齒輪軸零件的機械加工工藝和銑鍵槽專用夾具設計,齒輪軸,零件,機械,加工,工藝,鍵槽,專用,夾具,設計 畢業(yè)設計(論文)開題報告 題目:齒輪軸零件的機械加工工藝 與夾具設計 1.設計（論文）綜述（題目背景、研究意義及國內外相關研究情況） 1.1 題目背景 機械制造工藝對產品的質量控制起著重要作用，夾具是能夠使產品按一定的技術要求準確定位和牢固夾緊的工藝裝置，它的主要用于保證產品的加工質量、減輕勞動強度、輔助產品檢測、展示、運輸?shù)取? 1.2 研究意義 隨著科學技術的不斷進步，夾具已從一種輔助工具發(fā)展成為門類齊全的工藝裝備。機床夾具在機械加工中起著重要的作用，所以應用十分廣泛。歸納起來有以下幾個方面的作用：保證工件的加工精度，穩(wěn)定產品質量；提高勞動生產率和降低加工成本；改善工人勞動條件；在流水線生產中，便于平衡生產節(jié)拍。 本設計采用以齒輪軸為例進行工藝分析及夾具設計。齒輪軸是組成機械的重要零件，也是機械加工中常見的典型零件之一。主要作用是支撐回轉零件、實現(xiàn)回轉運動并傳遞轉矩和動力。齒輪軸具備傳動效率高、結構緊湊和使用壽命長等一系列優(yōu)點，是通用機械特別是工程機械傳動中的重要零件之一。齒輪軸加工材料、熱處理方式、機械加工工藝過程的優(yōu)化，將對提高齒輪軸的加工質量及壽命有著重要借鑒意義。 1.3 國內外相關研究情況： 夾具從產生到現(xiàn)在，大約可以分為三個階段:第一階段主要表現(xiàn)在夾具與人的結合上，這時夾具主要是作為人的單純的輔助工具，是使加工過程加速和趨于完善；第二階段，夾具成為人與機床之間的橋梁，夾具的機能發(fā)生了變化，它主要用于工件的定位和夾緊，人們越來越認識到夾具與操作人員改進工作及機床性能的提高有著密切的關系，所以對夾具引起了重視；第三階段表現(xiàn)為夾具與機床的結合，夾具為機床的一部分，成為機械加工中不可缺少的工藝裝備。 發(fā)展現(xiàn)狀、趨勢：a現(xiàn)代機械制造技術的現(xiàn)狀，在產品設計方面，普遍采用計算機輔助產品設計(CAD)、計算機輔助工程分析(CAE)和計算機仿真技術；在加工技術方面，已實現(xiàn)了底層(車間層)的自動化，包括廣泛地采用加工中心(或數(shù)控技術)、自動引導小車(AGV)等．近10余年來，發(fā)達國家主要從具有全新制造理念的制造系統(tǒng)自動化方面尋找出路，提出了一系列新的制造系統(tǒng)。如計算機集成制造系統(tǒng)、智能制造系統(tǒng)、并行工程、敏捷制造等；b機械加工工藝的未來發(fā)展趨勢， 集成化發(fā)展趨勢、 微納化發(fā)展趨勢、自動化發(fā)展趨勢、數(shù)字化發(fā)展趨勢。 隨著機械工業(yè)的迅速發(fā)張，對產品的品種和生產率提出了愈來愈高的要求，使多品種，中小批生產作為機械生產的主流。為了適應機械生產的這種發(fā)展趨勢，必然對機床夾具提出了更高的要求。特別像推動架零件的加工還處于落后的階段。在今后的發(fā)展過程中，應大力推廣使用組合夾具、半組合夾具、可調夾具，尤其是成組夾具。在機床技術向高速、高效、精密、復合、智能、環(huán)保方向發(fā)展的帶動下，夾具技術正朝著高精度、高效、模塊組合、通用、經濟等方向發(fā)展。 2.本課題研究的主要內容和擬采用的研究方案、研究方法或措施 2.1主要內容 首先認真分析已給定的齒輪軸零件圖紙，明確相關技術要求和加工質量要求，在讀懂圖紙的基礎上，利用solidworks 和CAD繪制該齒輪軸的三維模型以及二維工程圖；然后根據(jù)圖紙上相關要求等確定該零件的生產類型，本次設計的零件屬大批量生產。其次，對零件進行工藝分析，確定毛坯類型和制造方法，齒輪軸的材料為20CrMnMo,擬采用以鍛造的形式進行毛坯的制造，然后設計兩套不同的工藝路線方案，分析兩套方案的優(yōu)劣并根據(jù)實際生產條件和相關要求確定最終方案，完成機械加工工序設計，進行必要地經濟分析。最后，對銑鍵槽或者齒輪部位進行夾具裝配圖及主要零件圖的設計，對夾具進行精度校核并對其設計質量進行評估。 2.2研究方案: 如下圖所示的輸入齒輪軸，屬于階梯軸類零件，由圓柱面、軸肩、鍵槽、齒輪等不同形式的幾何表面及幾何實體組成。零件的材料為 20CrMnMo，屬于合金結構鋼。它的強度高于 15CrMnMo，塑性及韌性稍低，淬透性及力學性能比 20CrMnTi 高，淬火低溫回火后具有良好的綜合力學性能和低溫沖擊韌度。滲碳淬火后具有較高的抗彎強度和耐磨性能，但磨削時易產生裂紋。焊接性不好，適于電阻焊接，焊前需預熱，焊后需回火處理，切削加工性和熱加工性良好。常用于制造高硬度、高強度、高韌性的較大重要滲碳件（其要求均高 15CrMnMo），如曲軸、凸輪軸、連桿、齒輪軸、齒輪、銷軸，還可代替 12Cr2Ni4 使用?！褒X輪軸的精度要求高，輸入齒輪軸的加工難度大，必須對齒輪軸加工過程中的一些重要問題，如材料、基準、熱處理和齒形加工等做出正確的選擇和分析，才能保質保量地完成批量齒輪軸的加工。以此輸入齒輪軸為例，其多數(shù)外圓表面尺寸精度達IT6,表面粗糙度值 Ra 為 6.3～1.6，而位置精度則通常應為尺寸精度數(shù)值的 1/3～1/5；齒輪的精度等級為 7 級。 在綜合考慮上述各因素基礎上，現(xiàn)初步擬定了兩套工藝路線方案，如下： （1） 工藝路線方案一 工序 1：下料。 工序 2：鍛造——模鍛成型。 工序 3：6正火處理——正火后硬度達到 HB 171～229 工序 4：超聲波探傷（圖紙技術要求）。 工序 5：粗車——劃端面及外形線，左端插入主軸孔，夾住 B 面，粗車 K 面鉆中心孔，夾齒輪軸左端端部，頂 K 面中心孔，粗車各段的外圓面。夾齒輪軸右端，車A面，鉆中心孔，頂 A 面中心孔，粗車 B 面剩余部分。E、I( 77 外圓面)表面尺寸精度和表面粗糙度要求低，粗車即可。 工序 6：半精車——夾 J 面右端端部，頂 A 面中心孔，半精車 B、C、D、G 面及 D 和 I面右端面，掉頭后再半精車剩余部分。 工序 7：檢驗。 工序 8：精車——夾 B 面左端端部，頂 K 面中心孔，精車 B、J 面。掉頭后再精車剩余部分。精車完后，倒45斜角、R2mm 圓角。 工序 9：粗、精滾齒——用 AA 級單頭滾刀滾齒。 工序 10：粗、精銑鍵槽——鍵槽內側面需精銑達到尺寸精度要求。 工序 11：鉆孔——軸兩端鉆孔，孔深 20 mm 。 工序 12：攻螺紋——用絲錐攻螺紋至 M10。 工序 13：去除毛刺。 工序 14：滲碳、淬火處理——淬火處理后低溫回火，對齒部滲碳淬火。 工序 15：校直。 工序 16：研磨中心孔。 工序 17：磨削C面、D面——消除淬火處理帶來的變形，使零件達到相應精度要求。 工序 18：磨削齒面——采用 Y7131 磨齒機進行磨削。 工序 19：檢驗——檢驗各部尺寸及精度。 工序 20：探傷——磨削齒面探傷檢查。 工序 21：入庫。 （2） 工藝路線方案二 工序 1：下料。 工序 2：鍛造——模鍛成型。 工序 3：正火處理——正火后硬度達到 HB 171～229。 工序 4：超聲波探傷（圖紙技術要求）。 工序 5：粗車——劃端面及外形線，左端插入主軸孔，夾住 B 面，粗車 K 面,鉆中心孔，夾齒輪軸左端端部，頂 K 面中心孔，粗車各段的外圓面及端面。夾齒輪軸右端，車 A 面，鉆中心孔，頂 A 面中心孔，粗車 B 面剩余部分。I(77外圓面)表面尺寸精度和表面粗糙度要求低，粗車即可。 工序 6：粗滾齒——用 AA 級單頭滾刀滾齒。 工序 7：檢驗。 工序 8：調質。 工序 9：精車——夾 B 面左端端部，頂 K 面中心孔，精車 B、J 面。調頭后再精車剩余部分。精車完后，倒45斜角、R2mm 圓角。 工序 10：精滾齒——用 AA 級單頭滾刀滾齒。 工序 11：粗、精銑鍵槽——鍵槽內側面需精銑達到尺寸精度要求。 工序 12：鉆孔——軸兩端鉆孔，孔深 20 mm 。 工序 13：攻螺紋——用絲錐攻螺紋至 M10。 工序 14：去除毛刺。 工序 15：滲碳淬火處理——對齒部滲碳淬火，淬火后低溫回火。 工序 16：研磨中心孔。 工序 17：磨削C面/D面——消除淬火處理帶來的變形，使零件達到相應精度要求。 工序 18：磨削齒面——采用 Y7131 磨齒機進行磨削。 工序 19：檢驗——檢驗各部尺寸及精度。 工序 20：探傷——磨削齒面探傷檢查。 工序 21：入庫。 兩種工藝路線方案分析如下：兩種工藝路線的前 5 道工序和后面 6 道工序是一樣的，不同的是在中間的幾道工序。方案一是將軸的外形尺寸精加工完成后再進行粗精滾齒，方案二是軸的外形粗加工和齒形粗加工一起完成后再進行精加工。經分析兩種方案均可以達到零件的加工精度要求。但方案二中間的粗精加工工序較為分散，不利于大批量生產模式下生產效率的提高。方案一的工序較集中適合于大批量生產和生產效率的提高。 綜上分析，本零件選擇方案一作為最終加工工藝路線。 三、本課題研究的重點及難點，前期已開展工作 3.1重點及難點： 工藝及夾具的設計，并且分析和計算定位誤差、夾緊力等，然后進行繪制CAD二維圖，solidworks三維圖。 3.2前期已開展的工作： 1.查閱相關資料，積累基礎知識； 2.對零件進行工藝分析，擬定工藝路線； 3.初步了解常規(guī)夾具的設計及加工方法； 4.運用CAD、solidworks等繪圖軟件進行制圖。 四、完成本課題的工作方案及進度計劃（按周次填寫） 1．明確設計要求，收集資料，文獻綜述；（1-2周） 2.進行零件圖的二維和三維繪制，確定工藝總體方案 （3周） 3. 進行工藝規(guī)程方案設計，撰寫開題報告。 (4-5周) 4. 填寫工藝文件，完成中期答辯。 (7-9周) 5. 各夾具的設計計算，定位分析，設計中存在的問題。 (10-12周) 6. 繪制各夾具的三維裝配圖、部分零件工程圖。 (13-14周) 7. 編寫設計說明書，總體修改。 （15周） 8. 末期答辯。（15周） 指導教師意見（對課題的深度、廣度及工作量的意見） 指導教師： 年 月 日 所在系審查意見： 系主管領導： 年 月 日 參考文獻 [1] 趙如福等．機械制造工藝設計手冊[M] ．北京：機械工業(yè)出版社，2002． [2] 王先逵．機械制造工藝學[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2006． [3] 鄒青．機械制造技術基礎課程設計指導教程[M] ．北京：機械工業(yè)出版社，2004． [4] 李益民．機械制造工藝設計簡明手冊[M] ．北京：機械工業(yè)出版社，2004． [5] 孫麗媛等．機械制造工藝及專用夾具設計指導[M] ．北京：冶金工業(yè)出版社，2006． [6] 孫已德．機床夾具圖冊[M] ．北京：機械工業(yè)出版社，1983． [7] 林陳彪．工程機械齒輪軸加工工藝分析與優(yōu)化[J] ．機電技術，2008(4)：42-44． [8] 艾興．切削用量簡明手冊[M] ．北京：機械工業(yè)出版社，2004． [9] 李潤蓮．ZSY450 硬齒面減速器高速齒輪軸加工工藝的改進[J] ．礦業(yè)快報，2005(7)：50-51． [10] 陳日曜．金屬切削原理[M] ．北京：機械工業(yè)出版社，2002． [11] 趙如福等．金屬機械加工工藝人員手冊[M] ．上海：上海科學技術出版社，2006． [12] 王光斗，王春福．機床夾具設計手冊[M] ．上海：上海科學技術出版社，2000． [13] 陳宏鈞．實用機械加工工藝手冊（第二版）[M] ．北京：機械工業(yè)出版社，2004． [14]劉健．短齒輪軸滾齒夾具[J] ．機械工人冷加工，2001(12)：19-20． [15] 秦寶榮等．機械制造工藝學與機床夾具設計學習指導及習題[M] ．北京：中國建材工業(yè)出版 社，1998 [16]張玉花等．減速器高速齒輪軸的經濟加工工藝[J] ．南方農機，2007（5）：28-28． [17] Peng Gaoliang,Chen Guangfeng,Liu Xinhua. Using CBR to develop a VR-based integrated system for machining fixture design[J]. Assembly Automation,2010,303 [18] Wutthigrai Boonsuk,Matthew C. Frank. Automated fixture design for a rapid machining process[J]. Rapid Prototyping Journal,2009,152 [19]W.Muhammad ， N.Ejaz ， S.A.Rizvi ． Failure Analysis of High-Speed Pinion Gear Shaft[J] ． Fail.Anal.and Preven.2009(9)：470-478．