手柄轴的设计-南昌航空大学

1、 第一部分 工艺设计1. 设计任务 本次所要加工的零件为手柄轴，示意图如图（1） 图（1） 材料：45 零件生产类型：中批量生产2. 零件工艺性分析 中心轴零件图的视图正确、完整;尺寸、公差齐全，但技术要求未注明淬火层深度，该零件的结构较为典型，其中， 30js6的直径尺寸要求较高,表面粗糙度为Ra0.8.为主要表面，但加工并不成问题。零件的另一端面的表面粗糙度度要求并不高为Ra6.3，但在零件的加工过程中均要利用这两个端面来定位，所以也为主要表面。整个零件中最复杂也是最难加工的地方就是键槽，可使用专门的夹具在普通铣床上加工 此轴为细长轴，考虑到轴的刚性，在加工各轴段外圆表面的过程中特别是是磨

2、削加工的过程中使用三爪卡盘和顶尖定位装夹3. 毛坯的选择 该轴零件加工中，刀具与工件之间的切削力较大。工件材料的可切削性能。强度、硬度、塑性、提供冷切削加工、机械性能都跟工件的材料有关。所以选择45钢为该轴类零件的材料。45钢相对切削性硬质合金刀具1.0，高速钢刀具1.0，45钢经济合理对加工刀具的要求也合理，45钢用途广泛，主要是用来制造汽轮机、压缩机，泵的运动零件制造齿轮、轴活塞销等零件。根据以上数据适合该轴的加工。轴类零件的毛坯有棒料、锻件和铸件三种。锻件：适用与零件强度较高,形状较简单的零件。尺寸大的零件因受设备限制，故一般用自由锻；中、小型零件可选模锻；形状复杂的刚质零件不宜用自由锻

3、。铸件：适用于形状复杂的毛坯。钢质零件的锻造毛坯，其力学性能高于钢质棒料和铸钢件。根据该轴零件的结构形状和外轮廓尺寸，所以采用棒料。毛坯的尺寸通过确定加工余量最后可确定尺寸为43*290mm，毛坏示意图如图（2） 图（2）4. 工艺过程设计 4.1 定位基准的选择 对于中心轴的外圆表面的加工均利用外圆表面定位，对于轴向定位则使用被加工一端的相对端的端面来定位以遵循“基准重合”原则，当掉头装夹的时候使用相反的那端来定位 加工键槽、平面使用起所在轴端的轴线以及与之最靠近的端面来定位，这也符合“基准重合”原则。4.2 零件表面加工方法的选择 本零件的加工表面有外圆、平面、键槽、螺纹、端面、槽等，这里

4、只列举其中较为典型的三个表面来说明其加工方法（1） 30js6外圆表面 精度等级：IT6 表面粗糙度：Ra0.8 m 加工路线有为 粗车半精车粗磨精磨（2） 键槽侧面 精度等级：IT9 表面粗糙度：Ra3.2 m 加工路线为 粗铣半精铣（3） 螺纹M20 精度等级： 表面粗糙度：Ra6.3 m 加工路线为 在粗磨外圆表面后可车螺纹4.3 制定工艺路线方案一： 工序10： 下料 工序15： 粗车外圆32mm，车中心孔 工序20： 粗车外圆40mm,车台阶面，沟槽,车中心孔 工序25： 半精车外圆38.5mm,车倒角C0.5 工序30： 半精车外圆30mm,车30.5mm,车倒角、沟槽、螺纹 工序

5、35： 调质处理235HBS 工序40： 修研中心孔 工序45： 中检 工序50： 粗磨外圆至尺寸为38.06h8mm，30.06h8mm 工序55： 精磨外圆至尺寸为38mm，30js6mm 工序60： 铣六方工序65： 铣键槽 工序70： 终检 工序75： 油封入库方案二： 工序10： 下料 工序15： 粗车外圆32mm，车中心孔 工序20： 粗车外圆40mm,车台阶面，车中心孔 工序25： 半精车外圆38.5mm,车倒角C0.5 工序30： 半精车外圆30mm,车30.5mm,车倒角、沟槽、螺纹 工序35： 粗磨外圆至尺寸为38.06h8mm，30.06h8mm 工序40： 调质处理23

6、5HBS 工序45： 修研中心孔 工序50： 铣六方 工序55： 铣键槽 工序60： 精磨外圆至尺寸为38mm，30js6mm 工序65： 终检 工序70： 油封入库 方案比较：方案二中将粗磨放在铣削加工之前，其理由是为其后的铣削加工键槽准备较好的辅助基础，但这样会使工件在两台机床之间来回移动，浪费工时，降低生产效率，而且这样做对提高键槽的加工精度的意义并不大，因为在键槽的加工过程中是以其所在轴段的轴线为定位基准。在淬火前进行磨削加工，由于材料较软，对磨削加工不利，且会在零件的表面产生很大的残余应力。方案二中还缺少必要的中检工序。在其精磨后无去应力处理，会使表面有较大的残余应力。综上所述，选择

7、方案一为此零件的加工路线。5 确定毛坯尺寸、机械加工余量及工序尺寸5.1 确定毛坯的尺寸 零件的最大轴径处为38mm，此外圆表面的路线为：粗车半精车 半精车的余量为1mm 粗车的余量为2mm 选择直径为38+1+2=41的棒料端面的加工路线为：粗车半精车 余量同上 所以棒料的长度为：287+（1+2）*2=293mm 所以选择棒料尺寸为：41X293mm5.2 确定加工余量、工序尺寸以及表面粗糙度 这里选择二个比较典型表面来说明计算其工序尺寸 (1)38 0 -0.1mm外圆表面 表1工序双边余量工序尺寸及公差表面粗糙度 精磨 0.06mm38 0 -0.1mm Ra0.8m 粗磨 0.5mm

8、38.06h8mm Ra1.6m半精车 1mm38.5mm Ra6.3m 粗车 2mm40mm Ra12.5m （2）30js6轴段上的键槽和平面工序尺寸的计算。 图（3 铣削加工键槽的工序是在粗磨工序之前，因此需要考虑铣削加工工序完成之后工序尺寸的精度6.刀具的选择及切削参数6.1进给量f的确定 进给量是刀具在进给运动方向上相对于工件的位移量. 粗加工时进给量的选择主要受切削力的限制。根据加工材料、刀杆尺寸、工件直径及已确定的背吃刀量来选取较大的进给量。在半精加工和精加工时,则按表面粗糙度要求,根据工件材料、刀尖圆弧半径、切削速度来选择合理的进给量。当切削速度提高，刀尖圆弧半径增大或刀具磨有

9、修光刃时可以选择较大的进给量以提高生产率。 粗铣时 高速钢铣刀每齿进给量 f=0.100.15 mm/z 硬质合金钢铣刀每齿进给量 f=0.100.25 mm/z 精铣时 高速钢铣刀每齿进给量 f=0.020.05 mm/z 硬质合金钢铣刀每齿进给量 f=0.100.15 mm/z 钻孔时 钻头每齿进给量f=0.10.2mm/r 扩孔时 钻头每齿进给量 f=0.2mm/r 粗铰时 铰刀每齿进给量 f=0.4mm/r 精铰时 铰刀每齿进给量 f=0.15mm/r 6.2切削深度p的确定 切削深度是指在垂直于进给方向上待加工表面与已加工表面间的距离。对于工艺系统刚性允许时，可以选取较大的切削深度，

10、以减少走刀次数，提高生产效率。对于零件的精度要求较高时，考虑适当留出半精加工和精加工的切削余量。然而对于数控加工所留的精加工余量一般情况下比普通加工时所留余量小。铣削时，精加工余量通常为0.20.8mm。和镗削加根据加工余量确定。粗加工(Ra1080m)时一次进给应尽可能切除全部余量。在中等功率机床上背吃刀量可达810mm。半精加工(Ra 1.2510m)时，背吃刀量取为0.52mm。精加工(Ra0.321.25m)时，背吃刀量取为0.10.4mm。在工艺系统刚性不足或毛坯余量很大或余量不均匀时，粗加工要分几次进给一般第一次走刀为总加工余量的2/33/4。当工件表面粗糙度值要求为Ra 0.83

11、.2m时，铣削分为粗铣、半精铣、精铣三个阶段进行。精铣时面铣刀的背吃刀量取0.51.0mm。 总结本图的背吃刀量选取如下 粗加工时 p=3mm 精加工时 p=0.5mm 粗铰通孔时 p=0.05mm 精铰通孔时 p=0.02mm 6.3切削速度Vc的确定 切削速度是在进行切削加工时，刀具切削刃的某一点相对于待加工表面在主运动方向上的瞬时速度。 Vc主要根据工件材料、刀具材料和机床功率来选择。 刀具材料好,Vc可选得高些。 Ra要求小的，要避开积屑瘤、鳞刺产生的Vc,高速钢Vc刀取小于5m/min,硬质合金钢刀Vc取较高的Vc130160m/min。 表面有硬皮或断续切削时，应适当降低Vc。 工

12、艺系统刚性差的，Vc应减小。当主运动为旋转运动时，Vc可按下式计算Vc=Dn/1000 D为工件待加工表面或刀具的最大直径(mm)n为主运动的转速。6.4主轴转速n的确定 在确定主轴转速时,要根据所选择的工件材料、刀具材料、机床功率和加工性质。如粗、精加工等条件下来确定其允许的切削速度。切削速度确定之后，再根据n=1000c/D就可以计算出主轴转速了。刀具选择的结果如下： 图（4）刀具切削参数主轴转速序号加工内容刀具规格n/r.min进给速度v/mm.min类型材料1粗加工外轮廓（T01）93外圆偏刀硬质合金180542精加工外轮廓（T02）93外圆偏刀5053切螺纹退刀槽（T03）切槽刀50

13、104车M30螺纹（T04）60普通螺纹车刀505 表1 刀具的切削参数 第二部分 夹具设计1 设计任务设计加工铣手柄轴M30X1.5，30js6轴段键槽夹具2 确定定位方案、选择定位元件根据加工槽两侧面相对于中心面对称要求，需要限制工件X方向转动自由度、Y方向转动自由度和Z方向转动自由度；根据加工槽宽度和深度要求，需要限制工件X方向移动自由度和Z方向移动自由度。但考虑到加工时工件定位的稳定性，可以将六个不定度全部限制。工件相对中心面对称，要实现加工槽两侧面相对中心面对称的要求，根据基准重合选择A、C2个面作为定位基准，限制了4个自由度，为了不使工件左右移动，用顶尖限制其一个自由度，采用不完全

14、定位即可。3 夹紧机构的选择及设计夹紧机构有斜楔夹紧机构、螺旋夹紧机构、偏心夹紧机构、铰链夹紧机构、联动夹紧机构等。夹紧方式采用手动夹紧，采用压块与螺杆螺母配合夹紧，如图（5） 图（5）4 定位误差的计算工件在夹具中定位产生的定位误差，其值应控制在工件相对尺寸或位置公差的，为此需对每一项工序加工要求逐一进行分析。对加工槽两侧面对中心面B对称度进行分析：由于加工槽的工序基准和定位基准重合，所以B=0 B=0 d=0-(-0.021)=0.021 Y=0.707x0.021=0.01 D=0+Y=0.010.02 故满足定位误差。5 夹具在机床上的定位和夹紧铣床夹具依靠夹具体底面和定向键侧面与机床

15、工作台上平面及T型槽相连接，以保证定位元件对工作台和导轨具有正确的相对位置。为了减小安装时的偏斜角的误差，安装定向键时应当使它们靠向T型槽的同一侧。 图（6） 小结 经过三个星期的课程设计、查阅资料、绘图、计算、等一系列的步骤，最终完成了手柄轴设计。在设计过程中遇到了不少的问题，通过网上查询、请老师和同学讨论之后得到了解决问题的办法。 经过这次设计，让我了解了在学校中所学的东西，也为我以后的工作打下了扎实的基础。这篇设计虽然已经完成了，但由于本人缺少实际经验，所以在设计中肯定还存在一定的问题，需要改进。希望老师能给我提点意见和建议。最后本人会在公司里好好学习，以提高自己的实践水平，为将来的工作打下更坚实的基础。在这里，我要感谢我们的指导老师赵学海老师，是她给了我设计的想法，在我的课题中给了我很多的指导和改进，在一些对我来说比较难懂难理解的细节问题上，给予了我详细的说明，帮我除去了许多不必要的麻烦使我有充足的时间来完成本课题。 参考书目1. 李益民主编 机械制造工艺设计简明手册 北京：机械工艺出版社，1993.62. 徐圣群主编 简明机械加工工艺手册 上海：上海科学技术出版社。3. 倪森寿主编 机械制造工艺与装备习题集和课程设计指导书 北京：化学工业出版社 20034. 孙本绪 熊万武主编 机械加工余量手册 北京：国防工业出版社5. 王少俊主