输出轴课程设计 输出轴加工工艺及夹具的设计

1、机械制造工程原理课程设计说明书设计题目: 输出轴加工工艺及夹具的设计 （单件生产） 设 计 者 陈 瑶 瑶 学 号 21006072006 指导教师 修 磊 信息工程学院2013年05月22日摘 要初步学会综合运用以前所学过的全部课程，并且独立完成了一项工程基本训练。运用机械制造工艺学的基本理论和夹具设计原理的知识，正确地解决输出轴零件在加工中的定位，夹紧以及合理制订工艺规程等问题的方法。对输出轴零件最后一道工序进行了夹具设计，学会了工艺装备设计的一般方法，提高了结构设计的能力。 机械制造业的发展对世界经济起着非常重要的作用，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

2、的是输出轴的加工工艺和夹具设计，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，然而这些都会在文中得以体现。前 言机械制造工程原理课程设计是我们学习完大学阶段的机械类基础和技术基础课以及专业课程之后的一个综合课程，它是将设计和制造知识有机的结合，并融合现阶段机械制造业的实际生产情况和较先进成熟的制造技术的应用，而进行的一次理论联系实际的训练，通过本课程的训练，将有助于我们对所学知识的理解，并为后续的课程学习以及今后的工作打下一定的基础。对于我本人来说，希望能通过本次课程设计的学习，学会将所学理论知识和工艺课程实习所得的实践知识结合起来，并应用于解决实际

3、问题之中，从而锻炼自己分析问题和解决问题的能力；同时，又希望能超越目前工厂的实际生产工艺，而将有利于加工质量和劳动生产率提高的新技术和新工艺应用到机器零件的制造中，为改善我国的机器制造业相对落后的局面探索可能的途径。由于所学知识和实践的时间以及深度有限，本设计中会有许多不足，希望各位老师能给予指正。目录第1章 机械加工工艺规程设计51.1 零件的分析51.2 选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯图6第2章 机械加工工序设计82.1 选择加工方法，制定加工艺路线82.2 加工方法的确定102.3 制定工序路线112.4 工序设计122.5选择机床152.6 选择刀具162.7 选择量具162.8 确

4、定切削用量及基本工时17第3章 夹具的设计193.1 概述193.2 夹具19设计小结20参考文献21第1章 机械加工工艺规程设计1.1 零件的分析 1.1.1 技术要求的分析 所给定的零件车床输出轴，其主要作用，一是传递转矩，使车床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45钢，是最常用中碳调质钢，综合力学性能良好，淬透性低，水淬时易生裂纹。综合技术要求等文件，选用铸件。 1.1.2 零件的材料分析 零件的材料为45钢，是最常用中碳调质钢，综合力学性能良好，淬透性低，水淬时易生裂纹。小型件宜采用调质处理，大型件宜采用正火处理。其价格较便宜，经过调质或正

5、火后可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，局部淬火后再回火，表面硬度可达52HRC-45HRC. 1.1.3 零件的工艺分析 从零件图上看，该零件是典型的零件，结构比较简单，其主要加工的面有55、60、65、75、176的外圆柱面，50、80、104的内圆柱表面，10个20的通孔，图中所给的尺寸精度高，大部分是IT6级；粗糙度方面表现在键槽两侧面、80内圆柱表面为Ra3.2um,大端端面为Ra3.2um,其余为Ra12.5um，要求不高；位置要求较严格，表现在55的左端面、80内孔圆柱面对75、60外圆轴线的跳动量为0.04mm, 20孔的轴线对80内孔轴线的位置度为

6、0.05mm,键槽对55外圆轴线的对称度为0.08mm；热处理方面需要调质处理，到200HBW，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。1.2 选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯图1.2.1 选择毛坯 毛坯的选择和拟定毛坯图是制定工艺规程的最初阶段工作之一，也是一个比较重要的阶段，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占相当重要的位置，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与零件的实际

7、作用，材料、形状、生产性质以及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，推荐用型材或锻件，但从经济方面着想，如用型材中的棒料，加工余量太大，这样不仅浪费材料，而且还增加机床，刀具及能源等消耗，而锻件具有较高的抗拉抗弯和抗扭强度，冲击韧性常用于大载荷或冲击载荷下的工作零件。本零件生产批量为单件生产，所以综上所叙选择锻件中的模锻。1.2.2 确定毛坯尺寸并画出毛坯图毛坯（锻件）图是根据产品零件设计的，经查机械加工工艺手册金属机械加工工艺人员手册知精车-半精车-粗车各余量,从而可得毛坯余量<或查表得到>,见表。铸件的外

8、圆角半径按表5-12确定，内圆角半径按5-13确定。结果为：外圆角半径：；内圆角半径：。按表5-11，外模锻斜度，内模锻斜度。下图为本零件的毛坯图 毛坯图第2章 机械加工工序设计2.1 选择加工方法，制定加工艺路线2.1.1 定位基准的选择本零件为带孔的管状零件，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，应选孔为定位基准，即遵守“基准重合”的原则。具体而言，即选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，应先进行加工，因此应选外圆及一端面为粗基准。2.2.2 零件表面加工方法的选择1. 加工阶段的划分 当零件的加工质量要求较高时,往往不

9、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,半精加工,精加工三个阶段。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，去除内孔，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176、55、60、65、75外圆柱表面。半精加工阶段：其任务是使主要表面达到一定的精加工余量，为主要表面的精加工做好准备，如55、60、65、75外圆柱面，80、20孔等。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，留一定的精加工余量，为主要表面的

10、精加工做好准备，并可完成一些次要表面的加工。如精度和表面粗糙度要求，主要目标是全面保证加工质量。2. 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55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. 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。4. 先面后孔 对该零件应该先加工圆柱表面，后

11、加工孔，这样安排加工顺序，一方面是利用加工过的平面定位，稳定可靠，另一方面是在加工过的平面上加工孔，比较容易，并能提高孔的加工精度，所以对于输出轴来讲先加工75外圆柱面，做为定位基准再来加工其余各孔。5. 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

12、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，清洗，除锈，退磁，检验等。 6. 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CA6140车床输出轴材料为45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。最终热处理在半精车之后精车之前，按规范在840温度中保持30分钟释放应力。2.2 加工方法的确定 在市场经济的前提下，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

13、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和我们学校的具体加工条件，一般我们按加工顺序来阐述加工方案：表一加工表面表面粗糙度公差/精度等级加工方法176外圆柱面Ra6.3自由公差粗车-半精车55外圆柱表面Ra1.6IT6粗车-半精车-精车60外圆柱面Ra0.8IT6粗车-半精车-精车65外圆柱面Ra1.6IT6粗车-半精车-精车75外圆柱面Ra0.8IT6粗车-半精车-精车50内圆柱面Ra6.3自由公

14、差粗铣80孔Ra3.2IT7钻孔-车孔-铰孔104孔Ra6.3自由公差钻孔-车孔20通孔Ra3.2IT7钻孔-铰孔左端面Ra6.3粗车右端面Ra1.6粗车-精车键槽Ra3.2IT9粗铣-精铣倒角Ra6.32.3 制定工序路线表2工序号工序内容设备1粗车圆柱面176及端面；车床2粗车圆柱面55、60、65和75和及台阶面；车床3精车176外圆柱面及倒角；车床4半精车圆柱面55、60、65和75和及台阶面；车床5 精车圆柱面55、60、65和75和及台阶面；车床6倒角；车床7粗镗内孔50、80、104；镗床8精镗内孔50、80、104；镗床9钻孔10×20；钻床10扩孔10×2

15、0；钻床11铰孔10×20；钻床12铣键槽16×10；铣床13钻斜孔2×8；钻床14去毛刺；手工15终检；2.4 工序设计 确定圆柱面的工序尺寸 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、表面粗糙度见下表：表3外圆柱面176轴段加工余量计算 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Ra/m精车2IT106.3176粗车

16、3IT1212.5179毛坯±2181表4外圆柱面55轴段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Ra/m精车 1.0 IT61.655半精车 1.5IT10 3.256粗车2.5IT126.357.5毛坯±260表560轴段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Ra/m精车  1.0 IT61.660半精车 1.5IT103.261粗车2.5IT126.362.5毛坯±2

17、65表665轴段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Ra/m精车  1.0 IT61.665半精车 1.5IT103.266粗车2.5IT126.367.5毛坯±270表775轴段加工余量计算 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Ra/m精车  1.0 IT61.675半精车 1.5IT103.276粗车2.5IT126.377.5毛坯±280表8104内孔加工余量计算 工序名称工序间余量

18、/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Ra/m精镗  1.8IT73.2104粗镗 3.2IT106.3103.2毛坯±299表980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Ra/m精镗 1.5 IT73.280粗镗 2.5IT106.378.5毛坯±276表1050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Ra/m精镗  1.5IT73.250

19、粗镗 2.5IT106.348.5毛坯±246 2.5选择机床2.5.1车床的参数 工序三采用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0.12

20、5-5mm，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2350×1020×1250mm 2.5.2 铣床的参数 工序7、8、9采用数控车床XK5040，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30-2000 r/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

21、度0.01 mm 2.5.3 综上所述 （1）工序1、2、3、4和5是粗车和精车。各工序的工步数不多，大批大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。本零件外廓尺寸不大，选用最常用的CA6140型卧式车床。（2）工序7、8为镗削。由于加工的零件外廓尺寸不大，又是回转体，故宜在车床上镗孔，选用C616A型卧式车床。（3）工序12铣削。工序工步简单，外廓尺寸不大，考虑本零件属成批大量生产，所选机床使用范围较广泛为宜，故可选常用用的XK5040型铣床能满足加工要求。（4）工序9、10和11是扩、钻、铰孔。可采用专用的分度夹具在立式钻床上加工，故选用Z525。2.6 选择刀具由于刀具材料的

22、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。由于零件车床输出轴材料为45钢，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45钢这种材料时采用硬质合金的刀具。粗车外圆柱面： 90°半精车，精车外圆柱面：前角为90°的车刀。钻头：高速钢刀具，直径为30；直径为18

23、；扩孔钻：直径为19.8；铰刀：直径为20。镗刀，刀杆长度为200.B×H16×25。2.7 选择量具 本零件单件生产，一般配情况下尽量采用通用量具。根据零件表面的精度要求、尺寸和形状特点，参考相关资料，选择如下：读数值0.02、测量范围0150游标卡尺，读数值0.01、测量范围0150游标卡尺。读数值0.01、测量范围50125的内径千分尺，读数值0.01、测量范围50125的外径千分尺，读数值0.01、测量范围50125的内径百分表（表5-108）。2.8 确定切削用量及基本工时 切削用量包括背吃刀量、进给量和切削速度。确定顺序是确定、，再确定。本说明书选取工序1粗车外

24、圆为例确定其切削用量及基本时间。2.8.1切削用量 本工序为粗车。已知加工材料为45钢，锻件，有外皮；机床为CA6140型卧式车床，工件装夹在三爪自定心卡盘中。确定外圆的切削用量。 所选刀具为YT15硬质合金可转位车刀，根据表6-2，由于CA6140机床的中心高为200mm，故选用刀杆尺寸B×H=16mm×25mm，刀片厚度为4.5mm。根据表5-133，选择车刀几何形状为卷槽带倒棱型前刀面，前角，后角、主偏角、,副偏角、刃倾角、刀尖圆弧半径。确定背吃刀量 由于粗车双边余量为2.5mm，则1.25mm。确定进给量f 根据表5-114，在粗车钢件、刀杆尺寸为、工件直径为时，。按CA6140机床的进给量选择。确定的进给量尚需满足机床进给强度的要求，故需进行校验。根据表5-55，CA6140机床进给机构允许的进给力。根据表5-123，当钢材、， (预计)时，进给力。Ff的修正系数为，,故实际进给力为，由于，所选的可用。选择车刀磨钝标准及耐用度 根据表5-119，车刀后刀面最大磨损量取为1mm，可转位车刀耐用度。确定切削速度v 根据表5-120，当用YT15硬质合金车刀加工钢材时，时，切削速度。切削速度的修正系数为，表2-9。则有：按CA6140机床的转速选择,则实际切削速度。最后确定切削用量为：，。2.8.2基本时间 确定粗车外圆的基本时间t 根据机械制造工艺学公