金属工艺三级项目报告

1、金属工艺及机制基础三级项目报告内容：班 级：小组成员：指导教师：提交时间：目录1 前言 11.1 本次设计的目的意义 11.2 设计内容 12 对小轴的分析 12.1 小轴的作用 12.2 小轴工艺性分析 22.3 铣花键夹具设计目的 13 工艺规程设计 33.1 定位基准的选择 . 33.2 确定毛坯小轴、画阶梯小轴毛坯零件合图 . 23.3 制定工艺路线 . 43.4 键槽尺寸链的计算 94 铣花键夹具设计 134.1 确定设计方案 144.2 确定夹具的结构方案，绘制结构草图 144.3 审查方案与改进设计 154.4 夹具的精度分析 154.5 定位误差计算及夹具中小轴的强度校核计算

2、164.6 铣花键的对刀 184.7 加紧机构设计 194.8 操作夹具动作说明 19参考文献 211 前言1.1 本次设计的目的意义 本题目要求根据变速器小轴零件的结构特点和技术要求，为其设计合理的工艺过 程，填写相关工艺文件。通过本设计，增加了对变速器小轴零件的工艺特点的了解，同 时锻炼了工艺设计能力、专用夹具设计能力和绘图能力，掌握了资料的查阅方法，培养 了自学能力。1.2 设计内容变速器小轴加工工艺规程的制定正逐步趋向低成本、 优质高产的方向， 通过对变速 器小轴加工工艺的设计，熟练变速器小轴机械加工工艺规程的制定原则、步骤和方法。 重点研究工艺路线的拟定、 工序尺寸及其公差的确定。

3、并对变速器小轴上的花键设计合 理的夹具。2 对零件小轴的分析2.1 零件小轴的作用由变速器小轴零件图可知，变速器小轴两端 20 0.008 用来与轴承装配，左端 M24 ×1.5 轴上一段螺纹是用来固定零件或调整轴承间隙的。33花键和 26 轴上的平键用来装配齿轮或涡轮、半联轴器等。2.2 变速器小轴加工工艺分析由零件图小轴精度和技术要求可知，其材料为 45 钢，并根据不同的工作条件进行 热处理规范，以获得一定得强度、韧性和耐磨度。如：预备热处理：正火或调质。最终 热处理：局部加热淬火后回火。 （沿浴炉加热淬火，火焰加热淬火，高频加热淬火等） 表面硬度 4552HRC。该变速器小轴上

4、的槽、花键都需要加工。变速器小轴两端 20 0.008 的精度、 同轴度直接影响与轴承的配合度； 花键和平键 的精度直接影响与齿轮的啮合精度； 螺纹公差带是用于限制与之配合的压紧螺母的端面 圆跳动所必须的要求， 因为，若压紧螺母的端面圆跳动过大， 则压紧滚动轴承的过程中， 会造成轴承内环轴线的倾斜。 由于轴承内环是主轴支撑轴颈配合的， 这就引起轴承的径 向圆跳动；各轴肩的位置关系将直接影响到装配位置精度。由参考文献中有关与键槽的经济精度及机床所能达到的位置精度可知上述技术要求是可以达到的，变速器小轴的结构工艺性也是可行的。2.3 铣花键夹具设计目的铣花键夹具为迅速可靠的夹紧工件的机床附加装置，

5、它对小轴的顶芯准确定位夹 紧，保证花键槽表面的位置精度，有利于提高劳动生产率，大大降低成本和降低个人劳 动强度。3 工艺规程设计3.1 定位基准的选择轴类零件的加工一般选外圆表面作为粗基准钻两中心孔， 在以小轴中心孔定位作为 精基准。3.2 确定毛坯小轴、画阶梯小轴毛坯零件合图。3.2.1 确定毛坯的制造形式：根据零件材料确定毛坯应为铸件。 又知零件的生产纲领为中小批生产， 考虑到变速 器小轴在运行中要经常正反转旋转， 零件在工作过程中经常承受交变载荷， 且阶梯轴段 直径相差较大，因此应该选用锻件，以使金属纤维尽量不被切断，保证零件工作可靠。 毛坯采用自由锻造型。综上，毛坯的制造形式为自由锻。

6、3.2.2 确定各表面的加工余量：参考机械设计与制造工艺简明手册表 142，143，146 可知：表 1小轴毛坯零件合图如下图 1 小轴毛坯 零件合图3.3 制定工艺路线由于内径定心和齿侧定心的矩形齿花键轴技术要求高， 制造工艺较为复杂， 所以外径定心的矩形齿花键轴使用较为普遍。5.3 主要机加工工序简图工序号工种工序内容加工简图设备1 下料 锻造毛坯车床调质处理HB220250修研两端中心孔钳工工作台三爪自定心卡盘 夹持工件，车端 面见平，钻中心 孔。用尾架顶尖 顶住，粗车三个 台阶，直径、长 度均留余量 2mm调头，三爪自定 心卡盘加持工件 另一端，车端面 保证总长 174mm， 钻中心孔

7、。用尾 架顶尖顶住。粗 车余下三个台 阶，直径、长度 均留余量 2mm半精车车床双顶尖装卡、车6 车 螺纹 M24× 1.5 。车床平口虎钳装卡划键槽加工线和花键加工线。作台双顶尖装卡，半 精车三个台阶， 螺纹大径车到 24Ra3.2，外圆面 不留余量，其余 两外圆面直径留 余量 0.5mm，切 槽三个，倒角三 个。调头，双顶尖装 卡，半精车余下 三个台阶外圆直 径留余量 0.5mm， 切槽两个，倒角 两个。粗铣花键，花键 半精铣留有磨削 余量 0.5mm铣床（粗）精铣键槽键槽深度比样图规定尺寸多铣0.25mm，作为磨削的余量对花键局部淬火 在冷却液作用下 采用局部感应加 热10 钳

8、 修研两端中心孔钳工工作台磨花键磨床11磨各轴段外圆12车车小轴两端端面 及倒角车床13检检验清理初步拟订加工工艺路线 表 3工艺过程工序内容设备1 备料2 锯头41 阶梯轴长 170mm3 精锻立式精锻机4 热处理正火5 车端面，钻中心孔CA61406 车粗车各外圆CA61407 热处理调质 HBS2202408 精车各表面留磨销余量CA61409 车螺纹CA614010 铣花键花键轴铣床 Y631K11 粗精铣键槽立式铣床 X52K12 车研磨中心孔CA614013 磨外圆磨各阶梯轴外圆外圆磨床14 磨花键花键磨床15 检验、终检变速器小轴零件加工工艺过程的分析定位基准的选择：以工件的中心

9、孔定位，在轴的加工中，零件各外圆表面，锥孔、 螺纹表面的同轴度， 端面对旋转轴线的垂直度是其相互位置精度的主要项目， 这些表面 的设计基准一般都是轴的中心线，若用两中心孔定位，符合基准重合的原则。中心孔不 仅是车削时的定为基准， 也是其它加工工序的定位基准和检验基准， 又符合基准统一原 则。精车时，为保证安装精度，切方便可靠，多采用双顶尖安装。当采用两中心孔定位 时，还能够最大限度地在一次装夹中加工出多个外圆和端面。 所以变速器小轴类零件在 精加工时宜采用两中心孔定位， 既符合基准重合原则又方便安装符合基准统一原则。 用 两中心孔定位虽然定心精度高，但刚性差， 尤其是加工较重的工件时不够稳固，

10、切削用 量也不能太大。外圆表面选择粗加工时，为提高零件的装夹刚度，则采用轴外圆表面为 定位基面，或以外圆和中心孔同作定位基面，即一夹一顶。 （一头用卡盘加紧外圆，一 头用中心孔定位夹紧）的定位方式。3.3.3 故最终工艺过程如下：表 4、锻造工艺锻件名称小轴材料45坯料尺寸49×120坯料重量1.78kg锻造设备0.5t 自由锻锤序号工序名称1下料备注简图材料为 45 钢拔长拔长后的最大直 径直径 43 是根 据锻件最大截面 直径确定的3 压肩压肩长度 42.8 是 根据锻件右端轴 颈拔长前后体积 相等计算确定的4 拔长右端根据锻件图拔长至365 压肩压肩长度 40 是根 据锻件左端

11、轴颈 拔长前后体积相 等计算确定的6 拔长左端根据锻件图拔长至367 修整切料使总长和锻 件图相同3.6 定位误差的计算铣键槽时，工件以外圆柱面 ? 26 0 0.03在 =90°的 V型块上定位，加工尺寸为 A1=2200.1时的定位误差：如下图， ( d 0.03图 3 铣键槽定位误差计算如图所示零件键槽深度尺寸为 错误！未找到引用源。 ，与保证此设计尺寸有关的工 序尺寸和加工顺序是：(1) 精车外圆至 错误！未找到引用源。 , 即尺寸半径为 A1=错误！未找到引用源。 mm。(2) 铣键槽保证尺寸 ，这时的工序尺寸只能从留有磨削余量的内孔下母线注出， 就是 说标注工序尺寸的基准

12、是还需要继续加工的设计基准。(3) 热处理(为简化起见，不考虑热处理后内孔的变形误差) 。(4) 磨外圆，保证设计尺寸 错误！未找到引用源。 (即 A2=错误！未找到引用源。 mm)。 并最后间接保证键槽深度尺寸 错误！未找到引用源。 mm。3.7.2 确定工序尺寸 及其公差由图 a的有关尺寸，可以建立起图 b 的尺寸链，在尺寸链中，设计尺寸 错误！未找 到引用源。 mm是间接保证的，因而是尺寸链的封闭环，即 A0=错误！未找到引用源。 mm。考虑到磨外圆后的中心不可能与外圆中心完全重合， 故另以组成环 Z 来表示两中心 的距离，其基本尺寸为 0，同轴度误差为 0.05mm，则有： Z=0&#

13、177;0.025mm 由公式：3.8 切削用量的选择：(粗车、精车、刀具材料、刀具几何参数)3.8.1 选择刀具的几何参数：采用焊接硬质合金刀，刀片材料为 TY15，刀片厚度 S=4mm，刀杆尺寸 16mmx25m，m前刀面选用到棱的曲面形根据加工材料取 r 0=10°倒棱参数 br 1=0.3mm，r0 1=-10 °， a0=6°， Kr=75°， Kr' =10°错误！未找到引用源。 5=0°，刀具半径 r=0.51mm 确定刀具耐用度为 60min。3.8.2 选择切削用量：（1）切削深度 ap，粗车余量为 A w2

14、 m 41235 3，所以 ap=3mm。（2）进给量 f ，由机械加工工艺表 1-14 查得进给量 f=0.5 错误！未找到引用源。0.7mm/r ，根据机床说明书取 f=0.51 mm/r 。（3）切削速度 v，由公式：错误！未找到引用源。 式中 错误！未找到引用源。，T=60min 有表 1-16 查出 错误！未找到引用源。 =0.35,m=0.20有表 1-17 查出：错误！未找到引用源。 所以 错误！未找到引用源。最后：242v 0.2 02.1452 0.35 0.60 69(m/min)60 0.230.150.510.35精车：（1）采用焊接硬质合金刀，刀片材料为 TY15，刀

15、具参数：根据加工材料取r 0=15°倒棱参数 br 1=0.2mm，r0 1=-5 °，a0=8°，Kr=45°，Kr '=10°错误！未找到引用源。 S=3°， r =1.0 刀具耐用度为 60min。（2）选择切削用量： 切削深度 ap =1mm。 进给量 f ，由机械加工工艺 表 1-15 查得当工件为碳钢， 表面粗糙度进给量 错误！ 未找到引用源。为5错误！未找到引用源。2.5 m，刀尖圆弧半径 r =1.0 ，预设 v >50m/min, 查出进给量 f=0.300.35mm/r, 根据机床说明书取 f=0.3

16、0 mm/r 。 切削速度 v，由公式： 错误！未找到引用源。 式中 错误！未找到引用源。，T=60min 有表 1-16 查出 错误！未找到引用源。 =0.20,m=0.20有表 1-17 查出： 错误！未找到引用源。 所以 错误！未找到引用源 最后 v=错误！未找到引用源。计算转速 n1000v 1000 127.9 n 1162.8（r /min）dw 3.14 35 根据机床说明书选定转速 错误！未找到引用源。 =1000r/min. 此时实际切削速度 v 应为： V dw nw 3.14 35 1000 =错误！未找到引用源。 109.9m/min=110m/min. 错误！1000

17、 1000 未找到引用源。精车切削用量为： 错误！未找到引用源。 =1mm f=0.30mm/r v=110m/min 根据有关公式可以一次算得：如下页表 5 所示。 由实用机械加工工艺设计手册表 84 可知：切槽的切削用量：（硬质合金刀 YT15）f=0.26 （mm/r）, 切削速度 vc=0.82 （m/s） 由实用机械加工工艺设计手册表 823 可知：高速钢铣键槽铣刀铣槽的切削用量： ，f m=47（mm/min） （ 一次行程铣键槽每分钟进给量 ）n（r/s ）102010201020由实用机械加工工艺设计手册表 825表 828 可知： 磨削加工磨外圆的切削用量如表 6 所示： 表

18、6磨削直径（mm）工件圆周速度（m/min）工件单行程纵向 进给量（ m/单行 程）粗磨20101825151226209精磨20207.025255.626324.54 铣花键夹具设计在现代制造技术迅猛发展的今天， 机床夹具无论在传统机床上还是在数控机床、 加 工中心上，仍是必不可少的重要工艺装备。 通过机床夹具设计，不仅可以培养综合运用已学知识的能力而且可以得到工程设计的初步训练本次设计的铣花键夹具为前工序的铣削花键所用，该夹具适用于花键铣床。 被加工零件的生产批量对工艺过程的制定和夹具设计都有着十分重要的影响。 该夹具为 中、小批生产，宜采用简单结构，成本低廉的手动夹具。夹具的设计除了考

19、虑工件的定位和加紧之外， 还有考虑夹具如何在机床上定位， 以 及刀具相对夹具的位置如何得到确定。 对本次铣花键夹具而言， 在机床上是以夹具体底 面与铣床工作台面接触和夹具体上的反向 T 型槽与铣床工作台上的 T 型槽配合而定位 的。调整刀具和夹具的相对位置是为了保证夹具相对工件有一个正确的位置， 以保证工 序的加工要求。 对本次铣花键夹具而言， 在铣床上调刀最方便的方法是直接将刀具对夹 具体小轴的顶尖。4.1 确定设计方案在本次的夹具设计中， 由于花键在变速器小轴的外圆中径上， 小轴外径与其它阶梯 小轴直径相差不大， 故花键铣刀不宜选得太大，从对工件的结构形状分析可知，花键有 6 个齿，加工过

20、程中需要一分度装置，从经济学角度考虑，尽可能不用万能分度头，只 需设计一简易分度盘装置即可满足要求。4.1.1 方案一采用三角卡盘和后顶座一夹一顶式，定位并加紧，限制 4 个自由度。 辅以分度装置 和夹具体支撑。设计底座和铣床 T 型槽连接。4.1.2 方案二采用一顶芯轴和后顶座两顶芯式定位， 限制 5 个自由度。 外加一鸡心夹头和拨盘完 成加紧操作，并辅以分度装置和夹具体支撑。设计底座和铣床 T 型槽连接。4.2 确定夹具的结构方案，绘制结构草图。 从工件在夹具上定位的角度来考虑两种方案均具有其合理性，从设计难度上考虑， 三角卡盘属通用夹具可以直接选用， 鸡心夹头和拨盘也可以直接选用， 后顶

21、座也很常见， 只需要简单的改进，难易程度均适中，其设计都是容易实现的，从力学层性能考虑，三 角卡盘定位夹紧夹紧力比较大，故工件轴的强度要求高，适用于高速旋转。在本次的夹具设计中， 夹紧力满足分度要求和切削力即可， 无需其他力提供扭矩旋 转，采用一顶芯轴和后顶座两顶芯式定位，外加一鸡心夹头和拨盘即可完成加工要求， 从加工精度等级来考虑， 三角卡盘定位没有两顶芯式定位精度高， 故本次设计采用方案 二，一顶芯轴和后顶座两顶芯式定位， 外加一鸡心夹头和拨盘完成加紧操作，并辅以分 度装置和夹具体支撑。设计底座和铣床 T 型槽连接。结构简图如下：图6 夹具体的结构方案4.3 审查方案与改进设计夹具设计要求

22、除能完成既定的定位夹紧任务以外还要考虑到操作者的操作方便与 否，因此夹具也要求人性化设计。考虑到多数操作者都习惯右手用力，因此，将后顶座 安装在工件右侧。实现螺旋顶紧。夹具内部的配合尺寸为： 定位销与夹具体支撑座的配合尺寸为 10H7 ；夹具的外 h7 轮廓尺寸为 780×305× 290 轴承和夹具小轴的配合尺寸为 26H7 ； 轴承和夹具体支 n6 撑座的配合尺寸为 55H7 。n64.4 夹具的精度分析：（1）定位误差，工序基准与定位基准重合，基准不重合误差B=0，基准位置误差w=0，因此工件在夹具中定位时位置不准确所造成的加工误差D=0。（2）夹具的制造加工误差夹具

23、的制造及其在机床上的安装不正确所造成的加工误差：Z-A=0.02mm（ 3） 加工过程误差 机床的质量，工件的材料，工艺系统的受力分析，热变形等因素 所造成的加工误差 G=0.02mm。工序尺寸 16600.08的公差为 0.08 ，其三分之二为 0.05mm。2则满足 D+ZA< 2 。3 从上述分析可以看出，采用此套夹具满足夹具定位基准的要求。4.5 夹具的精度验算： 下面仅对小轴的调动公差要求加以验算，影响该项精度的误差因素主要有：4.5.1 定位误差 该夹具的定位基准与工序基准重合， 定位误差即工件的轴线与夹具体小轴的同轴度 误差，可以得到 定位 =0.01mm。4.5.2 夹具的制造安装误差 包括轴承套与轴承间的配合精度误差， 轴承衬套与花键夹具体小轴的配合精度误差1=0.015mm。4.5.3 精度验算忽略其它因素误差即加工误差± 0.025 略小于公差± 0.04 的三分之二。故认为该夹 具满足其精度验算要求，基本可用。4.5.4 夹具中小轴的强度校核计算：由铣花键夹具小轴在夹具中的作用可知： 该轴只承受弯矩， 分度装置提供分度作用， 在切削过程中没有力的作用，所以小轴几乎不承受扭矩。对小轴进行受力分析。4.6 夹具体零件的设计夹具体