机械制造技术课程设计-KCSJ-12蜗杆工艺及铣键槽夹具设计（全套图纸）

课程设计课程设计(论文论文) 题题 目目: 蜗杆的机械加工工艺规程及工艺夹具设计蜗杆的机械加工工艺规程及工艺夹具设计 全套图纸加 153893706 I 目录 1. 引言 . 1 2 工艺规程设计 . 1 2.1 零件的分析 1 2.1.1 零件的作用 . 1 2.1.2 零件的工艺分析 . 2 2.2 工艺规程设计 3 2.2.1 确定毛坯的制造形式 . 3 2.2.2 基面的选择 . 3 2.2.3 制定工艺路线 . 3 2.2.4 机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定 6 2.2.5 确定切削用量 . 7 3 夹具设计 . 13 3.1 工序尺寸精度分析 13 3.2 定位方案确定 13 3.3 定位元件确定 13 3.4 定位误差分析计算 13 3.5 夹紧方案及元件确定 . 15 3.6 夹具总装草图 15 参考文献 . 16 致谢 . 17 1 1. 引言 机械制造技术基础课程设计是在学完了机械制造技术基础后的教学环节， 它一方 面 要求学生通过设计能获得综合运用过去所学过的全部课程进行工艺及结构设计 的基本能力，另外，也为以后做好毕业设计进行一次综合训练和准备。学生应当通过 机械制造技术基础课程设计在下述各方面得到锻炼： 1.能熟练运用机械制造技术基础课程中的基本理论以及在生产实习中学到的实 践知识，正确的解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及工艺路线安排、工艺尺寸确 定等问题，保证零件的加工质量。 2.提高结构设计能力。学生通过设计夹具的训练，应当获得根据被加工零件的加 工要求，设计出高效、省力、既经济合理又能保证加工质量的夹具的能力。 3.学会使用手册及图表资料。掌握与本设计有关的各种资料的名称出处、能够做 到熟练运用。3 2 工艺规程设计 本零件， 假设年产量为 5000 件， 每台机器需要该零件 1 个， 备品率为 19%， 废品率为 0.25%， 每日工作班次为 1 班。 该零件材料为 45， 考虑到零件在工作时有很多的要求， 所以选择铸造。 依据设计要求Q=5000 件/年，n=1 件/台；结合生产实际，备品率和 废品率分别取 19%和 0.25%代入公式得该工件的 生产纲领 N=Qn(1+)（1+)=7437.5 件/年 2.1 零件的分析 2.1.1 零件的作用 题目说给定的零件是 ZA 蜗杆轴，位于传动系统中，一般与蜗轮配合使用。主要 作用是用于空间交错的两轴间传递运动和动力的传动机构。零件上有两个的轴段，用 2 于与轴承内圈相配合，其支承作用。零件上有带键槽的的轴头用于与联轴器相连接传 递运动和动力。 2.1.2 零件的工艺分析 蜗杆轴这个零件从 P108 页1零件图上可以看出，它一共有四组加工表面，而这 四组加工表面之间有一定的位置要求，现将这三组加工表面分述如下： 1.以两端中心孔为中心的加工表面 这一组的加工表面包括：两端中心孔以及端面和倒角的加工。其中主要加工表面 为两端中心孔，这要是因为中心孔的轴线要用作后面加工的定位和工序基准。 2.以轴头外圆面为中心的加工表面 这一组的加工表面包括：轴段外圆面、一个的键槽、轴段外圆面。其中主要加工 表面为轴段外圆面、一个的键槽，这是用来连接联轴器的。 3.以两个轴段外圆面为中心的加工表面 这一组的加工表面包括：两个轴段的外圆面及左边倒角、右边定位轴肩。其主要 加工表面为两个轴段的外圆面，这是用来与轴承内圈配合用于支承的。 4.以分度圆直径为的 ZA 蜗杆螺旋面为中心的加工表面 这一组的加工表面包括：分度圆直径为的 ZA 蜗杆螺旋面、轴段外圆面及两侧的 退刀槽。主要加工表面为分度圆直径为的 ZA 蜗杆螺旋面，这是用来与蜗轮配合用于 传递运动和动力的。 这四组加工表面之间有着一定的位置要求，主要是： 轴头外圆面，两个轴段外圆面，轴段外圆面把两端中心孔轴线 AB 作为公共基 准，有圆跳动要求。 键槽两侧面相对于公共基准 AB 有对称度要求。 由以上分析可知，对于这四组加工表面而言，我们可以先加工两端中心孔这一组 加工表面，然后以其轴线为基准，借助夹具进行其他三组表面的加工，并且保证它们 之间的形状精度要求。 3 2.2 工艺规程设计 2.2.1 确定毛坯的制造形式 零件材料为 45 钢，考虑到蜗杆在传动过程中收到的振动，载荷，受力等方面的 影响，因此应该选用锻件，以便使金属纤维尽量不被切断，保证零件工作可靠，由于 零件产量为中大批生产，而且零件的轮廓尺寸不大，可以采用模锻成型，这从提高生 产率，保证加工精度上考虑，也是应该的。 2.2.2 基面的选择 基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得正确与合理，可以使加 工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者， 还会造成零件的大批报废，使生产无法正常进行。3 （1）粗基准的选择 对于一般的轴类零件而言， 以外圆作为粗基准是完全合理的。 但对于本零件来说， 所有表面都需要加工，按照有关粗基准的选择原则，选取最大外圆面作为粗基准。 （2）精基准的选择 主要应该考虑基准重合的问题。设计基准，工序基准，定位基准相重合，可以减 少定位误差和基准不重合引起的误差，因此选择两中心孔的公共中心线作为精基准。 2.2.3 制定工艺路线 制定工艺路线得出发点,应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术 要求能得到合理的保证。在生产纲领已确定为大批生产的条件下,可以考虑采用万能 性机床配以专用工夹具,并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考虑经 济效果，以便使生产成本尽量下降。 1.工艺路线方案一 工艺一：锻造 工艺二：去飞边 工艺三：铣端面，打中心孔 工艺四：粗车外圆，以中心轴线为精基准。 工艺五：半精车外圆，倒角，车退刀槽 工艺六：铣键槽 4 工艺七：车螺纹 工艺八：粗磨外圆 工艺九：精磨轴颈及轴头，螺纹面 工艺十：研磨螺纹面 工艺十一：去毛刺 工艺十二：检验入库 2.工艺路线方案二 工艺一：锻造 工艺二：去飞边 工艺三：铣端面，打中心孔 工艺四：粗车外圆，倒角，车退刀槽 工艺五：半精车外圆面 工艺六：铣键槽 工艺七：粗磨无粗糙度要求外圆面 工艺八：粗磨，精磨轴颈，轴头 工艺九：车螺纹 工艺十：粗磨，精磨螺纹面 工艺十一：研磨螺纹面 工艺十二：去毛刺 工艺十三：检验入库 3.工艺路线方案的比较与分析 上述两个工艺路线方案的特点在于：方案一对于整个蜗杆轴一起加工，减少装夹 次数，同时在加工过程中有效防止了加工产生的应力对后加工工序的影响；方案二对 不同部位进行粗、半精、精加工，不能对一台机床进行连续运用。综合比较选择工艺 路线方案一。 工艺一：锻造 工艺二：去飞边 工艺三：以作外圆面为粗基准车端面，打中心孔。选择六角车床 工艺四：粗车蜗杆轴所有外圆面，以中心孔轴线为精基准。选择普通车床 工艺五：半精车外圆，倒角，车退刀槽，以中心孔轴线为精基准。选择普通车床 5 工艺六： 铣键槽， 选择两个外圆面作为基准， 选择普通立式铣床， 采用专用夹具。 工艺七：车螺纹，选择两个外圆面作为基准，选择普通车床，采用专用夹具。 工艺八：粗磨轴头外圆面，两个轴段外圆面，轴段外圆面及螺纹面，以两中心孔 轴心线为基准。采用普通磨床。 工艺九：精磨轴头外圆面，两个轴段外圆面，轴段外圆面及螺纹面，以两中心孔 轴心线为基准。采用普通磨床。 工艺十：研磨螺纹面 工艺十一：去毛刺 工艺十二：检验入库 考虑到本零件在结构上的特点，显然上述方案还有一些欠考虑之处。例如加工与 轴承配合轴段的定位轴肩时，定位轴肩在模锻上不易直接加工出来，采用车床加工更 合适，因此，这应该列为单独的一道工序。综合考虑，工艺路线方案为： 工艺一：锻造 工艺二：去飞边 工艺三：以作外圆面为粗基准车端面，打中心孔。选择六角车床 工艺四：粗车蜗杆轴所有外圆面，以中心孔轴线为精基准。选择普通车床 工艺五：车制两个定位轴肩，以及两个轴段退刀槽，以中心孔轴线为精基准。选 择普通车床 工艺六：调制 工艺七： 半精车外圆， 控制轴线方向的各个轴段的长度。 以中心孔轴线为精基准。 选择普通车床 工艺八：倒角 工艺九： 铣键槽， 选择两个外圆面作为基准， 选择普通立式铣床， 采用专用夹具。 工艺十：车螺纹，选择两个外圆面作为基准，选择普通车床，采用专用夹具。 工艺十一：淬火 工艺十二：粗磨轴头外圆面，两个轴段外圆面，轴段外圆面及螺纹面，以及磨制 过渡圆角，以两中心孔轴心线为基准。采用普通磨床。 工艺十三：精磨轴头外圆面，两个轴段外圆面，轴段外圆面及螺纹面，以两中心 孔轴心线为基准。采用普通磨床。 工艺十四：研磨螺纹面 6 工艺十五：去毛刺 工艺十六：检验入库 2.2.4 机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定 蜗杆零件材料为 45 钢，硬度为 217255HBS，生产类型为中、大批生产，采用普 通模锻，精度 IT13。 根据原始资料及加工工艺，分别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.轴段外圆面 这段轴表面粗糙度为 1.6,需要粗车，半精车，粗磨，半精磨加工。直径加工余量 为 2Z=7mm。 2. 轴段沿轴线长度方向的加工余量 长度余量取 4mm，模锻斜度为 5。 3直径 25 轴段外圆面 这段轴无表面粗糙度要求，需要粗车，半精车，直径加工余量为 2Z=7mm。 4 直径 25 轴段沿轴线长度方向的加工余量 长度余量取 3.5mm，模锻斜度为 5，外圆角为 R4。 5.外圆表面（直径 30 及直径 36 及直径 30） 考虑外圆表面直径 30 加工长度为 18,与其连接的外圆表面直径为 36mm 且加工 长度为 7，为简化模锻毛坯的外形，现直接根据外圆面直径 36 取毛坯直径，此段需 粗车，半精车。直径加工余量为 2Z=7mm。 6 外圆表面（直径 30 及直径 36 及直径 30）沿轴线长度方向的加工余量 长度余量取 3.5mm，模锻斜度为 5，外圆角为 R4 7.蜗杆外圆面直径 60 这段轴表面粗糙度为 0.8，需要粗车，半精车，粗磨，半精磨，粗研加工。直径 加工余量为 2Z=10mm。 8. 蜗杆外圆面直径 60 沿轴线长度方向的加工余量 长度余量取 3.5mm，模锻斜度为 20，外圆角为 R6。 9 外圆表面（30及直径 36 及直径 30） 7 考虑到与直径 30 连接的外圆表面直径为 36mm 且加工长度为 7，为简化模锻毛 坯的外形，现直接根据外圆面直径 36 取毛坯直径，此段需粗车，半精车。直径加工 余量为 2Z=7mm。 10 外圆表面（30及直径 36 及直径 30）沿轴线长度方向的加工余量 长度余量取 4mm，模锻斜度为 5，外圆角为 R6。 2.2.5 确定切削用量 1） 车外圆面 工步号 工步内容 加工余量（mm） 基本尺寸 经济精度 01 粗车左端面 2 27 IT12 02 粗车右端面 2 43 IT12 03 粗车 27 外圆面 2 27 IT12 04 粗车32 端面 2 32 IT12 05 粗车32 外圆面 2 32 IT12 06 粗车43 端面 2 43 IT12 07 粗车43 外圆面 2 43 IT12 08 粗车39 外圆面 2.5 39 IT12 09 粗车70 左端面 2 70 IT12 10 粗车70 外圆面 3 70 IT12 11 粗车70 右端面 2 70 IT12 12 粗车43 左端面 2 43 IT12 8 13 粗车43 外圆面 2 43 IT12 14 粗车39 外圆面 2.5 39 IT12 15 半精车左端面 1.6 23 IT10 16 半精车右端面 1.6 34 IT10 17 半精车23 外圆面 1.38 23 IT10 18 半精车28 端面 1.5 28 IT10 19 半精车28 外圆面 1.5 28 IT10 20 半精车34 端面 1.5 34 IT10 21 半精车34 外圆面 1.6 34 IT10 22 半精车39 外圆面 1.5 39 IT10 23 半精车34 外圆面 2 34 IT10 24 半精车64 左端面 1.5 64.5 IT10 25 半精车64 外圆面 1.6 64 IT10 26 半精车60.8 右端面 1.5 60.8 IT10 27 半精车34 外圆面 2 34 IT10 28 半精车39 外圆面 1.5 39 IT10 29 半精车34 外圆面 1.8 34 IT10 30 粗磨左端面 0.4 21.4 IT8 9 31 粗磨右端面 0.4 30.4 IT8 32 粗磨30.4 外圆面 0.2 30.4 IT8 33 粗磨60.8 外圆面 0.25 60.8 IT8 34 粗磨20.24 外圆面 0.12 20.24 IT8 35 精磨60.3 外圆面 0.15 60.3 IT6 2) 铣键槽 铣刀：直柄键槽铣刀 （根据 GB/T1112.1-1997）d=6mm，l=10mm，L=45mm 采用一次行程铣键槽，=3.5mm，垂直切入时 =14mm/min，纵向切入时 =47mm/min。 3） 蜗杆螺纹 刀具：选螺纹刀，材料硬质合金 取 f=5mm/r,两次粗加工的加工余量=4mm，半精加工的加工余量= 1.6mm ，粗磨 加工余量=0.25mm，精磨加工余量=0.15mm。 4） 工艺三：以作外圆面为粗基准车端面，打中心孔 本工序采用计算方法 1.加工条件 工件材料：45 钢正火，模锻 加工要求：车端面，打中心孔 机床：普通车床 C620-1 刀具：刀具材料 YT15，刀杆尺寸 1625mm2 ， ， ， ， ，刀尖半径 中心钻：带护锥的中心孔刀具，基本尺寸为 d=4mm 2.计算切削用量 1）粗车右端面 (1)选择背吃刀量。根据已知条件，单边余量 Z=2mm，所以取=2mm。 (2)选择进给量。查表得，f=0.4mm/r。 (3)选择切削速度。工件材料为热轧 45 刚，由表知，当=2mm，f=0.4mm/r 时， =100m/min。 10 (4)确认机床主轴转速 =1000v/=100043=740.6r/min 从机床主轴箱标牌上查得，实际主轴转速为 680r/min，故实际切削速度 /1000=3.14 (5)校验机床功率。由表知，单位切削力查表其它切削条件修正系数为 1，故主切 削力 =2305N 切削功率=2124.3/60000KW=3.25KW， 由机床说明书知，普通车床 C620-1 主电动机功率为 7.62KW，取机床效率=0.8， 则=3.25kW/0.8=4.06KW 所以机床效率够用。 2）粗车左端面 (1)选择背吃刀量。根据已知条件，单边余量 Z=2mm，所以取=2mm。 (2)选择进给量。查表得，f=0.3mm/r。 (3)选择切削速度。工件材料为热轧 45 刚，由表知，当=2mm，f=0.3mm/r 时， =100m/min。 (4)确认机床主轴转速 =1000v/=100027=1179.5r/min 从机床主轴箱标牌上查得，实际主轴转速为 1000r/min，故实际切削速度 /1000=3.14 (5)校验机床功率。由表知，单位切削力查表其它切削条件修正系数为 1，故主切 削力 =2305N 切削功率=1659.6/60000KW=2.35KW， 由机床说明书知，普通车床 C620-1 主电动机功率为 7.62KW，取机床效率=0.8， 则=2.35kW/0.8=2.93KW 所以机床效率够用 3）粗车的外圆面 (1)选择背吃刀量。根据已知条件，肩轴采用一次切削，另两个外圆面采用二次 切削，取=2mm。 (2)选择进给量。查表得，f=0.4mm/r。 11 (3)选择切削速度。工件材料为热轧 45 刚，由表知，当=2mm，f=0.4mm/r 时， =100m/min。 (4)确认机床主轴转速 =1000v/=100043=740.6r/min 从机床主轴箱标 牌上查得，实际主轴转速为 680r/min，故实际切削速度 /1000=3.14 (5)校验机床功率。由表知，单位切削力查表其它切削条件修正系数为 1，故主切 削力 =2305N 切削功率=2124.3/60000KW=3.25KW， 由机床说明书知，普通车床 C620-1 主电动机功率为 7.62KW，取机床效率=0.8， 则=3.25kW/0.8=4.06KW 所以机床效率够用。 4）粗车的外圆面 (1)选择背吃刀量。根据已知条件，单边余量 Z=2.3mm，所以取=2.3mm。 (2)选择进给量。查表得，f=0.5mm/r。 (3)选择切削速度。工件材料为热轧 45 刚，由表知，当=2.3mm，f=0.5mm/r 时， =100m/min。 (4)确认机床主轴转速 =1000v/=100070=454.96r/min 从机床主轴箱标牌上查得，实际主轴转速为 500r/min，故实际切削速度 /1000=3.14 (5)校验机床功率。由表知，单位切削力查表其它切削条件修正系数为 1，故主切 削力 =2305N 切削功率=2958.23/60000KW=5.419KW， 由机床说明书知，普通车床 C620-1 主电动机功率为 7.62KW，取机床效率=0.8， 则=5.419kW/0.8=6.77KW 所以机床效率够用。 5）粗车32 外圆面 (1)选择背吃刀量。根据已知条件，单边余量 Z=2mm，所以取=2mm。 (2)选择进给量。查表得，f=0.3mm/r。 12 (3)选择切削速度。工件材料为热轧 45 刚，由表知，当=2mm，f=0.3mm/r 时， =100m/min。 (4)确认机床主轴转速 =1000v/=100032=995r/min 从机床主轴箱标牌上查得，实际主轴转速为 1000r/min，故实际切削速度 /1000=3.14 (5)校验机床功率。由表知，单位切削力查表其它切削条件修正系数为 1，故主切 削力 =2305N 切削功率=1659.6/60000KW=2.77KW， 由机床说明书知，普通车床 C620-1 主电动机功率为 7.62KW，取机床效率=0.8， 则=2.77kW/0.8=3.46KW 所以机床效率够用 2）粗车27 外圆面 (1)选择背吃刀量。根据已知条件，单边余量 Z=2mm，所以取=2mm。 (2)选择进给量。查表得，f=0.3mm/r。 (3)选择切削速度。工件材料为热轧 45 刚，由表知，当=2mm，f=0.3mm/r 时， =100m/min。 (4)确认机床主轴转速 =1000v/=100027=1179.5r/min 从机床主轴箱标牌上查得，实际主轴转速为 1000r/min，故实际切削速度 /1000=3.14 (5)校验机床功率。由表知，单位切削力查表其它切削条件修正系数为 1，故主切 削力 =2305N 切削功率=1659.6/60000KW=2.35KW， 由机床说明书知，普通车床 C620-1 主电动机功率为 7.62KW，取机床效率=0.8， 则=2.35kW/0.8=2.93KW 所以机床效率够用 13 3 夹具设计 3.1 工序尺寸精度分析 本工序加工键槽，保证轴肩与键槽右端的长度为 16，和外圆到键槽底部的距离 43.5 及键宽 16 015 . 0 065 . 0 该工序在 X6132 机床上加工，零件属于中批量生产。 3.2 定位方案确定 根据工件的加工要求，该工件必须限制工件的六个自由度，现根据加工要求来分析其必须 限制的自由度数目及基准选择的合理性。 （1） 为了保证 43.5 必须限制 Z 向的移动及 X 向的转动。 （2） 为了保证 16 和槽面的对称度必须保证 Z 向的转动，X 向的移动，Y 向的转动。 （3） 为了保证轴肩与键槽右端的长度为 16，必须限制 Y 向的移动。 3.3 定位元件确定 综上分析：为了限制六个