芯轴零件工艺及夹具设计

欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 1 课程设计课程设计 芯轴零件芯轴零件 机械加工工艺及夹具设计机械加工工艺及夹具设计 学生姓名 曹 光 宇 学生学号 0930120127 院 院系 机械设计与制造 年级专业 09 机设 1 班 指导教师 陶福春 二 一一年十二月 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 2 目 录 序序 言言 2 1 1 零件的分析零件的分析 3 1 11 1 零件的作用零件的作用 3 1 21 2 零件的工艺分析零件的工艺分析 3 2 2 工艺规程的设计工艺规程的设计 4 2 12 1 确定毛坯的制造形式确定毛坯的制造形式 4 2 22 2 基准的选择基准的选择 4 2 2 1 粗基准的选择 4 2 2 2 精基准的选择 4 2 32 3 工艺路线的拟定工艺路线的拟定 4 2 42 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 5 2 52 5 确定切削用量及基本工时确定切削用量及基本工时 6 3 3 夹具设计夹具设计 12 3 13 1 问题的提出问题的提出 12 3 23 2 夹具设计夹具设计 12 3 2 1 定位装置的选择 12 3 2 2 夹紧装置的选择 13 3 2 3 定位误差分析 14 3 2 4 夹具设计及操作的简要说明 14 参考文献参考文献 15 3 序 言 机械制造技术基础课程设计是我们在学完了大学的全部基础课 专业基础 课以及专业课后进行的 这是我们在进行毕业设计之前对所学的各科课程一次 深入的综合性总复习 也是一次理论联系实际的训练 因此 他在我们的大学 四年生活中占有重要的地位 就我个人而言 我希望通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进一步 适应性的训练 希望自己在设计中能锻炼自己的分析问题 解决问题 查资料 的能力 为以后的工作打下良好的基础 由于能力有限 设计尚有很多不足之处 希望各位老师给予指导 4 1 零件的分析 1 1 零件的作用 轴类零件是常见的典型零件之一 按轴类零件结构形式不同 一般可分为 光轴 阶梯轴和异形轴三类 或分为实心轴 空心轴等 它们在机器中用来支 承齿轮 带轮等传动零件 以传递转矩或运动 题目所给的零件是芯轴 它属于轴类零件 由圆柱面 轴肩 螺纹孔 槽等组成 轴肩一般用来确 定安装在轴上零件的轴向位置 各环槽的作用是使零件装配时有一个正确的位 置 并使加工中磨削外圆或车螺纹时退刀方便 槽用于安装键 以传递转矩 螺纹用于安装各种锁紧螺母和调整螺母 1 2 零件的工艺分析 芯轴主要有三组加工表面 它们相互之间都有一定的位置要求 现分述如 下 1 主要是 35 为主的外圆加工表面 这一组加工表面包括 一个 35 外圆及端面 40 外圆 还有 1 7x 33 的槽 2 主要是 90 凹槽的加工表面 这一组加工表面主要通过角度铣刀来加工 90 凹槽 3 主要是 77 外圆 端面的加工表面 这一组加工表面主要是车 77 外圆 53 深 5 的槽 同时还要对其攻螺 纹 M8 RCI 8 共 5 个 深 21 这三组加工表面之间都有一定的位置要求 主要是加工顺序的安排 三组 加工面应该依次加工 这样有利于装夹 同时能够很好的保证零件的加工质量 提高零件的加工精度 由以上的分析可知 对于三组加工面而言 可以先加工第一组加工面 然 后借于专用夹具加工另外的表面 并且保证他们之间的位置精度要求 5 2 工艺规程的设计 2 1 确定毛坯的制造形式 该芯轴零件材料应该选 45 钢 因其属于一般的轴类零件 故选 45 钢可满 足其要求 该芯轴零件属于中 小传动轴 并且各外圆直径尺寸相差不大 故选择 85 的热轧圆钢棒料作毛坯 这对于提高生产率 保证零件加工质量也是有利 的 2 2 基准的选择 基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一 基面选择得正确 合理 可以保证加工质量 提高生产率 否则 就会使加工工艺过程问题百出 严重 的还会造成零件大批报废 使生产无法进行 该芯轴零件粗基准采用热轧圆钢的毛坯外圆 外圆加工采用三角卡盘装夹 热轧圆钢的毛坯外圆 车端面 外圆 先用外圆作粗基准 先加工一个端面 车出一端外圆 然后以已车过的外圆作基准 用三爪自定心卡盘装夹已经加工 的外圆面 在加工另一端的表面 芯轴主要是回转表面 主要应采用车削与外圆磨削成形 但该零件还有 90 凹曹以及 53 深 5 的槽和 5 个螺纹孔 所以也要用铣削和钻孔来完成 由于公差等级较低 表面粗糙度 Ra 值较大 故除 35 外圆需半精加工外 其 余表面和加工工艺都只需粗加工 2 2 1 粗基准的选择 按照粗基准的选择原则为了保证不加工表面和加工表面的位置的要求应选 择不加工表面为粗基准 2 2 2 精基准的选择 精基准的选择主要应该考虑基准重合问题 当设计基准与工序基准不重合 时 应该进行尺寸换算 2 3 工艺路线的拟定 为了保证达到零件的几何形状 尺寸精度 位置精度及各项技术要求必须 制定合理的工艺路线 由于生产纲领为成批生产 所以采用通用机床配以专用的工 夹 具并考虑 工序集中以提高生产率和减少机床数量以便降低生产成本 同时 还要考虑经 6 济效果 制定工艺路线 下料 车削毛坯 车两端面 粗车各外圆 半精车 35mm 外圆 车退刀槽 槽 钻 扩螺纹孔 铣 90 缺口和 53mm 深 5mm 的槽 攻 5 M8 7H 螺纹 终 检 铸件 退火 工序 1 平两端面 粗车 35mm 40mm 外圆 掉头车 77mm 外圆 2 半精车 35mm 外圆 3 车退刀槽 1 7 33mm 4 钻 扩螺纹孔 5 铣 90 缺口和 53mm 深 5mm 的内圆槽 6 攻螺纹 5 M8 7H 7 钻 8mm 深 4mm 的锥孔 8 检验 入库 在铣直角缺口时 工件必须倾斜 26 直角铣刀垂直铣下 这样能更好的 铣出 90 凹槽 此方案还要考虑工厂的具体条件等因素如设备能否借用工 夹 量具等 根据此方案的工艺路线制定出详细的工序划分如下所示 毛坯为铸件清理后退火处理以清除铸件的内应力及改善机械加工性能在毛 坯车间调整 V 型活块使其达到加工面的技术要求然后在机械加工车间进行加工 根据此工序的安排编出机械加工工艺过程卡及工序卡片 工序 1 去料 车削毛坯 2 平两端面 粗车 35mm 40mm 外圆 掉头车 77mm 外圆 3 半精车 35mm 外圆 4 车退刀槽 1 7 33mm 5 钻 扩螺纹孔 6 铣 90 缺口和 53mm 深 5mm 的槽 7 攻螺纹 5 M8 7H 8 钻 8mm 深 4mm 的锥孔 9 检验 入库 7 2 4 机械加工余量 工序尺寸及毛坯尺寸的确定 芯轴 零件材料为 45 钢 硬度为 207 241HBW 毛坯重量约为 1 2kg 生 产类型为大批生产 可采用在锻锤上合模模锻毛坯 根据上述原始资料及加工 工艺 分别确定各加工面的机械加工余量 工序尺寸如下 1 外圆表面 端面 35 40mm 考虑其加工长度为 125mm 与其连接的最大加工外圆表面为 80 为简化模 锻毛坯外形 现在直接取外圆表面为 80mm 直径 77mm 表面为自由尺寸公差 表面粗糙度值只要求粗加工 此时直径余量 2Z 3mm 已能满足加工要求 35mm 外圆的表面粗糙度值为 3 2 需要半精加工 设定其粗加工余量 2Z 4mm 则半 精加工余量 2Z 1mm 2 芯轴的 2 个端面的加工余量 35mm 77mm 根据所设计的零件毛坯图 端面的加工余量也就是长度方向的加工余量应 该规定为 3 5mm 现取为 3mm 3 90 缺口的加工余量 该加工部位的毛坯为实心 要有一定的切削力 参照 工艺手册 及零件 毛坯图确定加工余量为 铣 90 凹槽 Z 0 5mm 4 53mm 深 5mm 的内圆槽 该加工部位是铣内圆槽 故采用铣削加工 内圆为 53mm 见零件毛坯图 因精度要求不高 参照 工艺手册 确定内 圆槽的加工余量为 2Z 2 5mm 5 5 个 M8 7H 内螺纹孔 由于内孔要有精度要求 参照 工艺手册 表确定工序尺寸及余量为 钻孔 6mm 扩孔 6 5mm 2Z 0 5 mm 攻螺纹 8 mm 2Z 1 5 mm 车削用量的选择 单件 小批量生产时 可根据加工情况由工人确定 一 般可由 机械加工工艺手册 或 切削用量手册 中选取 通过查手册可得出以上的加工余量 再考虑到其所要加工的次数 从而可 以确定出毛坯所要达到的尺寸 综合考虑所要加工零件的尺寸及要加工表面所要达到的粗糙度 选择如下 机床 普通车床 CA6140 立式铣床 立式钻床 2 5 确定切削用量及基本工时 工序 2 车两端面及外圆 8 1 加工条件 工件材料 80 长度尺寸 130mm45 钢正火 6b 0 60GPa 模锻 加工要求 平两端面 粗车 35mm 40mm 外圆 掉头车 77mm 外圆 机床选择 CA6140 卧式车床 刀具 主要采用硬质合金外圆 端面车刀 以提高刀具的耐磨性 量具 采用卡板 2 计算切削用量 1 粗车 35 外圆端面 1 确定断面最大加工余量 根据芯轴毛坯图已知毛坯长度方向的加工余量为 3mm 但考虑到精车 精 磨等加工 所以端面不必全部加工 但要留有余量 根据实际情况及加工经验 现取实际端面的最大加工余量可按 Zmax 1 5 考虑 分两次加工 2 确定进给量 f 根据 切削用量简明手册 及加工零件的实际情况取 f 0 3mm r 3 计算切削速度 按 切削手册 表 得切削速度的计算公式为 Vc Cv TmAxfyKv 由于切削速度并无严格要求 所以 Vc 取 0 5mm r 4 确定机床主轴转速 Ns 1000Vc 3 14dw 按机床说明书 现取 500r mm 5 计算切削工时 按 工艺手册 及实际加工情况取 Tm 0 05min 2 粗车 40 外圆 1 背吃刀量 单边余量 Z 1mm 可一次去除 2 进给量 根据 切削手册 现选用 f 0 3mm r 3 计算切削速度 Vc 0 5mm r 4 确定主轴转速 Ns 1000Vc 3 14dw 518r min 按机床选取 Ns 500r min 故实际切削速度为 Vc 3 14dn 1000 106mm min 5 切削工时 T L L1 L2 nf 现取 T 0 4min 3 粗车 35 外圆 1 背吃刀量 单边余量 Z 2mm 可一次去除 2 进给量 根据 切削手册 现选用 f 0 5mm r 3 计算切削速度 见 切削手册 表 1 27 V 97 0 81 0 8 041 1 5 0260 242 35 0 15 0 2 0 v v yx p M V faT C 9 111 1 m min 4 确定主轴转速 884 r min w s d v n 1000 4014 3 1 1111000 按机床选取 n 900 r min 所以实际的切削速度为 min 113 1000 9004014 3 1000 m nd V 实际 4 车削 77 外圆 1 进给量选 0 4mm r 2 主轴转速选 500r min 3 切削速度 Vc 0 5mm r 4 基本工时 考虑到走刀长度以及背吃刀量 现取基本工时 0 23min 工序 3 半精车 35mm 外圆 1 切削深度 单边余量 Z 0 5mm 可一次去除 2 进给量 根据 切削手册 现选用 f 0 5mm r 3 计算切削速度 见 切削手册 表 1 27 V 97 0 81 0 8 041 1 5 05 060 242 35 0 15 0 2 0 v v yx p M V faT C 132m min 4 确定主轴转速 1167 r min w s d v n 1000 3614 3 1321000 按机床选取 n 1200 r min 所以实际的切削速度为 min 136 1000 12003614 3 1000 Vm nd 实际 工序 4 车退刀槽 1 7x 33mm 1 背吃刀量 单边余量 Z 1mm 可一次去除 2 进给量 切削速度以及主轴转速同粗车 35 40 外圆同时进行 故 进给量 f 0 5mm r 3 计算切削速度 见 切削手册 表 1 27 V 97 0 81 0 8 041 1 5 0160 242 35 0 15 0 2 0 v v yx p M V faT C 10 123m min 4 确定主轴转速 1119 r min w s d v n 1000 3514 3 1231000 按机床选取 n 1200 r min 所以实际的切削速度为 min 132 1000 12003514 3 1000 m nd v 实际 5 基本工时现取 0 3min 工序 5 钻 扩螺纹孔 1 钻孔 6 f 0 75mm r K 0 35 0 95 0 3 s 表 3 38 f l 0 35m s 21m min 表 3 42 n 1115 r min s w d 1000 v 63 14 211000 按机床选取 n 1200r min w 故实际切削速度 22 6 r min 1000 nd sw 切削工时 l 18mm l 3mm l 3mm 12 t 6s m f w 21 n lll 3 020 3318 2 扩孔 6 5 根据 切削手册 表 3 3 可取 f 0 6 mm r 表 3 54 切削速度 参考有关手册 确定 0 175m s 10 5m min n 514 r min s w d 1000 v 6 53 14 5 101000 按机床选取 n 520r min 8 67r s w 故实际切削速度 0 17m s 1000 nd sw 切削工时 l 18mm l 4mm l 3mm 12 t 5s m f w 21 n lll 6 067 8 3418 11 工序 6 铣 90 缺口和 53mm 深 5mm 的内圆槽 1 铣 90 缺口 根据 切削手册 表 3 3 可知 可以取 齿 08 0 mmfz 切削速度 参考有关手册 确定 V 0 3m s 即 18m min 采用镶齿套式面铣刀 d 80mm 齿数 Z 10 w n 71 6 r min s w d 1000 v 803 14 181000 现采用 X53T 立式铣床 根据铣床使用说明书 见 工艺手册 表 4 2 39 取 n 76r min 故实际切削深度为 w min 8 17 1000 718014 3 1000 nd ww m 当 n 76r min 时 工作台的每分钟进给量应为 wm f min 8 56711008 0 mmznff wzm 查机床说明书 可取min 56mmfm 切削工时 由于无精度要求 且所选铣刀刀齿宽度 36mm 所以 2 次加工就 可以铣出缺口 由此可以得出行程为 175mm t m min 125 3 56 175 2 铣削 53mm 深 5mm 的内圆槽 该工序和工序 5 基本相同 故根据 切削手册 表 3 3 可知 同样可以 取 齿 08 0 mmfz 切削速度 参考有关手册 确定 V 0 1m s 即 6m min 采用高速钢粗铣刀 d 50mm 齿数 Z 8 w n 38 2 r min s w d 1000 v 503 14 61000 现采用 X52K 立式铣床 根据铣床使用说明书 见 工艺手册 表 4 2 39 取 n 37 5r min 故实际切削深度为 w min 9 5 1000 5 375014 3 1000 nd ww m 当 n 37 5r min 时 工作台的每分钟进给量应为 wm f min 30 5 37808 0 mmznff wzm 查机床说明书 可取min 30mmfm 12 切削工时 由于无精度要求 工序和工序 5 基本相同 现取基本工时为 2 36min 工序 7 攻螺纹 5xM8 7H 由于公制螺纹为标准螺纹 故切削用量可选为 v 0 1m s 6m min 切削手册 表 3 42 n 238 r min s w d 1000 v 83 14 61000 按机床选取 n 195r min 则故实际切削速度为 w min 9 5 1000 238814 3 1000 nd sw m 机动工时 l 19mm l 3mm l 3mm 12 t 1 02 min m fn 8 ll l 21 1195 83 319 工序 8 钻 8mm 深 4mm 的锥孔 根据 切削手册 表 3 3 可知 可以选择进给量 f 0 11mm r 切削速度 参考有关手册 确定 V 18m min 所以主轴转速为 n 716 r min s w d 1000 v 83 14 181000 按机床选取 n 680r min 则故实际切削速度为 w min 17 1000 680814 3 1000 nd sw m 机动工时 l 19mm l 4mm l 3mm 12 t 0 32 min m fn lll 21 11 0 680 3419 最后 将以上各工序切削用量 工时定额的计算结果加以整理 就可以得 到该芯轴零件的加工工艺规程 第一节设计要求对夹具无严格的技术要求 主 要考虑如何提高加工率 保证零件加工质量 13 14 3 夹具设计 3 1 问题的提出 为了提高劳动生产率 保证加工质量 降低劳动强度 需要设计专用夹具 这次主要设计第六道工序 粗铣 90 缺口槽 本夹具将用于 X53T 立式铣床 刀具为镶齿套式面铣刀 因是铣床夹具 所以必须有对刀装置 查 制造工艺 手册 并根据工序六的实际情况 选取直角对刀块 其图如下所示 3 2 夹具设计 3 2 1 定位装置的选择 由零件图可知 90 直角缺口与工件轴线成 64 倾角 其设计基准为直角 缺口两条边的长度 为了使误差为零 将工件逆时针旋转 64 使直角缺口一 条边水平 一条铅垂 将心轴一端的外圆柱面插入圆形套筒内 由此可以芯轴 的外圆柱面作为定位面 为了提高加工效率 现决定采用镶齿套式面铣刀进行加工 同时 为了缩 短辅助时间 采用螺旋式机械压板压紧 且用定位销防止工件转动 综上所述 零件的定位方式如下图所示 15 3 2 2 夹紧装置的选择 由于实际加工的经验可知铣削时的主要切削力为铣刀的切削方向 由零件 的定位方式可知 切削力的方向为竖直向下 为了在夹紧过程中能保持工件定 位时所获得的正确位置 夹紧力的作用方向应与切削力方向一致 为了使夹紧力的大小适当 操作方便 简单而且省力 夹紧力作用点应正 对支承元件 并作用于工件刚性较好的部位 最后夹紧力作用点必须靠近加工 表面 以减小切削力对工件造成的翻转力矩 所以选择 77mm 大端外圆的中心 部位作为夹紧力作用点 下面计算切削力的大小 刀具 高速钢镶齿套式面铣刀 直径 80mm Z 10 切削力计算公式 0 FF xfyfufz F pfe z qw C a a a FF dn 0 720 86 0 86 350 3 1 0 084010 957 80 N 查表可得 350 xf 1 0 yf 0 65 0 83 0 83 3 1 0 08 40m F c Z F F q p a Z f e a m 0 86 80mm Z 10 其中 垂直分力 0 3 Fz 287N F u 0 d v F 在计算切削力时 必须把安全系数考虑在内 安全系数 K K1 K2 K3 K4 其中 K1 基本安全系数 1 5 K2 加工性质系数 1 1 K3 刀具钝化系数 1 1 K4 断续刀削系数 1 1 所以 F 1 5 1 1 1 1 1 1 287 573 N 考虑实际夹紧力较小 以及所加工零件的结构特征 决定选用螺旋夹紧结 16 构 为克服铣削时的垂直跳动 实际夹紧力 N 为 12 573 1146 0 250 25 H KF NN ff 其中 为夹具定位面及夹紧面上的摩擦系数 1 f