汽車主動傘齒輪零件的工藝工裝夾具設計【鉆2-φ5孔】【說明書+CAD】

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緒論 畢業(yè)設計是大學學習過程中的重要環(huán)節(jié),也是學生在學校學習的最后一個重要環(huán)節(jié)。這次設計是為了進一步檢驗學生在學校期間的學習情況，也是在學生走向工作崗位之前的一次大的實踐演習，重在培養(yǎng)學生綜合運用所學的專業(yè)知識和基礎理論知識的能力，獨立解決一般機械類技術問題的能力，以及樹立正確的設計思想和工作作風。經(jīng)過將近歷時一個學期的畢業(yè)設計，鞏固了自己大學四年所學的專業(yè)知識，并且拓展了知識面，學到了許多課堂上學不到的知識，還從中掌握了一些實踐經(jīng)驗中的技巧，在運用所學的理論知識與動手設計有機結合的過程中，提高了自己的設計能力和實踐能力，而且初步形成了自己的設計理念。 本論文設計中包括主動傘齒輪的工藝規(guī)程設計和工藝裝備設計及其加工過程中的刀具和量具設計（由于時間關系和能力，只設計了木以典型工序中的刀具和量具）等。在設計時，主要以汽車主動傘齒輪的工藝規(guī)程設計和工藝裝備設計這兩大部分為重點。此書中具體闡述了其工藝路線，并設計了一套與之相配套的專用刀具和量具（只是某一典型工序的刀具與量具），還設計了其中典型加工工序中所需要的兩套夾具。此次設計，本著力求使所設計的工件實際、實用的原則來指導設計，在整個設計過程中，盡量是設計內(nèi)容向實際加工靠攏，使設計更具科學性，更具合理性，其中所用的很多公式與參數(shù)均查閱于工廠一線的工具用書以及機械制造專業(yè)的專業(yè)技術手冊。通過此次系統(tǒng)的動手設計，本人已初步掌握了一般零件的工藝路線的擬訂，并掌握了設計一般夾具、刀具和量具的設計方法，可以說對整個機械加工過程在自己的知識領域內(nèi)有了系統(tǒng)的認識。 在此次畢業(yè)設計過程中，得到了趙麗巍偉老師的悉心指導與幫助以及同組同學對我的設計也提出了許多寶貴的意見和建議，在此，對趙老師的指導以及同學們的幫助表示衷心的感謝。 由于自我水平有限，且此次設計涉及面廣，內(nèi)容覆蓋面廣，時間倉促，其中一定會有這樣那樣的錯誤和不足，懇請老師批評指正和諒解。 １ 工藝規(guī)程設計（汽車主動傘齒輪） 1.1 零件分析 1.1.1 零件的作用 該零件是汽車各種結構中一個傳動結構的主傳動零件，且為主動件，為主動傘齒輪。該主動傘齒輪與從動螺旋傘齒輪相配合，兩個齒輪的軸線互相垂直，從而實現(xiàn)了力、轉矩、速度、傳動比的傳動，多用于高速，大功率機械裝置的傳動，由于是已逐漸接觸的方式傳動，因此比較安靜，有較大的強度。該零件為傘齒輪且為主動輪，在傳動結構中的作用至關重要，故其加工要求、加工精度、形位精度等要求都比較高。具體要求參照零件圖。 1.1.2零件工藝分析 由零件圖知，零件的材料為20CrMnTi。分析零件可知，該零件是主動傘齒輪，在傳動中要求有較高的精度，傳動時有較好的耐磨性，且輪齒根部具有較高的韌性和沖擊性。型號為20CrMnTi的合金鋼能滿足這些要求，故選用該型號的鋼。該零件上的主要加工面為外圓錐面、 ?、?48±0.008、滾壓螺紋、 滾花鍵、鉆2-?5孔、銑齒輪等。該齒輪與從動輪相配合傳動力、速度和轉矩，故齒面的加工精度要求較高；外圓錐面和?48面是與其它零件之間的接觸平面，直接影響該零件與其它工件之間的接觸精度；花鍵是用于聯(lián)接的表面，在加工時，應有較高的精度以及強度要求；由于?5兩孔相互垂直，鉆孔時應保證兩孔的形位精度要求。 參考各工藝標準及切削手冊的各種加工方法的經(jīng)濟精度，及機床能達到的位置精度可知，上述技術要求是可以達到的，零件的結構工藝性也是可行的。 1.2 確定毛坯、畫毛坯圖 根據(jù)材料及零件的機械性能確定毛坯的加工方法為鍛造。 由設計任務書已知零件的生產(chǎn)綱領為5000—10000件/年，零件的重量約為9㎏，查表知零件的生產(chǎn)類型為大量生產(chǎn)（《機械加工工藝手冊》第1卷表5.2-1） 用查表法，根據(jù)《機械加工工藝手冊》第1卷表3.2-1～3.2-8，查外圓柱表面加工余量及偏差： 表1.1 外圓柱表面加工余量及偏差 基本尺寸 粗加工余量 精加工直徑余量 偏差 ?65 2.3 0.2 -0.30～-0.45 ?48 2.3 0.2 -0.25～-0.39 ?45 2.0 0.2 -0.25～-0.39 ?27 2.0 0.3 -0.21～-0.33 端面 1.5 1 單位：mm 確定鍛件公差和機械加工余量的主要因素： （1）鍛件重量 根據(jù)鍛件圖的基本尺寸進行計算，并以次數(shù)據(jù)查表確定公差和余量。該零件的重量約為9Kg。 （2）復雜系數(shù)S 由公式 [1] S=W鍛件W外廓包容件 (1.1) 式中 W鍛件------鍛件重量 W外廓包容鍛件------相應鍛件外廓包容件的重量 鍛件形狀復雜系數(shù)分為4級：簡單（﹥0.63～1），一般(﹥0.32～0.63),較復雜（﹥0.16～0.32），復雜（≤0.16）。該鍛件的形狀復雜系數(shù)選一般。 （3）分模線形狀 分模線分為兩類：平直分模線和對稱彎曲分模線；此毛坯件外廓為不對稱彎曲分模線。 （4）鍛件材質系數(shù) 分為和兩級 ：鋼的最高含碳量小于0.65％的碳鋼或合金元素的最高總含量小于3.0％的合金鋼。 ：鋼的最高含碳量大于或等于0.65％的碳鋼或合金元素的最高總含量大于或等于 3.0％的合金鋼。 該鍛件的合金元素分別為Cr、Mn、Ti,它們的最高總含量小于3.0％，故材質系數(shù)為。 （5）零件的加工表面粗糙度 零件的加工表面粗糙度是確定鍛件加工余量的重要依據(jù)。當加工表面的粗糙度Ra＜1.6um時，其余量要適當加大。 根據(jù)以上影響機械加工余量的各因素，包括鍛件重量、加工精度、鍛件復雜系數(shù)及工件尺寸，查表（《機械加工工藝手冊》第1卷表3.1-56）得模鍛的單邊余量為2.5mm，孔徑的單邊余量為3mm。由此可畫出零件汽車主動傘齒輪的毛坯圖，如下圖所示： 圖1.1 傘齒輪毛坯圖 1.3工藝規(guī)程設計 1.3.1定位基準的選擇 粗基準的選擇 在選擇粗基準時，要考慮到以下幾點要求：第一，在保證各個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勻；第二，保證工件上加工表面與不加工表面之間的位置要求，應以不加工表面為粗基準；第三，選擇粗基準的表面應平整，沒有澆口、冒口或飛邊等缺陷，以便定位可靠。該鍛件為軸類零件，在選擇粗基準時，優(yōu)先考慮了第一個要求，因此選了鍛件的小端面為粗基準。 精基準的選擇 選擇精基準須滿足以下要求：第一，用工序基準作為精基準，實現(xiàn)“基準重合”，以免產(chǎn)生基準不重合誤差；第二，當工件以某一組精基準可以方便地加工其它各表面時，應盡可能在多數(shù)工序中采用此精基準定位，實現(xiàn)“基準統(tǒng)一”，以減少工序設計的費用，提高生產(chǎn)率，避免基準轉換誤差；第三，為了獲得均勻的加工余量或較高的位置精度，可遵循自為基準的原則；第四，當精加工或光整加工工序要求余量盡量小而均勻時，應選擇加工表面自身為精基準，即“自為基準”的原則?；诘谝?、第二兩個原則，選擇以鍛件的小端面為粗基準，加工鍛件的大端面即傘齒輪的大端面，再以此大端面為精基準。 1.3.2制定工藝路線 分析零件圖，依據(jù)各個所要加工面的尺寸要求、加工精度、形位精度及配合關系和技術要求，現(xiàn)提出以下兩種工藝路線方案： 表1.2 工藝規(guī)程方案一 工序號 工序內(nèi)容 1 銑軸兩端面和鉆中心孔 2 粗車外圓錐面， 65外圓，50外圓，47外圓等 3 精車外圓錐面， 65外圓，50外圓，47外圓等 4 車面錐 5 滾花鍵 6 粗磨65外圓 7 粗磨花鍵外圓 8 粗磨65外圓 9 鉆孔2-5孔 10 到角1* 11 在 27外圓上滾壓螺紋M27×1.5-6h 12 清除鐵屑 13 中間檢查，， 14 粗銑齒輪 15 精銑齒輪凸面 16 精銑齒輪凹面 17 將大齒輪大端面口修成1.5×的倒角 18 清洗毛刺 19 中間檢查 20 熱處理 21 精磨65外圓和傘齒輪背平面 22 精磨花鍵外圓 23 精磨50外圓及其端面 24 校正螺紋 25 最終檢查 表1.3 工藝規(guī)程方案二 1 模鍛 2 時效處理 3 粗車外圓錐面， 65外圓，50外圓，47外圓等 4 精車外圓錐面， 65外圓，50外圓，47外圓等 5 車面錐，49.5外圓，132外圓 6 粗磨選用錐齒輪銑齒機床，刀具為9″，花鍵外圓，50外圓 7 滾花鍵 8 27外圓上滾壓螺紋M27×1.5-6h 9 鉆孔2-5孔 10 精磨65外圓，齒輪背平面， 11 精磨花鍵外圓 12 精磨50外圓及其端面 13 粗銑齒輪 14 精銑齒輪 15 去毛刺 16 校正螺紋 17 熱處理 18 最終檢驗 方案分析 方案二的工序在排列時雖遵循了“工序集中”的原則，在一定程序上減少了工序。但過多的工序集中，難以保證加工精度。另一方面，考慮到該工件的生產(chǎn)綱領是大量生產(chǎn)，須保證生產(chǎn)效率。在方案一中，雖然工序比較分散，但由于每一工序的加工內(nèi)容較少，便于流水線作業(yè)，以提高效率，降低成本。另外，方案二的熱處理 工序也不合理，該工序精磨前、粗銑后。這樣不像方案二那樣，若將熱處理工序放在最后，這時齒輪的表面強度、硬度、剛度均有所提高，再加工齒輪比較困難，花費工時較大，工作效率降低，生產(chǎn)成本增大。綜合以上分析，選擇方案一是比較合理的。 1.3.3 選擇加工設備及刀具、夾具、量具 該工件的生產(chǎn)綱領為5000～10000件/年。除卻休息日，一年中的工作時間約為200天。若全年的最大生產(chǎn)量為10000件，那么一天的產(chǎn)量是 10000/200=50件。由此知道加工設備不需要專用機床，用通用機床即可。工件在各機床上的裝卸及在各機床間的傳遞均由人工完成。 下面分析各主要工序中所用的加工設備及刀具、夾具、量具。 銑兩端面和鉆中心孔： 這是該工件的第一個工序。首先以小端面為粗基準銑大端面，之后把該大端面作為以后相關工序的精基準。這一工序很關鍵，涉及到后面相關工序的加工精度和形位精度等技術要求。因此，銑兩端面和鉆中心孔就合并在了一個工序中，這也反映了“工序集中”的原則。機床選用ZBT8216，根據(jù)《金屬切削手冊》表6-7選擇三面刃銑刀，鉆具為中心鉆，夾具為V型塊，量具為卡規(guī)。 車外圓錐面和65等外圓 ： 工件為軸類零件，且為階梯軸（除去傘齒輪）。65若選用普通車床，在車各外圓時切削量須不斷調整，即浪費工時有難以保證加工精度，故選用仿形車床CE7120。夾緊方式采用雙頂尖夾緊，刀具為機夾車刀，量具為專用卡規(guī)、樣板。 滾花鍵： 參考《金屬切削手冊》第二卷表18.3-7和18.3-8，選用半自動萬能花鍵軸銑床YB6212，刀具為漸開線花鍵滾刀，用雙頂尖夾緊，量具為漸開線花鍵環(huán)規(guī)。 粗磨65外圓： 這是普通的磨削加工，磨床采用端面外圓磨床M120W,夾緊方式采用雙頂尖夾緊，磨削工具即為砂輪，量具為卡規(guī)和百分尺。 鉆5孔： 選用臺鉆Z4006A鉆床，鉆頭選擇直徑為5mm的5麻花鉆，夾具為鉆床專業(yè)夾具。在鉆削時要隨時去毛刺清除鐵屑，以避孔所在的軸外圓表面劃傷，保證表面粗糙度。 滾壓螺紋M27×1.5-6h： 選用滾絲機床YG3603,切削工具為滾絲輪，采用V型塊夾緊，量具為螺紋環(huán)規(guī)。滾壓螺紋相比于切削加工具有以下優(yōu)點：（1）材料利用率高；（2）螺紋表面能獲得較細的表面粗糙度；（3）螺紋強度和表面硬度均有所提高；（4）用滾壓加工工藝，容易實現(xiàn)自動化，生產(chǎn)率高，經(jīng)濟效益好。此些優(yōu)點正好符合此零件的加工，所以選擇液壓螺紋。 粗銑齒輪： 選用錐齒輪銑齒機床，刀具為9″左刃雙向粗切刀片，夾具為銑床專用夾具，量規(guī)為齒輪卡規(guī)。 精銑齒輪： 選用錐齒輪銑齒機床，刀具為9″單向內(nèi)切刀片，量規(guī)為齒輪卡規(guī)。 粗磨外圓、端面： 同粗磨時一樣，采用端面磨床M120W，采用雙頂尖夾緊，磨削工具為砂輪，量具為卡規(guī)和百分尺。 最終檢查： 檢查加工精度，形位精度。 1.3.4 確定主要表面的加工余量和工序尺寸 根據(jù)《機械加工工藝手冊》第一卷表3.2-2～3.2-48確定各主要工序的加工余量及偏差；由表4.1-9～4.1-29確定各主要工序的經(jīng)濟精度；由表4.2-4確定各種加工方法所能達到的表面粗糙度。 工序之粗車65外圓： 加工余量2Z=2.3mm,公差等級為IT12，表面粗糙度為12.5um。 工序之精車65外圓： 加工余量2Z=1.5mm,公差等級為IT9，表面粗糙度為6.3um。 工序之滾花鍵： 加工余量2Z=0.8mm,表面粗糙度為3.2um。 工序之粗磨65外圓： 加工余量2Z=0.50m,表面粗糙度為1.6um，精度等級是2（GB197-63）。 工序之鉆孔5： 直接用5麻花鉆一次加工完成,公差等級為IT12，表面粗糙度為6.3um。 工序之精銑齒面： 齒厚余量0.93mm，表面粗糙度為1.6um。 工序之精磨48外圓： 加工余量2Z=0.01mm,表面粗糙度為0.8um。 工序之磨軸端面： 加工余量為Z=2.3mm,公差等級為IT11，表面粗糙度為3.2um。 1.3.5 加工工序設計 （1）粗銑大端面 1)選擇刀具 銑刀直徑的大小直接影響切削力、扭矩、切削速度和刀具材料的消耗，不能任意選取。該工序是端面銑，因此根據(jù)切削寬度來選取刀具直徑。根據(jù)《切削用量簡明手冊》表3.1（在該工序中，所用公式和數(shù)據(jù)如不特殊說明均來自《切削用量簡明手冊》），該工件的〈90㎜，選取刀具直徑=100㎜。工件為合金鋼20CrMnTi，因此刀具采用YT15硬質合金端銑刀，故齒數(shù)Z=5（表3.15）。 2)選擇切削用量 ①確定切削深度 由于加工余量為2.3㎜，可一次走刀完成，那么 =2.3㎜ ②確定每齒進給量 根據(jù)ZBT8216型銑床說明書，其主軸電動機功率為7.5Kw,選工藝系統(tǒng)剛度為中等，根據(jù)表3.3，=0.08～0.15㎜/z，選取 =0.10㎜/z ③選取銑刀磨鈍標準及刀具壽命T 根據(jù)表3.7，銑刀刀后面最大磨損量為1.2㎜。根據(jù)表3.8，確定刀具壽命 T=180min ④確定切削速度和每分鐘進給量 根據(jù)表3.15，當=100㎜，=2.5㎜，=0.10㎜/z時，=212m/min,=706r/min,=248㎜/min。 各修正系數(shù)為： ===1.27 ===0.65 ===1.0 故 ==212×1.27×0.65×1.0 =175m/min n==706×1.27×0.65×1.0=582r/min ==248×1.27×0.65×1.0=205㎜/min 根據(jù)ZBT8216型銑床技術參數(shù)，選擇n=520r/min, =220mm/min。因此，實際切削速度和每齒進給量為 vc=πd0nc1000[5]=182m/min (1.2) fx=vfcn?z[5]=220520×5=0.08mm/z (1.3) ⑤檢驗機床功率 根據(jù)表3.23，已知20CrMnTi的HBS=156～159，抗拉強度為540M,故M/HBS=560/160,=2.5㎜,〈90㎜時， =3.1Kw 根據(jù)ZBT8216型銑床技術參數(shù)，主電動機的總功率為=7.5kw。因，所以確定的切削用量可以采用，即=2.5㎜，n=520r/min，=182m/min, =0.08㎜/z, =220mm/min。 3）計算基本工時 tm=LVf[5] （1.4） 式中，L=l+y+,l=90㎜。根據(jù)《切削用量簡明手冊》表3.26，查得入切量和超切量y+=30㎜，那么L=90+30=120㎜，故 =120/220=0.55min （2）粗車65外圓 1） 選擇刀具 選刀桿尺寸B×H=16㎜×25㎜ 2） 選擇切削用量 ①確定背吃刀量 前面經(jīng)查表知毛坯的單邊余量為2.5㎜,在這里取粗車加工余量為2㎜，可以一次走刀完成，故 =（70-60）/2=2㎜ ②確定進給量f 根據(jù)《切削用量簡明手冊》表1.4（在該工序中，所用公式和數(shù)據(jù)如不特殊說明均來自《切削用量簡簡明手冊》），在粗車時，當?shù)稐U尺寸B×H=16㎜×25㎜，=2㎜，及工件直徑為70㎜時，f=0.5～0.9,這里選 f=0.6㎜/r ③選擇車刀磨鈍標準及刀具壽命T 根據(jù)表1.9，車刀后刀面最大磨損量取為1㎜，那么車刀壽命 T=60min ④確定切削速度 切削速度可根據(jù)公式算出，也可直接有表中查出。由表1.10，當用YT15硬質合金車刀加工抗拉強度=540鋼料（該工件材料為20CrMnTi,抗拉強度為0.54G）,進給量為f=0.6㎜/r，切削深度為=2㎜時，切削速度為=138m/min。 由表1.28查得切削速度的修正系數(shù)為=1.0，=1.0，=0.8，=1.0，故 ==138×1.0×1.0×0.8×1.0=110M/min [5] （1.5） 根據(jù)CE7120車床的技術參數(shù)，選擇 =510r/min 這實際切削速度為 （1.6） ⑤檢驗機床功率 切削功率由公式計算 =（由《金屬切削簡明手冊》表1.29）。有表1.19，當=540M，=2㎜，f=0.6㎜/r,=112m/min時，主切削力=1200N。切削力的修整系數(shù)=0.94，=1.0（由表1.28），所以 =1200×0.94×1=1128N。故 [5] （1.7） 根據(jù)CE7120車床的技術參數(shù)，主電動機最大功率=17Kw或22Kw。因為〈，所以所選的切削用量可CE7120機車上進行。 3） 計算基本工 [5] （1.8） 式中L=l+y+,l=48㎜,根據(jù)表1.26，車削時入切量及超切量y+=2.7㎜，則L=48+2.7=50.7㎜。故 [5] （3）滾花鍵加工 1）選擇刀具 零件上的花鍵為漸開線花鍵，根據(jù)零件圖要求，參照《機械加工工藝手冊》第二卷第十八章之3.1節(jié)漸開線花鍵的規(guī)格尺寸及結構，選用壓力角為，模數(shù)為8的型漸開線花鍵滾刀，其外徑=112㎜，孔徑D=40㎜，全長L=112㎜。 2）選擇切削用量 ①確定進給量 因花鍵配合精度要求較高，故選為精加工。由第二卷表17.3-18選用進給量 =1.5㎜/r ②走刀次數(shù)S（切削深度）選擇　　整個加工一般不超過2～3次。因為花鍵的加工精度要求比較高，故選擇走刀次數(shù)2次。 ③滾刀耐用度T的選擇 由表17.3-10選擇滾刀耐用度T=240min。 ④切削速度V 由表17.3-19和17.3-20，當模數(shù)為8㎜，=1.5㎜/r時，切削速度=35m/min。各修整系數(shù)為 =1.25，=0.9，=1.0，=0.75，=1.2 故 V=[5] （1.9） =35×1.25×0.9×1.0×0.75×1.2 =34.5m/min ⑤檢驗機床功率 切削功率可按下列公式計算 = 式中 ——工件每轉進給量 ㎜/r D——花鍵軸大徑 ㎜ 將=1.5㎜/r,D=47㎜代入得 ==0.038Kw 3)機動時間的確定 滾切花鍵的機動時間為 [5] （1.10） 式中 ——花鍵長度 ㎜ ——滾刀切入長度 ㎜（由表18.3-19查得=22㎜） ——滾刀切出長度 ㎜（一般取3㎜～5㎜） N——鍵數(shù) （由零件圖知N=14） ——滾刀每分鐘轉數(shù) r/nin ——滾刀進給量 ㎜/r k——滾刀頭數(shù) （取k=2） 其中，為滾刀直徑，代入數(shù)據(jù)得=101r/min 分別將各數(shù)據(jù)代入得 （4）粗磨外圓 1）磨具選擇 根據(jù)加工條件，選擇代號為P2A的雙凹面砂輪。由《機械加工工藝手冊》第二卷（在該工序中，所用公式和數(shù)據(jù)如不特別說明均來自該書）表13.2-18，令其外徑為100㎜，厚度為20㎜。 2）磨削用量選擇 合理選擇磨削用量，對磨削加工質量、精度和生產(chǎn)率均有很大的影響。 ① 確定砂輪速度 由公式（參見第二卷） m/s （1.11） 式中 ——砂輪直徑 ㎜ ——砂輪速度 r/min 已查得=100㎜，令=5700r/min，將數(shù)據(jù)代入得 ②工件速度 工件速度與砂輪速度有關，其速度比q=/。一般外圓直徑取為q=60～150，這里取q=120。則 ==30/120=15m/min ③縱向進給量速度 一般根據(jù)經(jīng)驗公式，縱向進給量=（0.3～0.7）（為砂輪寬度）。在這里，=20㎜，令=0.4×20=8㎜。那么 ④磨削深度 根據(jù)經(jīng)驗值取=0.02㎜（參見第二卷）。 ⑤縱向磨削力 磨削力的計算沒有統(tǒng)一算法，現(xiàn)依據(jù)以下經(jīng)驗公式（參見第2卷） （1.12） 自表13.1-4中查得系數(shù)分別為=21,=0.5,=0.9,=0.4,=0.6,=0。 將各系數(shù)代入得 4） 檢驗機床功率 主運動消耗的功率為 Kw （1.13） 式中 ——切向磨削力N ——砂輪速度m/s 將數(shù)據(jù)代入公式得 根據(jù)M120w型磨床的技術參數(shù)，電動機總功率為=4.525Kw。因<，故在粗磨50外圓時所確定的磨削用量均可采用。 （5）鉆5孔 1）選擇鉆頭 選擇高速鋼鉆頭，其直徑=20㎜。 2）選擇切削用量 ①確定進給量 按加工要求確定進給量：根據(jù)《切削用量簡明手冊》（本工序中以下所用公式、參數(shù)除特別說明外均出自此書）表2.7，當=5㎜，鋼的強度=540Mpa時，f=0.14～0.18㎜/r。 由于孔的深度與直徑之比為27/5>3，故應乘孔深系數(shù)=0.88，則 f=(0.14～0.18)×0.88=0.12～0.16mm/r,取f=0.14mm/r ②確定鉆頭磨鈍標準及壽命T 由表2.12，當=5㎜時，鉆頭 后刀面最大磨損量取為0.6㎜，壽命T=15min。 ③確定切削速度V 由表2.14，已知工件的材料為20CrMnTi，強度為=540Mpa，則工件的加工性屬于6級。 由表2.13，當加工性屬6級，f=0.14mm/r, =5㎜時,=14㎜/min。 由表2.31查得切削速度的修正系數(shù)為： =0.58，=0.82，=1.0，=0.74，故 （1.15） （1.16） ④檢驗機床扭Mc矩及功率P 根據(jù)表2.20，當=5㎜，f=0.14mm/r時,扭矩=2.69N·M。又扭矩的修正系數(shù)為=0.88，=1.0，故 （1.17） 根據(jù)《機械加工工藝手冊》第二卷表10.4-11查得功率公式為 （1.18） 把各數(shù)據(jù)代入得 根據(jù)Z4006C鉆床的技術參數(shù)，知計算所得和P均小于額定扭矩和最大功率，故所選的切削用量均可采用。 3）計算基本工時 （1.19） 式中㎜，入切量及超切量由表2.29查得=2.5㎜。故 （6）滾壓螺紋 1)選擇滾絲輪 ①確定滾絲輪直徑 滾絲輪直徑越大，滾壓越平穩(wěn)，滾絲輪的壽命越長，但不能超過滾絲機床允許的最大滾絲輪直徑。即 （1.20） 式中 ——計算滾絲輪線數(shù)所用的直徑 ㎜ ——機床允許的滾絲輪最大直徑 ㎜（參見表16.6-24。注：本工序計算過程中所用公式、數(shù)據(jù)除特別說明外均來自《機械加工工藝手冊》第1卷）。 ——被滾壓螺紋的公稱直徑 ㎜ 由表16.6-24查得本工序中滾壓螺紋時所用機床型號為Z28-80，查得=150㎜，又=27㎜，代入得。 ②滾絲輪線數(shù)n的計算（取整數(shù)） （1.21） 式中 ——螺紋中徑 ㎜ 將數(shù)據(jù)代入得 ③滾絲輪寬度B的計算 計算公式為 （1.22） 式中 ——工件螺紋最長度 ㎜ C——滾輪端部倒角 P——螺距 ㎜ 由表16.6-22查得C=,又=1.5㎜，代入得 2）選擇切削用量 ①滾壓速度選用 工件材料為20CrMnTi，其強度=540Mpa，由表16.6-25查得V=40～70m/min,使V=50m/min。 ②滾絲輪進給速度f選用 當P=1.5㎜，=540Mpa時，由表16.6-29查得進給速度f=0.12㎜/r。 ③滾壓時間的選用 在這里滾壓所用時間主要受滾壓螺紋時工件持續(xù)轉數(shù)確定。當P=1.5㎜，=540Mpa時，由表16.6-30確定工件持續(xù)轉數(shù)為11。 ④滾壓壓力計算 徑向力： （1.23） 切相力： （1.24） 式中 ——工件材料屈服強度 ——工件材料彈性模量 ——滾絲輪中徑 ㎜ ——滾絲輪小徑 ㎜ ——工件螺紋線數(shù) ——工件螺紋牙型角 ——工件螺紋牙頂或牙底寬度 ㎜ ——系數(shù) 根據(jù)《機械工程材料手冊——金屬手冊》第5版表4-17查得＝835,=1080,又知，＝5, =,b=0.286㎜, =3.5,=0.08,代入得 Fr＝117615N =0.06×117615=9409N （7）粗銑齒輪 用普通分度頭，在臥式銑床或立式銑床上加工直齒錐齒輪。主要操作步驟如下： 1） 調整分度頭傾角：將分度頭扳起一個跟錐角。 2） 銑刀對中：用切痕法使銑刀廓形的對稱線對準齒坯的中心。 3） 調整切削深度：以大端為基準，將工作臺聲高一個大端全齒高就可以銑齒槽中部。 4） 精銑大端面兩側余量：由于直齒錐齒輪成型銑刀的厚度是按錐齒輪小端面的齒槽厚度設計的。所以齒槽中部銑好后，齒輪大端面還有一定加工余量。 銑齒槽兩側面時，須逐個加工。如果先銑齒槽的右側面，則可將已經(jīng)銑好齒槽中部的齒坯逆時針旋轉一個角度。角度按下公式計算 （1.25） 式中 ——與刀號和節(jié)錐距與齒面寬之比R/b有關的基本旋轉角 Z——被加工齒輪齒數(shù) 由表17.10-4查得=，又Z=13。將數(shù)據(jù)代入公式得 為了使齒輪大端面齒厚達到規(guī)定的數(shù)據(jù)，再齒坯轉動角度后，還要將橫向工作臺移動一個距離S，然后才能銑出槽的右側齒面。工作臺橫向移動量S的計算公式如下 （1.26） 式中 ——銑刀中徑處的厚度 ㎜ ——模數(shù) ——與刀號和比值R/b有關的系數(shù) 2 工藝裝備設計（汽車主動傘齒輪） 2.1 夾具設計 2.1.1 鉆孔夾具設計 （1）研究原始材料明確設計任務書 由任務書可知此零件的生產(chǎn)綱領為5000～10000件/年，屬大批量生產(chǎn)。從零件圖和工藝過程簡表上知，孔的加工精度要求不是很高，用孔的麻花鉆一次加工即可完成。但兩個孔的形位精度有要求，即兩孔的軸線夾角為，這一點在設計夾具時很重要。在鉆孔時，根據(jù)加工要求和生產(chǎn)綱領選擇合適的襯套與鉆套。設計夾具時，在考慮定位問題時的要考慮到所加工工件的形狀是一階梯軸類零件。 （2）確定定位夾緊設計方案 確定夾具設計方案時，應根據(jù)夾具設計的基本原則，即“在確保零件的加工質量的基礎上，結構盡量簡單，操作方便高效，制作成本低廉”，進行綜合分析。 在分析零件結構特點、尺寸精度、形位精度、配合關系等因素的基礎上，根據(jù)六點定位原則，結合實際、加工精度的要求，來確定定位方案。所鉆的兩個孔在外圓上，那么夾緊體不能離端面太遠，否則元件剛度不夠，難以保證加工精度。又因為零件為一階梯軸類零件，在夾具中應用定心套定位，以便保證軸線精度。在孔所在軸的另一端須加上一似V型塊的支承件，使支承件靠緊傘齒輪背端面。這樣即起到了支承作用，又起到了定位作用。支承件靠在傘齒輪背端面上，這樣就限制了方向的自由度，另外 它還限制了、方向的自由度。定心套在夾緊力的作用下，除了限制了、方向的自由度外，關鍵還限制了、方向的自由度。這樣只剩下了方向的自由度沒有限制。而兩個孔的軸線夾角為，需要一定位器來保證兩孔的形位精度。這樣在限制了5個自由度的情況下，恰能使零件的加工滿足設計要求。定位夾緊基準，如圖2-1所示 圖2.1 定位加緊基準簡圖 （3）確定并設計導向元件 為了迅速、準確地確定刀具與夾具的相對位置，鉆模上設置了引導刀具且防止刀具在加工過程中發(fā)生偏移的元件——鉆模套。根據(jù)加工孔的數(shù)目及加工的位置特殊性，在設計時用了兩個鉆套，并在裝配時使其中心線相互垂直，用以保證被加工孔的位置精度及提高工藝系統(tǒng)的剛度。 零件的生產(chǎn)綱領是5000～10000件/年，屬大批大量生產(chǎn)，所以鉆套磨損很快，為了方便更換磨損的鉆套，選用可換鉆套。如圖2-2所示，為了避免鉆模板的磨損，在可換鉆套與鉆模板之間按的配合，并用螺釘加以固定，防止在加工過程中因鉆頭與鉆套內(nèi)孔的摩擦使發(fā)生移動，或退刀時隨刀具升起，以影響加工質量和磨損刀具。鉆套下端面應與工件加工表面間留有一定的距離尺寸，以利于在鉆削時工件的排屑。安裝鉆模時，首先用裝在主軸上的鉆頭插入鉆套以校正鉆模位置，然后將其固定。這樣可以保證鉆床主軸軸線與鉆套孔軸線的同軸度，即可以減少鉆套的磨損，又可以保證孔有較高的位置精度。 1.夾具體 2.螺釘 3.鉆套 4.襯套 圖 2.2 鉆套 （4）計算夾緊力，設計夾緊機構 由于工件的質量不大，產(chǎn)量為批量生產(chǎn)，考慮到加工精度要求不是很高，故采用手動夾緊——用固定手柄壓緊螺釘。壓緊螺釘具有以下特點：①結構簡單；②擴力比大；③自鎖性好；④行程不受限制；⑤夾緊動作舒緩。壓緊螺釘與定心套的螺紋孔相配合，往下旋轉螺釘時，便給了工件一個徑向的夾緊力，在支撐件和夾具體的共同作用下，實現(xiàn)了對工件的夾緊。 由《機床夾具設計》（王啟平主編）查得夾緊件是螺釘時的夾緊力為 （2.1） 式中 ——夾緊力 N ——原始作用力 N（一般取80～100N） ——作用力臂 ㎜（一般取=14） ——螺紋中徑 ㎜ ——螺紋升角（取=） ——螺紋處摩擦角（取=） ——螺桿端部與工件的摩擦角 ——螺桿端部與工件（或壓角）的當量摩擦半徑㎜（螺桿端部為球面時=0） 把以上數(shù)據(jù)代入公式得 為了保證工件的裝夾安全可靠，應將理論夾緊力乘以安全系數(shù)K?？紤]到切削力的變化和工藝系統(tǒng)變形等因素，一般K=1.5～3。那么實際所需的夾緊力為 (5)夾具體的設計 在夾具體上，要安放組成該夾具所需要的各種元件、構件、裝置，并且還要考慮便于裝卸工件以及在機床上的固定。因此夾具體的形狀和尺寸應滿足一定的要求，它主要取決于工件的外廓尺寸和各類元件與裝置的布置情況以及加工性質等要求。 夾具體的設計應滿足以下基本要求： 1）有足夠的強度和剛度 在加工過程中，夾具體要承受切削力、夾緊力、慣性力，以及切削過程中產(chǎn)生的沖擊和振動，所以夾具體應有足夠的剛度和強度。因此，夾具體要有足夠的壁后，并根據(jù)受力情況適當布置加強筋或采用框式結構。一般加強筋厚度取壁后的0.7～0.9倍，筋的高度不大于壁后的5倍。 2）減輕重量，便于操作 在保證一定的強度和剛度的情況下，應該盡可能地使夾具體體積小、重量輕。在不影響剛度和強度的地方，如果可能應該開窗口、凹槽，以便減輕重量。 3）安放穩(wěn)定、可靠 夾具體在機床上的安放應穩(wěn)定，以免加工工件時發(fā)生振動或移動而影響工件的加工質量。對于固定在機床上的夾具應使其重心盡量低；對于不固定在機床上的夾具，則其重心和切削力的作用點應落在夾具體在機床上的支承范圍內(nèi)。夾具越高，支承面積越大。為了使接觸面積接觸緊密，夾具體底面中部一般應挖空。 4）結構緊湊、工藝性好 夾具體結構應盡量緊湊，工藝性好，便于制造、裝配。夾具體上最重要的加工表面有三組：夾具體在機床上定位部分表面；安放定位元件的表面；安放對刀和導向裝置或元件的表面等。夾具體的結構應便于這些表面的加工。 5）尺寸穩(wěn)定，用一定精度 夾具體制造后應避免發(fā)生日久變形。為此鑄造夾具體，要進行時效處理；對于焊接夾具體，要進行退火處理。鑄造夾具體的壁后過渡要和緩、均勻，以避免產(chǎn)生過大的鑄造殘余應力。夾具體各主要表面要有一定的精度和表面粗糙度要求，特別是位置精度。這是保證工件在夾具體中加工精度的必要條件。 6）排屑方便 在加工過程中產(chǎn)生的切屑，一部分要落在夾具體上。若切屑積累過多，將影響工作安裝可靠性，因此夾具體在設計結構時應考慮清除切屑方便。 綜合分析后，方案采用鑄造夾具體的鉆床夾具。此方案安裝穩(wěn)定，拆裝方便，制造工藝性好，鑄件的抗壓強度剛度和抗振性都較好。 （6）繪制夾具裝配總圖 裝配圖中的支承件，用兩個銷定位后再用四個螺栓固定在夾具體上。為了增加夾具體的剛度和強度，在夾具體的底端加上了兩塊筋板。裝配夾具時，先將可換鉆套裝入定心套。將與定心套周向的襯套裝配到夾具體上后，將已裝配好的可換鉆套的定心套與襯套相配合裝配到夾具體上。這時，用大螺帽套在定心套上旋緊，然后擰上帶固定手柄的壓緊螺釘。之所以用兩個大螺母擰緊，是為了防止夾具體松懈，起到了機械預緊的目的。這樣，夾具裝配總圖就完成了，見圖2-3所示。 1.定心套 2.螺釘 3.襯套 4.鉆套 5.襯套 6.夾具體 7.襯套 8.螺釘 9.支承 10.螺釘 11.銷 12.螺帽 13.墊圈 圖2.3 鉆床夾具 （7）標注尺寸和公差配合 1)夾具體的最大輪廓尺寸為：350㎜×220㎜×264㎜ 2）可換鉆套與襯套的配合取，定心套與襯套取； 3）定心套與襯套的配合取，定心套與小襯套的徑向配合??； 4）襯套與夾具體的配合取，定位器襯套與夾具體的配合取。 2.1.2 車面錐夾具設計 （1）零件工藝過程及車面錐工序圖分析 分析零件圖和工序圖，根據(jù)加工內(nèi)容、尺寸要求、技術要求等初步確定夾具體形狀、定位夾緊元件、夾緊方式。 （2）定位基準的選擇和定位元件的確定 由工序簡圖知，錐面尺寸與傘齒輪背端面有關。而傘齒輪的背端面又與臺階有關，因此選取臺階作為定位基準，能滿足基準統(tǒng)一原則。在這兒，采用了雙頂尖定位。兩個頂尖分別頂在了零件的中心孔。這樣兩個頂尖就限制了、、、、方向的自由度，只剩下方向的自由度。由于加工方向是圓周方向，所以沒有限制方向自由度是合理的。 （3）夾緊裝置的確定 1）車夾具對夾緊裝置的要求 設計車夾具時，除了考慮一般要求外，還要考慮到車削加工的特點。車削加工時工件高速旋轉，所以工件除了受切削力外，由于有質量偏心而產(chǎn)生較大的離心力。故為了防止工件脫離定位元件甚至飛出機車造成事故，必須使夾緊更加可靠，應采用夾緊力較大且自鎖性能好的夾緊裝置。 2）選擇夾緊力的方向和作用點 夾緊力的方向應指向支承面，使夾緊可靠、穩(wěn)定。夾緊力的作用點不宜施加在錐面附近，否則夾緊裝置容易碰刀，既限制了車刀的活動路線，又妨礙了視線。另一方面，夾緊力的作用點又不能施加于錐面的對立端，否則在加工時工件不穩(wěn)定。所以，夾緊力的作用點就選擇在外圓距離錐面較近的一端。這樣，即可以避免上述缺點，又能防止工件飛出，保證安全生產(chǎn)。 3）夾緊裝置形式的選擇 車削加工的一個明顯特點是工件高速旋轉，并且夾緊裝置和工件在高速旋轉的情況下產(chǎn)生較大的離心力。離心力問題是設計車床夾具無法回避的問題，處理得當，它有利于夾緊工件；處理不當，它會對工件的車削加工造成影響。根據(jù)車削加工的這一特點，按照離心力的特點，設計了卡爪離心夾具。其示意圖如圖2.4所示。 1.卡爪 2.卡爪軸 3.工件 4.銷軸 圖2.4 車床夾具主視圖 該夾緊裝置采用了三個卡爪，均勻分布在卡盤上?？ㄗ﹂_槽中的銷軸固定在卡盤上，卡爪可以沿槽的方向作徑向往復移動?？ㄗS固定在卡爪上，這樣可以使卡爪連同卡爪軸沿周向擺動?？ㄗS和銷軸之間沿徑向有一偏心距，當卡盤逆時針旋轉時，卡盤啟動的瞬間，卡爪由于慣性它要以銷軸為圓心作逆時針轉動?？ㄗD動，卡爪與工件相接觸的點到銷軸的距離增大，于是工件被夾緊。旋轉時產(chǎn)生的離心力公式 （2.2） 式中 ——卡爪產(chǎn)生的離心力 N ——卡爪質量 ㎏ ——卡爪旋轉時的當量半徑 m ——工件轉速r/min 由公式知道，當卡爪的質量、當量半徑一定時，工件轉速越高，卡爪離心力就越大。工件高速旋轉時，若工件直徑過小，卡爪將沿著槽徑向向外移動，同時沿周向擺動，銷軸和卡爪軸之間的偏心距減小，離心力增大。當銷軸和卡爪軸間的偏心距減小到0時，若工件繼續(xù)高速旋轉，卡爪將失去對工件的夾緊力，工件可能飛出而發(fā)生事故。因此，銷軸和卡爪軸之間的距離為0是臨界點。如果工件運動時所引起的偏心距大于0（不能接近0，則不會發(fā)生危險；如果工件運動引起的偏心距接近0，則會可能發(fā)生危險。 （4）車夾具結構的擬訂 設計車夾具時要盡量使結構簡單，輪廓尺寸小、重量輕、夾具的重心要靠近車床主軸中心，以減小離心力的影響。外形要圓整，所有元件不應超出夾具體邊緣之外，以免造成事故。如必須有不規(guī)則的凸出部分，應加防護罩，確保安全生產(chǎn)。根據(jù)加工特點，在夾具體上除了必要的定位元件、夾緊元件，還有一些必要的輔助元件，如前罩、端蓋等。夾具結構剖面圖如圖2.5所示。 1. 六角螺堵 2.頂尖桿 3.套 4.圓螺母 5.拉簧 6.前罩 7.端蓋 8.上卡盤 9.下卡盤 10.后罩 11.法蘭盤 12.頂尖套 13.頂尖 圖2.5 車床夾具剖視圖 （5）標注尺寸和公差配合 1）夾具體的最大直徑和長度為：。 2）頂尖和頂尖桿的配合取，頂尖與頂尖套的配合取 3）法蘭盤與下卡盤的配合取，法蘭盤與端蓋的配合取 4）下卡盤與軸銷的配合取，上卡盤與卡爪軸的配合取 5）卡爪軸與卡爪的配合取，下卡盤與鋼球定銷的配合取 2.2專用刀具設計 （1）設計條件和要求 工件材料是20CrMnTi，，切削寬度=9㎜，加工余量2Z=1.5～2㎜，表面粗糙度Ra為12.5，車床功率足夠，要求設計硬質合金的外圓車刀。 （2）刀片形狀的選擇 刀片的邊數(shù)越多，刀尖角越大，強度好，散熱條件也好，可延長刀具耐用度。同時邊數(shù)多，刀刃多，刀片利用率高，刀具壽命長。（使用壽命=刀尖數(shù)×耐用度）。但邊數(shù)多，切削刃長度也相應減小，不一定能滿足切削寬度的要求。所以刀具邊數(shù)的選擇原則是：在滿足切削寬度的前提下，盡量取大值較好。另外選擇刀片形狀時，還必須考慮它們的特點。三角形刀片加工時，徑向力較小，廣泛用于主偏角的車刀，車削帶直角臺階的外圓、端面，也可用于一般外圓車刀、仿形車刀。在加工該工序時，車床為防形車床，且有帶直角臺階的外圓，故選三角形刀片。 （3）刀片厚的確定 刀片的厚度應滿足強度要求，切削力的大小主要決定于走刀量和切削寬度。因此刀片的厚度主要根據(jù)走刀量和切削寬度的大小來選擇，在滿足走刀量和切削寬度的條件下，盡可能選用尺寸較小的刀片。參照《刀具設計原理與計算》圖4-2-4，當。另外刀片厚度的選擇，還要考慮允許重磨的次數(shù)，刀片固夾方式及受力狀況（受力的方向，力的分布情況等），不要單純考慮強度而造成刀片較厚和利潤率不高。 （4）刀尖圓弧半徑的選擇 刀尖圓弧半徑主要根據(jù)刀尖強度及工件表面粗糙度的要求來選擇。刀尖圓弧半徑大，刀尖強度高，對提高表面粗糙度也有利。但徑向力增加，可能工藝系統(tǒng)的剛度不夠而引起振動，反而影響加工質量。若機床功率不夠，還會造成悶車、打刀現(xiàn)象。參照《刀具設計原理與計算》（在刀具設計過程中所用公式與參數(shù)若不特殊說明均來自《刀具設計原理與計算》）圖4-2-5，當?shù)都鈭A弧半徑。 （5）切削角度的計算 參照表4-6-1選定刀具的參數(shù)具體如下 1）車刀主偏角 根據(jù)工件形狀、材料、粗糙度要求及工藝系統(tǒng)的剛度選定。常用的有幾種。選取 2）車刀理論后角 根據(jù)加工精度選定，一般粗加工為=～，精加工為～，選取 3）車刀理論前角 根據(jù)加工材料選定= 。 4）車刀刃傾角 根據(jù)切屑流向要求及刀刃強度選擇，為了保證后角及副角不能為負，不能為正值，選取 5）確定所需刀刃的長度 當0時 （2.3） 式中 ——最大吃刀深度 ㎜ ——要求的刀刃長度 ㎜ ——切削刃實際工作長度 ㎜ 把，，代入得 6）由刀片生產(chǎn)圖冊查得刀片幾何角度，刀片法向前角，刀片法向后角，刀片刃傾角，刀片刀尖角。 車刀主截面內(nèi)刀片前角，則 （2.4） 把，代入得。那么 車刀主截面內(nèi)刀桿刀片槽前角 由公式 （2.5） 把代入得。由于一般取整數(shù)，那么取。 車刀主截面內(nèi)刀片后角 由公式 （2.6） 把，代入得。那么 車刀副偏角 由公式 （2.7） 式中為車刀刀尖角，取，代入得。 安裝所形成的車刀副后角 由公式 （2.8） 式中 ——刀桿刀片槽最大前角 ——車刀刀尖角 ——刀桿刀片槽最大前角所在截面方位角 把代入得。 （6）結構設計 刀具的結構設計應遵循以下原則：1）刀具的全部結構要素都應以充分發(fā)揮刀刃的切削作用為目的的；2）合理確定刀片的嵌入角；3）刀片的定位精度要高；4）夾固要可靠，要有足夠的剛性和抗振能力；5）有合理可靠的裝卡方式；6）結構要簡單實用，工藝性好，便于制造，易于推廣。 分析加工要求，又考慮到是在仿形車床上加工，選取楔塊式結構。這種結構是利用斜面將刀片壓緊的。當壓緊螺釘將楔塊向下壓時，楔塊的一個側面將刀片內(nèi)孔壓緊在刀片中間孔的圓柱銷上。當螺釘松開時，彈簧擋圈能抬起楔塊，不使刀片與楔塊卡死。刀墊是靠刀片中間孔與刀桿上的孔配合很緊密的圓柱銷上的臺階壓緊而定位的。這種結構的特點是：夾緊力大，夾緊牢固可靠。刀片的調位及換片也比較方便、迅速。結構也不復雜，工藝性較好。刀片前面上沒有夾緊元件，切屑流動不受阻礙，也便于觀察切削情況。 2.3 專用量具的設計 2.3.1 量規(guī)的結構形式 光滑極限量規(guī)用于檢驗國家《公差與配合》標準GB1800-78規(guī)定的基本尺寸至500mm、公差等級IT6～IT16級的孔與軸。我所設計的量規(guī)是用于檢驗主動傘齒輪上較重要的工作表面軸徑?軸所用的。 國家檢測標準中按泰勒原則（即極限尺寸判斷原則）規(guī)定：軸的作用尺寸應不大于其最大實體尺寸MMS（最大極限尺寸），且在任何位置的最小實際尺寸應不小于其最小實體尺寸LMS（最小極限尺寸）。 按此規(guī)定：檢驗工件最大實體尺寸MMS（即孔的最小、軸的最大極限尺寸）的量規(guī)稱為通規(guī)（代號“T”），并要求通規(guī)的測量面應該是與孔或軸形狀相對應的完整表面（通常稱全形量規(guī)），其尺寸等于工件的最大實體尺寸，且長度等于配合長度；檢驗工件的最小實體尺寸LMS（即孔的最大、軸的最小極限尺寸）的量規(guī)稱為止規(guī)（代號“Z”），止規(guī)的測量面應該是點狀的，其尺寸等于工件的最小實體尺寸，見圖3.1。 圖3.1 符合泰勒原則的光滑極限量規(guī) 當用符合以上規(guī)定的量規(guī)檢驗工件時，如果通規(guī)能通過，止規(guī)不能通過，則該工件應該為合格品。 在