锥齿轮轴工艺课程设计

直齿轮轴工艺课程设计
目录
一．零件图的分析............................................错误!未定义书签。

1.1零件的结构分析....................................错误!未定义书签。

1.2零件的工艺分析....................................错误!未定义书签。

1.3零件的生产类型....................................错误!未定义书签。

二.选择毛坯并确定毛坯尺寸、设计毛坯图 (1)
2.1选择毛坯 (1)
2.2.确定机械加工余量、毛坯尺寸和公差 (1)
2.2.1.质量计算 (1)
2.2.2锻件公差等级 (1)
2.2.
3.锻件的材质系数.......................错误!未定义书签。

2.2.4.锻件的形状复杂系数S.............错误!未定义书签。

2.2.5.零件表面粗糙度.......................错误!未定义书签。

2.3.确定机械加工余量................................错误!未定义书签。

2.4.确定毛坯尺寸.....................................错误!未定义书签。

2.5.确定毛坯尺寸公差................................错误!未定义书签。

2.6.设计毛坯图..........................................错误!未定义书签。

三.选择加工方法、制定工艺路线.....................错误!未定义书签。

3.1定位基准的选择....................................错误!未定义书签。

3.2零件表面加工方法的选择 (3)
3.3制定工艺路线 (3)
四.工序设计 (4)
4.1选择机床 (4)
4.2夹具选择 (4)
4.3选择刀具 (4)
4.4选择量具 (5)
4.5确定工序尺寸 (5)
五.确定切削用量及基本时间 (6)
5.1工序1切削用量及基本时间的确定 (6)
5.2工序2切削用量及基本时间的确定 (7)
5.3工序3切削用量及基本时间的确定 (8)
5.4工序4、5、6切削用量及基本时间的确定 (8)
5.5工序7、8切削用量及基本时间的确定 (9)
5.6工序9切削用量及基本时间的确定 (10)
5.7工序10切削用量及基本时间的确定 (11)
一、零件图的分析
1、零件的结构分析
由零件图可知，其材料为20CrMnTi
(1)齿轮轮齿外表面对轴心线的圆跳动公差为0.025mm
(2)φ45+0.013mm右端面对轴心线的圆跳动公差为0.01.mm
+0.002
(3)渗碳淬火硬度58-63HRC，渗碳深度0.7-1.1mm
(4)齿轮精度等级8GK
2、零件的工艺性
该零件除主要工作表面加工精度均较低，不需要较高精度机床，通过车削的粗加工，精加工
就可以达到加工要求，而主要工作表面虽然加工精度相对较高，也可以在正常生产条件下，采用磨削的方法加工出来，由此可见该零件的工艺性较好。

3、零件的生产类型
N=Qn(1+α)(1+β)
=12000*1(1+5%)(1+2%)
=12852
属于大批量生产
二、选择毛坯、确定毛坯尺寸、设计毛坯图
1、选择毛坯
该零件在工作过程中有变载荷合冲击性荷，因此选用锻件，以使金属纤维不被切断，保证零件的工作可靠，零件的轮廓尺寸不大，且为大批量生产，为提高生产效率和煅件精度，采用模锻成形。

2.确定机械加工余量、毛坯尺寸和公差
（1）质量计算Mf
V=π(35/2)2*60+π(42/2)2*50+π(45/2)2*25+π(42/2)2*59+π(45/2)2*26+
π(73/2)2*14+(1/3)π(73.16/2)2+102.2-(1/3)(50.9/2)2*71.1
=π*141148
=443204mm3
=4.43*104m3
ρ=7.8*103kg/m3
m=V*ρ=4.43*10-4*7.8*103=0.36kg
估计毛坯质量为0.6kg
（2）锻件公差等级由该零件的功用与技术要求，可以确定该零件的公差等级为普通级（3）锻件的材质系数由于该锥齿轮材料为20CrMnTi，碳的质量分数小于0.65%，故该锻件的材质系数属M1级
（4）锻件的形状复杂系数S
该锻件为圆柱形，假设最大直径为85mm，长200mm
Mn=(π/4)d2hρ
=0.911
S=m/m=0.6/0.911=0.66
f N
介于0.63和1之间，故该零件的复杂系数为S，属S
1
级。

（5）零件表面粗糙度
由零件图可知，轴端面和齿轮要加工表面Ra为3.2μm，轴肩为0.8μm
3.确定机械加工余量
根据锻件质量，零件表面粗糙度、形状复杂系数，查表5-9可得锻件各外径的单边余量为1.5-2.0，各轴向尺寸的单边余量为1.5-2.0
4.确定毛坯尺寸
由零件图可知，轴肩表面粗糙度Ra<1.6μm，因此余量要适当增加，取外径的单边余量为5。

综上确定毛坯尺寸
零件尺寸φ45φ73.16 220
45单面加工余量
5
5
5
5
锻件尺寸
φ55
φ83.16
225
50
5.确定毛坯尺寸公差
毛坯尺寸公差根据锻件质量、材质系数、形状复杂系数从表5-6、5-7中查得锻件尺寸偏差
225 45φ45φ78.16+1.4 -0.6
+1.1 -0.5
+1.0 -0.4
+1.4 -0.4
6.设计毛坯图
（1）确定外圆半径据表5-12计算可知本锻件的各部分t/H>1,故按表中第二行数值R=3（2）确定分模位置本零件为对称结构，中间对称位置为最大平面，故选中间对称平面为
分模位置。

（3）确定毛坯的热处理方式毛坯经锻造后，应安排正火，以消除材料的残余应力，并使不均匀的金相组织通过重新结晶而得到细化均匀的组织，从而改善加工性。

三、选择加工方法、制定工艺路线
1、定位基准的选择
粗基准：左右两端面为粗基准
精基准：选轴的中心线为定位基准，在加工时选φ45+0.013mm为加紧定位基准，对键槽
+0.002
进行加工。

2、零件表面加工方法的选择
本零件的加工面有外圆、端面、槽及齿面，其加工方法选择如下：
（1）φ35+0.050mm需进行粗车、半精车（表5-14）
-+0.034
（2）φ42需进行粗车、半精车、精车（表5-14）
（3）φ45+0.013mm需进行粗车、半精车、精车、磨削（5-14）
+0.002
（4）端面本零件的端面为回转体，尺寸精度要求不高，表面粗糙度为3.2μm，粗车和半精车（表5-16）
（5）齿面m=3.5α=200Z=19精度等级为8GK（表5-18表5-19）
（6）槽槽宽深的表面粗糙度为Ra3.2μm，需粗铣、半精铣（表5-16）
3、制定工艺路线
方案一：
工序1夹φ55m*220一端，粗车右端面见平即可，车外圆φ76.16，长48mm,钻中心孔A5/10.6
工序2粗车φ76.16mm外圆，按外圆找正，粗车左端面，保证总长265mm，粗车外圆到φ48mm，与φ76.16按刀，钻中心孔。

工序3粗车φ35φ42
工序4半精车φ35φ42φ35
工序5半精车φ73.16的锥面
工序6φ73.16的锥面，保证20004
mm 工序7φ45车72009保证尺寸31.411mm，车圆角R5，φ53，保证140
-0.075
工序8精车φ42两处至图样要求，端面倒角C2
工序9铣键槽
工序10滚齿
工序11齿部渗碳淬火按图样要求渗碳深度0.7-1.1mm
工序12磨φ45外圆
工序13检查
方案二：
工序1夹φ55m*220一端，粗车右端面见平即可，车外圆φ76.16，长45.411mm,钻中心孔A5/10.6
工序2粗车φ76.16mm外圆，按外圆找正，粗车左端面，保证总长219.589mm，粗车外圆到φ48mm，与φ76.16按刀，钻中心孔。

工序3粗车φ35φ42
工序4半精车φ35φ42φ35
工序5半精车φ73.16的锥面
工序6φ73.16的锥面，保证20004
mm 工序7φ45车72009保证尺寸31.411mm，车圆角R5，φ53，保证140
0.075
工序8精车φ42两处至图样要求，端面倒角C2
工序9铣键槽
工序10滚齿
工序11齿部渗碳淬火按图样要求渗碳深度0.7-1.1mm
工序12磨φ45外圆
工序13检查
通过比较两种方案，方案1和方案2主要区别是先确定锥齿轮部分的长度还是先确定总长。

因为先确定锥齿轮部分的长度会因为基准的不统一带来后面的确定长度方向的加工误差，综合比较分析，考虑选择方案1为最终工艺过程
四、工序设计
1、根据不同的工序选择机床
（1）工序1-8是粗车、半精车和精车，各工序的工步不多，成批生产不要求很高的生产率，故选用卧式车床就能满足，本零件外轮廓尺寸不大，可选用CA6140
（2）工序9用三角刃铣刀粗铣、半精铣槽，应选卧式铣床，考虑到零件属成批生产，故选x62型
（3）工序10本工序需滚齿，从加工要求及尺寸大小选Y3150
（4）工序12对各外圆进行磨削，可选用M1432A
2、夹具选择
本零件除粗铣及半精铣槽需专用夹具外，其他各工序使用通用夹具即可。

3、选择刀具
根据不同工序选择刀具
（1）在车床上的加工工序一般都选用硬质合金车刀和镗刀、加工钢质的加工工序应选用可转位的车刀
（2）铣刀按表5-104选直柄键槽铣刀，零件要求铣切深度为5mm，按表5-98，铣刀直径应
小于80，因此所选铣刀半精铣刀直径d=80mm，宽d=10l=13粗铣由于留有双面余量（表5-41）槽宽加工到8mm，故选刀宽d=8l=10的铣刀
（3）滚齿根据表5-18，采用A级单头滚刀，能达到8级精度，滚刀的选择按表5-107选Y3150型
4、选择量具
本零件属成批生产，一般情况下尽量采用通用量具，根据零件表面的精度要求，尺寸和形状特点，参考有关资料选择如下：
①、
工序加工表面尺寸公差量具
φ76.160.30读数值0.02，测量范Ⅰ
φ48φ44.50.25
0.25
围0-150，游标卡尺
读数值0.02，测量范
Ⅱ
φ46.5φ74.16φ46.5
0.25
0.074
0.062
围0-150，游标卡尺
读数值0.01，测量范
Ⅲ
围100-125，外径千分
φ43φ350.062
0.024
尺
②、选择加工槽所用量具，经粗铣、半精铣、据尺寸公差等级可选用读数值为0.02mm，测量范围0-150mm的游标卡尺。

③、选择滚齿工序所用量具，据表5-111，选用分度值为0.01、测量范围为25-50mm的公法线千分尺。

5、确定工序尺寸
1.0 —
76.1
（1）确定各面的工序尺寸
加工表
工序双边余量 工序尺寸及公差
表面粗糙度
面
粗 半
精 磨
粗
半精 精 磨削 粗
半 精 磨
精
削
精
削
φ73.16 3 2 74.1 73.16 — 6.3 3.2 1.6 —
6 6
φ45
φ42
φ35
2.5 1.5 1.0 0.5
2.5 1.5 0.1 —
2.5 1.5 — — 48
44.5
36.5 46.5
43
35
45.5
42
— 45
—
—
6.3 3.2 1.6 0.8
6.3 3.2 1.6 —
6.3 3.2 1.6 —
76.16
48 44.5 36.5 76.16 48 44.5 36.5
上偏差
下偏差
粗 0 0 0 0 -0.3
-0.25 -0.25 -0.25
半精
+0.050 -0.074 -0.062 -0.062 +0.0
34
精
磨削
0 0
+0.013 -0.046 -0.025
+0.002
五、确定切削用量及基本时间
fn
0.86 X 2.7 +（2 ~ 3） k =90 ° l =2mm r
0.86 X 2.7
切削用量包括背吃刀量 ap 、进给量 f 和切削速度 V o 确定顺序是先确定 ap 、f 再确定 V o
1、工序Ⅰ切削用量及基本时间的确定：
（1）车φ83.16mm 端面及φ83.16mm 到φ76.16mm
工件材料：20 CrMnTi 模锻
加工要求：粗车外轮廓 机床：CA6140
①确定背吃刀量 a p 粗车双边余量为 3，a p=3/2=105mm
②确定进给量 f 根据表 5-114 按 CA6140 车床的进给量（表 5-57）选择 f=0.86mm/r ③确定切削速度 V 根据表 5-120 a p ≤3mm f ≤0.95mm/r 时切削速度为 V=97m/min
切削速度的修正系数 Ksv=0.8 Ktv=0.65 Rktv=0.81
Ktv=1.15 Kmv=Kkv=1.0(表
2-9) 故
V=97*0.8*0.65*0.81*1.15=47m/min
N=1000v/πd=(1000*47)/(π*83.16)=180r/min
按 CA 6140 车床的转速（表 5-56）选择 n=160r/min
则实际切削速度 V=42m/min
④校验机床功率 由表 5-125 HBS=58-63HRC a p ≤2mm f ≤0.96mm/r
V=97m/min 时 Pt=1.7Kw
根据功率的修正系数（表 2-9）Pc=0.72Kw 根据表 5-59，当 n=180r/min 时，机床主
轴允许功率 Pz=5.7Kw Pt ＜Pz 故选切削用量可在 CA6140 车床上进行。

（2）基本时间：
粗车端面的基本时间，根据表 2-21，车端面的基本时间为
T = L
j
i
L=d/2+ l 1+ l 2 +l 3
式中 d=83.16 l 1 =2mm l 2 =4mm l 3 =0
f=0.86mm/min
n=160mm /min i=1
T = 83.16 / 2 + 2 + 4 1=20.5s j
粗车φ76.16mm 的基本时间，根据表 2-21，车外圆的基本时间为
T = j L l + l + l + l
i = 1 2
fn fn
3 i
式 中 l=50mm l =
1
a
p tan
κ r
1
l 2 =0 l 3 =0 f=0.86mm/min
n=2.7r /s i=1
T = 50 + 2 1 =22.4s j
2、工序Ⅱ切削用量及基本时间的确定：
（1）确定粗车φ55mm 到φ48mm 的切削用量 ①确定背吃刀量 a p a p 为单边余量 a p=1.25mm
+（2 ~ 3） k =90 ° l =2mm r
0.54 X 5.3
②确定进给量 f 根据表 5-114 a p ≤3mm ，工件直径为 40-60m pm 时，f=0.4-0.7mm/r , 按 CA6140 车床的进给量（表 5-57）选择 f=0.54mm/r
③确定切削速度 V o 根据 5-120 可确定切削速度 V=109m/min 根据切削速度的修正系 数:V=109*0.8*0.65*0.81*1.15=52.8m/min n=（1000v ）/πd=350.3r/min
按 CA6140 车床的转速（表 5-56）选择 n=320r/min 则实际切削速度 V=48.2m/min ④校验机床功率 由表 5-125 HBS=58-63HRC a p ≤2mm f ≤0.6mm/r V=1.2m/min 查表 2-9 的实际切削时的功率 0.74KW
根据表 5-59，当 n=320r /min 时，机床主轴允许功率 Pz=5.9Kw Pt ＜Pz 故选切削用量可在 CA6140 车床上进行。

（2）基本时间：
粗车φ48mm 的基本时间，根据表 2-21，车外圆的基本时间为
T = j L l + l + l + l
i = 1 2
fn fn
3 i
式 中 l=217 l =
1
a
p tan
κ r
1
l 2 =0 l 3 =0 f=0.54mm/min
n=320r/min i=1
T = 217 + 2 1 =76.52s j
3.工序 III 切削用量及基本时间的确定：
本工序仍为粗车。

一直条件与工序 1 、2 相同采用工序 1 确定切削用量的方法确定本工序的 切削用量及基本时间
工步
A p/m f /mm/r V/m/min n/r/min Ti/s
粗车φ35mm
粗车φ42mm
1.25
1.25 0.45
0.54 39
35 5.3
5.3 26
39
4、工序 IV V VI 切削用量及基本时间的确定：
（1）确定半精车φ35mm 的切削用量
①确定背吃刀量 a p a p 为单边余量 a p=0.75mm
②确定进给量 f 根据表 5-116 a p ≤3mm ，工件直径为 40-60mm 时，f=0.4-0.7mm/r , 按 CA6140 车床的进给量（表 5-57）选择 f=0.3mm/r 由于是半精加工，切削力小不需要
校核机床进给机构强度
③确定切削速度 V 根据 5-120 可确定切削速度 V=123m/min 根据切削速度的修正系 数:V=1230.81*1.15=114.6m/min n=（1000v ）/πd=1000r/min
按 CA6140 车床的转速（表 5-56）选择 n=900r/min 则实际切削速度 V=103.1m/min 半精加工机床功率也不需要校核
④半精加工φ42mm φ45mm 的 切削用量与加工φ35mm 相同，列表如下：
0.12 X 15
工步 A p/m f /mm/r V/m/min n/r/min
半精车φ35mm
半精车φ45mm
0.75
0.75 0.3 0.3 112 116 11.8 11.8
（2）确定基本时间：
确定半精车φ35mm 的基本时间，根据表 2-21，车外圆的基本时间为
T = j L l + l + l + l i = 1 2 fn fn 3 i =13.8s
确定半精车φ42mm 的基本时间，根据表 2-21，车外圆的基本时间为
T = j L l + l + l + l i = 1 2 fn fn 3 i =31.6s
确定半精车φ45mm 的基本时间，根据表 2-21，车外圆的基本时间为
T = j L l + l + l + l i = 1 2 fn fn 3 i =14.7s
5、工序 VII VIII 切削用量及基本时间的确定：
（1）确定精车φ45mm 的切削用量
①确定背吃刀量 a p a p 为单边余量 a p=0.5mm
②确定进给量 f 根据表 5-116 a p ≤3mm ，按 CA6140 车床的进给量（表 5-57）选择 f=0.12mm/r
③确定切削速度 V 根据 5-120 可确定切削速度 V=156m/min n= （ 1000v ） / π d=1104r/min
按 CA6140 车床的转速（表 5-56）选择 n=900r/min 则实际切削速度 V=127.1m/min
（2）基本时间：
精车φ45mm 的基本时间，根据表 2-21，车外圆的基本时间为
T = j L l + l + l + l i = 1 2 fn fn
3 i
T = j 50 + 2 0.12 X 15 1 =28.9s
精车φ42mm 时 a p=0.5mm
V=118.7m/min n=900r/min
T = 110 + 2 1 =28.9s j
6、工序 IX 的切削用量及基本时间的确定：
f qfn 1（1）粗铣槽切削用量
①确定进给量 Fz ，根据表 5-144，X62 型卧式铣床的功率为 7.5KW （表 5-74），工艺系 统刚性为中等，查得每齿进给量 Fz=0.06-0.1m/z ，现取 Fz=0.07mm/r .
②确定切削速度和工作台每分钟进给量 Fzm,，根据表 2-17 中公式计算：
根据表 2-17 中公式计算： v = T C + d q v V m a x v f y v a u v z p v p z e
k v 查表代入得：V=27.86 没 m/min
n=(1000*27.86)/ π*125=70.9r/min
根据 X62 型卧式铣床主轴转速表（表 5-75），选择 n=60r/min ，则实际切削速度 v=0.39m/s 。

工作台每分钟进给量为： f
Mz =0.07x20x60=84mm/min 根据 X6 型卧式铣床工作台进给表（5-76），选择 f
(2) 基本时间： T = l + l 1 + l 2 i=2.88min j M z
Mz =75mm/min
2、半精铣槽的切削用量及基本时间的确定：
（1）切削用量
①确定进给量 f ，本工序要保证的表面粗糙度为 Ra=3.2μm 根据表 5-144，
每转进给量 Fr=0.5-1.2mm/r ,现在取 f=0.6mm/r 。

②确定切削速度 按表 2-17 中公式计算 v=0.97m/s n=2.47r/s=148r/min
查表 5-75 ，选择 n=150r/min ，则实际切削速度
v=0.98m/s, 工作台的进给量
Fmz=90mm/min
(2) 基本时间：Tj={(50+4)/95}*4=2.8min
7、工序 X 的切削用量及基本时间的确定：
（1）切削用量 根据表 5-158，Fa=0.8-1.0mm/r ,按表 5-81 取 F a=0.83mm/r 按 表 2-19 的 计 算 公 式 确 定 滚 刀 的 切 削 速 度 v=26.4m/min n=1000v/ π d=155r/min
据 Y3150 型滚齿机主轴转速（表 5-80）
选 n=135r/min 则实际切削速度为 v=0.45m/s
据表 2-20 中公式 Pc=0.21kw
查表 5-79，得 Pz=3kw Pc ＜Pz 故合理
（2) 基本时间： 据表 2-26
T = ( B / cos β + l 1 + l 2 ) z =1191s
j
精 总结
经过两星期的查资料、整理资料、写作论文，今天终于可以顺利的完成论文的最后的谢 辞了，想了很久，要写下这一段谢辞，表示可以进行毕业答辩了，自己想想求学期间的点点
滴滴历历在目，时光匆匆飞逝，三年的努力与付出，随着论文的完成，终于让学生在大学的
生活，得以划下完美的句点。

论文得以完成，要感谢的人实在太多了，首先感谢老师，因为论文是在老师的悉心指导
下完成的。

老师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚
师德，严以律己，宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。

本
论文从选题到完成，每一步都是在老师的指导下完成的，倾注了焦老师大量的心血。

老师指导我的论文的写作的方向和构架，并对本论文初稿进行逐字批阅，指出其中误谬
之处，使我有了思考的方向，他的循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪，他
的严谨细致、一丝不苟的作风，将一直是我工作、学习中的榜样。

老师要指导很多同学的论
文，加上本来就有教学任务，工作量之大可想而知。

但在一次次的回稿中， 确到每一个字
的批改，给了我深刻的印象，使我在论文之外明白了做学问所应有的态度。

在此，谨向老师表示崇高的敬意和衷心的感谢！谢谢老师在我撰写论文的过程中给与我
极大地帮助。

同时，论文的完成离不开其他各位老师、同学和朋友的关心和帮助。

在整个的写作中，
各位老师和朋友积极地帮助我查资料和提供有利于论文写作的建议和意见，在他们的帮助
下，论文得以不断地完善，最终帮助我完整的写完了整个论文。

另外，要感谢在大学期间所有传授我知识的老师，是你们的悉心教导使我有了良好的专
业课知识，这也是论文得以完成的基础。

通过此次的论文，我学到了很多知识，跨越了传统方式下的教与学的体制束缚，在论文
的写作过程中，通过查资料和搜集有关的文献，培养了自学能力和动手能力。

并且有原先的
被动的接受知识转换为主动地寻求知识，这可以说是学习方法上的一个很大的突破。

在以往
的传统的学习模式下，我们可能会记住很多的书本知识，但是通过毕业论文，我们学会了如
果将学到的知识转化为自己的东西，学会了怎么更好的处理知识和实践相结合的问题。

在论文的写作过程中也学到了做任何事情所要有的态度和心态，首先做学问要一丝不
苟，对于发展过程中出现的任何问题和偏差都不要轻视，要通过正确的途径去解决，在做事
情的过程中要有耐心和毅力，不要一遇到困难就打退堂鼓，只要坚持下去就可以找到思路去
解决问题的。

而且要学会与人合作，这样做起事情来就可以事倍功半。

总之，此次论文的写作过程，我收获了很多，即为大学两年划上了一个完美的句号，也
为将来的人生之路做好了一个很好的铺垫。

再次感谢所有帮助过我并给我鼓励的老师、同学和朋友，谢谢你们！
参考文献
（1）《车工工艺学》，中国劳动社会保障出版社，2005.6
（2）《机械制造基础》，杨仲冈主编，北京：中国轻工业出版社，1999.10
（3）《机械制造工艺学》，陈明主编，北京：机械工业出版社，2005.8
（4）《现代制造工艺基础》，阎光明、侯忠滨、张云鹏编，西安：西北工业大学出版社，2007.8
（5）《机械设计》，纪名刚主编，西北工业大学机械原理及机械零件教研室编著，北京高等教育出版社，2006.5
（6）《数控加工工艺及设备》，田萍主编，北京电子工业出版社，2005.3
（7）《机械设计基础》，万苏文主编，重庆：重庆大学出版社，2005.8
（8）《数控加工工艺》，贺曙新，张思弟，文少波编，北京：化学工业出版社，2005.6（9）《数控车削加工技术》，姜慧芳主编，北京理工大学出版社，2007.8
（10）《机械制造技术基础》，覃玲、冯建雨主编，北京：化学工业出版社，2005.11。