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1 零件的工藝分析及生產(chǎn)類型的確定
1. 1 零件的作用
題目所給定的是設(shè)計寬度為40mm的中間軸齒輪“零件”，其功用是傳遞動力和改變輸出軸運動方向。
1.2 零件的工藝分析及零件的生產(chǎn)類型
本零件為回轉(zhuǎn)體零件，其最主要加工面是φ62H7孔和齒面，但基準(zhǔn)孔φ62H7要求內(nèi)孔表面粗糙度Ra值為0.8，且兩者有較高的同軸度要求其公差為φ0.04，是加工工藝需要重點考慮的問題。其次兩輪轂端面由于裝配要求，對φ62H7孔有端面跳動要求其公差為φ0.05。最后，兩齒圈端面在滾齒時要作為定位基準(zhǔn)使用，故對φ62H7孔也有端面跳動要求。依據(jù)題目知：年產(chǎn)50000件，達(dá)到了批量生產(chǎn)的水平。
2 選擇毛坯，確定毛坯尺寸，設(shè)計毛坯圖
2.1 選擇毛坯
該零件材料為20Cr鋼。本零件的主要功用是傳遞動力，其工作時需承受較大的沖擊載荷，要求有較高的強度和韌性，故毛坯應(yīng)選擇鍛件，以使金屬纖維盡量不被切斷保證零件工作可靠。又由于年產(chǎn)量為50000件，達(dá)到了批量生產(chǎn)的水平，且零件形狀較簡單，尺寸也不大，故應(yīng)采用模鍛。這從提高生產(chǎn)率、保證加工精度上考慮，也是應(yīng)該的。
2.2 確定毛坯的總余量
查機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計指導(dǎo)書由表2-7查得a=6，b=5，c=9。
確定垂直方向上總余量為2×0.5a=2×0.5×6=6mm。
水平方向上總余量為2×0.5b=2×0.5×5=5mm。
內(nèi)孔總余量為2×0.5c=2×0.5×9=9mm。
2.3 確定毛坯尺寸
上面得出加工總余量適用于機械加工粗糙度Ra≥1.6μm,除φ62H7孔為Ra=0.8μm以外，其余各加工表面為Ra≥1.6μm，因此這些表面的毛坯尺寸只需要將零件的尺寸加上總余量即可，外圓尺寸為：130+6=136mm；鍛造內(nèi)孔尺寸：62-9=53mm；兩個端面間間距為：40+5=45mm：齒寬方向尺寸為：20+5=25mm；
3. 制定零件工藝規(guī)程
3.1 選擇定位基準(zhǔn)
1）粗基準(zhǔn)選擇 重要考慮裝夾方便、可靠，選一大端面和外圓作為定位粗基準(zhǔn)。
2）精基準(zhǔn)選擇 齒輪的設(shè)計基準(zhǔn)是φ62H7孔，根據(jù)基準(zhǔn)重合原則，并同時考慮統(tǒng)一精基準(zhǔn)原則，選φ62H7孔作為主要定位精基準(zhǔn)?？紤]定位穩(wěn)定可靠，選一大端面作為第二定位精基準(zhǔn)。
在磨孔工序中，為保證齒面與孔的同軸度，選齒面作為定位基準(zhǔn)。
在加工環(huán)槽工序中，為裝夾方便，選外圓表面作為定位基準(zhǔn)。
3.2 選擇表面加工方法
1）φ62H7孔：①生產(chǎn)批量較大，應(yīng)采用高效加工方法；② 零件熱處理會引起較大變形，為保證φ62H7孔的精度及齒面對φ62H7孔的同軸度，熱處理后需對該孔再進(jìn)行加工。故確定熱加工前采用擴孔和拉孔的加工方法，熱后采用磨孔方法。
2）齒面 根據(jù)精度要求，并考慮生產(chǎn)批量較大，故采用滾齒－剃齒的加工方法。
3）大小端面 采用粗車－半精車－精車加工方法。
4）環(huán)槽 采用車削方法。
3.3零件加工工藝路線
1）擴孔（立式鉆床，氣動三爪卡盤）；
2）粗車外圓，粗車一端大、小端面，一端內(nèi)孔倒角（普通車床，氣動可脹心軸）；
3）半精車外圓，粗車另一端大、小端面，另一端內(nèi)孔倒角（普通車床，氣動可脹心軸）；
4）拉孔（臥式拉床，拉孔夾具）；
5）精車外圓，精車一端大、小端面，一端外圓倒角（普通車床，氣動可脹心軸）；
6）精車另一端大、小端面，另一端外圓倒角（普通車床，氣動可脹心軸）；
7）車槽（普通車床，氣動三爪卡盤）；
8）滾齒（滾齒機，滾齒夾具）；
9）一端齒圈倒角（倒角機，倒角夾具）；
10）另一端齒圈倒角（倒角機，倒角夾具）；
11）檢驗；
12）熱處理；（淬火+低溫回火）
13）磨孔（內(nèi)圓磨床，節(jié)圓卡盤）；
14）最終檢驗。
該工序采用分散原則，各工序工作相對簡單考慮到該零件生產(chǎn)批量較大，工序分散可簡化調(diào)整工作，易于保證加工質(zhì)量，且采用氣動夾具，可提高加工效率。
4 工序設(shè)計
4.1 加工余量及工序尺寸的確定
（1）外圓加工
由零件加工工藝路線得外圓加工由粗車外圓—半精車外圓—精車外圓三道工序。查文獻(xiàn)[1]表3.2-2和查文獻(xiàn)[2] 表 5-29 得粗車外圓加工精度為IT11～I(xiàn)T13，取IT12級精度，半精車外圓的加工精度為IT8～I(xiàn)T10，取IT9級精度，精車外圓的加工精度為IT7～I(xiàn)T8，取IT7級精度。
工序名稱 工序余量 經(jīng)濟(jì)精度 工序尺寸
粗車 3.5 h12 φ132.5
半精車 1.8 h9 φ130.7
精車 0.7 h7 φ130
（2）端面的加工
由零件加工工藝路線得端面加工由粗車端面—半精車端面—精車端面三道工序。查文獻(xiàn)[1]表3.2-21和查文獻(xiàn)[2]表5-29 得粗車端面加工精度為 IT11～I(xiàn)T13，取IT12級精度，半精車外圓的加工精度為IT8～I(xiàn)T10，取IT9級精度，精車外圓的加工精度為IT7～I(xiàn)T8，滿足零件圖要求。
① 大端面各工序尺寸為：
工序名稱 工序余量 經(jīng)濟(jì)精度 工序尺寸
粗車 3.4 H12 41.6
半精車 1.0 H9 40.6
精車 0.6 40±0.5
② 小端面各工序尺寸為：
工序名稱 工序余量 經(jīng)濟(jì)精度 工序尺寸
粗車 3 H112 22
半精車 1.2 H9 20.8
精車 0.8 20±0.2
（3）內(nèi)孔加工
根據(jù)零件加工工藝路線得內(nèi)孔加工由擴孔—拉孔—磨孔三道工序。
查文獻(xiàn)[2] 表5-44 得磨孔加工余量0.5mm。查文獻(xiàn)[1]表3.2-12得拉孔加工余量為1mm。根據(jù)內(nèi)孔總余量9mm，得出擴孔加工余量9+1+0.5=10.5mm。
查文獻(xiàn)[2]表5-29 得粗?jǐn)U經(jīng)濟(jì)精度為IT12～I(xiàn)T13 取IT12，精拉經(jīng)濟(jì)精度為IT7～I(xiàn)T9，取IT7，查文獻(xiàn)[1] 表4.1-9 得磨孔精度為IT7，滿足零件圖要求。
工序名稱 工序余量 經(jīng)濟(jì)精度 工序尺寸
擴孔 9 H12 φ60.5
拉孔 1 H8 φ61.5
磨孔 0.5 φ62
4.2齒形加工
根據(jù)齒面粗糙度以及精度等級，選擇滾齒與滾齒加工方法，查文獻(xiàn)[2]表5-18 得滾齒加工精度為IT8，剃齒加工精度為IT7。
加工時先進(jìn)行滾齒，然后在進(jìn)行剃齒，保證各個尺寸要求。
2.4.1 切削用量的確定
1）外圓φ130的加工
本工序采用粗車—半精車—精車的加工方法，選用硬質(zhì)合金外圓車刀左偏刀，刀片材料YT15,Kr=90°和彎頭車刀Kr=45°精車用彎頭刀Kr=45°、刀尖圓弧半徑0.5mm，刀桿尺寸16×25。
查文獻(xiàn)[4] 表3-13 得粗車外圓的進(jìn)給量f=0.71mm/r。
查文獻(xiàn)[4] 表3-14 得半精車外圓進(jìn)給量f=0.36mm/r。
查文獻(xiàn)[4] 表3-15 得精車外圓進(jìn)給量f=0.23mm/r。
查文獻(xiàn)[4] 表3-19 取粗車切削速度V=1.5m/s，半精車切削速度V=2m/s，精車切削速度V=2.5m/s。
根據(jù)加工余量可得粗車被吃刀量=2.25mm,半精車被吃刀量=0.9mm，
精車被吃刀量=0.35mm。
粗車主軸轉(zhuǎn)速：
=.
查文獻(xiàn)[4]附表5-56得CA6140主軸轉(zhuǎn)速n=200r/min.
則實際切削速度：
.
半精車主軸轉(zhuǎn)速：
=.
查文獻(xiàn)[4]附表5-56得CA6140主軸轉(zhuǎn)速n=320r/min.
則實際切削速度：
.
精車主軸轉(zhuǎn)速：
=
查文獻(xiàn)[4] 附表5-56 得CA6140主軸轉(zhuǎn)速n=400r/min.
則實際切削速度：
工時計算：
粗車:
半精車:
精車:
2）端面的加工
本工序也采用粗車—半精車—精車的加工方法，大小端面采用硬質(zhì)合金左偏刀Kr=90°和彎頭車刀Kr=45°
① 大端面的加工
根據(jù)加工余量可知，粗車被吃刀量=2.2mm,半精車被吃刀量=0.5mm。精車被吃刀量=0.3mm
查文獻(xiàn)[4] 表3-13 得粗車端面進(jìn)給量f=0.73mm/r.查表3-14 半精車端面進(jìn)給量f=0.30mm/r. 查表3-15 精車端面進(jìn)給量f=0.20mm/r.
初取端面粗車切削速度V=1.6m/s,半精車切削速度V=2.2m/s. 精車切削速度V=2.8m/s
粗車主軸轉(zhuǎn)速：
=.
查文獻(xiàn)[4] 附表5-56 得機床主軸轉(zhuǎn)速n=400r/min。
則實際切削速度：
.
半精車主軸轉(zhuǎn)速：
=.
查文獻(xiàn)[4] 附表5-56 得機床主軸轉(zhuǎn)速n=560r/min。
則實際切削速度：
.
精車主軸轉(zhuǎn)速：
=.
查文獻(xiàn)[4] 附表5-56 得機床主軸轉(zhuǎn)速n=760r/min。
則實際切削速度：
.
工時計算:
粗車:
半精車:
精車:
② 小端面的加工
根據(jù)加工余量可知，粗車被吃刀量=1.3mm,半精車被吃刀量=1.2mm，精車被吃刀量=0.8mm.
查文獻(xiàn)[4]表3-13 得粗車端面進(jìn)給量f=0.94mm/r.查文獻(xiàn)[4]表3-14 半精車端面進(jìn)給量f=0.35mm/r. 查文獻(xiàn)[4]表3-15 精車端面進(jìn)給量f=0.24mm/r.
初取端面粗車切削速度V=1.5m/s,半精車切削速度V=2.0m/s. 精車切削速度V=2.5m/s.
粗車主軸轉(zhuǎn)速：
=.
查文獻(xiàn)[4] 附表4-3-1 得機床主軸轉(zhuǎn)速n=200r/min。
則實際切削速度：
半精車主軸轉(zhuǎn)速：
=.
查文獻(xiàn)[4] 附表4-3-1 得機床主軸轉(zhuǎn)速n=320r/min。
則實際切削速度：
.
精車主軸轉(zhuǎn)速：
=.
查文獻(xiàn)[4] 附表5-56 得機床主軸轉(zhuǎn)速n=400r/min。
則實際切削速度：
.
工時計算:
粗車:
半精車:
精車:
3）內(nèi)孔加工
本工序采用擴孔—拉孔—磨孔加工方法，選用擴孔鉆，擴孔規(guī)格為Φ60.5。拉刀拉孔。砂輪磨孔。
擴孔：
查文獻(xiàn)[5] 表14-58得立式鉆床加工時切削用量如下：
取進(jìn)給量f=0.9mm/r, 查文獻(xiàn)[3] 表14-59切削速度V=1.28 m/s.
根據(jù)擴孔加工余量可得被吃刀量=4.5mm。
計算主軸轉(zhuǎn)速：
=.
根據(jù)Z550立式鉆床主軸轉(zhuǎn)速?。簄=400r/min.
則實際切削速度：
工時計算：
==100mm； =2~4取3
T==0.45min
拉孔:
查文獻(xiàn)[5] 表13-20 得拉孔切削用量如下：
進(jìn)給量f=0.07～0.1mm/r,切削速度V=2.5~2m/s.
取f=0.08mm/r,V=2.3m/s.
根據(jù)拉孔加工余量可得被吃刀量=0.5mm。
計算主軸轉(zhuǎn)速：
=.
根據(jù)L6120拉床主軸轉(zhuǎn)速?。簄=720r/min.
則實際切削速度：
工時計算：=30~120mm =61-=28.5mm =5~10mm
==0.06min
磨削內(nèi)孔：
查文獻(xiàn)[5] 表3-107 得磨削內(nèi)孔工藝參數(shù)：
砂輪速度=20～30m/s,取=20m/s.工件速度=20～50m/min,取=30m/min=0.5m/s. 光次數(shù)：4次/雙行程。
選用白剛玉砂輪 砂輪寬度B=16mm，砂輪直徑d=45mm。
徑向進(jìn)給量 =0.005～0.01 取=0.01mm。
軸向進(jìn)給量 =（0.25～0.7）B=4～11.2mm/s，取=8mm/s。
根據(jù)磨削余量得=0.225mm。走刀次數(shù)：0.225/0.04=6（雙行程）
計算工件轉(zhuǎn)速:=
圓整取n=150r/min.
計算砂輪轉(zhuǎn)速:=
工時計算：
走刀長度L=40+2+2=44mm，加工精度系數(shù)K=2.
.
4）切槽
查文獻(xiàn)文獻(xiàn)[4] 表3-16 選用硬質(zhì)合金切刀,刀片材料YT5,主切削刃長度B=8mm,刀頭長度L=25mm,刀桿截面尺寸12×20.進(jìn)給量f=0.16～0.21mm/r,取f=0.2mm/r.
查表3-20 取切削速度V=1.45m/s.
計算主軸轉(zhuǎn)速：
=.
根據(jù)CA6140主軸轉(zhuǎn)速得：n=400r/min.
則實際切削速度：
.
工時計算：
查文獻(xiàn)[2] 表2-24 得切槽時間計算公式如下：
mm
mm
5）滾齒
本工序選用硬質(zhì)合金齒輪滾刀，刀具精度等級AA，滾刀頭數(shù)為1，，滾刀直徑120mm，選用Y3150型滾齒機，主電動機功率3KW。
查閱相關(guān)資料得工件每轉(zhuǎn)進(jìn)給量f=2.2～2.6mm/r,取f=2.5mm/r.
切削速度V=0.5m/s.
計算主軸轉(zhuǎn)速：
=
根據(jù)滾齒機型號可得轉(zhuǎn)速：n=84r/min.
則實際切削速度：
.
確定工件轉(zhuǎn)速：
=.
工時計算
查文獻(xiàn)[2] 表2-29 得齒輪加工時間計算公式：
mm。
=3mm。
]
5 夾具設(shè)計
5.1 夾具的功能分析與夾具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計
（以06工序夾具為例進(jìn)行說明）本工序要求以φ61.5H8孔（4點）和已加工好的大端面（1點）定位，精車另一大、小端面及外圓倒角（1×45°），并要求保證尺寸20±0.2和40±0.5以及大、小端面對φ61.5H8孔的跳動不大于0.05mm。其中端面跳動是加工的重點和難點，也是夾具設(shè)計需要著重考慮的問題。
工件以孔作為主要定位基準(zhǔn)，所用的定位元件大多采用心軸，在加工端面時為了使工件在各個方向上不發(fā)生移動以及轉(zhuǎn)動，故采用長心軸，限制X、Y方向的移動及轉(zhuǎn)動，在加工好的端面上設(shè)置螺釘定位，這樣能夠限制Z方向的移動，在加工的時候工件要隨主軸而轉(zhuǎn)動，故Z方向轉(zhuǎn)動的自由度不需要限制。因此采用彈簧套可脹式心軸。
根據(jù)車間條件為減小裝夾時間和減輕裝夾勞動強度，宜采用氣動夾緊，夾具體與機床主軸采用過渡法蘭連接，以便于夾具制造與夾具安裝，為便于制造，彈簧套采用分離形式。
5.2 夾具的設(shè)計計算
(1) 切削力的計算：
主切削力：
進(jìn)給抗力：
最大扭矩：
夾緊力的計算：
式中：φ1------彈簧套與夾具體錐面間的摩擦角，?。簍anφ1＝0.15；
φ2 ------彈簧套與工件間的摩擦角，?。簍anφ2＝0.2；
α--------彈簧套半錐角，α＝6°；
D-------工件孔徑；
Fd ------彈性變形力其中：
式中：C -- 彈性變形系數(shù)，當(dāng)彈簧套瓣數(shù)為3、4、6時，其值分別為300、100、20；
d -- 彈簧套外徑；
l -- 彈簧套變形部分長度；
t -- 彈簧套彎曲部分平均厚度；
Δ-- 彈簧套（未脹開時）與工件孔之間的間隙。
至此可計算出
根據(jù)計算出的值，可計算出：
=
5.3 夾具的制造與操作說明
夾具制造的關(guān)鍵是夾具體與彈簧套。夾具體要求與彈簧套配合的錐面與安裝面有嚴(yán)格的位置關(guān)系，彈簧套則要求與夾具體配合的錐面與其外圓表面嚴(yán)格同軸。此外，彈簧套錐面與夾具體錐面應(yīng)配做，保證接觸面大而均勻。
夾具使用時必須先安裝工件，再進(jìn)行夾緊，嚴(yán)格禁止在不安裝工件的情況下操作氣缸，以防止彈簧套的損壞。
6 方案綜合評價與結(jié)論
閱讀零件圖，了解其結(jié)構(gòu)特點、技術(shù)要求及其在所裝配部件中的作用。分析時著重抓住主要加工面的尺寸、形狀精度、表面粗糙度以及主要表面的相互位置精度要求。
確定毛坯種類和制造方法時應(yīng)考慮與規(guī)定的生產(chǎn)類型（批量）相適應(yīng)。查手冊確定主要表面的總余量、毛坯的尺寸和公差。零件的結(jié)構(gòu)、技術(shù)特點和生產(chǎn)批量將直接影響到所制定的工藝規(guī)程的具體內(nèi)容和詳細(xì)程度，這在制定工藝路線的各項內(nèi)容時必須隨時考慮到。
（1）表面加工方法的選擇
針對主要表面的精度和粗糙度要求，由精到粗地確定各表面的加工方法?？刹殚喒に囀謨灾械湫捅砻娴牡湫图庸し桨负透鞣N加工方法所能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)加工精度，選擇與生產(chǎn)批量相適應(yīng)的加工方案和加工方法，對其它加工表面也作類似處理。
（2）定位基準(zhǔn)的選擇
根據(jù)定位基準(zhǔn)的選擇原則，并綜合考慮零件的特征及加工方法，選擇零件表面最終加工所用精基準(zhǔn)和中間工序所用的精基準(zhǔn)以及最初工序的粗基準(zhǔn)。
（3）擬定零件加工工藝路線
根據(jù)零件加工順序安排的一般原則及零件的特征，擬定零件加工工藝路線。在各種工藝資料中介紹的各種典型零件在不同產(chǎn)量下的工藝路線，以及在生產(chǎn)實習(xí)和工廠參觀時所了解到的現(xiàn)場工藝方案。
對熱處理工序、中間檢驗、終檢等輔助工序，以及一些次要工序（或工步）如倒角等，應(yīng)注意在工藝方案中安排適當(dāng)?shù)奈恢谩?
（4）選擇各工序所用機床、夾具、刀具、量具和輔具
機床及刀、夾、量、輔具類型的選擇應(yīng)與設(shè)計零件的生產(chǎn)類型、零件的材料、零件的外形尺寸和加工表面尺寸、零件的結(jié)構(gòu)特點、該工序的加工質(zhì)量要求以及生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性等相適應(yīng)，并應(yīng)充分考慮工廠的現(xiàn)有生產(chǎn)條件，盡量采用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備和工具。
（5）機械加工工序設(shè)計
對于重要的加工工序，要求進(jìn)行工序設(shè)計，其主要內(nèi)容包括：
1）劃分工步 根據(jù)工序內(nèi)容及加工順序安排的一般原則，合理劃分工步。
2）確定加工余量 用查表法確定各主要加工面的工序（工步）余量。因毛坯總余量已由毛坯（圖）在設(shè)計階段定出，故粗加工工序（工步）余量應(yīng)由總余量減去精加工、半精加工余量之和而得出。若某一表面僅需一次粗加工即成活，則該表面的粗加工余量就等于已確定出的毛坯總余量。
3）確定工序尺寸及公差 對簡單加工的情況，工序尺寸可由后續(xù)加工的工序尺寸加上名義工序余量簡單求得，工序公差可用查表法按加工經(jīng)濟(jì)精度確定。對加工時有基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換的較復(fù)雜的情況，需用工藝尺寸鏈來求算工序尺寸及公差。
4）選擇切削用量 切削用量可用查表法或訪問數(shù)據(jù)庫方法初步確定，再參照所用機床的實際轉(zhuǎn)速、走刀量檔數(shù)最后確定。
（6）夾具總體方案的構(gòu)思和設(shè)計
1）根據(jù)零件加工工藝所給的定位基準(zhǔn)和六點定位原理，確定工件的定位方法并選擇相應(yīng)的定位元件，定位方案和定位元件的選擇要能夠保證工件的位置精度。
2）確定刀具引導(dǎo)方式，并設(shè)計引導(dǎo)裝置或?qū)Φ堆b置。
3）確定工件的夾緊方法，并設(shè)計夾緊機構(gòu)，注意夾緊力作用點、方向和夾緊力動力源的選擇及多點夾緊機構(gòu)的聯(lián)動性等。
4）確定其它元件或裝置的結(jié)構(gòu)形式。
5）考慮各種元件和裝置的布局，確定夾具體的總體結(jié)構(gòu)，并繪制方案圖（結(jié)構(gòu)略圖）。
7 體會與展望
機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計是綜合運用"機械制造技術(shù)基礎(chǔ)"及有關(guān)課程內(nèi)容，分析和解決實際工程問題的一個重要教學(xué)環(huán)節(jié)。通過此次課程設(shè)計提高了我對制定零件機械加工工藝規(guī)程和分析工藝問題的能力，以及設(shè)計機床夾具的能力。在設(shè)計過程中，使我熟悉有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計資料，學(xué)會使用有關(guān)手冊和數(shù)據(jù)庫。機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計是作為未來從事機械制造技術(shù)工作的一次基本訓(xùn)練。在設(shè)計中得到了許多同學(xué)的熱心幫助，解決了許多實際應(yīng)用的問題，為我今后參加工作打下了一個良好的基礎(chǔ)，在此對他們表示衷心的感謝。
在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，在一些特殊零件或其它夾緊裝置無能為力或勉強應(yīng)付的地方，專用夾緊裝置能充分發(fā)揮優(yōu)勢的位置，在滿足人類需求和完善人類美好愿望的進(jìn)程中求得自身的發(fā)展，前景是廣闊的。
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