机械制造课程设计：输出轴.doc

.机械制造技术课程设计题目：设计输出轴的机械加工工艺规程及工艺装配 姓 名：徐 向 阳 学 号：120606131 指导教师：张海军二O一五年六月二十一日输出轴加工工艺及钻床夹具设计序 言 机械制造工艺学课程设计是在我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业之后进行的。这是我们进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的复习，也是一次理论联系实际训练。因此，它在我们的大学学习生活中占有十分重要的地位。 就我个人而言，我希望能通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后参加祖国的现代化建设打下一个良好的基础。我也相信通过课程设计能将零碎的知识点都联系起来，系统而全面的做好设计。本次课程设计是机械制造工艺学这门课程的一个阶段总结，是对课堂中学习的基本理论和在生产实习中学到的实践知识的一个实际应用过程。由于知识和经验所限，设计会有许多不足之处，所以恳请老师给予指导。一、零件的分析1、零件的作用题目所给定的零件车床输出轴，其主要作用，一是传递转矩，使车床主轴获得旋转的动力；二是工作过程中经常承受载荷；三是支撑传动零部件。零件的材料为45钢，是最常用中碳调质钢，综合力学性能良好，淬透性低，水淬时易生裂纹。综合技术要求等文件，选用铸件。2、零件的工艺分析从零件图上看，该零件是典型的零件，结构比较简单，其主要加工的面有55、60、65、75、176的外圆柱面，50、80、104的内圆柱表面，10个20的通孔，图中所给的尺寸精度高，大部分是IT6级；粗糙度方面表现在键槽两侧面、80内圆柱表面为Ra3.2um,大端端面为Ra3.2um,其余为Ra12.5um，要求不高；位置要求较严格，表现在55的左端面、80内孔圆柱面对75、60外圆轴线的跳动量为0.04mm, 20孔的轴线对80内孔轴线的位置度为0.05mm,键槽对55外圆轴线的对称度为.0.08mm；热处理方面需要调质处理，到200HBW，保持均匀。 通过分析该零件，其布局合理，方便加工，我们通过径向夹紧可保证其加工要求，整个图面清晰，尺寸完整合理，能够完整表达物体的形状和大小，符合要求。二、工艺规程设计（一）、定位基准的选择本零件为带孔的轴类零件，孔是其设计基准（亦是装配基准和测量基准），为避免由于基准不重合而产生的误差，应选回转轴线为定位基准，即遵守“基准重合”的原则。具体而言，即选孔及一端面作为精基准。由于本零件全部表面都需要加工，而孔作为精基准，应先进行加工，因此应选外圆及一端面为粗基准。（二）加工方法的选择回转体表面面的加工：面的加工方法有很多，本零件主要是加工外圆面和端面。55、60外圆面的加工精度采用7级精度可以满足要求，故可采取粗车-半精车-精车的加工方式。65、75外圆面的加工精度要采用6级精度才能达到要求，故采用粗车-半精车-粗磨-精磨的加工方式。孔的加工：孔的加工方式有钻、扩、镗、拉、磨等。对于内孔采取在车床上镗孔的方式。原因是结构紧凑，重量不大，适用于车削加工。通孔1020采用在车床上镗孔的方式，斜孔28在钻床床钻孔。键槽的加工：零件上的键槽在铣床上铣。其公差等级为IT7，两侧的粗糙度为Ra3.2m，槽底面的粗糙度为Ra6.3m。可采用粗铣-精铣的加工方式。 两端面的加工：端面的加工在铣床上进行，其公差等级为IT7，粗糙度的要求分别为Ra25m，Ra,12.5m。（三）制定工艺路线制定工艺路线是制定工艺规程最重要的工作，也体现了工艺师工艺水平的重要方面。其原则是，在保证零件的几何形状、尺寸精度、表面质量的前提下，尽可能提高生产率，降低成本，取得好的经济效益。工艺路线安排如下： 工序00 备料、模锻。 工序01 用三爪卡盘定位55回转体表面，粗车176外圆和粗铣176端面。 工序02 用三爪卡盘定位176回转体表面,并且粗铣55端面和粗车55、60、65、75的回转体表面。 工序03 用三爪卡盘定位55回转体表面，半精车55、60、65、75、176的外圆。 工序04 用三爪卡盘定位55回转体表面，粗磨65、75的外圆表面。 工序05 用三爪卡盘定位55回转体表面，粗车、半精车过度锥面。 工序06 以轴的回转轴线为基准，粗镗内孔50、80、104。 工序07 以轴的回转轴线为基准，半精镗内孔50、80、104。 工序08 以80孔的中心线为基准，钻、扩、铰孔1020。 工序09 钻斜孔28。 工序10 以轴的回转轴线为基准，粗铣键槽。 工序11 热处理：调质处理硬度为200-230HBW。 工序12 精车65、75的外圆及锥面。 工序13 用三爪卡盘定位55回转体表面，精磨65、75的外圆表面。 工序14 以轴的回转轴线为基准，精铣键槽，用三爪卡盘定位55回转体表面，精铣176端面；用三爪卡盘定位176回转体表面, 精铣55端面。工序15 去毛刺、清洗、检验。（四）工序设计1、选择加工设备及工艺装备选择加工设备及选择机床类型。由于已经根据零件的形状、精度特点，选择了加工方式，机床的类型也随之确定。至于机床的型号，取决于现场的设备情况。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，初步选定的机床如下： 工序10、15、60、80中进行的操作分别是粗铣176端面、铣55端面、粗铣键槽、精铣键槽，精铣176端面，精铣55端面，用的设备是X53T立式铣床。 工序50中钻、扩、铰孔1020，工序55中钻斜孔28，选用Z3025摇臂钻床。其余工序如加工端面和外圆，都可以在CA6140卧式车床进行。2、确定工序尺寸确定圆柱面的工序尺寸 圆柱表面多次加工的工序尺寸只与加工余量有关。前面已确定各圆柱面的总加工余量（毛坯余量），应将毛坯余量分为各工序加工余量，然后由后往前计算工序尺寸。中间工序尺寸的公差按加工方法的经济精度确定。本零件各圆柱表面的工序加工余量、工序尺寸及公差、表面粗糙度见下表：外圆柱面176轴段加工余量计算工序名称工序间余量/mm工 序工序基本尺寸/mm标注工序尺寸公差/mm经济精度/mm表面粗糙度Ra/m精车2IT106.3176 粗车3IT1212.5179毛坯2181外圆柱面55轴段加工余量计算工序名称工序间余量/mm工 序工序基本尺寸/mm标注工序尺寸公差/mm经济精度/mm表面粗糙度Ra/m精车1.0IT61.655半精车1.5IT103.256粗车2.5IT126.357.5毛坯26060轴段加工余量计算工序名称工序间余量/mm工 序工序基本尺寸/mm标注工序尺寸公差/mm经济精度/mm表面粗糙度Ra/m精车1.0IT61.660半精车1.5IT103.261粗 车2.5IT126.362.5 毛 坯26565轴段加工余量计算工序名称工序间余量/mm工 序工序基本尺寸/mm标注工序尺寸公差/mm经济精度/mm表面粗糙度Ra/m精车1.0IT61.665半精车1.5IT103.266粗车2.5IT126.367.5 毛坯27075轴段加工余量计算工序名称工序间余量/mm工 序工序基本尺寸/mm标注工序尺寸公差/mm经济精度/mm表面粗糙度Ra/m精车1.0IT61.675半精车1.5IT103.276粗车2.5IT126.377.5 毛坯280104内孔加工余量计算工序名称工序间余量/mm工 序工序基本尺寸/mm标注工序尺寸公差/mm经济精度/mm表面粗糙度Ra/m精镗1.8IT73.2104粗镗3.2IT106.3103.2 毛坯29980内孔加工余量计算工序名称工序间余量/mm工 序工序基本尺寸/mm标注工序尺寸公差/mm经济精度/mm表面粗糙度Ra/m精镗1.5IT73.280粗镗2.5IT106.378.5 毛坯27650内孔加工余量计算工序名称工序间余量/mm工 序工序基本尺寸/mm标注工序尺寸公差/mm经济精度/mm表面粗糙度Ra/m精镗1.5IT73.250粗镗2.5IT106.348.5毛坯246（五）确定切削用量及基本工时切削用量包括背吃刀量、进给量和切削速度。确定顺序是确定、，再确定。本说明书选取工序05粗车外圆为例确定其切削用量及基本时间。1、切削用量本工序为粗车。已知加工材料为45钢，锻件，有外皮；机床为CA6140型卧式车床，工件装夹在三爪自定心卡盘中。确定外圆的切削用量。所选刀具为YT15硬质合金可转位车刀，根据表5-112，由于CA6140机床的中心高为200mm，故选用刀杆尺寸BH=16mm25mm，刀片厚度为4.5mm。根据表5-133，选择车刀几何形状为卷槽带倒棱型前刀面，前角，后角、主偏角、,副偏角、刃倾角、刀尖圆弧半径。确定背吃刀量：由于粗车双边余量为2.5mm，则2.25mm。确定进给量f ：根据表5-114，在粗车钢件、刀杆尺寸为、工件直径为时，。按CA6140机床的进给量选择。确定的进给量尚需满足机床进给强度的要求，故需进行校验。根据表5-55，CA6140机床进给机构允许的进给力。根据表5-123，当钢材、， (预计)时，进给力。Ff的修正系数为，,故实际进给力为，由于，所选的可用。选择车刀磨钝标准及耐用度 根据表5-119，车刀后刀面最大磨损量取为1mm，可转位车刀耐用度。确定切削速度v 根据表5-120，当用YT15硬质合金车刀加工钢材时，时，切削速度。切削速度的修正系数为，表2-9。则有： 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，最后确定切削速度。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，考虑的侧重点也不同。 粗加工时，一般优先选用尽可能大的背吃刀量，其次选择较大的进给量，最后根据刀具的耐用度情况选择合适的切削速度。 精加工时，一般选择小得背吃刀量和进给量，从而尽可能的提高切削速度。粗车550.0280.003外圆的切削用量 本工序为粗车外圆55，机床采用最常用的CA6140卧式车床。 已知：加工材料：4钢，锻件，有外皮；工件尺寸：坯件D=60，车削后D=57.5，加工长度；加工要求：车削后表面粗糙度6.3m。 根据机械加工工艺手册表 7-4 选用的刀具为YT5牌号硬质合金车刀，选择的参数为：主偏角，副偏角，后角，前角，刃倾角，刀尖圆弧半径。选择切削用量：确定背吃刀量ap由于粗加工的余量为2.5mm,可以再一次走刀内完成，故ap=2.5/2=1.25mm。确定进给量f由于零件本次加工的加工余量小，根据机械加工工艺手册表1.1-47及机械制造工艺学课程设计指导书表5-42，取f=0.51mm/r。选择车刀磨钝标准和耐用度 根据机械制造工艺学课程设计指导书表5-40，后刀面最大磨损限度取1.1mm,刀具的耐用度为T=60 Min。 确定切削速度v和工作台每分钟进给量Vf本零件的材料为45钢，ap=1.25mm，f=0.51mm/r，根据机械制造工艺学课程设计指导书表5-32对车削速度进行修正：根据刀具的耐用度T=60min,得修正系数KTv=1.0；根据工件材料的强度，得修正系数KMv=1.0；根据毛坯状态得修正系数Ksv=0.8；刀具的材料为YT5，得修正系数为：Ktv=0.65;此处为车削，得修正系数KKv =1.0；得修正系数为主偏角为60o得修正系数为KKrV=0.92。 所以，KTv=1.0，KMv=1.0，Ksv=0.8 ，Ktv=0.65，KKv =1.0，KKrV=0.92 切削速度的公式为V=Cv/(TmapXvfyv)根据机械制造工艺学课程设计指导书表5-43，取数值： Cv=291，Xv=0.15，yv=0.2,m=0.2。 V=Cv/(TmapXvfyv)KTvKMvKsvKtvKKvKKrV 所以带入数据后可算得V=67.92 m/min 转速n=1000V/d=100067.92/60=360.32 r/min根据机械制造工艺学课程设计指导书表5-44,取CA1640机床的主轴转速选择320 r/min，则实际切削速度为 V=dn/1000=60320/1000=60.32 m/min检验机床功率根据机械制造工艺学课程设计指导书表5-45,查得切削力Fz和切削功率Pm的计算公式如下： Fz=CFzapxFzfyFzVnFzKFz(N) Pm= FzV/601000 （KW）式中，CFz=2650,xFz=1.0, yFz=0.75，nFz,=-0.15，KFz = KTFzKMFzKKrFzKr.Fz， 根据机械制造工艺学课程设计指导书表5-32得：与刀具耐用度有关的修正系数KTFz= 1.0；与工件材料有关的系数KMFz =1.0；与主偏角有关的修正系数KKrFz =0.94；与前角有关的修正系数Kr.Fz =1.10。因此总的修正系数为KFz = KTFzKMFzKKrFzKr.Fz =1.034所以,切削力为Fz =26501.251.00.510.7560.32-0.151.034=1118.5 N 切削功率为 Pm =1118.560.32/601000KW =1.124 KW根据机械加工工艺手册，查得CA1640卧式车床主动机功率PE =7.5 KW ，因为PmPE,故上述切削用量可用。最后确定的切削用量为： ap=1.25mm； f=0.51mm/r V=60.32 m/min （n=320 r/min）半精车550.0280.003外圆的切削用量 本工序为半精车外圆55，原来的直径为57.5，车削后D=56机床采用最常用的CA6140卧式车床。 根据机械加工工艺手册表 7-4 选用的刀具为YT15牌号硬质合金车刀，选择的参数为： 主偏角Kr=45o,副偏角K, r=10o,前角。=10o，刃倾角s=-5o，后角。=6o，车刀刀尖圆弧半径r=0.6mm。 选择切削用量： 确定背吃刀量ap由于粗加工的余量为1.5mm,可以再一次走刀内完成，故ap=1.5/2=0.75mm。 确定进给量f 由于零件本次加工的加工余量小，根据机械加工工艺手册表1.1-47及机械制造工艺学课程设计指导书表5-42，取f=0.30mm/r。选择车刀磨钝标准和耐用度 根据机械制造工艺学课程设计指导书表5-40，后刀面最大磨损限度取0.8mm,刀具的耐用度为T=60 Min。 确定切削速度v和工作台每分钟进给量Vf本零件的材料为45钢，ap=0.75mm，f=0.30mm/r，根据机械制造工艺学课程设计指导书表5-32对车削速度进行修正：根据刀具的耐用度T=60min,得修正系数KTv=1.0；根据工件材料的强度，得修正系数KMv=1.0；根据毛坯状态得修正系数Ksv=1.0；刀具的材料为YT15，得修正系数为：Ktv=1.0;此处为车削，得修正系数KKv =1.0；得修正系数为主偏角为45o得修正系数为KKrV=1.0。 所以，KTv=1.0，KMv=1.0，Ksv=1.0 ，Ktv=1.0，KKv =1.0，KKrV=1.0 切削速度的公式为V=Cv/(TmapXvfyv)根据机械制造工艺学课程设计指导书表5-43，取数值： Cv=291，Xv=0.15，yv=0.2,m=0.2。 V=Cv/(TmapXvfyv)KTvKMvKsvKtvKKvKKrV所以带入数据后可算得V=170.43 m/min转速n=1000V/d=1000170.43/57.5=943.47 r/min根据机械制造工艺学课程设计指导书表5-44,取CA1640机床的主轴转速选择710r/min，则实际切削速度为 V=dn/1000=57.5710/1000=128.26 m/min检验机床功率根据机械制造工艺学课程设计指导书表5-45,查得切削力Fz和切削功率Pm的计算公式如下： Fz=CFzapxFzfyFzVnFzKFz(N) Pm= FzV/601000 （KW）式中，CFz=2650,xFz=1.0, yFz=0.75，nFz,=-0.15，KFz = KTFzKMFzKKrFzKr.Fz， 根据机械制造工艺学课程设计指导书表5-32得：与刀具耐用度有关的修正系数KTFz= 1.0；与工件材料有关的系数KMFz =1.0；与主偏角有关的修正系数KKrFz =1.0；与前角有关的修正系数Kr.Fz =1.04。因此总的修正系数为KFz = KTFzKMFzKKrFzKr.Fz =1.04所以,切削力为Fz =26500.751.00.300.75128.26-0.151.04=291.88 N 切削功率为 Pm =291.88128.26/601000 KW =0.624 KW根据机械加工工艺手册，查得CA1640卧式车床主动机功率PE =7.5 KW ，因为PmPE,故上述切削用量可用。最后确定的切削用量为： ap=0.75mm； f=0.30mm/r V=128.26 m/min （n=710 r/min）精车550.0280.003外圆的切削用量 本工序为半精车外圆55，原来的直径为56，车削后D=55，机床采用最常用的CA6140卧式车床。 根据机械加工工艺手册表 7-4 选用的刀具为YT30牌号硬质合金车刀，选择的参数为：主偏角Kr=30o,副偏角K, r=5o,前角。=10o，刃倾角s=0o，后角。=6o，车刀刀尖圆弧半径r=0.4mm。选择切削用量：确定背吃刀量ap由于粗加工的余量为1.0mm,故ap=1.0/2=0.5mm。 确定进给量f 由于零件本次加工的加工余量小，根据机械加工工艺手册表1.1-47及机械制造工艺学课程设计指导书表5-42，取f=0.08 mm/r。选择车刀磨钝标准和耐用度 根据机械制造工艺学课程设计指导书表5-40，后刀面最大磨损限度取0.5mm,刀具的耐用度为T=60 Min。 确定切削速度v和工作台每分钟进给量Vf本零件的材料为45钢，ap=0.50mm，f=0.08mm/r，根据机械制造工艺学课程设计指导书表5-32对车削速度进行修正：根据刀具的耐用度T=60min,得修正系数KTv=1.0；根据工件材料的强度，得修正系数KMv=1.0；根据毛坯状态得修正系数Ksv=1.0；刀具的材料为YT30，得修正系数为：Ktv=1.4;此处为车削，得修正系数KKv =1.0；得修正系数为主偏角为30o得修正系数为KKrV=1.13。 所以，KTv=1.0，KMv=1.0，Ksv=1.0 ，Ktv=1.4，KKv =1.0，KKrV=1.13 切削速度的公式为V=Cv/(TmapXvfyv)根据机械制造工艺学课程设计指导书表5-43，取数值： Cv=291，Xv=0.15，yv=0.2,m=0.2。 V=Cv/(TmapXvfyv)KTvKMvKsvKtvKKvKKrV 所以带入数据后可算得V=560.66 m/min 转速n=1000V/d=1000560.66/56=3186.85 r/min根据机械制造工艺学课程设计指导书表5-44,取CA1640机床的主轴转速选择1400 r/min，则实际切削速度为 V=dn/1000=561400/1000=246.3 m/min 检验机床功率根据机械制造工艺学课程设计指导书表5-45,查得切削力Fz和切削功率Pm的计算公式如下： Fz=CFzapxFzfyFzVnFzKFz(N) Pm= FzV/601000 （KW）式中，CFz=2650,xFz=1.0, yFz=0.75，nFz,=-0.15，KFz = KTFzKMFzKKrFzKr.Fz， 根据机械制造工艺学课程设计指导书表5-32得：与刀具耐用度有关的修正系数KTFz= 1.0；与工件材料有关的系数KMFz =1.0；与主偏角有关的修正系数KKrFz =1.13；与前角有关的修正系数Kr.Fz =1.08。因此总的修正系数为KFz = KTFzKMFzKKrFzKr.Fz =1.2204 所以,切削力为Fz =26500.51.00.080.75246.3-0.1