湖南农业大学工学院输出轴加工工艺及夹具设计

湖南农业大学工学院课程设计说明书课程名称： 机械制造工艺学 题目名称： 输出轴加工工艺及夹具设计 班 级：20 05 级 机械设计制造及自动化 专业 3 班姓 名： 朱汪波 学 号： 200540601322 指导教师： 陈 志 亮、董 亮 评定成绩：教师评语：指导老师签名： 20 年 月 日1目录前言 31、 零件的工艺分析及生产类型的确定 .3技术要求分析 3零件的工艺分析 332、 选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯图 .3选择毛坯 3毛坯尺寸的确定 43、 选择加工方法，制定加工艺路线 .5定位基准的选择 5零件表面加工方法的选择 5制定艺路线 64、 工序设计 .7选择加工设备与工艺装备 7选择机床 根据工序选择机床 .7选用夹具 7选用刀具 8选择量具 8确定工序尺寸 85、 确定切削用量及基本工时 10切削用量 。 10基本时间 .126、 夹具设计 12定位方案 .12分度设计 .13切削力和夹紧力的计算 .137、 结论 .14参考文献 .14致 谢 .15附录 .152输出轴加工工艺及夹具设计学 生：朱汪波 指导老师：陈志亮、董亮(湖南农业大学工学院，长沙 ,410128)摘 要：机械制造业的发展对世界经济起着非常重要的作用，而机械加工工艺的编制是机械制造技术的重要组成部分和关键工作。本文论述的是输出轴的加工工艺和夹具设计，着重于几个重要表面的加工，具有一定的尺寸、形状、位置要求，还有一些强度、表面粗糙度要求等，然而这些都会在文中得以体现。关键词：制造；输出轴；加工工艺；夹具； THE DESIGH OF OUTPUT SHAFT PROCESSING AND FIXTUREStudent: Zhu WangboTutor: Chen Zhiliang、DongLiang(College of Engineering, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China)Abstract: Machinery manufacturing industry on the world economy plays an important role, and the machining process is the establishment of machinery manufacturing technology and an important part of the critical work. In this paper, the output shaft is a fixture of the processing technology and design, focused on several important processing on the surface of a certain size, shape, location requirements, there are still some strength, surface roughness, and other requirements, but these will be reflected in the text . Key words: manufacturing; output shaft; processing technology; fixture；3前言 机械制造工艺学课程设计是在我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业之后进行的。这是我们进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的链接，也是一次理论联系实际训练。因此，它在我们的大学学习生活中占有十分重要的地位。就我个人而言，我希望能通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后参加祖国的现代化建设打下一个良好的基础。我也相信通过课程设计能将零碎的知识点都联系起来，系统而全面的做好设计。本次课程设计是机械制造工艺学这门课程的一个阶段总结，是对课堂中学习的基本理论和在生产实习中学到的实践知识的一个实际应用过程。由于知识和经验所限，设计会有许多不足之处，所以恳请老师给予指导。零件的工艺分析及生产类型的确定技术要求分析题目所给定的零件车床输出轴，其主要作用，一是传递转矩，使车床主轴获得旋转的动力；二是工作过程中经常承受载荷；三是支撑传动零部件。零件的材料为 45钢，是最常用中碳调质钢，综合力学性能良好，淬透性低，水淬时易生裂纹。综合技术要求等文件，选用铸件。零件的工艺分析从零件图上看，该零件是典型的零件，结构比较简单，其主要加工的面有55、60、65、75、176 的外圆柱面，50、80、104 的内圆柱表面，10 个 20 的通孔，图中所给的尺寸精度高，大部分是 IT6 级；粗糙度方面表现在键槽两侧面、80 内圆柱表面为 Ra3.2um,大端端面为 Ra3.2um,其余为 Ra12.5um，要求不高；位置要求较严格，表现在 55 的左端面、80 内孔圆柱面对 75、60 外圆轴线的跳动量为 0.04mm, 20 孔的轴线对 80 内孔轴线的位置度为 0.05mm,键槽对 55 外圆轴线的对称度为.0.08mm；热处理方面需要调质处理，到 200HBW，保持均匀。 通过分析该零件，其布局合理，方便加工，我们通过径向夹紧可保证其加工要求，整个图面清晰，尺寸完整合理，能够完整表达物体的形状和大小，符合要求。选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯图选择毛坯毛坯种类的选择决定与零件的实际作用，材料、形状、生产性质以及在生产中获4得可能性，毛坯的制造方法主要有以下几种：1、型材 2、锻造 3、铸造 4、焊接 5、其他毛坯。根据零件的材料，推荐用型材或锻件，但从经济方面着想，如用型材中的棒料，加工余量太大，这样不仅浪费材料，而且还增加机床，刀具及能源等消耗，而锻件具有较高的抗拉抗弯和抗扭强度，冲击韧性常用于大载荷或冲击载荷下的工作零件。本零件生产批量为中批量，所以综上所叙选择锻件中的模锻。毛坯尺寸的确定毛坯（锻件）图是根据产品零件设计的，经查机械加工工艺手册 金属机械加工工艺人员手册知精车-半精车-粗车各余量,从而可得毛坯余量,见表。铸件的外圆角半径按表 5-12 确定，内圆角半径按 5-13 确定。结果为：外圆角半径： ；内圆角半径： 。按表 5-11，外模锻斜度 ，内模锻斜度2r3R5。下图为本零件的毛坯图7图 1毛坯图Fig 1 t rough map5选择加工方法，制定加工艺路线定位基准的选择本零件为带孔的管状零件，孔是其设计基准（亦是装配基准和测量基准） ，为避免由于基准不重合而产生的误差，应选孔为定位基准，即遵守“基准重合”的原则。具体而言，即选 孔及一端面作为精基准。由于本零件全部表面都需要加工，而孔48作为精基准，应先进行加工，因此应选外圆及一端面为粗基准。零件表面加工方法的选择加工阶段的划分当零件的加工质量要求较高时,往往不可能用一道工序来满足要求,而要用几道工序逐步达到所要求的加工质量和合理地使用设备、人力,零件的加工过程通常按工序性质不同,可以分为粗加工,半精加工,精加工三个阶段。粗加工阶段：其任务是切除毛坯上大部分余量，使毛坯在形状和尺寸上接近零件成品，因此，主要目标是提高生产率，去除内孔，端面以及外圆表面的大部分余量，并为后续工序提供精基准，如加工 176、55、60、65、75 外圆柱表面。半精加工阶段：其任务是使主要表面达到一定的精加工余量，为主要表面的精加工做好准备，如 55、60、65、75 外圆柱面，80、20 孔等。精加工阶段：其任务就是保证各主要表面达到规定的尺寸精度，留一定的精加工余量，为主要表面的精加工做好准备，并可完成一些次要表面的加工。如精度和表面粗糙度要求，主要目标是全面保证加工质量。基面先行原则该零件进行加工时，要将端面先加工，再以左端面、外圆柱面为基准来加工，因为左端面和 55 外圆柱面为后续精基准表面加工而设定的，才能使定位基准更准确，从而保证各位置精度的要求，然后再把其余部分加工出来。先粗后精即要先安排粗加工工序，再安排精加工工序，粗车将在较短时间内将工件表面上的大部分余量切掉，一方面提高金属切削效率，另一方面满足精车的余量均匀性要求，若粗车后留余量的均匀性满足不了精加工的要求时，则要安排半精车，以此为精车做6准备。先面后孔对该零件应该先加工圆柱表面，后加工孔，这样安排加工顺序，一方面是利用加工过的平面定位，稳定可靠，另一方面是在加工过的平面上加工孔，比较容易，并能提高孔的加工精度，所以对于输出轴来讲先加工 75 外圆柱面，做为定位基准再来加工其余各孔。工序划分的确定工序集中与工序分散：工序集中是指将工件的加工集中在少数几道工序内完成每道工序加工内容较多，工序集中使总工序数减少，这样就减少了安装次数，可以使装夹时间减少，减少夹具数目，并且利于采用高生产率的机床。工序分散是将工件的加工分散在较多的工序中进行，每道工序的内容很少，最少时每道工序只包括一简单工步，工序分散可使每个工序使用的设备，刀具等比较简单，机床调整工作简化，对操作工人的技术水平也要求低些。综上所述：考虑到工件是中批量生产的情况，采用工序分散辅助工序的安排：辅助工序一般包括去毛刺，倒棱角，清洗，除锈，退磁，检验等。热处理工序的安排热处理的目的是提高材料力学性能，消除残余应力和改善金属的加工性能，热处理主要分预备热处理，最终热处理和内应力处理等，本零件 CA6140 车床输出轴材料为 45 钢，在加工过程中预备热是消除零件的内应力，在毛坯锻造之后。最终热处理在半精车之后精车之前，按规范在 840温度中保持 30 分钟释放应力。制定艺路线按照先加工基准面，先粗后精，基准统一等原则，该零件加工可按下述工艺路线进行。工序 1 粗车圆柱面 176 及端面。工序 2 粗车圆柱面 55、60、65 和 75 和及台阶面。工序 3 精车 176 外圆柱面及倒角。7工序 4 半精车圆柱面 55、60、65 和 75 和及台阶面。工序 5 精车圆柱面 55、60、65 和 75 和及台阶面。工序 6 倒角。工序 7 粗镗内孔 50、80、104。工序 8 精镗内孔 50、80、104。工序 9 钻孔 1020。工序 10 扩孔 1020。工序 11 铰孔 1020。工序 12 铣键槽 1610。工序 13 钻斜孔 28。工序 15 去毛刺。工序 15 终检。工序设计选择加工设备与工艺装备选择机床 根据工序选择机床（1）工序 1、2、3、4 和 5 是粗车和精车。各工序的工步数不多，大批大量生产不要求很高的生产率，故选用卧式车床就能满足要求。本零件外廓尺寸不大，选用最常用的 CA6140 型卧式车床。（2）工序 7、8 为镗削。由于加工的零件外廓尺寸不大，又是回转体，故宜在车床上镗孔，选用 C616A 型卧式车床。（3）工序 12 铣削。工序工步简单，外廓尺寸不大，考虑本零件属成批大量生产，所选机床使用范围较广泛为宜，故可选常用用的 X61W 型铣床能满足加工要求。（4）工序 9、10 和 11 是扩、钻、铰孔。可采用专用的分度夹具在立式钻床上加工，故选用 Z525。选用夹具本零件除铣销，钻小孔等工序需要专用夹具外，其他各工序使用通用夹具即可。前车销工序用三爪自定心卡盘和心轴。8选用刀具由于刀具材料的切削性能直接影响着生产率，工件的加工精度，已加工表面质量，刀具的磨损和加工成本，所以正确的选择刀具材料是加工工艺的一个重要部分，刀具应具有高刚度，足够的强度和韧度，高耐磨性，良好的导热性，良好的工艺性和经济性，抗粘接性，化学稳定性。由于零件车床输出轴材料为 45 钢，推荐用硬质合金中的 YT15 类刀具，因为加工该类零件时摩擦严重,切削温度高,而 YT 类硬质合金具有较高的硬度和耐磨性,尤其具有高的耐热性,在高速切削钢料时刀具磨损小寿命长,所以加工 45 钢这种材料时采用硬质合金的刀具。粗车外圆柱面： 90半精车，精车外圆柱面：前角为 90的车刀。钻头：高速钢刀具，直径为 30；直径为 18；扩孔钻：直径为 19.8；铰刀：直径为 20。镗刀，刀杆长度为 200.BH1625。选择量具本零件属大批大量生产，一般配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，参考参考文献4相关资料，选择如下：读数值 0.02、测量范围 0150 游标卡尺，读数值 0.01、测量范围 0150 游标卡尺。读数值 0.01、测量范围 50125 的内径千分尺，读数值 0.01、测量范围 50125 的外径千分尺，读数值 0.01、测量范围 50125 的内径百分表（表 5-108） 。确定工序尺寸确定圆柱面的工序尺寸 圆柱表面多次加工的工序尺寸只与加工余量有关。前面已确定各圆柱面的总加工余量（毛坯余量） ，应将毛坯余量分为各工序加工余量，然后由后往前计算工序尺寸。中间工序尺寸的公差按加工方法的经济精度确定。本零件各圆柱表面的工序加工余量、工序尺寸及公差、表面粗糙度见下表：表 3外圆柱面 176 轴段加工余量计算Tab3 工 序工序名称工序间余量/mm 经济精度/mm 表面粗糙度 Ra/m工序基本尺寸/mm标注工序尺寸公差/mm精车 2 IT10 6.3 176 14.076粗车 3 IT12 12.5 179 .9毛坯 2 181 289表 4外圆柱面 55 轴段加工余量计算Tab4 工 序工序名称工序间余量/mm 经济精度/mm 表面粗糙度 Ra/m工序基本尺寸/mm标注工序尺寸公差/mm精车 1.0 IT6 1.6 55 019.5半精车 1.5 IT10 3.2 56 2.6粗车 2.5 IT12 6.3 57.5 3.07毛坯 2 60 表 560 轴段加工余量计算Tab5 工 序工序名称工序间余量 /mm 经济精度/mm 表面粗糙度 Ra/m工序基本尺寸/mm标注工序尺寸公差/mm精车 1.0 IT6 1.6 60 019.6半精车 1.5 IT10 3.2 61 2.粗车 2.5 IT12 6.3 62.5 03.5毛坯 2 65 6表 565 轴段加工余量计算Tab5 工 序工序名称工序间余量 /mm 经济精度/mm 表面粗糙度 Ra/m工序基本尺寸/mm标注工序尺寸公差/mm精车 1.0 IT6 1.6 65 019.65半精车 1.5 IT10 3.2 66 2.粗车 2.5 IT12 6.3 67.5 03.7毛坯 2 70 表 575 轴段加工余量计算Tab5 工 序工序名称工序间余量 /mm 经济精度/mm 表面粗糙度 Ra/m工序基本尺寸/mm标注工序尺寸公差/mm精车 1.0 IT6 1.6 75 019.75半精车 1.5 IT10 3.2 76 2.610粗车 2.5 IT12 6.3 77.5 03.57毛坯 2 80 28表 5104 内孔加工余量计算Tab5 工 序工序名称工序间余量 /mm 经济精度/mm 表面粗糙度 Ra/m工序基本尺寸/mm标注工序尺寸公差/mm精镗 1.8 IT7 3.2 104 035.14粗镗 3.2 IT10 6.3 103.2 .2毛坯 2 99 9表 580 内孔加工余量计算Tab5 工 序工序名称工序间余量 /mm 经济精度/mm 表面粗糙度 Ra/m工序基本尺寸/mm标注工序尺寸公差/mm精镗 1.5 IT7 3.2 80 03.8粗镗 2.5 IT10 6.3 78.5 12.57毛坯 2 76 6表 550 内孔加工余量计算Tab5 工 序工序名称工序间余量 /mm 经济精度/mm 表面粗糙度 Ra/m工序基本尺寸/mm标注工序尺寸公差/mm精镗 1.5 IT7 3.2 50 025.粗镗 2.5 IT10 6.3 48.5 1.48毛坯 2 46 6确定切削用量及基本工时切削用量包括背吃刀量 、进给量 和切削速度 。确定顺序是确定 、 ，再pafvpaf确定 。本说明书选取工序 1 粗车外圆 为例确定其切削用量及基本时间。v m5切削用量 。 本工序为粗车。已知加工材料为 45 钢，锻件，有外皮；机床为 CA6140 型卧式车11床，工件装夹在三爪自定心卡盘中。确定 外圆的切削用量。 m5所选刀具为 YT15 硬质合金可转位车刀，根据表 5-112，由于 CA6140 机床的中心高为 200mm，故选用刀杆尺寸 BH=16mm25mm，刀片厚度为 4.5mm。根据表 5-133，选择车刀几何形状为卷槽带倒棱型前刀面，前角 ，后角 、主偏角12060、,副偏角 、刃倾角 、刀尖圆弧半径 。9010sm8.（1）确定背吃刀量 由于粗车双边余量为 2.5mm，则 2.25mm。pa pa（2）确定进给量 f 根据表 5-114，在粗车钢件、刀杆尺寸为 、2516、工件直径为 时， 。按 CA6140 机床的进给量map3m106rf/9.05选择 。确定的进给量尚需满足机床进给强度的要求，故需进行校验。rf/65.0根据表 5-55，CA6140 机床进给机构允许的进给力 。NF350max根据表 5-123，当钢材 、 、 ，MPab6705.2rf/7.， (预计)时，进给力 。45rin/6v fFf的修正系数为 ， ， ,故实际进给力为.10fFk.fsFk17.fFk，由于 ，所选的 可用。Nf 28917.0maxr/650（3）选择车刀磨钝标准及耐用度 根据表 5-119，车刀后刀面最大磨损量取为1mm，可转位车刀耐用度 。in6T（4）确定切削速度 v 根据表 5-120，当用 YT15 硬质合金车刀加工钢材时， 时，切削速度 。maP0.2rf/75. in/97v切削速度的修正系数为 ， ， ， ，8.0sv65.tv81.0Tv0.Tv表 2-9。则有：.1vM min/94i/97min/4.23in/64.rrdn按 CA6140 机床的转速选择 ,则实际切削速度 。s/08.185i/2.37v最后确定切削用量为：， ， ， 。map25.1rf/6.0in/15rin/.12基本时间确定粗车外圆 的基本时间 t 5根据机械制造工艺学公式 4-23 车外圆基本时间为：根据机械制造工艺学公式 4-23 车外圆基本时间为： ifnlifLTj 21式中： ， ， ， ，ml4.83malp)32(tn102l rmf/65.，in/0.rn则 sTj4308.65其余工步切削用量及基本工时计算从略夹具设计本夹具是第 11 道工序钻 通孔的专用夹具。刀具为直柄麻花钻 8-L GB/T 826135.31996。在给定的零件中，对本步加工的定位并未提出具体的要求，是自由公差，定位要求较低。因此，本设计的重点应在卡紧的方便性与快速性以及实现钻孔的分度上。下面是夹具设计过程：定位方案夹具特点，工件以另一端面和键槽定位，通过轴心，用螺栓夹紧。结构简单，制造容易。分度副间有污物时，不直接影响分度副的接触。缺点是无法补偿分度度间的配合间隙对分度精度的影响。分度板孔中一般压入耐磨衬套，与圆柱定位销采用H7/g6 配合。其结构图如图 3 所示：13图 3 夹具装配图82Fig 3 fixture assembly6分度设计通过分度盘来实现。拧紧螺母，并通过开口垫圈将工件夹紧。转动手柄，可将分度盘松开。此时用捏手将定位销从定位套中拔出，使分度盘连同工件一起回转 180，将定位销重新插入定位套中，即实现了分度。再将手柄转回，销紧分度盘，即可进行加工。切削力和夹紧力的计算本工序加工是钻削可估算其夹紧力，其为螺旋夹紧机构。实际效果可以保证可靠的卡紧。根据公式：14021 1)tan(tZKQrrWM原动力（Nmm）QM实际所需夹紧力KW螺杆端部与工件间的当量摩擦半径（mm）r螺纹