是传递转距，使机床获得回转的动力，二是调节车床输出的速度，变化传动比，适应加工的速度。9（二）（二）零件加工工艺分析零件加工工艺分析145 孔为中心的加工表面这一组加工表面包括 287、201、173 的外圆表面及两个端面和沟槽 195，160（1）两端面有圆跳动要求，以孔的表面为基准，跳动误差为0.02（2）齿轮齿顶圆的径向圆跳动的误差为 0.063（3）孔的均布 280 的圆上，孔为小孔 15。三、三、工艺规程设计工艺规程设计（一）（一）确定毛坯的制造形式确定毛坯的制造形式零件材料为 45 钢

4、。考虑到机床在运行中要经常变速，零件在工作过程中经常承受交变载荷及冲击性载荷，因此应该选用锻件，以使金属纤维尽量不被切断，保证零件工作可靠。由于零件年产量为 4000件，为在中型零件，年生产量在200500 之间，查机械手册，得已达到中批生产的水平，而且零件的轮廓尺寸不大，故可采用自由锻9成型。（二）（二）基面的选择基面的选择基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面选择的正确，合理，可以保证加工质量，提高生产质量，提高生产质量。否则，就会使加工工艺过程问题百出，严重还会造成零件大批量报废，使生产无法进行。1.粗基准的选择对于齿轮基准选择常因齿轮结构形状不同，而有所差异。齿坯的加工，使用端

5、面A 和外圆为定位。带轴齿轮主要采用顶尖定位，孔径大则采用堵锥，本齿轮为孔径大的齿轮。以工件内孔和端面联合定位确定轴中心和轴向位置，并采用面向定位端加紧方式，这种方式可使定位基准、设计基准和测量基准重合，定位精度高，适于批量生产。2.精基准的选择主要应该考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门计算，此处不再重复。制定工艺路线（三）（三）制定工艺路线制定工艺路线制定工艺路线的起发点，应当是使零件的几何形状。尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已确定为大批生产的条件下，可以采用力能机床配以专用夹具。并尽量使工序集中来提高生产率。由此以

6、外，还应考虑经济效果，以便降低生产成本。1.工艺路线方案一9工序 1.毛坯锻造工序 2，正火工序 3.粗车外圆，外圆留余量 1.52mm，钻空尺寸145工序 4.精车外圆端面及槽至要求工序 5.钳工去毛刺工序 6.检验工序 7.钻孔工序 8.滚齿(Z=80)工序 9.插齿(Z=65)工序 10.倒角工序 11.齿部高频淬火 50HRC工序 12.终检2.工艺路线方案二工序 1.锻造毛坯132 的孔工序 2.车287，204 的两端面工序 3.粗车132 的孔(不到尺寸)工序 4.精车132 的孔到工序 5.粗车287，201，180，寸)工序 6.精车287，201，180，寸)工序 7.倒角

7、 C39173，173，160(不到尺160(不到尺工序 8.钻孔 815工序 9.扩孔 830工序 10.滚齿(Z=80)工序 11.插齿（Z=65）工序 12.终检3.工序方案的比较与分析方案一的特点是:145 的孔以外圆和端面为基准直接钻孔，而钻孔切削力大，对钻头和夹具要求高，经济效益差。方案二则是先将毛坯锻造132 的孔，再用车刀至尺寸要求，对刀具和夹具要求不高。弥补方案一的缺陷，方案二中先倒角再滚齿.插齿，目的是为了倒角方便，而且少一次安装，位置精度得到保证。方案一则先滚齿.插齿再倒角，这样可以满足不同的形状要求，零件精度要求不高。因此，综合考虑最后的加工路线如下：工序 1.毛坯锻造

8、132 的孔，以外圆为基准。工序 2.毛坯正火。工序 3.粗车外圆 A 端面和外圆287，201，180，160。工序 4.半精车端面 A 和外圆287。工序 5.粗车，半精车，精车132 的孔至145，倒角。工序 6.掉头粗车，半精车端面 B 和外圆173。工序 7.钻孔158。工序 8.滚齿（Z80）以孔和端面为基准，选 Y3150 滚齿机。工序 9.插齿（Z65）以孔和端面为基准，选 Y54 插齿机。9工序 10.倒角。工序 11.齿部高频淬火 50HRC。工序 12.去毛刺。工序 13.终检。（四）（四）机机械加工余量械加工余量.工序尺寸及毛坯尺寸的确定工序尺寸及毛坯尺寸的确定双联齿轮

9、零件材料为45钢，硬度为207-241HBV，毛坯重18.30kg，生产类型为中批量生产，可采用自由锻毛坯.根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸如下:1 外圆表面:(287 及201)小外圆端面长 38mm，加工表面公差为自由公差，都只要粗车，故锻造时取统一外径，加工余量按 201 外圆查表得:毛坯2114mm，2Z=104mm，大端外圆表面加工余量按287 外圆查得:毛坯2994mm，2Z=104mm2 轴向长度方向加工余量及公差左右端面及中间台阶面的加工余量查表可得:Z=4.5 故毛坯总长为 52+2(4.51.5)=613mm，大端面台阶长为

10、18+2(4.51.5)=273mm3 内孔表面加工余量。工件内孔较大，精度较高，按 145 查表可得:精镗145，2Z=0.2mm 得:144.8，粗镗144.8，2Z=135，得132594 阶梯圆角根据经验为 R255 钻孔15 的加工余量：因为15 的孔尺寸为自由公差，所以直接由15 钻头钻孔即可得6 各工序所用机床及工艺装备确定如下：CA6140 普通机床，三爪卡盘，钻床，专用夹具，滚齿机，插齿机，专用夹具专用夹具。（五）（五）确定切削用量及基本工时确定切削用量及基本工时工序 1：粗车外圆 A 端面和外圆287，201，180，173，160。本工序采用计算法确定切削用量。1.加工条

11、件工件材料：45 钢正火，=0.60Gpa，自由锻。加工要求：粗车外圆 A 端面和外圆287，201，180，173，160。机床：CA6140 卧式机床。刀具：刀片材料为YT15、刀杆尺寸为16mm25mm，kr=90，r0=15，0=8，r=0.5mm.2 计算切削用量(1)粗车287 的端面1)确定端面最大加工余量:已知毛坯的高度是61，粗车余量总共为6mm，单边为 3，由于是粗车，可一次性加工到位，精度暂时不要求.2)确定进给量 f:根据实用金属切削加工工艺手册（第二版）（以下简称切削手册）表 3.29，当刀杆尺寸为 16mm25mm，ap3mm以及工件直径为 287mm 时f=0.7

12、-10mm/r按 CA6140 车床说明书取 f=0.81mm/r3)计算切削速度：由机械制造技术基础课程设计指南以下简称设计指南）查表 5-120，当 YT15 硬质合金车刀加工b=0.60Gpa，钢料 ap3mm，f0.81mm/r 时，切9削速度 v=109m/min，切削速度的计算公式为（寿命选 T=60min）.4)确定机床主轴转速：ns=1000vc1000109=116r/mindw3.14299按机床说明书，与 116r/min 相近的机床转速为 100r/min 及 125r/min，现选取125r/min.所以实际切削速度 v=117m/min.5)计算切削工时：按机械加工

13、工艺设计手册（以下简称机加手册）查表 12-1 车削基本时间的计算L=299132 83.5，l1=3，l2=3，3l=02l l1 l2 l383.533 0=0.884minnwf1250.81tm=(2)1）2）3）粗车287 的外圆表面背吃刀量：单边余量 Z=3mm，则 ap=3mm进给量：根据 切削手册 表 3.29 和 课程指导 表 3-9 得 f=0.81mm/r计算切削速度查设计指南5-120Vc=109m/min4）确定机床主轴转速 Vc=116m/min，得 v=117m/min5）计算切削工时，按机械加工手册12-1 车削的基本公式计算L=3，l=0，l=0tm=l l1

14、 l2 l310001090.267minnwf125299nFc6)检验机床功率：主切削力按设计指南表 2-10 所示计算公式Fc=CFc f F FcVckFcCFc=2795kFc=1.0yFc=0.75，nFc=-0.15nF=0.75kMp=(xFcpyy6000.75)=0.94kkr=0.89650=279531.00.810.75117-0.150.940.89N所以 Fc=2871N切削时消耗功率为9Pc=FcVc2871117=KW=5.6KW61046104由 CA6140 说明书可知 CA6140 主电动机功率为 7.8kw，当主轴转速125r/min，主轴传递的最大功

15、率为 5.6kw，所以机床功率足够，可以正常加工。7）检验机床进给系统强度，已知主切削力 Fc=2871N，径向切削力 Fp课程指南表 2-10 所示计算公式kkr=CFpkFppf F FpVp式中 CFp=1940，kFp=0.9，yFp=0.6，nFp=-0.3，nF=1.35，F6001.35 bkMp=)=0.898kkr=0=(650650 xFpyynFpn所以 Fp=194030.90.810.6117-0.30.8980.5N=494N而轴向切削力式中 CFf=2880，kFf=1.0，yFf=0.5，nFf=-0.4，nF=1.0kMfff6001.0 b=)=0.923k

16、kr=1.17=(650650n所以 Ff=280030.810.5117-0.40.9231.17N1250N取机床导轨与床鞍之间的摩擦系数=0.1 则切削力在纵向进给方向对进给机构的作用力为F=Ff+（Fc+Fp）=1250+0.1（2871+494）=1586.5N而机床纵向进给机构可承受的最大纵向力为 530（见切削手册表1.30）故机床进给系统可正常工作（2）粗车201 的外圆面1）进刀量计算得加工一次加到202，由211 到202 单边加工余量 Z=4.5，即 ap=4.5，202 到201Z=0.5，即 ap=0.52）进给量由上步 f=0.81mm/r3）确定进给速度 vc=1

17、25m/min4）确定加工工时L=61-27=34mm，l1=4tm2=l l1 l2 l334 4 0.375minnwf1250.819L293 2013=2=46mmt46m3=lnwf1250.81=0.454min工序 2：半精车端面 A 和和外圆287。（1）半精车端面287 端面单边加工余量为 Z=1.5mm，ap=1.5mm2）进给量取 f=0.86mm/r3）Vc=109m/min4）n1000Vcs=d=1000109172.7r/minw3.14201按机床说明书取 ns=160r/min，所以实际切削 V=101m/min5）计算查机加手册表 12.1L=2891322

18、=78.5mml1=2mm，l2=2mm，l3=0mmtl l1 l2 l378.5m=n2 2 0=0.6minwf1600.86（2）半精车 287 外圆1）单边切削余量为 Z=2mm，则 ap=2mm2）进给量 f=0.81mm/r3）Vc=109m/min4）实际切削 V=101m/min5）计算工时查机加手册表 12.1L=18mm，l1=0mml2=0mml3=0mmtm=ln18wf1600.81=0.139min工序 3：粗车，半精车，精车145 的孔，1）背吃刀量由132 到140 单边加工余量 Z=4mm 即 ap1=4mm140 到144 加工余量 Z=4m 即 ap2=

19、2mm由144 到145 加工余量 Z=1mm，即 ap3=0.5mm2）进给量 f=0.81mm/r9由Vc=109m/min4）ns=1000vc1000109=172.7m/mindw3.142015）计算工时L=52tm=lnwfi 523=0.79min1600.81工序 4：掉头粗车，半精车 B 端面、外圆，倒角刀具不变，且由于工序对端面进行了粗加工，且精度的未加工的毛坯高，所以这次夹紧后对工件车削可大些1）背吃刀加工余量为 4.5，由于对本齿轮精度不是有一定的精度要求，分三次进刀，第两次为 ap1=4mm，ap2=0.5mm.2)进给量，查实用工艺手册表 3-29f=0.7-1.

20、0按 CA6140 说明书取 f=0.81mm/r3)由工序一得到的转速，尺寸相差不大，且可直接不跟换使用 Vc=109m/min4)确定机床主轴转速ns=1000vc1000109=116r/mindw3.14299由说明书取 n=125m/min，实际切削速度为 117m/min2）计算切削工时、按机加手册查表 12-1293 211L=41，l1=0，l2=0，l3=02tm=l l1 l2 l341=0.405minnwf1250.81（1）车173 的外圆面1）背吃刀量的确定，由201 到173，单边切削余量 Z=14mm，分 4 次进刀，即 ap1=ap2=ap3=4mm，ap4=

21、2mm2)f=0.81mm/r3)Vc=109m/min4)n 实际转速参照工序 1，n=125r/min5）计算切削工时L=10mmtm=lnwfi 104=0.1min1250.819（2）选用车槽宽度为 5 和 8 的车槽刀，查设计指南表 5.117，1）f=0.22mm/r2）n 实际转速取工序上步骤 n=125r/min3)计算切削工时：173160L=6.52tm=lnwf6.5=0.236min1250.22(3)1)f=0.22mm/r2)实际切削速度 V=125r/min2011803）L=10.52lnwfi 10.52=0.763min1250.224)tm=（3）倒14

22、5 孔 545的倒角工序 5：钻孔钻孔158。分析零件的结构和精度要求，用摇臂钻床钻15 的孔且选择高速钢莫氏锥柄 1587168 莫氏锥号为 2 的麻花钻钻头。使用专用夹具装夹。1）进给量的选择由设计指南表 5.127，5.63 选取 f=0.35mm/r2）3）主轴转速，由表 5.62ns=420r/min计算切削工时:L=51l1=5，l2=3，l3=0mmtm=l l1 l2 l35153 0i 8=0.4minnwf4200.35工序 6，滚齿（1）切削用量：本工序为滚齿选用标准的高速钢单头滚刀型模数 m=3.5mm 直径71mm，可以采用一次走刀切至全深，工作时每转滚刀轴想进给量

23、fa=0.81.0mm/r按表 2.19 的计算公式确定齿轮滚刀的切削速度V=CvkryvxvmTfam试中 Cv=364yv=0.85T=240min，fa=0.83mm/rm=0.5m=3.5xv=-0.5kv=0.80.8=0.64V=3640.6433.470.50.850.52400.833.59根据 Y3150 型滚齿机主轴转速表 5.80 选 n=165r/min 实际切削速度为V=36.78m/min加工时的切削功率按下式计算表 2.20P=CpcfypcmxpcdupcZqpc、V103kpc式中 Cpc=124ypc=0.9xp=1.7upc=-1.0qpc=0f=0.83

24、mm/rcm=3.5mmd=71Z=80V=36.78m/minkpc=1.21240.830.93.51.771-1.050036.781.2=0.548kwP=310Y3150 型滚齿机的主电动机功率 PE=3kw 表 5.79 因 PcPE故所选择的切削用量可在滚齿机床上使用。（2）基本时间根据表 2.26，用滚刀滚圆柱齿轮的基本时间为B（l1 l2）ZcosTj=qnfa式中 B=18mm=0 Z=80q=1n=2.75r/sfa=0.83mm/rl1=h（d h）+(23)=7.875（717.875）+(23)=24.3mm（18 24.33）80Tj=975s2.750.83工序

25、 7 插齿切削用量：本工序为插齿，；利于插齿机，选用碗型插齿刀。由于工件地模塑不大，精度达到 Ra=1.6um，可用一次进给的凸轮在一次进给中获得所需的尺寸和精度。此时，进给量应取较小值，即 fa=0.17mm 往复 fr=0.024mm 往复切削速度 V=20m/min1)插齿刀的行程长度 LL=b+式中 b被加工齿轮宽度插齿刀切入，切出长度之和超越行程（mm）一一般在插齿加工中，插齿刀切入长度 l1取 5mm 以上插齿刀切出长度l2取 34mm2)插齿刀的行程次数 n1000V100020n=556（2 B）（2 11 7）93）进给切削时间d=20L18tm=0.0018minC20由于

26、是做往复运动，没一个行程有一个停留时间，设为 t留=0.0036mint总=（tm+t留）n=（0.0018+0.0036）556=3.0024min四、四、夹具设计夹具设计1)为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。2)经过与指导老师协商，决定设计加工齿轮工序的夹具。本夹具将用于车床 C6140，刀具为高速钢单头滚刀型模数 m=3.5mm 直径71mm，对工件滚齿加工。3)问题的提出4)在给定的零件中，对本步加工的定位并未提出具体的要求，是自由公差，定位要求较低。因此，本步的重点应在夹紧的方便与快速性上。5)夹具设计6)定位基准的选择7)出于定位简单和快速的考虑，工

27、件以145 内孔、为定位基准，在螺栓和夹紧板之间实现完全定位。采用手动螺旋快速夹紧机构夹紧工件。8)切削力和卡紧力计算9)本步加工可按切削估算卡紧力。实际效果可以保证可靠的夹紧。10)轴向力Fi CFdMf0f11)扭Mc CMd0zMfyMyMkF 4200.0061.01.00.81.0 2.52N矩kM 0.2060.0062.01.00.81.0 7.416106N M12)由于扭矩很小，计算时可忽略。F13)夹紧力为F f 5.04N214)取系数 S1=1.5 S2=S3=S4=1.115)则实际夹紧力为 F=S1*S2*S3*S4*F=10.06N916)使用快速螺旋定位机构快速

28、人工夹紧，调节夹紧力调节装置，即可指定可靠的夹紧力。17)定位误差分析18)本工序采用一定位栓，一挡销定位，工件始终在两挡板之间，由于加工是自由公差，故应当能满足定位要求。19)夹具设计及操作的简要说明20)夹具的夹紧力不大，故使用手动夹紧。为了提高生产力，使用快速螺旋夹紧机构。21)齿轮加工齿夹具的装配图（见附图）五、心得这次的课程设计，对我来说是一次全新的体验，不仅让我学到了如何设计一件机械，而且让我在这个过程中学会了坚持，学会了坚持不懈的努力，更从中学会了如何做人的道理，真是让我受益颇多。尤其值得一提的是，在这个过程中，我得到了许多帮助，这些对于我以后的处事都有很大的好处，在此，非常感谢给予我帮助的朋友，老师和同学。这次作业，相信会给我大学生活添上浓重的一笔六、参考文献1 赵家奇，机械制造工艺学课程设计指导书2 版，北京:机械工业出版社,2000.10.2 李旦.邵东向.王杰，机床专用夹具图册，哈尔滨工业大学出版社，2000.103 孟少农,机械加工工艺手册，北京:机械工业出版社,1991.9.4 徐圣群，简明加工工艺手册，上海:科学技术出版社，1991.25 杜可可，机械制造技术基础课程设计指导，人们邮电出版社2007.129