机械制造课程设计说明书正文.doc

“传动轴”零件的机械加工工艺规程的设计 15第1章 零件的分析1.1 生产类型本题目所要加工的为一阶梯状传动轴，要求批量为5000件，可确定其生产类型为大批量生产。1.2 零件分析题目所给定的零件是一传动轴，主要作用是支撑传动件和传递扭矩，轴类零件是旋转体零件，其长度大于直径，此轴上面有圆柱面、螺纹、键槽、平面等。考虑到加工工艺，为了在车外圆时车刀顺利退出，零件在轴肩及两端部位应加退刀槽，详见零件图。1.3 零件的工艺分析该阶梯传动轴零件的主要加工表面为： 沿同一轴线的一系列圆柱面和端面，包括：30，35，44，28，40，32的圆柱面以及两端面； 与轴共中心线且横截面内切圆为16的正六棱柱的六个侧面； M24与轴共中心线的外螺纹； 10*8*30的键的键槽。本零件加工表面主要为圆柱面，加工比较容易，其中35的圆柱面与右端面有0.04的垂直度要求，且圆柱度要求为0.01；键槽与40的圆柱面有0.03的对称度要求，要求较高，加工时要准确定位。表面粗糙度多为1.6和1.6以上的，通过半精车和精车就可以保证，只有35的圆柱面和定位轴环一侧面表面粗糙度要求为0.8，需要通过磨削来保证。第2章 工艺规程的设计2.1 确定毛坯的制造形式零件材料为45钢，轴的径向尺寸变化不大，因此毛坯形状比较简单，又属于大批量（年产量为5000件）生产，因其主要作用是传递力矩，需要有强度保证正常工作，且考虑其生产批量，为了提高生产率，故采用模锻件，具体尺寸在确定加工余量后决定。详见毛坯图。2.2 基准的选择粗基准的选择。粗加工时，由于切削余量大，工件受的切削力也大，一般采用卡顶法，尾座顶尖采用弹性顶尖，可以使工件在轴向自由伸长。但是，由于顶尖弹性的限制，轴向伸长量也受到限制，因而顶紧力不是很大。在高速、大用量切削时，有使工件脱离顶尖的危险。采用卡拉法可避免这种现象的产生。精车时，采用双顶尖法（此时尾座应采用弹性顶尖）有利于提高精度，其关键是提高中心孔精度。2.3 制订工艺路线由于生产类型为大批生产，估采用万能机床配以专用工具夹，并尽量使工序集中提高生产率。除此以外，还应降低生产成本。(1) 工艺路线方案一：工序1： 下料。L=494mm，D=51mm的圆柱棒料。工序2： 锻造。其毛坯尺寸详见机械工序卡片。工序3： 退火，原料为45钢，故选用退火处理以消除内应力。工序4： 粗车端面L=480。工序5： 粗车、精车外圆2448、3035、3557、445、2820、40300、3215，导角2*45、1*45。 工序6： 车螺纹M24。工序7： 铣左侧正六棱柱表面，铣键槽40h8。工序8： 调质处理。提高其机械性能。HBS190230。工序9： 去毛刺。工序10：磨外圆35使其达到零件图对粗糙度的要求。工序11：终检。(2) 工艺路线方案二：工序1： 下料。L=1008mm，D=45mm的圆柱棒料。工序2： 锻造。其毛坯尺寸详见机械工序卡片。工序3： 退火，因原料为45钢，故选用退火处理以消除内应力。工序4： 粗车外圆2448、3035、3557、445、2820、40300、3215。工序5： 车端面。工序6： 精车外圆2448、3035、3557、445、2820、40300、3215，导角2*45、1*45。工序7： 调质处理。提高其机械性能。HBS190230。工序8： 去毛刺。工序9： 铣左侧正六棱柱表面，铣键槽40h8。工序10：车螺纹M24。工序11：磨外圆35使其达到零件图对粗糙度的要求。工序12：终检。(3) 工艺方案的比较与分析 上述两个工艺方案的特点在于：方案一是先加工端面然后已此为基面加工外圆，而且车外螺纹在铣棱柱端面之前；而方案二先以外圆为粗基准加工中心孔，然后以中心孔为精基准精加工外表面，并且将车螺纹放在最后磨削之前。经过比较可以看出方案二更能保证其精度。综合螺纹加工及机床和刀具更换等因素，最终所得的具体的工艺过程如下：工序1： 下料。L=1008mm，D=45mm的圆柱棒料。工序2： 锻造。其毛坯尺寸详见机械工序卡片。工序3： 退火，因原料为45钢，故选用退火处理以消除内应力。工序4: 粗车端面。工序5： 粗车、精车外圆2448、3035、3557、445、2820、40300、3215。倒角245工序6： 铣左侧正六棱柱表面，铣键槽40h10。工序7： 调质处理。提高其机械性能。HBS190230。工序8： 车螺纹M24。工序9： 磨外圆使其达到零件图对粗糙度的要求。工序10：去毛刺。工序11：终检。以上加工方案比较合理，下面对其各个工序加工所用的夹具及加工工具详细列为如下：下料锻造退火粗车端面粗车外圆精车外圆倒角铣棱柱平面铣键槽车螺纹磨外圆去毛刺终检。工序1: 粗车端面，选用C620-1卧式车床和专用夹具。工序2：粗车 24、28、30、35、42和40、32。 选用C620-1卧式车床和专用夹具。工序3：半精车、精车外圆 24、30、35、44、28、40、32 ， 倒角245。选用C620-1卧式车床和专用夹具工序4：铣左侧正六棱柱表面，铣键槽 。选用卧式铣床X62型号和立式铣床X52K型。工序5：车螺纹M24。选用C620-1卧式车床和专用夹具。工序6：磨外圆。磨床选用外圆磨床M120型号和专用夹具。工序7：去毛刺。钳工台工序8：终检以上工艺过程详见机械加工工艺过程卡片和机械加工工序卡片。2.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 该零件材料为45钢，硬度HBS为190230HBS，毛坯重量约为4.6kg，生产类型为大批生产，采用在锻锤上合模模锻毛坯。根据估算的锻件质量、加工精度及锻件形状复杂系数，由表可查表面的加工余量为7+2mm。机械加工余量即锻件的外径的双面余量为7+2mm，各轴向尺寸的双面余量亦为7+2mm。（1） 查表机械制造工艺设计简明手册表2.2-10，其中锻件质量为4.6kg，锻件复杂形状系数为S2,属于一般级别 （2） 零件除35mm的外圆表面为F2,其余为一般加工精度F1，精度总体并不高。（3） 确定毛坯尺寸还要考虑所加工表面的粗糙度，当Ra1.6um时，可直接用7+2mm做为加工余量，当Ra1.6um时，余粮应适当增大。因此轴35需增加磨削的加工余量。参考磨削余量表确定磨削轴的单边余量为0.2mm，而其余的表面直接使用7+2mm做为加工余量即可。故毛坯尺寸如表1。（4） 毛坯尺寸公差根据锻件重量、形状复杂系数、分模线形状种类及锻件精度等级从有关的表中查得。则毛坯公差可从表查得，本零件毛坯尺寸允许偏差如表2。毛坯同轴度偏差允许值0.8mm，残留飞边为0.8mm. 表2.4.1轴毛坯（锻件）尺寸 （mm）零 件 尺 寸单边加工余量锻 件 尺 寸403.5472327.5472443.5512289.5472306422249422353.5422毛坯的轴向尺寸因为基准的改变以及中间轴环在轴向切削余量的增加，用表格不便描述，因此详细尺寸参见毛坯图 表2.4.2轴毛坯（锻件）尺寸允许偏差 （mm）锻 件 尺 寸偏 差根 据512表2.2-134724221411表2.2-16494133612.5 确定工序尺寸圆柱表面多次加工的工序尺寸只与加工余量有关。表2.5.1加工表面双边余量工序尺寸粗车半精车精车磨削粗车 半精车精车磨削407-40-3213.71.3-33.332-445.91.1-45.144-355.51.1-0.436.535.4-353010.71.10.2-31.330.230-2819-28-2418-24- 第3章 选择加工设备与工艺装备3.1 选择机床（1）粗车与半精车的各工序的工步数不多，成批生产不要求很高的生产率，故选用卧式车床就能满足要求。本零件外廓尺寸不大，精度要求不是很高，选用最常用的C620-1型卧式车床即可。（2）粗铣、半精铣键槽应选立式铣床。考虑本零件成批生产，所选机床使用范围较广为宜，故选常用的X52k型满足要求（3）粗铣、半精铣六棱柱面应选卧式铣床。考虑到生产批量，所选机床使用范围较广为宜，故选常用的X62型就能满足要求（4）磨削35外圆表面应选用外圆磨床M120，选择砂轮A50KV5P350*40*1273.2 选择刀具（1）在车床上的加工的工序，一般都选用硬质合金车刀。加工钢质零件采用YT类硬质合金，粗加工用YT15，半精加工用YT15，精加工用YT30。为提高生产率及经济性，可选用可转位车到。（2）键槽铣刀按表选直键槽铣刀。零件要求铣切深度为4 mm，按表铣刀直径应为8mm。（3）铣棱柱平面铣刀按表选用圆柱面铣刀。根据铣削深度8mm，铣刀直径应为6075mm。3.3 选择量具本零件属成批生产，一般采用能够通用量具。选择量具的方法有两种：一是按计量器具的不确定度选择；二是按计量器的测量方法极限误差选择。选择是，采用其中的一种方法既可。（1）选择各外圆加工面的量具 工序2粗车40mm，T=0.025mm，按表5.11，计量器具的不确定度允许值U1=0.0018mm，根据表5.13，选取分度值为0.002的比较仪，满足UU1 ，故可以满足要求。按照上述方法选择本零件各外圆加工面的量具如下表所示。表2.6.1加工面尺寸尺寸公差量具400-0.025 0025分度值为0.002，测量范围为25-40的比较仪。35011分度值为0.01，测量范围为0-50的外径百分尺。32，44，28分度值为0.05，测量范围为0-50的游标卡尺。（2）选择加工轴向尺寸所用量具 分度值为0.02mm，测量范围为0-150mm的游标卡尺。第4章 确定切削用量及基本工时4.1 工序1：粗车端面本工序为粗车端面，选用C6201型卧式车床，所选刀具为YT15 硬质合金可转位车刀。由于C620-1机床的中心高为200，故选用刀杆尺寸BH=1625，刀片厚度为4.5，选择车刀几何形状为卷屑槽带倒棱型前刀面，前角r。=15,后角a。=12，主偏角Kr=90，刀尖圆弧半径r=0.5。车削端面最大加工余量z=7mm,分两次加工得。（1） 加工条件工件材料：45钢正火， =0.60GPa，模锻。（1） 切削用量：p=3.5。（2） 确定进给量：f=0.3/r。（3） 计算切削速度：按表127*,选(T=60min)v=Cvkv/Tmapxvfy其中Cv=291,Xv=0.15,Yv=0.20,M=0.20。而Kv见表128*，其切削速度的修正系数为Kkv=1.05，Kmv=1.32,Ksv=0.9,Kkrv=0.85,Kbv=0.96,其余的修正系数均为1， 故v=131.87m/s。（4） 确定机床的转速：Ns=(1000*131.87)/3.14*51=823.48r/min.查表工艺手册42-8与955接近，取Nw=955r/min。按C620-1机床的转速， 则实际切削速度v=153m/s.计算切削工时：按表工艺手册6.2-1取L=(51-40)/2=5.5mm,L1=2mm,L2=3mm,L3=0。Tm=L+L1+L2+L3/nwf=5.5+2+3/955*0.3=0.037mim。（5） 检验机床功率：主切削力按切削手册表1.29公式计算得1347.8N。P=2.8kw。由简明手册表4.2-7可知CA6140的主电动机功率为7.5千瓦，机床功率足够，可以正常加工。（6）校验机床进给系统强度。主切削力=1347.8牛，切深抗力按切削手册公式计算得252牛，进给抗力=637.5牛总力=637.5+0.1*（1347.8+252）牛=797.5牛，而机床纵向进给机构可承受的最大纵向力为3530牛，故机床进给运动正常工作。4.2 工序2： 粗车外圆（C620-1）（1） 粗车40mm外圆柱面。 切削深度：单边Z=3.5，可一次切除，故p=3.5。 确定进给量：查表1.4*,f=0.30.5/r，取f=0.3/r。 计算切削速度：按表127*,选(T=60min)v=Cvkv/Tmapxvfy其中Cv=291,Xv=0.15,Yv=0.20,M=0.20。而Kv见表128*，其切削速度的修正系数为Kkv=1.05，Kmv=1.32,Ksv=0.9,Kkrv=0.85,Kbv=0.96,其余的修正系数均为1，故v=129.65。 确定机床的转速：Ns=(1000*129.65)/3.14*51=809.60r/min.查表工艺手册42-8与955接近，取Nw=955r/min。按C620-1机床的转速， 则实际切削速度v=153m/s.计算切削工时：按表工艺手册6.2-1取L=(51-40)/2=5.5mm,L1=2mm,L2=3mm,L3=0。Tm=L+L1+L2+L3/nwf=5.5+2+3/955*0.3=0.037mim。（2） 粗车44mm的轴环 切削深度：p=2.95。 确定进给量：查表1.4*,f=0.40.5/r，取f=0.4/r。 计算切削速度：按表127*,选(T=60min)v=Cvkv/Tmapxvfy其中Cv=291,Xv=0.15,Yv=0.20,M=0.20。而Kv见表128*，其切削速度的修正系数为Kkv=1.05，Kmv=1.32,Ksv=0.9,Kkrv=0.85,Kbv=0.96,其余的修正系数均为1， 故v=124.44m/s。 确定机床的转速：Ns=(1000*124.44)/3.14*51=777.07r/min.查表工艺手册4.2-8与800接近，取Nw=800r/min。按C620-1机床的转速， 则实际切削速度v=128.11m/s. 计算切削工时：按表工艺手册6.2-1取L=3.5mm,L1=2mm,L2=3mm,L3=0。Tm=L+L1+L2+L3/nwf=3.5+2+3/800*0.4=0.027mim。（3）车32mm的外圆，2Z=13.7mm,Z=6.855 切削用量：p=3.4，分两次走完。 确定进给量：查表1.4*,f=0.30.4/r，取f=0.3/r。 计算切削速度：按表127*,选(T=60min)v=Cvkv/Tmapxvfy其中Cv=291,Xv=0.15,Yv=0.20,M=0.20，而Kv见表128*，其切削速度的修正系数为Kkv=1.05，Kmv=1.32,Ksv=0.9,Kkrv=0.85,Kbv=0.96,其余的修正系数均为1，故v=140.97m/s。 确定机床的转速：Ns=(1000*140.97)/3.14*51=1150.9r/min.查表工艺手册4.2-8与1200r/min接近，取Nw=1200r/min。按C620-1机床的转速， 则实际切削速度v=147m/s. 计算切削工时：按表工艺手册6.2-1取L=(39-32)/2=3.5mm,L1=2mm,L2=3mm,L3=0。Tm=L+L1+L2+L3/nwf=3.5+2+3/1200*0.3=0.024mim。（4）车35mm的外圆柱面 切削深度：2Z=5.5mm,Z=2.75 ，p=2.75。 确定进给量：查表1.4*,f=0.30.4/r，取f=0.4/r 。 计算切削速度：按表127*,选(T=60min)v=Cvkv/Tmapxvfy其中Cv=291,Xv=0.15,Yv=0.20,M=0.20。而Kv见表128*，其切削速度的修正系数为Kkv=1.05，Kmv=1.32,Ksv=0.9,Kkrv=0.85,Kbv=0.96,其余的修正系数均为1，故v=145.56m/min。 确定机床的转速：Ns=(1000*145.56)/3.14*42=1103.7r/min.查表工艺手册42-8与1200接近，取Nw=1200r/min。按C620-1机床的转速， 则实际切削速度v=158.3m/s.计算切削工时：按工艺手册表6.2-1取L=3.5mm,L1=2mm,L2=3mm,L3=0。 Tm=L+L1+L2+L3/nwf=3.5+2+3/1200*0.4=0.018mm。（5） 工序2其余步骤（与上述步骤的加工条件、加工要求以及机床刀具均相同）计算结果列表如下： 表4.2.5.1工序说明切削深度（mm）走刀次数进给量(mm)主轴转速(r/min)切削速度(m/min)切削工时(min)粗车30mm圆柱面2.210.41200140.920.18粗车24mm圆柱面4.520.41200124.340.22粗车28mm圆柱面4.7520.3955125.950.344.3 工序3：半精车、精车外圆计算结果如下表：工序说明切削深度（mm）走刀次数进给量(mm)主轴转速(r/min)切削速度(m/min)切削工时(min)半精车44mm圆柱面0.5510.41200165.730.02半精车35mm圆柱面0.3510.41200140.921.03半精车30mm圆柱面0.5510.41200124.430.18半精车32mm圆柱面0.6510.41200124.340.04精车30mm圆柱面0.110.41200116.810.1844 工序4：铣左侧正六棱柱表面，铣键槽（1） 粗铣，半精铣铣棱柱表面采用圆柱铣刀，X62型卧式铣床。粗铣是ap=3.5mm，一次加工完成一个平面，半精铣ap=0.5mm同样是一次加工完成一个（2） 铣键槽采用键槽铣刀，X52k型立式铣床。粗铣ap=3mm，一次加工完成，半精铣ap=1mm，一次加工完成45 工序5：车螺纹M24采用高速钢螺纹车刀，规定粗车螺纹时，切削深度p=0.17,走刀次数i=4。（1） 计算切削速度：按表127*,选(T=60min)v=Cvkv/Tmapxvfy其中Cv=11.8,Xv=0.70,Yv=0.30,M=0.11，而Kv见表128*，其切削速度的修正系数为Kkv=0.75，Kmv=1.11,余的修正系数均为1，故v=21.57m/min。（2） 确定机床的转速：Ns=(1000*2121.57)/3.14*24=286.2r/min.查表工艺手册4.2-8与305接近，取Nw=305r/min。按C620-1机床的转速， 则实际切削速度v=22.98m/s.（3） 计算切削工时：按表工艺手册6.2-1取L1=3mm。Tm=0.236min。4.6 工序6：磨外圆35mm选择砂轮A50KV5P 35040127切削用量N砂=1500r/min,V砂=27.5n/s。轴向进给量Fa=0.5B=20，工件速度Nw=10m/min.径向进给量Fr=0.015mm/双行程切削工时T=2LbZbk/1000vFaFr=2*73*68*1.1/1000*10*20*0.015=3.64min.4.7 加工注意事项由于该轴轴向和径向尺寸比值