轴的设计-机械制造及自动化机械制造工艺学课程设计说明书.doc

机械制造工艺学课程设计说明书 课 题:轴的设计学生姓名：专 业：机械制造及自动化学 号：班 级：指导教师：机械工程学院2011年12月28日目录1 零件的分析 32 毛坯的选择 52.1 毛坯种类的选择 52.2毛坯形状尺寸的确定 53工艺路线的拟定 63.1 定位基准的选择 63.3 加工顺序的安排 73.31加工阶段的划分 73.32基面先行原则 73.33先粗后精 7 3.34 工序划分的确定 .73.35热处理工序的安排 83.4工艺路线的确定.83.5加工路线的确定.94 加工设备的选择 114.1机床的选择 114.2 夹具的选择 1114.3 刀具的选用 1115 加工余量、工序尺寸及公差的确定 136切屑用量的确定 157设计心得 1888 参考文献 191 零件的分析图1-1 零件图从零件图看，该零件结构简单，加工的外圆表面为，图中所给的尺寸精度较高，加工时可以用磨削加工来完成。有些为IT5级，IT6级，可以在精加工之后加，用磨削加工来完成。粗糙度方面：沟槽20.5两侧面、的两端面、的端面、两键槽的端面的表面粗糙度为Ra3.2; 、的外表面的表面粗糙度为Ra1.6，表面粗糙度要求不高，直接用精加工就可以达到要求。轴线对于轴的直线度为0.01。热处理方面需要调质处理到220-250HBS,在粗加工之后，精加工之前可以进行调质处理，这样可以保证零件所要求的表面硬度。通过分析，该零件布局合理，方便加工，通过径向夹紧可保证加工要求，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。2 毛坯的选择2.1 毛坯种类的选择 毛坯的选择和拟定毛坯图是制定工艺规程的最初阶段的工作之一，也是较重要的阶段，毛坯的形状和特征（硬度，精度，金相组织等）对机械加工的难易，工序数量的多少有直接影响，因此，合理选择毛坯在生产中占有相当重要的位置，同样毛坯的加工余量的确定也是一个非常重要的问题。毛坯种类的选择决定零件的实际作用，毛坯的制造方法主要有以下几种：1 型材、2 锻造、3 铸造、4 焊接、5 其他毛坯。根据零件的要求，推荐使用型材或锻件，不过，所要设计的是轴，它要承受较大的扭矩和弯矩，锻件具有较高的抗拉抗弯、抗扭强度和冲击韧性，常用于大载荷或冲击载荷下的工作零件。因此选用锻件。2.2毛坯形状尺寸的确定根据零件的加工精度要求和表面加工方法确定毛坯的尺寸。由于轴的径向尺寸变化不大，故可选用等径40Cr钢因此我们可可以用设计零件的加工最大直径时所需的毛坯的直径做为选用毛坯的直径。查实用金属切削加工工艺手册可知的总加工余量为5，因此40Cr钢的直径为24。40Cr钢两端面的加工总余量为4。因此40Cr钢的长度为86图2-1 毛坯图3工艺路线的拟定3.1 定位基准的选择工件在加工第一道或最初几道工序时，一般选毛坯上未加工的表面作为定位基准，这个是粗基准，该零件选用24外圆柱面作为粗基准来加工19外圆柱面和右端面。以上选择符合粗基准的选择原则中的余量最小原则、便于装夹原则，在以后的工序中，则使用经过加工的表面作为定位基准，14的外圆柱面和右端面作为定位基准，这个基准就是精基准。在选精基准时采用有基准重合，基准统一。这样定位比较简单可靠，为以后加工重要表面做好准备。3.2 加工方法的选择市场经济的前提下，一切都是为能创造出更多的财富和提高劳动率为目的，同样的加工方法的选择一般考虑的是在保证工件加工要求的前提下，译稿工件的加工效率和经济性，而在具体的选择上，一般根据机械加工资料和工人的经验来确定。由于方法的多种多样，工人在选择时一般结合具体的工件和现场的加工条件来确定最佳的加工方案。同样在该零件的加工方法的选择中，我们考虑了工件的具体情况，一般我们按加工顺序来阐述加工方案：加工表面 表面粗糙度 公差等级 加工方法19外端面 Ra 自由公差 粗车-精车19外圆柱表面 Ra3.2 自由公差 粗车-精车14外圆柱表面 Ra1.6 IT6 粗车-精车-磨削14外圆柱表面 Ra1.6 IT5 粗车-精车-磨削14外圆柱面 Ra1.6 IT6 粗车-精车-磨削13外圆柱面 Ra1.6 自由公差 粗车-精车12.4 外圆柱面 Ra12.5 自由公差 粗车-精车沟槽 Ra12.5 精车左端 Ra12.5 粗车-精车右端面 Ra12.5 粗车-精车键槽 Ra3.2 IT10 精铣倒角 Ra12.3 3.3 加工顺序的安排3.31加工阶段的划分当零件的加工质量要求较高时,往往不可能用一道工序来满足要求,而要用几道工序逐步达到所要求的加工质量和合理地使用设备、人力,零件的加工过程通常按工序性质不同,可以分为粗加工,精加工，磨削三个阶段。 粗加工阶段：其任务是切除毛坯上大部分余量，使毛坯在形状和尺寸上接近零件成品，因此，主要目标是提高生产率，去除端面以及外圆表面的大部分余量，并为后续工序提供精基准，如加工19、13、12.4外圆柱表面。 精加工阶段：其任务就是保证各主要表面达到规定的尺寸精度，留一定的磨削余量，为主要表面磨削加工做好准备，并可完成一些表面的加工。如精度和表面粗糙度要求，主要目标是全面保证加工质量。磨削加工阶段：其任务主要是加工公差精度要求高的表面。3.32基面先行原则 该零件进行加工时，要将端面先加工，再以左端面、外圆柱面为基准来加工，因为左端面和14外圆柱面为后续精基准表面加工而设定的，才能使定位基准更准确，从而保证各位置精度的要求，然后再把其余部分加工出来。3.33先粗后精 即要先安排粗加工工序，再安排精加工工序，粗车将在较短时间内将工件表面上的大部分余量切掉，一方面提高金属切削效率，另一方面满足精车的余量均匀性要求，若粗车后留余量的均匀性满足不了精加工的要求时，则要安排半精车，以此为精车做准备。3.34工序划分的确定工序集中与工序分散：工序集中是指将工件的加工集中在少数几道工序内完成每道工序加工内容较多，工序集中使总工序数减少，这样就减少了安装次数，可以使装夹时间减少，减少夹具数目，并且利用采用高生产率的机床。工序分散是将工件的加工分散在较多的工序中进行，每道工序的内容很少，最少时每道工序只包括一简单工步，工序分散可使每个工序使用的设备，刀具等比较简单，机床调整工作简化，对操作工人的技术水平也要求低些。综上所述：考虑到工件是中批量生产的情况，采用工序分散辅助工序的安排：辅助工序一般包括去毛刺，倒棱角，检验等。3.35热处理工序的安排 热处理的目的是提高材料力学性能，消除残余应力和改善金属的加工性能，热处理主要分预备热处理，最终热处理和内应力处理等，本零件轴材料为40Cr钢，在加工过程中预备热是消除零件的内应力，在毛坯锻造之后。最终热处理在粗车之后精车之前， 改善轴表面的性能。3.4工艺路线的拟定 根据以上各个零部件的分析以及加工工艺确定的基本原则，可以初步确定加工工艺路线，具体方案如下：方案一1 备料 锻造毛坯 2 热处理 退火（消除内应力）3、 普车 粗车右端面钻中心孔，粗车左端面，钻中心孔4、 普车 粗车19,14外圆面，留精车，磨削余量5、 普车 粗车14外圆面，留精车、磨削余量，粗车13 ， 12.4外圆面，留精车余量 6、 热处理 调质7、 数控车 精车左端面，19，14外圆柱面，留磨削余量8、 检验 检验14长为389、 数控车 精车右端面1312.4外圆柱面至要求，精车14留磨削余量10、检验 检验总长，19长4，14长12.，13至要求 12.4长为511、普车 车各键槽与倒角 12、磨床 磨各外圆面至要求13、铣床 铣键槽14、去毛刺15、检验方案二：1 备料 锻造毛坯 2 热处理 退火（消除内应力）3、 普车 粗车右端面钻中心孔，粗车左端面，钻中心孔4、 普车 粗车19,14外圆面，留精车，磨削余量5、 普车 粗车14外圆面，留精车、磨削余量，粗车13 ， 12.4外圆面，留精车余量 6、 热处理 调质7、 数控车 精车左端面，19，14外圆柱面，留磨削余量8、 数控车 精车右端面1312.4外圆柱面至要求，精车14留磨削余量9、磨床 磨削19的左右端面10、普车 车各键槽与倒角 11、磨床 磨各外圆面至要求12、铣床 铣键槽13、去毛刺14、检验综上所述：两个工艺方案的特点在于工序集中和工序分散和加工顺序，从零件本身来考虑，由于轴类零件在切削加工时易产生弯曲变形，如采用工序分散，在加工时零件的位置精度无法保证，所以采用方案一。3.5加工路线的确定确定刀具走刀路线主要是提高生产效率，正确的加工工艺程序，在确定走刀路线时主要考虑以下几个方面：1、应能保证零件的加工精度和表面粗糙度2、应使走刀路线最短，减少刀具空行程时间，提高加工效率3、应使数值计算简单，程序段数量少，以减少编程工作量具体加工路线见工艺卡 4 加工设备的选择4.1机床的选择1、工序三、工序四采用CA6140普通车床，车床的参数如下： 型号TYPE CA6140，中心距750mm 1000 mm 1500 mm，床身上下最大回转直径400 mm，马鞍内最大工作回转路径550 mm，横拖板上最大回转直径214mm，主轴孔径52 mm，主轴内锥孔MT6#，主轴速度级数16级，主轴速度范围20-1800r.p.m，公制螺纹（30种）0.45-20 mm（30种），英制螺纹（30种）40-0.875t.p.i（30种），模数螺纹0.125-5mm，径节螺纹160-4D.P，横拖板行程239mm小刀架行程150mm，尾坐套孔锥度MT5#，套筒行程120mm，主电机功率4/5.5KW，外形尺寸235010201250mm2、工序七、工序九采用数控车床CK7150A，车床参数如下： 8工位电动转塔刀架，可实现自动换刀，数控装置：FANUCOI，最大回转直径590mm，最大加工直径500 mm，最大加工长度1000 mm，主轴转速范围30-2000RMP/min，主轴电机功率7.5KW，主要精度X定位精度0.016 mm,Z定位精度0.025 mm,X重复定位精度0.007 mm,Z重复定位精度0.01 mm3工序十三采用X51，铣床的参数如下： 型号X51,主轴孔锥度7:24,主轴孔径25mm。主轴转速651800r/min。工作台面积(长宽)1000250。工作台最大行程:纵向(手动/机动)620mm,横向手动190mm、机动170mm，升降手动370mm、机动350mm。工作台进给量:纵向35980mm/min、横向25765mm/min、升降12380mm/min。工作台快速移动速度:纵向2900mm/min、横向2300mm/min、升降1150mm/min。工作台T型槽数:槽数3、宽度14、槽距50。主电机功率7.5KW。4.2 夹具的选择 主要选用三爪卡盘4.3 刀具的选用（1）车削粗车端面选用45弯头车刀；车外圆面用90外圆车刀；（2）钻中心孔 用中心钻；（3）切槽 用硬质合金切断刀；（4）铣键槽用铣刀；（5）磨削 用砂轮。5 加工余量、工序尺寸及公差的确定根据各资料及制定的零件加工工艺路线，采用计算与查表相结合的方法确定各工序加工余量，中间工序公差按经济精度选定，上下偏差按入体原则标注，确定各加工表面的机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸如下：1 19外圆柱面工序名称工序余量工序公差工序尺寸表面粗糙度精车1IT61912.3粗车4IT1220毛坯5242 外圆面工序名称工序余量工序公差工序尺寸表面粗糙度磨削0.2IT5141.6精车0.8IT614.21.6粗车5IT121512.3毛坯6243 外圆面工序名称工序余量工序公差工序尺寸表面粗糙度磨削0.2IT6141.6精车0.8IT614.21.6粗车5IT121512.3毛坯6244 13外圆面工序名称工序余量工序公差工序尺寸表面粗糙度精车1IT6131.6粗车1IT1214毛坯2245 12.4外圆面工序名称工序余量工序公差工序尺寸表面粗糙度精车0.6IT612.412.3粗车1IT12113毛坯1.6246 加工14处键槽工序名称工序余量工序公差工序尺寸表面粗糙度铣槽IT10123.27 加工13处键槽工序名称工序余量工序公差工序尺寸表面粗糙度铣槽IT10103.28 加工19两端面，先粗车留精加工余量0.79 精加工各圆面后直接车沟槽至要求6切屑用量的确定1 加工19外圆柱面 粗车：查机械加工工艺设计手册：取f=0.25mm/r ap=2mm 查金属切削手册取Vc=45 m/min 则n=1000Vc/（d） =596.8r/min由CA6140说明书取n=620r/min故实际切削速度： Vc=n d/1000=6203.1424/1000=46.7m/min实际取值为Vc=46.7 m/min，n=620r/min，f=0.25mm/r 精车：查机械加工工艺设计手册取f=0.15mm/r ap=0.5mm 查金属切削手册取Vc=75 m/min 则n=1000Vc/ d =1193r/min圆整的n=1190r/min故实际切削速度： Vc=n d/1000=11903.1420/1000=74.7m/min实际取值为Vc=74.7 m/min，n=1190r/min，f=0.15mm/r2 加工外外圆端面 粗车：d=19 查金属机械加工工艺人员手册 取f=0.2查金属切削手册取Vc=35 m/min 则n=1000Vc/ d =586.4r/min 由CA6140说明书取n=550r/min 故实际切削速度Vc=n d/1000=5503.1419/1000=33.8m/min 取ap=2mm 实际取值为Vc=33.8m/min，n=550r/min f=0.2mm/r 精车：查机械加工工艺设计手册 取f=0.15 mm/r再查外圆切削数据表知：取Vc=50 m/min 则n=1000Vc/ d=1000120/3.1461.1=837.6 r/min圆整得n=840 r/min取ap=0.4mm 故实际切削速度：Vc=n d/1000=8403.14/1000=50m/min 实际取值为Vc= 50m/min，n=840r/min f=0.15mm/r 磨削：M1432A外圆磨床，转速n=15003 加工外圆端面 粗车：查金属机械加工工艺人员手册取f=0.2mm/r 查金属切削手册取Vc=35m/min 则n=1000Vc/ d =586.4r/min 由CA6140说明书取n=550r/min 故实际切削速度 Vc=n d/1000=33.8m/min 取ap=2mm 实际取值为Vc= 33.8m/min，n=550r/min， f=0.2mm/r精车：查机械加工工艺设计手册取f=0.15mm/r 再查外圆切削数据表知：取Vc=50 m/min 则n=1000Vc/ d =100050/193.14=837.6 r/min圆整得n=850 r/min故实际切削速度： Vc=n d/1000=8503.1419/1000=50m/min ap=0.4mm，实际取值为Vc=50m/min，n=850r/min f=0.15mm/r 磨削：M1432A外圆磨床，转速n=15004 加工13外圆柱面 粗车：d=15查金属机械加工工艺人员手册取f=0.2mm/r 查金属切削手册取Vc=35 m/min 则n=1000Vc/ d =742.7r/min 由CA6140说明书取n=800r/min 故实际切削速Vc=nd/1000=37.7m/min 取ap=0.5mm 实际取值为Vc=37.7m/min，n=800r/min， f=0.2mm/r 精车：查机械加工工艺设计手册 取f=0.15mm/r 再查外圆切削数据表知： 取Vc=55 m/min 则n=1000Vc/ d=1167.1 r/min 圆整得n=1170r/min故实际切削速度： Vc=n d/1000=11703.1415/1000=55.1m/min ap=0.5mm实际取值为Vc= 55.1m/min，n=1170/min f=0.15m/r5 加工12.4外圆端面 粗车：d=14查金属机械加工工艺人员手册取f=0.2mm/r 查金属切削手册取Vc=40 m/min 则n=1000Vc/ d =909.4r/min 由CA6140说明书取n=920r/min 故实际切削速Vc=nd/1000=40.5m/min 取ap=0.5mm 实际取值为Vc=40.5m/min，n=920r/min， f=0.2mm/r精车：查机械加工工艺设计手册 取f=0.15mm/r 再查外圆切削数据表知： 取Vc=50 m/min 则n=1000Vc/ d=1224.3 r/min 圆整得n=1220r/min故实际切削速度： Vc=n d/1000=3.1413/1000=50m/min ap=0.4mm实际取值为Vc= 50m/min，n=1220/min f=0.15m/r6 加工19端面 粗车：查机械制造工艺与机床夹具课程设计指导得： f=0.65mm/r Vc=28m/min n=1000Vc/d=485.8r/min 由CA6140说明书取n=550r/min 故实际切削速度Vc=n d/1000=32.3m/min 取ap=2mm 实际取值为Vc=32.3m/min，n=550r/min，f=0.65mm/r. 精车：查机械制造工艺与机床夹具课程设计指导得：f=0.41mm/r ap=0.5mm Vc=36m/min n=1000Vc/d=603r/min 实际取值为Vc=36 m/min，n=603r/min，f=0.41mm/r.7 加工轴两端面 粗车：查机械制造工艺与机床夹具课程设计指导得： f=0.65mm/r Vc=26m/min n=1000Vc/d=344.8r/min 由CA6140说明书取n=320r/min 故实际切削速度Vc=n d/1000=24.1m/min 取ap=2mm 实际取值为Vc=24.1m/min，n=320r/min，f=0.65mm/r. 精车：查机械制造工艺与机床夹具课程设计指导得：f=0.34mm/r ap=0.5mm Vc=34m/min n=1000Vc/d=721r/min 实际取值为Vc=34 m/min，n=721r/min，f=0.34mm/r.8 铣13处键槽 粗铣： f=0.12mm/r ap=5mm Vc=40m/min n=1000Vc/d=979.4r/min 精铣： fz=0.10mm/r ap=2mm V