机械制造设计轴类零件加工

1、机械制造设计基础课程设计任务书目录一、零件结构工艺性分析2（一）零件的技术要求2（二）确定阶梯轴的生产类型2二、毛坯的选择3（一）选择毛坯3（二）确定毛坯的尺寸公差3三、定位基准的选择4（一）精基准的选择：4（二）粗基准的选择4四、工艺路线的拟定5（一）各表面加工方法的选择5（二）加工阶段的划分5（三）加工顺序的安排6五、工序内容的拟定8（一）工序的尺寸和公差的确定8（二）设备及工艺装备的选择9（三）切削用量的选择及工序时间计算9六、参考文献20一、零件结构工艺性分析 （一）零件的技术要求1、轴类零件，材料为45钢，具有较高的硬度、耐磨性。2、零件的技术要求表：加工表面尺寸及偏差/mm公差/m

2、m及精度等级表面粗糙度/m轴左右端面1541it93.2阶梯轴外圆表面30h9it93.222h9it93.220h9it93.217h7it71.615h7it71.6车槽14h11it116.315h11it116.318h11it116.320h11it116.3铣键槽20h9it93.215h9it93.2（二）确定阶梯轴的生产类型根据设计题目年产量为10万件，因此该阶梯轴的生产类型为大批生产。二、毛坯的选择（一）选择毛坯由于阶梯轴类零件工作时，某些部位如轴颈（主要是与滑动轴承配合的轴颈）往往要承受摩擦、磨损，严重时可能发生咬死（又称抱轴）现象，使轴类零件运转精度下降。有时还需要承受多

3、种载荷的作用，为增强辊筒体的强度和冲击韧度，获得纤维组织，毛坯选用锻件。为增强阶梯轴的强度和冲击韧度，获得纤维组织，毛坯选用锻件。（二）确定毛坯的尺寸公差1公差等级：由阶梯轴的功能和技术要求，确定该零件的公差等级为普通级。2锻件材质系数：由于该阶梯轴材料为45钢，是碳的质量分数小于0.65%的碳素钢，故该锻件的材质系数为m级。3锻件分模线形状：根据该阶梯轴的形位特点，选择零件方向的对称平面为分模面，属于平直分模线。4零件表面粗糙度：由零件图可知，该阶梯轴的各加工表面粗糙度ra均大于等于1.6m。三、定位基准的选择（一）精基准的选择：根据该阶梯轴零件的技术要求和装配要求，选择该阶梯轴轴线作为精基

4、准，零件上的很多表面都可以采用它们作基准进行加工，即遵循了“基准统一”的原则。阶梯轴设计基准是轴线，选用其作精基准定位加工轴的外圆表面，实现了设计基准和工艺基准的重合，保证了被加工表面的垂直度要求。选用阶梯轴轴线作为精基准，利用双顶尖进行夹持，夹紧稳定可靠。（二）粗基准的选择作为粗基准的表面应平整，没有飞边、毛刺或其他表面缺欠，该阶梯轴的外圆表面和左、右端面互为基准作为粗基准，以保证为后序准备好精基准。四、工艺路线的拟定（一）各表面加工方法的选择加工表面公差/mm及精度等级表面粗糙度/m加工方案轴左、右端面it93.2粗车-半精车轴外圆表面it93.2粗车-半精车it93.2粗车-半精车it9

5、3.2粗车-半精车it71.6粗车-半精车-精车it71.6粗车-半精车-精车车槽it116.3一次行程it116.3一次行程it116.3一次行程it116.3一次行程铣键槽it93.2粗铣-精铣it93.2粗铣-精铣（二）加工阶段的划分该阶梯轴加工质量要求较高，可将加工阶段划分为粗加工、半精加工和精加工几个阶段。在粗加工阶段，首先将精基准准备好，使后序都可以采用精基准定位加工，保证其他加工表面的精度要求。（三）加工顺序的安排1机械加工工序：（1）遵循“先基准后其它”原则，首先加工精基准-阶梯轴左、右端面互为基准原则（2）遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。2具体方案：

6、方案一：基准加工-主要表面粗加工-铣键槽-主要表面精加工-磨外圆-去毛刺-检验、入库方案二：基准加工-主要表面粗加工-主要表面精加工-磨外圆-去毛刺-铣键槽-检验、入库方案三：基准加工-主要表面粗加工-主要表面精加工-铣键槽-磨外圆-去毛刺-检验、入库论证：为使加工出一个符合零件的技术要求和装配要求选取一个最为合适的方案作出下列论证：方案一：先加工出零件的基准，可同时加工出阶梯轴其他各部位，且精度能达到零件要求，但铣键槽放在了精加工之前，影响主要表面精加工表面的粗糙度，使零件在使用过程中达不到零件的技术要求。所以，此方案设计不合理。方案二：为了使零件各个部位达到精度要求，先进行基准加工，然后对

7、工件进行粗加工、精加工、磨外圆、去毛刺，但这样在对零件整体进行加工时，由于零件的结构比较复杂，使加工变得更加复杂化，且浪费时间，而且不能达到要求大京都要求。因此，此方案设计不合理。方案三：此方案在同时进行粗加工后，进行精加工，在铣键槽后对零件各表面进行磨削加工、去毛刺，即满足了设计要求又节省了时间。因此，此方案为最佳方案。3工序的集中与分散：该阶梯轴的生产类型为大批生产，可以采用万用型机床配以专用工、夹具，以提高生产率；而且运用工序集中原则使工件的装夹次数少，不但可缩短辅助时间，而且由于在一次装夹中加工了许多表面，有利于保证各加工表面之间的相对位置精度要求。五、工序内容的拟定（一）工序的尺寸和

8、公差的确定加工表面加工方案加工余量精度等级尺寸及精度阶梯轴粗车2it10300 -0.12it10220 -0.0842it10200 -0.0844it101.5it10170 -0.071.5it10150 -0.07半精车1.3it101.3it930 0 -0.0521.3it9220 -0.0521.3it9200 -0.0521.0it10170 -0.0431.0it10150 -0.043切槽1.3it11140 -0.111.3it11180 -0.111.3it11200 -0.131.3it11150 -0.11精车0.2it7170 -0.0180.2it7150 -0

9、.018铣键槽粗铣2it9220 -0.0432it9150 -0.043精洗0.6it7220 -0.0180.6it7220 -0.018（二）设备及工艺装备的选择1设备：c6140 立式铣床 2工艺装备：通用、专用车刀、专用铣刀、专用夹具等等。（三）切削用量的选择及工序时间计算工序 粗车轴两端面：1. 加工条件工件材料：45号刚,b =170240mpa，锻造;工件尺寸：aemax=30mm，158mm加工要求：粗车轴两端面，加工余量4mm; 机床：c6140车床确定粗车刀具类型：yt15硬质合金焊接式车刀；刀具耐用度t=60min；刀杆尺寸25mm25mm；刀片厚度6mm；010后角0

10、6，副后角0=6，刃倾角s=0,主偏角kr=75,副偏角kr=15。2. 切削用量1）确定切削深度ap 因为余量较小，故选择ap= 1.0mm。2）确定每次进给量fz 由于本工序为粗加工，尺寸精度和表面质量可不考虑，从而可采用不对称端车，以提高进给量提高加工效率。根据切削手册表3.5，使用yt15硬质合金端车刀加工，机床功率为7.5kw（据简明手册表4.2-35，c6140车床） fz=0.090.18mm/z故选择：fz=0.18mm/z。3） 计算切削速度vc和每分钟进给量vf根据机械制造工艺与装备表2-20，查得各修正系数为： 切削速度计算公式为：将以上数据代入公式：确定机床主轴转速：

11、。4）计算基本工时 查机械加工工序设计指导书表3.9得， =80/450=0.17min。（车实体端面时，=0）工序 粗车阶梯轴外圆：（1）选择刀具：与粗车轴端面同一把。(2）确定切削用量（a）确定背吃刀量粗车外圆，加工余量为2mm,一次走刀，则单边吃刀量为asp=2/2=1mm。(b)确定进给量由切削用量简明手册ht200，刀杆尺寸2525，工件直径为32mm，则f=0.40.5。再由简明手册表4.23查取f =0.45。(c)选择刀具磨钝标准及耐用度由切削用量简明手册表1.9查取后刀面磨损最大限度为0.81.0。(d)确定切削速度vc根据切削用量简明手册表1.11查取：vc=1.33 (由

12、182199hbs、asp=2、f =0.45mm/r、车刀为yt硬质合金),由于实际车削过程使用条件的改变，查取切削速度修正系数： n=700r/min按c365l车床转速（机械制造工艺设计简明手册表4.22）选择与700r/min相近似的机床转速n =710r/min,则实际切削速度v = n /1000=710/1000=71m/min。综上，此工步的切削用量为：a =2mm，f =0.45, n =710r/min, v =223m/min。tml/ vf=（154+257+392+252+43+29+12）/302.5= 1.91min工序 半精车30、20、15、14外圆面（1）选

13、择刀具： 焊接式直头外圆车刀，刀片厚度5mm，yg6硬质合金，前刀面带倒棱形，主偏角，前角，后角，副偏角，刃倾角，刀尖圆弧直径0.5mm。(2）确定切削用量（a）确定背吃刀量半精车外圆，加工余量为1.3mm,一次走刀，则asp=1.3/2=0.65mm。(b)确定进给量由机械制造技术基础课程设计指导书表560得f=0.030.3mm/r。再由简明手册表412查取f =0.28mm/r。（c）选择刀具磨钝标准及耐用度：后刀面磨钝标准为0.81.0,耐用度为t=60min。(d)确定切削速度vc根据切削用量简明手册表1.11查取：vc=2.13m/s(由182199hbs、asp=0.55mm、f

14、 =0.52mm/r、车刀为yg硬质合金),由于实际车削过程使用条件的改变，查取切削速度修正系数：，则m/min n =1000 v /3.14100 =100079.3/3.14100=252r/min按c365l车床转速（机械制造工艺设计简明手册表4.22）选择与252r/min相近似的机床转速n =322r/min,则实际切削速度v = n /1000=3.14100322/1000=101.1m/min。综上，此工步的切削用量为：a =0.55mm，f =0. 28mm/r, n =322r/min, v =101.1m/min。(3)计算基本工时：t=（l+l1+l2+l3）i/(f

15、n)=(57+92+52+43+29+12)1/(0.28322)=3.16min 工序 20、18、15、14切槽（1）选择刀具： 切槽车刀，yg6硬质合金，前刀面带倒棱形，主偏角，前角，后角，副偏角，刃倾角，刀尖圆弧直径0.5mm。(2）确定切削用量（a）确定背吃刀量加工余量为1mm,一次走刀，则asp=1/2=0.5mm。(b)确定进给量由切削用量简明手册表314得f=0.20.3mm/r。再由简明手册表412查取f =0.28mm/r。（c）选择刀具磨钝标准及耐用度：后刀面磨钝标准为0.81.0,耐用度为t=60min。 (d)确定切削速度vc根据切削用量简明手册表1.11查取：vc=

16、2.13m/s(由182199hbs、asp=0.55mm、f =0.52mm/r、车刀为yg硬质合金),由于实际车削过程使用条件的改变，查取切削速度修正系数：则 m/minn =1000 v /3.14100 =100079.3/3.14100=252r/min按c365l车床转速（机械制造工艺设计简明手册表4.22）选择与252r/min相近似的机床转速n =322r/min,则实际切削速度v = n /1000=3.14100322/1000=101.1m/min。综上，此工步的切削用量为：a =1.0mm，f =0. 28mm/r, n =322r/min, v =101.1m/min

17、。(3)计算基本工时：t=（l+l1+l2+l3）i/(fn)= 8/(0.28322)=0.08min 工序 粗铣键槽：1. 加工条件工件材料：ht200,b =170240mpa，锻造;工件尺寸：aemax=2 mm，=22mm; mm加工要求：粗铣键槽，加工余量2mm;机床：x51立式铣床；刀具：yg6硬质合金键槽铣刀。铣削宽度ae90,深度ap6,齿数z=12,故根据机械制造工艺设计简明手册（后简称简明手册）表3.1，取刀具直径d0=125mm。根据切削用量手册（后简称切削手册）表3.16，选择刀具前角00后角08，副后角0=10，刃倾角s=10,主偏角kr=60,过渡刃kr=30,副

18、偏角kr=5。2. 切削用量1）确定切削深度ap 因为余量较小，故选择ap=2mm，一次走刀即可完成。2）确定每齿进给量fz 由于本工序为粗加工，尺寸精度和表面质量可不考虑，从而可采用不对称端铣，以提高进给量提高加工效率。根据切削手册表3.5，使用yg6硬质合金端铣刀加工，机床功率为4.5kw（据简明手册表4.2-35，x51立式铣床）时： fz=0.090.18mm/z故选择：fz=0.18mm/z。3）确定刀具寿命及磨钝标准 根据切削手册表3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为1.5mm；由于铣刀直径d0=125mm，故刀具使用寿命t=180min（据简明手册表3.8）。4）计算切削速度vc和

19、每分钟进给量vf根据切削手册表3.16，当d0=125mm，z=12，ap7.5，fz0.18mm/z时，vt=98m/min,nt=250r/min,vft=471mm/min。各修正系数为：kmv= 1.0，ksv= 0.8。切削速度计算公式为：其中 ，将以上数据代入公式：确定机床主轴转速： 。根据简明手册表4.2-36，选择nc=300r/min,vfc=390mm/min,因此，实际进给量和每分钟进给量为：vc=m/min=118m/minf zc=v fc/ncz=390/30012 mm/z=0.1mm/z5）计算基本工时 tml/ vf，l=l+ y+，l=22mm.查切削手册表

20、3. 26，入切量及超切量为：y+=15mm，则：tml/ vf=(15+22)/205=0.18min。 工序 淬火处理工序 精车15、17外圆面（1）选择刀具：确定精车刀具类型：yt15硬质合金焊接式车刀；刀具耐用度t=60min；刀杆尺寸16mm25mm；刀片厚度6mm；020后角06，副后角0=6，刃倾角s=3,主偏角kr=60,副偏角kr=10。(2）确定切削用量（a）确定背吃刀量精车外圆，加工余量为0.2mm,一次走刀，则ap=0.1mm。(b)确定进给量由切削用量简明手册ht200，刀杆尺寸2525，as =0.1,工件直径为22mm和17mm，则f=0.10.15。再由简明手册

21、表4.23查取f =1mm/r。(c)选择刀具磨钝标准及耐用度由切削用量简明手册表1.9查取后刀面磨损最大限度为0.81.0。(d)确定切削速度vc根据切削用量简明手册表1.11查取：vc=1.33 (由182199hbs、asp=0.1、f =0.15mm/r、车刀为yg硬质合金),由于实际车削过程使用条件的改变，查取切削速度修正系数：k =1.0,k =1.0,k =0.73,k =(190/hbs)1.25=1.0,ksv=0.85,kkv=1.0。则m/min n=700r/min按c365l车床转速（机械制造工艺设计简明手册表4.22）选择与700r/min相近似的机床转速n =71

22、0r/min,则实际切削速度v = n /1000=3.14100710/1000=222.94m/min。综上，此工步的切削用量为：a =0.1mm，f =0.15, n =710r/min, v =222.94m/min。tml/ vf=35/42.1=0.83min工序 精铣键槽 1. 加工条件工件材料：ht200,b =170240mpa，铸造;工件尺寸：aemax=0.6 mm，=22mm; mm加工要求：精铣键槽，加工余量0.6mm;机床：x51立式铣床；刀具：yg6硬质合金键槽铣刀。铣削宽度ae90,深度ap6,齿数z=12,故根据机械制造工艺设计简明手册（后简称简明手册）表3.

23、1，取刀具直径d0=125mm。根据切削用量手册（后简称切削手册）表3.16，选择刀具前角00后角08，副后角0=10，刃倾角s=10,主偏角kr=60,过渡刃kr=30,副偏角kr=5。2. 切削用量1）确定切削深度ap 因为余量较小，故选择ap=0.6mm，一次走刀即可完成。2）确定每齿进给量fz 由于本工序为粗加工，尺寸精度和表面质量可不考虑，从而可采用不对称端铣，以提高进给量提高加工效率。根据切削手册表3.5，使用yg6硬质合金端铣刀加工，机床功率为4.5kw（据简明手册表4.2-35，x51立式铣床）时： fz=0.090.18mm/z故选择：fz=0.18mm/z。3）确定刀具寿命及磨钝标准 根据切削手册表3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为1.5mm；由于铣刀直径d0=1