齿轮轴零件的机械制造工艺规程

第1页%)b%)(1a(1mQN1.齿轮轴零件的机械制造工艺规程1.1零件工艺分析和确定生产类型1.1.1拟定工艺路线由给定的零件图可以看出，该零件图的是齿轮轴类零件，部分加工表面的精度等级达到5级，粗糙度达到0.4μm，因此先大致拟定如下工艺路线：①锻造毛坯，正火②对整个毛坯件进行粗车③对整个毛坯件进行半精车④热处理⑤精车⑥滚齿⑦钻孔，攻丝⑧调质处理⑨对50mm处进行磨削1.1.2确定零件的生产类型根据下式计算--------（1-1）式中N----零件的生产纲领Q----产品的年产量m----每台（辆）产品中该零件的数量第2页a%----备品率，一般取2%-4%b%----废品率，一般取0.3%-0.7%根据上式就可以计算求得该零件的年生产纲领，在通过查表，就能确定该零件的生产类型。本设计中，Q=5000，m=1件/台，备品率和废品率为3%和0.5%，将数据代入上式得N=5176件/年，查表可知该零件为轻型零件，本设计中齿轮轴零件的生产类型为大批量生产。1.2毛坯的选择，绘制毛坯图1.2.1选用锻件为毛坯，采用模锻成型的方法制造毛坯。1.2.2确定毛坯尺寸及机械加工余量本锻件采用普通级，根据零件图的基本尺寸查表可初步得粗车，半精车，粗磨和精磨外圆的单边加工余量分别为6mm，1.1mm，0.4mm和0.1mm。又粗精加工分开时，对于粗车外圆的余量允许小于原表中余量的70%，故可取粗车余量为4.8mm，总的的余量为6.4mm。再根据手册即可得锻件机械加工余量和公差为：单边加工余量半径ar=6±2,长度方向aL=5±2。于是，可初步得锻件图的尺寸，如图1-1所示（图中粗实线表示锻件的外形，双点划线表示零件轮廓）。1.3毛坯图的确定1.3.1计算毛坯加工余量和尺寸公差⑴根据图1-1和计算式l2rm---------------（1-2）设锻件最大直径为100mm，长为230mm，则5.61kg=4）3096+8867+2262+8044107.853.14=m22223（锻第3页图1-1齿轮轴零件的锻件图根据上述计算数据，查表可确定零件的形状复杂系数为s，属于简单级别。⑵而40Cr的含碳量为0.4%小于0.65%，故该零件的材料系数属于m1级。⑶锻件的分模线形状。根据该零件的行为特点，本设计选择零件的水平面为分模面，属于直分模线。⑷零件表面粗糙度。该零件仅有50j5的外圆表面粗糙度为0.4μm，其余均大于等于1.6。根据上述诸因素，可查表确定该锻件的尺寸公差和机械加工余量，所得结果列于下表1-1。kg17.1485.7232/602）（外包m4.017.1461.5S第4页表1-1齿轮轴锻件毛坯尺寸公差级机械加工余量锻件重量/kg包容体重量/kg形状复杂系数材质系数公差等级5.6114.17S1M1普通级项目单边加工余量/mm锻件尺寸/mm尺寸公差/mm备注Ø32h62.5Ø37根据《机械制造工艺设计简明手册》表2.2-25、表2.2-13确定Ø50j53Ø56Ø552Ø59Ø84h83Ø90Ø552Ø59Ø50j33Ø56802.581±1.25112.511±1.043243±1.120224±1.045245±1.12102.5215±1.65本零件毛坯同轴度偏差允许值为1.2mm,残留飞边为1.2mm。⑸确定圆角半径。外圆角半径r=0.05H+0.5（H为各段高度），内圆角半径R=2.5r+0.5.为简化起见，本锻件的内外圆角半径分别取相同的数值。综合考虑取H=50mm，r=0.05×50+0.5=3mm，R=3.5×3+0.5=8mm。5.17.02.27.18.05.25.17.02.25.17.02.25.17.02.25.17.02.2第5页1.3.2设计毛坯图图1-2齿轮轴零件毛坯图由表1-1所得结果，绘制如图1-2所示毛坯图（图中粗实线表示锻件的外形，双点划线表示零件轮廓）。1.4选择加工方法，制定工艺过程1.4.1基准选择齿轮零件的精基准选择为轴两端面的中心孔，满足基准重合的原则。最先进行机械加工的事两端面，保证长度要求。再就是两个端面的中心孔，保证定位和夹紧。这时可选的夹紧方案为：用三爪卡盘固第6页定一端，对另外一端面进行平整加工，打中心孔；调头加工另一端面，打中心孔，保证长度。由此可知，粗基准即两端面的外圆柱面。1.4.2齿轮轴各加工表面的加工方案齿轮轴各加工表面加工方案如下表1-2所示表1-2齿轮轴各加工表面加工方案需加工的表面尺寸精度等级表面粗糙度Ra（μm）加工方案Ø32h6IT73.2粗车-半精车-精车Ø50j5IT50.4粗车-半精车-粗磨-精磨Ø55外圆面IT1412.5粗车齿圈外圆面IT116.3粗车-半精车齿面IT71.6粗精滚齿-磨齿M3孔IT1412.5钻孔-攻螺丝端面IT143.2、12.5粗车-半精车、粗车切槽IT83.2粗车1.4.3制定齿轮轴加工工艺过程卡各主要加工面示意图如图1-3所示第7页图1-3主要加工面代号示意图齿轮轴零件加工工艺过程卡如下表1-3所示。表1-3齿轮轴零件加工艺过程卡工序工序名称工序内容设备工装1模锻锻造轴毛坯毛坯检验2热处理正火，硬度达171~200HB3车1、粗车A、J两端面并打中心孔，孔深不超过5mm2、粗车，半精车各面至要求的尺寸，E、C两面粗车至尺寸即可，F面半精车至图示尺寸，其余轴面车至长度尺寸，留精车余量或粗磨余量0.2~1.0mm3、倒45°斜角，按图示尺寸4、切槽5、检验C6143车床游标卡尺、硬质合金右偏车刀、硬质合金切槽刀、综合量规、车床夹具4热处理1、渗碳s1.5，校直跳动量2、检验渗碳仪、轴类自动校直机5车软爪中心架装夹工作1、均匀车去两端面，取总长210mm2、两顿打中心孔3、精车B面至Ø32mm4、倒角，按图示尺寸C6140车床游标卡尺、硬质合金右偏车刀、综合量规、车床夹具第8页根据上述要求和方法，结合该齿轮轴零件的实际加工情况，现确定各轴段的外圆工序尺寸和公差。如下列各表所示。（1）Ø32h6mm外圆面加工方案为粗车——半精车——精车。查表可知粗车余量为2.5mm，半精车余量为1.5mm，精车余量为1mm，加工总余量为5mm。精车后工序基本尺寸为32mm；其他各工序的基本尺寸为：半精车32mm+1mm=33mm，粗车33mm+1.5mm=34.5mm，工序工序名称工序内容设备工装6滚齿1、在滚齿机Y3150上粗精滚齿至图示尺寸2、检验Y3150滚齿机型级滚刀、公法线百分尺7钻孔1、在J面上按图示位置钻孔深16mm2、在C的左端面上按图示位置钻孔深16mmZB6223多轴卧式钻床深度游标卡尺、高速钢锥柄阶梯麻花钻8攻螺丝在卧式钻床上攻螺纹M3ZB6223多轴卧式钻床机动丝锥高速钢W18Cr4V9去毛刺去毛刺钳工台平锉10热处理1、调质处理，硬度达220~250HB2、检验淬火机11磨削外圆面1、粗、精磨C、I面（即Ø55j5的外圆面）至设计尺寸2、检验外圆磨床M1420平形砂轮、游标卡尺12磨削齿面磨齿面，Ra1.6磨齿机YA7063双斜边一号砂轮、齿轮检测仪、卡尺等13综合检验千分表、量规、游标卡尺14探伤探伤仪15入库第9页毛坯34.5mm+2.5mm=37mm。又查表可知，精车后为IT6，Ra3.2μm，半精车后为IT11，Ra6.3μm，粗车后为IT13，Ra12.5μm。锻造毛坯的公差为2.2mm。上述查询和计算结果列于下表1-4。表1-4Ø32h6外圆面工序尺寸、公差的确定（2）Ø50j5mm外圆面加工方案为粗车——半精车——粗磨——精磨。查表可知粗车余量为3.5mm，半精车余量为2mm，粗磨余量0.4mm，精磨余量0.1mm，总的加工余量6mm。各工序的基本尺寸为：精磨后50mm，粗磨后50.1mm，半精车后50.5mm，精车后52.5mm，毛坯56mm。查表可知，精磨后为IT5，Ra0.4μm，粗磨后为IT8，Ra3.2μm，半精车后为IT11，Ra6.3μm，粗车后为IT13，Ra12.5μm。锻造毛坯公差2.2。上述查询和计算结果列于下表1-5。表1-5Ø50j5mm外圆面工序尺寸、公差的确定工序名称工序间余量（mm）工序工序基本尺寸（mm）标注工序尺寸基本公差(mm)经济精度（mm）表面粗糙度（μm）精车1.0IT63.232Ø330-0.016半精车1.5IT116.333Ø330-0.16粗车2.5IT1312.534.5Ø34.50-0.039毛坯±1.137Ø37±1.1第10页（3）Ø84mm外圆面加工方案为粗车——半精车。查表可知粗车余量为4mm，半精车余量为2mm，总的加工余量为6mm。各工序的基本尺寸为：半精车84mm，粗车后86mm，毛坯90mm。查表可知，半精车后为IT11，Ra6.3μm，粗车后为IT13，Ra12.5μm。锻造毛坯公差2.5。上述查询和计算结果列于下表1-6。表1-6Ø84h8mm的齿圈外圆面工序尺寸、公差的确定工序名称工序间余量（mm）工序工序基本尺寸（mm）标注工序尺寸基本公差(mm)经济精度（mm）表面粗糙度（μm）精磨0.1IT50.450Ø500-0.007粗磨0.4IT63.250.1Ø50.10-0.019半精车2IT116.350.5Ø50.50-0.19粗车3.5IT1312.552.5Ø52.50-0.46毛坯±1.156Ø56±1.1工序名称工序间余量（mm）工序工序基本尺寸（mm）标注工序尺寸基本公差(mm)经济精度（mm）表面粗糙度（μm）半精车2IT86.384Ø840-0.22粗车4IT1312.586Ø860-0.54毛坯±1.2590Ø90±1.25第11页（4）Ø55mm外圆面加工方案为粗车。查表可知粗车余量为4mm，总的加工余量为4mm。各工序的基本尺寸为：粗车后55mm，毛坯59mm。查表可知，粗车后为IT13，Ra12.5μm。锻造毛坯公差2.2。上述查询和计算结果列于下表1-7。表1-7Ø55mm外圆面工序尺寸、公差的确定（5）齿轮的加工方案为粗精滚齿——磨齿，其表面粗糙度为Ra3.2，现在专用滚齿机上进行粗精滚齿，再一般磨削即可。工序名称工序间余量（mm）工序工序基本尺寸（mm）标注工序尺寸基本公差(mm)经济精度（mm）表面粗糙度（μm）粗车4IT1312.555Ø550-0.46毛坯±1.159Ø59±1.1第12页2.齿轮轴零件的磨外圆夹具设计2.1定位选择与定位误差的分析2.1.1由于该加工表面的零件为轴类零件，所以选择鸡心夹对零件夹紧定位。其中，选择两Ø55的轴段的中心线为基准，这样也使得其基准不重合误差为零。具体的定位方式及装夹方式见设计图纸。2.1.2定位误差的分析又定位方式可知，其基准不重合误差为零，而轴上四孔的设计基准是轴的中心线，故该定位方式不存在基准位移误差。因此该定位方式的定位误差为零，满足定位要求。2.2夹具设计第13页图2-1齿轮轴磨外圆夹具左剖视图图中各部件名称：14.加工零件2.鸡心夹具体3.螺钉4.垫片5.套筒图2-2齿轮轴磨外圆夹具主视图磨外圆时，先将零件的Ø50轴段放在套筒上，然后用紧定螺钉拧紧，并将其装夹在机床的卡盘上锁紧。用顶针顶住零件的另一端。夹具的具体设计图纸见装配图和零件图。2.3夹具的精度校核与质量评估第14页夹具的主要功能是保证零件的位置精度，使用夹具加工时，影响被加工零件位置精度的误差主要有三个方面。（1）定位误差工件安装在夹具上位置不正确户不一致行用ΔDW表示。（2）夹具制造与安装误差包括夹具制造误差、夹紧误差、导向误差。该项误差用ΔZZ表示。（3）加工过程误差在加工过程中由于工艺系统的几何误差，受力变形、热变形、磨损以及各种随机因素所造成的加工误差，用ΔGC表示。为了保证零件的加工精度，应使:TGCZZDWΔΔ—————（2-1）式中，T为零件有关的位置公差。通常要求留给ΔGC三分之一的零件公差，即应使夹具有关误差限定在零