输出轴零件的机械加工工艺规程及机床夹具设计论文

输出轴加工工艺规程及夹具设计 1 课程设计的目的 机械制造工程学课程设计是在学完了机械制造工程学等课程，并进行了生产实习的基础上进行的一个教学环节，它要求学生全面地综合运用本课程及其有关先修课程的理论和实践知识，进行零件加工工艺规程的设计和机床夹具的设计。其目的在于： (1)培养学生运用机械制造工程学及相关课程 (工程材料与热处理、机械设计、公差与技术测量等 )的知识，结合生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决零件机械加工工艺问题，初步具备设计一个中等复杂程度零件的工艺规程的能力。 （第一阶段：完成一个零件的机械加工工艺规程的设计） (2)能根据被加工零件的技术要求，运用机床夹具设计的基本原理和方法，学会拟订机床夹具设计方案，完成夹具结构设计，提高结构设计能力。 （第二阶段：完成一套专用机床夹具的总体设计方案） (3)培养学生熟悉并运用有关手册、规范、图表等技术资料的能力。 (4)进一步培养学生识图、制图、运算和编写技术文件等基本技能。 输出轴加工工艺规程及夹具设计 2 课程设计任务书 题 目 ：设计 输出轴 零件的机械加工工艺规程及机床夹具设计 内 容 ： 1、绘制零件图 （按 1 1 的比例） 1 张 2、绘制毛坯图 （按 1 1 的比例） 1 张 3、填写零件机械加工工艺规程卡片 1 套 （包括：机械加工工艺过程卡片 1 套，机械加工工序卡片 1 套） 4、机床夹具总体方案图 1 张 5、编写零件课程设计说明书 1 份 原始资料 ：零件图样 1 张；零件生产纲领为 10000 件 /年；每日 1 班。 课程设计的具体内容 ： （ 1） 明确本次课程设计的 任务。 （ 2）绘制零件工作图一张（按 1 1 的比例）。 （ 3）对零件进行结构工艺性分析。 （ 4）拟订零件机械加工工艺路线。 （ 5）绘制零件的毛坯图一张（按 1 1 的比例）。 （ 6）填写零件机械加工工艺卡一份 （ 7）编写零件机械加工工艺设计说明书一份。 （ 8）绘制机床夹具总体方案图一张。 输出轴加工工艺规程及夹具设计 3 目 录 目 录 . 3 前 言 . 4 零件的工艺分析以及生产类型的确定 . 4 工艺分析 . 4 生 产类型的确定 . 4 选择毛坯、确定毛坯尺寸、绘制毛坯图 . 5 毛坯的选择 . 5 毛坯尺寸及公差的确定 . 5 毛坯图 . 6 选择加工方法、制定加工工艺路线 . 6 定位基准的选择 . 6 加工阶段的划分 . 6 零件表面加工方法的选择 . 7 工艺方案的比较与确定 . 7 加工余量、切削用量及基本工时的确定 . 10 各工序加工余量的确定 . 10 切削用量及基本工时 . 14 夹具设计 . 63 定位夹紧方案的确定 . 63 定位误差分析 . 64 切削力和夹紧力的计算 . 64 设计心得 . 66 参考文献 . 66 输出轴加工工艺规程及夹具设计 4 前 言 机械制造技术基础课程设计所选定的题目为输出轴零件的加工工艺及夹具设计，结合机械制造技术基础及大学四年专业相关课程，完成了对输出轴从零件毛坯到零件成品的加工过程分析和工艺安排。包括零件各工作表面的加工选择，机床、刀具、定位、夹紧；并对其中某些关键加工工序做了夹具设计，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。 零件的工艺分析以及生产类型的确定 工艺分析 输出轴零件材料为 45 钢，用于输出扭矩，承受扭转、交变载荷。 热处理为调质 200淬火 +高温回火，目的是降低硬度，便于切削加工，同时消除或减少内应力，使零件达到较高的综合力学性能，考虑安排在粗加工之后，半精加工之前。 该输出轴是由轴类和盘类零件组合而成的回转体零件。 主要加工表面有 5 5 6 0 6 5 7 5 、 、 、 的外圆、 80 内孔和 1 0 2 0 法兰孔 、 键槽、大小端面。次要表面有过渡锥面、 28 油孔、 50 104、 内孔。 轴颈各外圆精度等级均为 形位公差，且 60 75、 外圆尺寸遵循包容要求。原 尺 寸 公 差 等 级 为 非 标 准 公 差 ， 查 文 献 【 2 】 附 录 3正为+ 0 . 0 2 1 + 0 . 0 2 1 + 0 . 0 2 1 + 0 . 0 2 1. 0 2 . 0 2 . 0 2 . 0 25 5 6 0 6 5 7 5 、 、 、。原标注粗糙度为 正为 80 的内孔，精度等级为 位置度要求。原尺寸公差等级为非标准公差，查文献【 2】附录 3正为 + 零件图中斜面与 28 油孔轴线不垂直，便于钻孔将斜面角度改为 45 生产类型的确定 查文献 【 1】表 60000 件 /年，输出轴为中型零件，故确定生产类型为大批量生产。 输出轴加工工艺规程及夹具设计 5 选择毛坯、确定毛坯尺寸、绘制毛坯图 毛坯的选择 经过对零件的工艺分析 ，零件材料为 45 钢，由于输出轴外圆由 55 到 176 尺寸变化较大，采用棒料作为毛坯切削量太大，浪费时间和材料。另外，该零件的生产类型为大批量生产，采用模锻可提高生产率又可大大减少加工余量，以实现节省材料和减少后续加工，降低成本。 因此，确定毛坯为锻件。采用锤上模锻，分模面为中心轴线所在的平面。 毛坯尺寸及公差的确定 1 确定锻件公差等级为普通级。 2 零件成品质量由 件计算其质量约为 算锻件质量3 3 零件为轴类，设其最大直径为 182，长度为 250。则毛坯包络体的质量为2 5 1 . 0 64 D L k g ， S /于 间。故该零件的形状复杂系数为3S。 4 锻件材质为 45 钢，为含碳量小于 65%的碳素钢，故选用1 5 各轴颈外圆粗糙度为 10 20 法兰孔内表面粗糙度为 80 内孔为 6 由锻件质量、零件表面粗糙度、形状复杂系数查文献【 3】表 5定厚度（直径方向）单边余量为 取 3。水平方向 取 3，查文献【 3】表 50 内孔单边余量为 50 、 104 内孔单边余量为 7 查文献【 3】表 5毛坯各尺寸公差为： 2 . 7 + 2 . 7 2 . 70 . 9 0 . 9 0 . 96 1 6 6 7 1 、 、 、3 . 0 3 . 8 3 . 41 . 0 1 . 2 1 1 8 2 1 2 2 、 2 2 9 0 4 3、 、 9 9 1 . 8 7 5 1 . 6 4 6 1 . 6 、 输出轴加工工艺规程及夹具设计 6 毛坯图 选择加工方法、制定加工工艺路线 定位基准的选择 精基准的选择 根据输出轴的装配要求，选择两顶尖中心孔作为定位精基 准，中心孔作为设计基准，用其作为定位基准既符合基准重合，又符合基准统一。当零件的外圆精加工后可以以外圆为精基准加工法兰孔，由于半精加工利用中心孔加工的外圆同心度非常高，以外圆作为基准加工出来的孔的同轴度也很高。 粗基准的选择 工件 为回转体，属于轴类零件，一般情况下以外圆作为粗基准，保证定位准确夹紧可靠，利用外圆加工出中心孔。 加工阶段的划分 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输出轴加工工艺规程及夹具设计 7 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 55、 60、 65、 75、 176 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 内孔、 10 20 法兰孔等。 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，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，如各轴颈外圆精磨。 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。本零件输出轴材料为 45 钢，加工前进行正火预备热处理是在毛坯锻造之后消除零件的内应力。粗加工之后，为消除因加工变形残余内应力，同时降低材料的硬度，获得零件材料较高的综合力学性能，采用调质处理。 零件表面加工方法的选择 加工表面 表面粗糙度 公差 /精度等级 加工方法 55 端面 铣 176 端面 铣 55 外圆柱表面 车 粗磨 60 外圆柱面 车 粗磨 65 外圆柱面 车 粗磨 75 外圆柱面 车 粗磨 176 外圆柱面 车 50 孔 镗 80 孔 镗 精镗 104 孔 镗 20 通孔 孔 粗铰 键槽 铣 工艺方案的比较与确定 基面先行原则 该零件进行加工时， 同时铣 两 端面 打中心孔 ，再以 中心轴线 为基准来加工，因为 两端 面和 75 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 原则 我们 先安排粗加工工序，再安排精加工工序，粗 加工 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 加工 后留余量的均匀性满足不了精加工的要求时，则要安排半 精加工。 先面后孔 原则 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，一输出轴加工工艺规程及夹具设计 8 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。 故 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 个 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 。考虑到该零件的生产类型为大批量生产，设计工艺路线是我们主要考虑工序集中，将粗精加工尽量安排在一个工序中。 工艺方案一：（仅锻出 50 孔毛坯） 1、备料 2、精锻 3、粗车小头端面打中心孔 4、粗车各台阶面 5、掉头粗车大头端面 6、调质 200、半精车小头端面及各台阶面 8、铣键槽 9、掉头钻扩铰 10 20 法兰孔 10、粗镗台阶孔 11、半精镗 80 孔 12、半精车大头端面 13、打大头端面中心孔 14、钻 28 油孔 15、精车四个台阶面 16、倒角 17、精铣大小头端面 工艺方案二：（锻出各阶梯孔毛坯） 1、备料 2、精锻 3、预备热处理 4、铣两端面打中心孔 5、粗车各外圆及锥面 6、热处理 7、修研中心孔 8、半精车各外圆及锥面 9、倒角去毛刺切槽 10、粗镗三阶梯孔 输出轴加工工艺规程及夹具设计 9 11、半精镗、精镗 80 孔 12、钻 、扩、铰、精铰 20 孔 13、 钻 28 油孔 14、粗铣、精铣键槽 15、精铣两端面 16、修研中心孔 17、粗磨 5 5 6 0 6 5 7 5 、 、 、 外圆 18、精磨 5 5 6 0 6 5 7 5 、 、 、 外圆 工艺方案三（ 锻出各阶梯孔毛坯 ） 1、备料 2、锻造 3、热处理 4、铣端面钻大端中心孔 挡板 5、粗车 55 外圆 三爪自定心卡盘 +顶尖 6、钻小端中心孔 三爪自定心卡盘 7、粗车 6 0 6 5 7 5 1 7 6 、 外圆 鸡心夹头 +双顶尖 8、热处理 9、修研中心孔 10、半精车 176 外圆 鸡心夹头 +双顶尖 11、半精车 5 5 6 0 6 5 7 5 、 、 、 外 圆 鸡心夹头 +双顶尖 12、粗镗 各阶梯孔 三爪自定心卡盘 13、半精镗精镗 80 孔 三爪自定 心卡盘 14、钻、扩、铰、精铰 20 法兰孔 专用夹具 15、精铣两端面 V 型块 +挡板 16、修研中心孔 17、粗磨 5 5 6 0 6 5 7 5 、 、 、 外圆 双顶尖 18、精磨 5 5 6 0 6 5 7 5 、 、 、 外圆 双顶尖 确定方案二为最终方案。 输出轴加工工艺规程及夹具设计 10 加工余量、切削用量及基本工时的确定 各工序加工余量的确定 外圆 工序名称 供需间余 量 /序间 工序间尺寸 /序间 经济精度/面粗糙度 m 尺寸、公差 /面粗糙度 m 精磨 5 磨 5+精车 车 6 16 锻造 1 外圆 工序名称 供需间余 量 /序间 工序间尺寸/序间 经济精度/ 面粗糙度 m 尺寸、公差 /面粗糙度 m 精磨 0 磨 0+ 精车 车 6 16 锻造 6 输出轴加工工艺规程及夹具设计 11 外圆 工序名称 供需间余 量 /序间 工序间尺寸 /序间 经济精度/面粗糙度 m 尺寸、公差/面粗糙度 m 精磨 5 粗磨 5+ 半精车 粗车 6 锻造 1 外圆 工序名称 供需间余 量 /序间 工序间尺寸 /序间 经济精度/面粗糙度 m 尺寸、公差/面粗糙度 m 精磨 5 粗磨 5+ 半精车 粗车 16 锻造 1 过渡锥面 工序名称 供需间余 量 /序间 工序间尺寸 /序间 经济精度 /面粗糙度 m 尺寸、公差/面粗糙度 m 半精车 2116 0 1682 出轴加工工艺规程及夹具设计 12 粗车 82116） +1=（ 83117） 0 1683 造 （ 83117） +5=（ 88122） （ 88122） 外圆176 工序名称 供需间余 量 /序间 工序间尺寸 /序间 经济精度/面粗糙度 m 尺寸、公差/面粗糙度 m 半精车 76 0 车 176+1=177 0 锻造 177+5=182 55 小头端面 176 大头端面 工序名称 供需间余 量 /序间 工序间尺寸 /序间 经济精度/面粗糙度 m 尺寸、公差/面粗糙度 m 精铣 47 0 铣 6 247+1 =248 0 16 锻造 248+2 =250 13 孔工序名称 供需间余 量 /序间 工序间尺寸 /序间 经济精度/面粗糙度 m 尺寸、公差/面粗糙度 m 工序名称 供需间余 量 /序间 工序间尺寸 /序间 经济精度/面粗糙度 m 尺寸、公差/面粗糙度 m 精铣 44 0 铣 6 244+1 =245 0 16 锻造 245+2 =247 输出轴加工工艺规程及夹具设计 13 精镗 0 精镗 镗 3 8 造 785 0 00 13 0 2 0 孔 工序名称 供需间余 量 /序间 工序间尺寸 /序间 经济精度/面粗糙度 m 尺寸、公差 /面粗糙度 m 精铰 0 粗铰 4 扩孔 0 钻孔 18 8 17 50 孔 工序名称 供需间余 量 /序间 工序间尺寸 /序间 经济精度/面粗糙度 m 尺寸、公差/面粗糙度 m 粗镗 4 0 50 造 506 10 104 孔 工序名称 供需间余 量 /序间 工序间尺寸 /序间 经济精度/面粗糙度 m 尺寸、公差/面粗糙度 m 粗镗 5 04 104 造 1049 0 0 . 0 4 35 0 5 1 6 键槽 输出轴加工工艺规程及夹具设计 14 工序名称 供需间余量 /序间 工序间尺寸/序间 经济精度/面粗糙度 m 尺寸、公差 /面粗糙度 m 精铣 50 粗铣 50+2=52 52+ 切削用量及基本工时 已知： 加工材料：钢， ，锻件，有外皮； 工件尺寸：坯件 61D ，车削后 55D ，加工长度 80l ； 加工要求：车削后表面粗糙度（） 选择机床 顶尖定位 （） 选择刀具 选择直头焊接式外圆车刀（可转位） 根据文献【 4】表 于 00（表 故选刀杆尺寸 B H=16 25 ，刀片厚度 根据文献【 4】表 车带外皮的锻件毛坯，选择 车刀几何形状 由文献【 4】 表 择选择卷屑槽带倒棱前刀面， 60r ，10r ， 6o ， 12o ， 0s ， （） 选择切削用量 确定切削深度，可在一次走刀内切完，故= 确定进给量 f 根据文献【 4】表 f= /r,按 床说明书，选择 f=，故需进行校验。根据 15 车床说明书， 床进给机构允许的进给力 F 3530N 。根据 文献【 4】 表 钢的强度 M P 70570， ， f /r， 45r ， 65cm/计）时，进给力为 1070 根据文献【 4】表 削时 修正系数为 ， ， ，故实际进给力为 8 7 1F f ， 由于 F f 所选的 f= / 选择车刀磨钝标准及寿命 由文献【 4】表 车刀后刀面最大磨损量取为 1转位车刀耐用度 T 60 确定切削速度 c根据文献【 4】表 1.钢材， M P 70570，3， f ， 109tm/削速度修正系数为 t， ， ， ， ， ，故 c= t =109 2.1 m/则 n= r/ 择 n=250r/实际切削速度为 c= m in/in/n 校验机床功率 根据文献【 4】表 M P 70580， f ，c 57m/ 修正系数 为根据文献【 4】表 rF ， ，故 据 床说明书， 车床主电动机功率 k ，故所选之切削用量可输出轴加工工艺规程及夹具设计 16 在 综上：， f= /r，c=n=250r/ 4） 计算基本工时 ，式中 ,80 根据文献【 4】表 削时的入切量及超切量 ，则 80 ， m 0 （ 1） 选择刀具 车道形状、刀杆尺寸及刀片厚度均与粗车相同。半精车的刀片牌号为 刀几何形状为 45r ， 5r ， 8o， 12o， 3s， （ 2） 选择切削用量 确定切削深度= 确定进给量 f 半精加工进给量主要受加工表面粗糙度的限制。根据文献【 4】 表 表面的粗糙度为 )m i n (/50,计 时， 。根据 选择 选择车刀磨钝标准及寿命 由文献【 4】表 车刀后刀面最大磨损量取为 转位车刀耐用度 T 60 确定切削速度 c 根据文献【 4】表 1.M P 70570， f /r， 176tm/ c =176m/输出轴加工工艺规程及夹具设计 17 n= m 0m 1 761 00 0 ，根据 床说明书，选择n=900r/实际切削速度 为 m i n/160m i n/i n/1000 校验机床功率 根据文献【 4】表 M 70580， p f ，c 162m/根据 床主电动机功率 k ，故所选之切削用 量可在 综上 :， f= /r，c=160m/n=900r/（ 3） 计算基本工时 ，式中 ,80 根据文献【 4】表 削时的入切量及超切量 ， 则 2280 ， m 0 82 （ 1） 选择机床 外圆磨床 1320 ，双顶尖定位 （ 2） 选择磨具 选 择 平 形 砂 轮 ， 根 据 1320 外 圆 磨 床 说 明 书 ， 选 取 砂 轮 尺 寸 为 0,4 0 0 砂轮宽度砂轮直径 ， 砂轮磨削速度 35，取 30（ 3） 选择磨削方法 采用纵向磨法 砂轮运动为旋转和横进给，工件运动 为旋转和纵向往复 （ 4） 确定被吃刀量 )(rp 根据文献【 7】 表 择工件速度为 8 ，,/322040) ） 选择 20， 单行程/0157.0 。 由表 修 正 系 数 为输出轴加工工艺规程及夹具设计 18 1 ， ， 故 单行程单行程单行程 / 1 9 5 7.0 纵向进给量 20（ 5） 确定砂轮转速 式中 m i n/,/ 轮转速砂轮直径，砂轮速度 ，则 m i n/1433m i n/0601000601000 s （ 6） 确定工件转速，式中 m i n/,m i n ,/ 件转速工件直径工件转速 ，则 m i n/1 0 3m i n/81 0 0 01 0 0 0 w ， （ 7） 转速比 q 一般外圆磨转速比 15060q ， 10018 6030 （ 8） 确定轴向进给量fm i n/,1000 圆磨削轴向进给速度式中 ，m 0 0010320 （ 9） 确定磨削力 ， 根 据 文 献 【 7 】 表 ， 10） 功率校验 磨削功率 0 030651 00 0，砂轮电机输出功率h，输出轴加工工艺规程及夹具设计 19 取， 则 据 1320 外 圆 磨 床 说 明 书 ，求故所选磨床满足功率要因 ,E ,98.4 (11)计算基本工时 ，由文献【 5】表 , s 60240802 ， 则 m i i z 综上：m i n/20m i n ,/1 0 3m i n ,/1 4 3 3/02.0 单行程， 精磨 （ 1） 磨床、磨具、磨削方法均与粗磨相同 （ 2） 确定被吃刀量 )(rp 根据文献【 7】 表 020 ，选择工件速度为 9 ， ,/241640) ）选择 20，单行程/0049.0 p ， 由表 正系数为 1 ， ，故 单行程单行程 /0 0 2 4 9.0 纵向进给量 20（ 3） 确定砂轮转速 式中 m i n/,/ 轮转速砂轮直径，砂轮速度 ，则 m i n/1433m i n/0601000601000 s （ 4） 确定工件转速 1000 ，式中 m i n/,m i n ,/ 件转速工件直径工件转速 ，则 输出轴加工工艺规程及夹具设计 20 m i n/i n/91 0 0 01 0 0 0 w （ 5） 转速比 q 一般外圆磨转速比 15060q ， 6229 6030 （ 6） 确定轴向进给量fm i n/,1000 圆磨削轴向进给速度式中 ，m 000 （ 7） 确定磨削力 ， 根 据 文 献 【 7 】 表 ， ，则 28402029300 0 2 8） 功率校验 磨削功率 0281000 ， 砂 轮 电 机 输 出 功 率h， 取， 则 根 据 1320 外 圆 磨 床 说 明 书 ，求故所选磨床满足功率要因 ,E ,98.4 （ 9） 计算基本工时 ，由文献【 5】表 ， s 60240802 ，则 m i 2 z 综上 :m i n/20m i n ,/ 7m i n ,/1 4 3 3/0 0 2 3.0 单行程， 输出轴加工工艺规程及夹具设计 21 粗车 （ 1） 选择机床 顶尖定位 （ 2）选择刀具 选择直头焊接式外圆车刀（可转位） 根据文献【 4】表 于 床的中心高 200 （表 故选刀杆尺寸 B H=16 25 ，刀片厚 度 根据文献【 4