双联齿轮说明 - 毕业设计 说明书

双联齿轮说明 - 毕业设计 说明书

机械工程系

工艺设计任务书

设计题目 设计双联齿轮零件的机械加工 工艺规程及工艺装置

设计内容 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

第一章：序言： ................................................. 错误！未定义书签。

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第二章：零件的分析 .......................................... 错误！未定义书签。

零件的作用 .........................................错误！未定义书签。 零件加工工艺分析 ..............................错误！未定义书签。

第三章：工艺规程设计 ...................................... 错误！未定义书签。

确定毛坯的制造形式 ..........................错误！未定义书签。 基面的选择 .........................................错误！未定义书签。 制定工艺路线 .....................................错误！未定义书签。 1.工艺路线方案一 .............................................. 错误！未定义书签。

机械加工余量.工序尺寸及毛坯尺寸的确定错误！未定义书签。

1轴向长度方向加工余量及公差 ........................ 错误！未定义书签。 2内孔表面加工余量。 ....................................... 错误！未定义书签。 3阶梯圆角根据经验为R25 ................................ 错误！未定义书签。

确定切削用量及基本工时...................错误！未定义书签。

1确定机床主轴转速....................................... 错误！未定义书签。

第四章：夹具设计.......................................... 错误！未定义书签。

第五章：心得 ..................................................... 错误！未定义书签。 参考文献：………………………………………………………………17

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一、 序言：

工艺

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、 零件的分析

（一） 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。

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（二） 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φ287、φ201、φ173的外圆表面及两个端面和沟槽φ195，φ160

（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φ280的圆上，孔为小孔φ15。

三、 工艺规程设计

（一） 确定毛坯的制造形式

零件材料为45钢。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200～500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

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成型。

（二） 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） 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

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工序1.毛坯锻造 工序2，正火

工序3.粗车外圆，外圆留余量1.5～2mm，钻空尺寸Φ145 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Φ132的孔 工序2.车Φ287， Φ204的两端面 工序3.粗车Φ132的孔(不到尺寸) 工序4.精车Φ132的孔到

工序5.粗车Φ287， Φ201，Φ180，寸)

工序6.精车Φ287， Φ201， Φ180，寸)

工序7.倒角C3

Φ173， Φ173，Φ160(不到尺Φ160(不到尺

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工序8.钻孔8×Φ15 工序9.扩孔8×Φ30 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: Φ145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Φ132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Φ132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Φ287，Φ201，Φ180，Φ160。

工序4. 半精车端面A和外圆Φ287。

工序5. 粗车，半精车，精车Φ132的孔至Φ145，倒角。 工序6. 掉头粗车，半精车端面B和外圆Φ173。

工序7.钻孔Φ15×8。

工序8.滚齿（Z＝80）以孔和端面为基准，选Y3150滚齿机。 工序9.插齿（Z＝65）以孔和端面为基准，选Y54插齿机。

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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） 机械加工余量.工序尺寸及毛坯尺寸的确定 双联齿轮零件材料为

45钢，硬度为207-241HBW，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:( Φ287及Φ201)

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Φ201外圆查表得:毛坯Φ211±4mm，2Z=10±4mm，大端外圆表面加工余量按Φ287外圆查得:毛坯Φ299±4mm，2Z=10±4mm

2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×(4.5±1.5)=61±3mm，大端面台阶长为18+2×(4.5±1.5)=27±3mm

3内孔表面加工余量。

工件内孔较大，精度较高，按Φ145查表可得:精镗Φ145±，2Z=0.2mm得: Φ144.8，粗镗Φ144.8，2Z=13±5，得Φ132±5

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4阶梯圆角根据经验为R25

5钻孔Φ15的加工余量：因为Φ15的孔尺寸为自由公差，所以直接由Φ15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） 确定切削用量及基本工时

工序1：粗车外圆A端面和外圆Φ287， Φ201， Φ180， Φ173， Φ

160。本工序采用计算法确定切削用量。

1. 加工条件

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Φ287， Φ201， Φ180， Φ173，

Φ160。

机床：CA6140卧式机床。

刀具：刀片材料为YT15、刀杆尺寸为16mm×25mm，kr=90°，r0=15，α

=8°，rε=0.5mm.

2计算切削用量 (1) 粗车Φ287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16mm×25mm，ap≤3mm以及工件直径为287mm时 f=0.7-10mm/r

按CA6140车床说明书取f=0.81mm/r 3) 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σ

b

=0.60Gpa，钢料ap≤3mm，f≤0.81mm/r时，切

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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=

1000vcπdw

=

1000 1093.14 299

=116r/min

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=

299 132

2

83.5，l1=3，l2

=3，3l=0

tm= (2) 1） 2） 3）

l l1 l2 l3

nwf

83.5 3 3 0125 0.81

=0.884min

粗车Φ287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》5-120

Vc=109m/min

4）

确定机床主轴转速Vc=116m/min，得v=117m/min

5） 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=0 tm=

l l1 l2 l3

nwf

1000 109125 299

0.267min

6) 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=CFαpfFFcVckF

c

c

xF

yy

nF

c

c

CF=2795 kF =1.0 yF=0.75，

c

c

c

nF=-0.15 nF=0.75

c

kM= (

p

600650

) 0.75 =0.94 kkr =0.89

所以Fc

=2

×31.0×0.810.75 ×117-0.150.94×0.89N

=2871N

切削时消耗功率为

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Pc=

FcVc6 10

4

=

2871 1176 10

4

KW=5.6KW

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== CFαpfFFpVpkF

p

xF

yy

nF

p

pp

式中CF= 1940，kF=0.9，yF=0.6，nF=-0.3，nF=1.35，

p

p

p

p

σ

kMp= b

650

nF

= (

600650

) 1.35=0.898 kkr=0

所以Fp=1940×30.9×0.810.6×117-0.3 ×0.898×0.5N=494N

而轴向切削力式中CF=2880，kF=1.0，yF=0.5，nF=-0.4，nF=1.0

f

f

f

f

kMf

f

σ = b 650

nf

= (

600650

) 1.0==0.923 kkr=1.17

所以Ff= 2800×3×0.810.5×117-0.4 ×0.923×1.17N＝1250N

取机床导轨与床鞍之间的摩擦系数μ=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+ μ（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Φ201的外圆面

1）进刀量计算得加工一次加到φ202，由Φ211到Φ202单边加工余量Z=4.5，即ap=4.5，Φ202到Φ201 Z =0.5，即ap=0.5 2）进给量由上步f=0.81mm/r 3）确定进给速度vc=125m/min 4）确定加工工时

L=61-27=34mm， l1=4

tm=

2

l l1 l2 l3

nwf

34 4125 0.81

0.375min

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L293 201

3=2

=46mm

tl

46

m3

=

n=0.454min

wf

125 0.81

工序2：半精车端面A和和外圆Φ287。

（1）半精车端面Φ287端面单边加工余量为Z=1.5mm， ap=1.5mm

2）进给量取f=0.86mm/r 3）Vc=109m/min 4）ns=

1000Vcπd=

1000 109w

3.14 201

172.7r/min

按机床说明书取ns=160r/min，所以实际切削V=101m/min

5） 计算查《机加手册》表12.1

L=

289 132

2=78.5mm l1=2mm，l2=2mm，l3=0mm

t l1 l2 l3

n

78.5 2 2 0m=

lwf

160 0.86

=0.6min

（2）半精车287外圆

1）单边切削余量为Z=2mm，则ap=2mm 2）进给量f=0.81mm/r 3）Vc=109m/min

4）实际切削V=101m/min

5）计算工时查《机加手册》表12.1 L=18mm， l1=0mm l2=0mm l3=0mm tm=

lnwf

18160 0.81

=0.139min

工序3：粗车，半精车，精车Φ145的孔，

1）背吃刀量 由Φ132到Φ140单边加工余量Z=4mm即ap1=4mm 140到Φ144加工余量Z=4m即ap2=2mm

由Φ144到Φ145加工余量Z=1mm，即ap3=0.5mm 2）进给量f=0.81mm/r

Φ 由

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Vc=109m/min 4）ns=

1000vcπdw

=

1000 1093.14 201

=172.7m/min

5）计算工时 L=52 tm=

lnwf

i

52160 0.81

×3=0.79min

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3-29 f=0.7-1.0

按CA6140说明书取f=0.81mm/r

3)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/min 4)确定机床主轴转速 ns=

1000vcπdw

=

1000 1093.14 299

=116r/min

由说明书取n=125m/min，实际切削速度为117m/min 2） 计算切削工时、按〈机加手册〉查表12-1 L=

293 211

2

=41，l1=0，l2=0，l3=0

41125 0.81

tm=

l l1 l2 l3

nwf

=0.405min

（1）车Φ173的外圆面

1）背吃刀量的确定，由Φ201到Φ173，单边切削余量Z=14mm，分4次进刀，即ap1= ap2= ap3=4mm，ap4=2mm 2) f=0.81mm/r 3) Vc=109m/min

4)n实际转速参照工序1，n=125r/min 5）计算切削工时 L=10mm tm=

lnwf

i

10125 0.81

×4=0.1min

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（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/r

2）n实际转速取工序上步骤n=125r/min 3)计算切削工时： L=

173 160

2

=6.5

6.5125 0.22

tm=

lnwf

=0.236min

(3)

1)f=0.22mm/r

2)实际切削速度V=125r/min 3）L=

201 180

2

=10.5

×2=0.763min

4) tm=

lnwf

i

10.5125 0.22

（3）倒Φ145孔5×45°的倒角 工序5：钻孔钻孔Φ15×8。

分析零件的结构和精度要求，用摇臂钻床钻Φ15的孔且选择高速钢莫氏锥柄15×87×168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/r 2） 3）

主轴转速，由表5.62 ns=420r/min 计算切削工时:

L=51 l1=5， l2=3， l3=0mm

tm=

l l1 l2 l3

nwf

i

51 5 3 0420 0.35

×8=0.4min

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Ⅱ型模数m=3.5mm直径Φ71mm，可以采用一次走刀切至全深，工作时每转滚刀轴想进给量fa=0.8～1.0mm/r

按表2.19的计算公式确定齿轮滚刀的切削速度 V=

Cv

T

m

fam

yvxv

kr

试中Cv=364 yv=0.85 T=240min ，fa=0.83mm/r m=0.5

m=3.5 xv =-0.5 kv=0.8×0.8=0.64

V=

364

240

0.5

0.83

0.85

3.5

0.5

0.64＝33.47

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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2.20

P=

Cpcf

ypc

m

xpc

d

3

upc

Z

qpc、

V

10

kpc

式中Cpc=124 yp=0.9 xp=1.7 upc=-1.0 qp=0 f=0.83mm/r

c

c

c

m=3.5mm d=71 Z=80 V=36.78m/min kp=1.2

c

P=

124 0.83

0.9

3.5

1.7

71

3

-1.0

50 36.78

10

1.2=0.548kw

Y3150型滚齿机的主电动机功率PE=3kw表5.79因Pc＜PE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

Tj=cosβ

（

B

l1 l2）Zqnfa

式中B=18mm β=0° Z=80 q=1 n=2.75r/s fa=0.83mm/r

l1=h（d h）+(2～3)= Tj=

（18 24.3 3） 80

2.75 0.83

7.875（71 7.875）+(2～3)=24.3mm

=975s

工序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/min

1) 插齿刀的行程长度L L=b+Δ

式中b—被加工齿轮宽度

Δ—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3～4mm

2) 插齿刀的行程次数n

n=

1000V（2B △）

1000 20（211 7）

556

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3）进给切削时间 d=20 tm=

L △C

=

1820

=0.0018min

由于是做往复运动，没一个行程有一个停留时间，设为t留=0.0036min t总= （tm+ t留）n=（0.0018+0.0036）×556=3.0024min

四、 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Ⅱ型模数m=3.5mm直径Φ71mm，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，工件以φ145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 CFdMff011) 扭

M

c

yM

kF 420 0.006

1.0

1.0

0.8

1.0 2.52N

矩

CMd0

zM

f

yM

kM 0.206 0.006

2.0

1.0

0.8

1.0 7.416 10

6

N M

12) 由于扭矩很小，计算时可忽略。 13) 夹紧力为F

Ff

2

5.04N

14) 取系数 S1=1.5 S2=S3=S4=1.1

15) 则实际夹紧力为 F’=S1*S2*S3*S4*F=10.06N

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16) 使用快速螺旋定位机构快速人工夹紧，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，2000.10

3． 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，1991.2 5． 杜可可，机械制造技术基础课程设计指导，人们邮电出版社

2007.12

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