圆锥齿轮轴零件机械加工工艺规程编制及工时计算设计【CAD高清图纸和文档打包】
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课程设计说明书典型零件机械加工工艺规程编制及工时计算 所在学院专 业班 级姓 名学 号指导老师 年 月 日摘 要圆锥齿轮轴零件加工工艺及夹具设计是包括零件加工的工艺设计、工序设计以及专用夹具的设计三部分。在工艺设计中要首先对零件进行分析,了解零件的工艺再设计出毛坯的结构,并选择好零件的加工基准,设计出零件的工艺路线;接着对零件各个工步的工序进行尺寸计算,关是决定出各个工序的工艺装备及切削用量,分析结构的合理性与不足之处,并在以后设计中注意改进。关键词:工艺,工序,切削用量,夹紧,定位,误差目 录摘 要II目 录III第1章 序 言4第2章 零件的分析52.1零件的形状52.2零件的工艺分析5第3章 工艺规程设计73.1 确定毛坯的制造形式73.2 基面的选择73.3 制定工艺路线73.3.1 工艺路线方案一83.3.2 工艺路线方案二93.3.3 工艺方案的比较与分析103.4 选择加工设备和工艺装备113.4.1 机床选用113.4.2 选择刀具113.4.3 选择量具113.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定113.6确定切削用量及基本工时12总 结23致 谢24参 考 文 献25 第1章 序 言机械制造业是制造具有一定形状位置和尺寸的零件和产品,并把它们装备成机械装备的行业。机械制造业的产品既可以直接供人们使用,也可以为其它行业的生产提供装备,社会上有着各种各样的机械或机械制造业的产品。我们的生活离不开制造业,因此制造业是国民经济发展的重要行业,是一个国家或地区发展的重要基础及有力支柱。从某中意义上讲,机械制造水平的高低是衡量一个国家国民经济综合实力和科学技术水平的重要指标。圆锥齿轮轴零件加工工艺及夹具设计是在学完了机械制图、机械制造技术基础、机械设计、机械工程材料等的基础下,进行的一个全面的考核。正确地解决一个零件在加工中的定位,夹紧以及工艺路线安排,工艺尺寸确定等问题,并设计出专用夹具,保证尺寸证零件的加工质量。本次设计也要培养自己的自学与创新能力。因此本次设计综合性和实践性强、涉及知识面广。所以在设计中既要注意基本概念、基本理论,又要注意生产实践的需要,只有将各种理论与生产实践相结合,才能很好的完成本次设计。本次设计水平有限,其中难免有缺点错误,敬请老师们批评指正。第2章 零件的分析2.1零件的形状题目给的零件是圆锥齿轮轴零件,主要作用是起连接传递运动的作用。零件的实际形状如上图所示,从零件图上看,该零件是典型的零件,结构比较简单。具体尺寸,公差如下图所示。2.2零件的工艺分析由零件图可知,其材料为45#,具有较高强度,耐磨性,耐热性及减振性,适用于承受较大应力和要求耐磨零件。圆锥齿轮轴零件主要加工表面为:1.车左边外圆及端面,表面粗糙度值为3.2。2.车右端外圆及端面,表面粗糙度值3.2。圆锥齿轮轴共有两组加工表面,他们之间有一定的位置要求。现分述如下:(1)左端的加工表面: 这一组加工表面包括:左端面,55外圆、52外圆、50外圆以及端面,倒角。其要求并不高,粗车后半精车就可以达到精度要求。而钻工没有精度要求,因此一道工序就可以达到要求,并不需要扩孔、铰孔等工序。(2).右端面的加工表面: 这一组加工表面包括:右端17圆锥斜面以及端面,粗车后精车就可以达到精度要求。第3章 工艺规程设计本圆锥齿轮轴来自假设年产量为产品的生产纲领5000台/年,该零件备品率为4,废品率为 0.5。结合生产实际,备品率和 废品率分别取19%和0.25%代入公式得该工件的生产纲领 N=Qn(1+)(1+)=5226件/年3.1 确定毛坯的制造形式零件材料为45#,年产量已达成批生产水平,而且零件轮廓尺寸不大,可以采用型材圆钢,这从提高生产效率,保证加工精度,减少生产成本上考虑,也是应该的。3.2 基面的选择基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一,基面选择的正确与合理,可以使加工质量得到保证,生产效率得以提高。否则,不但使加工工艺过程中的问题百出,更有甚者,还会造成零件大批报废,使生产无法正常进行。粗基准的选择,对像圆锥齿轮轴这样的零件来说,选好粗基准是至关重要的。对本零件来说,如果外圆的端面做基准,则可能造成这一组内外圆的面与零件的外形不对称,按照有关粗基准的选择原则(即当零件有不加工表面时,应以这些不加工表面做粗基准,若零件有若干个不加工表面时,则应以与加工表面要求相对应位置精度较高的不加工表面做为粗基准)。对于精基准而言,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,此处不在重复。3.3 制定工艺路线制定工艺路线的出发点,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。在生产纲领已经确定为成批生产的条件下,可以考虑采用万能性机床配以专用夹具,并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外,还应当考虑经济效果,以便使生产成本尽量下降。3.3.1 工艺路线方案一 工 序 号 工 名 序 称 工 序 内 容10锻造锻造20时效时效30铣铣两端面,钻中心孔40 粗车粗车55外圆、52外圆、50外圆以及端面,倒角为。留精加工余量50粗车粗车右端17圆锥斜面以及端面,留精加工余量60热调质处理HB180-21070精车精车55外圆、52外圆、50外圆以及端面,倒角为。其中55外圆留0.2mm磨削余量80精车精车右端17圆锥斜面以及端面90磨磨削55外圆,加工到尺寸要求100滚齿滚齿加工110铣键槽铣键槽120钳去毛刺,清洗130终检终检入库3.3.2 工艺路线方案二 工 序 号 工 名 序 称 工 序 内 容10锻造锻造20时效时效30铣铣两端面,钻中心孔40 粗车粗车55外圆、52外圆、50外圆以及端面,倒角为。留精加工余量50粗车粗车右端17圆锥斜面以及端面,留精加工余量60精车精车55外圆、52外圆、50外圆以及端面,倒角为。其中55外圆留0.2mm磨削余量70精车精车右端17圆锥斜面以及端面80热调质处理HB180-21090磨磨削55外圆,加工到尺寸要求100滚齿滚齿加工110铣键槽铣键槽120钳去毛刺,清洗130终检终检入库3.3.3 工艺方案的比较与分析上述两个方案的特点在于:方案一的定位和装夹等都比较方便,但是要更换多台设备,加工过程比较繁琐,而且在加工过程中位置精度不易保证。方案二增加了装夹次数,增加了机床的来回调换,因为有些工序在车床上也可以加工,镗、钻孔等等,需要换上相应的刀具。而且在磨削过程有一定难度,要设计专用夹具。因此综合两个工艺方案,取优弃劣,具体工艺过程如下: 工 序 号 工 名 序 称 工 序 内 容10锻造锻造20时效时效30铣铣两端面,钻中心孔40 粗车粗车55外圆、52外圆、50外圆以及端面,倒角为。留精加工余量50粗车粗车右端17圆锥斜面以及端面,留精加工余量60热调质处理HB180-21070精车精车55外圆、52外圆、50外圆以及端面,倒角为。其中55外圆留0.2mm磨削余量80精车精车右端17圆锥斜面以及端面90磨磨削55外圆,加工到尺寸要求100滚齿滚齿加工110铣键槽铣键槽120钳去毛刺,清洗130终检终检入库3.4 选择加工设备和工艺装备3.4.1 机床选用.工序和工序是粗车、粗镗和半精车、半精镗。各工序的工步数不多,成批量生产,故选用卧式车床就能满足要求。本零件外轮廓尺寸不大,精度要求属于中等要求,选用最常用的CA6140卧式车床。参考根据机械制造设计工工艺简明手册表4.2-7。.工序是钻孔,选用Z525摇臂钻床。3.4.2 选择刀具.在车床上加工的工序,一般选用硬质合金车刀和镗刀。加工刀具选用YG6类硬质合金车刀,它的主要应用范围为普通铸铁、冷硬铸铁、高温合金的精加工和半精加工。为提高生产率及经济性,可选用可转位车刀(GB5343.1-85,GB5343.2-85)。.钻孔时选用高速钢麻花钻,参考机械加工工艺手册(主编 孟少农),第二卷表10.21-47及表10.2-53可得到所有参数。.磨具的选用:磨具通常又称为砂轮。是磨削加工所使用的“刀具”。磨具的性能主要取决于磨具的磨料、结合剂、粒度、硬度、组织以及砂轮的形状和尺寸。参考简明机械加工工艺手册(主编 徐圣群) 表12-47,选择双斜边二号砂轮。3.4.3 选择量具本零件属于成批量生产,一般均采用通常量具。选择量具的方法有两种:一是按计量器具的不确定度选择;二是按计量器的测量方法极限误差选择。采用其中的一种方法即可。3.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定“圆锥齿轮轴” 零件材料为45#,查机械加工工艺手册(以后简称工艺手册),表2.2-17 各种铁的性能比较,45#的硬度HB为143269,表2.2-23铁的物理性能,密度=7.27.3(),计算零件毛坯的重量约为2。表3-1 机械加工车间的生产性质生产类别同类零件的年产量件重型(零件重2000kg)中型(零件重1002000kg)轻型(零件重100kg)单件生产5以下10以下100以下小批生产510010200100500中批生产1003002005005005000大批生产30010005005000500050000大量生产1000以上5000以上50000以上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。3.6确定切削用量及基本工时切削用量一般包括切削深度、进给量及切削速度三项。确定方法是先是确定切削深度、进给量,再确定切削速度。现根据切削用量简明手册(第三版,艾兴、肖诗纲编,1993年机械工业出版社出版)确定本零件各工序的切削用量所选用的表格均加以*号,与机械制造设计工工艺简明手册的表区别。工序30 铣端面,打中心孔(1)工件材料:20Gr2Ni4,硬度5862HBW,锻造。(2)本工序选用X6132铣床,顶尖装夹,分两个工步:工步1为铣端面,工步2打中心孔。加工后表面粗糙度为Ra12.5。(3)工步1铣端面1)选择刀具选择端面铣刀。根据切削用量简明手册表1.1,根据切削用量简明手册表1.2,可选择YG6牌号硬质合金。铣刀几何形状,选择端面铣刀, ,=1mm,=170mm。2)选择切削用量铣削速度式中d铣刀直径,mm; n铣刀速度,r/mm。进给量 (3-1)式中铣刀每分钟进给量,mm/min; 铣刀转速,r/min; z铣刀齿数 f每转进给量,mm/r; fz每齿进给量,mm/z。背吃刀量:由于表面粗糙度要求不高故背吃刀量可选ap=2.5mm。切削深度:ap =A=(dw-dm)/2=2.8/2=1.4mm。工步2钻顶尖孔1)选择刀具:选择钻头:选择高速钢麻花钻钻头,粗钻时,钻头采用双头刃磨法,查切削表2.1,2.2,后角,二重刃长度,横刀长,宽,棱带长度,2)选择切削用量决定进给量: f =0.32mm/r 钻孔:查表11-266 ,,取按机床选取 所以实际切削速度为 切削工时 工序40粗车55外圆、52外圆、50外圆以及端面,倒角为。留精加工余量确定粗车切削用量所选刀具为YG6硬质合金可转位车刀。根据切削用量简明手册表1.1,由于CA6140机床的中心高为200(表1.30),故选刀杆尺寸=,刀片厚度为。选择车刀几何形状为卷屑槽带倒棱型前刀面,前角=,后角=,主偏角=,副偏角=,刃倾角=,刀尖圆弧半径=。.确定切削深度由于单边余量为3mm ,可在一次走刀内完成,故 =3mm (3-1).确定进给量根据切削加工简明实用手册可知:表1.4刀杆尺寸为,工件直径400之间时, 进给量=0.51.0按CA6140机床进给量(表4.29)在机械制造工艺设计手册可知: =0.7确定的进给量尚需满足机床进给机构强度的要求,故需进行校验根据表130,CA6140机床进给机构允许进给力=3530。根据表1.21,当强度在174207时,=时,径向进给力:=950。切削时的修正系数为=1.0,=1.0,=1.17(表1.292),故实际进给力为: =950=1111.5 (3-2)由于切削时进给力小于机床进给机构允许的进给力,故所选=可用。.选择刀具磨钝标准及耐用度根据切削用量简明使用手册表1.9,车刀后刀面最大磨损量取为,车刀寿命=。.确定切削速度切削速度可根据公式计算,也可直接有表中查出。根据切削用量简明使用手册表1.11,当硬质合金刀加工硬度200219的铸件,切削速度=。切削速度的修正系数为=1.0,=0.92,0.8,=1.0,=1.0(见表1.28),故: =63 (3-3) =120 (3-4)根据CA6140车床说明书选择 =125这时实际切削速度为: = (3-5).校验机床功率切削时的功率可由表查出,也可按公式进行计算。由切削用量简明使用手册表1.25,=,切削速度时, =切削功率的修正系数=0.73,=0.9,故实际切削时间的功率为: =1.7=1.2 (3-6)根据表1.30,当=时,机床主轴允许功率为=,故所选切削用量可在CA6140机床上进行,最后决定的切削用量为:=3,=,=,=.倒角 为了缩短辅助时间,取倒角时的主轴转速与钻孔相同 换车刀手动进给。. 计算基本工时 (3-7)由切削用量简明使用手册表1.26,车削时的入切量及超切量+=,则 = (3-8)3.6.2 工序50粗车右端17圆锥斜面以及端面,留精加工余量已知条件与工序相同,车端面及倒角,可采用工序相同的可转位车刀。采用工序确定切削用量的方法,得本工序的切削用量及基本时间如下:a=2.5 f=0.65 n=3.8 v=50.4 T=563.6.3 工序70精车55外圆、52外圆、50外圆以及端面,倒角为。其中55外圆留0.2mm磨削余量所选刀具为YG6硬质合金可转位车刀。根据切削用量简明手册表1.1,由于C6140机床的中心高为200(表1.30),故选刀杆尺寸=,刀片厚度为。选择车刀几何形状为卷屑槽带倒棱型前刀面,前角=,后角=,主偏角=,副偏角=,刃倾角=,刀尖圆弧半径=。.确定切削深度由于单边余量为,可在一次走刀内完成,故 = .确定进给量根据切削加工简明实用手册可知:表1.4刀杆尺寸为,工件直径400之间时, 进给量=0.51.0按CA6140机床进给量(表4.29)在机械制造工艺设计手册可知: =0.7确定的进给量尚需满足机床进给机构强度的要求,故需进行校验根据表130,CA6140机床进给机构允许进给力=3530。根据表1.21,当强度在174207时,=时,径向进给力:=950。切削时的修正系数为=1.0,=1.0,=1.17(表1.292),故实际进给力为: =950=1111.5 由于切削时进给力小于机床进给机构允许的进给力,故所选=可用。.选择刀具磨钝标准及耐用度根据切削用量简明使用手册表1.9,车刀后刀面最大磨损量取为,车刀寿命=。.确定切削速度切削速度可根据公式计算,也可直接有表中查出。根据切削用量简明使用手册表1.11,当硬质合金刀加工硬度200219的铸件,切削速度=。切削速度的修正系数为=1.0,=0.92,0.8,=1.0,=1.0(见表1.28),故: =63 (3-12) =120 (3-13)根据CA6140车床说明书选择 =125这时实际切削速度为: = (3-14).校验机床功率切削时的功率可由表查出,也可按公式进行计算。由切削用量简明使用手册表1.25,=,切削速度时, =切削功率的修正系数=0.73,=0.9,故实际切削时间的功率为: =1.7=1.2 根据表1.30,当=时,机床主轴允许功率为=,故所选切削用量可在CA6140机床上进行,最后决定的切削用量为:=1.25,=,=,=3.6.4 工序70精车右端17圆锥斜面以及端面本工序仍精车。已知条件与工序相同,车端面,可采用工序相同的可转位车刀。工序100 滚齿加工 a. 加工条件机床:Y3150E滚齿机刀具:高速钢滚刀b. 计算切削用量(1)切削用量:本工序为滚齿,工作时每转滚刀轴想进给量=2.42.8mm/r依据参考文献14表2.19的计算公式确定齿轮滚刀的切削速度= (2.9)式中=364 y=0.85 T=240min =2.65mm/r m=0.5 m=2.5 x=-0.5 k=0.80.8=0.64=m/min根据Y3150型滚齿机主轴转速表5.8,选n=165r/min 实际切削速度为=15.78m/min加工时的切削功率按下式计算表2.20= (2.10)式中=124 =0.9 =1.7 =-1.0 =0 =2.65mm/r m=2.5mm =87.5 Z=33 =13.78m/min =1.2 =0.27kwY3150型滚齿机的主电动机功率=3kw,查表5.79,因,故所选择的切削用量可在滚齿机床上使用。(2)计算切削工时根据参考文献14表2.5-16,用滚刀滚圆柱齿轮的基本时间为= (2.11)式中=18mm =0 Z=33 =1 =2.75r/s =2.65mm/r=+(23) =+(23)=24.5mm=3mm=3.43min工序110铣键槽机床的选择:X52K型铣床(1)选择刀具:查,根据表2.1-72,因为铣削宽度,可查得立铣刀 (2)选择切削用量1)决定铣削深度 铣削深度由工序决定,因为每次的铣削深度不大,故均可以一次性走完,则粗铣削时为3.4mm。2)决定每齿进给量 查,根据表2.1-72,当铣削宽度=12mm时,铣刀的每齿进给量,取,所以。3)选择铣刀磨钝标准及刀具寿命 查,根据表2.1-75,可选择高速钢立铣刀,粗铣,后刀面的最大磨损限度为0.30.5mm,查,根据表2.1-76,可选用的高速钢立铣刀,其耐用度T=90min。4)决定切削速度 查,根据表2.1-77可查得:=1.18,=1.0,=0.9,=1.2,=1.0,=1.25(铣削余量较小时,) 铣削速度计算公式: 查,根据表2.1-77可查得: 所以 m/min r/min 查,根据表3.30,XA6132型万能铣床的使用说明书,选择: 这时实际切削速度为 m/min3.6.1精铣(1)选择的机床、刀具的型号、尺寸均和粗铣相同(2)选择切削用量1)决定铣削深度根据,可查得精铣=0.6mm。2)决定每齿进给量 查,根据表2.1-72,当铣削宽度时,铣刀每齿进给量,取,所以 mm/r3)选择铣刀磨钝标准及刀具寿命 查,根据表2.1-75,可选择高速钢铣刀,立铣刀,精铣,后刀面的最大磨损限度为0.20.25mm,查,根据表2.1-76,可查得选用的高速钢立铣刀,其耐用度T=90min。4)决定切削速度 查,根据表2.1-77可查得:,(铣削余量较小时,) 铣削速度计算公式: 查,根据表2.1-77,可查得: 所以 m/min r/min 查,根据表3.30,铣床的使用说明书,选择: 这时实际切削速度为 m/min总 结课程设计即将结束了,时间虽然短暂但是它对我们来说受益菲浅的,通过这次的设计使我们不再是只知道书本上的空理论,不再是纸上谈兵,而是将理论和实践相结合进行实实在在的设计,使我们不但巩固了理论知识而且掌握了设计的步骤和要领,使我们更好的利用图书馆的资料,更好的更熟练的利用我们手中的各种设计手册和AUTOCAD等制图软件,为我们踏入社会打下了好的基础。课程设计使我们认识到了只努力的学好书本上的知识是不够的,还应该更好的做到理论和实践的结合。因此我们非常感谢老师给我们的辛勤指导,使我们学到了很多,也非常珍惜大学给我们的这次设计的机会,它将是我们课程设计完成的更出色的关20一步。致 谢这次课程设计使我收益不小,为我今后的学习和工作打下了坚实和良好的基础。但是,查阅资料尤其是在查阅切削用量手册时,数据存在大量的重复和重叠,由于经验不足,在选取数据上存在一些问题,不过我的指导老师每次都很有耐心地帮我提出宝贵的意见,在我遇到难题时给我指明了方向,最终我很顺利的完成了课程设计。这次课程设计成绩的取得,与指导老师的细心指导是分不开的。在此,我衷心感谢我的指导老师,特别是每次都放下他的休息时间,耐心地帮助我解决技术上的一些难题,她严肃的科学态度,严谨的治学精神,精益求精的工作作风,深深地感染和激励着我。从题目的选择到项目的最终完成,他都始终给予我细心的指导和不懈的支持。多少个日日夜夜,他不仅在学业上给我以精心指导,同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀,除了敬佩指导老师的专业水平外,他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样,并将积极影响我今后的学习和工作。在此谨向指导老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。参 考 文 献1 东北重型机械学院,洛阳农业机械学院,长春汽车厂工人大学,机床夹具设计手册M,上海:上海科学技术出版社,1980。2 张进生。机械制造工艺与夹具设计指导。机械工业出版社,1995。3 李庆寿。机床夹具设计。机械工业出版社,1991。4 李洪。机械加工工艺手册。北京出版社,1996。5 上海市金属切削技术协会。金属切削手册。上海科学技术出版社,2544。6 黄如林,刘新佳,汪群。切削加工简明实用手册。化学工业出版社,2544。7 余光国,马俊,张兴发,机床夹具设计M,重庆:重庆大学出版社,1995。8 周永强,高等学校课程设计指导M,北京:中国建材工业出版社,2542。9刘文剑,曹天河,赵维,夹具工程师手册M,哈尔滨:黑龙江科学技术出版社,1987。10 王光斗,王春福。机床夹具设计手册。上海科学技术出版社,2542。11 东北重型机械学院,洛阳农业机械学院,长春汽车厂工人大学。机床夹具设计手册.上海科学技术出版社,1984。 12 李庆寿,机械制造工艺装备设计适用手册M,银州:宁夏人民出版社,1991。13 廖念钊,莫雨松,李硕根,互换性与技术测量M,中国计量出版社,2540:9-19。14 王光斗,王春福,机床夹具设计手册M,上海科学技术出版社,2540。15 乐兑谦,金属切削刀具,机械工业出版社,2545#:4-17
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