齿轮轴——课程设计说明书.doc

1、- 1 -机 械 制 造 工 艺 学 课 程 设 计设 计 说 明 书设计“齿轮轴”零件的机械加工工艺规程起止日期： 2011 年 12 月 19 日 至 2011 年 12 月 25 日学 生 姓 名班 级学 号成 绩指 导 教 师 (签 字 )机械工程学院（部）2011 年 12 月 19 日- 2 -机械制造工艺学课程设计任务书20112012 学年第一学期机械工程 学院 机械工程及其自动化 专业 班课程名称： 机械制造工艺学课程设计 设计题目： 设计“齿轮轴”零件的机械加工工艺规程 完成期限：自 2011 年 12 月 19 日至 2011 年 12 月 25 日 共 1 周一、 课程

2、概述 课程名称: 机械制造工艺学课程设计总学时数: 一周课程类别: 必修专业课授课专业: 机械设计制造与自动化专业先修课程: 机械制图、机械设计、互换性与技术测量、机械制造工艺学等二、 本课程的目的和任务本课程设计是学生在学完机械制造工艺学课程、进行了生产实习之后的一个综合性和实践性很强的教学环节，学生通过课程设计，能综合运用所学基本理论以及在生产实习中学到的实践知识进行工艺及结构设计的基本训练，掌握机械制造过程中的加工方法、加工装备等基本知识，提高学生分析和解决实际工程问题的能力，为后续课程的学习及今后从事科学研究、工程技术工作打下较坚实的基础。三、 课程设计的基本内容（一）对零件（中等复杂

3、程度）进行工艺分析，画零件图。（二）选择毛坯的制造方式。（三）制订零件的机械加工工艺规程1选择加工方案，制订工艺路线；- 3 -2选择定位基准； 3选择各工序所用的机床设备和工艺装备（刀具、夹具、量具等） ；4确定加工余量及工序间尺寸和公差；5确定切削用量（四）填写工艺文件1填写机械加工工艺卡片；2填写机械加工工序卡片。（五）编写设计说明书。四、 课程设计的基本要求(一) 通过本课程设计，应使学生在以下几方面得到锻炼：1能运用机械制造工艺学课程中的基本理论和生产实习中学到的实践知识，正确地解决一个零件在加工中的定位、夹紧以及工艺路线安排、工艺尺寸确定等问题，保证零件的加工质量。2.学会使用手册

4、及图标资料。掌握与本设计有关的各种资料的名称及用途，做到熟练运用。(二) 在规定时间内应完成以下任务：1机械加工工艺卡片一张；2机械加工工序卡片一套；3设计说明书一份。五、 设计说明书要求设计说明书用统一纸张书写。内容包括设计任务书，零件的分析，加工工艺规程设计等。建议编写顺序如下：（1）设计说明书封面（2）设计任务书（3）目录（4）零件的分析（5）加工工艺规程设计（6）小结- 4 -目录一、 零件的分析61. 阶梯轴的外圆表面2. 外螺纹表面3. 锥面4. 普通平键键槽5. 齿轮表面圆柱齿轮加工分析7二、 毛坯的确定101. 毛坯材料的选择2. 毛坯机械加工余量的确定3. 毛坯的尺寸示意图三

5、、 工艺规程设计111. 工艺路线的制订定位基准的选择热处理工序的安排加工方法的选择工艺路线的制订2. 机械加工余量、工序尺寸的确定3. 刀具选用、切削用量和工时定额的确定四、 设计小结21- 5 -一、 零件的分析该零件的零件图如图 1 所示，为一齿轮轴，主要用来传递运动和扭矩。假设该零件的生产类型为单件小批生产（500 件） 。该零件的加工表面主要由阶梯轴的外圆表面，外螺纹表面，锥面，普通平键键槽和齿轮表面等几部分组成。1) 阶梯轴的外圆表面阶梯轴的外圆表面由两个 200.0065mm 的外圆表面，一个24mm 的外圆表面，一个 21 mm 的外圆表面和一个 18 mm 的外圆表面组成。2

6、) 外螺纹表面该齿轮轴的外螺纹为公称直径为 12mm 的粗牙普通螺纹，螺距为1.75mm，螺纹长度为 10mm。3) 锥面该锥面的大端直径为 18 mm，锥度为 1：10。锥面的轴向长度为28mm。且该锥面围绕公共基准线 A-B 旋转的圆跳动公差为 0.012mm，公差等级为 IT7 级。4) 普通平键键槽- 6 -与该齿轮轴配合的为普通平键 A 型，其尺寸为 5mm22mm，工作表面的表面粗糙度为 Ra3.2m。键槽在轴上的深度 mm。5) 齿轮表面该齿轮为标准圆柱直齿轮。其齿数 z1=15，模数 m=2，压力角=20。分度圆直径为 30mm，齿顶圆直径为 mm。该齿轮轴除了由以上几部分组成

7、之外，还包括四个尺寸为 C1 和两个尺寸为C2 的倒角，两个尺寸为 2mm18mm 和一个尺寸为 2mm10mm 的退刀槽组成。圆柱齿轮加工分析一、圆柱齿轮毛胚与热处理1. 齿轮毛坯 毛坯的选择取决于齿轮的材料、形状、尺寸、使用条件、生产批量等因素，常用的毛坯种类油： 1）铸铁件：用于受力小、无冲击、低速的齿轮； 2）棒料：用于尺寸小、结构简单、受力不大的齿轮； 3）锻坯：用于高速重载齿轮； 4）铸钢坯：用于结构复杂、尺寸较大不宜锻造的齿轮。 2. 齿轮热处理 在齿轮加工工艺过程中，热处理工序的位置安排十分重要，它直接影响齿轮的力学性能及切削加工的难易程度。一般在齿轮加工中有两种热处理工序：

8、1）毛坯的热处理 为了消除锻造和粗加工造成的残余应力、改善齿轮材料内部的金相组织和切削加工性能，在齿轮毛坯加工前后通常安排正火或调质等预热处理。 2）齿面的热处理 为了提高齿面硬度、增加齿轮的承载能力和耐磨性而进行的齿面高频淬火、渗碳淬火、氮碳共渗和渗氮等热处理工序。一般安排在滚齿、插齿、剃齿之后，珩齿、磨齿之前。二、圆柱齿轮齿面（形）加工方法 1齿轮齿面加工方法的分类 按齿面形成的原理不同，齿面加工可以分为两类方法： - 7 - 成形法 用与被切齿轮齿槽形状相符的成形刀具切出齿面的方法，如铣齿、拉齿和成型磨齿等； 展成法 齿轮刀具与工件按齿轮副的啮合关系作展成运动切出齿面的方法，工件的齿面由

9、刀具的切削刃包络而成，如滚齿、插齿、剃齿、磨齿和珩齿等。2圆柱齿轮齿面加工方法选择 齿轮齿面的精度要求大多较高，加工工艺复杂，选择加工方案时应综合考虑齿轮的结构、尺寸、材料、精度等级、热处理要求、生产批量及工厂加工条件等。常用的齿面加工方案见表 1。 表 1 齿面加工方案齿 面 加 工 方 案 齿轮精度等 级 齿面粗糙度Ra（ m ） 适 用 范 围 铣齿 9 级以下 6.33.2 单件修配生产中，加工低精度的外圆柱齿轮、齿条、锥齿轮、蜗轮 拉齿 7 级 1.60.4 大批量生产 7 级内齿轮，外齿轮拉刀制造复杂，故少用 滚齿 3.21.6 各种批量生产中，加工中等质量外圆柱齿轮及蜗轮 插齿

10、1.6 各种批量生产中，加工中等质量的内、外圆柱齿轮、多联齿轮及小型齿条 滚（或插）齿淬火珩齿 87 级 0.80.4 用于齿面淬火的齿轮 滚齿剃齿 0.80.4 滚齿剃齿淬火珩齿 76 级 0.40.2 主要用于大批量生产 - 8 -滚（插）齿淬火磨齿 63 级 滚（插）齿磨齿 63 级 0.40.2 用于高精度齿轮的齿面加工，生产率低，成本高 三、圆柱齿轮零件加工工艺过程示例 1 工艺过程示例 圆柱齿轮的加工工艺过程一般应包括以下内容：齿轮毛坯加工、齿面加工、热处理工艺及齿面的精加工。 在编制齿轮加工工艺过程中，常因齿轮结构、精度等级、生产批量以及生产环境的不同，而采用各种不同的方案。 图

11、 1 为一直齿圆柱齿轮的简图，表 2 列出了该齿轮机械加工工艺过程。从中可以看出，编制齿轮加工工艺过程大致可划分如下几个阶段： 1）齿轮毛坯的形成：锻件、棒料或铸件； 2）粗加工：切除较多的余量； 3）半精加工：车，滚、插齿面； 4）热处理：调质、渗碳淬火、齿面高频淬火等； 5）精加工：精修基准、精加工齿面（磨、剃、珩、研齿和抛光等） 。表 2 直齿圆柱齿轮加工工艺过程工序号 工序名称 工序内容 定位基准 1 锻造 毛坯锻造 2 热处理 正火 3 粗车 粗车外形、各处留加工余量 2mm 外圆和端面 4 精车 精车各处，留磨削余量 0.2mm，其余至尺寸 外圆和端面 5 滚齿 滚切齿面，留磨齿余

12、量 0.250.3mm 外圆和端面6 倒角 倒角至尺寸（倒角机） 外圆和端面7 钳工 去毛刺 8 热处理 齿面：HRC52 - 9 -9 磨齿 齿面磨削 外圆和端面10 检验 终结检验 三、定位基准的选择以外圆和端面定位 工件和夹具心轴的配合间隙较大，用千分表校正外圆以决定中心的位置，并以端面定位；从另一端面施以夹紧。这种方式因每个工件都要校正，故生产效率低；它对齿坯的内、外圆同轴度要求高，而对夹具精度要求不高，故适于单件、小批量生产。 二、 毛坯的确定(一) 毛坯材料的选择该齿轮轴零件的材料为 45 钢，为轴类零件。根据设计要求，其硬度需达到 220250HBS，经查表可得，45 号热轧钢的

13、硬度小于等于 241HBS（黑p109） 。因为该齿轮轴的外圆直径变化不大，加工简单，且对其机械性能没有很高的要求，且无须选用锻件，选择棒料即可。经过调质处理（淬火温度：820840，淬火介质：水；回火温度：560600，冷却介质：空气） ，其硬度为 220250HBS，符合设计要求（黑 145） 。故材料选择 45 号热轧钢，然后进行调质处理。(二) 毛坯机械加工余量的确定由零件图可知，零件的长度为 154mm，零件的最大直径为 34mm，两者之比 ，经查表（蓝 1034）可以确定毛坯的直径为 38mm。另外，因为毛坯是由 45 号热轧钢切断得到，经查表（蓝 1038）和计算，一个零件的毛坯

14、长度 。切断后，可以得到长度为 161mm，直径为 38mm 的棒料。(三) 毛坯的尺寸示意图- 10 -三、 工艺规程设计(一) 工艺路线的制订1) 定位基准的选择该零件为轴类零件，主要加工表面为外圆表面。应先以棒材的外圆表面为粗基准，车削轴的两个端面同时钻中心孔，然后以中心孔为精基准车削棒材的外圆。轴向尺寸的基准则是以两个端面以及轴肩为精基准，键槽的定位也是以右端面作为精基准。2) 热处理工序的安排为了消除材料的内应力，在毛坯进行切削加工之前安排正火。为了改善材料的切削性能，获得较好的机械综合性能，在粗加工之后，半精加工之前安排调质处理。为了提高齿面硬度，在齿轮粗加工之后，精加工之前安排齿面局部淬火。为了消除淬火过程中的应力和防锈，增加金属表面美观，在机加工完成后安排发蓝。3) 加工方法的选择由于零件部分表面的加工精度要求比较高，故将零件的工艺过程划分为粗加工阶段，半精加工阶段和精加工阶段，这样就可以使后续加工精度提