渐开线斜齿轮的滚齿夹具设计及加工工艺工装含5张CAD图.zip
渐开线斜齿轮的滚齿夹具设计及加工工艺工装含5张CAD图.zip,渐开线,齿轮,夹具,设计,加工,工艺,工装,CAD
渐开线斜齿轮加工工艺及工装设计开题报告1 题目来源及类型生产实际2 研究目的和意义在实际生产中,由于零件的生产类型、材料、结构、形状、尺寸和技术要求等不同,针对某一零件,往往不是单独在一种机床上,用某一种加工方法就能完成的,而是要经过一定的工艺过程才能完成其加工。因此,不仅要根据零件的具体要求,结合现场的具体条件,对零件的各组成表面选择合适的加工方法,还要合理地安排加工顺序,逐步地把零件加工出来。对于某个具体零件,可采用几种不同的工艺方案进行加工。虽然这些方案都可以加工出来合格的零件,但从生产效率和经济效益来看,可能其中有种方案比较合理且切实可行。因此,必须根据零件的具体要求和可能的加工条件等,拟订较为合理的工艺过程。在机械制造的机械加工、焊接、热处理、检查、装配等工艺过程中,为了安装加工工件,使之占有正确的位置,以保证零件和产品的质量,并提高生产效率,所采用的工艺装备称为夹具。对夹具创新设计的研究,对国内机械制造有着重要意义:(1)保证加工精度采用夹具安装,可以准确地确定工件与机床、刀具之间的相互位置,工件的位置精度由夹具保证,不受工人技术水平的影响,其加工精度高而且稳定。(2)提高生产率、降低成本用夹具装夹工件,无需找正便能使工件迅速地定位和夹紧,显著地减少了辅助工时;用夹具装夹工件提高了工件的刚性,因此可加大切削用量;可以使用多件、多工位夹 具装夹工件,并采用高效夹紧机构,这些因素均有利于提高劳动生产率。另外,采用夹具后,产品质量稳定,废品率下降,可以安排技术等级较低的工人,明显地降低了生产成本。(3)扩大机床的工艺范围使用专用夹具可以改变原机床的用途和扩大机床的使用范围,实现一机多能。例如,在车床或摇臂钻床上安装镗模夹具后,就可以对箱体孔系进行镗削加工;通过专用夹具还可将车床改为拉床使用,以充分发挥通用机床的作用。(4)减轻工人的劳动强度用夹具装夹工件方便、快速,当采用气动、液压等夹紧装置时,可减轻工人的劳动强度。本设计的主要内容是对后桥齿轮的加工工艺路线进行的研究、设计,其中包括了各道工序的加工方法,机床、刀具、夹具、辅具的选择,基准面的选取,定位和夹紧方案的拟定;以及对插齿工序中所使用的专用夹具和刀具进行了研究设计。此次设计的主要内容在于如何使加工工序简单化、降低加工难度,从而达到提高产品加工效率,加快产品上市的目的。3 阅读的重要参考文献及资料名称1 直齿轮齿轮零件图样1张,年生产纲领4000件2机械制造工艺学王先逵主编(机械工业出版社)3机械制造工艺与机床夹具 刘守勇主编(机械工业出版社)4机床夹具设计王秀伦、边文义、张运祥编著(中国铁道出版社)5机床夹具设计 王启平著( 哈尔滨工业大学出版社)6金属机械加工工业人员手册金属机械加工工业人员手册修订组(上海科学技术出版社)7专用夹具的设计方法(上)林晓磊、宋若峰山东机械2004年第03期8专用夹具的设计方法(下)林晓磊、宋若峰山东机械2004年第03期9使用机械制造工艺手册 王凡 化学工业出版社10机械制造工艺学课程设计指导书 王栋 机械工业出版社11现代机械制造工艺陈锡渠 清华大学出版社12.机械制造工艺与装备 叶文华 哈尔滨工业大学出版社13机械制造工艺学基础 孙居彦 北京人民大学出版社14齿轮、蜗轮蜗杆、花键加工 王先逵(机械加工工艺手册:单行本)3版.北京机械工业出版社15机械制造工艺学 陈红霞 北京大学出版社4 国内外现状和发展趋势与研究的主攻方向4.1齿轮加工技术的国内外现状及发展趋势4.1.1 国内齿轮加工技术的现状在我国的渗碳齿面制造工业中,渗碳磨齿工艺仍居主导地位,但随着多年来对渗氮技术的大量研究,使氮化技术得到了很大的发展,目前氮化齿轮已应用于汽车、机床、仪表等工业。渗氮或渗碳都能使齿轮表面得到强化,使齿轮具有高的表面硬度和耐磨性、高的疲劳强度、高的抗咬合性能和抗蚀性。渗氮工艺零件变形小,无需后续机械加工。但由于渗氮工艺周期长,对材料要求严,硬化层深度浅,渗氮后无齿形修正工序,因此齿轮精度和寿命不及渗碳齿轮,其应用范围受到一定限制。随着汽车制造业的发展,齿轮行业通过大量引进高端设备使加工能力有了很大的进步与国际先进水平已相当接近。国产齿轮加工机床已基本形成了较完整的系列,已开发出技术含量具有国际水准的螺旋锥齿轮六轴数控磨床,但齿轮机床总体制造水平在精度、寿命、稳定性、数控技术应用等方面与欧美相比存在较大差距目前国内齿轮加工行业的精加工特别是数控齿轮机床仍然以进口设备为主。4.1.2 国外齿轮加工技术的现状纵观近代国外齿轮加工工艺,国外仍以硬齿面制造技术为主导地位。国外发达国家的工业齿轮。表面硬化和整体淬火调制硬度在HB350上下的所谓中硬齿面几乎已经完全取代硬度低于HB300的软齿面。在硬度齿面制造技术过程中,瑞士和德国多数采用渗碳淬硬磨齿工艺。美国和德国某些公司,在大量应用渗碳磨齿技术的同时,根据自身情况和产品要求还有不少采用滚剃氮化对研或中硬滚的工艺来加工硬齿面齿轮,欧洲一些厂家也开发了高精度硬齿面刮削技术,这就形成了一种以渗碳磨齿为主,多种工艺并存的技术多样化局面。英国自20世纪60年代就开始研究齿轮氮化工艺并在海军驱逐舰上使用,随后扩大到工业齿轮,美国随着FLOE双层渗氮工艺的开发,渗氮齿轮的应用随之扩大,德国以CLOCKNER离子公司为代表,将离子渗氮应用于各类齿轮,日本、瑞士、瑞典和前苏联都采用渗氮来处理齿轮。4.1.3 齿轮加工技术的发展趋势为适应齿轮加工行业对制造精度、生产效率、清洁生产、提高质量的要求,制齿机床及制齿技术出现了以下发展趋势:1数控化由于通过将机床的各运动轴进行CNC控制及部分轴间进行联动后,具有以下优点:(1)增加了机床的功能,如滚削小锥度及鼓形齿轮等变得极为简单。(2)缩短了传动链,同时采用半闭环或全闭环控制后,通过数控补偿可以提高各轴的定位精度和重复定位精度,从而提高了机床的加工精度及Cp值,增加了机床的可靠性。(3)换品种时由于省去了计算及换分齿挂轮及差动挂轮、进给及主轴换挡的时间,插齿机还省去了换斜导轨的时间,从而减少了辅助加工时间,增加了机床的柔性。(4)由于机械结构变得简单了,可以设计得更有利于提高机床的刚性及把热变形降到最底。(5)各轴间没有机械联系,结构设计变得典型化,更利于实施模块化设计及制造。2高速高效齿轮加工机床如滚齿机、插齿机及磨齿机的高速化主要是指机床拥有高的刀具主轴转速和高的工作台转速,它们是提高切削效率的主要指标。传统机械滚齿机的滚刀主轴速度通常最高为500r/min,工作台转速最高为32r/min.随着齿轮加工刀具性能的提高,齿轮加工机床的高速、高效切削得到了飞速发展和成熟,齿轮滚齿切削速度由100m/min,发展到可达500600m/min,切削进给速度由34mm/r发展到20mm/r,这使滚齿机主轴的最高转速可5500r/min,工作台最高转速可达800r/min,机床部件移动速度也高达10m/min;大功率主轴系统使机床可运用直径和长度均较大的砂轮进行磨削,有利于增加砂轮寿命,也有利于操作者选择最优的磨削参数来完成磨削加工。高效加工是机床从各个方面采用了专用技术来得以保证:具有最佳吸振效果的铸造床身;使机床具有最佳热稳定性的集成冷却介质循环系统;切削区保护隔板大倾角及光滑设计使干式切削产生的切屑迅速有效排出;具有用预载的、无隙滚珠丝杆驱动的进给系统;具有耐磨损直线导轨或采用PLC控制的定量润滑铸铁导轨等。电主轴的应用使刀具主轴得到提高,而工作台转速的提高则是采用了高精度斜齿轮副或力矩电动机。电主轴及力矩电动机具有回转精度高、无反向间隙和不用维修等优点。3高精度由于采用了高精度、具有预加负荷的高刚性直线导轨、滚珠丝杆、滚动轴承、电主轴、力矩电动机及数控技术,使高速加工条件下的齿轮加工机床精度得到保证并有所提高。电主轴精度一般为径向振摆0.002mm,轴向0.001mm;环形转矩伺服电动机定位精度达0.5,重复定位精度达0.01;直线运动轴的定位精度小于0.008mm,重复定位精度小于0.005mm.滚齿及插齿尽管为粗加工,但在高速切削的条件下仍能达到DIN67级精度,为其后的精加工工序获得高精度提供了保证随着磨齿机生产效率的提高、单件齿轮磨齿成本的降低以及汽车齿轮不断追求提高精度的要求,市场对磨齿机的需求越来越大;同时,随着数控技术的发展,各种机床间的功能延伸较容易实现。因此,在激烈的市场竞争压力下,世界各主要制齿机床制造商企业纷纷加入生产以磨齿机为代表的齿轮精加工机床行列。这种趋势的发展将使今后的汽车齿轮加工越来越多地采用滚-磨工艺。4功能复合功能复合型机床是指在一台机床上或工件一次装夹中,可以完成多道工序加工,从而提高工件的加工效率甚至精度。目前齿轮加工机床主要有以下功能复合组合形式:(1)自动上料、车削、滚齿、倒棱、去毛刺、自动下料。(2)自动上料、车削、滚齿、倒角、自动下料。(3)自动上料、车削、滚齿、 磨削、自动下料。(4)自动上料、磨内孔、车端面、磨齿轮、自动下料。(5)磨齿面、磨外圆、磨端面。(6)自动上料、倒棱去毛刺、剃齿、自动下料。(7)自动上料、滚齿、倒角、去毛刺、自动下料。(8)自动上料、铣弧齿锥齿轮、倒角、自动下料。(9)自动上料、倒棱去毛刺、剃齿、甩干、自动下料。5绿色环保切削过程中应用切削液可提高刀具寿命,改善加工表面质量和利于排出切削热而不致引起机床的热变形。但是,在高速切削过程中切削液的飞溅和形成的油雾对生态环境,特别是操作者的健康特别有害。为此,通常是将加工区用护罩封闭起来,安装上油雾分离器,使排出的只是不含油的雾,而切削油则重新流回机床内循环利用。但这并不能从根本上解决环保问题,因为变质切削液的更换排放会严重污染环境。湿式齿轮加工中消耗的切削液及切削液附加装置的费用占加工成本的20%左右,采用高速干式切削能提高23倍以上的加工效率,刀具的使用寿命是湿式切削的25倍,因此,干式切削降低了单件齿轮的加工成本。高速干式切削既可减少切削液的消耗和冷却处理装备,又可避免对环境造成污染,还能提高生产效率,降低单件齿轮的制造成本。因此,高速干式切削成为齿加工机床制造商多年来追求的目标和发展方向。随着齿轮加工机床的高速化,机床刚性的提高,良好的抗振性及排屑技术的完善,以及干式高速切削刀具的进一步发展,高速干切已在切齿机床上全面实现。6智能化数字化控制技术、传感器技术、信息技术和网络控制技术结合在一起,使数控齿轮加工机床的智能化水平更高。齿轮加工机床要实现误差补偿、温度补偿、自动平衡、防撞功能、过载保护、有无工件自动识别、装夹工件是否正确、工件是否已加工过、对齿啮合、加工余量分配、刀 具磨损、在线精密检测、自动修整砂轮、零编程界面、多功能加工软件、切削工艺专家系统、机器人在机床间搬运工件时的自动识别、远程控制、远程诊断等功能。智能化是齿轮机床提高可靠性、安全性、稳定性、复杂零件加工、精密加工和实现无人化生产的基础,还必将不断完善和提高。4.2 夹具设计国内外现状及发展趋势4.2.1 国内夹具设计现状夹具最早出现在18世纪后期。随着科学技术的不断进步,夹具已从一种辅助工具发展成为门类最齐全的工艺装备。在批量生产中,企业都习惯于采用传统的专用夹具,一半在具有中等生产能力的工厂里,约有数千甚至近万套专用夹具;在多种生产的企业中,每隔34年就要更新50%80%的专用夹具,而夹具的实际磨损量仅为10%20%,这些夹具往往留下来又很难得到重复使用,抛弃他们又实在可惜,因此造成很大的浪费。这些都是一致困扰企业的现实问题。近年来,数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统(FMS)等新加工技术的应用,对机床夹具提出了如下新的要求:能迅速而方便地装备新产品的投入,以缩短生产准备周期,降低生产成本;能装夹一组既有相似性特征的工件;能适应于精密加工的高精度机床夹具;能适应于各种现代化制造技术的新型机床夹具;采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置,以进一步减轻劳动强度和提高劳动生产率;提高机床夹具的标准化程度。显然,这些都是摆在工艺技术人员面前的新课题、新任务。4.2.2 国外夹具设计的现状夹具的设计包括三个步骤:设备规划、夹具规划和夹具结构设计。目前Joneja以及Ferreira等人在进行CAPP方面的研究中对设备规划有详细论述。计算机辅助夹具设计(CAFD)就夹具方面也作了一些工作:ChouYC,ChandruV等人提出的自动夹具定位和夹紧的一种方法;DeMeterEC提出的利用机械杠杆原理进行定位和夹紧位置选择的一种算法;MarkusA等人提出的针对棱柱形工件进行组合夹具设计的基于规则的系统。目前,关于工件夹具的自动化配置方面的工作,自动夹具结构设计(AFCD)中很少提及。TrappeyAJC等人提出了一个二维组合夹具元件的配置算法,几乎所有的AFCD研究者都承认,在一个成功的AFCD系统中,工件的几何形状是一个关键因素。NnajiB,AlladinS等人也对具有复杂几何形状的工件进行尝试研究。然而其结果也仅仅适用于特定的几何体,比如多边形棱柱。Brost和Goldberg提出了一个“完整”的算法用来分析多边形工件的组合夹具设计。并开发出一个组合夹具设计系统,针对一个任意存在的工件,能自动产生所有可行的夹具设计。并且采用力球分析的方法对产生的方案进行优化。以后的许多研究者大多借鉴了Brost和Goldberg的算法。组合夹具在动力学方面的研究也取得了一定的进步,YuandGoldberg的夹具加载规划方案是把夹具的加载问题看作基于传感器的集成问题并给了一个规划算法。Cai等提出了一种指导夹具设计的方法,此方法是缩小由于工件表面与夹具安装误差所带来的定位误差。Hockenberger与DeMter提出的模式是在工件加工期间工件的静态分析,这种方法是一种定性分析并且是在抓紧或夹紧物体的最坏的情况下的偏差,这种情况是由于在单位扭球的干涉扭矩。4.2.3 夹具设计的发展趋势为了适应现代机械工业向高、精、尖方向发展的需要和多品种、小批量生产的特点,现代机床夹具的发展方向主要表现为标准化、精密化、高效化和柔性化等四个方面。(1)标准化 机床夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面。目前我国已有夹具零件及部件的国家标准:GB/T2148T225991以及各类通用夹具、组合夹具标准等。机床夹具的标准化,有利于夹具的商品化生产,有利于缩短生产准备周期,降低生产总成本。(2)精密化 随着机械产品精度的日益提高,势必相应提高了对夹具的精度要求。精密化夹具的结构类型很多,例如用于精密分度的多齿盘,其分度精度可达0.1, 用于精密车削的高精度三爪自定心卡盘,其定心精度为5m。(3)高效化 高效化夹具主要用来减少工件加工的基本时间和辅助时间,以提高劳动生产率,减轻工人的劳动强度。常见的高效化夹具有自动化夹具、高速化夹具和具有夹紧力装置的夹具等。例如,在铣床上使用电动虎钳装夹工件,效率可提高5倍左右;在车床上使用高速三爪自定心卡盘,可保证卡爪在试验转速为9000r/min的条件下仍能牢固地夹紧工件,从而使切削速度大幅度提高。目前,除了在生产流水线、自动线配置相应的高效、自动化夹具外,在数控机床上,尤其在加工中心上出现了各种自动装夹工件的夹具以及自动更换夹具的装置,充分发挥了数控机床的效率。(4)柔性化 机床夹具的柔性化与机床的柔性化相似,它是指机床夹具通过调整、组合等方式,以适应工艺可变因素的能力。工艺的可变因素主要有:工序特征、生产批量、工件的形状和尺寸等。具有柔性化特征的新型夹具种类主要有:组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、模块化夹具、数控夹具等。为适应现代机械工业多品种、中小批量生产的需要,扩大夹具的柔性化程度,改变专用夹具的不可拆结构为可拆结构,发展可调夹具结构,将是当前夹具发展的主要方向。4.3 研究的主攻方向运用机械制造工艺学课程中的基本原理,正确地解决齿轮在加工过程中的定位、夹紧以及工艺路线的安排、工序尺寸的确定等问题,制定出保证齿轮质量的机械加工工艺规程。针对机械加工工艺规程的某一道工序,选择适合的定位、夹紧、导向等元件,组成合理的定位、夹紧、导向方案,设计出适合齿轮的专用机床夹具,进一步提高机械加工生产率。5 主要研究内容、需重点研究的关键问题及解决思路5.1 主要研究内容1) 确定生产类型,分析齿轮工艺性;2) 确定毛坯种类及制造方法,绘制毛坯图;3) 拟定齿轮的机械加工工艺过程,包括选择个工序加工设备及工艺装备,确定工序尺寸及公差,计算各工序切削用量,计算时间定额,绘制工序简图;设计工序所使用的专用机床夹具,绘制夹具零件图和装配图。5.2 需重点研究的关键问题及解决思路1、零件分析1) 齿轮的功用分析2) 齿轮的工艺分析2、齿轮加工工艺规程制定1) 确定生产类型2) 确定毛坯制造形式3) 选择定位基准4) 选择加工方法5) 制订工艺路线6) 确定加工余量及毛坯尺寸7) 工序设计8) 确定加工用量及基本时间3、夹具设计1) 明确加工要求2) 确定定位方案,选择定位元件3) 确定夹紧方案,设计夹紧机构4) 夹具体的设计5) 绘制夹具装配图,标注有关尺寸及技术要求6完成毕业设计所需具备的工作条件及解决办法6.1 所需具备的工作条件1) 完成毕业论文所需的工作条件:与机械工艺设计和夹具设计相关的工具书; 与渐开线斜齿轮相关的的参考文献;2) 计算机制图软件等。6.2 解决方法解决的方法:1) 在图书馆查阅与机械工艺设计和夹具设计相关的工具书;2) 上网收集与汽车后桥齿轮制造工艺相关的参考文献;3) 老师提供的相关数据;4) 查阅机械制造工艺手册;5) 使用AutoCAD等制图软件绘制装配图及零件图。7 工作的主要阶段、进度和时间安排工作的主要阶段和时间安排:NO.时间主要阶段12018年11月3日5日领取任务书,查阅相关资料22018年11月6日13日查阅与毕业设计相关的外文资料32018年11月9日25日撰写开题报告和外文翻译42018年11月25日31日分析汽车后桥齿轮的工艺性52018年12月1日25日齿轮加工工艺规程制定62019年1月1日15日专用夹具的设计和相关零件草图72019年2月20日3月3日绘制总装配图和主要零件的零件图82019年3月4日4月15日修订设计说明书92019年4月16日4月30日修改并完善设计图102019年5月7日5月20日撰写并打印设计说明书,准备答辩8指导老师审查意见第12页(共11页)
收藏