输出轴机械加工工艺设计说明书

西安思源学院本科毕业论文（设计） 1 1 本科毕业论文（设计） 题 目 输出轴机械加工工艺设计 学 院 工学院 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 学 号 学生姓名 指导教师 完成日期 西安思源学院本科毕业论文（设计） 2 摘要 输出轴用以输出动力、传递扭矩。此次的毕业设计所选的题目是输出轴机械加工工艺设计。 此次的毕业设计首先对零 件图进行结构工艺分析、技术要求分析。接下来选择了毛坯类型和定位基准和拟定了工艺路线，对零件进行了径向、轴向工序尺寸和键槽工序尺寸的计算、切削用量的确定和计算以及机床和工艺装备的选择。最后编制了工艺卡片，工艺卡片填写有各工序内容、加工所需的背吃刀量、进给量和机床的主轴转速和切削速度以及所选的机床型号、刀具和量具。 （加内容） 关键词： 输出轴 西安思源学院本科毕业论文（设计） 3 3 he is As is to or is to of to of of At of in in of 安思源学院本科毕业论文（设计） 4 目录 第一章 绪论 . 6 一、 研究背景 . 6 二、 研究内容和意义 . 6 第二章 零件的工艺分析 . 8 一、 零件的作用 . 8 二、 零件的工艺分析 . 8 (一 ) 零件的结构工艺分析 . 9 (二 ) 零件的技术要求分析 . 9 第三章 生产类型的确定和毛坯类型、定位基准的选择 . 10 一、 生产类型的确定 . 10 二、 毛坯的类型 . 10 三、 定位基准的选择 . 11 (一 ) 精基准的选择 . 错误 !未定义书签。 (二 ) 粗基准的选择 . 11 第四章 工艺路线的拟定 . 13 一、 加工方法的选择和加工阶段的划分 . 13 (一 ) 加工方法的选择 . 13 (二 ) 加工阶段的划分 . 13 二、 工序集中和工序分散 . 14 第五章 加工余量、工序尺寸和公差的确定 . 16 一、 径向尺寸的计算 . 16 (一 ) 外圆柱面 55工序尺寸的确定 . 16 (二 ) 外圆柱面 60工序尺寸的确定 . 16 (三 ) 外圆柱面 65工序尺寸的确定 . 16 (四 ) 外圆柱面 75工序尺寸的确定 . 17 (五 ) 外圆柱面 176工序尺寸的确定 . 17 西安思源学院本科毕业论文（设计） 5 5 (六 ) 内孔 104 工序尺寸的确定 . 18 (七 ) 内孔 80 工序尺寸的确定 . 18 (八 ) 内孔 50 工序尺寸的确定 . 18 (九 ) 通孔 1020 工序尺寸的确定 . 18 (十 ) 过渡锥面工序尺寸的确定 . 19 二、 轴向尺寸的计算 . 19 三、 键槽工序尺寸的计算 . 21 四、 毛坯工序尺寸 . 22 第六章 机床及工艺装备的选择 . 22 一、 机床设备的选用 . 23 二、 工艺装备的选用 . 23 (一 ) 刀具的选择 . 23 (二 ) 量具的选择 . 23 第七章 切削用量的确定和计算 . 25 结束语 . 30 参考文献： . 31 致谢 . 32 西安思源学院本科毕业论文（设计） 6 输出轴机械加工工艺设计 第一章 绪论 一、 研究背景 输出轴用于变速器动力输出，输出轴的类型有很多，在我们所见的机床上也是随处可见的。同而也就会有千变万化的输出轴，有梯形，锥形等。零件在机器中支承传动零件部实现运动和动力。 随着现代科技的不断发展、设备的不断更新，较高的生产技术依然成为公司或者企业决定性因素之一。机械制造从上世纪开始对全 球的经济起着至关重要的作用，而机械加工工艺又是机械只要的重要组成部分。输出轴又是机械设配上不可缺的一个重要零件，所以促使在输出轴机械加工工艺设计上更应该精益求精，不断进取。 现代工艺有着明显的特点：新产品发展快，质量要求高，品种规格多，产品更新换代周期短。反映在机器工业上，品种多、小批量生产类型比例中，占的比重很大。所以传统的方式进行生产技术准备工作，显然从质与量两个方面都不太适合当前的发展新形势。 在如今的市场上，从各个方面来看，输出轴都有着重大的位置。从经济战略来看更是存在着巨大的前景市场。所以本着 为科技发展的宗旨，不断的创新输出轴加工工艺是一项微小却又重大的项目。 二、 研究内容和意义 此次研究的输出轴是典型的轴类零件之一。该轴在工作中承受一定的终极载荷跟较大的扭矩，因此这类零件更应该具有更高的抗扭强度与耐磨性。因为它是动力输出的关键部件之一，所以它的加工精度和质量对机床的安全性，精确性和稳定性都有很大的影响。 输出轴工作应围绕着精度设计这个中心来进行。没有合理的精度设计不仅会在加工的时候带来困难，更重要的是在生产出来以后工作效率方面会产生重大的西安思源学院本科毕业论文（设计） 7 7 负面因素。所以要熟悉每个加工工艺的步骤， 做到每次计算的精确，规划工艺路线的合理性。 毕业设计也是大学生最后的一门作业，更是学习阶段的最后且最重要的一个环节，要求我们在运用学到的知识同时，树立为生产服务，务实耐劳，敢于创新，一丝不苟的学习、工作作风。为将来的工作打好扎实的基础。 西安思源学院本科毕业论文（设计） 8 第二章 零件的工艺分析 一、 零件的作用 输出轴用于变速器动力输出， 图 1示是输出轴简图。毛坯材料为 45 钢中批量生产，采用通用机床进行加工。热处理方式为调质，处理后硬度要求为200次毕业设计要求是完成该零件的 机械加工工艺设计。 输出轴 材料是 45号钢 。 变速器 的年产量为 3300台。 一、 零件的工艺分析 该零件的材料是 45号钢 。输出轴工作载荷较大，强度和韧性要求比较高，生产批量小。针对输出轴的功用和零件的结构以及主要技术要求对输出轴进行工艺西安思源学院本科毕业论文（设计） 9 9 分析，主要包括以下两个方面： (一 ) 零件的结构工艺分析 零件的结构工艺性是指所设计的零件在能满足使用要求的前提下制造的可行性和经济性。 1. 55 60 65 75 25 176外圆表面及其端面用卧式车床 2. 55圆的键槽采用立式升降台铣床 ， 20 8 3. 50 80 104零件各表面可用车床、铣床以及磨床加工出来，且较为经济。 (二 ) 零件的技术要求分析 二、 零件技术要求包括下列几个方面： 三、 （ 1）加上表面的尺寸精度； 四、 （ 2）形状精度； 五、 （ 3）相互位置精度； 六、 （ 4）表面粗糙度以及表面质量方面要求； 七、 （ 5）热处理要求及其它要求（如动平衡等）。 八、 分析零件技术要求的目的，是要找出零件的主要表面（即精度要求较高的面），一是决定主要表面的加 工方法；应采取什么工艺措施，二是检查技术要求的合理性。 该零件技术要求如下： 4. 65 75圆柱面的尺寸精度等级为 176圆柱面的尺寸精度等级为 5. 55 605 176头端面精度等级为 6. 80孔、 10 20槽与过渡锥面尺寸精度等级为 104孔、 50 7. 0 8. 25 60外圆柱面表面粗糙度公差为 6575 9. 176面粗糙度公差为 104 50孔表面西安思源学院本科毕业论文（设计） 10 粗糙度公差为 10. 键槽内侧、过渡锥面、 55头端面、 176头端面、8010 20 11. 倒角 根据图纸对零件的各项要求，查机床说明书 ,机床的精度能满足加工要求。 第二章 生产类型的确定和毛坯类型、定位基准的选择 一、 生产类型的确定 生产纲领是企业在以年为单位的计划期内的产品产量和进度 计划。零件的生产纲领用（ 3算。 式中： Q 为产品的生产纲领（台 /年）； a 为备品率， b 为废品率； n 为每台产品中该零件的数量（件 /台）； %)1% ) (1( (3该产品的生产纲领为 3000 台，每台产品中输出轴的数量为 1 件。零件的备品率为 1%，废品率为 1%。则根据公式 (3算得： N=33001+1%） x（ 1+1%） =机械制造工艺手册得此零件的生产类型 为 中 批量 。 二、 毛坯的类型 毛坯的制造方法主要 下面 几种：锻造、 型材、 铸造、焊接和其它毛坯。毛坯种类的选择与零件的实际作用、生产性质、产品的制造质量有 非常 大的影响。 加内容 零件的材料为 45 钢，采用模锻，调质热处理后的硬度为 200零件的材料和经济方面考虑，锻件 应 具有较高的抗弯抗拉和抗扭强度、冲击韧性，常用于大载荷和冲击载荷下。所以选择锻件中的模锻。 西安思源学院本科毕业论文（设计） 11 11 三、 定位基准的选择 在选择定位基准时，首先选择精基准，再选择粗基准 。 （一） 精基准的选择 精基准是什么，如何选 该零件精基准选择如表 3示。 表 3基准的选择 加工表面 精基准选择 车左端面，钻中心孔 176 外圆、左中心孔 粗车 55、 60、 65、 75 外圆 25 毛坯外圆、左中心孔 粗车 176， 176 端面 75 外圆、右中心孔 半精车 55、 60、 65、 75、 176 两中心孔 粗镗 50、 80、 104 55 外圆、托 75 半精镗 80，半精车 176断面 55 外圆、托 75 粗车、半精车 30斜面 176、左中心孔 扩孔 10 20，孔口倒角 176、 80 中心线 粗磨、精磨 55、 60、 65、 75 两中心孔 精镗 80 55 托 75 铰孔 10 20 176、 80 中心线 加工左面 槽 55、右中心孔 2 8 专用夹具 选择的精基准不但可以方便轴端面和各部分外圆柱面，而且能保证各外圆柱面误差。 (一 ) 粗基准的选择 精基准是什么，如何选 西安思源学院本科毕业论文（设计） 12 根据粗基准的选用原则，应当选用 55 毛坯外圆面作为粗基准。首先用车床加工出一个端面和该端面的中心孔，其次 用 已加工出的 176 外圆面作为精基准 。这样 进行 加工可以保证两个端面中心轴线的同轴度。 西安思源学院本科毕业论文（设计） 13 13 第三章 工艺路线的拟定 一、 加工方法的选择和加工阶段的划分 (一 ) 加工方法的选择 在选择加工方法的时候，需要考虑零件材料的性质 、 生产类型、 工件的结构和尺寸和现场生产条件以及表面粗糙度的要求等因素。因此输出轴的加工方法如表 4 表 4工方法的选择 加工表面 加工方法 经济精度 粗糙度 / m） 55外圆面 粗车 精车 60外圆面 粗车 精车 65外圆面 粗车 粗磨 75外圆面 粗车 粗磨 176外圆面 粗车 55小头端面 粗车 176大头端面 粗车 104内孔 粗镗 80内孔 粗镗 精镗 50内孔 粗镗 0 20通孔 钻孔 铰孔 渡锥面 粗车 槽 粗铣 二 ) 加工阶段的划分 为保证机械加工的质量和考虑经济性，对部分要求较高的表面，应进行加工阶段 的划分。一般先安排粗加工，再安排半精加工、精加工等。 西安思源学院本科毕业论文（设计） 14 首先粗车外圆柱面 55 60 65 75 176 55面、 176余量。主要 原因 是尽快去掉大部分的加工余量，生产效率高。 104孔、 80孔、 50孔粗镗。 104孔、 80 在粗加工的基础上，对外圆柱面 55 60 65 75 176 55面、 176面和多渡锥面进 行半精加工，留余量。 80孔进行半精镗。 176 55 176 80在以上两个阶段的基础上，对外圆柱面 55 60行精车可满足其要求。对外圆柱面 65 75 80键槽、 80 20 配钻 8配时加工。 二、 工序集中和工序分散 编制工艺路线时，应根据零件的生产类型、产品本身的结构特点、零 件的技术要求等来确定采用工序集中还是工序分散。由于输出轴为单件小批量生产则应采用工序集中的原则。 三、 拟定工艺路线 工艺路线：下料 锻造 正火 钻中心孔、车端面 粗车外圆 钻另一中心孔、车另一端端面 调质 半精车各外圆 粗镗、半精镗各内孔 粗车半精车斜面 扩孔 粗磨、精磨各外圆 铰孔 铣键槽 钻斜孔 检验 入库。 工艺路线安排如下： 锻。 火。 西安思源学院本科毕业论文（设计） 15 15 76位锻件回转体表面，粗车 55顶尖孔。 76的回转轴线为基准粗车 55 60 65 75回转体表面。 576圆和 176 制 255。 76顶尖定位，以轴的回转轴线为基准，半精车 55 6065 75 176 55镗内孔 50 80 104 55轴的回转轴线为基准，半精镗内孔 80 76打断内顶尖孔。 76轴的回转轴线为基准，粗车、半精车 30斜面。 760的中心线为基准，扩孔 10 20口倒角。 轴的回转轴线为基准，粗磨，精磨 55 60 65 75 55外圆定位，精镗 80图纸要求。 760的中心线为基准，铰孔 10 20 5铣、精铣键槽。 8 装配时加工 )。 洗、检验。 西安思源学院本科毕业论文（设计） 16 四、 加工余量、工序尺寸和公差的确定 一、 径向尺寸的计算 (一 ) 外圆柱面 55工序尺寸的确定 工序名称 工序间余量 (经济精度 表面粗糙度 工序基本尺寸 标注工序尺寸公差 精车 5 0 半精车 车 5+6 560 车 6+ 毛坯 2 0 60 2 (二 ) 外圆柱面 60工序尺寸的确定 工序名称 供需间余量 /序间 工序间尺寸 /寸、公差 /济精度/面粗糙度 m 精车 0 0 半精车 0+1 0 粗车 1+ 毛坯 2 5 65 2 (三 ) 外圆柱面 65工序尺寸的确定 工序名称 供需间余量 /序间 工序间尺寸 /寸、公差 /济精度/面粗糙度 m 西安思源学院本科毕业论文（设计） 17 17 精磨 5 0 粗磨 5+ 半精车 (四 ) 外圆柱面 75工序尺寸的确定 工序名称 供需间余量 /序间 工序间尺寸 /寸、公差 /济精度/面粗糙度 m 精磨 5 0 粗磨 5+75. 半精车 粗车 毛坯 2 1 81 2 (五 ) 外圆柱面 176工序尺寸的确定 工序名称 供需间余量 /序间 工序间尺寸 /寸、公差 /济精度/面粗糙度 m 半精车 76 0 粗车 76+1=177 0 毛坯 2 177+3=180 180 2 西安思源学院本科毕业论文（设计） 18 (六 ) 内孔 104工序尺寸的确定 工序名称 供需间余量 /序间 工序间尺寸 /寸、公差 /济精度/面粗糙度 m 粗镗 5 04 104 + 毛坯 1049 99 七 ) 内孔 80工序尺寸的确定 工序名称 供需间余量 /序间 工序间尺寸 /寸、公差 /济精度/面粗糙度 m 精镗 0 精镗 镗 3 8 78+坯 2 785 75 2 (八 ) 内孔 50工序尺寸的确定 工序名称 供需间余量 /序间 工序间尺寸 /寸、公差 /济精度/面粗糙度 m 粗镗 4 0 50+ 毛坯 2 506 46 2 (九 ) 通孔 10 20工序尺寸的确定 工序名称 供需间余量 /序间 工序间尺寸 /寸、公差 /济精度/面粗糙度 m 西安思源学院本科毕业论文（设计） 19 19 铰孔 0 孔 孔 坯 (十 ) 过渡锥面工序尺寸的确定 工序名称 供需间余 量/序间 工序间尺寸 /寸、公差 /济精度 /面粗糙度 m 半精车 2116 0 1682 粗车 82116） +1=（ 83117） 0 1683 毛坯 （ 83117） +5=（ 88122） （ 88122） 二、 轴向尺寸的计算 查机械加工工艺设计员手册得：粗车端面余量为 : 精车端面余量为 磨端面留余 量 磨端面留余量 镗加工余量 半精镗加工余量是 精镗加工余量是 输出轴轴向尺寸计算如下： 西安思源学院本科毕业论文（设计） 20 图 粗车左端面，保证轴总长度为： 76证轴段长度为： 车 75圆面到斜台端面保证轴段长度为 车 65圆面到 75车 60圆面到 65车 550 车右端面，保证轴总长度为： 04镗 80。 镗 50孔保证内孔长度为： 证轴总长度为： 0孔保证内孔长度为 。精镗 80。 西安思源学院本科毕业论文（设计） 21 21 证轴段总长度为 76证轴段长度为： 精车 75精车 65圆面到 75证轴段长度为： 精车 605精车 550 5外圆面至斜台端面尺寸，保证轴段长度为 磨 65外圆面至 75端面尺寸，保证轴段长度为 5外圆面到尺寸，保证轴段长度为 磨 65外圆面到尺寸，保证轴段长度为 0 外圆面到 65证 轴段长度为 车 55 外圆面到60证轴段长度为 三、 键槽工序尺寸的计算 根据图纸的要求要对 55圆面所在的键槽作尺寸链的计算。现对 槽作如下计算： 根据加工过程建立尺寸链如图 5 加尺寸链图 图 5寸链图 根据加工过程得出，尺寸 以为封闭环；而 为增环， R 则 根据机械制造技术基础封闭环尺寸和公差计算公式得： 西安思源学院本科毕业论文（设计） 22 A=S（ A） =0+0-（ =I（ A） =后求得 A= 按照“入体原则”标注为 、 毛坯工序尺寸 由工序尺寸 计算得输出轴的毛坯图为图 图 西安思源学院本科毕业论文（设计） 23 23 五、 机床及工艺装备的选择 加工输出轴轴为批量生产，采用 工序集中 的原则。加工设备主要以机械加工机床为主。采用现有辅助夹具夹持与专用夹具。 一、 机床设备的选用 根据输出轴的尺寸要求，应选用卧式车床 室机床 孔，万能外圆磨床 钻孔、铰孔可采用专用的分度盘夹具在 二、 工艺装备的选用 工艺装备是夹具、刀具、辅具和工位器具等简称工装，根据输出轴的精度要求、结构尺寸、生产类型、加工条件、生产率选用工艺装备如下： (一 ) 刀具的选择 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 为加工该类零件时摩擦严重 ,切削温度高 ,而 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径为 18刀：直径为 20刀，刀杆长度为 200。 (二 ) 量具的选择 本零件属中批量生产，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，参考相关资料，选择如 下：读数值 量范围 0西安思源学院本科毕业论文（设计） 24 150游标卡尺，读数值 量范围 0 150 游标卡尺。读数值 量范围 50 125 的内径千分尺，读数值 量范围 50 125 的外径千分尺，读数值 量范围 50 125的内径百分表。 西安思源学院本科毕业论文（设计） 25 25 六、 切削用量的确定和计算 一、 粗车 55输出轴加工工序虽然分了多个工序进行 ， 这些工序的切削用量确定都具有相似性。现以粗车 55 外圆柱面为例计算切削用量 本工序为粗车外圆 55床采用最常用的 式车床。 已知：加工材料： 4钢， ，锻件，有外皮；工件尺寸：坯件 D=60，车削后 D=加工长度 80l ；加工要求：m。 根据 机械加工工艺手册表 7用的刀具为 号硬质合金车刀，选择的参数为：主偏角 60r ，副偏角 10r ，后角 6o，前角 12o，刃倾角0s ，刀尖圆弧半径 。选择切削用量； 确定背吃刀量 工的余量为 以再一次走刀内完成，故 =定进给量 f。由于零件本次加工的加工余量小，根据 机械加工工艺手册表 机械制造工艺学课程设计指导书表 5 f=r。选择车刀磨钝标准和耐用度。根据机械制造工艺学课程设计指导书表 5刀面最大磨损限度取 具的耐用度为 T=60 确定切削速度 本零件的材料为 45 钢， ， f=r，根据机械制造工艺学课程设计指导书表 5车削速度进行修正：根据刀具的耐用度T=60修正系数 据工件材料的强度，得修正系数 据毛坯状态得修正系数 具的材料为 修正系数为： 处为车削，得修正系数 得修正系数为 主偏角为 60 所以， 切削速度的公式为 V=根据机械制造工艺学课程设计指导书表 5数值： 91， .2,m= V= =m/速 n=1000V/ d=1000 60=r/根据机械制造工艺学课程设计指导书表 5 床的主轴转速选择 320 r/实际切削 速度为 V= 000=西安思源学院本科毕业论文（设计） 26 60 320/1000=m/验机床功率， 根据机械制造工艺学课程设计指导书表 5得切削力 m 的计算公式如下： ) 0 1000 （ 式中， 650, 根据机械制造工艺学课程设 计指导书表 5：与刀具耐用度有关的修正系数 工件材料有关的系数 主偏角有关的修正系数 前角有关的修正系数 此总的修正系数为 以 ,切削力为 2650 切削功率为 0 1000W。根据 机械加工工艺手册 ，查得 E =W ，因为 上述切削用量可用。最后确定的切削用量为： f=r V=m/ n=320 r/ 二、 半精车 55圆的切削用量 本工序为半精车外圆 55来的直径为 车削后 D=56 机床采用最常用的 式车床。 根据 机械加工工艺手册表 7用的刀具为 号硬质合金车刀，选择的参数为：主偏角 5o,副偏角 K, r=10o,前角。 =10o，刃倾角 s=角。 =6o，车刀刀尖圆弧半径 选择切削用量：确定背吃刀量 于粗加工的余量为 以再一次走刀内完成，故 =定进给量 f，由于零件本次加工的加工余量小，根据 机械加工工艺手册表 械制造工艺学课程设计指导书表 5f= 选择车刀磨钝标准和耐用度 。根据机械制造工艺学课程设计指导书表5后刀面最大磨损限度取 具的耐用度为 T=60 定切削速度f。 本零件的材料为 45 钢， ， 安思源学院本科毕业论文（设计） 27 27 f=r，根据机械制造工艺学课程设计指导书表 5车削速度进行修正：根据刀具的耐用度 T=60修正系数 据工件材料的强度，得修 正系数 据毛坯状态得修正系数 具的材料为 修正系数为： 处为车削，得修正系数 得修正系数为 主偏角为 45以， 削速度的公式为 V=根据机械制造工艺学课程设计指导书表 5数