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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
本零件為回轉體零件，其最主要加工面是φ62H7孔和齒面，但基準孔φ62H7要求內孔表面粗糙度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，達到了批量生產(chǎn)的水平。
2 選擇毛坯，確定毛坯尺寸，設計毛坯圖
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，故應采用模鍛。這從提高生產(chǎn)率、保證加工精度上考慮，也是應該的。
2.2 確定毛坯的總余量
查機械制造技術基礎課程設計指導書由表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
1）粗基準選擇 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。
2）精基準選擇 齒輪的設計基準是φ62H7孔，根據(jù)基準重合原則，并同時考慮統(tǒng)一精基準原則，選φ62H7孔作為主要定位精基準?？紤]定位穩(wěn)定可靠，選一大端面作為第二定位精基準。
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。
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。
3.2 選擇表面加工方法
1）φ62H7孔：①生產(chǎn)批量較大，應采用高效加工方法；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，工序分散可簡化調整工作，易于保證加工質量，且采用氣動夾具，可提高加工效率。
4 工序設計
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[1]表3.2-2和查文獻[2] 表 5-29 得粗車外圓加工精度為IT11～IT13，取IT12級精度，半精車外圓的加工精度為IT8～IT10，取IT9級精度，精車外圓的加工精度為IT7～IT8，取IT7級精度。
工序名稱 工序余量 經(jīng)濟精度 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[1]表3.2-21和查文獻[2]表5-29 得粗車端面加工精度為 IT11～IT13，取IT12級精度，半精車外圓的加工精度為IT8～IT10，取IT9級精度，精車外圓的加工精度為IT7～IT8，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）內孔加工
根據(jù)零件加工工藝路線得內孔加工由擴孔—拉孔—磨孔三道工序。
查文獻[2] 表5-44 得磨孔加工余量0.5mm。查文獻[1]表3.2-12得拉孔加工余量為1mm。根據(jù)內孔總余量9mm，得出擴孔加工余量9+1+0.5=10.5mm。
查文獻[2]表5-29 得粗擴經(jīng)濟精度為IT12～IT13 取IT12，精拉經(jīng)濟精度為IT7～IT9，取IT7，查文獻[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[2]表5-18 得滾齒加工精度為IT8，剃齒加工精度為IT7。
加工時先進行滾齒，然后在進行剃齒，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[4] 表3-13 得粗車外圓的進給量f=0.71mm/r。
查文獻[4] 表3-14 得半精車外圓進給量f=0.36mm/r。
查文獻[4] 表3-15 得精車外圓進給量f=0.23mm/r。
查文獻[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。
粗車主軸轉速：
=.
查文獻[4]附表5-56得CA6140主軸轉速n=200r/min.
則實際切削速度：
.
半精車主軸轉速：
=.
查文獻[4]附表5-56得CA6140主軸轉速n=320r/min.
則實際切削速度：
.
精車主軸轉速：
=
查文獻[4] 附表5-56 得CA6140主軸轉速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[4] 表3-13 得粗車端面進給量f=0.73mm/r.查表3-14 半精車端面進給量f=0.30mm/r. 查表3-15 精車端面進給量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
粗車主軸轉速：
=.
查文獻[4] 附表5-56 得機床主軸轉速n=400r/min。
則實際切削速度：
.
半精車主軸轉速：
=.
查文獻[4] 附表5-56 得機床主軸轉速n=560r/min。
則實際切削速度：
.
精車主軸轉速：
=.
查文獻[4] 附表5-56 得機床主軸轉速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[4]表3-13 得粗車端面進給量f=0.94mm/r.查文獻[4]表3-14 半精車端面進給量f=0.35mm/r. 查文獻[4]表3-15 精車端面進給量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.
粗車主軸轉速：
=.
查文獻[4] 附表4-3-1 得機床主軸轉速n=200r/min。
則實際切削速度：
半精車主軸轉速：
=.
查文獻[4] 附表4-3-1 得機床主軸轉速n=320r/min。
則實際切削速度：
.
精車主軸轉速：
=.
查文獻[4] 附表5-56 得機床主軸轉速n=400r/min。
則實際切削速度：
.
工時計算:
粗車:
半精車:
精車:
3）內孔加工
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[5] 表14-58得立式鉆床加工時切削用量如下：
取進給量f=0.9mm/r, 查文獻[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。
計算主軸轉速：
=.
根據(jù)Z550立式鉆床主軸轉速?。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[5] 表13-20 得拉孔切削用量如下：
進給量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。
計算主軸轉速：
=.
根據(jù)L6120拉床主軸轉速取：n=720r/min.
則實際切削速度：
工時計算：=30~120mm =61-=28.5mm =5~10mm
==0.06min
磨削內孔：
查文獻[5] 表3-107 得磨削內孔工藝參數(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。
徑向進給量 =0.005～0.01 取=0.01mm。
軸向進給量 =（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）
計算工件轉速:=
圓整取n=150r/min.
計算砂輪轉速:=
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
查文獻文獻[4] 表3-16 選用硬質合金切刀,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.
計算主軸轉速：
=.
根據(jù)CA6140主軸轉速得：n=400r/min.
則實際切削速度：
.
工時計算：
查文獻[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。
查閱相關資料得工件每轉進給量f=2.2～2.6mm/r,取f=2.5mm/r.
切削速度V=0.5m/s.
計算主軸轉速：
=
根據(jù)滾齒機型號可得轉速：n=84r/min.
則實際切削速度：
.
確定工件轉速：
=.
工時計算
查文獻[2] 表2-29 得齒輪加工時間計算公式：
mm。
=3mm。
]
5 夾具設計
5.1 夾具的功能分析與夾具總體結構設計
（以06工序夾具為例進行說明）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，也是夾具設計需要著重考慮的問題。
工件以孔作為主要定位基準，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)生移動以及轉動，故采用長心軸，限制X、Y方向的移動及轉動，在加工好的端面上設置螺釘定位，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動，故Z方向轉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 夾具的設計計算
(1) 切削力的計算：
主切削力：
進給抗力：
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格的位置關系，彈簧套則要求與夾具體配合的錐面與其外圓表面嚴格同軸。此外，彈簧套錐面與夾具體錐面應配做，保證接觸面大而均勻。
夾具使用時必須先安裝工件，再進行夾緊，嚴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 方案綜合評價與結論
閱讀零件圖，了解其結構特點、技術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考慮與規(guī)定的生產(chǎn)類型（批量）相適應。查手冊確定主要表面的總余量、毛坯的尺寸和公差。零件的結構、技術特點和生產(chǎn)批量將直接影響到所制定的工藝規(guī)程的具體內容和詳細程度，這在制定工藝路線的各項內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。可查閱工藝手冊中典型表面的典型加工方案和各種加工方法所能達到的經(jīng)濟加工精度，選擇與生產(chǎn)批量相適應的加工方案和加工方法，對其它加工表面也作類似處理。
（2）定位基準的選擇
根據(jù)定位基準的選擇原則，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和中間工序所用的精基準以及最初工序的粗基準。
（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，應注意在工藝方案中安排適當?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、輔具類型的選擇應與設計零件的生產(chǎn)類型、零件的材料、零件的外形尺寸和加工表面尺寸、零件的結構特點、該工序的加工質量要求以及生產(chǎn)率和經(jīng)濟性等相適應，并應充分考慮工廠的現(xiàn)有生產(chǎn)條件，盡量采用標準設備和工具。
（5）機械加工工序設計
對于重要的加工工序，要求進行工序設計，其主要內容包括：
1）劃分工步 根據(jù)工序內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）在設計階段定出，故粗加工工序（工步）余量應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)濟精度確定。對加工時有基準轉換的較復雜的情況，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速、走刀量檔數(shù)最后確定。
（6）夾具總體方案的構思和設計
1）根據(jù)零件加工工藝所給的定位基準和六點定位原理，確定工件的定位方法并選擇相應的定位元件，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）確定刀具引導方式，并設計引導裝置或對刀裝置。
3）確定工件的夾緊方法，并設計夾緊機構，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的聯(lián)動性等。
4）確定其它元件或裝置的結構形式。
5）考慮各種元件和裝置的布局，確定夾具體的總體結構，并繪制方案圖（結構略圖）。
7 體會與展望
機械制造技術基礎課程設計是綜合運用"機械制造技術基礎"及有關課程內容，分析和解決實際工程問題的一個重要教學環(huán)節(jié)。通過此次課程設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，以及設計機床夾具的能力。在設計過程中，使我熟悉有關標準和設計資料，學會使用有關手冊和數(shù)據(jù)庫。機械制造技術基礎課程設計是作為未來從事機械制造技術工作的一次基本訓練。在設計中得到了許多同學的熱心幫助，解決了許多實際應用的問題，為我今后參加工作打下了一個良好的基礎，在此對他們表示衷心的感謝。
在科學技術飛速發(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程中求得自身的發(fā)展，前景是廣闊的。
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