齿轮轴加工工艺规程设计.doc
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1、(完整word版)齿轮轴加工工艺规程设计课程设计齿轮轴加工工艺规程设计教学单位: 机电工程学院专 业: 机械设计制造及其自动化班 级: 机械09C(本)学 号: 学生姓名: XXX指导教师: XXX(讲师)完成时间: 2013年5月5日电子科技大学中山学院机电工程学院摘 要机械加工工艺规程设计能力是从事机械制造专业的科研、工程技术人员必须具备的基本素质之一。机械加工工艺规程设计作为高等工科院校教学的基本科目,在实践中占有极其重要的地位,工艺流程设计在加深对专业课程基本理论的理解和加强对解决工程实际问题的能力培养方面所发挥的作用是显而易见的.本设计是齿轮轴的加工工艺规程设计,其结构虽然规则,但是
2、精度要求比较高,所以工艺要求比较复杂。需要粗车、精车、铣车、磨销,其中精车是加工关键。车床加工工艺是以机械制造中的工艺基本理论为基础,结合车床的特点,综合运用多方面的知识解决车床加工过程中面临的工艺问题。工艺规程是保证机械产品高质量、低成本的一种重要的工艺依据,工艺规程设计在机械加工中就显得更为突出,因此中小型零件加工的规程设计常被选作毕业设计的主要内容之一。关键字:工艺规程;齿轮轴目 录1 绪 论11.1 引言11。2 设计的内容及要求12 零件分析32.1 齿轮轴的概述32.2 零件的结构工艺分析42.3 零件的校核53 齿轮轴的工艺规程分析103。1 毛坯的选择103。2 制定工艺路线1
3、13。2.1 基本加方案113。2.2 工艺路线的设定113。2。3 加工工艺过程内容123。3 基准的选择133.3。1 粗基准的选择133。3.2 精基准的选择143.4 机械加工工艺过程分析153。4.1 加工阶段的划分及划分加工阶段的原因153.4.2 加工顺序的安排153。4.3 机床的选择163。5 切削用量163。5.1 粗加工时切削用量的选择原则163.5。2 精加工时切削用量的选择原则173。5.3 选择切削用量183.6 确定加工余量、工序尺寸及公差193。7 基本工时204 结束语22参考文献23致 谢24II1 绪 论1。1 引言机械设计在机械工程中十分重要,它是理论联
4、系实际的重要纽带。本次课程设计不仅加深了我们对与课本理论知识的理解,更是将机械的理论与实际中的运用有机的结合并进行深层次的实践训练,使学生对于理论联系实际认识更加清晰,为以后社会的经验埋下重要的伏笔,即锻炼了我们的设计创新能力,又增强了机械设计构思。机械加工工艺流程设计能力是从事机械制造专业的科研、工程技术人员必须具备的基本素质之一。机械加工工艺流程设计作为高等工科院校教学的基本科目,在实践中占有极其重要的地位,工艺流程设计在加深对专业课程基本理论的理解和加强对解决工程实际问题的能力培养方面所发挥的作用是显而易见的。减速器是原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置,用来降低转速和增大转矩,以满足
5、工作需要.齿轮减速器在各行各业中十分广泛地使用着,是一种不可缺少的机械传动装置。当前减速器普遍存在着体积大、重量大,或者传动比大而机械效率过低的问题。国外的减速器,以德国、丹麦和日本处于领先地位,特别在材料和制造工艺方面占据优势,减速器工作可靠性好,使用寿命长。但其传动形式仍以定轴齿轮传动为主,体积和重量问题,也未解决好.日本住友重工研制的FA型高精度减速器和美国Alan-Newton公司研制的XY式减速器,在传动原理和结构上与本项目类似或相近,都为目前先进的齿轮减速器.国内的减速器多以齿轮传动、蜗杆传动为主。齿轮轴是减速器的一个基本零部件,在现代生活中有十分重要和不可忽视的地位。1.2 设计
6、的内容及要求本设计是齿轮轴的加工工艺规程的设计,其结构虽然规则,但是精度要求比较高,所以工艺要求比较复杂。总体介绍所追踪的典型零件的加工流程,包括毛坯初检粗加工-精加工工零等步骤;所加部件的形状、结构、尺寸及重要配合参数,并完成工件的三维造型。确定零部件的加工方法和步骤,包括使用设备、装夹方法、工装夹具、加工方位、刀具选择、加工参数选择等.工艺流程是保证机械产品高质量、低成本的一种重要的工艺依据,工艺流程设计在机械加工中就显得更为突出1。本设计的目的是为了巩固加工工艺规程设计的基础理论和专业知识,能够用新的更合理的工艺规程来代替旧的相对不合理的工艺规程。要求我们能对机械制造有一个总体的、全面的
7、了解与把握,能掌握金属切削过程的基本规律;掌握机械加工的基本知识;能选择加工方法与机床、刀具、夹具及加工参数;具备制定工艺规程的能力和掌握机械加工精度和表面质量分析的基本理论及基本知识;对于在设计过程中出现的问题能够通过翻阅参考文献进行解决。2 零件分析2.1 齿轮轴的概述本零件为减速器的输出齿轮轴,其功用是传递动力和改变输出轴运动方向。齿轮轴类件的工艺特点首先是它的形面特征多,在基于特征的零件信息描述中可以把它分为主特征:内外圆柱面、圆锥面、齿轮表面等;辅助特征:键槽、小平面、花键、螺纹等。另外,齿轮轴类件加工所使用的机床多,材料及热处理种类也较多。再者,它的工艺特征如尺寸精度、形位公差、表
8、面质量也要求较高。在机械加工中,每一种零件都有几种加工工艺方法与之对应,根据生产规模、零件整体形状和轮廓尺寸、制造资源等,针对每一特征的加工精度、表面粗糙度及不同材料选择不同加工方法。轴用轴承支承,与轴承配合的轴段称为轴颈。轴颈是轴的装配基准,它们的精度和表面质量一般要求较高,其技术要求一般根据轴的主要功用和工作条件制定,通常有以下几项:1)尺寸精度 起支承作用的轴颈为了确定轴的位置,通常对其尺寸精度要求较高(IT5IT7)。装配传动件的轴颈尺寸精度一般要求较低(IT6IT9). 2)几何形状精度 轴类零件的几何形状精度主要是指轴颈、外锥面、莫氏锥孔等的圆度、圆柱度等,一般应将其公差限制在尺寸
9、公差范围内。对精度要求较高的内外圆表面,应在图纸上标注其允许偏差。 3)相互位置精度 轴类零件的位置精度要求主要是由轴在机械中的位置和功用决定的。通常应保证装配传动件的轴颈对支承轴颈的同轴度要求,否则会影响传动件(齿轮等)的传动精度,并产生噪声。普通精度的轴,其配合轴段对支承轴颈的径向跳动一般为,高精度轴(如主轴)通常为。 4)表面粗糙度 一般与传动件相配合的轴径表面粗糙度为,与轴承相配合的支承轴径的表面粗糙度为。此外,相互位置精度还有内外圆柱面的同轴度,轴向定位端面与轴心线的垂直度要求等5.轴的材料主要是碳钢和合金钢。钢轴的毛坯多数用轧制圆钢和锻件,有的则直接用圆钢.下表21列出了轴常用材料
10、45号钢的主要力学性能2。表21 45号钢的主要力学性能2材料牌号热处理毛坯直径/mm硬度/HBS抗拉强度极限屈服强度极限弯曲疲劳极限剪切疲劳极限许用弯曲应力45正火100170-21760030024014055调质200217255650360275155602。2 零件的结构工艺分析分析研究产品要从两方面分析。先熟悉产品的性能、用途、工作条件,明确给零件的相互装配位置极其作用,了解及研究各项技术条件制订的依据,找出其主要技术要求和关键技术问题。再对零件图进行工艺审查,图样上的规定的各项技术条件是否合理,零件的结构工艺性能是否好,图样上是否缺少必要的尺寸、视图、或技术条件。图21 齿轮轴零
11、件图从图21上看,本零件为回转体零件,结构比较简单,需进行机械加工的主要表面有:、圆柱面及的齿面,的槽。由于传动与装配的要求较高,对于、圆柱面有较高的同轴度要求,粗糙度方面表现在:对于圆柱表面有较高的要求为,的圆柱面为,这些在安排加工工艺时也需给予注意.2。3 零件的校核轴的校核通常是在初步完成结构设计后进行校核计算,计算准则是满足轴的强度或刚度要求,必要时还应校核轴的震动稳定性.进行轴的强度校核计算时,应根据轴的具体受载及应力情况,采用相应的计算方法,并恰当地选择其许用应力3。轴的强度校核计算2,轴的扭转强度条件为: (2-1)式中:-扭转切应力,; 轴所受的扭矩,; 轴的抗扭截面系数,;
12、-轴的转速,; 轴转递的概率,; 计算截面处轴的直径,; 许用扭转切应力,,见表2-2。表2-2 轴常见几种材料的及值2轴的材料Q235-A、20Q275、35(1Cr18Ni9Ti)4540Cr、35SiMn38SiMnMo152520-3525453555149-126135-112126103112-97注:1)表示值是考虑了弯矩影响而降低了的许用扭转切应力。 2)在下述情况时,取较大值,取值较小:弯矩较小或只受扭矩作用、载荷较平稳、无轴向载荷或只有较小的轴向载荷、减速器的低速轴、轴只做单向旋转;反之,取较小值,取较大值。由上式可得轴的直径: (22)式中,与轴材料有关的系数,查表22。
13、计算弯矩时分别按水平面和垂直面计算各力产生的弯矩,并按计算结果分别做出水平面上的弯矩图和垂直面上的弯矩图;然后按下式(2-3)计算总弯矩并做出图,并做出扭矩图。 (23)已知轴的弯矩和扭矩后,可正对某些危险截面做弯扭合成强度校核计算。按第三强度理论,计算应力: (24)当扭转切应力为静应力时,取;当扭转切应力为脉动循环变应力时,取;若扭转切应力为对称循环变应力时,则取。对于直径为的圆柱,弯曲应力为,扭转切应力,将和代入式(2-4),则轴的弯扭合成强度条件为: (25)式中:-轴的计算应力,; -轴所受的弯矩,; -轴所受的扭矩,; -轴的抗弯曲截面系数,; -轴的许用弯曲应力,其值查表21。各
14、圆轴截面的抗弯、抗扭矩截面系数的计算公式。圆轴上面没有键槽时:抗弯截面系数;抗扭截面系数.圆轴上面有一个键槽时:抗弯截面系数;抗扭截面系数.减速箱的输入轴与电动机相连,输出轴通过弹性柱销联轴器与工作机相连,已知零件输出齿轮的功率,转速,齿轮机构的参数列于下表:表2-3 齿轮机构的参数级别低速轴203806201根据已知条件,轴上的载荷(弯矩和扭矩)已可以求得,因而可按弯扭合成强度条件对轴进行强度校核计算.1)计算最小直径。应用式(2-2)估算轴的最小直径.由表2-2取,于是得:计算所得应是最小轴径(即安装联轴器)处的直径。该轴段因有键槽,应加大3%并圆整,取。2)计算齿轮受力。齿轮分度圆直径;
15、齿轮所受扭转矩;圆周力;径向力;轴向力.轴受力的大小及方向如图2-2b所示。3)计算轴承反力(图22c及e)。水平面; ;垂直面。4)绘制弯矩图。水平面弯矩图(图22d)。截面b:; ;垂直面弯矩图(图22f)。合成弯矩图(22g).;图2-2 轴的载荷分析图5) 绘制扭矩图(图2-2h).由前知;又根据表21查得,而;。根据式(2-5)及轴单向旋转,扭转切应力为脉动循环变应力,取,轴的计算应力:选定轴的材料为45钢,调质处理,由表21查得.因此,故安全.3 齿轮轴的工艺规程分析3.1 毛坯的选择毛坯的选择和拟定毛坯图是制定工艺规程的最初阶段工作之一,也是一个比较重要的阶段,毛坯的形状和特征(
16、硬度,精度,金属组织等)对机械加工的难易,工序数量的多少有直接影响,因此,合理选择毛坯在生产占相当重要的位置,同样毛坯的加工余量的确定也是一个非常重要的问题。毛坯种类的选择决定与零件的实际作用,材料、形状、生产性质以及在生产中获得可能性,毛坯的制造方法主要有以下几种:1、型材2、锻造3、铸造4、焊接5、其他毛坯.根据零件的材料,推荐用型材或锻件,但从经济方面着想,如用型材中的棒料,加工余量太大,这样不仅浪费材料,而且还增加机床,刀具及能源等消耗,本零件的主要功用是传递动力,其工作时需承受较大的冲击载荷,要求有较高的强度和韧性,故毛坯应选择锻件,以使金属纤维尽量不被切断6.又由于年产量为5000
17、件,达到了批量生产的水平,且零件形状较简单,尺寸也不大,故应采用模锻。毛坯(锻件)图是根据产品零件设计的,经查实用机械加工工艺手册 ,再考虑到其所要加工的次数,知磨削余量,精车-粗车各余量,粗车加工时,尽量一次走刀切削全部余量,精车余量可选用。传动轴磨削余量可取.图31 毛坯图外圆、的只要粗加工就可以达到要求,与锻一样的直径,而只要粗加工就可以达到要求,查参考文献可知直径加工余量为,同上,所以取毛坯直径为。要经过粗加工和精加工,查参考文献可知直径加工余量为7,考虑实际加工时,因锻造表面较硬而加工余量少可能难加工,所以取毛坯直径为。长度方向的余量值规定,取.所以本零件的毛坯是可以确定的,图31就
18、是本零件的毛坯图。3.2 制定工艺路线制订工艺路线的出发点,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。由于连杆通常进行的是中批量的生产,所以可以考虑采用万能性机床加以专用夹具,并尽量使工序集中来提高生产率.除此以外,还应考虑经济效益,以便使生产成本尽量下降.3。2.1 基本加方案根据对加工零件加工表面的精度和粗糙度的要去、零件的结构和被加工表面的形状、大小以及车间或工厂的具体条件,选取最经济合理的加工方案。外圆加工的方法很多,基本加工方案可归纳为四条。 1)粗车-半精车精车;对于一般常用材料,这是外圆表面加工采用的最主要的工艺路线。 2)粗车-半精车粗磨精磨;对于黑
19、色金属材料,精度要求高和表面粗糙度值要求较小、零件需要淬硬时,其后续工序只能用磨削而采用的加工路线。 3)粗车半精车精车-金刚石车;对于有色金属,用磨削加工通常不易得到所要求的表面粗糙度,因为有色金属一般比较软,容易堵塞沙粒间的空隙,因此其最终工序多用精车和金刚石车. 4)粗车-半精粗磨精磨光整加工;对于黑色金属材料的淬硬零件,精度要求高和表面粗糙度值要求很小,常用此加工路线。3.2.2 工艺路线的设定齿轮轴的主要加工表面是外圆表面,也还有常见的特特形表面,因此针对各种精度等级和表面粗糙度要求,按经济精度选择加工方法。所以设定了两个工艺路线如下:工艺路线方案一如表3-1所示:表31工艺路线方案
20、一工序工序内容工序工序内容1模锻9粗滚齿2正火10精滚齿3车端面、打中心孔11修研中心孔4粗车各外圆12磨直径为40mm的外圆(两段)5调制处理13去毛刺6修研中心孔14检验7精车直径为30mm、40mm的外圆15入库8铣键槽由于该工艺路线方案在加工齿轮上考虑不够精细,还需进一步修改,才能精确达到加工标准。工艺路线改进为方案二如下表32所示:表3-2工艺路线方案二工序工序内容工序工序内容1模锻11滚齿2正火12倒棱去毛刺3车端面、打中心孔13剃齿4粗车各外圆14热处理5粗车检验15研磨中心孔6调制处理16磨直径为40mm的外圆(两段)7修研中心孔17珩齿8精车直径为30mm、40mm的外圆18
21、检验9铣键槽19入库10齿坯检测两方案的不同主要在于齿轮的加工工序不同。通过比较可知方案二比较好。因为方案一只采用滚齿,要达到零件图上所要求的精度需采用高精度的滚刀和高精度的滚齿机。而方案二采用剃齿、珩齿来达到零件图上的精度要求。对于一般工厂来说比较适合,所以采用方案二作为加工方案。3.2。3 加工工艺过程内容根据各表面加工要求和各加工方法能达到的经济精度,确定各表面的加工方法如下:尺寸:粗车精车磨削;尺寸:粗车半精车精车;尺寸:粗车半精车精车;尺寸宽为深为长为的键槽:粗铣;大径为的直齿轮:滚齿剃齿或粗滚齿精滚齿.根据先粗后精,基准先行,以及先主后次的原则,加工顺序:两端面和中心孔的加工,粗车
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