汽车主动伞齿轮工艺规程及夹具设计说明书.doc
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1、绪论毕业设计是大学学习过程中的重要环节,也是学生在学校学习的最后一个重要环节。这次设计是为了进一步检验学生在学校期间的学习情况,也是在学生走向工作岗位之前的一次大的实践演习,重在培养学生综合运用所学的专业知识和基础理论知识的能力,独立解决一般机械类技术问题的能力,以及树立正确的设计思想和工作作风。经过将近历时一个学期的毕业设计,巩固了自己大学四年所学的专业知识,并且拓展了知识面,学到了许多课堂上学不到的知识,还从中掌握了一些实践经验中的技巧,在运用所学的理论知识与动手设计有机结合的过程中,提高了自己的设计能力和实践能力,而且初步形成了自己的设计理念。本论文设计中包括主动伞齿轮的工艺规程设计和工
2、艺装备设计及其加工过程中的刀具和量具设计(由于时间关系和能力,只设计了木以典型工序中的刀具和量具)等。在设计时,主要以汽车主动伞齿轮的工艺规程设计和工艺装备设计这两大部分为重点。此书中具体阐述了其工艺路线,并设计了一套与之相配套的专用刀具和量具(只是某一典型工序的刀具与量具),还设计了其中典型加工工序中所需要的两套夹具。此次设计,本着力求使所设计的工件实际、实用的原则来指导设计,在整个设计过程中,尽量是设计内容向实际加工靠拢,使设计更具科学性,更具合理性,其中所用的很多公式与参数均查阅于工厂一线的工具用书以及机械制造专业的专业技术手册。通过此次系统的动手设计,本人已初步掌握了一般零件的工艺路线
3、的拟订,并掌握了设计一般夹具、刀具和量具的设计方法,可以说对整个机械加工过程在自己的知识领域内有了系统的认识。在此次毕业设计过程中,得到了赵丽巍伟老师的悉心指导与帮助以及同组同学对我的设计也提出了许多宝贵的意见和建议,在此,对赵老师的指导以及同学们的帮助表示衷心的感谢。由于自我水平有限,且此次设计涉及面广,内容覆盖面广,时间仓促,其中一定会有这样那样的错误和不足,恳请老师批评指正和谅解。 工艺规程设计(汽车主动伞齿轮)1.1 零件分析1.1.1 零件的作用该零件是汽车各种结构中一个传动结构的主传动零件,且为主动件,为主动伞齿轮。该主动伞齿轮与从动螺旋伞齿轮相配合,两个齿轮的轴线互相垂直,从而实
4、现了力、转矩、速度、传动比的传动,多用于高速,大功率机械装置的传动,由于是已逐渐接触的方式传动,因此比较安静,有较大的强度。该零件为伞齿轮且为主动轮,在传动结构中的作用至关重要,故其加工要求、加工精度、形位精度等要求都比较高。具体要求参照零件图。1.1.2零件工艺分析由零件图知,零件的材料为20CrMnTi。分析零件可知,该零件是主动伞齿轮,在传动中要求有较高的精度,传动时有较好的耐磨性,且轮齿根部具有较高的韧性和冲击性。型号为20CrMnTi的合金钢能满足这些要求,故选用该型号的钢。该零件上的主要加工面为外圆锥面、 、480.008、滚压螺纹、 滚花键、钻2-5孔、铣齿轮等。该齿轮与从动轮相
5、配合传动力、速度和转矩,故齿面的加工精度要求较高;外圆锥面和48面是与其它零件之间的接触平面,直接影响该零件与其它工件之间的接触精度;花键是用于联接的表面,在加工时,应有较高的精度以及强度要求;由于5两孔相互垂直,钻孔时应保证两孔的形位精度要求。参考各工艺标准及切削手册的各种加工方法的经济精度,及机床能达到的位置精度可知,上述技术要求是可以达到的,零件的结构工艺性也是可行的。1.2 确定毛坯、画毛坯图根据材料及零件的机械性能确定毛坯的加工方法为锻造。由设计任务书已知零件的生产纲领为500010000件/年,零件的重量约为9,查表知零件的生产类型为大量生产(机械加工工艺手册第1卷表5.2-1)用
6、查表法,根据机械加工工艺手册第1卷表3.2-13.2-8,查外圆柱表面加工余量及偏差:表1.1 外圆柱表面加工余量及偏差基本尺寸粗加工余量精加工直径余量 偏差652.30.2-0.30-0.45482.30.2-0.25-0.39452.00.2-0.25-0.39 27 2.00.3-0.21-0.33端面1.51单位:mm确定锻件公差和机械加工余量的主要因素:(1)锻件重量 根据锻件图的基本尺寸进行计算,并以次数据查表确定公差和余量。该零件的重量约为9Kg。(2)复杂系数S 由公式 1 S= (1.1)式中 W锻件-锻件重量W外廓包容锻件-相应锻件外廓包容件的重量锻件形状复杂系数分为4级:
7、简单(0.631),一般(0.320.63),较复杂(0.160.32),复杂(0.16)。该锻件的形状复杂系数选一般。(3)分模线形状 分模线分为两类:平直分模线和对称弯曲分模线;此毛坯件外廓为不对称弯曲分模线。(4)锻件材质系数 分为和两级:钢的最高含碳量小于0.65的碳钢或合金元素的最高总含量小于3.0的合金钢。:钢的最高含碳量大于或等于0.65的碳钢或合金元素的最高总含量大于或等于 3.0的合金钢。该锻件的合金元素分别为Cr、Mn、Ti,它们的最高总含量小于3.0,故材质系数为。(5)零件的加工表面粗糙度 零件的加工表面粗糙度是确定锻件加工余量的重要依据。当加工表面的粗糙度Ra1.6u
8、m时,其余量要适当加大。根据以上影响机械加工余量的各因素,包括锻件重量、加工精度、锻件复杂系数及工件尺寸,查表(机械加工工艺手册第1卷表3.1-56)得模锻的单边余量为2.5mm,孔径的单边余量为3mm。由此可画出零件汽车主动伞齿轮的毛坯图,如下图所示: 图1.1 伞齿轮毛坯图1.3工艺规程设计1.3.1定位基准的选择粗基准的选择 在选择粗基准时,要考虑到以下几点要求:第一,在保证各个加工表面均有加工余量的前提下,使重要的加工表面的加工余量均匀;第二,保证工件上加工表面与不加工表面之间的位置要求,应以不加工表面为粗基准;第三,选择粗基准的表面应平整,没有浇口、冒口或飞边等缺陷,以便定位可靠。该
9、锻件为轴类零件,在选择粗基准时,优先考虑了第一个要求,因此选了锻件的小端面为粗基准。精基准的选择 选择精基准须满足以下要求:第一,用工序基准作为精基准,实现“基准重合”,以免产生基准不重合误差;第二,当工件以某一组精基准可以方便地加工其它各表面时,应尽可能在多数工序中采用此精基准定位,实现“基准统一”,以减少工序设计的费用,提高生产率,避免基准转换误差;第三,为了获得均匀的加工余量或较高的位置精度,可遵循自为基准的原则;第四,当精加工或光整加工工序要求余量尽量小而均匀时,应选择加工表面自身为精基准,即“自为基准”的原则。基于第一、第二两个原则,选择以锻件的小端面为粗基准,加工锻件的大端面即伞齿
10、轮的大端面,再以此大端面为精基准。1.3.2制定工艺路线分析零件图,依据各个所要加工面的尺寸要求、加工精度、形位精度及配合关系和技术要求,现提出以下两种工艺路线方案:表1.2 工艺规程方案一工序号工序内容1铣轴两端面和钻中心孔2粗车外圆锥面, 65外圆,50外圆,47外圆等3精车外圆锥面, 65外圆,50外圆,47外圆等4车面锥5滚花键6粗磨65外圆7粗磨花键外圆8粗磨65外圆9钻孔2-5孔10到角1*11在 27外圆上滚压螺纹M271.5-6h12清除铁屑13中间检查,14粗铣齿轮15精铣齿轮凸面16精铣齿轮凹面17将大齿轮大端面口修成1.5的倒角18清洗毛刺19中间检查20热处理21精磨6
11、5外圆和伞齿轮背平面22精磨花键外圆23精磨50外圆及其端面24校正螺纹25最终检查 表1.3 工艺规程方案二1模锻2时效处理3粗车外圆锥面, 65外圆,50外圆,47外圆等4精车外圆锥面, 65外圆,50外圆,47外圆等5车面锥,49.5外圆,132外圆6粗磨选用锥齿轮铣齿机床,刀具为9,花键外圆,50外圆7滚花键827外圆上滚压螺纹M271.5-6h9钻孔2-5孔10精磨65外圆,齿轮背平面,11精磨花键外圆12精磨50外圆及其端面13粗铣齿轮14精铣齿轮15去毛刺16校正螺纹17热处理18最终检验 方案分析 方案二的工序在排列时虽遵循了“工序集中”的原则,在一定程序上减少了工序。但过多的
12、工序集中,难以保证加工精度。另一方面,考虑到该工件的生产纲领是大量生产,须保证生产效率。在方案一中,虽然工序比较分散,但由于每一工序的加工内容较少,便于流水线作业,以提高效率,降低成本。另外,方案二的热处理 工序也不合理,该工序精磨前、粗铣后。这样不像方案二那样,若将热处理工序放在最后,这时齿轮的表面强度、硬度、刚度均有所提高,再加工齿轮比较困难,花费工时较大,工作效率降低,生产成本增大。综合以上分析,选择方案一是比较合理的。1.3.3 选择加工设备及刀具、夹具、量具该工件的生产纲领为500010000件/年。除却休息日,一年中的工作时间约为200天。若全年的最大生产量为10000件,那么一天
13、的产量是 10000/200=50件。由此知道加工设备不需要专用机床,用通用机床即可。工件在各机床上的装卸及在各机床间的传递均由人工完成。下面分析各主要工序中所用的加工设备及刀具、夹具、量具。铣两端面和钻中心孔: 这是该工件的第一个工序。首先以小端面为粗基准铣大端面,之后把该大端面作为以后相关工序的精基准。这一工序很关键,涉及到后面相关工序的加工精度和形位精度等技术要求。因此,铣两端面和钻中心孔就合并在了一个工序中,这也反映了“工序集中”的原则。机床选用ZBT8216,根据金属切削手册表6-7选择三面刃铣刀,钻具为中心钻,夹具为V型块,量具为卡规。车外圆锥面和65等外圆 : 工件为轴类零件,且
14、为阶梯轴(除去伞齿轮)。65若选用普通车床,在车各外圆时切削量须不断调整,即浪费工时有难以保证加工精度,故选用仿形车床CE7120。夹紧方式采用双顶尖夹紧,刀具为机夹车刀,量具为专用卡规、样板。滚花键: 参考金属切削手册第二卷表18.3-7和18.3-8,选用半自动万能花键轴铣床YB6212,刀具为渐开线花键滚刀,用双顶尖夹紧,量具为渐开线花键环规。粗磨65外圆: 这是普通的磨削加工,磨床采用端面外圆磨床M120W,夹紧方式采用双顶尖夹紧,磨削工具即为砂轮,量具为卡规和百分尺。钻5孔: 选用台钻Z4006A钻床,钻头选择直径为5mm的5麻花钻,夹具为钻床专业夹具。在钻削时要随时去毛刺清除铁屑,
15、以避孔所在的轴外圆表面划伤,保证表面粗糙度。滚压螺纹M271.5-6h: 选用滚丝机床YG3603,切削工具为滚丝轮,采用V型块夹紧,量具为螺纹环规。滚压螺纹相比于切削加工具有以下优点:(1)材料利用率高;(2)螺纹表面能获得较细的表面粗糙度;(3)螺纹强度和表面硬度均有所提高;(4)用滚压加工工艺,容易实现自动化,生产率高,经济效益好。此些优点正好符合此零件的加工,所以选择液压螺纹。粗铣齿轮: 选用锥齿轮铣齿机床,刀具为9左刃双向粗切刀片,夹具为铣床专用夹具,量规为齿轮卡规。精铣齿轮: 选用锥齿轮铣齿机床,刀具为9单向内切刀片,量规为齿轮卡规。粗磨外圆、端面: 同粗磨时一样,采用端面磨床M1
16、20W,采用双顶尖夹紧,磨削工具为砂轮,量具为卡规和百分尺。最终检查: 检查加工精度,形位精度。1.3.4 确定主要表面的加工余量和工序尺寸根据机械加工工艺手册第一卷表3.2-23.2-48确定各主要工序的加工余量及偏差;由表4.1-94.1-29确定各主要工序的经济精度;由表4.2-4确定各种加工方法所能达到的表面粗糙度。工序之粗车65外圆: 加工余量2Z=2.3mm,公差等级为IT12,表面粗糙度为12.5um。工序之精车65外圆: 加工余量2Z=1.5mm,公差等级为IT9,表面粗糙度为6.3um。工序之滚花键: 加工余量2Z=0.8mm,表面粗糙度为3.2um。工序之粗磨65外圆: 加
17、工余量2Z=0.50m,表面粗糙度为1.6um,精度等级是2(GB197-63)。工序之钻孔5: 直接用5麻花钻一次加工完成,公差等级为IT12,表面粗糙度为6.3um。工序之精铣齿面: 齿厚余量0.93mm,表面粗糙度为1.6um。工序之精磨48外圆: 加工余量2Z=0.01mm,表面粗糙度为0.8um。工序之磨轴端面: 加工余量为Z=2.3mm,公差等级为IT11,表面粗糙度为3.2um。1.3.5 加工工序设计(1)粗铣大端面 1)选择刀具 铣刀直径的大小直接影响切削力、扭矩、切削速度和刀具材料的消耗,不能任意选取。该工序是端面铣,因此根据切削宽度来选取刀具直径。根据切削用量简明手册表3
18、.1(在该工序中,所用公式和数据如不特殊说明均来自切削用量简明手册),该工件的90,选取刀具直径=100。工件为合金钢20CrMnTi,因此刀具采用YT15硬质合金端铣刀,故齿数Z=5(表3.15)。2)选择切削用量确定切削深度 由于加工余量为2.3,可一次走刀完成,那么=2.3确定每齿进给量 根据ZBT8216型铣床说明书,其主轴电动机功率为7.5Kw,选工艺系统刚度为中等,根据表3.3,=0.080.15/z,选取 =0.10/z选取铣刀磨钝标准及刀具寿命T 根据表3.7,铣刀刀后面最大磨损量为1.2。根据表3.8,确定刀具寿命 T=180min确定切削速度和每分钟进给量根据表3.15,当
19、=100,=2.5,=0.10/z时,=212m/min,=706r/min,=248/min。各修正系数为: =1.27 =0.65 =1.0故 =2121.270.651.0 =175m/min n=7061.270.651.0=582r/min =2481.270.651.0=205/min根据ZBT8216型铣床技术参数,选择n=520r/min, =220mm/min。因此,实际切削速度和每齿进给量为 (1.2)fx=0.08mm/z (1.3)检验机床功率 根据表3.23,已知20CrMnTi的HBS=156159,抗拉强度为540M,故M/HBS=560/160,=2.5,90时
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