中间轴齿轮的加工工艺及及夹具设计

摘要
本次设计内容涉及了机械制造工艺及机床夹具设计、金属切削机床、公差配合与测量等多方面的知识。

中间轴齿轮的加工工艺规程及其车床的夹具设计是包括零件加工的工艺设计、工序设计以及专用夹具的设计三部分。

在工艺设计中要首先对零件进行分析，了解零件的工艺再设计出毛坯的结构，并选择好零件的加工基准，设计出零件的工艺路线；接着对零件各个工步的工序进行尺寸计算，关键是决定出各个工序的工艺装备及切削用量；然后进行专用夹具的设计，选择设计出夹具的各个组成部件，如定位元件、夹紧元件、引导元件、夹具体与机床的连接部件以及其它部件；计算出夹具定位时产生的定位误差，分析夹具结构的合理性与不足之处，并在以后设计中注意改进。

关键词：工艺；工序；切削用量；夹紧；定位；误差
Abstract
This design content has involved the machine manufacture craft and the engine bed jig design, the metal-cutting machine tool, the common difference coordination and the survey and so on the various knowledge.
The reduction gear box body components technological process and its the processing hole jig design is includes the components processing the technological design, the working procedure design as well as the unit clamp design three parts. Must first carry on the analysis in the technological design to the components, understood the components the craft redesigns the semi finished materials the structure, and chooses the good components the processing datum, designs the components the craft route; After that is carrying on the size computation to a components each labor step of working procedure, the key is decides each working procedure the craft equipment and the cutting specifications; Then carries on the unit clamp the design, the choice designs the jig each composition part, like locates the part, clamps the part, guides the part, to clamp concrete and the engine bed connection part as well as other parts; Position error which calculates the jig locates when produces, analyzes the jig structure the rationality and the deficiency, and will design in later pays attention to the improvement.
Keywords: The craft；the working procedure；the cutting specifications；clamp；the localization；
the error
目录
1.设计任务 (4)
2.零件图分析 (5)
2.1、零件的功用 (5)
2.2、零件功用分析 (5)
3.确定毛坯 (6)
3.1、确定毛坯制造方法 (6)
3.2、确定总余量 (6)
3.3、绘制毛坯图 (7)
4.制定零件工艺规程 (8)
4.1、选择表面加工方法 (8)
4.2、选择定位基准 (12)
4.3、拟定零件加工工艺路线 (12)
4.4、选择各工序所用机床、夹具、刀具、量具和辅具 (13)
4.5、填写工艺过程卡片 (16)
4.6、机械加工工序设计 (17)
4.7、机械加工工序设计（续） (21)
5.夹具设计 (30)
5.1、功能分析与夹具总体结构设计 (30)
5.2、夹具设计计算 (30)
5.3、夹具制造与操作说明 (32)
6.小结 (33)
参考文献 (34)
致谢 (35)
1、设计任务
"中间轴齿轮"零件（图1）机械加工工艺规程及某一重要工序的夹具。

年产5000件
图S0-1 中间轴齿轮
2.零件图分析
2.1、零件的功用
向。

2.2、零件工艺分析
φ62H7孔和齿面，且两者有较高的同轴度要求，是加工工艺需要重点考虑的问题。

其次两轮毂端面由于装配要求，对φ62H7孔有端面跳动要求。

最后，两齿圈端面在滚齿时要作为定位基准使用，故对φ62H7孔也有端面跳动要求。

这些在安排加工工艺时也需给予注意。

3确定毛坯
3.1、确定毛坯制造方法
度和韧性，故毛坯应选择锻件，以使金属纤维尽量不被切断。

又由于年产量为5000件，达到了批量生产的水平，且零件形状较简单，尺寸也不大，故应采用模锻。

3.2、确定总余量
表S-1确定直径上总余量为6mm，高度（轴向）方向上总余量为5mm。

3.3、绘制毛坯图（图2）
图2 中间轴齿轮毛坯图
4、制定零件工艺规程
4.1、选择表面加工方法
1）φ62H7孔参考表S-7
考虑：①生产批量较大，应采用高效加工方法；②零件热处理会引起较大变形，为保证φ62H7孔的精度及齿面对φ62H7孔的同轴度，热处理后需对该孔再进加
工。

故确定热前采用扩孔－拉孔的加工方法，热后采用磨孔方法。

2）齿面根据精度8-7-7的要求，并考虑生产批量较大，故采用滚齿－剃齿的加工
方法（表S-3）。

3）大小端面采用粗车－半精车－精车加工方法（参考表S－4）。

4）环槽采用车削方法。

4.2、选择定位基准
1）精基准选择齿轮的设计基准是φ62H7孔，根据基准重合原则，并同时考虑统一精基准原则，选φ62H7孔作为主要定位精基准。

考虑定位稳定可靠，选一大端面作为第二定位精基准。

在磨孔工序中，为保证齿面与孔的同轴度，选齿面作为定位基准。

在加工环槽工序中，为装夹方便，选外圆表面作为定位基准。

2）粗基准选择重要考虑装夹方便、可靠，选一大端面和外圆作为定位粗基准。

4.3、拟定零件加工工艺路线
方案1：
1）扩孔（立式钻床，气动三爪卡盘）；
2）粗车外圆，粗车一端大、小端面，一端内孔倒角（多刀半自动车床，气动可胀心轴）；
3）半精车外圆，粗车另一端大、小端面，另一端内孔倒角（多刀半自动车床，气动可胀心轴）；
4）拉孔（卧式拉床，拉孔夹具）；
5）精车外圆，精车一端大、小端面，一端外圆倒角（普通车床，气动可胀心轴）；
6）精车另一端大、小端面，另一端外圆倒角（普通车床，气动可胀心轴）；
7）车槽（普通车床，气动三爪卡盘）；
8）中间检验；
9）滚齿（滚齿机，滚齿夹具）；
10）一端齿圈倒角（倒角机，倒角夹具）；
11）另一端齿圈倒角（倒角机，倒角夹具）；
12）剃齿（剃齿机，剃齿心轴）；
13）检验；
14）热处理；
15）磨孔（内圆磨床，节圆卡盘）；
16）最终检验。

方案2：
1）粗车一端大、小端面，粗车、半精车内孔，一端内孔倒角（普通车床，三爪卡盘）；
2）粗车、半精车外圆，粗车另一端大、小端面，另一端外圆、内孔倒角（普通车床，三爪卡盘）；
3）精车内孔，车槽，精车另一端大、小端面，另一端外圆倒角（普通车床，三爪卡盘）；
4）精车外圆，精车一端大、小端面（普通车床，可胀心轴）；
5）中间检验；
6）滚齿（滚齿机，滚齿夹具）；
7）一端齿圈倒角（倒角机，倒角夹具）；
8）另一端齿圈倒角（倒角机，倒角夹具）；
9）剃齿（剃齿机，剃齿心轴）；
10）检验；
11）热处理；
12）磨孔（内圆磨床，节圆卡盘）；
13）最终检验。

方案比较：
2工序相对集中，便于管理，且由于采用普通机床，较少使用专用夹具，易于实现。

方案1则采用工序分散原则，各工序工作相对简单。

考虑到该零件生产批量较大，工序分散可简化调整工作，易于保证加工质量，且采用气动夹具，可提高加工效率，故采用方案1较好。

4.4 选择各工序所用机床、夹具、刀具、量具和辅具（表S－5，表S －6）
4.5 填写工艺过程卡片
工艺过程卡片
4.6、机械加工工序设计
工序02
1）刀具安装由于采用多刀半自动车床，可在纵向刀架上安装一把左偏刀（用于车削外圆）和一把45°弯头刀（用于车倒角）；可在横刀架上安装两把45°弯头刀（用于车削大、小端面）。

加工时两刀架同时运动，以减少加工时间（图S0-3）。

图S0-3 工序02排刀图
2）走刀长度与走刀次数以外圆车削为例，若采用75°偏刀，则由表15－1可确定走刀长度为25＋1＋2＝28mm；一次走刀可以完成切削（考虑到模角及飞边的影响，最大切深为3－4mm）。

3）切削用量选择
首先确定背吃刀量：考虑到毛坯为模锻件，尺寸一致性较好，且留出半精车和精车余量后（直径留3 mm），加工余量不是很大，一次切削可以完成。

取：
a P =（140－133）/2 - 12.5×tan（7°）＝ 3mm；考虑毛坯误差，取：a P = 4 mm；
②确定进给量：参考表S-7，有：f＝ 0.6 mm/ r；
③最后确定切削速度：参考表S-8，有：v = 1.5m/s，n = 212r/min。

4）工时计算
计算基本时间：t m = 28 /（212×0.6）= 0.22min（参考式S－3）；
考虑多刀半自动车床加工特点（多刀加工，基本时间较短，每次更换刀具后均需进行调整，即调整时间所占比重较大等），不能简单用基本时间乘系数的方法确定工时。

可根据实际情况加以确定：T S = 2.5min。

该工序的工序卡片见表。

机械制造与自动化机械加工工艺卡片工序名
称
粗
车
工序号02
零件名
称
中间
轴齿
轮
零件图号45-1
082
零件重
量
同时加工零件数
1
材料毛坯
牌号硬度型式重量
20Cr
HRc58
-64
模锻件
设备夹具辅助工具
名称型号
气动可
胀心轴
纵向刀架
横向刀架
多刀
半自
动车
床
C7620
工
序号
工步内
容
刀具量具
走
刀
长
度
m m
走
刀
次
数
背
吃
刀
量
m
m
进
给
量
m
m/r
主
轴
转
数
r/m
m
切削
速度
m/s
工时
min
1 2 粗车外圆,保证尺
寸φ140
倒角3︒
⨯45
粗车大、小，保证
23.5±0.3和尺寸
10±0.2
左偏刀
︒
45弯
头刀
︒
45弯
头刀
游标卡
尺
0-200
游标卡
尺
0-200
30
25
1
1
3
2
0.6
0.6
212
212
1.5
1.5
设计者杨洪源指导老师隆文革共 4 页第1 页
4.7、机械加工工序设计（续）
工序06
1）刀具安装由于在普通车床上加工，尽量减少刀具更换次数，可采用一把45°弯头刀（用于车削大、小端面）和一把75°左偏刀（用于倒角），见图S0-4。

图S0-4 工序06刀具安装示意图
2）走刀长度与走刀次数考虑大端面，采用45°弯头刀，由表S－9可确定走刀长度为27.5＋1＋1≈30mm；因为是精车，加工余量只有0.5 mm，一次走刀可以完成切削。

小端面和倒角也一次走刀完成。

3）切削用量选择
首先确定背吃刀量：精车余量0.5mm，一次切削可以完成。

取：a P = 0.5mm；
确定进给量：参考表S-10，有：f＝ 0.2 mm/ r；
最后确定切削速度：参考表S-8，有：v = 1.8m/s，n = 264r/min。

4）工时计算
计算基本时间：t m =（30 +8 + 3）/（264×0.2）≈ 0.8 min（参考式S－3）；
考虑到该工序基本时间较短，在采用基本时间乘系数的方法确定工时，系数应取较大值（或辅助时间单独计算）。

可得到：T S = 2×t m = 1.6 min
湖南工学院
机械制造与自动化机械加工工艺卡片工序
名称
精车工序号05
零件
名称
中间轴
齿轮
零件图号45-108
2
零件
重量
同时加工零件
数
1
材料毛坯
牌
号
硬度型式重量
2
C
r
HRc58-64 模锻件
设备夹具辅助工
具
名称型号
气动可胀
心轴
工序09
1）工件安装 由于滚齿加工时切入和切出行程较大，为减少切入、切出行程时间，采用2件一起加工的方法（见图）。

图 工序09工件安装示意图
2）走刀长度与走刀次数 滚刀直径为120mm ，则由图S0-5可确定走刀长度为： ()140625.1260602622221=+-+⨯=+⨯=L L
走刀次数：1
3）切削用量选择
确定进给量：参考表S-11，有：
f＝ 1.2 mm/工件每转；
确定切削速度：参考表S-12，有：v = 0.6m/s，计算求出n = 96r/min；
确定工件转速：滚刀头数为1，工件齿数为25，工件转速为：n w = 96/25≈4 r/min。

4）工时计算
计算基本时间：t m =140 / [（4×1.2）×2 ] ≈ 14 min（参考式S－3）；
考虑到该工序基本时间较长，在采用基本时间乘系数的方法确定工时，系数应取较小值（或辅助时间单独计算）。

可得到：T S = 1.4×t m≈ 20 min。

该工序的工序卡片见表。

湖南工学院 机械制造与自动化
机械加工工艺卡片 工序名称
滚 齿 工序号 09
零件名称 中间轴齿轮 零件图号
45-1082
零件重量 同时加工零件数
2
材料 毛坯
牌号 硬度 型式 重量
20Cr HRc58-64
模锻件
设备 夹具 辅助工具
名称 型号 滚齿夹
具
滚齿机 Y3150 工序号 工 步 内 容 刀 具 量具 走 刀 长 度 m m 走刀 次数 背吃刀量 m m 进给 量 mm
/r
主轴 转数r/mm 切削 速度 m/s
工时min 1 滚齿，保证公法线平均长度06
.023.075.38--；公法线长度变动量不大于0.036，在齿轮综合检查仪上测量，齿圈跳动量不大于0.06
剃齿滚刀 游标卡尺 25-50 百分表0-10 检验心轴 标准齿轮
综合检
查仪
136 1 12.5
96
20 设计者 杨洪源 指导老师 隆文革 共 4 页 第 3页
工序13
1）走刀长度与走刀次数走刀长度取：L=l=40mm；走刀次数：0.2/0.01＝20（双行程）。

2）切削用量选择（参考表S-13）
确定砂轮速度：取砂轮直径d ＝50 mm，砂轮转速n = 10000r/min，可求出砂轮线速度：
v
= 26m/s；
确定工件速度：取v w = 0.12 m/s；可计算出工件转数n w = 36 r/min；
确定纵向进给量：取f l = 3m/min；
确定横向进给量：取f r= 0.01mm/双行程；
确定光磨次数：4次/双行程。

3）工时计算
计算基本时间：t m =（40×2/（3×1000））×（20＋4）×K
K是加工精度系数，取K＝2，得到：t m = 1.28 min；
②考虑到该工序基本时间较短，在采用基本时间乘系数的方法确定工时，系数应取较大值（或辅助时间单独计算）。

可得到：T S = 2.4×t m = 3 min。

该工序的工序卡片见表。

湖南工学院
机械制造与自动化机械加工工艺卡片工序名
称
磨孔工序
号
15
零件名
称
中间
轴齿
轮
零件
图号
45-1082
零件重
量
同时加工
零件数
1
材料毛坯
牌号硬度型式重量
20Cr
HRc5
8-64
模锻
件
设备夹具辅助工具
名称型号节圆卡
盘
内圆
磨床
M21
20
工序号
工步内
容
刀
具
量具走
刀
长
度
m
m
走
刀
次
数
背
吃
刀
量
mm
进给
量
mm/r
主轴
转数
r/mm
切削
速度
m/s
工时
min
1 磨孔，保证孔
径φ
009
.0
021
.0
62+
-及
对齿圈的同轴（在齿轮综合
检查仪上测量，齿圈跳动量不大于0.06）砂轮塞规
φ
62H
百分
表
0-10
检验
心轴
标准
齿轮
综合
检查
仪
40 24 0.0
1
3 10000 26 3
设计者杨洪源指导老师隆文革共4 页第4页
5.夹具设计
5.1、功能分析与夹具总体结构设计
φ61.6H8孔（4点）和已加工好的大端面（1点）定位，精车另一大、小端面及外圆倒角（5×15°），并要求保证尺寸20±0.2和10±0.2以及大、小端面对φ61.6H8孔的跳动不大于0.05mm。

其中端面跳动是加工的重点和难点，也是夹具设计需要着重考虑的问题。

4点定位和端面1点定位，应采用径向夹紧。

可有以下几种不同的方案：
1）采用胀块式自动定心心轴；
2）采用过盈配合心轴；
3）采用小锥度心轴；
4）采用弹簧套可胀式心轴；
5）采用液塑心轴。

1定位精度不高，难以满足工序要求。

方案2和3虽可满足工序要求，但工件装夹不方便，影响加工效率。

方案4可行，即可满足工序要求，装夹又很方便。

方案5可满足工序要求，但夹具制造较困难。

故决定采用方案4。

1）根据车间条件（有压缩空气管路），为减小装夹时间和减轻装夹劳动强度，宜采用气动夹紧。

2）夹具体与机床主轴采用过渡法兰连接，以便于夹具制造与夹具安装。

3）为便于制造，弹簧套采用分离形式。

5.2、夹具设计计算
主切削力：
进给抗力（轴向切
削力）：
最大扭矩：
φ1 -- 弹簧套与夹具体锥面间的摩擦角，取：tanφ1＝0.15；
φ2 -- 弹簧套与工件间的摩擦角，取：tanφ2＝0.2；
α-- 弹簧套半锥角，α＝6°；
D -- 工件孔径；
F
-- 弹性变形力，按下式计算：
d
C -- 弹性变形系数，当弹簧套瓣数为3、4、6时，其值分别为300、100、20；
d -- 弹簧套外径；
l -- 弹簧套变形部分长度；
t -- 弹簧套弯曲部分平均厚度；
Δ-- 弹簧套（未胀开时）与工件孔之间的间隙。

将有关参数代入，得到：
将F d及其他参数代入，得到：
参考夹具设计手册）
100mm即可。

5.3、夹具制造与操作说明
格的位置关系，弹簧套则要求与夹具体配合的锥面与其外圆表面严格同轴。

此外，弹簧套锥面与夹具体锥面应配做，保证接触面大而均匀。

缸，以防止弹簧套的损坏。

6 小结
通过这为期半个学期的毕业设计，我收获良多。

首先，我所设计的零件很复杂而且形状也不规则，这使本就很大的工作量变得更大了，以致于我每天都要看书，查阅大量的资料，毫不懈怠，希望能按时完成毕业设计的任务。

不过，任何事物都具有两面性，虽然我们工作很累很辛苦，但是我们从中学到了很多东西，查漏补缺，也弥补了过去所学知识的缺陷和不足，更加完善了自己，提高了自己。

由于毕业设计的涉及面广，牵扯到的知识很多，在设计的过程中必然要翻阅很多的资料和工具书，这就需要我们到图书馆去借阅资料，再一次锻炼了我们查阅资料和自觉学习的能力。

更重要的是，在设计的过程中综合运用了以前所学的相关知识，这是一次很好的复习机会。

通过对知识的综合运用，融会贯通，巩固和加深了知识，也达到了温故知新的目的。

同时，这次设计也给了我一个实践的机会。

以前我们所学得知识都来源于书本上的条条框框，学得是前人的经验，不是自己切身体会的东西，枯燥无味。

现在运用到实践中去，指导实践，学以致用，觉得很有意义，也使我对学习和探索新知识、新领域产生了浓厚的兴趣。

总之，这次设计我收益匪浅，很好地得到一次锻炼。

作为我人生中的一次重要经历，我会永远铭记于心。

参考文献
［1］《机械设计手册》编写组机械设计手册［M］机械工业出版社会 1986 ［2］龚桂义罗圣国机械设计课程设计指导书［M］高等教育出版社2004 ［3］张展主编机械设计通用手册［M］中国劳动出版社 1994、5
［4］高为国主编机械工程材料基础［M］中南大学出版社，2000、2
［5］周鹏翔、刘振魁主编工程制图［M］高等教育出版社2000
［6］唐增宝、刘元俊主编机械设计课程设计华中科技大学出版社1995
致谢
经过两个月的刻苦攻关，终于就要完成大学三年中最重要的毕业设计。

这对我来说，不仅是一次挑战、一次尝试，更是一次绝好的锻炼，能够为我以后参加工作增加必不可少的经验。

在整个毕业设计的过程当中，肯定不会是一帆风顺的，我经常在面对这些难题的时候一筹莫展。

幸亏有**教授的指导和同学们的支持，我才能将难题一一解开，顺利的完成这次毕业设计。

所以，在此要特别感谢**教授对我的支持和帮助以及同学们给予我的鼓励。

另外，我还要特别感谢同学们对我实践以及论文写作的指导，他们为我完成这篇论文也提供了巨大的帮助。

最后，再次对关心、帮助我的老师和同学表示衷心地感谢。

过程卡片
工序号工序名称及内容机床
夹具
刀具量具辅具工时名称规格名称规格名称规格
01 扩空立式钻床Z550 气动三
爪卡盘扩孔钻Φ60.5塞规Φ
60.5
02 粗车外圆,粗车一端大、小
端面，一端内孔倒角多刀半自
动车床
C7125 气动可
胀心轴
左偏刀
弯头刀
90º
45º
游标卡尺0.05/
200
03 半精车外圆,粗车，另一大、
小端面，另一端内孔倒角多刀半自
动车床
C7125 气动可
胀心轴
左偏刀
弯头刀
90º
45º
游标卡尺φ61.6
04 拉孔卧式拉床L6120 拉孔夹
具拉刀塞规0.05/2
000-5
05 精车外圆，精车一端大、
小端面，一端外圆倒角普通车床C6132 气动可
胀心轴
弯头刀45º游标卡尺
百分表
检验心轴
φ61.6
0.05/2
000-5
顶尖座
06 精车另一端大、小端面，
另一端外圆倒角普通车床C6132 气动可
胀心轴
右偏刀
弯头刀
75º
45º
游标卡尺
百分表
检验心轴
0.05/2
000-5
顶尖座
07 车槽普通车床C6132 三爪卡盘切槽镗刀内槽卡板
08 中间检验塞规
游标卡尺
检验心轴内
槽卡板0.05/2
000-5
顶尖座
09 滚齿滚齿机Y3150 滚齿夹具剃前滚刀公法线千分
尺
25-50 滚刀杆
10 一齿圈端倒角倒角机Y9332 倒角夹具倒角刀定位装置
11 另一齿圈端倒角倒角机Y9332 倒角夹具倒角刀定位装置
12 剃齿剃齿机Y4232 剃齿心轴剃齿刀公法线千分
尺
标准齿轮
综合检查仪
25-50
13 检验公法线千分
尺
标准齿轮
综合检查仪
25-50
14 热处理
15 磨孔内圆磨床M2120 节圆卡盘砂轮塞规φ62H
16 最终检验公法线千分
尺
标准齿轮
综合检查仪Φ62H
25-50
顶尖座
设计者指导老师共 1 页共1页
38
39
40
附件图纸
零件图
41
42
V型块
43
气动可胀心轴
44
夹具装配图
45。