零件的工艺分析及生产类型的确定-设计说明书.docx

蚌埠学院机械制造技术课程设计说明书 姓名： 学号：系别：电子与车辆工程系 专业：2013级材料成型及控制工程 指导老师：陈兴强目录1序言22零件的工艺分析及生产类型的确定3 3选择毛坯确定毛坯尺寸设计毛坯图5 4选择加工方法，制定工艺路线65工序设计116确定切削用量及基本时间137设计心得体会228参考文献23序言课程设计作为学生专业课程学习的重要组成部分，是对课程理论学习的综合运用，通过课程设计可以使学生系统的将所学的专业知识进行回顾和总结，并在此基础上针对设计题目进行具体分析和应用。达到理论学习与教学实践相结合，更好的保证学生的学习效果。这次设计使学生进一步学习并巩固机械制造技术基础中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决了零件机械制造工艺问题，设计了机床专用夹具这一典型的工艺装备，提高了结构设计能力，为今后的毕业设计及未来从事的工作打下了良好的基础，是大学生在校学习期间不可或缺的一次实践。 零件的工艺分析及生产类型的确定1. 零件的结构特点及作用 轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一。它在机械中主要用于支承齿轮、带轮、凸轮 以及连杆等传动件，以传递扭矩。按结构形式不同，轴可以分为阶梯轴、锥度心轴、光轴、空心轴、曲轴、凸轮轴、偏心轴、各种丝杠等。它主要用来支承传动零部件，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。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。 设计说明书图示传动轴零件属于阶梯轴类零件，由圆柱面、轴肩、砂轮越程槽和键槽等组成。轴肩一般用来确定安装在轴上零件的轴向位置，各环槽的作用是使零件装配时有一个正确的位置，并使加工中磨削外圆或车螺纹时退刀方便；键槽用于安装键，以传递转矩。2.零件的工艺分析 传动轴毛坯材料为45。该材料属于优质碳素钢，经热处理（淬火加高温回火）后具有良好的综合力学性能，即具有较高的的强度和较高的塑性、韧性，一般用来制作机床主轴，机床齿轮和其他受力不大的轴类零件。主要技术要求如下：根据工作性能与条件，该传动轴图样规定了主要轴颈、轴头、外圆、键槽以及轴肩有较高的尺寸、位置精度和较小的表面粗糙度值，并有热处理要求。这些技术要求必须在加工中给予保证。因此，该传动轴的关键工序是轴头、轴颈、键槽、外圆及轴肩的加工。3.零件的生产类型 零件的生产类型是指企业（或车间、工段、班组、工作地等）生产专业化程度的分类，它对工艺规程的制订具有决定性的影响。生产类型一般可分为大量生产、成批生产和单件生产三种类型，不同的生产类型有着完全不同的工艺特征。零件的生产类型是按零件的年生产纲领和产品特征来确定的。 依设计题目知：Qn=50000件/年，结合生产实际，备品率a%和废品率b%分别取3%和0.5%，代入下列公式： N=Qn（1+a%）（1+b%） 式中 N零件的生产纲领（件/年） Q产品的年产量（台，辆/年）； n每台（辆）产品中该零件的数量（件/台，辆）； a%备品率，一般取2%4%； b%废品率，一般取0.3%0.7%。 计算得: N=Qn（1+a%）（1+b%)=50000x（1+3%）（1+0.5%）/年=51758件/年 传动轴的重量估计值为1.23kg，45钢，密度7.85kg/m3，长146mm，最大直径：37mm, M=（/4）0.037 2 1467.851.23kg 查表1-3（机械制造技术基础课程设计指导教程书，）该传动轴属于轻型机械类零件，根据生产纲领（51758件/年）及零件类型（轻型零件），由附表2可查出，传动轴的生产类型为大量生产。4.工艺特征 （1）毛坯采用金属模机器造型、模锻等，毛坯精度高，加工余量小。（2）加工设备采用高效专用机床 、组合机床、可换主轴箱机床、可重组机床，采用流水线或自动线进行生产。 （3）工艺装备采用高效专用夹具、量具或自动检测装置，高效复合刀具。 （4）工艺文件需编制加工工艺过程卡片，工序卡片，检验卡片。 （5）在调整好的机床上加工，调整工技术水平要求高，操作工人技术水平要求不高。选择毛坯确定毛坯尺寸，设计毛坯图 1. 选择毛坯 45钢是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过调质（或正火）后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，调质处理后表面硬度可达210269HBS。轴类毛坯，常用圆棒料和锻件，根据生产规模的不同，毛坯的锻造方式有自由锻和模锻两种。毛坯经过加热锻造后，可使金属内部纤维组织沿表面均匀分布，获得较高的抗拉、抗弯及抗扭强度；锻造后的毛坯，能改善金属的内部组织，提高其抗拉、抗弯等机械性能。同时，因锻件的形状和尺寸与零件相近，可以节约材料，减少切削加工的劳动量，降低生产成本。在选择锻件的制造方法时，并非是制造精度越高就越好，需要综合考虑机械加工成本和毛坯制造成本，以达到零件制造总成本最低的目的。当大量生产时、毛坯精度要求较高时，锻件一般采用模锻生产。根据传动轴的制造材料（45钢），查附表可确定，毛坯类型可采用型材或锻件，现选用锻件；毛坯采用模型锻造法。 2. 确定机械加工余量、毛坯尺寸和公差 （1）、公差等级 由参考文献查得该锻件的尺寸公差等级IT为1315级，加工余量等级为普通级。故IT为15级，MA为普通级。 （2）、锻件质量 根据计算可得机械加工后零件的质量为传动轴的重量估计值为1.23kg。由此可初步估计机械加工前锻件毛坯的重量为1.5kg。 （3）、锻件的形状复杂系数 通过上面的计算已知毛坯和零件的质量，锻件的形状复杂系数s=mt/mn介于0.63和1之间，故该锻件的形状复杂系数为s1级。 （4）、锻件的材质系数M 由于该传动轴零件材料是45钢，是碳的质量分数小于0.65的碳素钢，故该锻件的材质系数属M1。 （5）、零件表面的粗糙度 由零件图可知，该轴除重要配合表面的粗糙度为1.6m外，键槽的表面粗糙度为3.2m，其它各加工表面的粗糙度均小于等于6.3m。3. 确定机械加工余量 根据锻件质量，零件表面粗糙度，形状复杂系数查表，由此查得各尺寸的加工余量和极限偏差。4. 确定毛坯尺寸 （见表）5. 确定毛坯尺寸公差 （见表）对应尺寸毛坯尺寸毛坯尺寸公差3032.8+1.00.43235.2+1.10.53740.2+1.10.52729.8+1.00.42426.8+1.00.4146150+1.40.66. 设计毛坯图 零件毛坯图如图纸所示。选择加工方法，制定工艺路线1. 定位基准的选择 合理地选择定位基准，对于保证零件的尺寸和位置精度有着决定性的作用。由于该传动轴的几个主要外圆表面间的同轴度要求，轴向圆跳动、径向圆跳动要求及轴肩面对基准轴线A-B的垂直度要求，且它又是实心轴，所以应选择两端中心孔为基准，采用一夹一顶的装夹方法，以保证零件的技术要求。 （1） 传动轴零件的精基准 （2） 传动轴类零件的加工，以轴两端的中心孔作为定位精基准。因为轴的设计基准是中心线，这样既符合基准重合原则，又符合基准统一原则，还能在一次装夹中最大限度地完成多个外圆及端面的加工，易于保证各轴颈间的同轴度以及端面的垂直度。 （2）传动轴零件的粗基准 轴类零件的粗加工，可选择外圆表面作为定位粗基准，以此定位加工两端面和中心孔，为后续工序准备精基准。中心孔加工采用三爪自定心卡盘装夹热轧圆钢的毛坯外圆，车端面、钻中心孔。但必须注意，在同一尺寸方向上粗基准一般不得重复使用，所以一般不能用毛坯外圆装夹两次钻两端中心孔，而应该以毛坯外圆作粗基准，先加工一个端面，钻中心孔，车出一端外圆；然后以已车过的外圆作基准，用三爪自定心卡盘装夹(有时在上工步已车外圆处搭中心架)，车另一端面，钻中心孔。如此加工中心孔，才能保证两中心孔同轴。2. 零件表面加工方法的选择 本零件的加工面有外圆、端面、轴肩面、槽等，材料为45钢。根据传动轴零件图上各加工表面的尺寸精度和表面的粗糙度确定各加工方法，其加工方法选择如下：加工表面尺寸精度等级表面粗糙度 Ra m加工方法3061.6粗车半精车磨削3291.6粗车半精车磨削3796.3粗车半精车2796.3粗车半精车2461.6粗车半精车磨削左端面96.3粗车半精车右端面96.3粗车半精车轴肩面93.2粗车半精车键槽83.2粗铣精铣砂轮越程槽96.3粗车半精车(1)轴类零件外圆加工方法 对于中小型铸铁和锻件，可直接进行粗车，经过粗车后工件的精度可达到IT10IT13，表面粗糙度Ra值可达到10m80m，粗车可切除毛坯的大部分余量。对经过粗车的工件，采用半精车可达到IT8IT11级精度，表面粗糙度Ra值可达到2.5m12.5m。对于中等精度的工件表面，半精车可作为终加工工序，也可作为磨削或精加工的预加工工序。对于较高精度的工件表面，可进行精车或磨削，可达到IT6IT9级精度，表面粗糙度Ra值可达到0.16m10m。(2)键槽加工方法 键槽是轴类零件上常见的结构，其中以普通平键应用最广泛，通常在普通立式铣床上用键槽铣刀加工。(3)重要表面的加工方法 传动轴大都是回转表面，主要采用车削与外圆磨削成形。由于该传动轴的主要表面的公差等级(IT6)较高，表面粗糙度Ra值(Ra=1.6 um)较小，故车削后还需磨削。故主要外圆表面的加工方案可为： 粗车半精车磨削。3. 制定工艺路线 （1）划分加工阶段 传动轴主要表面的加工可划分为粗加工、半精加工、精加工三个阶段。该传动轴加工划分为三个阶段：粗车(粗车外圆、钻中心孔等)，半精车(半精车各处外圆、台阶和次要表面等)，粗、精磨(粗、精磨各处外圆),各阶段划分大致以热处理为界。 （2）安排加工顺序 遵循“先基准后其他”原则，首先加工精基准钻中心孔及车表面的外圆。 遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。 遵循“先主后次”先加工主要表面车外圆各个表面，后加工次要表面铣键槽和加工各个小槽。 遵循“先面后孔”原则，先加工左右端面，再加工各个台阶面。 （3） 初步拟定工艺路线 定位精基准面中心孔应在粗加工之前加工，在调质之后和磨削之前各需安排一次修研中心孔的工序。调质之后修研中心孔为消除中心孔的热处理变形和氧化皮，磨削之前修研中心孔是为提高定位精基准面的精度和减小圆柱面的表面粗糙度值。拟定传动轴的工艺过程时，在考虑主要表面加工的同时，还要考虑次要表面的加工。在半精加工37mm、27mm外圆时，应车到图样规定的尺寸，同时加工出各砂轮越程槽、倒角；二个键槽应在半精车后以及磨削之前铣削加工出来，这样可保证铣键槽时有较精确的定位基准，又可避免在精磨后铣键槽时破坏已精加工的外圆表面。 工序：以锻件32处外圆面以及左端面定位，粗车右端面，粗车37轴段外圆，钻中心孔。以右端面和粗车之后的37外圆定位，粗车左端面，并以左端面为基准，加工37外圆以左的各个台阶面，钻中心孔。以37处外圆以及左端面定位，以左端面为基准，粗车37外圆以右的各个台阶面。 工序：进行调质热处理，硬度达到220250HBS。 工序：修研中心孔。工序：以30处外圆以及左端面定位，半精车37、30、27、24轴段的的外圆，半精车24，30轴段处的砂轮越程槽，半精车30轴段处右肩面并倒角，半精车右端面。以24轴段外圆以及右端面定位，半精车30、32轴段的的外圆，半精车30，32轴段处的砂轮越程槽，半精车32轴段处左肩面并倒角，半精车左端面。 工序：以零件37处外圆在夹具上定位，以37处外圆左肩面为对刀面铣左边键槽，以27处外圆右肩面为对刀面铣右边键槽。修工序：修研中心孔。工序：以两端中心孔作为定位基准 ，磨削各个表面粗糙度要求为1.6的表面。工序：终检。4热处理工序安排 （1）锻造毛坯在加工前，均需安排正火或退火处理，使钢材内部晶粒细化，消除锻造应力，降低材料硬度，改善切削加工性能。 （2）调质一般安排在粗车之后、半精车之前，以获得良好的物理力学性能。 （3）表面淬火一般安排在精加工之前，这样可以纠正因淬火引起的局部变形。 （4）精度要求高的轴，在局部淬火或粗磨之后，还需进行低温时效处理。传动轴的热处理要根据其材料和使用要求确定。对于传动轴，正火、调质和表面淬火用得较多。该轴要求调质处理，并安排在粗车各外圆之后，半精车各外圆之前。综合上述分析，传动轴的工艺路线如下： 下料车两端面，钻中心孔粗车各外圆调质修研中心孔半精车各外圆，车槽，倒角铣键槽修研中心孔磨削检验。5加工尺寸和切削用量 生产时传动轴磨削余量可取0.3mm，半精车余量可选用2.0mm。 一般可由机械加工工艺手册或切削用量手册中选取。加工尺寸可由此而定，见该轴加工工艺卡的工序内容。工序设计 1.选择加工设备和工艺设备 1) 选择机床 根据传动轴的工艺特性，根据不同工艺选车床。工序、是粗车和半精车，故选用普通卧式车床就可以。传动轴轮廓尺寸不大，选用C6140即可。为了加工方便一次安装进行粗、精铣。铣键槽在加工中心上最好。该零件磨削精度不高，选用一般的磨床即可。我们所选的加工设备采用通用机床，即普通车床、加工中心、万能磨床。 2) 选择夹具 该零件的加工工艺不需要专用夹具。工艺装备采用通用夹具（三爪卡盘及顶尖）、通用刀具（标准车刀、键槽铣刀、砂轮等）、通用量具（游标卡尺、外径千分尺等）。 3) 选择刀具 . 在车床上加工的工序，一般选用硬质合金刀。加工钢制零件采用YT类硬质合金，粗车加工用YT5，半精加工用YT15。 . 切槽宜选用高速钢。. 铣刀选用直径为6和10的铣刀，以方便铣削完成。 4) 量具的选择 本零件属于大量生产，一般选用通用量具。根据零件要求、尺寸特点，参考机械制造技术基础课程设计指南选择如下： 外圆粗车和半精车选度数值0.05、测量范围0150游标卡尺。 量键槽选度数值0.05、测量范围0150游标卡尺。磨削是用度数值0.01，测量范围2550外径千分尺。2.确定工序尺寸 1) 确定圆柱面的工序尺寸 该零件各圆柱面的工序加工余量、工序尺寸及公差、表面粗糙度如下表：加工表面300.006532-0.0753727240.015-0.39工序双边余量粗车1.5 1.92.21.81.5半精车1.01.01.01.01.0粗磨0.30.30.3工序尺寸及公差粗车31.333.50-0.39382825.30.015-0.39半精车30.332.50-0.25372724.30.015-0.39粗磨300.0065320-0.075240.015-0.39表面粗糙度粗车半精车Ra3.2mRa3.2mRa6.3 mRa6.3 mRa3.2m粗磨Ra1.6mRa1.6mRa1.6m2）确定轴向尺寸确定粗糙度：工序加工表面表面粗糙度半精车11Ra6.4m24Ra3.2m33Ra3.2m2Ra3.2m 确定切削用量及基本时间1、切削用量 切削用量包括背吃刀量ap、进给量f、和切削速度v。确定顺序是先确定ap、f，再确定v。2、各工序切削用量及基本时间的确定：1,钻中心孔： 主轴转速: 进给量: 则切削工时：2,粗车外圆24：同时应校验机床功率及进给机构强度：切削深度：单边余量，可一次切除。 进给量：根据切削手册选用。计算切削速度：确定主轴转速: 按机床选取：所以实际切削速度：检验机床功率：主切削力Fc按切削手册所示计算： 式中： 所以：切削功率时消耗功率为： 由于小于机床最大功率，所以机床功率足够。切削工时：粗车右端外圆37 切削深度： 与上相同： 取 所以： 切削工时： 3、粗车外圆32、30、27和24外圆面（1）粗车外圆32切削深度：进给量： 取确定主轴转速为：切削速度：切削工时：（2）粗车外圆30 故实际切削速度为: 工作台每转进给量为： 查手册取： 切削工时：调头，粗车30外圆面1） 背吃刀量：单边加工余量为Z=3.5mm，可一次加工，背吃刀量=3.5mm。2）进给量f：根据背吃刀量=3.5mm，d=37，选择 f=0.4 mm/r 。（机械加工工艺设计手册表9-12）3）切削速度v： 根据机械加工工艺设计手册表21得： =227，T=3600s，m=0.2， =0.15，=0.35，=0.99792. （机械加工工艺设计手册表9-17）= 114m/min(1.9m/s)4）机床主轴转速： =16.4r/s (981r/min) 按机床选取=16.1r/s (966/min) 所以实际切削速度v=1.87m/s (112m/min)5）切削工时： l=75 l1=2mm,l2=0,l3=5mm =12.7 s(0.21min)(3) 粗车 27外圆面1） 背吃刀量：单边加工余量为Z=1.5mm，可一次加工，背吃刀量=1.5mm。2） 进给量f：根据背吃刀量=1.5mm，d=31.5，选择 f=0.5 mm/r 。（机械加工工艺设计手册表9-12）3）切削速度v： 根据机械加工工艺设计手册表21得： =227，T=3600s，m=0.2， =0.15，=0.35，=0.99792. （机械加工工艺设计手册表9-17）= 120m/min(2m/s)4）机床主轴转速： =20.2r/s (1213r/min) 按机床选取=20r/s (1200/min) 所以实际切削速度v=1.98m/s (118.8m/min)5）切削工时： l=60 l1=2mm,l2=0,l3=5mm =6.7s (0.1min)(4) 粗车24外圆面1） 背吃刀量：单边加工余量Z=1.5mm，可一次加工，背吃刀量=1.5mm。2） 进给量f：根据背吃刀量=1.5mm，d=28.8，选择 f=0.4 mm/r 。（机械加工工艺设计手册表9-12）3）切削速度v： 根据机械加工工艺设计手册表21得： =227，T=3600s，m=0.2， =0.15，=0.35，=0.99792. （机械加工工艺设计手册表9-17）= 129m/min(2.16m/s)4）机床主轴转速： =23.9r/s (1433/min) 按机床选取=20r/s (1200/min) 所以实际切削速度v=1.81m/s (108.6m/min)5）切削工时： l=35 l1=2mm,l2=0,l3=4mm =4.1s(0.07min)4, 半精车外圆32、30 、27和24 半精车外圆32 切削深度： 进给量：取确定主轴转速：切削速度：切削工时： 半精车外圆30 切削深度： 进给量：取 确定主轴转速： 切削速度： 切削工时：（3）半精车27外圆面1）背吃刀量：单边加工余量为Z=0.75mm，可一次加工，背吃刀量=0.75mm。2）进给量f：根据背吃刀量=0.75mm，d=28.8，选择 f=0.4 mm/r 。（机械加工工艺设计手册表9-12）3）切削速度v： 根据机械加工工艺设计手册表21得： =227，T=3600s，m=0.2， =0.15，=0.35，=0.99792. （机械加工工艺设计手册表9-17）= 143.7m/min(2.4m/s)4）机床主轴转速： =28.3r/s (1698r/min) 按机床选取=20r/s (1200/min) 所以实际切削速度v=1.70m/s (101.8m/min)5）切削工时： l=60 l1=2mm,l2=0,l3=5mm =8.4s (0.14min)（4）半精车24外圆面1）背吃刀量：单边加工余量为Z=0.65mm，可一次加工，背吃刀量=0.65mm。2）进给量f：根据背吃刀量=0.65mm，d=25.5，选择 f=0.4 mm/r 。（机械加工工艺设计手册表9-12）3）切削速度v： 根据机械加工工艺设计手册表21得： =227，T=3600s，m=0.2， =0.15，=0.35，=0.99792. （机械加工工艺设计手册表9-17）= 146m/min(2.44m/s)4）机床主轴转速： =30.5r/s (1828r/min) 按机床选取=20r/s (1200/min) 所以实际切削速度v=1.6m/s (96.1m/min)5）切削工时： l=35 l1=2mm,l2=0,l3=4mm =5.13s(0.09min)5、 半精车右端外圆30和倒角、切退刀槽。（1）半精车右端外圆30 其参数与左端面外圆30相同（2） 倒角、切退刀槽 切削速度与精车相同，采用手动进给6、半精车左端面外圆、倒角145、切退刀槽 （1） 精车右端外圆30 切削深度：进给量：取确定主轴转速：切削速度：切削工时： （2） 倒角、切退刀槽 切削速度与精车相同，采用手动进给7、粗磨（1）粗磨30外圆面1）纵向进给量：fa=0.5 x30=15mm/r，2）横向进给量: fr=0.0152mm/s,单边加工余量为Z=0.06mm3）主轴转速n：根据d=31.5，选择 n=2r/s。（机械加工工艺设计手册表9-74）4)切削工时： = =3.1s（2）粗磨3