2323--阶梯轴的工艺规程及夹具设计（铣键槽+车右端面）（长290）
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2323
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机械制造技术课程设计一、课程设计的目的与要求： 1.课程设计的目的 机械制造技术课程设计是在学完了该课程，并进行了生产实习的基础上进行的一个教学环节，它要求学生全面地综合运用本课程及其它有关先修课程的理论和实践知识，进行零件加工工艺规程设计、机床夹具设计、刀具、量具的正确使用。其目的如下： 1）培养学生运用机械制造技术课程基本理论，实践知识及有关课程知识，结合生产实习中遇到的具体加工问题，初步掌握设计零件加工工艺规程的方法，机床夹具设计与选型，刀具、量具的正确运用方法。 2）培养学生熟悉并运用机械设计手册，规范及图表资料等技术文件的编写技能； 3）培养学生独立分析和解决问题的能力； 4）培养学生严谨的工作态度，创新意识；机械制造技术课程设计这一环节是根据教学大纲要求进行的，其目的是使同学们进一步掌握该课程。提高同学们的实际动手能力。2.课程设计进度安排：课程设计进度表如下：序号内 容时间（天）1明确任务，分析零件图0.52零件的工艺分析，制订工艺路线，编制工艺过程卡片13余量，切削用量，工序尺寸计算和查表等、0.54拟定夹具方案，绘制夹具草图15绘制夹具总图及零件图26编写课程设计说明书13.设计过程应完成内容： 生产类型：中、小批生产； 设计内容：零件加工工艺规程、工序专用夹具 具体组成： 零件图 1张 机械加工工艺过程卡片 1张 机械加工工序卡片 若干 机床夹具装配总图 1张 夹具主要零件图 若干 课程设计说明书 1份二、具体安排及考核标准 具体要求：1. 进行课程设计的班级为数控专业（2-12班）；2. 每两人为一组，各班自行分组，抽签选择课题，任课老师备案； 3. 设计过程分阶段进行，任课老师分阶段检查、指导、更正； 4. 设计过程、说明书、图形一律用word存档；5. 根据模板要求，每一步必须认真完成；6. 相关资料到图书馆借阅或查阅，所有参数符合标准要求； 具体安排： 第一阶段：准备阶段，确定课题后，自行准备所需资料； 第二阶段：按设计步骤要求对各自课题相关内容的编写与计算； 第三阶段：集中编制工艺文件或画夹具零件图和装配图； 具体考核： 课程设计考核分五等：优秀、良好、中等、及格、不及格； 课程设计成绩为本门课程期末考试成绩。不再进行期末考试。机械制造技术课程设计考核和成绩评定标准等 级评 定 标 准优秀全面完成设计任务，设计内容正确，设计图纸质量高； 设计说明书内容正确，文字精练、流畅、工整；设计过程或答辩过程中，能准确回答与设计内容有关的问题；工作态度认真、严谨、独立工作能力强，模范遵守纪律； 良好全面完成设计任务，设计内容正确；设计说明书内容正确，表达清楚，书写认真；设计过程或答辩过程中，能较好的回答与设计内容有关的问题； 工作态度认真，独立完成设计任务，遵守纪律；中等全面完成设计任务，设计内容正确，设计图纸基本正确；设计说明书内容正确，表达清楚，书写认真；设计过程或答辩过程中，经提示基本回答相关的问题；工作态度认真，具有一定的独立工作能力，遵守纪律；及格能完成主要设计任务，质量较差或有较大错误，经启发能予以纠正；设计说明书内容有个别错误，书写较草；设计过程或答辩时，对有些问题的回答出现概念性的错误；工作态度一般或独立工作能力较差，基本能遵守纪律；不及格未完成设计任务，或设计质量差并不加以改正； 设计说明书内容有较大错误，或书写非常不认真； 设计过程或答辩时，回答问题出现严重的概念错误，或答不出来；工作态度不认真，或独立工作能力差，或不遵守纪律； 3、 设计课题： 见附表 学生应在老师的指导下，认真、有计划地按时完成设计任务。学生必须以科学的态度对待自己所做的技术决定以及所得的数据和计算结果，做到使整个设计在技术上是先进的，经济合理，切实可行，安全可靠。四、设计内容及设计的一般程序 1.课程设计步骤 确定生产纲领，明确设计任务； 零件图的审查及总装图的分析；毛坯类型的确定； 初拟机械加工工艺路线；确定加工表面总加工余量； 确定各主要工序的工序余量；确定各工序的切削用量 确定各工序设备及工艺装备；填写机械加工工艺过程卡片及工序卡片；撰写设计说明书；2.基准定位符号夹具设计基本步骤设计内容及设计的一般程序： 1、设计准备： 研究被加工零件，明确夹具设计任务； 分析零件的加工工艺过程； 了解所使用的机床的性能、规格和运动情况； 了解零件的投产批量和生产纲领情况收集有关设计资料:2、总体设计： 选择定位方案，设计定位装置； 选择夹紧方案，设计夹紧装置； 其它装置及元件的选择； 设计夹具体的结构形式； 绘制夹具草图； 进行必要的分析计算； 方案审查与改进设计； 绘制夹具装配总图； 用双点划线将工件的外形轮廓、夹紧表面、定位表面及加工表面绘制在各个视图的合适位置上； 绘出定位装置、夹紧装置、夹具体和其它装置； 标注必要的尺寸、公差和技术要求； 绘制夹具明细表及标题栏；3、零件设计： 夹具中的非标准零件要分别绘制零件图 机械加工工艺规程设计示例（轴类零件）一、 设计任务：如图所示的某挖掘机减速器中间轴简图。该轴材料为20CrMnTi，进行渗碳淬火处理，渗碳层深度为0.81.2，淬火硬度为HRC5862。在中批生产条件下制订该轴加工工艺过程。图5-1 中间轴二、 零件工艺过程分析与计算（一）、分析研究产品的装配图和零件图 1、审查图纸的完整性和正确性2、分析零件的技术要求（1）尺寸精度的分析：轴类零件的支承轴颈一般与轴承配合，是轴类零件的主要表面，通常对其尺寸精度要求较高，为IT5IT7。如挖掘机减速器中间轴的40k5、50h5、25h6等；其它尺寸相对而言精度要求低些。（2）形状精度的分析：轴类零件的形状精度主要是指支承轴颈的圆度、圆柱度，一般应将其限制在尺寸公差范围内（本例即如此），对形状精度要求高的轴，应在图样上标注其形状公差。（3）位置精度的分析：轴的位置精度主要有轴颈之间的同轴度或跳动度（本例两处对基准A-B的跳动度0.016），定位端面与轴线的垂直度（本例25h6轴颈左端面对基准A-B的垂直度0.03），键槽对轴线的对称度等。（4）表面粗糙度的分析：一般与传动件相配合的轴颈的表面粗糙度Ra值为2.50.63，与轴承相配合的支承轴颈的表面粗糙度Ra值为0.630.16。3、审查零件材料是否恰当本例挖掘机减速器中间轴是在高转速、重载荷的条件下工作，选用20CrMnTi并进行渗碳淬火处理是恰当的，这样做可获得很高的表面硬度、较软的芯部，因此耐冲击韧性好。4、审查零件的结构工艺性本例挖掘机减速器中间轴的结构工艺性符合要求。二、毛坯的选择本例挖掘机减速器中间轴的材料为低合金钢，力学性能要求较高；生产类型为中批生产；零件尺寸相差不大。因此选用55200圆钢作为毛坯。三、选择定位基准选择了定位基准就确定了工件的安装方法。轴类零件的安装应能保证加工后各主要表面的相互位置精度，能在一次安装中加工出较多的表面，以便安装方便、迅速，有利于提高生产率。为了满足上述要求，一般都选择两顶尖孔作为定位基准。这不仅因各主要表面的设计基准（或工序基准）都是轴的轴线而符合基准重合的原则，也符合基准统一原则。其次，当不能用顶尖孔定位时（如加工轴的最初工序、加工轴的内表面等），或为了提高零件的刚度时，也可以选择外圆表面作为定位基准。另外，当加工孔不大的空心轴时，为了能在一次安装中加工出全部外圆表面，还可以选择内孔作为定位基准。选择的定位基准不同，相应的安装方法也不同，一般有以下几种安装方法；1、 用两顶尖安装（图3-2a）；2、 用三爪卡盘安装（图3-2b）；3、 用三爪卡盘和尾顶尖安装（图3-2c）；4、 用带齿顶尖和光滑顶尖安装（图3-2d）；5、 用V型块安装（图3-3）。在采用顶尖孔定位时，为了定位准确，减少定位误差对加工精度的影响，顶尖孔应加工精确。由于顶尖孔在许多工序中都要使用，它会磨损、拉毛，以及热处理后的氧化、变形，因此在粗加工、热处理后，或精加工前要修整顶尖孔。（研磨中心孔） 图3.2 轴的几种安装方法 图3.3 V型块装夹铣工件两端本例挖掘机减速器中间轴的定位基准选择如下：粗加工（加工两端面、打顶尖孔）采用外圆表面作为定位基准面（用V型块安装）；精加工采用外圆表面和一个顶尖孔作为定位基准面（用三爪卡盘和尾顶尖安装）；花键槽的加工和磨削采用两顶尖孔作为定位基准（用两顶尖安装）。四、拟订工艺路线根据轴的结构特点，轴的加工主要是用车削和磨削，个别质量要求较高的表面还需要进行光整加工。一般轴类零件加工的典型工艺路线如下：1、预备加工轴的毛坯经过热处理和对安装方法进行分析后，就应对轴进行预备加工。预备加工包括校直：对于细长的轴，如果弯曲变形会造成加工余量不足，应进行校直；切断：对于直接用圆钢作毛坯的轴，应切断，对于批量较小的锻件毛坯，因两端有较大的加工余量也必须切断；切端面和打中心孔：对于单件小批生产的轴，可以经过划线后再切端面和打中心孔，对于成批大量生产的轴，可以采用铣端面打顶尖孔的专用机床进行铣两端面、打两顶尖孔（见图3-2）。2、粗车外圆、粗加工空心轴的内孔为了保证轴在车削过程中的刚度，应先车大直径外圆，然后再车小直径外圆。对于空心轴还要粗加工（如钻、镗）内孔。3、热处理对质量要求较高的轴，在粗车后应进行正火、调质等热处理，以便消除工件的内应力和提高机械性能。4、半精车外圆对一些精度要求较高的主要表面，需要安排半精车来为精车作好准备，如精车前必要的精度和加工余量等。5、精车外圆为了保证定位精度，精车前要修整顶尖孔或改打带保护锥的B型顶尖孔。对一些精度要求更高的主要表面，还必须留有足够的磨削或光整加工余量。6、粗磨两端轴颈或中间轴颈当需要更换精基准或提高工件的刚度时，应先把精基准（两端轴颈）和中心架支承表面（中间轴颈）加工出来。7、粗加工成形表面或非同轴线的表面轴上的成形表面、非同轴线的表面是指轮齿、花键、螺纹、锥孔和偏心轴颈等表面。8、加工次要表面 轴上的次要表面是指键槽、小孔等表面。9、热处理 对轴上一些要求耐磨的表面进行淬火或渗碳淬火处理。10、磨削和光整加工对一些质量要求高的表面（如轴颈、轮齿、花键、螺纹等）还应进行磨削和光整加工。但是磨削前必须进行对淬过火的顶尖孔进行研磨，以消除氧化皮和提高顶尖孔的质量。11、清洗、检验轴加工完成后应进行清洗，然后检验其精度和表面粗糙度。对一些重要的轴必要时还应进行超声波、放射线、磁粉等无损探伤。根据以上分析，结合零件的技术要求和机械加工经济精度、经济表面粗糙度要求，考虑是中批生产，本例挖掘机减速器中间轴的工艺路线拟订为：下料热处理铣两端面打顶尖孔粗车外圆精车外圆铣花键槽热处理磨各轴颈外圆清洗、检验。五、确定各工序的设备、刀具、量具和辅助工具1、设备的选择考虑到本例挖掘机减速器中间轴的外形尺寸（中等轴类零件）、加工精度（最高IT5）、生产类型（中批生产），机床设备选用普通车床、普通磨床、铣端面打顶尖孔的专用机床、花键铣床；工艺装备主要是夹具，本例尽量选用通用夹具如三爪卡盘、顶尖、V型块等。2、刀具的选择综合考虑挖掘机减速器中间轴的加工工序所采用的加工方法、加工表面尺寸、工件材料、加工精度、生产率和经济性，应尽量选用标准刀具。如YT类硬质合金焊接车刀、花键滚刀等。3、量具的选择量具的选择主要取决于生产类型和所要检验的精度。尽量选用通用量具。六、确定各工序的加工余量，计算工序尺寸及公差1、加工余量的确定确定加工余量的方法有三种：经验估计法、查表法和分析计算法，在实际生产中广泛应用查表法。挖掘机减速器中间轴的加工主要是车削和磨削，根据查表可知：粗车外圆（长度200）的加工余量一般为1.53；精车外圆（长度200）的加工余量一般为0.82；磨削外圆的加工余量一般为0.10.5。2、计算工序尺寸及公差挖掘机减速器中间轴的外圆加工其设计基准为轴线，定位基准也是轴线，符合基准重合原则，因此采用基准重合时工序尺寸及其公差的确定方法。下面以50h5的加工为例说明。50h5外圆的加工工艺路线为：粗车精车热处理磨削，毛坯是圆钢，具体确定过程如下（各过程结果见表）：（1）确定各工序余量 根据查表并结合实际加工情况进行修改得各工序余量（公称余量）（2）计算各工序尺寸（基本尺寸）（3）确定各工序尺寸的公差（4）确定各工序的表面粗糙度工序名称工序余量工序的经济精度工序尺寸工序尺寸及公差表面粗糙度磨削0.2h5（0 -0.011）50500 -0.011Ra=0.4精车1.8h8（0 -0.046）50+0.2=50.250.20 -0.046Ra=3.2粗车3h10（0 -0.12）50.2+1.8=52520 -0.12Ra=12.5毛坯5（+0.2 -0.9）50+5=5555+0.2 -0.9七、确定各工序的切削用量和时间定额1、切削用量的选择下面仍然以50h5外圆的车削为例说明切削用量的选择。机床：CA6140刀具：焊接式硬质合金外圆车刀，刀片材料为YT14，刀杆截面尺寸为1625，刀具几何参数：。（1）粗车时的切削用量背吃刀量：取背吃刀量等于加工余量1.5。进给量：根据工件材料，刀杆截面尺寸，工件直径及背吃刀量，查表得，按机床说明书选取实际进给量。切削速度：切削速度可用公式计算得到，也可通过查表得到。现根据已知条件查表得。根据和已知条件，计算工件转速按机床说明书选取实际主轴转速n=560r/min，为此，实际切削速度为机床功率校验：切削力 切削功率从机床说明书可知，车床电动机功率取机床传动效率，则机床有效功率为因为，所以机床功率足够。粗车时的切削用量为： （2）粗车时的切削用量背吃刀量：取背吃刀量等于加工余量0.9。进给量：根据工件表面粗糙度Ra的值为0.4微米，工件材料为20CrMnTi。查表（预估）得：。按机床说明书选取实际进给量。切削速度：根据已知条件查表得，再根据和已知条件，计算工件转速按机床说明书选取实际主轴转速n=900r/min，为此，实际切削速度为精车时的切削用量为：2、时间定额的计算以50h5外圆的粗车为例说明时间定额的计算。（1）基本时间的计算（2）辅助时间的计算辅助时间一般是基本时间的（0.150.2），则粗车50h5外圆的基本时间为作业时间 a（3）其他时间的计算布置工作地时间一般按作业时间的2%7%计算（取4%计算），休息与生理需要时间一般按作业时间的2%4%计算（取3%计算），忽略准备终结时间，则其他时间为 12（4%+3%）=0.84s粗车50h5外圆的时间定额即单件时间 八、确定各主要工序的技术要求及检验方法九、进行技术经济分析，选择最佳方案十、填写工艺文件 根据零件的分析结果，编制的工艺过程卡片如下： 夹具设计实例一、设计任务 如图所示为一连杆的铣槽工序简图。本工序要求铣工件大孔两端面处的八个槽，槽宽10+0.2 0，深3.2+0.4 0，表面粗糙度3.2。加工的工艺要求为槽的中心线与两连线成4530。上道工序已加工的表面作为本工序的定位基准，即厚度为14.30 -0.1，生产纲领为中批生产。 图6-1 连杆二、设计方案分析过程1.设计准备：根据工序图的加工要求，选择卧式铣床，采用三面刃盘形铣刀完成加工，槽宽由铣刀保证，槽深及角度由夹具来保证。2.工件的定位方案：根据连杆槽的工序尺寸、形状和位置精度要求，工件需完全定位。工件在槽深方向的工序基准是和槽相连的端面，若以此端面为主要定位基准，可以做到定位基准与工序基准重合。但这时夹具的定位势必要设计朝下，这会给工件定位、夹紧及装卸带来不便，夹具结构较复杂。如果选择与所加工槽相对的另一端面为定位基准，则引起基准不重合误差，其大小等于工件两端面的尺寸公差0.1mm。由于槽深的公差为0.4mm，估计可以保证精度要求。这样，可用两孔一面定位，操作方便。槽的角度位置尺寸是，工序基准是两孔的连心线，以两孔为定位基准，可以做到基准重合，而且操作方便。为了避免发生不必要的过定位现象，采用一个圆柱销和一个菱形销作定位元件。由于被加工槽的角度位置以大孔为基准的，槽的中心应通过大孔的中心，并与两孔连线成角，因此将圆柱销放在大孔，菱形销放在小孔，如图 图6-2 定位方案图3.工件的夹紧方案：根据工件的定位方案，采用大孔端面为夹紧力的作用点，方向朝定位面。这样的夹紧点选择，接近被加工面，切削过程中不易产生振动，工件变形小。但对夹紧机构的高度要加以限制，以防止和铣刀刀杆相碰。该工件较小，为使结构简单，采用手动螺旋压板夹紧。4.变换工位方案：考虑到该工件等分数较少，产品批量较小，且角度公差较大，采用在夹具体上装两个相差90的菱形销，加工完一对槽后，卸下工件，将工件转过90后套在另一个菱形销上，重新夹紧后加工另一个对槽。5.刀具的对刀或引刀方案：用对刀块调整刀具
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