开题报告-机车车轴零件机械加工工艺及夹具设计

题目：机车车轴零件机械加工工艺及夹具设计 课 题 类 别： 设计 论文学 生 姓 名： 学 号： 班 级： 专业（全称）：指 导 教 师： 一、本课题设计（研究）的目的：近年来，我国高速铁路快速发展，带动了铁路运输设备的发展，本次设计的课题就是机车车轴的机械制造工艺设计，本次课程设计要求学生全面地运用机械制造工艺学课程及大学所学相关专业课程（如机械原理，金属切削机床，金属切削原理与刀具，公差与技术测量，机械设计，工程材料与热处理）的知识，结合实习中所学到的实践知识，独立的分析和解决工艺问题，初步掌握设计零件的工艺规程的能力，此次设计还要求对某一关键工序进行夹具设计，使学生掌握夹具设计的基本原理和方法，学会拟定夹具设计方案，完成夹具结构设计，提高自己的结构设计能力。本次毕业设计是我们走生工作岗位前的一次与实践相结合的机会，可以锻炼我们我们熟悉并运用有关手册，规范，图表等技术资料的能力，进一步培养识图，制图的能力，学会编写相关技术文件的基本技能。二、设计（研究）现状和发展趋势（文献综述）：1.机车行业的发展铁路作为国民经济的大动脉、国家重要基础设施和大众化交通工具，在推进我国经济社会发展、构建社会主义和谐社会中发挥着重要作用，2008年前后路网相对完善之后。处于产业下游的运输业务的爆发式增长. 我国的铁路设备制造行业主要包括铁路机车车辆以及动车组制造业、铁路机车车辆配件制造业、铁路专用设备及器材、配件制造业。在铁道部中长期铁路网规划以及“十一五”规划的指导下，我国铁路行业将实现跨越式大发展。提高铁路运力最主要的方式有四种1，包括新建铁路营运里程、客货分离、提速、重载。其中提速重载是提高铁路综合运输能力的重要方式。提速重载改造将加速铁路车辆的更新换代和推动对相关零配件需求的增长。我国在进行新车制造的同时还要对原有30万辆车进行提速改造，即每年还需完成7-10万辆货车的改造。车辆更新改造带动了车辆配件的需求，要完成对30万辆车的改造，需要更换1/3的轴，即需要更换约40万根轴。04年改造速度较慢，05年开始改造的速度逐步加快。综合来看，随着08年改造车的基本完成，国内对货车的市场需求将较07年又有明显增加，车轴的市场容量也也将明显扩大. 03年前国内火车车轴行业市场需求维持在16万根左右，其中新增铁路车辆形成的车轴年需求约为14万根，另外2万根用于车辆的修理和改造。随着近几年铁路投资的增加，以及旧车提速、重载改造的需求影响，车轴市场容量在不断扩大。新增铁路营业里程带动新造车的需求增长，从而使得车辆保有量增加，并带来车轴的需求。04年的新车招标量仅为2.3万辆，而05、06年的新车招标量分别达到3.92万辆和3.75万辆，改造车分别为7万辆，两年新车引致的年车轴需求量都超过了15万根。综合新旧车的车轴需求，05、06年的车轴需求量分别达到了26万根和25.6万根。2007年根据铁道部对货车的初步招标计划，新车招标数约为4.1万辆，仍将改造7万辆车，再加上机车和客车的车轴需求，合计车轴需求将为27万根左右，市场容量增长有限。但随着国内对新车需求量的提高，车轴需求将继续扩大。车轴是内燃机车走行部的重要部件,其质量状态直接影响行车安全。随着铁路运输的发展, 特别是火车提速以后,对机车车轴的质量要求十分严格。二轴类零件的功用、结构特点及技术要求 轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一。它的作用主要是2：来支承传动零部件，传递扭矩和承受载荷。轴类零件是旋转体零件，其长度大于直径，一般由同心轴的外圆柱面、圆锥面、内孔和螺纹及相应的端面所组成。根据结构形状的不同，轴类零件可分为光轴、阶梯轴、空心轴和曲轴等。轴的长径比小于5的称为短轴，大于20的称为细长轴，大多数轴介于两者之间。轴用轴承支承，与轴承配合的轴段称为轴颈。轴颈是轴的装配基准，它们的精度和表面质量一般要求较高，其技术要求一般根据轴的主要功用和工作条件制定，通常有以下几项3：(一)尺寸精度起支承作用的轴颈为了确定轴的位置，通常对其尺寸精度要求较高（IT5IT7）。装配传动件的轴颈尺寸精度一般要求较低（IT6IT9）。 (二)几何形状精度 轴类零件的几何形状精度主要是指轴颈、外锥面、莫氏锥孔等的圆度、圆柱度等，一般应将其公差限制在尺寸公差范围内。对精度要求较高的内外圆表面，应在图纸上标注其允许偏差。(三)相互位置精度轴类零件的位置精度要求主要是由轴在机械中的位置和功用决定的。通常应保证装配传动件的轴颈对支承轴颈的同轴度要求，否则会影响传动件（齿轮等）的传动精度，并产生噪声。普通精度的轴，其配合轴段对支承轴颈的径向跳动一般为0.010.03mm，高精度轴（如主轴）通常为0.0010.005mm。三.细长轴的加工3.1细长轴的加工特点：细长轴是机器上的重要零件之一，用来支配机器中的传动零件，使传动零件有确定的工作位置，并且传递运动和转矩。当轴的长度与直径之比LD25 时，轴称为细长轴。由于细长轴的加工精度要求高，但细长轴本身的结构特点使之刚性差、振动大，所以加工起来存在一定的难度。其加工特点如下4：（1）细长轴刚性很差。在车削加工时，如果装夹不当，很容易因切削力及重力的作用而产生弯曲变形，从而引起振动，降低加工精度和表面粗糙度。（2）细长轴的散热性差。在切削热的作用下，工件轴向尺寸会变热伸长，如果轴的两端为固定支承，则会因变挤而产生弯曲变形，甚至会使工件卡死在顶尖间而无法加工。（3）工件高速旋转时，在离心力作用下，加剧工件弯曲与振动。（4）细长轴轴向尺寸较长，加工时一次给所需时间长，刀具磨损较大，从而增加了工件的几何形状误差3.2提高加工精度的方法3.2.1 增加细长轴的刚性，减小车削时的振动1 选择合适的装夹方法（1）两顶尖装夹 定位准确，容易保证工件同轴度要求。但该方法车削刚性较差，要求顶紧力适当，否则弯曲变形大，而且极易产生振动。只适宜于长度与直径比不很大，加工余量小，需要多次以两顶尖孔定位来保证同轴度要求的工件加工。（2）一端用卡盘夹紧，另一端用顶尖顶紧 顶尖顶得太紧，工件切削时变热伸长变阻，将引起轴变形弯曲；顶尖顶得太松，则稳定性差，另外，顶尖孔与装夹基面往往不同轴，会形成装夹的过定位而使工件弯曲。此时，可在三爪卡盘与工件间垫入一个开口钢丝圈，使工件与卡爪成线接触，使细长轴在自由状态下定位夹紧，不会产生内应力。此外，后顶尖还可以采用弹性活顶尖，使工件变热伸长时不变阻，以减少弯曲变形。（3）一夹一拉装夹细长轴 在车削过程中工件始终受到轴向拉力，因切削热而产生的轴向伸长量，可用后尾座手轮进行调整，这是加工细长轴比较理想的一种装夹方法42.使用中心架和跟刀架（1）当工件可分段车削时，中心架直接支承在工件中间。采用这种支承，长度与直径之比可以减少一半，相当于减少了轴与支承跨距，细长轴的刚度可以增加几倍，能有效防止轴加工时的绕曲变形。（2）跟刀架的使用相当于在刀具旁812 mm处设置了一个随动的支承，能有效的提高轴的刚度。3.2.2减小热变形伸长影响车削时，因切削热传导给工件，使工件温度升高，工件就开始变形伸长，其热变形伸长量为L1Lt式中4：1 为材料的线膨胀系数；L 为工件总长；t为工件升高的温度。如前所述，车削细长轴时，一般用两顶尖或一端夹紧，另一端顶紧的方法加工，其轴向位置是固定的，如果工件变热伸长了L，工件就受挤压弯曲，一旦产生弯曲后，细长轴就很难进行加工，因此，加工细长轴时，需采取措施4以减小热变形的影响：（1）使用弹性回转顶尖来补偿热变形伸长 实践证明，用弹性回转顶尖加工细长轴，可有效的补偿工件的热变形伸长，工件不易弯曲，车削可顺利进行。（2）采用反向进给车削 反向进给是指刀具从床头到床尾方向作切削运动。常规的切削方向使尾架的顶紧轴向力与切削轴向力Px 方向一致，加剧了细长轴工件的弯曲。若反向进给，其轴向分力Px 对工件产生的拉力，使工件已加工部分轴向拉伸，与工件变热伸长方向一致，共同向弹性顶尖压缩。为取得最佳效果，反向进给和弹性顶尖一般配合使用。（3）加注充分的切削液 车削细长轴时，无论是低速切削还是高速切削，使用切削液进行冷却，能有效地抑制工件温度上升，从而控制热变形。（4）刀具应经常保持锐利状态，以减小刀具与件的摩擦发热3.2.3选择适当的刀具及切削用量3.2.4采用适当的车削方法（1）一夹一顶上中心架，或两顶尖上中心架，正装车刀车削，适用于允许调头接刀车削的工件。（2）一夹一顶上跟刀架，正装车刀车削，适用于不允许调头接刀车削的工件。两爪跟刀架不适用于高速切削，三爪跟刀架适用于高速切削。（3）一夹一顶或一夹一拉，卡盘夹紧面用开口钢丝圈，上跟刀架，反向进给，适用于精车长径比L/d50 的轴。（4）改装中滑板，设前后刀架，两把45车刀同时车削，工件振动和变形小，加工精度高，适用于批量生产。四细长轴的加工振动问题细长轴车削加工实质上属于恒定转速的细长轴在旋转并移动的载荷下的响应问题。用有限元法对细长轴自身的振动作了仿真研究5,采用浮动跟刀架对细长轴振幅最大部位给给予了补偿控制,振型分析结果表明,可有效地降低振幅,减轻振动,改善细长轴的加工质量。五.细长轴车磨工艺分析细长轴的车削，磨削研究数据表明6：细长轴车磨加工是机械制造业中的一难点。改进措施6：1.热处理方面为了提高切削加工性能, 细长轴坯料在车加工前调质HRC2832 。热处理时对细长轴采用工装保证弯曲度, 或垂吊淬硬, 回火去应力。校直后工件硬度尽可能一致。2.车加工方面分粗车和精车, 粗车用螺纹刀, 精车用特制的细长轴车刀, 提高车刀抗振能力。3.磨加工方面首先, 修整中心孔, 对中心孔进行研磨, 。第二, 磨加工分粗磨、半精磨和精磨保证磨削时工件尺寸精度。第三, 为了减少细长轴磨削时的热变形, 应加大冷却水喷管口径, 使磨削时冷却更加充分。第四, 改变传统磨削方式“来回磨削”为从头架磨至尾架, 目的是减少磨削热产生热膨胀而使工件弯曲变形。第五, 改装尾架顶紧弹簧钢丝的直径, 使弹簧弹性适当降低, 当磨削热引件膨胀时, 降低由于弹簧弹力太大造成工件弯曲。第六, 改变传统砂轮修整形式, 阶梯形或平整形为“矩形齿形状”使磨削产生集中受力为均布受力, 减少磨削中工件弯曲.4.机车车辆工艺标准的发展现状概况目前,我所归口有关机车车辆工艺方面的标准共347 项。其中,工艺基础标准9 项;通用工艺标准41 项;专用产品工艺标准57 项;样板检具和工装模具标准156 项;检测方法和金相标准45 项,以及有关蒸汽机车方面(均是暂缓废止) 的标准39 项。从标龄来看1990 年以前的标准有148 项; 1991 1997 年的标准有151 项,1997 年以后的标准有48项。通过调查看7,现行的347 项标准中,除蒸汽机车方面的标准逐步停用外,其余绝大多数标准都在广泛使用。大家普遍反映,近40 年来,机车车辆工艺标准化方面的工作是卓有成效的,机车车辆行业的工艺标准的执行情况总体是好的。这些工艺标准的制定、贯彻实施,对迅速稳定和提高机车车辆工业的产品质量,起到了非常重要的作用。特别是80 年代中期起,我所在机车车辆工艺标准化工作中开始积极采用国际标准与国外先进标准,使一批机车车辆工艺基础标准、机车车辆产品工艺标准和重要零部件的工艺标准达到了国际的先进水平,有力地促进了机车车辆的产品质量和工艺技术三、设计（研究）的重点与难点，拟采用的途径（研究手段）：本次设计的课题是机车车轴的机械加工工艺及夹具设计，由所给图纸可以看出轴的长度与直径之比LD25，轴称为细长轴。由于所加工的是一根细长轴，而且表面质量要求较高，端面有螺纹孔，由于细长轴本身刚性较差，工件材料的自重会引起工件中部的下垂弯曲，因此加工比较困难且加工的表面质量不易保证，端面的螺纹孔也不易加工这些是本次设计的重点与难点.拟采用的途径：采用跟刀架在中部支撑，解决细长轴的刚度问题;端面的螺纹孔问题，由于是大批生产，可采用设计专用的钻模夹具解决，而且可以提高生产效率。具体方法：（1) 粗车时, 采用一顶一夹装夹; 精车时, 采用两顶尖安装工件, 并用跟刀架辅助支承。( 2) 尾座顶尖如采用普通顶尖, 当顶尖顶住工件后, 用手捏住就能旋转的顶尖头较为合适, 但因其顶紧力不好掌握, 在操作中有一定难度。若采用可伸缩的弹性滑移活顶尖, 当工件受切削热而膨胀伸长时, 顶尖能轴向压缩, 能减小工件弯曲变形, 且安装操作简单, 切实可行。四、设计（研究）进度计划：（1）第一周至第四周：读懂图纸，绘制零件平面图和三维图（2）第五周至第六周：查阅资料，明确任务，写出开题报告（3）第七周至第十周：工艺设计，完成工艺文件（零件毛坏图、工艺过程卡、工序卡）（4）第十一周至第十四周：夹具设计（方案与图纸）（5）第十五周：完成说明书（6）第十六周：结束设计，准备答辩（7）第十七周：答辩五、参考文献：1. /stock/hyyj/20061218shtml3.徐学林.互换性与技术测量M.湖南：湖南大学出版社，20062.王先奎.机械制造工艺学M.北京：机械工业出版社，20074. 李家伟.细长轴加工方法探略J.机械，2007，(09) 5. 谢新伟,赵千红,徐国荣,刘玉珍,麻祥国.减缓车削加工时细长轴振动的方J.应用能源技术，2007，（09）6. 徐颖斌, 俞劲创.细长轴车磨工艺分析J.浙江交通职业技术学院学报，2006，（S1）7. 蒋田芳.机车车辆工艺标准的现状与展望J. 铁道技术监督，2003，（06）8.Amrik S. 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