变速器小轴加工工艺及铣花键夹设计

1 南 阳 理 工 学 院 本科生 毕业设计 （论文） 学院（系）： 机械电子工程系 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 生： 支计韬 学 号： 21407060 指导教师： 吴希让（副教授） 完成日期 2009 年 6 月 2 南阳理工学院本科生毕业设计（论文） 变速器小轴加工工艺及铣花键夹设计 Transmission of Small-axis Milling Process And Fixture Design Spline 总计： 毕业设计（论文） 32页 表格： 6 个 插图 ： 13 幅 3 目 录 1 前言 . 1 1.1本次设计的目的意义 . 1 1.2 设计内容 . 1 1.3铣花键夹具设计目的 . 1 2 对变速器小轴的分析 . 1 2.1 变速器小轴的作用 . 1 2.2 变速器小轴工艺性分析 . 2 2.3 确定毛坯小轴、画阶梯小轴毛坯 零件合图 . 2 2.3.1 确定毛坯的制造形式 . 2 2.3.2 确定各表面的加工余量 . 2 2.3.3 主要毛坯尺寸与公差 . 3 2.3.4 小轴毛坯 零件合图 . 3 3 工艺规程设计 . 3 3.1 定位基准的选择 . 3 3.2 制定工艺路线 . 4 3.2.1 加工方法的选择 . 4 3.2.2 工艺过程的设计 . 4 3.2.3 最终工艺过程的确定 . 5 3.3 选择加工设备及刀具、夹具、量具 . 6 3.4 时间定额的计算 . 6 3.4.1 铣花键的时间定额 . 6 3.4.2 铣键槽的时间定额 . 7 3.5 定位误差的计算 . 8 3.5.1 工 序基准和定位基准不重合误差的计算 . 8 3.5.2 基准位移误差 . 8 3.5.3工序基准在定位基面上的误差计算 . 9 3.6 键槽尺寸链的计算 . 9 3.6.1 键槽的加工顺序 . 9 3.6.2 确定工序尺寸 x及其公差 . 9 3.7 切削用量的选择 . 10 3.7.1 选择刀具的几何参数 . 10 3.7.2 选择切削用量 . 10 4 4 铣花键夹具设计 . 13 4.1 确定设计方案 . 14 4.2 确定夹具的结构方案，绘制结构草图 . 14 4.3 审查方案与改进设计 . 15 4.4 夹具的精度分析 . 15 4.5 定位误差计算及夹具中小轴的强度校核计算 . 16 4.6 夹具体零件的设计 . 17 4.6.1 夹具体底座的设计 . 17 4.6.2 夹具体支撑架的设计 . 17 4.6.3 分度装置的设计 . 18 4.7 铣花键的对刀 . 18 4.8 加紧机构设计 . 19 4.9 操作夹具动作说明 . 19 5 设计心得体会 . 19 结论及尚存在的问题 . 20 参考文献 . 21 附录 . 21 致谢 . 26 5 变速器小轴加工工艺及铣花键夹具设计 机械设计制造及其自动化专业 支计韬 摘要 ： 本文对变速器小轴零件的加工工艺规程设计及铣花键的专用夹具设计进行了说明。 针 对 变速器小轴 零件的结构特点和技术要求，本文为其设计了合理的机械加工工艺过程，填写了相关机械加工工艺文件，并根据实际需要为 变速器小轴 零件上的花键加工设计了经济实用的专用夹具，且绘出了 变速器小轴 零件的毛坯零件合图和 铣花键 夹具的装配图以及夹具零件图等全部图纸。在设计过程中对各种相关资料进行查阅。本课题在设计过程中利用了所学理论知识，并结合生产实际 ,适用于 中小批量加工 。 关键词 ： 变速器小轴； 加工工艺； 铣花键 夹具； 工时定额 Transmission of Small-axis Milling Process And Fixture Design Spline Design and Manufacture of Machinery and Automation Zhi Ji-tao Abstract： In this paper, A small transmission shaft machining process planning design and dedicated spline milling fixture design were described. To transmission shaft parts for small structural characteristics and technical requirements, A reasonable process of the machining process was designed by this paper. This article was filled the relevant documents in the machining process. It was designed process of economic and practical special fixture for the transmission of small parts on the shaft spline basing on we actual needs. A small map of the transmission axis of the rough parts and milling parts Graph spline assembly jig and fixture parts drawing plans, and all other drawings were protracted. All relevant information was refered during the design process. This issue applicabled to a small and medium-sized batch processing. We have been used the theory of knowledge and combined with the production of practical during the design process. Key words： Small transmission shaft； Processing Technology； Spline milling fixture Fixed working hours 6 1 前言 1.1 本次设计的目的意义 本题目要求根据变速器小轴零件的结构特点和技术要求，为其设计合理的工艺过程，填写相关工艺文件，为其中变速器小轴花键设计专用铣夹具并绘出全部图纸。通过本设计，增加了对变速器小轴零件的工艺特点的了解，同时锻炼了工艺设计能力、专用夹具设计能力和绘图能力，掌握了资料的查阅方法，培 养了自学能力。 本次毕业设计是建立在学完了全部大学课程的基础上进行的，是我们在毕业之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练。我希望能够通过这次课程设计对未来将从事的工作进行一次适应性的训练，从中锻炼自己的分析问题、解决问题的能力。 1.2 设计内容 变速器小轴加工工艺规程的制定正逐步趋向低成本、优质高产的方向，通过对变速器小轴加工工艺的设计，熟练变速器小轴机械加工工艺规程的制定原则、步骤和方法。重点研究工艺路线的拟定、工序尺寸及其公差的确定。并对变速器小轴上的花键设计合理的夹具 。 1.3 铣花键夹具设计目的 铣花键夹具为迅速可靠的夹紧工件的机床附加装置，它对小轴的顶芯准确定位夹紧，保证花键槽表面的位置精度，有利于提高劳动生产率，大大降低成本和降低个人劳动强度。 通过对本次夹具的设计掌握专用机床夹具的设计方法与技巧，并熟练绘图能力与工程意识，熟练操作机床时间与理论结合、解决生产中的实际问题。同时也是熟悉和运用有关手册、图表等技术资料及编写技术文件等基本技能的一次实践机会，为未来从事的工作打下良好的基础。 由于能力所限，设计尚有许多不足之处，敬请各位老师给于指教。 2 对零件变速器 小轴的分析 2.1 零件变速器小轴的作用 变速器小轴是组成机器的主要零件，是传动系中最主要的部件之一，一切作回转运动的传动零件（例如：齿轮、蜗轮等）都必须安装在轴上才能进行运动及动力的传递。变速器小轴用来提供变速，提供扭矩。涌来支撑齿轮、及轴承等，其加工表面的尺寸精度、位置精度（如对外圆面、台阶对轴线的圆跳动）、形状精度及表面粗糙度等，都有 7 较高的要求。 由变速器小轴零件图可知，变速器小轴两端 200.018用来与轴承装配，左端 M24 1.5 轴上一段螺纹是用来固定零件或调整轴承间隙的。 33 花键和 26 轴上 的平键用来装配齿轮或涡轮、半联轴器等。 2.2 变速器小轴加工工艺分析 由零件图小轴精度和技术要求可知，其材料为 45 钢，并根据不同的工作条件进行热处理规范，以获得一定得强度、韧性和耐磨度。如：预备热处理：正火或调质。最终热处理：局部加热淬火后回火。（沿浴炉加热淬火，火焰加热淬火，高频加热淬火等）表面硬度 45 52HRC。 该变速器小轴上的槽、花键都需要加工。 变速器小轴两端 200.018的精度、同轴度直接影响与轴承的配合度；花键和平键的精度直接影响与齿轮的啮合精度；螺纹公差带是用于限制与之配合的压紧螺母 的端面圆跳动所必须的要求，因为，若压紧螺母的端面圆跳动过大，则压紧滚动轴承的过程中，会造成轴承内环轴线的倾斜。由于轴承内环是主轴支撑轴颈配合的，这就引起轴承的径向圆跳动；各轴肩的位置关系将直接影响到装配位置精度。 由参考文献中有关与键槽的经济精度及机床所能达到的位置精度可知上述技术要求是可以达到的，变速器小轴的结构工艺性也是可行的。 2.3 确定毛坯小轴、画阶梯小轴毛坯 零件合图。 2.3.1 确定毛坯的制造形式： 根据零件材料确定毛坯应为铸件。又知零件的生产纲领为中小批生产，考虑到变速器小轴在运行中要经 常正反转旋转，零件在工作过程中经常承受交变载荷，且阶梯轴段直径相差较大，因此应该选用锻件，以使金属纤维尽量不被切断，保证零件工作可靠。毛坯采用自由锻造型。 综上，毛坯的制造形式为自由锻。 2.3.2 确定各表面的加工余量： 参考机械设计与制造工艺简明手册表 14 2， 14 3， 14 6可知：表 1 加工表面 基本尺寸 加工余量等级 加工余量数值 说明 粗车 33外圆 33 h15 2 外圆双侧加工 粗车 26轴 26 h15 2 外圆 车端面 h15 0.8 单侧加工 粗车 20轴 20 h15 2 外圆双侧加工 8 精车 33轴 33 h13 1 外圆双侧加工 精车 26轴 26 h13 11 外圆双侧加工 精车 20轴 20 h13 1 外圆双侧加工 精车 24轴 24 h13 1 外圆双侧加工 精车 25轴 25 h13 1 外圆双侧加工 磨阶梯外圆 h11 0.3 外圆双侧加工 磨端面 h11 0.4 外圆双侧加工 2.3.3 主要毛坯尺寸与公差 参考机械加工工艺学与机床夹具设计手册 JB4249,2 86表 4 31和实用机械加工工艺设计手册表 7 3，表 7 7，表 7 10可知：表 2 零件尺寸（ mm） 总余量（ mm） 毛坯尺寸（ mm） 公差等级 33 8 41 IT7 26 2 1 0.3 5 34 IT7 25 6 31 IT7 24、 23、 20 4 8 28 IT7 长 166 0.8 0.4 4.8 172 IT7 IT6 2.3.4 小轴毛坯 零件合图如下 图 1小轴毛坯 -零件合图 3 工艺规程设计 3.1 定位基准的选择 轴类零件的加工一般选外圆表面作为粗基准钻两中心孔，在以小轴中心孔定位作为精基准。 9 3.2 制定工艺路线 由于内径定心和齿侧定心的矩形齿花键轴技术要求高，制造工艺较为复杂，所以外径定心的矩形齿花键轴使用较为普遍。 3.2.1 初步拟订加工工艺路线 表 3 工艺过程 工序内容 设备 1 备料 2 锯头 41阶梯轴长 170mm 3 精锻 立式精锻机 4 热处理 正火 5 车端面，钻中心孔 CA6140 6 车 粗车各外圆 CA6140 7 热处理 调质 HBS220 240 8 精车各表面 留磨销余量 CA6140 9 车螺纹 CA6140 10 铣花键 花键轴铣床 Y631K 11 粗精铣键槽 立式铣床 X52K 12 车 研磨中心孔 CA6140 13 磨外圆 磨各阶梯轴外圆 外圆磨床 14 磨花键 花键磨床 15 检验、终检 3.2.2 变速器小轴零件加工工艺过程的分析 定位基准的选择：以工件的中心孔定位，在轴的加工中，零件各外圆表面，锥孔、螺纹表面的同轴度，端面对旋转轴线的垂直度是其相互位置精度的主要项目，这些表面的设计基准一般都是轴的中心线，若用两中心孔定位，符合基准重合的原则。中心孔不仅是车削时的定为基准，也是其它加工工序的定位基准和检验基准，又符合 基准统一原则。精车时，为保证安装精度，切方便可靠，多采用双顶尖安装。当采用两中心孔定位时，还能够最大限度地在一次装夹中加工出多个外圆和端面。所以变速器小轴类零件在精加工时宜采用两中心孔定位，既符合基准重合原则又方便安装符合基准统一原则。用两中心孔定位虽然定心精度高，但刚性差，尤其是加工较重的工件时不够稳固，切削用量也不能太大。外圆表面选择粗加工时，为提高零件的装夹刚度，则采用轴外圆表面为 10 定位基面，或以外圆和中心孔同作定位基面，即一夹一顶。（一头用卡盘加紧外圆，一头用中心孔定位夹紧）的定位方式。 加工阶段的划 分：由于变速器小轴类零件是阶梯轴，切除大量金属后，会引起残余应力重新分布而变形，安排工序时，选择粗精分开。粗加工开始前先准备毛坯并进行热处理；粗加工阶段为切端面、钻中心孔、粗车外圆等；精加工阶段是精车外圆、各辅助表面（键槽、花键、螺纹等）的加工与表面淬火。 工序顺序的安排：机械加工工艺安排时，先钻中心孔定轴线的基准，以便为后续工序做准备。先加工外圆，加工阶梯外圆时应先加工直径较大的 ，后加工直径较小的 、 、 这样可避免过早的削弱工件刚度。主轴上的键槽、花键、螺纹等次要表面的加工通常均安排在 外圆精车或粗磨后、精磨外圆之前进行。如果精车前就铣出键槽，精车时因断续车削而产生震动，既影响加工质量，又容易损坏刀具，也难控制键槽的深度。这些加工不能放到主要表面精磨之后，以免破坏主要表面已经获得的精度。 3.2.3 故最终工艺过程如下： 表 4 序号 工艺过程 工序内容 设备 夹具量具 10 备料，精锻 立式精锻机 通用夹具游标卡尺 20 热处理 正火 30 粗车卡 25台阶 普车 CA6140 通用夹具游标卡尺 车 41外圆 至 34长 109mm CA6140 通用夹具游标卡尺 车 34外圆 至 27长 59mm CA6140 通用夹具游标卡尺 车 25外圆 至 21长 14mm CA6140 通用夹具游标卡尺 40 调头夹 27外圆 CA6140 通用夹具游标卡尺 车端面 保证长 166mm CA6140 通用夹具游标卡尺 钻中心孔 钻中心孔至尺寸 CA6140 车 31外圆 至 26长 57mm CA6140 通用夹具游标卡尺 车 26外圆 至 24长 39mm CA6140 通用夹具游标卡尺 50 热处理 调质 HBS220240 60 精车各表面 留磨销余 量 0.4 CA6140 通用夹具 ,游标卡尺 70 两中心孔定位 车槽 ,倒角 ,螺纹 CA6140 专用夹具 ,游标卡尺 序号 工艺过程 工序内容 设备 夹具量具 11 80 铣花键 留磨销余量 0.4 花键铣床 专用夹具，花键量规 90 粗精铣键槽 控制 22 立式铣床 专用夹具、量规 100 车 研磨中心孔 CA6140 专用夹具 ,游标卡尺 110 磨外圆至尺寸 外圆磨磨削 M1432A 专用夹具 120 磨花键 花键磨床 专用夹具、量具 130 检验、入库 3.3 选择加工设备及刀具、夹具、 量具 由于生产类型为批量生产，故加工设备宜以通用机床为主，其生产方式为以通用机床和专用夹具为主，辅以少量专用机床的流水线生产，工件在机床上的装卸及各机床间的传送均由工人完成。 车小轴外圆选 CA6140 型普通卧式车床。（机械制造技术，表 3.2）车刀选 90外圆车刀；车槽选 2切槽车刀；车削端面选 45端面车刀；车削外螺纹选米制三角螺纹车刀，刀尖角 60。（机械制造技术，图 3.14）粗车量具选游标卡尺，精车量具选轴用光滑极限量规和普通螺纹量规。 铣花键选花键铣床 Y631K。机械制造工艺设计手册，表 4-24，刀具选用直齿三面刃铣刀，专用铣夹具，量具选矩形花键量规。铣键槽选立式铣床 X52K，刀具选 6键槽铣刀，专用夹具，通用量具检具（游标卡尺、量规等）。磨外圆选外圆磨床 M1432A。刀具选氧化铝砂轮。专用夹具。量具选专用量规。 3.4 时间定额的计算 3.4.1 铣花键的时间定额 (1) 机动时间 Tb Tb= ( 1 2 )B L L Z iSm B为花键长度， i为行程次数， L1为切入长度， L2为超出长度， Z为花键齿数， Sm为进给量。 所以 Tb= ( 3 8 2 4 ) 6 6 1 5 . 8 m i n0 . 1 1 0 0 0 12 (2) 辅助时间 Ta 分度转换时间 0.04min 装配夹具时间 2min 变换进给量 0.025 6=0.150min 量规测量 0.25 6=1.50min 开停铣床 0.015min 主轴运转 0.02min 清除铣销 0.04min 所以 Ta=3.8min 作业时间： Tb=Ta+Tb=19.6min 布置工作地时间 Ts=TB =0.59min （ =3%） 休息与生理需要时间： Tr=TB =0.59min （ =3%） 单件时间： Tp=Tb+Ta+Ts+Tr=20.8min 3.4.2 铣键槽的时间定额 机械加工的时间定额是指在一定生产条件下，规定生产一件产品或完成一道工序所需要的时间。时间定额的制定定要科学合理，应考虑能最有效的利用生产工具，并参照实际经验。 由实用机械加工工艺设计手册表 8 31，表 8 32，可知： (1) 机动时间 Tb Tb= 1M G M Zh l l DTj ff MGf为垂直进给量， MGf为水平进给量， L1为切入长度， 1l =(1 2) l 为加工长度，如右图 2：所以： Tb= 4 2 3 0 6 1 7 5 0 5 2 31 6 1 6 . . . m i n (2) 辅助时间 Ta 由实用机械加工工艺设计 手册表 8 34典型动作辅助时间参考值可知： 13 装配夹具时间 2min，变换进给量 0.025 6=0.150min，量规测量 0.25 6=1.50min，开停铣床 0.015min，主轴运转 0.02min，清除铣销 0.04min 所以 Ta=2.7min (3) 作业时间： Tb=Ta+Tb=5min (4) 布置工作地时间 Ts=TB =0.59min （ =3%） (5) 休息与生理需要时间： Tr=TB =0.59min （ =3%） (6) 单件时间： Tp=Tb+Ta+Ts+Tr=6.2min 3.5 定位误差的计算 铣键槽时，工件以外圆柱面 26003.0在 =90的 V型块上定位，加工尺寸为 A1=2201.0时的定位误差：如下图，（ 03.0d） 图 3 铣键槽定位误差计算 3.5.1 工序基准是圆柱下母线，定为基准是圆柱轴 线，两者不重合。 015.02 dB 3.5.2 由上图可知：由于工件小轴外圆柱面直径有制造误差，由此残生的基准位移误差为： 0214.045s i n2 03.0)2s i n (2)2s i n (2)2s i n (221 ddddOOY 14 3.5.3 工序基准在定位基面上： 当定位基面直径由大变小时，定位基准朝下变动，定位基准不变动，定位基面直径由大变小时，工序基准朝上变动。两者的变动方向相反，取“ ”号。 006.0)145s i n 1(2 03.0)1)2s i n (1(22)2s i n (22 dddBYA DDD3.6 键槽尺寸链的计算 （ a） （ b） 图 4 键槽尺链的计算 3.6.1 键槽的加工顺序 如图所示零件键槽深度尺寸为 错误 !未找到引用源。 ，与保证此设计尺寸有关的工序尺寸和加工顺序是： (1) 精车外圆至 错误 !未找到引用源。 ,即尺寸半径为 A1=错误 !未找到引用源。 mm。 (2) 铣键槽保证尺寸 ，这时的工序尺寸只能从留有磨削余量的内孔下母线注出，就是说标注工序尺寸的基准是还需要继续加工的设计基准。 (3) 热处理（为简化起见，不考虑热 处理后内孔的变形误差）。 (4) 磨外圆，保证设计尺寸 错误 !未找到引用源。 （即 A2=错误 !未找到引用源。 mm）。并最后间接保证键槽深度尺寸 错误 !未找到引用源。 mm。 3.6.2 确定工序尺寸 及其公差 由图 a 的有关尺寸，可以建立起图 b 的尺寸链，在尺寸链中，设计尺寸 错误 !未找到引用源。 mm是间接保证的，因而是尺寸链的封闭环，即 A0=错误 !未找到引用源。 mm。 考 虑到磨外圆后的中心不可能与外圆中心完全重合，故另以组成环 Z来表示两中心的距离，其基本尺寸为 0，同轴度误差为 0.05mm，则有： Z=0 0.025mm 15 由公式： 错误 !未找到引用源。 所以 Z= +0+13.875-13 所以 =21.125mm 由公式： 错误 !未找到引用源。 错误 !未找到引用源。 ES =-0.04 EI =-0.075 所以 =错误 !未找到引用源。 mm=错误 !未找到引用源。 mm 3.7 切削用量的选择：（粗车、精车、刀具材料、刀具几何参数） 图 5 车削小轴参数的确定 3.7.1 选择刀具的几何参数： 采用焊接硬质合金刀，刀片材料为 TY15，刀片厚度 S=4mm，刀杆尺寸 16mmx25mm，前刀面选用到棱的曲面形。 根据加工材料取 r0=10倒棱参数 br1=0.3mm， r01=-10， a0=6， Kr=75， Kr=10 错误 !未找到引用源。 5=0，刀具半径 r=0.51mm 确定刀具耐用度为 60min。 3.7.2 选择切削用量： （ 1）切削深度 ap，粗车余量为 4 1 3 5 322wmddA ，所以 ap=3mm。 （ 2）进给量 f，由机械加工工艺表 1-14 查得进给量 f=0.5 错误 !未找到引用源。0.7mm/r，根据机床说明书取 f=0.51 mm/r。 （ 3） 切削速度 v，由公式： 错误 !未找到引用源。 式中 错误 !未找到引用源。 ， T=60min 16 有表 1-16查出 错误 !未找到引用源。 =0.35,m=0.20 有表 1-17查出： 错误 !未找到引用源。 所以 错误 !未找到引用源。 最后： m in)/(6960.051.0360 242 35.015.02.0 mv 计算转速 n m in)/(9.5354114.3 6910001000 rdw vn 根据机床说明书选定转速 错误 !未找到引用源。 =520r/min.此时实际切削速度 v应为： 错误 !未找到引用源。1 0 0 0 5 2 04114.31 0 0 0 ww ndV=66.9m/min. (4) 效验机床功率，机床输出功率： 错误 !未找到引用源。 =7.5错误 !未找到引用源。0.75=5.6kw=错误 !未找到引用源。 切削功率 错误 !未找到引用源。 v错误 !未找到引用源。 .式中 v=66.9m/min=1.12m/s . 由表 1-1有 错误 !未找到引用源。 =9.81错误 !未找到引用源。 (N) =9.81错误 !未找到引用源。 =2532 由表 1-2，表 1-3有 错误 !未找到引用源。 =错误 !未找到引用源。 =错误 !未找到引用源。=1.11 错误 !未找到引用源。 =0.92, 错误 !未找到引用源。 =1.0, 错误 !未找到引用源。 =1.0, 错误 !未找到引用源。 =0.93. 所以 错误 !未找到引用源。 =1.11 错误 !未找到引用源。 0.92 错误 !未找到引用源。 1.0错误 !未找到引用源。 1.0错误 !未找到引用源。 0.93=0.95 最后 错误 !未找到引用源。 =2532k 错误 !未找到引用源。 =2532 错误 !未找到引用源。0.95=2405N 错误 !未找到引用源。 =错误 !未找到引用源。 v错误 !未找到引用源。 =2.7kw 所以： 错误 !未找到引用源。 粗车切削用量为： 错误 !未找到引用源 。 =3mm f=0.15mm/r v=67m/min 精车： (1) 采用焊接硬质合金刀，刀片材料为 TY15，刀具参数：根据加工材料取 r0=15倒棱参数 br1=0.2mm， r01=-5， a0=8， Kr=45， Kr =10 错误 !未找到引用源。 S=3， 17 r =1.0刀具耐用度为 60min。 (2) 选择切削用量： 切削深度 ap =1mm。 进给量 f，由 机械加工工艺表 1-15查得当工件为碳钢，表面粗糙度进给量 错误 !未找到引用源。 为 5错误 !未找到引用源。 2.5 m，刀尖圆弧半径 r =1.0，预设 v 50m/min,查出进给量 f=0.300.35mm/r,根据机床说明书取 f=0.30 mm/r。 切削速度 v，由公式： 错误 !未找到引用源。 式中 错误 !未找到引用源。 ， T=60min 有表 1-16查出 错误 !未找到引用源。 =0.20,m=0.20 有表 1-17查出： 错误 !未找到引用源。 所以 错误 !未找到引用源。 最后 v=错误 !未找到引用源。 计算转速 n m in )/(8.11623514.3 9.12710001000 rdw vn 根据机床说明书选定转速 错误 !未找到引用源。 =1000r/min.此时实际切削速度 v应为： 1 0 0 0 1 0 0 03514.31 0 0 0 ww ndV =错误 !未找到引用源。 109.9m/min=110m/min. 错误 !未找到引用源。 精车切削用量为： 错误 !未找到引用源。 =1mm f=0.30mm/r v=110m/min 根据有关公式可以一次算得：如下页表 5 所示。 由实用机械加工工艺设计 手册表 8 4 可知： 切槽的切削用量：（硬质合金刀 YT15） f=0.26（ mm/r） , 切削速度 vc=0.82 (m/s) 由实用机械加工工艺设计手册表 8 23 可知： 高速钢铣键槽铣刀铣槽的切削用量： ， fm=47(mm/min) (一次行程铣键槽每分钟进给量 )。 由实用机械加工工艺设计手册表 8 24 可知： 硬质合金三面刃铣刀铣花键的切削用量： v=223 (m/min) fz=0.15(mm/z) 表 5 车外圆 错误 !未找到引用源。 错误 !未找到引用源。 错误 !未找到引用源。 18 34 31 41 粗车 精车 粗车 精车 粗车 精车 ap（ mm） 3 1 3 1 3 1 f（ mm/r） 0.5 0.3 0.5 0.3 0.5 0.3 V 55 123 68 127 67 110 n（ m/min） 640 1400 700 1500 520 1000 n（ r/s） 10 20 10 20 10 20 由实用机械加工工艺设计手册表 8 25表 8 28可知： 磨削加工磨外圆的切削用量如表 6所示： 表 6 磨削直径 (mm) 工件圆周速度 （ m/min） 工件单行程纵向进给量 （ m/单行程） 粗 磨 20 10 18 25 15 12 26 20 9 精 磨 20 20 7.0 25 25 5.6 26 32 4.5 4 铣花键夹具设计 在现代制造技术迅猛发展的今天，机床夹具无论在传统机床上还是在数控机床、加工中心上，仍是必不可少的重要工艺装备。通过机床夹具设计，不仅可以培养综合运用已学知识的能力而且可以得到工程设计的初步训练。 本次设计的铣花键夹具为前工序的铣削花键所用，该夹具适用于花键铣床。 被加工零件的生产批量对工艺过程的制定和夹具设计都有 着十分重要的影响。该夹具为中、小批生产，宜采用简单结构，成本低廉的手动夹具。 夹具的设计除了考虑工件的定位和加紧之外，还有考虑夹具如何在机床上定位，以及刀具相对夹具的位置如何得到确定。对本次铣花键夹具而言，在机床上是以夹具体底面与铣床工作台面接触和夹具体上的反向 T 型槽与铣床工作台上的 T 型槽配合而定位 19 的。 调整刀具和夹具的相对位置是为了保证夹具相对工件有一个正确的位置，以保证工序的加工要求。对本次铣花键夹具而言，在铣床上调刀最方便的方法是直接将刀具对夹具体小轴的顶尖。 4.1 确定设计方案 在 本次的夹具设计中，由于花键在变速器小轴的外圆中径上，小轴外径与其它阶梯小轴直径相差不大，故花键铣刀不宜选得太大，从对工件的结构形状分析可知，花键有6 个齿，加工过程中需要一分度装置，从经济学角度考虑，尽可能不用万能分度头，只需设计一简易分度盘装置即可满足要求。 4.1.1 方案一 采用三角卡盘和后顶座一夹一顶式，定位并加紧，限制 4个自由度。辅以分度装置和夹具体支撑。设计底座和铣床 T型槽连接。 4.1.2 方案二 采用一顶芯轴和后顶座两顶芯式定位，限制 5个自由度。外加一鸡心夹头和拨盘完成加紧操作，并辅以分度装置 和夹具体支撑。设计底座和铣床 T型槽连接。 4.2 确定夹具的结构方案，绘制结构草图。 从工件在夹具上定位的角度来考虑两种方案均具有其合理性，从设计难度上考虑，三角卡盘属通用夹具可以直接选用，鸡心夹头和拨盘也可以直接选用，后顶座也很常见，只需要简单的改进，难易程度均适中，其设计都是容易实现的，从力学层性能考虑，三角卡盘定位夹紧夹紧力比较大，故工件轴的强度要求高，适用于高速旋转。 在本次的夹具设计中，夹紧力满足分度要求和切削力即可，无需其他力提供扭矩旋转，采用一顶芯轴和后顶座两顶芯式定位，外加一鸡心夹头和拨盘即 可完成加工要求，从加工精度等级来考虑，三角卡盘定位没有两顶芯式定位精度高，故本次设计采用方案二，一顶芯轴和后顶座两顶芯式定位，外加一鸡心夹头和拨盘完成加紧操作，并辅以分度装置和夹具体支撑。设计底座和铣床 T型槽连接。结构简图如下： 20 图 6 夹具体的结构方案 4.3 审查方案与改进设计 夹具设计要求除能完成既定的定位夹紧任务以外还要考虑到操作者的操作方便与否，因此夹具也要求人性化设计。考虑到多数操作者都习惯右手用力，因此，将 后顶座安装在工件 右 侧 。实现螺旋顶紧。 夹具内部的配合尺寸为：定位销与夹具体支撑座的配合 尺寸为 1077hH；夹具的外轮廓尺寸为 780 305 290 轴承和夹具小轴的配合尺寸为 2667nH； 轴承和夹具体支撑座的配合尺寸为 5567nH。 4.4 夹具的精度分析： （ 1） 定位误差，工序基准与定位基准重合，基准不重合误差 B=0，基准位置误差w=0， 因此工件在夹具中定位时位置不准确所造成的加工误差 D=0。 （ 2） 夹具的制造加工误差 夹具的制造及其在机床上的安装不正确所造 成的加工误差： Z-A=0.02mm （ 3） 加工过程误差 机床的质量，工件的材料，工艺系统的受力分析，热变形等因素所造成的加工误差 G=0.02mm。工序尺寸 166008.0的公差为 0.08，其三分之二为 0.05mm。则满足 D+ Z A 23。 21 从上述分析可以看出，采用此套夹具满足夹具定位基准的要求。 4.5 夹具的精度验算： 下面仅对小轴的调动公差要求加以验算，影响该项精度的误差因素主要有： 4.5.1 定位 误差 该夹具的定位基准与工序基准重合，定位误差即工件的轴线与夹具体小轴的同轴度误差，可以得到 定位 =0.01mm。 4.5.2 夹具的制造安装误差 包括轴承套与轴承间的配合精度误差，轴承衬套与花键夹具体小轴的配合精度误差 1=0.015mm。 4.5.3 精度验算 忽略其它因素误差即加工误差 0.025略小于公差 0.04的三分之二。故认为该夹具满足其精度验算要求，基本可用。 4.5.4 夹具中小轴的强度校核计算： 图 7夹具中小轴的强度校核 由铣花键夹具小轴在夹具中的作用可知：该轴只承受弯矩，分 度装置提供分度作用，在切削过程中没有力的作用，所以小轴几乎不承受扭矩。 对小轴进行受力分析，受力图及其弯矩图如上图所示。 计算其强度得： 22 M p aM p adWM 605.157.219341832704.4752013 经计算可知，该小轴的弯曲强度足够。 4.6 夹具体零件的设计 4.6.1 夹具体底座的设计 在实际生产中，铣床夹具底板常常采用铸造的方法，其优点是工艺性好，可以铸造出各种复杂的结构形状，切抗压强度，刚度和耐震性好。单生产周期较长，铸造时易产生内应力而引起变形，从而影响夹具体的持久性，故必须进行实效处理来消除内 应力。 4.6.2 夹具体支撑架的设计 夹具体支撑架是整个夹具的基座和机架，通过它将夹具的各组成装置和元件连接为一个整体，并且通过它将夹具安装在机床上。如图 8所示夹具体支撑架： 图 8夹具体支撑架 23 因为本次设计的夹具切削力较小，该夹具支撑架具有足够的强的和刚度，以保证在切削力、夹紧力等作用下，不会产生不允许的变形和震动。结构简单、紧凑尺寸不大，可以在使用时随意移动操作。切有良好的结构工艺性和实用性，便于制造和装配。 4.6.3 分度装置的设计 本次设计为铣床花键的铣削，花键有 6各齿，故需要一回转式分度装置 ，其固定部分是整个分度装置的基体，通过它与机床工作台相连接，分度装置的其它部分一般都装在它上边，即上夹具体就属于其固定部分。活动部分为回转分度装置的运动件，工件变速器小轴安装在上面，并由它带动变速器小轴实现分度转位。如图： 图 9 分度装置 其中 1为拔销，实现分度定位， 2为分度杆， 3为轴承端盖，用来密封轴承， 4为滚动轴承， 5 为操作手饼， 6 为分度盘， 7， 8 分别为定位销，螺钉，保证分度盘在夹具体上的定位和夹紧， 9 为夹具体， 10 为拨盘， 11 为夹具体小轴， 12 为鸡心夹头，用来加紧工件。 4.7 铣花键的对刀： 在 专用夹具上，铣花键的对刀：将三面仞铣刀安装在刀轴上，用铣刀的侧仞铣削花键齿的侧面。必须使铣刀侧刀刃和花键齿重合，才能保证花键宽度及键侧的对称性。先 24 使铣刀侧仞对准分度装置芯轴顶芯针，装好工件后，再使横向工作台移动 b/2（ b键宽）的距离。 若以铣刀侧面刀刃和工件小轴圆柱面相切后对刀，则以工作台横向移动距离 S： S=D/2+B+b/2 (mm) 式中： D 花键外径 B 一把铣刀的宽度 b 花键齿宽 对刀完成后，把横向工作台紧固，再按键深升起工作台，将升降台紧固后即可铣削。 花键的检验采用花键综合量规进行 ，综合量规能通过的说明被检验的零件为合格。（如图 10所示）。 4.8 加紧机构设计 本次夹具的设计采用鸡芯夹头作为小轴工件的加紧机构，经计算得知，其加紧力能够满足其轴向力切削要求。分析本次夹具所满足的要求可知，变速器小轴在铣削花键的过程中，主要承受轴向力。故本次加紧机构设计可行。 4.9 操作夹具动作说明 该夹具操作相当的简单，首先把底座和夹具体、尾座用螺栓连接。再装上分度装置，调整其对中性。 夹具使用注意事项、保养及维护： （ 1）使用前对限位尺寸检查是否还保持正确位置； 对轴承进行使用前润滑。 （ 2）如果挡 销磨损超差，可以进行打磨修复；如果插销、定位锥头销磨损超差，可以重新组装，错开磨损部位后继续使用。 （ 3）使用后需要涂防绣油。 5 设计心得体会 本次 设计是 变速器小轴 零件的 机械 加工工艺规程及 铣花键 夹具 的 设计。 设计时 首先通过对 变速器小轴 零件的分析，了解 到零件各段 的 作用 ，明确了 零件的具体技术要求 和精度要求 ，从而对 零件 选择合适的加工方法。 然后 拟订较为合理的 加工工艺规程， 力争做到在满足各种要求的前提下用最少的材料 、 最简单的方法、最少的时 25 间完成生产任务 。 接着根据加工工艺规程 ,为变速器小轴上花键的加工设计一套 经济实用的专用夹具。 通过本课题的设计，我对变速器小轴零件的工艺特点有了较为深刻的认识，同时锻炼了机械加工工艺设计能力