锥齿轮轴加工工艺及及夹具设计

第一章绪论对于我们即将毕业的毕业生来说毕业实践是极其重要的，它对以后我们走上工作岗位非常有帮助。对于我们机械工程系的学生来说，在以后的工作学习过程中做关于夹具的设计工作是很正常的，在此，我对锥齿轮轴零件的工艺过程及夹具进行课程设计。在此次设计的过程中，需要广泛的搜集多种资料和标准，另一个灰常重要的设计为专用的夹具的设计。夹具是工厂车间里使用比较普遍的一种设备,其可分为检验夹具，装配夹具，焊接夹具，和机床夹具等种类。1.1机床夹具在机械加工中的作用产品在加工前，要先对工件进行正确的装夹。工件的装夹方法：1、使用夹具装夹工件；2、把工件装夹装在机床的花盘或者工作台的上面。采用第二种方法装夹工件时，先在工件表面上划线(按图样的要求)，定出加工表面的加工位置和加工尺寸。此种方法不要求使用专用装备，但效率较低，一般用于小批量生产。通常都是使用夹具在的大批量生产过程中。使用夹具装夹工件有以下优点：1、工件的加工的精度能得到较高的保证。2、劳动生产率可以得到提高：夹具中装夹后的工件的刚性得到提高，所以可以使劳动生产率得到提高，切削用量得到加大。3、能扩大机床的使用范围1.2机床夹具的分类机床夹具的种类比较多，有以下几种通常被采用的分类方法可以对机床的夹具进行分类。1通用夹具通用夹具是指已经进行过标准化的，能够加工特定范围内的不同的种类工件的夹具。2专用夹具专用夹具是指专门为了特定的工件的某道指定的工序而进行设计制造出的夹具。通常在批量生产过程中使用专用夹具。3可调夹具可调夹具是指夹具的某些元件可以更换或者可以调整，从而可以适应多种工件加工的夹具。对其可以分作成组夹具和通用可调夹具两类。4组合夹具组合夹具是指采用标准化的组合而成夹具部件和元件。5拼装夹具拼装夹具是指专门运用的系列化和标准化的拼装夹具组合而成的夹具。它的夹紧部件和基础板中通常装备着小型液压缸。1.3机床夹具的组成机床夹具的主要组成部分：1定位装置作用是使工件在夹具中间占据正确的位置的设置被称作定位装置。2夹紧装置作用是将对工件进行夹牢压紧，从而确保工件在加工过程不会因为受到外力的作用而离开开始占据的正确的定位的设置被称作夹紧装置。3对刀或导向装置作用是确保被加工元件相对刀具的正确的加工位置的设置被称为向导或对刀装置。4.连接元件连接元件是用来元件在机床上的正确位置的部件。5.夹具体夹具体是机床加工中的夹具的基本组成部件。6.辅助装置和元件辅助装置和元件是指夹具中因不同的要求而安装的装置或元件。1.3本设计的任务该设计的主要任务是：对典型的夹具进行精度分析和结构的分析并且对工件的工艺规程进行设计。第二章锥齿轮轴加工工艺规程的编制2.1计算生产纲领，确定生产类型按下式计算零件生产纲领。N=Qn（1+a%）（1+b%）2-1确定生产类型。如图，为某产品上的一个零件。假设该产品年产量为10000台。机械加工的废品率是0.1%，一台产品中零件的生产数量是2件，它的备品率为20%，下面制定该零件的机械加工的工艺规程进行。N=Qn（1+a%）（1+b%）=10000×2×（1+20%）（1+0.1%）=24048件/年该零件每年的产量为24048件，该产品属于轻型的机械，确定其生产类型是大量的生产图2-1锥齿轮轴零件图大量生产的工艺特征：1零件的互换性，具备比较广泛的互换性，少数装配精度要求比较高的地方，通常可以采用调整法以及分组装配法等方法。2毛坯的加工余及制造方法：较广泛地使用模锻，金属模机器造型或者别的比较高效的方法。毛坯的加工余量较小并且精度比较高。3机床设备和它的布置形式：广泛应用自动机床和商效专用机床，按照自动排列和流水线进行装备。4工艺装备：使用某种量具，从而根据调整法来达到对精度的要求。5工艺文件：有工序卡或者工艺过程卡。6成本较低。7生产率高。8工人劳动条件较好。2.2零件的分析2.2.1零件图样的分析1齿轮轮齿外表面对轴心线的圆跳动的公差是0.030mm。2φ40右端面对轴心线圆的跳动公差是0.015mm。3渗碳淬火硬度55～62HRC。4齿轮精度等级8GK。5零件材料为22CrMnTi。2.2.2工艺分析1此齿轮的精度相对比较低，因此在刨齿渗碳淬火工序之后，不再对工序进行磨齿，假如齿轮精度的要求大于了7级，就要添加磨齿的工序。2没标注轴径各处R3，在加工时磨削。φ45轴径右端面，靠磨后（工厂俗称“一刀下”）可保证右端面圆跳动公差。3齿轮的轮齿的外表面相对于轴心线的圆跳动；检查φ45右端面相对于轴心线的圆跳动，可以应用装夹在偏摆仪上进行检测两中心孔定位。4可以应用专用样板进行或游标万能角度尺检查锥齿轮的锥角。2.2.3选择毛坯及毛坯制造方法1依据零件用途确定毛坯类型。2毛坯的制造方法依据批量确定。3依据手册查定余量公差及表面加工余量。4依据技术的要求，零件材料为20CrMnTi。20CrMnTi化学成分：碳C：0.16～0.24硅Si：0.16～0.38锰Mn：0.81～1.12硫S：允许残余含量≤0.038磷P：允许残余含量≤0.038铬Cr：1.01～1.32铜Cu：允许残余含量≤0.032镍Ni：允许残余含量≤0.032钛Ti：0.03～0.1120CrMnTi力学性能：抗拉强度σb(MPa)：≥1090(110)屈服强度σs(MPa)：≥836(85)伸长率δ5(％)：≥10断面收缩率ψ(％)：≥48冲击功Akv(J)：≥56冲击韧性值αkv(J/cm2)：≥69(8)硬度：≤217HB试样尺寸：试样毛坯尺寸为17mm20CrMnTi热处理：在加热钢材870℃保温速冷670℃后保温等温正火渗碳温度在1010——1050℃，强渗保温时间大约2.0小时，碳势控制在0.6%，扩散时间大概为2.5小时，控制碳势为1.08%，降温保温在870℃，碳势.为80%，时间为50分钟。降低渗碳温度--马氏体超差，增加降温保温时间，减低淬火的温度。产品变形-先正火处理然后再进行渗碳，减小淬火温度。20CrMnTi表示бs≥845MPa，бB≥1090MPa的低碳合金钢。低碳合金钢碳质量分数通常为0.18%—0.25%，其铸造性能没铸造铁高，力学性能却比铸造铁好些，主要用于制造力学性能的要求比较高，形状比较复杂等相对重要的机械零件，比如机车车辆的车销和联轴器，锥齿轮轴等。制造毛坯的方法：由于零件并不是复很杂，所以毛坯基本可以和零件的形状保持接近。键槽可以不用锻出，而直接进行加工。查看相关加工余量表，可以得出两端面总加工余量是2mm，通过加工余量可以确定毛坯尺寸的大小。主要依据采用毛坯模锻：形状复杂的毛坯可以通过模锻锻造出，毛坯钎维组织比较好，强度也比较高，生产的率比较高，但是需要使用锻锤设备和专用锻模。大批量生产，适用于锻造合金钢，碳素钢。锻件可以加工平面度的公差和表面的直线度。模锻件的长度是279mm，进行热处理调质的时候，精密度是0.8mm，平面度公差和直线度的普通级是1.2mm。图2-2毛坯图2.3工艺规程设计2.3.1定位基面的选择选择定位基面是确定加工方案。定位基面选择的合理、正确与否，将会使直接的影响到工件的生产率和加工的质量。通过对下面3个问题同时进行考虑来选择定位基面。1加工时选用哪一表面作为统一基准或精基面，方能使加工的精度得到保证，使机械加工工艺的过程可以进行地顺利?2应当使用哪个表面作为粗基面加工上述统一基准或者精基面?3是否有个别工序因为特殊的加工要求需要使用统一基准以外的精基面?选择精基面：依据选择精基面的原则，当精基面选择时，要首先对基准重合问题进行考虑，若情况允许，定位基准应当尽可能地选择加工表面的设计基准。2.3.2锥齿轮轴零件表面加工方法的选择选择零件各表面的加工方案和方法，要使得加工表面的表面粗糙度和加工精度的要求得到保证。本零件的加工面有：两头端面（其中一头须刨成齿面），φ35的外圆面，两个φ45的外圆面，两个φ42的外圆面，磨得圆面，刨的齿面。铣键槽。φ35外圆面：公差为0.0500.03135Ra3.3um需要精车和精粗。两个φ42的外圆面:两个面未注公差。其中一个的粗糙度为Ra1.7另一个为Ra6.3需要粗车，精车两个φ46的外圆面:公差为0.0130.00245。粗糙度为。需要粗车，精车刨的齿面：大端面公差等级为00.07573.16铣键槽：未注公差等级，采用铣床加工即可磨得圆面：采用砂轮打磨即可。零件各表面加工顺序的确定1机械加工顺序安排依据机械加工工顺序安排时应当遵循的原则，由于该工件的具体特点，首先安排锻材料至φ55×230mm＋φ85×52mm.车端面，粗车右端，见平即可。长46mm，车外圆φ78mm,钻中心孔A5/10.8倒头，粗车，车断面，车左端，车外圆至φ46mm与φ78mm接刀，保总长267mm，钻中心孔A5/10.7精车，定位装夹工件时用两中心孔，大端外圆，21°06。倒头，用中心孔点位来装夹工件，外圆留余量。精车左端φ35的一段。精车φ45两处，并外圆留余量。精车齿部左端面，保证尺寸34.411mm(或33mm)。车圆角R5（φ53mm，14.尺寸留打磨量0.3mm）。划10mm键槽线。两处φ45定位，装夹工件，按线找正，铣键槽11mm到图样尺寸，和轴线保证对称。磨，定位装夹工件靠两中心孔，两处φ46mm，磨φ38mm,至图样尺寸。并且靠磨14mm端面到图样尺寸。靠磨圆R5。2热处理工序的安排在加工之前，首先要金信通正火处理安排，从而使锻造应力消除，改善切削性能。刨齿过后，要进行齿部渗氮淬火，按图样要求渗氮深度0.7~1.1mm,渗氮淬火硬度为58~63HRC3辅助工序的安排。检验工序：在磨工序之后进行终结检验安排。最后入库。2.3.3制定工艺路线制定工艺的路线主要是对加工阶段及确定加工方法进行确定。1.选择加工方法时依据零件加工表面的技术条件，主要为加工面的形状精度，表面粗糙度，尺寸精度。2.各表面加工方法选定之后，就需要对加工方法的大致顺序作进一步考虑。3.排加工路线图表。下面列出大量生产轴类零件时的工艺路线。工序10：锻造来料尺寸（φ55×230mm＋φ85×52mm）.工序20：车端面，粗车右端，见平即可。车外圆φ76mm,钻中心孔A5/10.6，长48m工序30：倒头，粗车，车左端，车断面，车外圆至φ78mm与φ46mm接刀，钻中心孔A5/10.7保总长267mm。工序40：精车，大端外圆。工序50：倒头，用精车右端齿轮部分的锥面，中心孔点位装夹工件，精车左端φ36的一段。外圆留余量。精车φ45两处，并外圆留余量。精车齿部左端面，保证尺寸34.411mm(或33mm)。车圆角R5（φ53mm，14.尺寸留打磨量0.3mm）。工序60：划10mm键槽线。工序70：以两处φ46来定位，装夹工件，按线找正，铣键槽11mm到图样尺寸，与轴线确保对称。工序80：刨齿，定位来装夹工件用φ46轴径，精刨齿z=20，m=3.7到图样尺寸要求工序90：刨齿过后，要进行齿部渗氮淬火，按图样要求渗氮深度0.8~1.4mm,渗氮淬火硬度为56~64HRC工序100：磨，用两中心孔定位来装夹工件，两处φ45mm，磨φ35mm到图样尺寸。并靠磨14mm端面至图样尺寸。靠磨圆R5。2.3.4选择加工设备及工艺装备1确定机床规格和种类时应根据零件轮廓尺寸，加工精度和批量等因素，。2根据经济性、效率及质量选择夹具数量及其种类等。3根据工件生产率的要求，材料以及切削用量，选择刀具，应当尽可能选择标准刀具。4选择量具根据加工精度及批量。因为是大批量生产，所以以通用机床为主，并且可以少量地运用专用机床的流水生产线。1.选择机床A工序20，30，40，50：是粗车和精车，本零件的精度较高，选用C620(C6140)B工序70：为半精铣及粗铣，应用X56K。C工序80：刨齿选用Y236。D工序100：用磨床M1342。2选择夹具除本轴类零件铣键槽要求设计专用夹具以外，其他的工序可使用通用夹具。3.选择刀具A铣键槽选错齿两面铣刀(YT15)直径为10。B车刀YT15弯头刀。C刨刀。D砂轮。4.选择量具大批量生产本零件，通常都使用