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文档简介

1、 电动机输出轴工艺设计与制造目 录摘要 20引言31.课题背景32.零件的工艺分析及技术要求分析42.1零件的工艺分析42.2技术要求分析53.选择毛坯,确定毛坯尺寸63.1选择毛坯63.2毛坯尺寸的确定64选择加工方法,制定加工工艺路线74.1定位基准的选择74.2零件表面加工方法的选择74.3制定工艺路线75工序设计85.1选择加工设备与工艺装备85.1.1选择机床 85.1.2选用夹具 105.1.3选用刀具105.1.4选择量具 115.2确定工序尺寸115.3工序的划分和安排136.确定切削用量及基本工时146.1切削用量146.2工时计算146.21基本工时的计算146.22滚齿的

2、基本工时的计算167定位方案与夹具设计1671夹具结构分析1672夹具的零部件1973总结语218程序219零件的仿真加工2210结论24致谢26参考文献27附录28摘 要机械制造业的发展对世界经济起着非同寻常的作用,而机械加工工艺的编制是机械制造技术的重要组成部分和关键工作。本文论述的是电动机输出轴工艺设计与制造,从电动机输出轴的加工工艺出发,着重于几个重要表面的加工,具有一定的尺寸、形状、位置要求,还有一些强度、表面粗糙度要求等,采用优化思想,通过工艺的设计、机床的选用等保证精度,使得效率得以提高,从而得出有益的结论。然而以上这些都会在设计中得以体现。关键词:输出轴、制造、加工工艺、夹具设

3、计电动机输出轴工艺设计与制造田文静 1649091020 引言针对电动机输出轴在传递转矩、承受载荷、支撑零部件的场合下适用,故其需要能传递转矩,使电动机主轴获得旋转的动力,实现回转运动;承受载荷;支撑传动零部件。在批量1000件的背景下,我们通过热处理的分批处理来实现资源节约化,并通过夹具的设计来实现工时的节约,定位的精准,从而达到高效、快速,解决了辅助时间耗费过多、定位不精准等问题,亦减轻了劳动强度、提高了生产效率。1. 课题背景本课题所设计的零件是电动机输出轴,它是动力输出的主要零件。是现实中常用到的工件。该轴在工作中需要承受一定的冲击载荷和较大的扭矩。因此,该轴应具有足够的耐磨性和抗扭强

4、度。课题工作内容主要有:1、分析零件图纸与技术要求;2、三维建模(根据零件的二维视图建立三维视图);3制定机械加工工艺文件(根据产品技术资料、生产条件与生产纲领,制定零件机械加工工艺规程,编写工艺规程卡片);4、夹具设计(绘制工件夹具图);5、编制数控加工程序、仿真加工与课题制作;6、工件检验(选用合理的测量工具与设备检验工件的加工质量)。2.零件的工艺分析及技术要求分析2.1零件的工艺分析该零件是典型的轴类零件,结构比较简单(如图1、图2),其主要加工的面有50、90、47的外圆柱面,40的内圆柱表面,6-m8的螺纹孔,中间的内啮合齿轮。图中所给的尺寸精度高,大部分是it6级;粗糙度方面表现

5、在40内孔底面、90外圆柱面的两侧面、90外圆柱表面、50外圆柱表面为ra3.2um,其余均为ra6.3um,要求不高;位置要求较严格,表现在47的左端面与90外圆柱表面的垂直度为0.04mm,47的外圆柱面与90的外圆柱面的同轴度为0.015mm,47的左端面与47外圆柱表面的垂直度为0.03mm,47的外圆柱面、与40内孔圆柱面的同轴度为0.012mm;热处理方面需要调质处理,到hrc28-30,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。图1 零件二维图图2 零件三维图2.2技术要

6、求分析题目所给定的零件-电动机输出轴,其主要作用,一是传递转矩,使电动机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40cr,是最常用合金结构钢,经适当的热处理以后可获得一定的韧性、塑性和耐磨性,因此可实现传递转矩、承受载荷、支撑传动零部件等作用。该钢具有最佳的综合力学性能。其淬透性高于45钢,适合于调制热处理、高频淬火,火焰淬火等处理。本零件的第二道工序是调制热处理,选在轧齿前调质可以减少热处理的变形量,有助于保证精度,使得齿轮的加工更加精准,啮合精度更高。3.选择毛坯,确定毛坯尺寸3.1选择毛坯毛坯种类的选择决定与零件的实际作用,材料、形状、生产性质以及

7、在生产中获得可能性,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。根据零件的材料,推荐用型材,因为零件批量生产1000件,应该采用标准性、可成批进行供应的棒料,再则分析零件尺寸,采用棒料加工余量很小,这样不仅解约了材料,而且还减少了机床、刀具及能源等消耗。3.2毛坯尺寸的确定毛坯(棒料 如图3)是根据产品零件设计的,查机械加工工艺手册得:车削各余量,从而可得毛坯余量,见表3-表8。下图为本零件的毛坯图:图3 零件毛坯图4加工内容的确定,加工工艺路线的拟定4.1定位基准的选择本零件为轴类零件,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

8、,应选孔为定位基准,即遵守“基准重合”的原则。具体而言,即选22.7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,应优先进行加工,因此应先选外圆及一端面为粗基准进行孔的加工。4.2零件加工内容的确定加工这个零件是用数控机床和数控铣床共同加工完成的。其中外轮廓和内孔的加工由于毛坯是圆柱棒料用的是数控车床切削,钻孔和攻螺纹用的是数控铣床加工。4.3拟定工艺路线本零件第一道工序是下料:1.40cr 2.9555;第二道工序是调制热处理,选在加工外形轮廓前调质可以减少热处理给零件带来的的变形,有助于保证精度,使得齿轮的尺寸更加精准,啮合精度更高;第三道工序是以车出的端面为工艺基准

9、,进行外轮廓及内孔的加工;第四道工序是以第三道工序加工出来的内孔作为设计基准,利用孔进行精确的定位,采用胀力心轴的专用夹具进行装夹;第五道工序是利用第四道工序加工出来的内孔,配合以短销进行定位,再用移动压板压紧来保证加工的进行;第六道工序是齿轮的加工,采用滚齿第七道工序是根据零件要求进行发黑处理;第八道工序是去毛刺倒棱,检验入库。工艺路线将直接决定着加工时间,加工零件精度,加工成本的关系。上述的工序采用了简单的、不重复走的加工路线,便于加工,节约工时,提高了加工效率。(机械加工工艺卡片和机械加工工序卡片详见附录)5工序设计5.1选择加工设备与工艺装备5.1.1选择机床 (1)机床的选择原则:机

10、床的加工尺寸范围应与零件的外廓尺寸相适应。机床的精度与工序要求的精度相适应。机床的功率与工序要求的功率相适应。机床的生产率与工件生产类型相适应。还应与现有的设备条件相适应。(2)工序3、4是车削加工。各工序的工步数较少,大批量生产不要求很高的生产率,故选用卧式车床就能满足要求。本零件外轮廓尺寸要求较小,选用最常用的ck6140数控车床(表1),经审核该机床参数均符合加工要求。ck6140机床参数如下:表1 ck6140机床参数表基本参数最大车削直径(mm)400最大工件高度(mm)750技术参数电机功率(kw)4主轴转速范围90-450-1800无极变速刀库容量4(6)x轴进给范围(mm/mi

11、n)3000z轴进给范围(mm/min)6000x轴行程(mm)300x轴行程(mm)680(2)工序5是铣削。工序工步简单,钻孔、扩孔、攻螺纹即可,考虑本零件属成批大量生产,所选用机床使用范围较广泛为宜,故此处可选用xk5032数控铣床(表2),经审核该机床参数均符合加工要求。xk5032机床参数如下:表2 xk5032机床参数表基本参数主轴端面至工作台距离(mm)45-415主轴中心线到床身垂直导轨的距离(mm)350技术参数主轴转速18-30-1500立铣头最大回转角度45主轴轴向移动距离(mm)85工作台工作面宽度高度(mm)3201325工作台行程纵向/横向/垂向手动/机动(mm)7

12、00/680、255/240、370/350工作台进给范围纵向/横向/垂向(mmmin)23.5-1180/15-786/8-394工作台移动速度纵向/横向/垂向(mmmin)2300/1540/770t型槽槽数/槽宽/槽距(mm)3/18/70主电机功率(kw)7.5进给电机功率(kw)1.55.1.2选用夹具 (1)本零件第三道车工序用三爪自定心卡盘夹具装夹;(2)工件调头,重新装夹,为了保证它的定位精度,因此第四道车床工序用专用夹具-胀力心轴夹具装夹;(3)第五道铣床工序用专用夹具-打孔铣床夹具,它是利用已加工的齿轮底孔通过定位短销进行精确的定位,压板加以压紧,约束了五个自由度,使待加工

13、孔的位置精度更高。5.1.3选用刀具由于刀具材料的切削性能直接影响着生产率,工件的加工精度,已加工表面质量,刀具的磨损和加工成本,所以正确的选择刀具材料是加工工艺的一个重要部分,刀具应具有高刚度,足够的强度和韧度,高耐磨性,良好的导热性,良好的工艺性和经济性,抗粘接性,化学稳定性。由于零件电动机输出轴材料为40cr,推荐用硬质合金中的yt15类刀具,因为加工该类零件时摩擦严重,切削温度高,而yt类硬质合金具有较高的硬度和耐磨性,尤其具有高的耐热性,在高速切削钢料时刀具磨损小寿命长,所以加工40cr这种材料时采用硬质合金的刀具。粗车外圆柱面:90车刀,45车刀;精车外圆柱面:75车刀,45车刀;

14、立铣刀:直径为8;钻头:高速钢刀具,直径为20,直径为6.9;扩孔刀:直径为11.5;镗孔刀:刀杆长度为200,bh1625;倒角刀:直径为15;丝锥:t8。5.1.4选择量具 量具的选择很有讲究,要考虑到方方面面,比如测量的方便与否,精度要求是否达到,经济性是否满意等等,本零件批量生产1000件,故考虑多方面问题后,决定采用卡板、塞规等量具,缩短辅助时间,粗加工无需精准的尺寸则用游标卡尺和千分尺等来测量。根据零件表面的精度要求、尺寸和形状特点,选择如下:读数值0.01、测量范围0150游标卡尺;读数值为0.01、测量范围0150的外径千分尺;读数值0.01、测量范围050的内径千分尺;34.

15、25、90、47的卡板;22、22.7、39、40、8的塞规,m8的螺纹塞规。5.2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。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、表面粗糙度见表3-表8:表3 50外圆柱端面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/mm精车2it103.25050粗车43it126.35252毛坯95952表4 90外圆柱端面加工余量计算工序名称

16、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/mm精车1it103.29090粗车4it126.39191毛坯95952表5 47外圆柱端面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/mm精车2it61.64747粗车46it126.34949毛坯95952表6 22.7的齿轮底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/mm镗孔0.7it73.222.722.7扩孔2it106.32222钻孔it1212.520202表7 40

17、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/mm镗孔0.5it73.24040扩孔19.5it106.339.539.5钻孔it1212.520202表8 8的螺纹底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/mm镗孔1.1it73.288钻孔it1212.56.96.95.3工序的划分和安排(1)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

18、,减少夹具数目,并且利于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,采用工序集中,结余为加工的时间 (2)辅助工序的安排:辅助工序一般包括去毛刺,倒棱角,清洗,除锈,退磁,检验等。(3)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,本零件电动机输出轴,材料为40cr,在备料之后进行热处理调质硬度为hr

19、c28-30,使零件具有较高的耐疲劳性能和较好的耐磨性能,以达到传递转矩、承受载荷的目的。6.确定切削用量及工时计算切削用量包括背吃刀量、进给量f和切削速度v。确定顺序是确定、f,再确定v、本说明书选取工序4中的粗车外圆柱面90mm为例确定其切削用量及基本工时。6.1切削用量 本工序为粗车,加工材料为40cr,选定机床型号为ck6140,工件装夹在胀力心轴的专用夹具中。查机械加工工艺设计手册得:f=0.60.9mm/r 取 f=0.7mm/r ap=2mm查金属切削手册得:vc=7090m/min 取vc=80m/min 则n=1000vc/d=268.19r/min 由ck6140说明书取n

20、=260 r/min 故实际切削速度:vc=nd/1000=2603.1495/1000=77.56m/min 校核功率:pc=kcapvcf/60000=2305277.560.7/60000=4.2kw 由于机床说明书查得pc=7.5kw,效率为0.8,机床功率pnpc,所以机床功率足够,实际取值为vc=77.56m/min,n=260r/min,f=0.7mm/r其余工步切削用量计算从略。6.2工时计算6.21基本工时的计算(1)=(l+)/nf式中:由数控加工工艺及设备得:=d/2cot+(12);,取=3;l=12,=0,f=0.7,n=260。因此 =91/2cot118/2+1.

21、5=55.866所以 =12+55.866+0/0.7260=0.373min(2)辅助时间 由数控加工工艺及设备得:开停车 0.015min升降钻杆 0.015min主轴运转 0.02min清除铁屑 0.04min卡尺测量 0.10min装卸工件时间取1min所以辅助时间=(0.015+0.015+0.02+0.04+0.10+1)min=1.19min(3)地点工作服务时间 由数控加工工艺及设备得: 取,则休息和自然需要时间 由数控加工工艺及设备得: 取,则准备终结时间 由数控加工工艺及设备得: 简单件 26min 深度定位 0.3min 使用夹具 6min由设计给定1000件,则单件时间

22、单件计算时间其余工步单件工时计算从略6.22滚齿的基本工时的计算z25t=(0.002635m+0.0185)l+(0.001998m2+0.208) z 26z35 t=(0.0002479m2+0.0176)l+(0.01841m2+0.1331)z z36t=(0.0002686m+0.0172)l+(0.01531m2+0.01056) z 因为z=2125所以选用公式t=(0.002635m+0.0185)l+(0.001998m2+0.208) z =(0.0026351.25+0.0185)39.25+(0.0019981.25+0.208) 21 =0.855405+0.210

23、4975 21=1.273902521=26.7519525min30min加上安装、找正、压紧等辅助时间的耗费,加工齿轮的耗时约为35min。7定位方案与夹具设计应加工需要设计了两套夹具,一套是第4道工序加工外轮廓和内孔的车床胀力心轴夹具,另一套是地5道工序加工6-m8螺纹孔的铣夹具。在此分析的是后者,下面是夹具设计过程:7.1夹具结构分析电动机输出轴为典型的轴类零件,选用一面一销作为定位原件比较合适,并按6点定位原理满足工件定位加工的要求。以下为限制约束的自由度计算,其中:图4 定位销定位方式简图定位短销与圆孔配合(如图4),约束了两个自由度(、);图5 支承块定位方式简图支承块与底面接触

24、(如图5),约束了三个自由度(、);压板约束的自由度与支承块相似(图略),约束了一个自由度()。这属于完全定位,能保证螺纹孔6-m8的加工精度,6个螺纹孔的相对位置靠准确分度来解决.图6为夹具装配图(图7为三维夹具图),采用定位销定位、两组压板进行压紧。安装时,把零件在中间的定位销上,移动两压板至顶,拧紧螺母,即可进行输出轴的加工。输出轴和定位销用20h7/n6过盈配合定位,定位销用h7/n6配合压入夹具体孔中,并用螺母和压板紧固。该夹具中尽量采用了标准件和常用件,提高了零件的互换性,缩短制造周期图6 夹具装配图图7 夹具三维图7.2夹具的零部件该夹具零件个数较少,正确的发挥其各部分功能犹为重

25、要,下面从定位、加紧两方面进行分析。 (1) 定位定位精度的高低直接关系到加工质量的好坏。该夹具为完全定位,其定位元件如图8。图8 定位销(b)夹紧夹紧是为了定位稳定,使切削过程顺利完成。为了增强其夹紧力,采用了带弹簧的螺栓,用两组可移动压板压紧。可移动的压板安装时置顶不会影响孔的加工,同时也节约了安装消耗的辅助时间;拆卸时,拧松螺母,移开压板即可,方便高效,节约辅助时间的同时也提高了生产效率。图9 移动压板图10 压板压紧机构(c)夹具体图11 夹具体7.3结语本套夹具拆卸工件方便,加工质量稳定,效率高,降低了生产成本,达到了专用夹具的目的。8.程序(1) 手工编程手工编程是指从零件图纸分析

26、、工艺处理、数值计算、编写程序单直到程序校核等各步骤的数控编程工作均由人工完成的全过程。手工编程适合于编写进行点位加工或几何形状不太复杂的零件的加工程序,以及程序坐标计算较为简单、程序段不多、程序编制易于实现的场合。这种方法比较简单,容易掌握,适应性较强。手工编程方法是编制加工程序的基础,也是机床现场加工调试的主要方法,对机床操作人员来讲是必须掌握的基本功,其重要性是不容忽视的。 (2) 自动编程自动编程是指在计算机及相应的软件系统的支持下,自动生成数控加工程序的过程。它充分发挥了计算机快速运算和存储的功能。其特点是采用简单、习惯的语言对加工对象的几何形状、加工工艺、切削参数及辅助信息等内容按

27、规则进行描述,再由计算机自动地进行数值计算、刀具中心运动轨迹计算、后置处理,产生出零件加工程序单,并且对加工过程进行模拟。对于形状复杂,具有非圆曲线轮廓、三维曲面等零件编写加工程序,采用自动编程方法效率高,可靠性好。在编程过程中,程序编制人可及时检查程序是否正确,需要时可及时修改。由于使用计算机代替编程人员完成了繁琐的数值计算工作,并省去了书写程序单等工作量,因而可提高编程效率几十倍乃至上百倍,解决了手工编程无法解决的许多复杂零件的编程难题。本零件结构并不复杂、坐标计算较为简单、程序段不多、程序编制易于实现,故选用手工编程,程序参见附表12。9.零件的仿真加工图8 宇龙数控仿真系统界面图9 加

28、工右端外轮廓面图10 加工孔图11 加工左端外轮廓面图12 加工6-m8的螺纹孔10结论此次课程设计确定了电动机输出轴从毛坯的下料到成品在大量成批生产时的工艺过程,设计相对比较合理,通过对技术要求的综合分析,确定了毛坯的材料和尺寸,选择了合理的加工方法,制订了工艺路线,确定了工艺,选定了机床、刀具和量具,通过切削用量和基本公式的严格计算,经过严格的仿真测验最后达到了零件要求的尺寸精度。无论是胀力心轴还是打孔的的夹具设计皆节约了操作人员的辅助时间,常规的安装、压紧、调整、找正消耗较多工时,通过这次设计,从本质上解决了工时消耗的问题。不仅如此这两套夹具的定位精度比通用夹具较高,因此,加工出来的零件的精度和表面粗糙度也较好,同时也提高了生产效率。作为本学期的最后一次课程设计,我们综合了前阶段所学习的机械制图、金属工艺学、机械制造工艺学等多门课程的知识,同时掌握了高等数学、工程力学等基础学科知识以及auto cad、caxa、ug等的软件操作技能及应用了机械设计手册的标准,因此此次课程设计是阶段学习的知识的巩固,也是一个小的总结。致谢本次课程设计是学完了机械制造工艺学基础和大部分专业课,并进行了生产实习的基础上进行的又一个实践性教学环节。这次课程设计过程中遇到了不少困

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