花键轴-机械制造工艺课设.doc

机械制造工艺学课程设计 机械制造工艺学课程设计设计说明书 设计题目： 花键轴 学 院： 机电工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 2012- 班 学生姓名： 学 号： 指导教师： 2015年7月08日机械制造工艺学课程设计任务书一、课程设计的目的与要求1、运用机械制造工艺学及有关课程(工程材料与热处理、机械设计、公差与技术测量、金属切削机床、金属切削原理与刀具等)的知识，结合生产实践，独立地分析和解决工艺问题，初步具备编制中等复杂程度零件机械加工工艺规程的能力。2、掌握查阅、应用有关手册、规范、图表等技术资料的能力。二、课程设计的内容1、根据生产类型，对零件进行工艺分析，绘制零件图；2、选择毛坯种类及制造方法，绘制毛坯图(零件毛坯合图)；3、拟订零件的机械加工工艺过程；4、选择各工序的加工设备及工艺装备(刀具、夹具、量具、辅具)，确定各工序切削用量及工序尺寸，计算某一代表工序的工时定额；5、填写工艺文件；6、撰写设计说明书。具体要求：1、零件CAD图 1张2、机械加工工艺过程卡片 1套3、机械加工工序卡片 1套4、课程设计说明书 1份（注：要求提交纸质文件和电子版各一份）目录一、零件分析2二、确定生产类型4三、确定毛坯制造形式5四、选择定位基准5五、选择加工方法6六、制订工艺路线7七、确定加工余量及毛坯尺寸8八、工序设计9九、确定切削用量和基本时间12参考资料17一、零件分析1、零件的功用分析 题目所给的零件是汽车变速箱中的花键轴。它直接和驱动轴相连，通过差速器来驱动汽车。花键轴能使在其上面的滑移齿轮进行轴向移动，而使得不同齿数的齿轮与中间轴进行啮合或者分离，进而能实现变速箱的功能：一、改变传动比；二、在发动机旋转方向不变情况下，使汽车能倒退行驶；三、利用空挡，中断动力传递，以发动机能够起动、怠速，并便于变速器换档或进行动力输出。2、零件的工艺分析轴通常是由支承轴颈支承在机器的机架或箱体上，实现运动传递和动力传递的功能。支承轴颈表面的精度及其与轴上传动件配合表面的位置精度对轴的工作状态和精度有直接的影响。其技术要求包括以下内容：表1 零件外圆和螺纹精度要求加工表面尺寸及偏差（mm）公差及精度等级表面粗糙度（）形位公差M22螺纹未注未注花键外圆IT83.2相对于C轴线的圆跳动为0.03轴肩IT60.8中心轴线作为基准花键外圆IT83.2相对于C轴线的圆跳动为0.02IT60.4相对于C轴线的圆跳动为0.02表2 零件花键精度要求花键尺寸及偏差表面粗糙度（）形位公差10齿花键外圆3.2相对于C轴线的圆跳动为0.03内圆6.3未注齿厚3.2键齿面相对于花键轴的位置度误差为0.015mm6齿花键外圆3.2相对于C轴线的圆跳动为0.02内圆0.8未注齿厚0.8键齿面相对于花键轴的位置度误差为0.015mm图1 零件图二、确定生产类型 按设计任务书，花键轴年产量为50000件/年。若备品率为8%，机械加工废品率为1%，则改零件的年生产纲领为 （1式）式中 N-零件的生产纲领（件/台） Q-产品的年产量（台/年） n-每台产品中，该零件的数量（件/台） %-零件的备品率 % -零件的平均废品率所以花键轴可以看成独立的一部分，属于轻型机械。因此，根据表3，由生产纲领与生产类型的关系可确定该零件的生产为大批量生产，其毛坯制造、加工设备及工艺装备的选择应呈现大批量生产的工艺特点。表3 各生产类型的规范类型生产零件的年生产纲领（件/年）重型机械中型机械轻型机械单件生产520100小批生产510020200100500中批生产1003002005005005000大批生产30010005005000500050000大量生产1000500050000三、确定毛坯制造形式 由该零件的功用和变速箱的工作状况知，花键轴承受的都是冲击性交变载荷，故要求花键轴材料应具备较高的强度、抗冲击能力、耐磨性和良好的力学性能。由于是大批量生产，应选择精度和生产率都比较高的毛坯制造方法，故选用模锻。四、选择定位基准 正确的选择定位基准是设计工艺过程中的一项重要的内容，也是保证加工精度的关键，定位基准分为精基准和粗基准，以下为定位基准的选择。 1、选择粗基准应能保证加工面与非加工面之间的位置精度，合理分配各加工面的余量，为后续工序提供精基准。所以为了便于定位、装夹和加工，可选轴的外圆表面为定位基准，或用外圆表面和顶尖孔共同作为定位基准。用外圆表面定位时，因基准面加工和工作装夹都比较方便，一般用卡盘装夹。为了保证重要表面的粗加工余量小而均匀，应选该表面为粗基准，并且要保证工件加工面与其他不加工表面之间的位置精度。所以以外圆柱面为粗基准。 2、选择精基准根据花键轴的技术要求，花键轴的中心线为设计基准，也是测量基准，按照基准重合原则及加工要求，应选轴心线及一端面为精基准，其他各面都能以此为定位，从而也体现了基准统一的原则。所以以两中心孔为精基准，采用两顶装夹定位，便于位置精度的保证，为后续加工提供精基准。五、选择加工方法 由于零件精度要求高，为使其达到要求，加工方法有粗车、半精车、粗铣和磨削。 根据这个表面加工要求和各种加工方法所能达到的经济精度，查表选择零件主要表面的加工方法如表4。表4 加工方案序号加工表面加工方案01M22螺纹粗车-半精车-车螺纹02外圆粗车-半精车-磨削03外圆粗车-半精车-磨削046、10齿花键粗铣-磨削05外圆粗车-半精车-磨削综上所述，该花键轴的工序安排顺序为： 下料锻造预备热处理 加工工序:车端面粗车半精车车螺纹铣键槽淬火磨削检验六、制订工艺路线 制订工艺路线是工艺人员制订工艺规程时最重要的工作，也是体现工艺师工艺水平的重要方面。其原则是，在合理保证零件的几何形状、尺寸精度、位置精度、表面质量的前提下，尽可能提高生产率，降低生产成本，取得较好的经济效益。根据以上的加工方案的分析确定零件的工艺路线如表5：表5 花键轴零件的工艺路线工序号工序名称工序内容05模锻毛坯锻造加工10热处理正火15车端面车右边端面和中心孔，车左边端面和中心孔20粗车粗车左端38、20的外圆，粗车右端35、22的外圆和卡环槽3425半精车半精车左端38、20的外圆和圆角、倒角，半精车右端35、22的外圆和卡环槽34还有圆角、倒角30攻螺纹攻右旋螺纹35粗铣花键粗铣右端10齿花键，粗铣左端6齿花键40热处理对花键进行局部淬火45修研修研中心孔50磨削磨削35、38、20的外圆，磨卡环槽侧面55磨削磨削6齿花键槽，磨削10齿花键槽60检验七、确定加工余量及毛坯尺寸1、毛坯尺寸由工艺人员手册可查得锻件单边余量厚度方向1.5-2mm，取2mm，水平方向为2.0-2.7mm，取2.5mm。表6 毛坯余量表主要加工表面零件尺寸总余量(双边)毛坯尺寸M22螺纹22426外圆面35439外圆面38442外圆面20424端面-63252、毛坯公差等级根据零件图各部分的加工精度要求，锻件的尺寸公差等级为8-12级，加工余量等级为普通级，故取IT=12级。3、零件表面粗糙度根据零件图可知该轴各加工表面的粗糙度至少为12.5。4、毛坯简图如下图2 毛坯图八、工序设计 1、选择加工设备与工艺装备 （1）选择加工设备 选择加工设备即选择机床类型。由于已经根据零件的形状、精度特点，选择了加工方法，因此机床的类型也随之确定。至于机床的型号，主要取决于现场的设备情况。选择加工设备要考虑加工经济精度。每一种机床，都有相应的加工经济精度，也就是说任何机床在最经济的情况下的加工精度和表面粗糙度都有一定的范围。若精心操作、细心调整、选择小的切削用量，其加工精度也可以提高，但肯定是耗时费工。所以，最终选择的机床，其经济精度应与零件表面的设计要求相适应，初步选定各工序机床如下表7：表7 工序机床工序号机床设备15、20、25、30、45CA614035Y631K50、55M135（2）选择刀具 花键轴的加工中，采用了车、钻、铣、车螺纹、磨等多种加工方式，与之相对应，初选刀具的情况如下：表8 工序刀具刀具工序号中心钻15端面车刀、外圆车刀15、20、25切槽刀20板牙套30成型铣刀35外圆磨刀、成型磨刀50 （3）选择量具 选择量具的原则是根据被测量对象的要求，在满足测量精度的前提下，尽量选用操作方便、测量效率高的量具。量具有通用量具（如游标卡尺、千分尺、比较仪、量块等）和各种专用高效量具，其种类的选择主要应考虑被测尺寸的性质，如内径、外径、深度、角度、几何形状等以及被测工件的特点，如工件的形状、大小、精度、生产类型等。选择量具的方法有两种：一是按计量器具的不确定选择。一般根据被测对象的公差宽度先查得相应的安全裕度A和计量器具的不确定度允许值，然后在量具手册中选择一种不确定度等于或小于的量具；二是按计量器具的测量方法极限误差选择。 2、确定工序尺寸 确定工序尺寸时，对于加工精度要求较低的表面，只要粗加工工序就能保证设计要求，将设计尺寸作为工序尺寸即可，上下偏差的标注也按设计规定。当加工表面精度要求较高是，往往要经过数道工序才能达到要求，此时分为两种情况。 若表面的数道加工工序均使用统一的定位基准，并且定位基准与该工序的工序基准重合，则各个工序尺寸只与工序的加工余量有关。工序尺寸的确定采用的是由后往前推算的方法，由加工表面的最后工序即设计尺寸开始，逐次加上每道加工工序余量，分别得到各工序基本尺寸。各个工序加工余量可查手册得到，工序尺寸的公差带宽度按经济精度确定，上下偏差按“入体”原则标注，最后一道工序的公差应按设计要求标注。 若加工表面的定位基准与其工序基准不重合，或者由于工艺的原因其定位基准经多次转换，侧要根据尺寸链原理进行计算，从而确定工序尺寸的基本尺寸与公差。 下面以mm外圆加工为例计算工序尺寸、余量及确定公差。 mm外圆需要经过三道工序，并且定位基准与工序基准重合。由前知其总加工余量（双边余量）为4mm，其公差等级为IT6级。参考M135车床的切削用量的加工精度参数，可知磨削是直径上切深，表面粗糙度为、IT6级；半精车时、IT8级；粗车时、IT12级。按照上述方法，确定mm外圆的加工余量、工序尺寸公差及表面粗糙度如表9 mm外圆加工各工序要求加工表面mm外圆磨削半精车粗车毛坯工序双边余量/mm0.21.62.2工序尺寸及公差/mm表面粗糙度/mm0.43.212.5九、确定切削用量和基本时间 切削用量包含切削速度、进给量及背吃刀量三项，确定方法是先确定背吃刀量、进给量，而后确定切削速度。不同的加工性质，对切削加工的要求是不一样的。因此，在选择切削用量时，考虑得则重点也应有所区别。 粗加工时，应尽量保证较高的金属切除率和必要的刀具耐用度，故一般优先选择尽可能大的背吃刀量，其次选择较大的进给量，最后根据刀具耐用度要求确定合适的切削速度。精加工时，首先应保证工件的加工精度和表面质量要求，故一般选用较小的进给量和背吃刀量，而尽可能选用较高的切削速度。表10 时间额定的组成及工时计算（JB/Z338.6-88）项目内容作业时间基本时间直接用于改变生产对象的尺寸、形状、相对位置、表面状态或材料性质等工艺过程所消耗的时间，如机器制造业中的铸、锻、焊、金属切削加工、装配等作业时间辅助时间为保证基本工艺过程的实现，必要进行的各种辅助性操作所消耗的时间，如机械加工工序中装卸工件、进退刀、测量、自检、转换刀架、开停车等操作布置工作地时间操作者用于照管工作地，使之保持正常的工作状态和良好的工作环境所消耗的时间，一般作业时间的2%7%计算。例如领取工具、接受任务、试车、加油、设备的清洗保洁，下班填写生产记录，交接班，在加工过程中，调整刀具、清洗切屑等休息及生理需要时间操作者为恢复体力和满足生理上的需要所消耗的时间，一般按作业时间的2%7%计算。如正常休息、喝水、如厕等准备与结束时间操作者为生产一批产品或零件进行准备和结束工作所需要的时间，如每批工件的数量为n，平均到每件工件的准备和结束时间为，当n足够大事，可忽略不计工时计算工时类别计算公式单件工时成批生产单件工时大量生产单件工时单件： 成批：大量： 为了能更全面的说明切削用量和基本时间的确定方法，与前述零件表面加工方法相对应，下面以粗车端面工序进行说明。工序15切削用量及基本时间的确定 本工序为车右边端面和中心孔、车左边端面和中心孔，机床采用最常用的CA6140卧式车床，车削端面时采用Y15硬质合金刀具，根据加工条件和工件材料由手册查询得参数为主偏角、前角、刃倾角、刀尖圆角半径。中心孔加工采用中心钻完成。1、 确定粗车端面的切削用量（1） 确定背吃刀量 由前述可知粗车端面双边余量为5m，粗车端面后319mm,故单边加工余量为3mm，即（端面是轴向）。（2） 确定进给量f 当粗车端面钢料，车刀直径为20mm, ,进给量根据表5-42，按照CA6140机床的进给量直，选取f=0.2mm/r。（3） 确定切削速度 根据表5-43的计算公式确定切削速度（m/min） （2式）式中，=291，=0.15，=0.2。本工序加工条件与该公式应用条件不完全相同，故需要根据表5-32对端面车刀进行修正：根据刀具耐用度T=60min，得修正系数=1.0；根据工件材料=600MPa,使得修正系数=1.18；根据毛坯表面状态得修正系数为=1.0；刀具材料为Y15，得修正系数=0.65；此处为车端面，经查地修正系数；主偏角，得修正系数