毕业设计（论文）-花键轴加工工艺及编程（全套图纸）.pdf

花键轴的工艺设计与编程花键轴的工艺设计与编程 姓 名： 班 级： 专 业：机械制造与设计 教 学 系： 机电系 指 导 老 师： 目 录 摘 要 第第 1 章章 前言前言 - 第第 2 章章 花键轴的结构工艺性分析花键轴的结构工艺性分析 - 2.1 零件的作用 - 2.2 零件的结构特点分析 - 2.3 零件的主要加工表面 - 7 2.4 零件加工工艺分析- 第第 3 章章 工艺规程设计工艺规程设计 - 3.1 零件毛坯的选择及制造形式的确定 3.2 定位基准的选择 3.2.1 粗基准的选择 3.2.2 精基准的选择 3.3 制定工艺路线 3.3.1 工艺路线 3.3.2 确定各表面的加工方案 3.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 3.5 加工机床、刀具的选择 3.5.1 机床的选择 3.5.2 刀具的选择 3.6 确定切削用量及基本工时 第第 4 章章 零件的编程零件的编程 - 第第 5 章章 结束语结束语- 参考文献- 附 录 1、花键轴的零件图 2、花键轴的毛坯图 3、花键轴的工艺过程卡片 4、花键轴的加工工序卡 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 摘要摘要 本文首先对花键轴的零件进行分析， 通过对花键轴进行的研究和 分析，描述了它的毛坯制造形式、机械加工余量、基准选择、工序尺 寸和毛坯尺寸的确定，以及切削用量和工时的计算等相关内容。为了 提高劳动生产率，降低劳动强度，保证加工质量，与指导老协商后， 觉得用编程比较合适。 在这次毕业设计中，根据课题所给的零件图、技术要求，通过查 阅相关资料和书籍， 了解和掌握了的机械加工工艺和编程的一般方法 和步骤， 并运用这些方法和步骤进行了花键轴的机械加工工艺规程与 编程设计。整个设计的指导思想“简便、高效、经济”。力求生产处 符合要求的产品。 关键词关键词：工艺 编程 花键轴 数控机床 第第1章章 前前 言言 本文首先对花键轴的零件进行分析， 通过对花键轴进行的研究和 分析，描述了它的毛坯制造形式、机械加工余量、基准选择、工序尺 寸和毛坯尺寸的确定，以及切削用量和工时的计算等相关内容。为了 提高劳动生产率，降低劳动强度，保证加工质量，与指导老协商后， 觉得用编程比较合适。 在这次毕业设计中，根据课题所给的零件图、技术要求，通过查 阅相关资料和书籍， 了解和掌握了的机械加工工艺和编程的一般方法 和步骤， 并运用这些方法和步骤进行了花键轴的机械加工工艺规程与 编程设计。整个设计的指导思想“简便、高效、经济”。力求生产处 符合要求的产品。 第第 2 章章 花键轴的结构工艺性分析花键轴的结构工艺性分析 2.1 零件的作用零件的作用 轴是由轴颈支承在机器的支架或箱体上，实现运动和动力的传 递。主要用于支承齿轮、带轮等传动零件及传动运动和扭矩，其结构 组成中具有许多外圆、退刀槽、和键槽等。轴是穿在轴承中间或车轮 中间或齿轮中间的圆柱形物件。 花键轴的零件图 2.2 零件的结构特点分析零件的结构特点分析 轴类零件按其结构特点可分为简单轴、阶梯轴、空心轴和异形轴 4 大 类。 2.3 零件的主要技术要求零件的主要技术要求 （1）尺寸精度和形状精度 （2）位置精度 （3）表面粗糙度 2.4 零件加工工艺性分析零件加工工艺性分析 该零件属于轴类零件，它的主要表面需要加工，主要表面的精度 等级和表面粗糙度如下： （1） 15. 0 2 . 0 40 、 021. 0 0 30、 008 . 0 005 . 0 20+ 三个外圆表面粗糙度均为mRa2 . 3=， 精度等级为8IT。 （2） 0 016 . 0 45外圆表面粗糙度为mRa8 . 0=，精度等级为7IT。 （3） 13 . 0 0 28+内孔表面粗糙度为mRa3 . 6=，精度等级为10IT。 第第3章章 工艺规程设计工艺规程设计 机械加工工艺规程是指在一定的加工条件下，确定一种较为合理 的加工工艺， 并将它以表格形式的技术文件呈现来指导生产的一类文 件，同时也是规定零件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件。 机械加工工艺过程的基本单元是工序。工序是由安装、工位、工步及 走刀组成。 生产过程就是指将原材料转变为成品的全过程。包括原材料的运 输、保管和准备、产品技术、生产准备、毛坯制造、零件的机械加工 和材料热处理，部件和产品的装配、检验与调试、油漆包装、以及产 品的销售和售后服务等等。 3.1 零件毛坯的选择及制造形式的确定零件毛坯的选择及制造形式的确定 毛坯的选择不仅影响毛坯的制造工艺步骤，而且也与零件的机械 加工工艺和加工质量密切相关。正确选择合适的毛坯，对零件的加工 质量材料消耗和加工工时都有很大的影响。 如果当毛坯的尺寸与零件 图尺寸相近时，则就提高了工作效率，但是毛坯制造的成本就越高， 所以选择合适的毛坯需要毛坯制造和机械加工两方面的工艺人员密 切配合，合理地确定毛坯的种类、结构形状，并绘出毛坯图。 花键轴的毛坯图 由于花键轴的零件结构比较简单，所以此次采用锻件的毛坯。花键轴 在工作中承受传递的作用，要求具有很高的强度。因此，该花键轴采 用 40Cr。 3.2 定位基准的选择定位基准的选择 定位基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。定位基准的 选择是否正确关系到零件加工的好坏， 甚至有可能导致所加工零件大 量损坏，导致生产加工无法继续，将严重损害企业利益。定位基准的 正确选择还可以保证加工质量，提高生产效率。定位基准有粗基准和 精基准之分。在工件加工的第一道工序中，只能用毛坯上未曾加工过 的表面作为定位基准，则该表面称为粗基准。在以后的加工工序中， 则使用加工过的表面作为定位基准，则该表面称为精基准。 3.2.1 粗基准的选择粗基准的选择 粗基准选择时，应重点考虑两个问题：一是保证主要加工面 有足够而均匀的加工余量和各待加工表面有足够的加工余量； 二 是保证加工面与不加工面之间的位置精度。 其选择原则为： 1） 为了保证加工面与不加工面之间的位置要求，应选不 加工面为粗基准 2） 合理分配个加工面的加工余量 a 、为了保证各加工 面都有足够的加工余量，应选择毛坯余量最小的面为粗基准。b、 为了保证重要加工表面的加工余量均匀， 应选重要加工面为粗基 准。c、粗基准的选择应使工件上各加工表面总的金属切除量最 小。 3） 粗基准应避免重复使用，在同一尺寸方向上通常只使 用一次 4） 选作粗基准的表面应光洁，要避开锻造、飞边和铸造 浇冒口、分型面、毛刺等缺陷，以保证定位准确，加紧可靠。当 使用夹具装夹时，选择的粗基准面最好使夹具结构简单，操作方 便。 综上所述，在起始工序中，只能选择未经加工的毛坯表面作 为定位基准，所以对于一般的轴类零件来说，以外圆作为粗基准 是完全合理的。 先以外圆作为粗基准， 加工两个端面， 钻中心孔， 粗车 5 个外圆台阶面。 3.2.2 精基准的选择精基准的选择 精基准的选择，重点是考虑如何减小工件的定位误差，保证工件 的加工精度，同时也要考虑工件的装夹方便可靠，夹具结构简单，使 零件的制造较为经济、容易。 其选择原则为： 1） 基准重合原则 以设计基准作为定位基准。 2） 基准统一原则 加工过程中采用统一的定位基准，这样做可 以简化工艺规程的制定工作，减小夹具设计，制造量和成本，缩短生 产准备周期。由于减少了基准转换，便于保证各加工表面的相互位置 精度。基准重合和基准统一原则是选择精基准的两个重要原则。但有 时两者相互矛盾，必须处理好。当遇有尺寸精度较高的表面时，应以 基准重合为主，以免给加工带来困难，这时不宜做到基准统一原则， 除此之外，均应考虑基准统一原则。 3） 自为基准原则 当加工余量小而均匀时选择加工表面本身作 为定位基准 4） 互为基准原则 用于两个有相互位置要求的表面， 采用反复加 工，相互作为基准。 3.3 制定工艺路线制定工艺路线 制订工艺路线的目的应该是使零件的几何形状、位置精度、尺寸 精度等技术要求能得到合理的保证。 在生产纲领已经确定是大批生产 的条件下，我们可以考虑采用万能性的机床并配备有专用夹具，尽量 使工序集中以提高生产率。但是除此以外，还应当考虑到经济效果， 最大可能的使生产成本下降。 根据先面后孔、先主后次和先粗后精的基本原则，将外圆表面先 加工来作为基准面，按基准面画出各主要加工部位的中心线，然后车 左端主轴的各端面， 铣各槽， 钻孔、 划线等次要表面放在最后来加工。 因为该零件工序安排较为清晰明确，所以无需安排两种不同的工 序进行分析与比较。由于考虑到该零件本身的加工精度要求比较高， 需要进行精加工才能够满足其要求， 所以相对来说工序步骤也就多一 些。 3.3.1 工艺路线工艺路线 工序 1 粗车外圆mm 008 . 0 005 . 0 20+ 处至mm25 粗车外圆mm 0 021 . 0 30处至mm35 粗车外圆mm 1 . 0 2 . 0 40 处至mm45 粗车外圆mm 0 016. 0 45处至mm50 粗车内孔mm 12 . 0 0 08.28 + 处至mm25，长度mm50 工序 2 220-270HB 工序 3 右端平面车出 车外圆 2 . 40mm长28mm、mm 15. 0 2 . 0 40 、mm 03 . 0 0 2 . 45 + 车槽 0 25. 0 14 . 0 0 5 . 377 . 1 + ，保持尺寸mm 25 . 0 10 . 0 12+ + ，外圆倒角5 . 1C 车孔mm 13 . 0 0 28+，扩孔1632，孔口倒角5 . 2C 孔底钻中心孔 A2 车左端平面，控制尺寸 260，研磨左端中心孔 夹外圆 2 . 40mm， 顶左端， 中间30mm车至尺寸，2R至 尺寸 mm 0 021 . 0 30放余量mm3 . 0，长mm40 mm 008 . 0 005 . 0 20+ 放余量mm3 . 0，外圆倒角 C1.5 工序 4 软氮化 工序 5 以外圆mm 03 . 0 0 2 . 45 + 定位，插内花键 插去齿 工序 6 铣55 . 2R半圆键 以内花键定位，铣平键槽 15 . 0 05. 0 62 . 0 0 036 . 0 0 253010 + + 以内花键定位，校正30左端面，钻 12. 0 0 5+孔 槽口，孔口去毛刺 工序 7 磨外圆mm 008 . 0 005 . 0 20+ 、mm 0 021 . 0 30、mm 011 . 0 005 . 0 40+ 、mm 0 016. 0 45， 涂油保护 工序 8 按图纸要求，检验零件 工序 9 包装入库 3.3.2 确定各表面的加工方案确定各表面的加工方案 花键轴的加工面有外圆、内孔、端面、槽及小孔等，材料为 50 圆钢 40Cr。以公差等级和表面粗糙度要求，查阅工艺手册中零件表 面加工方法、加工经济精度与表面粗糙度相关内容，其加工方法选择 如下： 1.端面的加工 零件右端面没有粗糙度要求，粗车就可达到要求。 2.外圆的加工 外圆mm20、mm30和mm40。表面粗糙度为mRa2 . 3=，其公 差等级8IT，需进行粗车及半精车。 外圆mm45。表面粗糙度为mRa8 . 0=，其公差等级7IT，需进 行粗车、半精车及磨削。 3.内孔的加工 内孔mm 8 . 20。表面粗糙度要求为mRa3 . 6=，其公差等级 10IT，需进行钻及扩。 4.槽的加工 槽宽和槽深的表面粗糙度要求为mRa2 . 3=和mRa3 . 6=，其公 差等级分别为13IT和14IT，需进行粗铣及半精铣。 半圆槽55 . 2R和平键槽253010，都只需粗铣。 5.孔的加工 mm5小孔，采用复合钻头一次钻出即成。 3.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 锻件的公差及机械加工余量按 GB/T12362-2003 确定。要确定毛 坯的尺寸公差及机械加工余量，应先确定一下因素。 （1）锻件公差等级。通过零件的功用和技术要求，确定锻件公 差为普通级。 （2）锻件质量 f m。根据零件成品质量kg36 . 1 ，估算kgmf2 . 2=。 （3）锻件形状复杂系数 S。 该锻件为圆形，假设他最大直径mm50，长mm265，可计算 出锻件外轮廓包容体质量 n m： kgmn082 . 4 1085 . 7 26550 62 4 = n f m m S = 539 . 0 082 . 4 2 . 2 =S 查工艺手册中锻件形状复杂系数 S 分级表，0.539 介于 0.32 和 0.63 之间，所以该零件的形状复杂系数是 2 S级。 （4）锻件材质系数 M。该零件材料为 45 钢，是碳的质量分数小于 0.65的碳素钢，查手册可知锻件的材质系数是 1 M级。 1）mm 1 . 0 2 . 0 40 的外圆 工序名称 工序加工余量 工序加工经济精度 工序尺寸及公差 半精车 5 . 1 9IT 1 . 0 2 . 0 40 粗车 5 . 3 12IT 5 . 41 毛坯 5 45 2）mm 0 016. 0 45 的外圆 工序名称 工序加工余量 工序加工经济精度 工序尺寸及公差 磨削 0.2 IT7 0 016 . 0 45 半精车 1.8 IT9 2 . 45 粗车 3 IT12 47 毛坯 5 50 3）mm 0 021 . 0 30 的外圆 工序名称 工序加工余量 工序加工经济精度 工序尺寸及公差 半精车 1.5 IT9 0 021 . 0 30 粗车 3.5 IT12 5 . 31 毛坯 5 35 4）mm 008 . 0 005 . 0 20+ 的外圆 工序名称 工序加工余量 工序加工经济精度 工序尺寸及公差 半精车 1.5 IT9 粗车 3.5 IT12 毛坯 5 5）mm 13 . 0 0 08.28 + 的内孔 工序名称 工序加工余量 工序加工经济精度 工序尺寸及公差 扩 1.5 13 . 0 0 08.28 + 钻 3.5 毛坯 5 6）加工mm30 外圆 由于粗糙度没有要求。粗车即可满足要求。 粗车mm30，mmZ5 . 12= 3.5 机床、刀具的选择及工艺装备的确定机床、刀具的选择及工艺装备的确定 3.5.1 机床的选择机床的选择 根据不同的工序选择机床，相关内容工艺手册中常用金属切 削机床的技术参数部分。 （1）工序 1、3 是粗车和半精车。各工序的工步数差不多，成批生产 不需要很高的生产率，故选用卧式车床就能满足要求。花键轴外轮廓 尺寸不大，精度要求不是很高，选用最常用的 C620-1 型卧式车床即 可。 （2）工序 5 是插内花键。从加工要求及尺寸大小考虑，选 （3）工序 6 是用三面刃铣刀粗铣键槽。应选卧式铣床。考虑花键轴 属成批生产，所选机床适用范围较广为宜，选常用的 X62 型铣床能满 足加工要求。 （4）工序 6 是钻小孔。可采用专用的分度夹具在立式钻床上加工， 故选 Z525 型立式钻床。 （5）工序 7 是磨削。应选 3.5.2 刀具的选择刀具的选择 根据不同的工序选择刀具。 （1）在车床上加工的工序，一般都选用硬质合金车刀和镗刀。为 了提高生产率及经济性，应选用可转位车刀。切槽刀宜选用高速钢 （2）铣刀选镶齿三面刃铣刀。 （3）钻小孔，由于带有 90的倒角，可采用复合钻一次钻出。 3.6 工序一切削用量及基本工时的确定工序一切削用量及基本工时的确定 切削用量包括背吃刀量 p a、进给量f和切削速度v。确定顺序是 先确定 p a、f，再确定v。 3.6.1 切削用量计算切削用量计算 已知加工材料为 40Cr 钢，锻件，有外皮，机床为 CK6140 型数控车床，工 件装卡在三爪自定心卡盘中。 （1）外圆mm 008 . 0 005 . 0 20+ 粗车。 1）确定背吃刀量 p a 。由于粗加工单边余量为 1.75mm 可在一次走刀内完成， 故 mmap75 . 1 = 2 ） 确 定 进 给 量 f 。 根 据 查 切 削 用 量 简 明 手 册 得 ， 刀 杆 尺 寸 为 mmmmHB2516=，mmap3以及工件直径为mmmm 4020时 rmmf/7 . 04 . 0= 按 CK6140 车床说明书选择 rmmf/55 . 0 = 确定的进给量尚需满足车床进给机构强度的要求，故需进行校验。 根据 CK6140 车床说明书，其进给机构允许的进给力NF3530 max =。 当钢的强度MPa b 810680=，mmap4，rmmf/75 . 0 ，= = 45 r k， min/65mvc=（预计）时，进给力为NFf1820=。 切削时 f F 的修正系数为0 . 1= voFf k，0 . 1= sFf k，11 . 1 = krFf k故实际进给力为 NNFf202011 . 1 1820= 由 于 切 削 时 的 进 给 力 小 于 车 床 进 给 机 构 允 许 的 进 给 力 ， 故 选 rmmf/55 . 0 =的进给量可用。 3）确定切削速度 c v 当用15YT硬质合金车刀加工MPa b 700630=钢料，mmap3， rmmf/54 . 0 ，切削速度min/109mvt= 4）选择车刀磨钝标准以及刀具寿命 根据查切削用量简明手册得，车刀后刀面最大磨损量取为 1.4mm，因为 车刀的材料为硬质合金，所以车刀的寿命 T=60min。 5）确定车削速度 c v 和每分钟进给量 f v 根据切削用量简明手册表 1.27 与 1.28 中公式计算： 1000 0n d vc = =8.88m/min； 1000 30075 3.6.2 基本工时计算基本工时计算 根据一下公式，可得： 机动T = min;333 . 0 109*55 . 0 /20 * = nf L 3.7 工序二切削用量及基本工时的确定工序二切削用量及基本工时的确定 3.7.1 切削用量计算切削用量计算 本工序为半精车 外圆45,30,20 ，已知加工材料为 40Cr 钢，锻件，有外皮， 机床为 CK6140 型数控车床，工件装卡在三爪自定心卡盘中。 （1）外圆 mm 008 . 0 005 . 0 20+ 半精车。 1）确定背吃刀量 p a 。由于半精加工单边余量为 1.3mm 可在一次走刀内完成， 故 mm p a75 . 0 = 2 ） 确 定 进 给 量 f 。 根 据 查 切 削 用 量 简 明 手 册 得 ， 刀 杆 尺 寸 为 mmmmHB2516=，mmap3以及工件直径为mmmm4020时 rmmf/5 . 02 . 0= 按 CK6140 车床说明书选择 rmmf/3 . 0= 确定的进给量尚需满足车床进给机构强度的要求，故需进行校验。 根据 CK6140 车床说明书，其进给机构允许的进给力NF3530 max =。 当钢的强度MPa b 810680=，mmap4，rmmf/75 . 0 ，= = 45 r k， min/65mvc=（预计）时，进给力为NFf1820=。 切削时 f F 的修正系数为0 . 1= voFf k，0 . 1= sFf k，11 . 1 = krFf k故实际进给力为 NNFf202011 . 1 1820= 由 于 切 削 时 的 进 给 力 小 于 车 床 进 给 机 构 允 许 的 进 给 力 ， 故 选 rmmf/55 . 0 =的进给量可用。 3）确定切削速度 c v 当用15YT硬质合金车刀加工MPa b 700630=钢料，mmap3， rmmf/54 . 0 ，切削速度min/109mvt= 4）选择车刀磨钝标准以及刀具寿命 根据查切削用量简明手册得，车刀后刀面最大磨损量取为 1.4mm，因为 车刀的材料为硬质合金，所以车刀的寿命 T=60min。 5）确定车削速度 c v 和每分钟进给量 f v 根据切削用量简明手册表 1.27 与 1.28 中公式计算： 1000 0n d vc = =8.88m/min； 1000 30075 3.7.2 基本工时计算基本工时计算 根据一下公式，可得： 机动T = min;23 . 0 109*35 . 0 /20 * = nf L 3.8 工序三切削用量及基本工时的确定工序三切削用量及基本工时的确定 3.8.1 切削用量计算切削用量计算 本工序为粗车、半精车 32 内孔以及插内花键工序，已知加工材料为 40Cr 钢， 锻件， 有外皮，机床为 CK6140 型数控车床，工件装卡在三爪自定心卡盘中。 （1）内圆 mm 5 . 0 5 . 0 32+ 粗车、半精车。 1）确定背吃刀量 p a 。由于半精加工单边余量为 1.3mm 可在一次走刀内完成， 故 mm p a75. 0= 2 ） 确 定 进 给 量 f 。 根 据 查 切 削 用 量 简 明 手 册 得 ， 刀 杆 尺 寸 为 mmmmHB2516=，mmap3以及工件直径为 mmmm4020 时 rmmf/4 . 02 . 0= 按 CK6140 车床说明书选择 rmmf/3 . 0= 确定的进给量尚需满足车床进给机构强度的要求，故需进行校验。 根据 CK6140 车床说明书，其进给机构允许的进给力NF3530 max =。 当钢的强度MPa b 810680=，mmap4，rmmf/75 . 0 ，= = 45 r k， min/65mvc=（预计）时，进给力为NFf1820=。 切削时 f F 的修正系数为0 . 1= voFf k，0 . 1= sFf k，11 . 1 = krFf k故实际进给力为 NNFf202011 . 1 1820= 由 于 切 削 时 的 进 给 力 小 于 车 床 进 给 机 构 允 许 的 进 给 力 ， 故 选 rmmf/55 . 0 =的进给量可用。 3）确定切削速度 c v 当 用15YT硬 质 合 金车 刀 加 工MPa b 700630=钢 料 ，mmap3， rmmf/54 . 0 ，切削速度min/109mvt= 4）选择车刀磨钝标准以及刀具寿命 根据查切削用量简明手册得，车刀后刀面最大磨损量取为 1.4mm，因为 车刀的材料为硬质合金，所以车刀的寿命 T=60min。 5）确定车削速度 c v 和每分钟进给量 f v 根据切削用量简明手册表 1.27 与 1.28 中公式计算： 1000 0n d vc = =8.88m/min； 1000 30075 3.8.2 基本工时计算基本工时计算 根据一下公式，可得： 机动T = min;6 . 0109*3 . 0/20 * = nf L 3.8.3 切削用量计算切削用量计算 本工序为用插床插内花键工序，已知内花键深度 33，确定的进给量尚需满 足插床进给机构强度的要求，故需进行校验。 根据 B5032 插床说明书，其进给机构允许的进给力 NF6000 max = 。 切削深度 p a： mm p a3= 进给量f： 根据切削深度 mmap3=， 再参照实用机械工艺简明手册中表 2.4-66。 因此确定进给量rmmf/4 . 0=; 切 削 速 度V： 参 照 实 用 机 械 工 艺 简 明 手 册 中 表 2.4-66 ， 取 min/21/35. 0ms