机械工程课程设计说明书
设计题目：锥齿轮机械加工工艺规程的编制及夹具设计
指导教师： 马苏常 设 计 者：李 统 孙玉生 王爱爱 系 别： 机械工程学院 班 级： 机自0721班 学 号： 11 21 22
天津职业技术师范大学 课 程 设 计 任 务 书
机械工程 学院 机自0721 班 学生：李统 王爱爱 孙玉生 课程设计题目：
锥齿轮零件的机械加工工艺规程的编制及夹具设计
一、课程设计工作日自 2010年6月 25 日至 2010年7 月9 日
二、同组学生 李统 王爱爱 孙玉生
三、课程设计任务要求（包括课题来源、类型、目的和意义、基本要求、完成时间、主要参考资料等）：
1、设计目的：
（1）能熟练运用机械制造工艺学中的基本理论以及在生产实习中学到的实践知识，正确解决零件加工中的定位、夹紧、工艺路线安排,工艺尺寸确定等问题,保证零件加工质量。 （2）提高结构设计能力。 （3）学会使用手册及图表资料。
2、设计要求：（生产纲领为大批量生产）
（1）零件图 一张
（2）毛坯图 一张 （3）编制工艺过程卡片和工序卡片
一套 （4）关键工序的专用夹具及夹具装配图
一至两张 （5）工艺和夹具三维装配文件（源文件、动画视频） 一套 （6）设计说明书
一份 （7）设计材料要求提交电子文档和实物资料。
3、主要参考资料：
见说明书中的参考文献。
指导教师签字： 教研室主任签字：
2
目录
一、零件的工艺分析 ....................................................1
二、工艺过程设计......................................................1
1、定位基准的选择 .................................................1
2、毛坯的制造形式 .................................................4
3、制定机械加工工艺路线： ..........................................3
三、加工工序设计......................................................4
1、确定切削用量 ...................................................4
2、确定加工工序 ...................................................6
四、夹具设计 .........................................................7
1、确定设计方案 ...................................................8
2、计算夹紧力 .....................................................9
3、定位精度分析 ...................................................9
五、小结………………………………………………………………………………………… 9
六、参考文献…………………………………………………………………………………… 9
附录1：零件图 附录2：毛坯图
附录3：机械加工工艺过程卡片 附录4：机械加工工序卡片 附录3：夹具装配图
附录4：夹具中主要零件的零件图
一、零件的工艺分析
由零件图分析可知，该零件为双联齿轮，且一端为斜齿圆柱齿轮，另一端为直齿锥齿轮，且形位公差要求较高，加工较为复杂。其材料为40Cr，该材料调质处理后具有良好的综合力学性能和切削性能，适用于承受较大冲击和要求耐磨零件。
零件的主要技术分析如下：
1）斜齿轮端面对A的跳动公差不超过0.02mm，内孔对B的跳动公差不超过0.02mm，斜齿轮端面对B的跳动公差不超过0.02mm，齿面对AB跳动公差要求不超过0.031mm。主要是保证端面平整光滑，齿形准确从而保证配合精度。
2）由于零件是双联齿轮，轴向距离较小，应选择合理的加工工艺。 3）为了保证齿轮精度，必须严格控制好定位。
4）要保证锥齿轮加工精度，在夹具设计中保证定位孔精度。
二、工艺过程设计
1、定位基准的选择 （1)、粗基面的选择
基面选择是工艺规程设计中的重要设计之一，基面的选择正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得到提高。否则，会造成零件报废，使生产无法进行。
(2)、精基面的选择
精基准的选择主要考虑基准重合的问题。选择加工表面的设计基准为定位基准，称为基准重合的原则。采用基准重合原则可以避免由定位基准与设计基准不重合引起的基准不重合误差，零件的尺寸精度和位置精度能可靠的得以保证。
2、毛坯的制造形式 （1）、毛坯的选择
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
4 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。从材料和结构两方面考虑，由于零件结构简单，尺寸较小，且有阶梯轴，力学性能要求较高，精度要求较高，且要进行中批量生产，所以选用胎模锻件。其加工余量小、表面质量好、机械强度高、生产效率高。零件材料选用40Cr，毛坯尺寸精度要求为IT11~12级。
(2)、确定机械加工余量、毛坯尺寸和公差
1）求最大轮廓尺寸
根据零件图计算轮廓的尺寸，最大直径Ф170mm，最小直径Ф114mm，总长为188mm。
2）选择铸件公差等级
查手册胎模锻方法按零件造型，锻造材料按40Cr，得锻造公差等级为11~12级。
3）求锻件尺寸公差
根据零件尺寸，查锻件国家标准，得尺寸公差均为±4。
4）求机械加工余量等级 (3)、确定机械加工余量
根据锻件质量、零件表面粗糙度、形状复杂程度，取锻件加工表面的单边余量为5~6mm。
(4)、确定毛坯尺寸
上面查得的加工余量适用于机械加工表面粗糙度Ra≥1.6 。Ra﹤1.6 的表面，余量要适当加大。
结合零件结构形状及材料分析零件，且为批量生产，为简化零件结构，考虑锻造工艺性，对于加工表面Ra≧1.6 ，这些表面的毛坯尺寸只需将零件的尺寸加上所查的余量即可，对于Ra﹤1.6的表面，依据结构加工适当放量。从而绘制零件毛坯图。
3、制定机械加工工艺路线：
为保证达到零件几何形状、尺寸精度、位置精度及各项技术要求，必须制定合理的工艺路线。
5 由于生产纲领为批量生产，所以采用通用机床，配以专用的工、夹、量具，并考虑工序集中，以提高生产率和减少机床数量，使生产成本下降。
根据零件形状和尺寸精度要求，现拟定两条工艺路线如下： 工艺路线一：
工序一：锻造
工序二：粗车各内外圆及各端面 工序三：调质
工序四：精车各内外圆及各端面 工序五：铣锥齿 工序六：插斜齿 工序七：去毛刺
工序八：检查
工序九：入库 工艺路线二：
工序一：锻造
工序二：粗车各内外圆及各端面 工序三：调质
工序四：精车各内外圆及各端面 工序五：铣锥齿 工序六：滚斜齿 工序七：去毛刺 工序八：检查 工序九：入库 工艺路线比较：
上述两个工艺路线，除第六道工序不同外，其余工序均相同。第六道工序都是为了加工斜齿， 第一条工艺路线采用的是插齿，有足够的让刀空间，可以保证切削加工顺利进行下去。第二条工艺路线采用的是滚齿，由于本零件带有台肩，不利于滚齿，容易造成干涉。因此，我们选择第一条工艺路线。
三、加工工序设计
1、确定切削用量
(1)加工设备及刀具、量具的选择
由于生产类型为中批量，故加工设备以通用机床为主，辅以少量专用机床，其生产方式以通用机床专用夹具为主，辅以少量专用机床的流水生产线，工件在各机床上的装卸及各机床间的传送均由人工完成。
1)、选择机床，根据不同的工序选择机床：
由于本零件加工精度不高，普通机床就可以达到加工要求。因此我们选用最常用的机床：车床用CA6140，铣床用X6025，插床B5032A。下面是这两台机床的具体资料：
① 车床用CA6140 本系列车床适用于车削内外圆柱面，锥面及其它旋转面。车削各种公制、英制、模数和径节螺纹，并能进行钻孔和拉油槽等工作。
CA6140 结构特点：
1>.CA系列产品，以“A”型为基型，派生出几种变形产品。B型：主轴孔径80mm，C型：主轴孔径104mm。F型：液压仿形。M型：精密型。
2>.床身宽于一般车床，具有较高的刚度，导轨面经中频淬火，经久耐磨。 3>.机床操作灵便集中，滑板设有快移机构。采用单手柄形象化操作，宜人性好。
4>.机床结构刚度与传动刚度均高于一般车床，功率利用率高，适于强力高速切削。主轴孔径大，可选用附件齐全。
② 铣床用X6025 产品说明：型号X6025，工作台台面尺寸为250x1100mm，主轴轴线距工作台面距离为10~430mm，主轴转速32~1600r/min。
③ 插床用B5032A
产品说明：型号B5032A，最大插削长度320mm，加工最大高度500mm，最大直径为Φ630mm。
2)、选择刀具：
7 选用硬质合金铣刀，硬质合金钻头，车刀选用高速钢车刀，这种车刀工艺性好，具有较高的强度、硬度、韧性和耐磨性，可用于制造成各种刃形复杂的刀。具体见工序卡。
(2)、切削用量的选择
切削速度、进给量和切削深度三者称为切削用量。它们是影响工件加工质量和生产效率的重要因素。
为了保证加工质量和提高生产率，零件加工应分阶段，中等精度的零件，一般按粗车一精车的方案进行。
粗车的目的是尽快地从毛坯上切去大部分的加工余量，使工件接近要求的形状和尺寸。粗车以提高生产率为主，在生产中加大切削深度，对提高生产率最有利，其次适当加大进给量，而采用中等或中等偏低的切削速度。使用高速钢车刀进行粗车的切削用量如下：切削深度ap=0.8～1.5mm，进给量f=0.2～0.3mm/r，切削速度v取30～50m/min(切钢)。
粗车铸、锻件毛坯时，因工件表面有硬皮，为保护刀尖，应先车端面或倒角，第一次切深应大于硬皮厚度。若工件夹持的长度较短或表面凸不平，切削用量则不宜过大。
粗车应留有0.5～1mm作为精车余量。粗车后的精度为IT14-IT11表面粗糙度Ra值一般为12.5～6.3μm。
精车的目的是保证零件尺寸精度和表面粗糙度的要求，生产率应在此前提下尽可能提高。一般精车的精度为IT8～IT7，表面粗糙度值Ra=3.2～0.8μm所以精车是以提高工件的加工质量为主。切削用量应选用较小的切削深度ap=0.1～0.3mm和较小的进给量f=0.05～0.2mm/r，切削速度可取大些。
精车的另一个突出的问题是保证加工表面的粗糙度的要求。减上表面粗糙度Ra值的主要措施有如下几点。
1）合理选用切削用量。选用较小的切削深度ap和进给量f可减小残留面积，使Ra值减小。
2）适当减小副偏角Kr′或刀尖磨有小圆弧，以减小残留面积，使Ra值减小。 3）适当加大前角γ0，将刀刃磨得更为锋利。
4）用油后加机油打磨车刀的前、后刀面，使其Ra值达到0.2～0.1μm可有效 8 减小工件表面的Ra值。
5）合理使用切削液，也有助于减小加工表面粗糙度Ra值。低速精车使用乳化液或机油。
2、确定加工工序 （1）锻造
（2）粗车右端面，外圆Φ158车至Φ164，锥齿台肩厚度车至65，外圆Φ80车至Φ86，内孔车至Φ54，总长车至204，外圆Φ104车至Φ110，台肩厚度25车至28 （3）调质
（4）均匀余量，精车右端面，车准各内孔及退刀槽，倒角，车准各锥面，车准总长及台肩厚度，车准各外圆 （5）装夹齿坯，铣准锥齿 （6）插斜齿 （7）钳工去毛刺 （8）检查 （9）入库
四、夹具设计
1、确定设计方案
需要设计的夹具是用于工序5的齿坯定位，以便准确的加工齿形，加工保证锥齿精度和粗糙度。
分析加工要求必须限制的自由度，确定结构方案和选择定位元件，为保证内
孔与齿面的位置关系，准确加工锥齿，必须限制工件5个自由度，即X、Y、Y、
ZZ、。
从工件设计分析，25左端面为设计基准面；从使用方面分析，内孔Φ72H
7、Φ60H7为配合表面，其轴线又是形位公差基准。因此，可以确定齿形加工的径向
9 定位基准应该是Φ72H7和Φ60H7内孔，轴向定位基准是台肩25左端面。
2、计算夹紧力
夹紧力的大小对工件装夹的可靠性，工件和夹具的变形，夹紧装置的复杂程度等都有很大影响。计算夹紧力是通常将夹具和工件看成一个刚性系统以简化计算，然后根据工件受切削力、夹紧力处于静力平衡条件时，计算出理论夹紧力再乘以安全系数作为实际所需的夹紧力。
夹紧力的计算：
夹紧力有M16的螺母与螺栓配合来提供
FJ2FL
2D3d3d2tan()f23Dd2铣削力P计算公式：
P328t0.8SZ0.8D1.1B1.1n0.1Z
P328200.80.10.81101.141.18000.124480.256kg
F=9.8X480.256=4802N 代入夹紧力公式可得：夹紧力FJ=20475.5N 经查表满足设计要求。
3、定位精度分析
锥齿在一次装夹中加工完成，他们之间的定位精度由心轴来保证。心轴定位圆柱面及定位端面，共限制五个自由度，与FW160分度头卡盘配合，共限制六个自由度，属于完全定位。从而保证齿数齿形精度。
由设计手册中查出 内孔与夹具体之间的配合为
H7 g6此外，夹具上还应标注以下技术要求 内孔轴线与定位面的垂直度0.02mm；
10 定位面的平行度0.02mm，
五、小结
通过二个星期和小组人员的协作努力，我们综合运用已学过的机械夹具设计知识，完成了本次的设计任务。因经验有限，可能会存在很多的缺点和不足，我们将会在以后的学习中更加完善自己。
通过此次设计，我们熟悉了夹具设计手册，提高了我们的绘图能力，并且我们学会了编写设计说明书。主要培养了我们独立解决工程实际问题的能力。本次设计将为我们今后的学习和工作提供很大的帮助。
六、参考资料：
薛元顺.机床夹具设计.北京：机械工业出版社，2000 杨立明.机床夹具设计手册.北京：国防工业出版社.1996 崇凯 ．机械制造技术基础课程设计指南.化学工业出版社，2006 倪森寿．机械制造工艺与装备习题集和课程设计指导书．北京：化学工业出版社，2003 张龙勋．机械制造工艺学课程设计指导书及习题．北京：机械工业出版社，1999 赵家齐．机械制造工艺学课程设计指导书．北京：机械工业出版社，1986 李益民．机械制造工艺设计简明手册．北京：机械工业出版社，1994.7，1998重印．
