制定轴零件的加工工艺设计铣10H9键槽的铣床夹具【全套图纸】 .pdf

哈尔滨理工大学荣成学院 机械制造技术课程设计说明书 设计题目：设计题目： 制定轴零件的加工工艺制定轴零件的加工工艺 设计铣设计铣 10h9 键槽的铣床夹具键槽的铣床夹具 专专 业：业： 机电一体化技术机电一体化技术 班班 级：级： 10-1 学学 号：号： 姓姓 名：名： 指导教师：指导教师： 机械工程系机械工程系 哈尔滨理工大学荣成学院 目目 录录 序序 言言 1 一一. 零件的分析零件的分析 4 1.1 轴的作用 4 1.2 轴的工艺分析 4 1.3 轴的零件图 5 二、工艺规程设计二、工艺规程设计 6 2.1 确定毛坯的制造形式 6 2.2 定位基准的选择 6 2.3 拟定轴的工艺路线 7 2.4 加工工序的设计 10 2.5 确定切削用量及基本工时 11 三、机床的设备选择三、机床的设备选择 12 3.1 机床设备选择 15 3.2 工艺设备选用 16 3.3 各工序所用机床、夹具、刀具、量具和辅具 17 四、机床的夹具设计四、机床的夹具设计 参考文献参考文献 19 工艺卡片工艺卡片 19 工序卡片工序卡片 20 设计总结设计总结 21 哈尔滨理工大学荣成学院 序序 言言 本课程设计是学生在学完机械制造工艺学课程的一个综合性和实践性 很强的教学环节，通过课程设计，能综合运用所学基本理论以及在生产实 习中学到的实践知识进行工艺及结构设计的基本训练，掌握机械制造过程 中的加工方法、加工装备等基本知识，提高学生分析和解决实际工程问题 的能力，为后续课程的学习及今后从事科学研究、工程技术工作打下较坚 实的基础。本次机械制造工艺学课程设计不仅仅能帮助我们利用已学的知 识进行设计，还培养了我们自己分析，独立思考的能力。这次综合性的训 练，我在以下几方面得到锻炼： 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 （1） 提高结构设计能力。通过设计零件的训练，获得根据被加工零件的 加工要求，设计出高效，省力，经济合理而能保证加工质量的零件 的能力。 （2） 学会使用手册以及图表资料。掌握与本设计有关的各种资料的名 称，出处，能够做到熟练的运用。 就我个人而言，我希望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， 从中锻炼自己发现问题， 分析问题和解决问题的能力， 为今后参加工作打下良好的基础。 哈尔滨理工大学荣成学院 一、零件的分析一、零件的分析 1.1 轴的作用轴的作用 轴的主要作用是支承回转零件及传递运动和动力。按照轴的承受载荷 不同，轴可分为转轴、心轴和传动轴三类。工作中既承受弯矩又承受扭矩 的轴成为转轴，只承受弯矩的轴称为心轴，只承受扭矩而不承受弯矩的轴 称为传动轴。 1.2 轴的工艺分析轴的工艺分析 该轴主要采用40cr钢能承受一定的载荷与冲击。 此轴为阶梯轴类零件， 尺寸精度， 形位精度要求均较高。 20,29.295， 33， 35， 45,35， 30 为主要配合面，精度均要求较高，需通过磨削得到。两键槽有同轴度 要求。在加工过程中须严格控制。 （1）该轴采用合金结构钢 40cr，中等精度，转速较高。经调质处理后 具有良好的综合力学性能，具有较高的强度、较好的韧性和塑性。 （2）该轴为阶梯轴，其结构复杂程度中等，其有多个过渡台阶，根据 表面粗糙度要求和生产类型，表面加工分为粗加工、半精加工和精加工。 加工时应把精加工、半精加工和粗加工分开，这样经多次加工以后逐渐减 少了零件的变形误差。 （3）零件毛坯采用模锻，锻造后安排正火处理。 （4）该轴的加工以车削为主，车削时应保证外圆的同轴度。 （5）在精车前安排了热处理工艺，以提高轴的疲劳强度和保证零件的 内应力减少，稳定尺寸、减少零件变形。并能保证工件变形之后能在半精 车时纠正。 （6）同一轴心线上各轴孔的同轴度误差会导致轴承装置时歪斜，影响 轴的同轴度和轴承的使用寿命。在两端面钻中心孔进行固定装夹可以有效 哈尔滨理工大学荣成学院 防止径向圆跳动、保证其同轴度 零件图如下 哈尔滨理工大学荣成学院 轴的各表面粗糙度、公差及偏差见表一 加工表面 尺寸及偏差 （mm） 公差及精度 等级 表面粗糙度 ra（m） 形位公差 轴段 1 20 it6 0.8 轴段 2 29.295 it8 0.8 轴线直线度为 01 . 0 轴段 2 端面 3.2 轴段 3 33 未注 轴线直线度为 01 . 0 轴段 3 端面 3.2 轴段 4 35 it6 0.8 轴线直线度为 01 . 0 轴段 4 端面 3.2 轴段 5 45 未注 0.8 轴线直线度为 01 . 0 轴段 6 35 0.8 轴段 7 30 0.8 键槽 2 10h9 it7 3.2 哈尔滨理工大学荣成学院 键槽 3 6 it7 3.2 键槽 6 10h9 it7 3.2 表一 二、工艺规程设计二、工艺规程设计 2.1 确定毛坯的制造形式确定毛坯的制造形式 阶梯轴材料为 40cr 钢，要求强度较高，且工件的形状比较简单，毛坯 精度低，加工余量大，因年产 5000 件，所以达到批量生产水平。综上考虑， 采用锻件，其锻造方法为模锻，毛坯的尺寸精度要求为 it12 以下。 2.2 定位基准的选择定位基准的选择 正确的选择定位基准是设计工艺过程中的一项重要的内容，也是保证 加工精度的关键，定位基准分为精基准和粗基准，以下为定位基准的选择。 粗基准的选择。 （1） 粗基准的选择应能保证加工面与非加工面之间的位置精度，合理分 配各加工面的余量，为后续工序提供精基准。所以为了便于定位、装夹和 加工，可选轴的外圆表面为定位基准，或用外圆表面和顶尖孔共同作为定 位基准。用外圆表面定位时，因基准面加工和工作装夹都比较方便，一般 用卡盘装夹。为了保证重要表面的粗加工余量小而均匀，应选该表面为粗 基准，并且要保证工件加工面与其他不加工表面之间的位置精度。按照粗 基准的选择原则，选择次要加工表面为粗基准。又考虑到阶梯轴的工艺特 点，所以选择 33 的外圆及一端面为粗基准。 （2）精基准的选择 根据轴的技术要求，轴的中心线为设计基准，也是测 量基准，按照基准重合原则及加工要求，应选轴心线及一端面为精基准， 其他各面都能以此为定位，从而也体现了基准统一的原则。 2.3 拟定轴的工艺路线拟定轴的工艺路线 哈尔滨理工大学荣成学院 2.3.1 零件表面加工方法的选择零件表面加工方法的选择 本零件的加工面有外圆、端面、键槽等，材料为 40cr，参考有关资料， 加工方法选择如下： 45 外圆面：为未注公差尺寸，表面粗糙度为 ra0.8m，需进行粗车、 半精车。 35 外圆面：公差等级为 it8，表面粗糙度为 ra0.8m，需进行粗车、 半精车、精车。 35 外圆面：公差等级为 it6，表面粗糙度为 ra0.8m 需进行粗车、半 精车、精车、粗磨、精磨。 端面：本零件端面为回转体端面，尺寸精度都要求不高，表面粗糙度为 ra1.6m，需进行粗车、半精车。 键槽： 槽宽公差等级为 it7， 槽深公差等级未注， 表面粗糙度为 ra3.2m， 需采用三面刃铣刀，粗铣、半精铣 2.3.2 工艺顺序的安排工艺顺序的安排 （一）（一）机械加工工序 （1）遵循先基准平面后其他的原则：机械加工工艺安排是总是先加工 好定位基准面，所以应先安排为后续工序准备好定为基准。先加工精基准 面，钻中心孔及车表面的外圆。 （2）遵循先粗后精的原则：先安排粗加工工序，后安排精加工工序。 先安排精度要求较高的各主要表面，后安排精加工。 （3）遵循先主后次的原则:先加工主要表面，如车外圆各个表面，端 面等。后加工次要表面，如铣键槽等。 （4） 遵循外后内， 先大后小原则： 先加工外圆再以外圆定位加工内孔， 加工阶梯外圆时先加工直径较大的后加工直径小的外圆。 （5）次要表面的加工：键槽等次要表面的加工通常安排在外圆精车或 哈尔滨理工大学荣成学院 粗磨之后，精磨外圆之前。 （6）对于轴右端及中间轴段35 加工质量要求较高的表面，安排在后 面，并在前几道工序中注意形位公差，在加工过程中不断调整、保证其形 位公差。 （7）按照先面后孔的原则：先加工端面，再铣键槽。 （二）热处理工序的安排 在切削加工前宜安排正火处理，能提高改善轴的硬度，消除毛坯的内 应力，改善其切削性能。在粗加工后进行调质处理，能提高轴的综合性能。 最终热处理安排在半精车之后磨削加工之前。其能提高材料强度、表面硬 度和耐磨性。在精加工之前安排表面淬火，这样可以纠正因淬火引起的局 部变形，提高表面耐磨性。 （三）辅助工序的安排 在粗加工和热处理后，安排校直工序。在半精车加工之后安排去毛刺和 中间检验工序。在精加工之后安排去毛刺、清洗和终检工序。 综上所述， 该轴的工序安排顺序为： 下料锻造预备热处理。 该轴的加工工 序:车端面粗车调质半精车精车车端面铣键槽 淬火磨外圆精磨检验。 2.3.3 加工阶段的划分加工阶段的划分 该轴精度要求较高，其加工阶段可划分为粗加工、半精加工、精加工 阶段。 1、在粗加工阶段，粗车外圆，以高生产效率去除毛坯余量。 2、在半精加工阶段，对外圆进行半精车，铣键槽等，减小粗加工中留 下的误差，使加工面达到一定的精度，为精加工做好准备。 3、 精加工阶段， 30、 35、 29.295外圆面表面粗糙度要求为ra0.8m， 对其进行精车以达到要求。 而对于30 外圆面其公差等级为 it6， 表面粗糙 哈尔滨理工大学荣成学院 度要求为 ra0.8m 安排粗磨、精磨。 2.3.4 确定工艺路线确定工艺路线 根据以上的加工工艺过程的分析确定零件的工艺路线如表二 工序号 工序名称 工序内容 10 模锻 毛坯锻造加工 20 热处理 正火 30 车端面 车断头及端面保证端面尺寸，钻中心孔；调头车另一端面，钻 中心孔； 40 粗车 粗车轴段 5 外圆，以其端面为基准面，依次粗车轴段 1、2 外 圆；调头再以轴段 5 右端面为基准粗车轴段 6、7；粗车各退 刀槽 50 热处理 调质 60 半精车 以轴段 5 外圆为基准依次半精车轴段 2、6 外圆；半精车键槽 10h9 的 2 个； 调头再以轴段 5 外圆为基准半精车轴段 5 外圆； 半精车槽深 3。 70 精车 用调整法找正以顶尖中心线为基准精车轴段 1；精车轴段 2; 调头精车轴段 6；精车轴段 7； 80 车端面 车端面保持长 287；倒角 1x45 调头车另一端面保持全长 285； 倒角 1x45 度。 90 粗铣键槽 铣两个宽为 10 的键槽和宽为 6 的键槽 哈尔滨理工大学荣成学院 100 半精铣键 槽 半精铣三个键槽 110 热处理 表面淬火 120 粗磨 粗磨轴段 1；调头粗磨轴段 6 130 精磨 精磨轴段 6；调头精磨轴段 1 140 检验 表二 2.4 加工工序的设计加工工序的设计 2.4.1 加工余量的确定加工余量的确定 加工余量见表三 加工表面 工序名 称 工序 余量 工序尺寸 精度等级 轴段 5 粗车 4 45 it11 轴段 1、6 外圆面 半精磨 0.1 35 it6 粗磨 0.25 35.1 it7 精车 0.25 35.35 it8 半精车 2.2 35.6 it9 粗车 8.7 37.8 it11 轴段 2 外圆 面 精车 0.3 35 it8 半精车 1.5 35.3 it9 粗车 8.2 36.8 it11 轴段 5 外圆精车 0.3 29.295 it8 哈尔滨理工大学荣成学院 面 半精车 1.5 29.595 it9 粗车 8.2 31.095 it11 键槽 半精铣 1.5 10 it7 粗铣 6 11.5 it11 表三 2.4.2 毛坯尺寸及公差等级毛坯尺寸及公差等级 由工艺人员手册可查得锻件单边余量厚度方向 1.5-2mm，取 2mm，水平方向 为 2.0-2.7mm，取 2.5mm.锻件质量小于 1kg，长度等于 120mm，取其上偏差 +0.17mm，下偏差-0.08mm。锻件厚度尺寸小于 40mm，取其上偏差+0.12mm， 下偏差-0.04mm。 b/h1,故取起偏角为 5 度。 则锻件毛坯长度尺寸为 289 mm， 直径尺寸为 49 mm。根据零件图各部分的加工精度要求，锻件的尺寸公差等 级为 8-12 级，加工余量等级为普通级，故取 it=12 级。 2.4.3 毛坯图的绘制毛坯图的绘制 根据零件图可知该轴各加工表面的粗糙度至少为 3.2m。 综上，锻件毛坯图如下所示。 哈尔滨理工大学荣成学院 2.5 确定切削用量及基本工时确定切削用量及基本工时 确定切削用量的原则：首先应选取尽可能大的背吃刀量，其次在机床动力 和刚度允许的条件下，又满足以加工表面粗糙度的情况下，选取尽可能大 的进给量。最后根据公式确定最佳切削速度。 1）工序 30，粗车轴的左右端面 该工序为两个工步，工步 1 是以左边定位。粗车右端面；工步 2 是以右 边定位，粗车左端面。由于这两个工步是在一台机床上经一次走刀加工完 成的，故其选用的切削用量相同。 1 加工条件：工件材料：材料为 40cr 钢 加工要求：粗车20 端面及35 外圆， 机床：ca6140 卧式车床。 工步 1 和工步 2 的背吃刀量都为 0.5mm 2 进给量的确定： 本设计采用的是硬质合金车刀，工件材料是 40cr，查表取进给量 f 0.5mm/r 3 切削速度的计算： vc=cv*kv/tm*a*f 硬质合金车刀切削 40cr 时，得切削速度 v=50m/min。 4 确定车床主轴转速： 根据公式 dvn/1000= 可得车床转速 n=100050/（49）r/min=325r/min 查表 ca6140 的主轴转速范围为 101400，14001580（r/min） ，符 合要求。 5 计算切削工时 l=20/2mm=10mm, l1=2mm, l2=0, l3=0 哈尔滨理工大学荣成学院 tm= (l+l1+l2+l3)*i/n*f=0.03min 2）工序 40 粗车及工序 60 半精车 该工序为工步 1 粗车和工步 2 半精车，则背吃刀量依次为 ap1=z=8.2mm，ap2=z=2.2mm 查表得 粗车 f1=0.81mm/r，取 vc 为 60m/min，则 n=796r/min 半精车取f2=0.4mm/r， vc为90m/min， 则n=1194r/min (n=1000vc/d) 3）工序 40、60 的过渡面部分 粗车半精车尺寸为45 的轴肩两端面 粗车轴段 2 与轴段 1 的过渡端面，其切削用量与上述结论类似，不再计算 4）工序 90、100 粗铣及半精铣键槽 粗铣 取 f=2mm/r vc=60m/min n=118 r/min 半精铣取 f=0.8mm/r vc=74m/min n=200 r/min 5）工序 120、130 粗磨、精磨加工轴段 1、5 外圆面 查表取粗磨、精磨深度进给量为分别为 0.032mm，0.008mm 工件的运动速度为 15m/min，18m/min 背吃刀量等于磨削余量 0.25mm 及 0.1mm 6）其余工序 粗车加工时，取 f=0.81mm/r vc=60m/min 半精车加工时，取 f=0.51mm/r vc=90m/min 精加工时，取 f=0.2mm/r vc=120m/min 皆符合要求。 三、机床设备的选用三、机床设备的选用 3.1各各工序工序所所用机床、夹具、用机床、夹具、刀刀具、量具具、量具和辅和辅具（表具（表四四，表，表五五） 哈尔滨理工大学荣成学院 哈尔滨理工大学荣成学院 哈尔滨理工大学荣成学院 3.2 机床设备的选用机床设备的选用 由以上的表四、五，结合零件轴的生产类型为大批量生产，可以选用较 高效率的专用机床和自动机床。根据该轴尺寸的大小要求，选用数控车床 ck6140，外圆磨床 m1432,铣床 x083。 3.3 机床夹具设计机床夹具设计 产品的重点技术要求分析: 轴为锻件，本工序铣削一个键 槽，其长度为 30mm，宽度为 10mm，深度为 5mm，和长度为 100mm， 宽度为 10mm，深度为 5mm，设计其专用夹具。 在加工槽时，槽 的尺寸精度和表面粗糙度要求不是很高， 由铣削直接加工就可以 达到要求，其中槽的宽度由刀具的尺寸保证，槽的深度尺寸和位 置精度由设计的夹具来保证。槽的位置包括如下两方面要求： 1、加工槽的宽度为 10mm，且两个侧面相对于中心面 a 对称度为 0.03mm； 2、加工槽的深度为 50.2mm。3）夹具选择 机床夹具的 作用及分类：1 保证加工精度 夹具可准确确定工件、刀具和机床之间的 相对位置，可以保证加工精度。2 提高生产效率 夹具可快速地将工件定 位和夹紧，减少辅助时间。3 减轻劳动强度 采用机械、气动、液压等夹 紧机构，可以减轻工人的劳动强度。4 扩大机床的工艺范围 采用机床夹 具可使机床的加工范围扩大。机床夹具按应用范围分为：通用夹具、专用 夹具、组合夹具。 以工序 90 选择夹具，根据零件的功用、特点及材料， 可选择三爪卡盘进行零件的夹紧，定位基准选轴的一个端面，定位元件选 择浮动顶尖即可定位。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，采用不完全定位 如下图 3.1 所示： 哈尔滨理工大学荣成学院 图 3.1 1 、基准面的选择、夹具体方式的确定选用 a、c 以及端面 作为基准。 2 、 定位方式及元件选择用 v 形块及其顶尖实现定位。 3、 加紧方式及元件选择夹紧方式采用手动夹紧，采用压块与螺 杆螺母配合夹紧， 图 3.2 计算切削力 刀具：高速钢直齿三面刃铣刀。 d=80mm. z=18 哈尔滨理工大学荣成学院 9.81. . fffef zfz c a ya uz fk nf = 30,1.0,0.65,0.83,0,0.83cfxfyfufwfqf= 16,8,0.15,0.67.peffzamm amm ak= f1= （9.81*30*16*0.15*0.65*8*0.83*18*k） /30*0.83=1476n f2= （9.81*30*16*0.15*0.65*8*0.83*18*k） /100*0.83=443n 校核定位销：1 、 2 ff ar = =1476/3.14*25 =0.19 2 、 2 ff ar = =0.06 根据公式： 201 2/)(tgrdtg lq w + + = 可知直径为 10mm 的螺杆 和 m10 的螺母能满足夹紧力的要求。 夹紧力： 由于工作状态原因， 切削力与夹紧力在空间上是相互垂直的。 螺母提供的夹紧力足以 夹紧，故无须验算。 4、 装配方案 我们要保证的第一个精度是槽的宽度 10mm 关于工件厚度方