毕业设计（论文）-变速箱输入轴工艺设计.doc

浙江汽车职业技术学院 毕业论文浙江汽车职业技术学院毕业（论文）设计设计题目： 变速箱输入轴工艺设计 系 别： 机 电 系 专 业： 数 控 技 术 班 级： 06高职数控（1）班 姓 名： 学 号： 指导老师： 2009年5月18日目 录引言2一、产品图:3二、零件结构与工艺分析：32.1轴类零件的结构特点和种类：32.2轴类零件加工表面的加工精度要求：42.2.1尺寸精度：42.2.2几何形状精度 ：42.2.3相互位置精度：42.2.4表面粗糙度：42.3零件材料的选择：42.3.1成分特点：52.3.2热处理特点：5三、数控加工方案的确定：53.1毛坯的选择和材料53.1.1确定毛坯的类型及制造方法：53.1.2确定毛坯形状尺寸及公差：63.2基准选择：63.2.1选择粗基准：63.2.2选择精基准：63.3拟订工艺过程：63.3.1选择表面加工方法：63.3.2加工工步设计：83.3.3变速器输入轴大批生产的加工工艺过程：83.3.4确定机械加工余量、工序尺寸及公差：10四、数控加工设备及夹具104.1数控设备：104.2刀具的应用：12五、专用夹具设计：13六、设计小结：14致 谢14参考文献：15变速箱输入轴工艺设计【摘 要】：本文为毕业设计说明书，内容主题是关于轴类零件的数控加工工艺及专用夹具设计。按毕业设计的要求，提交了产品图，分析了零件的结构及工艺特点，对数控加工工艺方案进行了比较，从中提出了应采用的合理加工工艺方案，据此完成了加工工步设计。对数控加工设备、刀具和专用夹具作了必要说明。【关键词】: 轴类零件 加工工艺 专用夹具引言数控技术及数控机床在当今机械制造业中的重要地位和巨大效益，显示了其在国家基础工业现代化中的战略性作用，并已成为传统机械制造工业提升改造和实现自动化、柔性化、集成化生产的重要手段和标志。数控技术及数控机床的广泛应用，给机械制造业的产业结构、产品种类和档次以及生产方式带来了革命性的变化。数控机床是现代加工车间最重要的装备。它的发展是信息技术(1T)与制造技术(MT)结合发展的结果。当今发展国民经济的一个重要保障就是机械制造工业的飞速发展。随着时间的发展，机械设计水平的高低已成为衡量一个国家科学技术、经济水平以及国防力量的重要标志之一。轴类零件在传动中承受着不同程度的载荷，支撑着整个设备的运转，将动能传递给各种执行件。这些零件需要轴在各种不稳定的情况下具有抗震动性，在反复的运动过程中具有抗疲劳性，耐磨性，及具有足够的强度，刚度和力学性能等。在轴的设计中应考虑轴的各种工作场合，合理的选择材料，加工时注意切削用力，合理选择刀具，机床设备。通过对轴的强度计算，校核等，在设计上确定轴的合理性。在轴的制造过程中，需制定合理的工艺。包括毛坯制造，机械加工及热处理，公差要求，量具等。由于轴是机械产品中的关键零件之一，对于它的要求很高，包括表面质量，使用性能，使用寿命，可靠性，精度等级等，因此，设计好一件轴需要具备一定的理论基础毕业设计是在教学过程的最后阶段采用的一种总结性的实践教学环节，是应用所学基础理论、专业知识与技能去分析和解决生产实际问题的一次综合训练。我希望通过这次毕业课程设计能巩固、扩大并强化自己所学到得理论知识与专业技能，提高自己的设计计算、计算机CAD制图、数控加工程序的编写等能力，学会正确使用技术资料、标准、手册等工具书，并在设计中培养自己理论联系实际，严肃认真的工作作风和独立的工作能力和解决现代实际工艺设计问题的能力，为以后设计及毕业后从事技术性工作打下一个坚实而良好的基础。一、产品图:1、零件名：变速箱输入轴2、材料：20CrMnTi（20铬锰钛）3、技术要求：该轴类零件需采用调质表面热处理（50-55）HBC二、零件结构与工艺分析：2.1轴类零件的结构特点和种类：轴类零件是机械产品中的典型零件，用来支承传动零件（如齿轮，带轮，凸轮等）、传递转矩、承受载荷并保证装在轴上的零件（或刀具）具有一定的回转精度。轴类零件的结构特征是长径比大的回旋体。按其结构形状可分为光轴、阶梯轴、空心轴和异形轴（如曲轴、凸轮轴、偏心轴等）四类。按轴的长度与直径之比值（长径比）又可分为刚性轴（L/D12）和性轴（L/D12）两类。轴类零件的加工表面通常有内外圆柱面、圆锥面、以及螺纹、花键、键槽和沟槽等。2.2轴类零件加工表面的加工精度要求：2.2.1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）2.2.2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。2.2.3相互位置精度：轴类零件的最主要的相互位置精度是配合轴颈轴线相对支承轴颈轴线的同轴度或配合轴颈相对支承轴颈轴线的图跳动。普通精度的轴，同轴度误差为0.010.03,高精度的轴为0.0010.005，其他的相互位置精度有轴肩端面对轴线的垂直度等。2.2.4表面粗糙度：配合轴颈的表面粗糙度Ra植一般为1.60.4m，支承轴颈的表面粗糙度Ra值一般为0.40.1m。2.3零件材料的选择：轴类零件材料的选取，主要根据轴的强度、刚度、耐磨性以及制造工艺性而决定，力求经济合理。 常用的轴类零件材料有 35、45、50优质碳素钢，以45钢应用最为广泛。对于受载荷较小或不太重要的轴也可用Q235、Q255等普通碳素钢。对于受力较大，轴向尺寸、重量受限制或者某些有特殊要求的可采用合金钢。如40Cr合金钢可用于中等精度，转速较高的工作场合，该材料经调质处理后具有较好的综合力学性能；选用Cr15、65Mn等合金钢可用于精度较高，工作条件较差的情况，这些材料经调质和表面淬火后其耐磨性、耐疲劳强度性能都较好；若是在高速、重载条件下工作的轴类零件，选用20Cr、20CrMnTi、20Mn2B等低碳钢或38CrMoA1A渗碳钢，这些材料经渗碳淬火或渗氮处理后，不仅有很高的表面硬度，而且其心部强度也大大提高，因此具有良好的耐磨性、抗冲击韧性和耐疲劳强度的性能。 球墨铸铁、高强度铸铁由于铸造性能好，且具有减振性能，常在制造外形结构复杂的轴中采用。特别是我国研制的稀土镁球墨铸铁，抗冲击韧性好，同时还具有减摩、吸振，对应力集中敏感性小等优点，已被应用于制造汽车、拖拉机、机床上的重要轴类零件。此处变速箱输入轴是在高速、重载条件下工作的轴类零件，其零件材料应选为20CrMnTi，是中淬透性渗碳钢。该材料的特点是：1）表面具有高的硬度，耐磨性及接触疲劳强度，使零件表面能够承受强烈摩擦和接触交变应力。2）心部具有叫高的屈服和韧性，使零件不致发生脆性断裂。3）良好的淬透性，一保证心部强度。2.3.1成分特点：20CrMnTi Wc0.2% 主要为保证零件心部具有良好的塑性和韧性。主加合金元素CrMn提高钢的淬透性，保证心部强度；辅加元素Ti强碳化物形成元素，形成的特殊碳化物可细化晶粒，提高渗碳层的耐磨性。2.3.2热处理特点：热处理特点（附表3-1）：渗碳钢的预备热处理一般采用正火处理，对高淬透性的渗碳钢，则采用空冷淬火+高温回火，以获得回火索氏体组织，改善切削加工性能。渗碳钢的最终热处理是渗碳+淬火+低温回火，具有较高的耐磨性，而心部硬度较低，则具有良好的塑性和韧性。附 表3-1材料热处理工艺及其力学性能牌号热处理工艺力学性能(不小于)第一次淬火/第二次淬火/回火淬火/60/MPa60/MPa8（%）AKv/ J20CrMnTi880(油)870(油)200(水，空)10808351035三、数控加工方案的确定：3.1毛坯的选择和材料3.1.1确定毛坯的类型及加工方法：1）零件的毛坯 ：轴类零件可根据使用要求、生产类型、设备条件及结构，选用棒料、锻件等毛坯形式。对于外圆直径相差不大的轴，一般以棒料为主；而对于外圆直径相差大的阶梯轴或重要的轴，常选用锻件，这样既节约材料又减少机械加工的工作量，还可改善机械性能。2）零件的材料：轴类零件应根据不同的工作条件和使用要求选用不同的材料并采用不同的热处理规范（如调质、正火、淬火等），以获得一定的强度、韧性和耐磨性。根据该轴类零件的技术要求，定材料为20CrMnTi，零件形状简单，应选用锻造，（自由锻造）锻造形状简单，精度低，毛坯加工余量1.510，生产率不高。3.1.2确定毛坯形状尺寸及公差：由于零件属锻件，加工表面进行定位的情况较多，所以确定锻件尺寸公差值及根据偏差2.2+1.5 -0.7，（如表31）表31机械加工余量，粗车及半精车外圆加工余量及偏差零件基本尺寸直径余量直径偏差经过热处理的零件粗车半精车粗车经热处理折算成长度270270552.52.0-0.30.453.2基准选择：3.2.1选择粗基准：该轴在精锻机上锻造，各外圆表面同轴度误差较小，粗加工时以大端外圆定位，铣小端面打中心孔，掉头铣另一端打中心孔。3.2.2选择精基准：1）为保证主轴支承轴颈，配合轴颈及前端短锥面的同轴度，在粗车及精车时均以中心孔为基准，体现基准统一。2）大小端锥孔加工出后，精基准则选大小端锥面，配以锥套心轴定位，确保锥孔与各外圆的同轴度。3）支承锥面，配合轴颈加工后，考虑到装夹方便，以配合轴颈为精基准，加工莫氏锥孔，保证同轴度要求。3.3拟订工艺过程：3.3.1选择表面加工方法：轴类、套类和盘类零件是具有外圆表面的典型零件。外圆表面常用的机械加工方法有车削、磨削和各种光整加工方法。车削加工是外圆表面最经济有效的加工方法，但就其经济精度来说，一般适于作为外圆表面粗加工和半精加工方法；磨削加工是外圆表面主要精加工方法，特别适用于各种高硬度和淬火后的零件精加工；光整加工是精加工后进行的超精密加工方法（如滚压、抛光、研磨等），适用于某些精度和表面质量要求很高的零件。由于各种加工方法所能达到的经济加工精度、表面粗糙度、生产率和生产成本各不相同，因此必须根据具体情况，选用合理的加工方法，从而加工出满足零件图纸上要求的合格零件（附表3-2外圆表面各种加工方案和经济加工精度）。表3-2外圆表面各种加工方案和经济加工精度序号加工方法经济精度 （公差等级）经济粗糙度 （Ra值/ m ）适用范围1粗车IT13-IT1150-12.5适用于淬火钢以外的各种金属2粗车 -半精车IT10-IT86.3-3.23粗车 -半精车-精车IT8-IT71.6-0.84车 -半精车-精车-滚压IT8-IT70.2-0.0255粗车 -半精车-磨削IT8-IT70.8-0.4主要用于淬火钢，也可用于未淬火钢，但不适用于有色金属6粗车 -半精车-粗磨-精磨IT7-IT60.4-0.17粗车-半精车-粗磨-精磨-超精加工（或轮式超精磨）IT50.1-0.012 （或Rz 0.1）8粗车 -半精车-精车-精细车（金刚车）IT7-IT60.4-0.025主要用于要求较高的有色金属9粗车 -半精车-粗磨-精磨-超精磨（或镜面磨）IT5以上0.025-0.006（或 Rz 0.1）极高精度的外圆加工10粗车 -半精车-粗磨-精磨-研磨IT5以上0.12 （或 Rz 0.1）根据第一章有关表格及机械加工工艺手册，选择各表面加工方法如下：两处支承轴颈： 粗车（IT11）半精车（IT9）粗磨（IT7）精磨（锥面在精磨中磨出）配合轴颈： 粗车（IT11）半精车（IT9）粗磨（IT7）精磨（IT5）6号莫氏锥孔： 钻孔半精车粗磨精磨轴端短锥面： 粗车（IT11）半精车粗磨精磨螺纹面： 粗车（IT11）半精车（IT9）精车螺纹非配合表面： 粗车半精车轴端法兰面上的沉孔： 钻孔忽孔花键面： 粗铣精铣。3.3.2加工工步设计：1）加工准备阶段：购买毛坯2）粗加工阶段：这个阶段可以用大的切削用量切除大部分的余粮，将毛坯加工至接近图纸要求的形状，只留下少量加工余量经后续工序，同时，安排调质处理，使工件机械性能满足使用要求。3）半精加工阶段：在这个阶段主要为精加工做好准备，对于要求低的表面可以达到图纸要求，（如主轴的深孔加工，法兰连接孔的加工等）。4）精加工阶段：在这个加工阶段，所有表面都要加工到图纸规定的要求，完成整个零件的加工任务。3.3.3数控加工工艺过程（列表）：序号工序名称工序内容1粗车粗车39，粗车53.52平端面打中心孔平端面1720.5打中心孔保持60为83平总长钻深孔平总长为2681.0 钻深孔10862.04精车各部分外径精车各部分尺寸5滚压油槽滚压油槽切深0.86粗磨外径粗磨外径37.30.037钻油孔钻34油孔8车螺旋车M221.5的螺纹9铣键槽铣键槽10磨定位外径粗磨25.2+0.02至尺寸29.30.02至尺寸230.5为止11滚花键滚20牙花键12插花键插28牙花键毛坯加紧时，被加工的外径跳动不大于0.03，公法线长度13.4713.44卡齿数5，花键分度圆跳动不大于0.03513滚一挡齿轮1. 滚齿 2. 去齿部毛刺装夹时 390.2外径跳动允差0.025，滚刀必须碰到倒挡齿轮为止，剃前工法县长度12.600.03 跨齿数（2）, 齿形误差Ff0.014 , 齿圈跳动Pr0.036, 齿向误差FB0.016.14滚二档齿轮1. 滚齿，齿坯 2. 去齿部毛刺装夹后跳动不大于0.025，剃前公法线长16.5000.03跨齿数（3）齿形误差Ff 0.014 齿圈跳动Pr0.036 齿向误差FB0.01415插倒挡轮1. 插倒 挡齿 2. 去齿部毛刺装夹后工件外径跳动0.035，剃前公法线长度9.840.03跨齿数2 ，齿形误差Ff 0.022，齿圈跳动Pr0.045齿向误差FB0.01816倒倒挡齿角1. 倒倒挡齿角 2. 去倒角毛刺工件跳动允差0.05，倒角对称度0.317剃一挡齿轮装夹时注意 深孔在车头方向，剃一挡齿与标准轮齿合接触面全长60%，高度45%以上，齿形误差Ff 0.08，齿圈跳动PR0.025，齿向误差FB0.00718剃道挡齿1.公法线长度9.8110.033 跨齿数（2），齿形误差Ff0.011，齿圈跳动Pr0.045，齿向误差FB0.011，倒锥152.与标准轮啮合接触面全长50%以上，高度40%以上19剃二档齿公法线长16.4310.023 跨齿数3，齿形误差Ff0.008，齿圈跳动Pr0.025，齿向误差FB0.007，与标准面啮合接触面全长60%，高度45%以上20渗碳，淬火1.渗碳、淬火， 2.抛光 3.清洗 4.研磨中心孔21校直校直至0.03以下22磨37外径1.两顶针夹持 2.磨37-0.04 -0.08 至尺寸，靠平面保持台厚27.50.123磨28牙外径磨29-0.04 -0.055 至尺寸，靠平面保持台厚27.50.01524磨35外径磨35+0.002 +0.011 至尺寸，靠平面保持台厚27.50.0125磨25外径1.磨25+0.017 +0.002 至尺寸，靠一挡轮平面保持尺寸762.磨25-0.020 -0.05526磨21外径磨21外径，磨21-0.01 -0.30 至尺寸27对啮1.检查啮合，噪音是否正常2.打磨磕碰毛刺 3看接触输入轴二档轮，按高度45%，按长度60%轮1701131输入轴倒挡轮，按高度40%，按长度50%相配齿轮1701082输入轴一挡轮，按高度45%，按长度60%相配齿轮17011113.3.4确定机械加工余量、工序尺寸及公差：工序工序内容基本尺寸端面余量长度偏差2平端片1720.52.00.400.463平总长2681.02.00.520.63工序工序内容基本尺寸直径余量直径偏差1粗车392.20.250.396粗磨外径37.30.030.250.1000.1610磨定位外径25.2+0.020.300.033-0.05229.30.020.300.0330.052230 -0.50.300.0330.05222磨37外径37-0.04 -0.080.400.1000.16023磨28牙外径29-0.04 -0.050.30.0840.13024磨3535+0.02 +0.0170.40.1000.16025磨25外径25+0.017 +0.0020.30.0840.13026磨21外径21-0.01 -0.030.30.0840.13四、数控加工设备及夹具4.1数控设备：该零件所用的加工设备是沈阳第一机床厂生产的CAK系列（CAK5085di）数控车床，该机床是一种经济、实用的数控加工机床，产品结构成熟，性能质量稳定可靠，广泛地应用于汽车、五金、机械、石油军、工等多种行业的机械加工，是国内第一个用户评选出来的名牌产品。1）该机床功能全面系能稳定，可以实现轴类、盘类的内外表面，锥面、圆弧、螺纹、镗孔、铰孔加工，也可以实现非圆曲线加工。（CAK5085di数控车床如图4-1所示） 型号：CAK5085di 规格：500*850mm 重量：2300kg主轴的转数范围：40-1800r/min 数控系统：FANUC 0i-Mate TC系统图4-1CAK5085di数控车床表4-1主要技术参数主要技术参数参 数床身上回转直径500mm工作台上回转直径250mm两顶尖距离850mm主轴孔锥度1:20主轴端部结构C8主轴转速401800(1300)r/min主轴孔径72卡盘规格250mm纵向行程750mm横向行程250mm车刀规格2525mm尾座套筒行程128mm尾座套筒锥度MT5快速移动速度X:6 m/min Z:6 m/min最小设定单位0.001mm重复定位精度X：0.012mm Z:0.016mm精车圆度/圆柱度0.005，0.03/300mm进给电机扭矩X：6N.m Z:7.5N.m电机功率7.5kW净重/毛重2130/2300kg外形尺寸265013001680mm2）夹具的说明：使用的卡盘是三爪自定心卡盘，因为三爪卡盘夹紧力小，夹持工具时一般不需要找正，装夹速度快。4.2刀具的应用：该零件为大批量生产，应尽量采用高效率机床，粗车、半精车可采用自定心卡盘及尾座顶尖，床加工工序均采用硬质合金车刀，粗加工、半精加工可选用通用量具。序号工序名称工艺设备加工设备1粗车车床2平端面，打中心孔车床3平总长，占深孔车床4精车各部外径数控车床5滚压，油槽油槽，滚压力1701010车床6粗磨外径外元滚床7占油孔4钻头方钻8车螺纹M221.5-69环规车床9铣槽805铣刀片铣床10磨定位外径外元磨床11滚20牙花键M130滚刀滚齿机12插28牙花键M130插齿刀插齿机13滚一挡齿轮M2.520左旋滚刀滚齿机14滚二挡齿轮M2170.78专用滚刀滚齿机15插倒挡轮M220插齿刀插齿机16倒倒挡齿角倒角机17剃一挡齿M2.5200.545右旋剃剃齿机18剃倒挡齿剃齿机19剃二挡齿剃齿机20渗碳，淬火梅花硬质合金顶针21校直螺旋压力机22磨37外径外元磨床23磨28牙外径外元磨床24磨35外径外元磨床25磨27外径外元磨床26磨27外径外元磨床27对啮卧式对齿机五、专用夹具设计：机床夹具之所以能够在生产中得到广泛作用，原因与它在生产中所起的重要作用分不开的，主要作用可归纳如下：1）.提高劳动生产率。2）.保证工件的加工精度。稳定整批工件的加工质量。3）.改善工人劳动条件。4）.降低对操作工人的技术等级要求。本套夹具有三大部分组成：1.定位装置两个V形块、一个定位螺钉2.夹具体选用45号钢（具体参数参照图纸）3.夹紧装置：选用铰链杠杆夹紧机 机构具有较大的夹紧力，并可以利用弹性缓冲垫圈在一定范围内调节。这种夹紧机构制造简单，可以作为专用件在组合夹具中作为可拆装件。铰链杠杆夹紧机原理：夹紧机构由叉形杠杆1 与杠杆2组成，杠杆2可以绕底座上的固定轴旋转，杠杆1和杠杆2 是通过两个铰链板3做铰链连接，夹紧螺栓4和压块连接在杠杆2上，当逆时针方向回转叉形杠杆1时 便夹紧工件。由于铰链杠杆夹紧机构不能自锁，在夹紧状态时，中心轴6必须和轴7、轴8成一直线，这时杠杆1到达杠杆2的挡块9上，这样在加工时，夹紧机构才能稳定在可靠的位置上。当松开工件时，叉形杠杆1绕顺时针方向旋转到靠紧支座为止，这时杠杆2则转了90，使装卸工件很方便。夹紧力：W=QL2L1Sina=150Nm 夹紧力与手柄长度成正比例，