CK6140型数控车床齿轮加工工艺毕业论文.doc

西 京 学 院毕 业 设 计 （论 文）成绩 题 目: _CK6140型数控车床齿轮加工工艺 及夹具设计 姓 名: 系（院）: 机 电 工 程 系 _ 专 业: 数 控 技 术_ 班 级: 数 控1002 班_ 学 号: 1004012053 指导老师: 日 期: 2013年5月 摘 要 齿轮是能互相啮合的有齿的机械零件，在传动中的应用很早就出现了。齿轮的作用是能将一根轴的转动传递给另一根轴，也可以实现减速、增速、变向和换向等动作。齿轮一般分为圆柱齿轮、圆锥齿轮、蜗轮和蜗杆和其他特殊齿轮等。其主要优点是：传动效率高，工作可靠，寿命长，传动比准确，结构紧凑。本文对CK6140型数控车床齿轮进行了研究，完成了齿轮加工工艺的编制、定位元件的选择、夹紧装置的设计等。关键字：数控车床；齿轮；加工工艺；夹具设计目录第1章 绪论11.1 齿轮设计参数11.2 齿轮技术要求2第2章 齿轮加工工艺性分析32.1 齿轮结构工艺性分析32.1.1 结构性分析32.1.2 技术要求分析32.2 毛坯确定32.2.1 毛坯类型确定32.2.2毛坯结构、尺寸和精度确定32.3 工艺路线42.3.1 主要表面加工方案确定42.3.2 加工阶段划分42.3.3 加工顺序确定42.3.4 工序尺寸计算72.3.5 设备、工艺装备确定72.3.6 工时定额的确定9第3章 夹具设计103.1 第15道工序夹具设计103.1.1 工序尺寸精度分析103.1.2 定位方案确定103.1.3 定位元件确定103.1.4 定位误差分析计算103.1.5 夹紧方案及元件确定113.1.6 夹具总装草图113.2 第45道工序刀具设计123.2.1 已知条件123.2.2 设计过程123.3 刀具设计图14第4章 量具设计154.1 工序尺寸精度分析154.2 量具类型确定154.4 极限量具结构设计16第五章 双联齿轮工艺设计1751 工艺分析175.2 工艺实施215.2.1 夹具设计215.2.2 检验方法与检具22毕业设计体会25致 谢26参考文献27第1章 绪论齿轮传动是机械传动中最主要，应用最广泛的一种传动。其主要优点是：传动效率高，工作可靠，寿命长，传动比准确，结构紧凑。本文对CK6140型数控车床齿轮进行了研究，完成了齿轮加工工艺的编制、定位元件的选择、夹紧装置的设计等。1.1 齿轮设计参数 CK6140型数控车床齿轮如图1.1所示。其设计参数如表1.1所示。图1.1 齿轮表1.1 齿轮设计参数模数m2.5齿数z48齿形角20°齿顶高系数ha1公法线长度及公差w跨齿数k6精度等级7-8FH JB179-83齿轮副中心距及其极限偏差a±fa90±0.027配对齿轮图号170F-05001齿数24公差组检验项目代号公差（或极限偏差）值齿圈径向跳动公差Fv0.05公法线长度变动公差Fw0.028齿形公差ff0.014周节极限偏差fpt±0.020齿向公差F0.0181.2 齿轮技术要求CK6140型数控车床齿轮加工的技术要求如下所示。（1）齿轮需正火处理，其硬度HB160-220；（2）齿轮表面应光洁，不允许有裂缝、锐边、毛刺，齿的表面不允许有锈蚀、凹坑和碰伤的缺陷；（3） 齿轮应打正时记号“0”，记号所在的齿中心线与键槽中心线的偏差不大于±3.0；（4） 去毛刺、锐边为0.2。第2章 齿轮加工工艺性分析2.1 齿轮结构工艺性分析2.1.1 结构性分析 如图1.1所示，齿轮为套筒类零件，结构简单，刚性很好。主要表面为内孔30.5和40表面及齿形，工艺性较好。2.1.2 技术要求分析 内孔：30.5，Ra 1.6 表面粗糙度是Ra1.6上述表面的加工难度不大，工艺性良好。2.2 毛坯确定2.2.1 毛坯类型确定零件结构简单，工作载荷不大，且为中批生产，查表取锻件。2.2.2毛坯结构、尺寸和精度确定 简化零件结构细节，由于零件为中批生产，故毛坯精度取普通级，CT9级。由表查得工件顶、侧面余量为2m。根据这些数据，绘出毛坯零件合图。如图2.1所示：图2.1 2.3 工艺路线2.3.1 主要表面加工方案确定（1）40 Ra1.6 粗车（IT11，Ra12.5）半精车（IT9，Ra6.3）精车（IT7，Ra1.6）（2）30.5孔 Ra1.6 粗车（IT11，Ra12.5）半精车（IT9，Ra6.3）精车（IT7，Ra1.6）2.3.2 加工阶段划分零件精度要求不是很高， 因此可划分为粗加工，半精加工和精加工阶段。粗车为粗加工阶段，半精车精加工阶段，精车磨、工阶段。其他非重要表面的加工穿插到各阶段之间进行。 2.3.3 加工顺序确定表2.1 工艺流程图1锻造3热处理正火5C61409粗车CA614011粗车C614013粗车C614015粗车C613217半精车C613019半精车C613021拉花键L611023铣齿X62w25铣槽X52327热处理调质29精车C613031磨M52033校正校正基准35检验37入库2.3.4 工序尺寸计算表2.2 工序尺寸工艺路线工序公差工序余量基本尺寸工序尺寸锻造14444粗车0.1324242半精车0.06214141精车0.020.840.240.2磨0.020.24040 2.3.5 设备、工艺装备确定(1) 根据中批生产的生产类型和工艺特性，设备主要采用普通设备，而工艺装备主要采用手动专用装备。(2) 切削用量确定切削用量按照首先ap,再f，最后v 的顺序确定。确定ap时，对于普通切削加工，各工序的余量尽量一个行程切除。如果余量太大，也可分为两个行程切除，第一次切去2/3，第二次切去剩下的1/3。确定f时，应该算是否能够保证表面粗糙度要求。然后查表确定刀具的耐用度。最后利用公式求得v的大小。以下以钻20孔为例，说明确定切削用量的方法和步骤： 刀具有关数据：刀具6键槽铣刀 采用国标车刀耐用度取60min 背吃刀量确定：已知：孔6进行钻削，最大余量约为6mm令ap=8mm 进给量确定考虑到表面粗糙度要求为Ra=12.5，因HT200的硬度HBS170241,在因为钻孔后进行精确加工。计算的进给量f=0.18mm 切削速度计算： 因为,查表 =8.1 xv =0 yv =0.55 m=0.125 Zv=0.25所以 v=3.78m/min 机床主轴转速n=76r/min然后选用机床具有的与计算转速接近的额定的转速作为实际转速 机床主电机的功率核算 粗加工阶段要切除的余量大，加工时需要较大的切削功率，所以，还要对机床的功率进行核算。轴向力计算 查表得 计算的F=1704N 扭矩计算： 计算的M=44N.m 已知：Z525机床主电机功率2.2kw，可以肯定，完全可以满足加工要求。 刀杆强度校核： 可承受切削力弹性摸量： 惯性矩：刀杆伸出长度：=2d=32mm;允许挠度=0.1故因为故所确定的切削用量合里2.3.6 工时定额的确定 各辅助工作所消耗的时间查表求得并列与图中 故T辅助=3+3+2+2+1+3+3=17（s）注：由于采用调整法加工 并非每个工件都要进行检测，故测量时间归为布置时间由图中可以看出，切入过程有1次，切出过程有1次，切入切出均取为3mm，则总长度为 6mm。轴向切削长度90mm 则基本时间T基本=（6+90）/0.5*60/76=160s故作业时间T作业=T基本+T辅助=160+17=177s可布置工作地时间T布置=T作业*0.05=177*0.05=9s取休息及生理需要时间T休息=T作业*0.02=177*0.02=3.5s取工作准备，终结时间T准，终=2*3600=7200s故单件时间定额T单件=T作业+T布置+T休息+T准，终=177+9+3.5+7200/4000=192（s）第3章 夹具设计3.1 第15道工序夹具设计3.1.1 工序尺寸精度分析由工序图可知此工序的加工精度要求不高，体加工要具求如下：铣12宽键槽，为自由公差，无其他技术要求，该工件在立式钻床上加工，零件属中批量生产。3.1.2 定位方案确定（1）理论限制自由度分析分析加工要求必须限制的自由度，为保孔的正确位置，该工件必须限制工件五个自由度，即X移动、z移动 y移动、y转动、Z转动。（2）定位基准选择选40面及小端面为定位基准。3.1.3 定位元件确定选择定位元件：由于本工序的定位面是端面和40外圆定位,所以定位采用定位销和v型块定位，而夹紧元件采用压板夹紧。3.1.4 定位误差分析计算 定位误差（dw）的计算：由于定位基准与工序基准重合jb =0.5 x0.33=0.165 db=0 jb和db相关 dw=jb+db =0.165=0.089 1/3 T=1/3x0.5=0.167 dw1/3 T 满足要求。3.1.5 夹紧方案及元件确定工件在加工时所受的力有加紧力F、切削力F´和工件重力G，三者方向一致，钻削力有利于夹紧，故所需夹紧力很小，可以满足3.1.6 夹具总装草图图3.1 夹具3.2 第45道工序刀具设计3.2.1 已知条件工件材料 45钢 185220HBS b=0.735GPa ，胚孔为镗孔 使用设备：L6110型卧式拉床拉孔前Dw=30 0.2-0 拉孔后 Dm =30.5+0.027 长Lo=45-0.103.2.2 设计过程(1) 直径方向切削余量 A=Dmax-dwmin =1.047 (2) 齿升量af af1=0.03 af2=0.025 0.02 0.015 af3=0.01 af4=0(3) 齿数 Z Z2=3 Z3=4 Z4=6 Z1=A-(A2+A3)/2*af1=14.12 取Z1=14 余下的切除余量为： 2A=0.007 则过渡齿Z2=3 2Af=0.05 0.04 0.03 (4) 直径Dx 粗切齿:Dz1=dwmin=34 余量: A1=0.84 由Dz2-Dz15齿切除，则每齿直径应为： Dz2-Dz15=Dz1-Dz15=2afx 过渡齿:Dz16-Dz18= 29.87 29.91 29.94 精切齿:Dz19-Dz24=29.96 29.98 30.00 30.02 30.027 校准齿：Dz24-Dz29=35.027(5) 几何参数：o=15° o=1.5°-2.5° bo1=0.1-0.3(6) 齿距：P=(1.21.5)*6.7=8.0410.05 选P=9(7) 检验：同时工作的齿数 Ze= L/P+1=6>3 Ze>3(8) 容屑槽深度 ：h=3.22 (9) 容屑槽形式和尺寸：形式：圆弧齿背形 粗切齿：P=9 g=3 h=3.5 r=1.8 R=5 精切齿：P=7 g=2.5 h=2.5 r=1.3 R=4(10) 分屑槽尺寸：弧形槽 n=10 R=25 槽宽 b=dowinsin90°-(0.3-0.7) mm =4.8mm 切削厚度 HD=2dominsin(90°/nk)-a=5.84(11) 检验：检验切削力： Fc<Fq Fc=Fc*Bd*Ze*k =191*3.1416*35/2*5*1 =52.5kN Fq=100*0.75=75KN 比较可知 Fc<Fq 检验拉刀强度=Fc/Amin Amin=531 =52504/531=98.9Mpa<350Mpa <(12) 前柄：D1=32 -0.064-0.025 D2=24-0.2100 L1=25 (13) 过渡槽与颈部：过渡锥 L3=15 颈部 D2=32 L2=90 (14) 前导部与后导部：前导部 D4=dmin=34-0.020 L4=45 后导部 D6=35 0+0.027 L7=30(15) 长度：L=前柄+过渡锥+颈部+前导部+刀齿部+后导部 = 45+30+ 25+15+90+（9*18+11*7） =444445 (16) 中心孔：两端采用B型带护锥中心孔 d=2 d1=6.3 t1=2.54 t= 2(17) 材料与热处理硬度：W6Mo5CrV2 刀齿与后导部HRC63-66 前导部HRC60-66 柄部HRC40-52 (19) 技术条件:拉刀各项技术条件参考国标确定3.3 刀具设计图图3.2 刀具第4章 量具设计4.1 工序尺寸精度分析轴径尺寸40mm精度h7级4.2 量具类型确定40h7轴用环规卡规。40h7的上偏差es=0 下偏差ei=-0.016mm表61查得IT6，尺寸为35mm 的量规公差T=0.0024mm位置要素Z=0.0028mm(1) 形状位置公差=T/2=0.0012mm。通规上偏差=es-Z+T/2=(0-0.0028+0.0012)mm=-0.0016mm下偏差=es-Z-T/2=(0-0.0028-0.0012)mm=-0.004mm磨损极限=es=0止规上偏差=ei+T=(-0.0016+0.0024)=-0.0136mm下偏差=ei=-0.016mm(2) 校对量规的极限偏差。校对量规公差Tp=T/2=0.0024/2=0.0012mm校对量规形状公差=Tp=0.0012mm1) 轴用通规用的校对量规“TT”上偏差=es-Z-T/2 +Tp=(0-0.0028-0.0012+0.0012)mm=-0.0028mm下偏差=es-Z-T/2=(0-0.0028-0.0012)mm=-0.004mm2) 轴用止规的校对量规“ZT”上偏差=ei+Tp=(-0.016+0.0012)mm=0.0148mm下偏差=ei=-0.016mm3) 校对轴用通规是副否磨损用的校对量规“ST”上偏差=es=0下偏差=es-Tp=0-0.0012=-0.0012mm 各种量规尺寸公差带见图4.1所示。 图4.1 量规尺寸公差带4.3 极限量具结构设计图4.2 极限量具第五章 双联齿轮工艺设计常见圆柱齿轮加工，随着齿轮结构形状、精度等级、生产批量、条件的不同可以采取不同的工艺方法。如图所示10-2为双联齿轮，材料为40Cr、齿部要求高频感应淬火，硬度达到52HRC，精度等级均为7级，大小齿轮模数均为2，小齿轮齿数为28，大齿轮齿数为42，中小批生产。图5.1 双联齿轮51 工艺分析1）加工方案的确定齿轮加工方案的选择，主要取决于齿轮的精度等级、生产批量和热处理方法等。齿轮加工过程主要由以下几部分组成：毛坯加工、热处理、齿坯加工、齿形加工、齿形粗加工、齿端加工、齿面热处理、修正精基准及齿形精加工等。2）确定装夹方案齿轮的装夹方式直接影响加工精度，对于轴类齿轮的齿形加工一般选择顶尖孔定位，盘套类齿轮的齿形加工常采用内孔定位与端面和外圆与端面定位加工。对于此双联齿轮的齿坯加工采用锻造，然后正火，齿形粗、精加工均采用心轴和端面定位。3）确定加工工艺（填写工艺卡）表5.1 双联齿轮加工工艺过程序号工序内容定位基准1毛坯锻造2正火3粗车外圆及端面，留余量1.52mm，钻镗花键底孔至尺寸Ø30H12外圆及端面4拉花键孔Ø30H12Ø30H12孔及A面5钳工去毛刺6上心轴，精车外圆、端面及槽至尺寸要求花键孔及A面7检验8滚齿（Z=42），留剃余量0.070.10mm花键孔及A面9插齿（Z=28），留剃余量0.040.06mm花键孔及A面10倒角（、齿圈12°）花键孔及端面11钳工去毛刺12剃齿（Z=42），公法线长度至尺寸上限花键孔及A面13剃齿（Z=28）公法线长度至尺寸上限花键孔及A面14齿部高频感应淬火G5215推孔花键孔及A面16珩齿（、）至尺寸要求花键孔及A面17检验入库表5.2 双联齿轮加工工艺简图序号工种工序内容加工简图设备1铸毛坯铸造2热处理正火3粗车三爪自定心卡盘夹小端，粗车大端面及外圆至尺寸92CA6140调头夹大端，粗车小端面保证总长37mm钻镗花键底孔至尺寸Ø30H124拉拉花键孔Ø30H12拉床5钳去毛刺6精车用心轴定位，精车外圆、端面及槽至尺寸要求CA61407检验8滚齿滚齿（Z=42），留剃余量0.070.10mmY31509插齿插齿（Z=28），留剃余量0.040.06mmY513210倒角倒角（、齿圈12°）11钳工钳工去毛刺12剃齿剃齿（Z=42），公法线长度至尺寸上限剃齿（Z=28）公法线长度至尺寸上限剃齿机13热处理齿部高频感应淬火G5214拉推孔15珩齿珩齿（、）至尺寸要求珩齿机16检验检验入库4）刀具及切削参数的确定在齿轮加工中需用到YT30外圆车刀、拉刀、滚刀、插齿刀、剃齿刀等刀具，加工中的切削参数（切削速度、进给量等）可根据所选用的机床型号进行灵活调整。5.2 工艺实施5.2.1 夹具设计(1) 确定定位方案如图所示的双联齿轮，滚齿时从基准重合原则和定位的稳定性出发，选择齿轮花键孔为主要定位基准。为了保证齿轮的齿圈与内孔同轴，装夹方便，采用花键心轴定位，为了保证切出的轮齿与大齿轮端面垂直，需将大齿轮端面靠在垫圈上。采用完全定位定位点分布图如图10-3所示。 图5.2 双联齿轮(2) 确定定位元件对于此双联齿轮的定位采用花键心轴定位，根据零件图纸齿轮花键的大径精度比小径高，因此，花键心轴的花键部分主要保证大径的精度，精度为5或6级，花键在工作时实际上相当于一个圆柱心轴。花键心轴采用合金结构钢20Cr，经热处理渗碳淬硬至50-55HRC。花键心轴的主要技术要求是同轴度和垂直度等。如图10-4花键心轴结构图 花图5.3 键心轴结构图（3）确定加紧方案滚齿时各支承面上受力良好。采用螺母夹具，夹紧力方向指向垫圈。该夹紧机构操作方便，通用性好，夹紧可靠。如图5.4所示。 图5.4 滚齿夹具装配示意图5.2.2 检验方法与检具齿轮检验一般可分为中间检验和最终检验。中间检验主要是根据各工序的工艺要求来进行，如齿坯加工后应注意检查基准孔的尺寸精度和端面圆跳动；滚插齿后检查留剃量(或留磨量)和齿圈径向圆跳动以及检查公法线长度变动量；剃齿后检查公法线长度及其变动量，抽查齿形和齿向精度；基准孔修正后检查孔径和端面圆跳动等。根据齿轮的工艺检验要求，常用的检具有齿轮综合检查仪，利用双面啮合法或单面啮合法，测量齿轮精度的长度测量工具。齿轮综合检查仪分为双面啮合检查仪和单面啮合检查仪两种。 齿轮双面啮合检查仪如图10-6示意图所示简称双啮仪,，实物如图10-7所示，用于测量径向综合误差和齿轮副中心距变动等。测量齿轮在弹簧力的作用下与被测齿轮作双面啮合传动，后者的齿圈径向跳动、齿形误差等单项误差综合地反映为平行于导轨的径向变动量。量值由百分表指示，或由记录器记录出误差曲线图。被测齿轮一转和转过一齿内的最大变动量分别为径向综合误差和径向一齿综合误差；一对被测齿轮配对测量所得最大变动量即齿轮副中心距变动。双啮仪结构简单，测量效率高,广泛应用在大量生产中检验7级以下精度的齿轮。 图5.5 齿轮双面啮合综合测量 图5.6 齿轮双面啮合综合测量仪图 齿轮单面啮合检查仪简称单啮仪,用于测量切向综合误差等。单啮仪可分为光栅式、磁栅式和惯性式几种。齿轮侧隙合理性的检测齿厚偏差可用齿厚油标卡尺测量，如图10-8所示 图5.7 数显齿厚油标卡尺公法线平均长度偏差和公法线长度变动可用公法线千分尺或公法线千分表卡规来进行检查。此外，还有齿轮渐开线检测仪、齿轮螺旋线检查仪等检具。齿轮最终检验项目，可根据齿轮的用途、工作要求、生产条件、精度等级、加工方法和实际检测条件，按照国家标准对各公差组规定的检验组，检验齿轮误差。毕业设计体会毕业设计是对我们这些年来在学校所学知识的总结。通过毕业设计可以体现出我们在校期间的学习程度。从而对我们所学专业知识做出有力判断。从我们拿到零件图纸的第一天开始，我们的老师就详细给我们讲了设计的步骤，还安排了辅导时间。为我们圆满的完成任务奠定了良好的基础。我们以前所接触的只是课本上的知识，对机械加工工艺只有侧面的了解。但是同过这次设计，我们才全方位的懂得了什么是机械设计，从而更加了解了我们的专业。刚开始设计的时候，总觉的难度很大，不知道从什么地方下手，对一些设计的步骤根本不知道怎么安排，怎么设计。张毅老师给我们详细讲解了机械设计应注意的条件，让我们先从分析零件图开始，然后在得出零件技术要求，在根据零件的技术要求画出毛坯和零件合图。在设计期间，我们第一次接触了机械加工工艺的设计，对我有了很大提高。遇到不懂的问题时，指导老师们都能细心的帮助我。同学之间虽然每个人的设计课题不一样，但我们之间还是会经常讨论，互相帮助，不紧学会了知识，而且还锻炼了我们的团队精神。在这次设计中，要感谢我们的指导老师张毅先生和导员李振华老师的鞭挞，他们在设计期间为我们的解决了很多难题。相信我们通过这次设计，一定会在以后的工作岗位中更好的发挥。致 谢经过一个多月的忙碌和工作，本次毕业设计已经顺利完成，作为一个专科生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有老师的督促指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。 本文是在张导师的悉心指导下完成的。承蒙张毅老师的亲切关怀和精心指导，虽然有繁忙的工作，但仍抽出时间给予我学术上的指导和帮助，特别是给我提供了良好的实验环境，使我从中受益非浅。张导师对学生认真负责的态度、严谨的科学研究方法、敏锐的学术洞察力、勤勉的工作作风以及勇于创新、勇于开拓的精神是我永远学习的榜样。在此，谨向张毅老师致以深深的敬意和由衷的感谢。 其次，还要感谢大学三年来所有指导过,教育过我的老师们，正是你们不倦的教诲,使我打下了扎实的专业基础；同时还要感谢所有的同学们，正是因为有了你们的支持和鼓励，此次毕业设计才会顺利完成。 最后感谢西京学院三年来对我的大力栽培。 在这里，我仅用一句话来表明我无法言语的心情：感谢你们！ 由于本人学识能力有限,定有许多不足之处,恳请各位老师多多指正.同时,感谢你们为我付出的心血。参考文献1 濮良贵，纪名刚.机械设计（第八版）M.北京：高等教育出版社，2005. 2 孙桓，陈作模，葛文杰.机械原理（第七版）M.北京：高等教育出版社，2005.3 梅顺齐，何雪明.现代设计方法M.武汉：华中科技大学出版社，2009.4 罗洪田.机械原理课程设计指导书.北京：高等教育出版社，1985.5 何铭新，钱可强.机械制图M.北京：高等教育出版社，1995.6 徐自立，周小平，杨雄.工程材料M.北京：高等教育出版社，2003.7 刘鸿文.材料力学M.北京：高等教育出版社，2004.8 江耕华，胡来瑢，陈启松.机械传动设计手册M.北京：煤炭工业出版社，1983.9 孙丽媛.机械制造工艺及专用夹具M.北京：冶金工业出版社，2002. 10 于俊一.典型零件制造工艺M.北京：机械工业出版社，1989.11 张富洲.机械设计课程设计M.西安：西北工业大学，1994.12 梁正强.机械零件设计计算实例M.北京：中国铁道出版社，1989.13 皱青.机械制造技术基础课程设计指导教程M.北京：机械工业出版社，2004.14 成大先.机械设计手册M.北京：化学工业出版社，2004.15 周开勤.机械零件手册M.北京：高等教育出版社，1994. 毕业设计（论文）成绩审批表指导教师评语及成绩： 指导教师签字： 年 月 日毕业设计小组评语： 教研室主任签字： 年 月 日系（院）意见： （加盖公章）负责人签字： 年 月 日