机械制造课程设计《机械制造工艺学》课程设计.docx
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机械制造课程设计《机械制造工艺学》课程设计
机械设计制造及其自动化专业
《机械制造工艺学》课程设计说明书
班级∶
姓名\
学号∶201104601
导老师∶
2014年6月30日
1绪论
机械制造工艺学课程设计是对我们完成本课程学习内容后进行的总体的系统的复习，融会贯通本科所学的知识，将理论与实践相结合。
在毕业前进行的一次模拟训练，为我们将来的毕业设计做好基础，为我们即将走向自己的工作岗位打下良好的基础。
机械制造工艺规程是指导生产的重要的技术性文件，它直接关系到产品的质量、生产率及其加工产品的经济效益，因此工艺规程的编制的好坏是生产该产品的质量的重要保证的重要依据。
在编制工艺时须保证其合理性、科学性、完善性。
夹具设计是为了保证产品的质量的同时提高生产的效率、改善工人的劳动强度、降低生产成本，因此在大批量生产中，常采用专用夹具。
这次课程设计，难免会有许多的问题，恳请指导教师给予帮助，希望通过这次设计能锻炼自己的分析问题、解决问题的能力，为以后参加工作打下良好的基础。
2.零件分析
1、零件的作用
传动齿轮,，它是齿轮的一个主要一种，其功用是传递运动和运动方向，以适应传动机构运动的需要。
题目所给的零件是传动齿轮，齿轮机构用于传递原动机与工作机之间的运动和动力。
它可以实现不同的匀速运动或按预定规律变化的运动，也可以改变运动的形式，如将转动转化为移动或相反。
齿轮传动是机械中应用最为广泛的一种传动装置。
这是因为它具备一系列显著的优点：
（1）可以实现精确的匀速和变速运动，某些精密的减速装置，其运动误差可控制在1角分以内。
（2）既可用于高速和重载的传动，又可用于精密和微小的机械与仪表中，目前已有圆周速度200m/s和传动功率500OOKW的齿轮装置，而在微机械中，近年已制造出直径为数十微米的齿轮。
齿轮机构的优点有：
1）齿轮机构传动比恒定，寿命长，工作可靠性高。
2）齿轮机构传递的功率和圆周速度分别可达100000kw、300m∕s。
3）齿轮机构能够实现平行轴和不平行轴之间的传动。
齿轮机构的缺点有：
1）齿轮机构的制造成本过高。
2）齿轮机构不适用于远距离的传动。
3）低精度齿轮会产生有害的冲击，噪音和振动。
生产纲领的大小对生产组织和零件加工工艺过程起着重要的作用.它决定了各工序所需专业化和自动化的程度以及所选用的工艺方法和工艺装备。
零件生产纲领可按下式计算，N=Qn（1+a%）（1+b%）式中：
N-----零件的生产纲领（件/台）Q-----产品的年产量（台/年），n-----每台产品中，该零件的数量（件/台），a%----零件的备品率，b%---零件的平均废品率。
2、零件的工艺分析
传动齿轮零件如图所示，该零件主要加工表面及技术要求分析如下。
（1）同轴孔φ35H7，φ49H7和同轴外圆φ92.55k7,φ66的同轴度、径向圆跳动公差等级为8～9级，表面粗糙度为Ra≤1.6μm.。
加工时最好在一次装夹下将两孔或两外圆同时加工。
（2）与基准孔有垂直度要求的端面，其端面圆跳动公差等级为7级，表面粗糙度为Ra≤3.2μm。
工艺过程安排时应注意保证其位置精度。
（3）距中心平面74.5mm的两侧面,表面粗糙度为Ra≤6.3μm。
（4）φ35孔的尺寸精度要保证，但孔轴线的同轴度共差等级为9级及两孔公共轴线对基准孔（A1-A2）位置度公差值为0.06μm，应予以重视。
（5）各外圆位置度公差为，齿轮轮齿轮的跳动公差要保证。
（6）该零件选用材料为20CrMnTi，这种材料具有低碳合金钢的特性，切削性能和工艺性均较好。
由各加工方法的经济精度及一般机床所能达到的精度可知，该零件没有很难加工的表面，各表面的技术要求采用常规加工工艺均可达到。
但是在加工过程中应注意齿轮端面的加工。
3、零件图
图2－1零件图
4、热处理工序的安排
热处理工序主要用来改善材料的性能及消除应力。
热处理的方法．次数和在工艺路线中的位置，应根据零件材料和热处理的目的而定。
热处理安排为毛坯→粗加工（粗车）→半精加工（半精）→精加工（精车）
↑
（去应力退火或者时效去应力）
齿轮加工工艺过程：
毛坯的选择---热处理1---齿坯加工---齿面加工---齿端的加工---热处理2---精基准的修正。
3.工艺规程设计
3.1确定毛坯的制造形成
1、确定毛坯种类
根据零件材料确定毛坯为锻件。
根据其桔构形状、尺寸大小、生产类型和材料性能，毛坯的铸造方法选用砂型机器造型。
2、确定锻件及形状
根据表1-6取加工余量等级为MA-G级。
根据表1-7确定各表面的锻件机械加工余量（查表前必须先选择定位基准，以便确定基本尺寸）。
3.2基面的选择
1、选择粗基准
选择内孔和端面定位元件.先加工外圆，按“基准先行”的原则，采用外圆及端面为粗基准先加工内孔。
2、选择精基准
为了保证圆跳动要求，各主要圆柱表面均互为基准加工，并尽量遵守“基准重合”的原则。
其余表面加工采用“一孔一端面的定位方式，即以端面及φ35H7内孔为精基准。
这样，基准统一，定位稳定，夹具结构及操作也较简单。
但必须提高这个内孔的精度，以保证定位精度。
3.3制定工艺过程
（1）选择表面加工方法
查表1-19~表1-21，根据各表面加工要求和各种加工方法所能达到的经济精度，选技零件主要表面的加工方法与方案如下：
φ35H7内孔加工：
粗车）—半精车—精车。
φ92.55外圆加工：
粗车—半精车—精车，齿轮端面加工:
滚齿—磨齿—精基准修正。
（2）选择加工机床
外圆和端面的加工采用CA6140车床,包括内孔的加工，齿轮端面的粗加工采用滚齿机加工,精加工采用磨齿机加工，内孔的磨削加工采用普通的磨床加工，键槽加工采用拉车加工。
（3）加工刀具的选择
高速钢是含有较多的W、Mo、Gr、V的的高合金工具钢，与碳素工具钢和合金工具钢相比，高速钢具有较高的热稳定性（500℃～650℃时仍能切削），故高速钢刀具允许使用切削速度较高。
高速钢还具有良好的综合性能。
其强度和韧性是现有刀具材料中最高的（其抗弯强度是强硬质合金的2～3倍，韧性是硬质合金的9～10倍），具有一定的硬度和耐磨性，切削性能能满足一般加工要求，高速钢刀具制造工艺简单，刃磨易获得锋利的切削刃，能锻造，热处理变形小，所以适合加工本零件。
车床上用硬质的合金刀，滚齿机是用专用的齿轮滚刀，磨齿机上用专用的齿轮磨刀，拉床上用矩形拉刀。
（4）确定工艺过程方案
（1）拟定方案。
各表面加工方法及粗、精基准已基本确定，现按照“先粗后精”、“先主后次”、“基准先行”等原则，初步拟定工艺过程方案.
如下表所示:
表2－1工序
工序号
工序名称
工序内容
01
锻
锻造毛坯
02
热处理
对毛坯进行正火处理
03
车
粗车Φ35内孔，留磨削余量0.4mm
04
车
粗车Φ92.55外圆，端面
05
车
半精车外圆。
留磨削余量0.4mm
06
车
齿端的加工倒圆，倒尖，倒棱
07
滚齿
轮齿齿形的滚齿加工
08
热处理
齿面的渗碳淬火热处理58~64HRC
09
插键槽
插8*3.3的键槽。
保证和A0.035的平行度与0.05的对称度
10
倒角
倒角1×45°，1.5×45°
11
磨
外圆至尺寸
12
磨
磨内孔至Φ35mm公差要求0~+0.027
13
磨
齿面磨削
14
钳
去毛刺
15
检
检验
3.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯的确定
在大批大量生产中则应科学地．严格地选择切削用量，以充分发挥高效率设备的潜力和作用。
切削用量的选用与下列因素有关：
生产率，加工质量（主要是表面粗糙），切削力所收起的工艺系统弹性变形，工艺系统的振动，刀具耐用度，机床功率等。
在综合考虑上述因素的基础上，使背吃刀量ap，进给量f，切削速度v的积最大。
一般应先尽量取在的ap，其次尽量取大的进给量f，最后取合适的切削速度。
生产直齿圆柱齿轮时选择的材料是20CrMnTi，因为其强度较高，塑性和韧性尚好，用于制作承受负荷较大的小截面调质件，所以我们在生产的过程中考虑到其力学性能和我们生产的经济性，型号为4B10的直齿圆柱齿轮，我们可以不考虑起预先热处理的问题。
下一个工艺我们采用的是模锻，因为对于这样一个尺寸不是很大的直齿圆柱齿轮来说，模锻呢能实现我们快速、和大批量生产的要求，根据实际需要和安装要求，我们在模锻的时候呢新增了对倒圆的处理，和中心孔的成型，这样可以在说短时间和提高加工经济性，我们所采用的是目前比较先进的压力锻造机J23-16T，我们模锻的毛坯尺寸大小和形状是93x42的毛料。
4.夹具设计
4.1确定夹具的类型
由齿轮零件的加工比较简单,主要是齿轮端面的加工,故可采用心轴定位,再用螺栓紧固零件来定位夹紧工件.夹具的简图如下:
图3－1夹具图
1.确定工件的定位方式及定位元件的结构
工件的定位方式主要取决于工件的加工要求和定位基准的形状．尺寸。
分析加工工序的技术条件和定位基准选择的合理性，遵循六点定位原则，按定位可靠．结构简单的原则，确定定位方式。
常见的定位方式有平面定位．内孔定位．外圆定位和组合定位（一孔一端面）定位等。
在确定了工件的定位方式后，即可根据定位基面的形状，选取相应的定位元件及结构。
2.工件的夹紧方式，计算夹紧力并设计夹紧装置
夹紧机构应保证工件夹紧可靠．安全．不破坏工件的定位及夹压表面的精度和粗糙度。
在设计夹紧装置时必须合理选择夹紧力的方向和作用点，必要时还应进行夹紧力的估算。
在确定夹紧力的大小时，为简化计算，通常将夹具和工件看成一个刚性系统。
根据工件所受切削力，夹紧力（大型工件还需考虑重力，惯性力等等）的作用情况，找出加工过程中对夹紧最不力的状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力，最后再乘以安全系数，
如下：
用拉杆压板夹紧工件端面
2KM
Fwk=（d+D）f
Fwk为所需（实际）夹紧力，M为切削转矩；K为安全系数（粗加工时取2.5～3，精加工时取1.5～2）；d为工件直径；f为工件与支承面间的摩擦系数。
4.2夹紧力的计算
（1）夹紧力的计算：
查表得Fwk=（d+D）f，取K=2，f=0.2，得Fwk=774.9（N）
（2）选择夹紧螺栓直径
根据夹紧力方向和作用点的选择原则，选用两只M16×60内角夹紧螺栓，加工时纵向进刀时，轴向力Fz与夹紧力Fwk方向相同，切削扭矩M切使得工件转动，为防止工件发生转动，夹具夹紧机构应有足够的摩擦力矩与之平衡,选用M16的螺栓作为夹紧螺栓，安全可靠。
表2－2加工工序综合卡
毛坯材料
20CrMnTi
毛坯种类
锻件
每毛坯件数
1
工序号
工序名称
工序内容
车间
加工设备
夹具
备注
01
锻
锻造毛坯
锻
02
热处理
对毛坯进行正火处理
热
03
车
粗车Φ35内孔，留磨削余量0.4mm
机加
车床
三爪卡盘
04
车
粗车Φ92.55外圆，端面
机加
车床
专用夹具
05
车
半精车外圆。
留磨削余量0.4mm
机加
车床
专用夹具
06
车
齿端的加工倒圆，倒尖，倒棱
机加
车床
专用夹具
07
滚齿
轮齿齿形的滚齿加工
机加
滚齿机
专用夹具
08
热处理
齿面的渗碳淬火热处理58~64HRC
热
09
插键槽
插8*3.3的键槽。
保证和A0.035的平行度与0.05的对称度
机加
插床
三爪卡盘
10
倒角
倒角1×45°，1.5×45°
11
磨
外圆至尺寸
机加
磨床
心棒
12
磨
磨内孔至Φ35mm公差要求0~+0.027
机加
磨床
三爪卡盘
13
磨
齿面磨削
机加
磨齿机
专用夹具
14
钳
去毛刺
15
检
检验
16
油封
清理，入库
5总结
通过这次课程设计，使我对产品设计制造过程有了进一步的认识，对结构设计有了更进一步的了解，也加深了对本专业所学的基础知识的学习和理解。
课程设计是理论联系实际的最有效方法。
在具体设计过程中，必须考虑到方方面面的问题，在理论上正确无误的设计，在实际中往往存在各种问题。
这样，在设计时就必须考虑，所设计的机构是否合理在实际运用中能否正常工作。
课程设计使我学会了从实际出发设计产品，而不仅仅考虑理论上的可行性。
在本次课程设计的制作过程中，我深深的体会到一个看似简单的机构其实并不像我们想象中的那么简单，它所要考虑的东西还很多。
要完善一个产品首先应该对其功能作用有充分的了解，然后对实现这些功能的结构进行分析，考虑哪种结构能够实现这种功能，哪种结构更加合理、有效、简便。
根据了解的类似结构进行仔细分析，再进行适当的改进、创新，争取用最低的成本实现最先进的功能。
最后再根据结构设计出各个零件，应当考虑到零件的加工、材料、成本等问题。
在课程设计过程中，老师给予了我悉心指导，提出好的建议，使我获益良多。
同学之间互相研讨，共同解决问题，互相帮助，互相学习，使我体会到了团队的可贵，懂得了团队精神的重要性。
参考文献
[1]张萌克.机械制图[M].北京：
机械工业出版社,2006.
[2]崔洪斌,常玮.AutoCAD机械制图习题集锦（2008）版[M].北京：
清华大学出版社,2006
[3]陈在良，熊江.计算机辅助设计-AutoCAD2008[M].北京：
北京交通大学出版社,2008.
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