输出轴工艺及夹具设计论文

1 一： 序言 机械制造工艺学课程设计是在我们学完了大学的全部基础课、技术基 础课以及大部分专业之后进行的。这是我们进行毕业设计之前对所学各 课 程的一次深入的综合性的链接，也是一次理论联系实际训练。因此，它在我们的大学学习生活中占有十分重要的地位。 就我个人而言，我希望能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，从锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后参加祖国的现代化建设打下一个良好的基础。 我也相信通过课程设计能将零碎的知识点都联系起来，系统而全面的做好设计。 由于能力所限，设计尚有许多不足之处， 恳请彭老师给予指教。 二 ：计算生产纲领，确定生产类型 经分析该加工工件生产类型为 中批生产类型。 三 ： 零 件 图 分 析 （一）零件的作用 题目所给定的零件为输出轴，其主要作用，一是传递转矩，使主轴获得旋转的动力；二是工作过程中经常承受载荷；三是支撑传动零部件。 （二）零件的材料及其力学性能 零件的材料为 45钢，是最常用中碳调质钢，综合力学性能良好，淬透性低，淬 火 时易生裂纹。小型件 可以 采用调质处理，大型件 可以 采用正火处理。其价格较便宜，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，局部淬火后再回火，表面硬度可达 52（三）零件的结构工艺分析 从零件图上看，该零件是典型的零件，结构比较简单，其主要加工的面有 5 60 、 70、 88、 80的外圆柱面， 两个键槽， 图中所给的尺寸精度高，大部分是 糙度方面表现在键槽两侧面、 70外 圆柱表面为 求不高；位置要求较严格，表现在 圆 圆柱面 、 80 外圆 圆柱面 、 60 外圆 柱面 的 同轴度 为 热处理方面需要调质处理， 到 2032持均匀。 通过分析该零件，其布局合理，方便加工，我们通过径向夹紧可保证其加工要求，整个图面清晰，尺寸完整合理，能够完整表达物体的形状和大小，符 2 合要求。 四 、毛坯的分析 毛坯的选择和拟定毛坯图是制定工艺规程的最初阶段工作之一，也是一个比较重要的阶段，毛坯的形状和特征（硬度，精度，金相组织等）对机械加工的难易，工序数量的多少有直接影响，因此，合理选择毛坯在生产占相当重要的位置，同样毛坯的加工余量的确定也是一个非常重要的问题。 （ 一 ）： 毛坯的选择 毛坯种类的选择决定与零件的实际作用，材料 、形状、生产性质以及在生产中获得可能性，毛坯的制造方法主要有以下几种： 1、型材 2、锻造 3、铸造 4、焊接 5、其他毛坯。 本零件生产批量为中批量，所 以 选择锻件中的模锻。 （ 二 ）： 毛坯图的设计 毛坯（锻件）图是根据产品零件设计的，经查机械加工工艺手册金属机械加工工艺人员手册知精车 粗车各余量 ,从而可得毛坯余量 ,见图 2. 图 2 （ 三 ）： 工艺路线拟定 （ 1）定位基准的选择 工 件在加工第一道或最初几道工序时，一般选毛坯上未加工的表面作为定位基准，这个是粗基准，该零件选用 55 外圆柱面作为粗基准来加工 176 外圆柱面和右端面。以上选择符合粗基准的选择原则中的余量最小原则、 便 于装夹原则，在以后的工序中，则使用经过加工的表面作为定位基准， 60的外圆柱面和右端面作为定位基准，这个基准就是精基准。在选精基准时采用有基准重合，基准统一。这样定位比较简单可靠，为以后加工重要表面做好准备。 （ 2）加工方法的确定 在市场经济的前提下，一切都是为能创造出更多的财富和提高劳动率 为目的，同样的加工方法的选择一般考虑的是在保证工件加工要求的前提下，译稿工件的加工效率和经济性，而在具体的选择上，一般根据机械加工资料和工人的经验来确定。由于方法的多种多样，工人在选择时一般结合具体的工件和现场的加工条件来确定最佳的加工方案。 同样在该零件的加工方法的选择中，我们考虑了工件的具体情况和我们学校的具体加工条件，一 3 般我们按加工顺序来阐述加工方案： 加工表面 表面粗糙度 公差 /精度等级 加工方法 70外圆柱面 自由公差 粗车 55 粗车 精车 60 外圆柱面 粗车 精车 88外圆柱面 粗车 精车 80外圆柱面 粗车 精车 左端面 粗车 右端面 粗车 键槽 粗铣 倒 圆 四、加工顺序的安排 (一 )工序的安排 1、加工阶段的划分 当零件的加工质量要求较高时 ,往往不可能用一道工序来满足要求 ,而要用几道工序逐步达到所要求的加工质量和合理地使用设备、人力 ,零件的加工过程通常按工序性质不同 ,可以分为粗加工 ,半精加工 ,精加工三个阶段。 粗加工阶段：其任务是切除毛坯上大部分余量，使毛坯在形状和尺寸上接近零件成品，因此，主要目标是提高生产率，去除端面以及外圆表面的大部分余量，并为后续工序提供精基准，如加工 70、 60 、 88、 80外圆柱表面。 半精加 工阶段：其任务是使主要表面达到一定的精加工余量，为主要表面的精加工做好准备，如 55 、 60 、 70、 88外圆柱面等。 4 精加工阶段：其任务就是保证各主要表面达到规定的尺寸精度，留一定的精加工余量，为主要表面的精加工做好准备，并可完成一些次要表面的加工。如精度和表面粗糙度要求，主要目标是全面保证加工质量。 2、基面先行原则 该零件进行加工时，要将端面先加工，再以左端面、外圆柱面为基准来加工，因为左端面和 55外圆柱面为后续精基准表面加工而设定的，才能使定位基准更准确 ，从而保证各位置精度的要求，然后再把其余部分加工出来。 3、先粗 加工 后精 加工 即要先安排粗加工工序，再安排精加工工序，粗车将在较短时间内将工件表面上的大部分余量切掉，一方面提高金属切削效率，另一方面满足精车的余量均匀性要求，若粗车后留余量的均匀性满足不了精加工的要求时，则要安排半精车，以此为精车做准备。 4、 先面后槽 （ 1） 对该零件应该先加工平面，后加工 键槽 ，这样安排加工顺序，一方面是利用加工过的平面定位，稳定可靠，另一方面是在加工过的平面上加工 键槽 ，比较容易，并能提高孔的加工精度，所以 对于输出轴先加工 使之 作 为定位基准来加工其余各 键槽 。 （ 2）工序划分的确定 工序集中与工序分散：工序集中是指将工件的加工集中在少数几道工序内完成每道工序加工内容较多，工序集中使总工序数减少，这样就减少了安装次数，可以 减少 装夹时间，减少夹具数目，并且利用采用高生产率的机床。工序分散是将工件的加工分散在较多的工序中进行，每道工序的内容很少，最少时每道工序只包括一简单工步，工序分散可使每个工序使用的设备，刀具等比较简单，机床调整工作简化，对操作工人的技术水平也要求低些。 综上所述：考 虑到工件是中批量生产的情况，采用工序分散 辅助工序的安排：辅助工序一般包括去毛刺，倒棱角，清洗，除锈，退磁，检验等。 （ 3）、热处理工序的安排 热处理的目的是提高材料力学性能，消除残余应力和改善金属的加工性能，热处理主要分预备热处理，最终热处理和内应力处理等，本零件输出轴材料为 45钢，在加工过程中预备热是 5 消除零件的内应力，在毛坯锻造之后。最终热处理在半精车之后精车之前，按规范在 840 温度中保持 30分钟释放应力。 （ 4）、拟定加工工艺路线 根据以上各个零部件的分析以及加工 工艺确定的基本原则，可以初步确定加工工艺路线，具体方案如下： 方案一 1、 备料 锻造毛坯 2、 热处理 退火（消除内应力） 3、 普车 粗、精车右端面 钻中心孔 4、 普车 粗 60外圆柱面 倒 圆 5、 普车 粗车各外圆柱面留半精车、精车余量，左端面 6、 热处理 调质 7、 数控车 半精车、精车各外圆柱面 并加工 要求 的 倒 圆 8、 数控铣 铣键槽 9、 去毛刺 10、 检验 方案二 1 备料 锻造毛坯 2 热处理 退火（消除内应力） 3 普车 粗车各圆柱面留半精车、精车余量以及左端面 4 普车 粗、精车右端面 钻中心孔 5 普车 粗 车 60外圆柱面 并加工 要求 的 倒角 6 热处理 调质 7 数控车 半精车左端各圆柱面到要求 8 数控车 精车左端台 阶 并加工 要求 的 倒角 9 铣 铣键槽 6 10 去毛刺 11 检验 方案三 1 备料 锻造毛坯 2 热处理 退火（消除内应力） 3 数控铣 铣端面 钻中心孔 4 普车 车大端外圆 5 普车 车 55 6 普车 60 7 普车 70 8 普车 88 9 数控铣 铣键槽 10 倒角 11 去毛刺 12 检验 综上所述：三个工 艺方案的特点在于工序集中和工序分散和加工顺序，从零件本身来考虑，由于轴类零件在切削加工时易产生弯曲变形，如采用工序分散，在加工时零件的位置精度无法保证，为了同时保证零件图示的圆跳动要求，所以采用方案二。 （ 5）、加工路线的确定 确定刀具走刀路线主要是提高生产效率，正确的加工工艺程序，在确定走刀路线时主要考虑以下几个方面： 1、 应能保证零件的加工精度和表面粗糙度 2、应使走刀路线最短，减少刀具空行程时间，提高加工效率 3、应使数值计算简单，程序段数量少，以减少编程工作量 具体加工路线见走到路线图。 （ 6）、加工设备的选择 7 、工序 3、 4、 5 采用 00 普通车床， 、工序 7、 8 采用数控车床 50, 工序 9采用 （ 7）、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数控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 5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 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钢材料时采用硬质合金的刀具。 粗车外圆柱面：刀具号为 90 可转位车刀，圆弧半径为 1，刀片型号为具型号为 半精车，精车外圆柱面：刀具号为 75 可转位 车刀，圆弧半径为 1，刀片型号为 具型号为 钻头：高速钢刀具 刀具号为 径为 30; 刀具号 径为 18 粗铣键槽 刀具号为 铣键槽 刀具号为 综上可做一刀具表如下： 加工表面 刀具号 刀具名称 刀具参数 刀片型号 刀具型号 粗车外圆柱面 可转位车刀 90 r=1 精，精车外圆柱面 可转位车刀 75 r=1 粗铣键槽 铣刀 精铣键槽 铣刀 16 五、工艺设计 8 1、加工余量，工序尺寸，及其公差的确定 根据各资料及制定的零件加工工艺路线，采用计算与查表相结合的方法确定各工序加工余量，中间工序公差按经济精度选定，上下偏差按入体原则标注，确定各加工表面的机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸如下： （ 1）外圆柱面 88 工序名称 工序余量 工序公差 工序尺寸公差 表面粗糙度 粗车 5 88 坯 100 （ 2）外圆柱面 80 工序名称 工序余量 工序公差 工序尺寸公差 表面粗糙度 精车 80 精车 81 车 15 坯 3）外圆柱面 70 工序名称 工序余量 工序公差 工序尺寸公 9 差 表面粗糙度 精车 70 精车 71 车 10 坯 （ 4） 外圆柱面 60 工序名称 工序余量 工序公差 工序尺寸公差 表面粗糙度 精车 6 0 精车 6 车 5 6 坯 7 （ 5） 外圆柱面 序名称 工序余量 工序公差 工序尺寸公差 表面粗糙度 10 精车 精车 车 5 坯 69 （ 6） 加工键槽 工序名称 工序余量 工序公差 工序尺寸公差 表面粗糙度 精铣 18 铣 16 、确定切削用量及功率的校核 (1) 加工外圆柱面 176 粗车：查机械加工工艺设计手册 知： f=r 取f=r 查金属切削手册知 0 90 m/ 0 m/ n=1000d = n=125r/故实际切削速度： 11 Vc=n d/1000=20087/1000=校核功率： c0000=23050000= 由于机床说明书查得 w，效率为 床功率 以机床功率足够，实际取值为 3.4 m/n=125r/f=r (2) 加工外圆柱面 55 粗车： 确定进给量 f：查金属机械加工工艺人员手册增订组编 上海科学出版社表 10 f=r 结合 明书取 f=mm/r 查金属切削手册知 0 90 m/ 5 m/ n=1000d = 明书取n=320r/实际切削速度 Vc=n d/1000=3200/1000= 功率cc0000=230501000= 由于机床说明书查得 w，效率为 床功率 以机床功率足够，实际取值为 n=320r/f=r 半精车：查机械加工工艺设计手册 知： f=r 取 f=mm/r 20m/ n=1000d=整得 n=660 r/ 功率 ccf /60000=230520/60000=由于机床说明书查得 w，效率为 床功率 以机床功率足够，实际取值为 20m/n=660r/f=r 精车：查机械制造工艺与机床夹具课程设计表 2 50 160 m/ 60m/f=r 则 n=1000d =整得 n=910 r/功率 ccf /60000=230560/60000= 由于机床说明书查得 w，床功率 以机床功率足够，实际取值为 60m/n=910r/f=r 加工外圆柱面 60 粗车： d=70 确定进给量 f：查金属机械加工工艺人员手册增订组编 上海科学出版社表 12 10 f=r 取 f=金属切削 手册知 0 90 m/ 5 m/ n=1000d = n=320r/实际切削速度 Vc=n d/1000=3200/1000= 校核功率 ccf/60000=23050000=w 由于机床说明书查得 w，效率为 床功率 以机床功率足够，实际取值为n=400r/f=r 半精车：查机械加工工艺设计手册 知： f=r 取 f=再查外圆切削数据表知： s 取 s 则 n=1000d=整得n=550 r/则 Vc=n d/1000=510000 =100.7 m/ 功率ccf/60000=23050 0000=由于机床说明书查得w，效率为 床功率 以机床功率足够，实际取值为 n=510r/ f=r 精车：查机械加工工艺设计手册表 9 f=r 取 f=mm/r 再查外圆切削数据表知： s 取 20 m/ n=1000d=1000120/25.5 r/整得 n=630 r/取 故实际切削速度： Vc=n d/1000=630000= 校核功率 ccf /60000=23050000= 由于机床说明书查得 w，效率为 床功率 以机床功率足够，实际取值为 n=630r/f=r 加工外圆柱面 65 粗车： 确定进给量 f：查金属机械加工工艺人员手册增订 组编 上海科学出版社表 10f=r取 f=r 查金属切削手册知 0 90 m/ 5 m/ n=1000d = 明书取 n=320r/实际切削速度 Vc=n d/1000= 功率 ccf/60000=23050000= 由于机床说明书查得 w，效率为 床功率 以机床功率足够，实际取值为 13 n=320r/ f=r 半精车：查机械加工工艺设计手册 知： f=r 取 f=r 再查外圆切削数据表知： s 取 s 则 n=1000d=整得 n=510 r/取 Vc=n d/1000=510000= 功率ccf/60000=23050000= 由于机床说明书查得w，效率为 床功率 以机床功率足够，实际取值为 n=510r/f=r 精车：查机械加工工艺设计手册表 9 f=r 取 f=r 再查外圆切削数据表知： s 取 20 m/ n=1000d=578.2 r/圆整得 n=580 r/ Vc=n d/1000=580000=核功率 ccf /60000=230500001000= 由于机床说明书查得 w，效率为 床功率 以机床功率足够，实际取值为 n=580r/f=r 加工外圆柱面 75 粗车： 确定进给量 f： 查金属机械加工工艺人员手册增订组编 上海科学出版社表 10f=r取 f=r 查金属切削手册知 0 90 m/ 5m/ n=1000d = 明书取 n=320r/实际切削速度 Vc=n d/1000=取 校核功率：ccf/60000=23050000= 由于机床说明书查得w，效率为 床功率 以机床功率足够，实际取值为 n=320r/ f=r 半精车：查机械加工工艺设计手册 知： f=r 取 f=r 再查外圆切削数据表知： s 取 s 则 n=1000 14 d=1000108/整得 n=450 r/取 Vc=n d/1000=450000=110m/ 校核功率ccf/60000=2305100000= 由于机床说明书查得w，效率为 床功率 以机床功率足够，实际取值为 110m/n=450r/f=r 精车：查机械加工工艺设计手册表 9 f=r 取 f=r 再 查外圆切削数据表知： s 取 20 m/ n=1000d =1000120/02.2 r/n=500 r/实际切削速度： Vc=n d/1000=500000=核功率 ccf /60000=23050000=w 由于机床说明书查得 w，效率为 床功率 以机床 功率足够，实际取值为 n=500r/f=r 加工内圆柱面 80 钻孔：查简明加工工艺手册 ap=d/2=15 f=r ； m/s 故 n=1000d=10000/0=210.2 r/整得 n=210r/实际切削速度： Vc=n d/1000=2100/1000= 校核功率 ccf /60000=23051 501000= 由于机床说明书查得 w，效率为 床功率 以机床功率足够，实际取值为 n=210r/ f=r 车孔：查简明加工工艺手册 f=r， s 取 f=mm/r s；故 n=1000d=10000/4= 明书取n=200r/实 际切削速度 Vc=n d/1000=2004/1000= 取 校核功率 ccf /60000=230530000= 根据机床说明书查得 w，效率为 床功率 以机床功率足够，实际取值为 n=200r/f=r 铰孔： f=r n=549r/Vc=n d/1000=0/100 0=138m/功率 15 cc0=230538/601000= 根据机床说明书查得 w，效率为 床功率 以机床功率足够，实际取值为 138m/n=560r/f=r 镗孔： 查金属机械加工工艺人员手册增订组编表 10 S=S=r 取 s 则 n=1000Vc/d=10000/d=155r /明书取n=160/实际切削速度 Vc=000=1600/1000=据机床说明书查得w，效率为 率 ccS/60000=230530000=床功率 以机床功率足够，实际取值为 n=160r/f=r 加工通孔 20 钻孔：钻 底孔： 查简明加工工艺手册 ： f=r， 取 f=mm/r； s， 取 1m/s 故 n=1000d=100060/据 n=945r/ Vc=n d/1000=945000=又取 核功率： ccf/60000=230560000= 由于机床说明书查得 w，效率 为 床功率 以机床功率足够，实际取值为 n=409r/ f=r 铰孔： 查简明加工工艺手册表 11f=r，取 f=0.3 mm/r ； s ，取 m/s ；故 n=1000d=10000/0=r/整得： n=580 r/ Vc=n d/1000=5800/1000=36.4 m/ 校核功率： ccf /60000=23050000= 由于机床说明书查得 w，效率为 床功率 以机床功率足够，实际取值为 n=580r/f=r 加工端面 粗车：查机械制造工艺与机床夹具课程设计指导得： f=r 08m/ n=1000d=190r/ 由 00r/实际切削速度 Vc=n d/1000=取 校核功 16 率： capf0000=230520000= 由于机床说明书查得 w，效率为 =机床功率 以机床功率足够，实际取值为n=200r/f=r. 精车：查机械制造工艺与机床夹具课程设计指导得：f=r 20m/n=1000d= 功率 capf0000=230520/60000= 由于机床说明书查得 w，效率为 =机床功率 以机床功率足够，实际取值为 20 m/n=f=r. 铣键槽 粗铣： r c=90m/n=1000d= Vf=nr 功率 capf0000=230550/60000= 由于机床说明书查得w，效率为 =机床功率 以机床功率足够，实际取值为 89m/n=945r/向 05mm/r,横向 00 mm/r 精铣： r 50m/n=1000d=f=nr 功率 capf0000=2305250/60000= 由于机床说明书查得 w，效率为 =机床功率 以机床功率足够，实际取值为 n=1225r/向 25mm/r,横向 30mm/r. 六、机械加工工艺过程卡 陕西科技大学 职业技术学院 机