机械制造工艺学课程设计

湖南工业大学课程设计资料袋机械工程学院〔系、部〕2012~2013学年第1学期课程名称机械制造工艺学指导教师邓根清职称讲师学生姓名吕晓波专业班级机设1001学号题目轴的机械加工工艺规程设计成绩起止日期2012年1月14日～2012年1月20日目录清单序号材料名称资料数量备注1课程设计任务书12课程设计说明书13课程设计图纸张456湖南工业大学课程设计任务书2012—2013学年第一学期机械工程学院〔系、部〕机械设计与制造及自动化专业机设1001班级课程名称：机械制造工艺学设计题目：轴的机械加工工艺规程设计完成期限：自2013年1月14日至2013年1月20日共1周内容及任务设计的主要技术参数设计任务根据零件图对零件进行工艺分析，编制工艺文件。三、设计工作量〔一〕对零件〔中等复杂程度〕进行工艺分析，画零件图。〔二〕选择毛坯的制造方式。〔三〕制订零件的机械加工工艺规程1．选择加工方案，制订工艺路线；2．选择定位基准；3．选择各工序所用的机床设备和工艺装备〔刀具、夹具、量具等〕；4．确定加工余量及工序间尺寸和公差；5．确定切削用量〔四〕填写工艺文件1．填写机械加工工艺卡片；2．填写机械加工工序卡片。〔五〕编写设计说明书进度安排起止日期工作内容2013年零件的工艺分析，画零件图2013年工艺规程设计以及制作工艺卡2013年整理、排版说明书以及准备辩论参考资料【1】王先逵.机械制造工艺学［Ｍ］.北京：机械工业出版社，2006.【2】陈锡渠.金属切削原理与工具［Ｍ］.北京：北京大学出版社，2006.【3】《机械制造根底》肖华、王国顺主编，中国水利水电出版社【4】《互换性与测量技术根底》徐学林主编，湖南大学出版社【5】王栋.机械制造工艺学课程设计指导书［Ｍ］.北京：高等教育出版社，2010.指导教师〔签字〕：年月日系〔教研室〕主任〔签字〕：年月日机械制造工艺学课程设计说明书轴的机械加工工艺规程设计起止日期：2013年1月14日至2013年1月20日学生姓名吕晓波班级机设1001学号成绩机械工程学院2013年1月20日目录一．序言········································5二．零件的工艺分析······························6三．生产纲领的计算与生产类型确实定·············9四．确定毛坯制造形式···························10五．定位基准的选择·····························11六．选择加工方法·······························11七．工艺顺序的安排和工艺路线的制定·············12八．确定毛坯尺寸及加工及加工余量···············14九．工序设计···································14十.确定切削用量和根本时间·····················19十一．设计总结·································22十二．零件三维模型·····························23十三．参考文献·································24一．序言机械制造工艺学设计是在我们学完了大学的全部根底课，技术根底课以及大局部专业课之后进行的。这是我们在进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练，因此，它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。本次机械制造工艺学课程设计不仅仅能帮助我们利用已学的知识进行设计，还培养了我们自己分析，独立思考的能力。这次综合性的训练，我在以下几方面得到锻炼：运用机械制造工艺学课程中的根本原理以及在生产实习中学到的实践知识，正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及工艺路线安排，工艺尺寸确定等问题，保证零件的加工质量；提高结构设计能力。通过设计零件的训练，获得根据被加工零件的加工要求，设计出高效，省力，经济合理而能保证加工质量的零件的能力；学会使用手册以及图表资料。掌握与本设计有关的各种资料的名称，出处，能够做到熟练的运用；能够熟练地使用AutoCAD、Proe等有关画图软件。就我个人而言，我希望能通过这次课程设计，了解并认识一般机器零件的生产工艺过程，稳固和加深已学过的技术根底课和专业课的知识，理论联系实际，对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后的工作打下一个良好的根底，并且为后续课程的学习大好根底。由于经验和专业知识水平有限，设计中会存在各方面的一些问题，恳请老师能够批评指正。二．零件的工艺分析1.轴的用途：轴是组成机器的主要零件之一。一切作回转运动的传动零件〔如齿轮、蜗杆等〕，都必须安装在轴上才能进行运动及动力的传递。因此轴的主要作用是支承回转零件及传递运动和动力。从零件图上看，该轴是典型的阶梯轴，结构比拟简单，中间粗两端细，符合强度外形原那么，便于安装和拆卸。2.轴的工艺分析：从零件图上看，该轴是典型的阶梯轴，结构比拟简单，中间粗两端细，符合强度外形原那么，便于安装和拆卸。该轴主要采用40Cr钢能承受一定的载荷与冲击。阶梯轴零件，尺寸精度，形位精度要求均较高。Φ14，φ15为主要配合面，精度均要求较高，需通过磨削得到。轴线直线度为φ0.01，两键槽有同轴度要求。在加工过程中须严格控制。轴通常是由支承轴颈支承在机器的机架或箱体上，实现运动传递和动力传递的功能。支承轴颈外表的精度及其与轴上传动件配合外表的位置精度对轴的工作状态和精度有直接的影响。其技术要求包括以下内容：①尺寸精度轴段1，2，4，5为主要配合面，尺寸精度要求较高。②形状精度该轴公共轴线的直线度公差为。其圆度及圆柱度无特殊要求，但应控制在尺寸公差范围内。③位置精度零件对位置精度要求较低，无特别要求。故可按一般规定普通精度轴的配合轴径对支承轴径的径向圆跳动取为0.01~0.03mm。④外表粗糙度具有配合要求的轴头和轴身以及与轴承配合的轴颈粗糙度为1.6µm，轴肩侧面外表粗糙度为3.2µm，键槽底面粗糙度要求较低，为6.3µm，侧面为3.2µm。其余为12.5µm.⑤热处理:锻造后应对毛坯安排退火处理以改善切削性能,为消除内应力粗加工之后安排正火处理，为改善材料的力学物理性质半精加工之后，精加工之前安排淬火处理。轴的外表粗糙度、形状和位置精度要求与外表粗糙度要求见下表。加工外表尺寸及偏差〔mm〕公差及精度等级外表粗糙度Ra〔µm〕形位公差右端φ15轴段φ15±0.055IT61.6轴线直线度为右端φ16轴段φ16IT71.6轴线直线度为φ16轴段端面3.2φ20轴段φ20未注12.5轴线直线度为φ20轴段端面3.2左端φ15轴段φ15±0.055IT61.6轴线直线度为左端φ15轴段端面3.2Φ14轴段Φ14未注1.6轴线直线度为键槽1IT73.2键槽2IT73.23.审查轴的工艺性：结构工艺:本次设计中的轴为阶梯轴，其主要外表元素为圆柱面及键槽。该轴轴段2与齿轮配合，通过平键以传递扭矩，轴段1及轴段4与滚动轴承配合，轴段5连接半联轴器，将扭矩输出。〔零件图见图一所示〕加工工艺:该轴采用合金结构钢40Cr，中等精度，转速较高。经调质处理后具有良好的综合力学性能，具有较高的强度、较好的韧性和塑性。轴为阶梯轴，其结构复杂程度中等，其有多个过渡台阶，根据外表粗糙度要求和生产类型，外表加工分为粗加工、半精加工和精加工。加工时应把精加工、半精加工和粗加工分开，这样经屡次加工以后逐渐减少了零件的变形误差；件毛坯采用自由锻，锻造后安排正火处理。轴的加工以车削为主，车削时应保证外圆的同轴度。在精车前安排了热处理工艺，以提高轴的疲劳强度和保证零件的内应力减少，稳定尺寸、减少零件变形。并能保证工件变形之后能在半精车时纠正。同一轴心线上各轴孔的同轴度误差会导致轴承装置时歪斜，影响轴的同轴度和轴承的使用寿命。在两端面钻中心孔进行固定装夹可以有效防止径向圆跳动、保证其同轴度。三．生产纲领的计算与生产类型确实定机械加工的工艺规的详细程度与生产类型有关，不同的生产类型由产品的生产纲领来区别。1.生产类型确实定零件的生产类型是指企业生产专业化程度的分类，它对工艺规程的制定具有决定性的影响。机械制造的生产类型一般分为大量生产、成批生产和单件生产，成批生产分为大批生产、中批生产、和小批生产。产量越大生产专业化程度越高。按重型机械、中型机械、和轻型机械的年生产量列出了不同的生产类型的标准如下表：生产类型零件的年生产纲领/件/年重型机械中型机械轻型机械单件生产≤5≤20≤100小批生产5～10020～200100～500中批生产100～300200～500500～5000大批生产300～1000500～50005000～50000大量生产＞1000＞5000＞500002.生产纲领的计算①生产纲领是产品的年生产量。生产纲领的大小对生产组织和零件加工工艺规程起着很重要的作用，它决定了各工序所需的专业化和自动化的程度以及所选用的工艺方法和工艺装备。②零件的生产纲领的计算方式N=Qn(1+α%+β%)结合生产实际：零件的备品率α%和零件的平均废品率β%分别取8%和1%，假定产品的年产量Q要求为400件/年，每台产品中该零件的数量为1件/台。所以综合以上数据代入上式中得：N=436件由零件尺寸可知其属于轻型零件，生产类型为小批量生产。四．确定毛坯制造形式轴的材料主要是碳钢和合金钢，毛坯多数用轧制圆钢和锻件。该轴零件材料为40Cr钢，用于载荷较大，而无很大冲击的重要轴，工件的形状为圆柱形比拟简单，毛坯精度低，加工余量大，生产类型为单件小批量生产。综上考虑，采用锻件，锻造加工方法为自由锻，毛坯的尺寸精度为IT12以下。五．定位基准的选择1.粗基准的选择粗基准选择应遵循以下原那么：保证相互位置要求；保证加工余量合理分配；便于装夹；粗基准不重复使用。选择正确的粗基准为后续工序提供精基准。所以为了便于定位、装夹和加工，可选轴的外圆外表为定位基准，或用外圆外表和顶尖孔共同作为定位基准。用外圆外表定位时，因基准面加工和工作装夹都比拟方便，一般用卡盘装夹。为了保证重要外表的粗加工余量小而均匀，应选该外表为粗基准，并且要保证工件加工面与其他不加工外表之间的位置精度。按照粗基准的选择原那么，选择次要加工外表为粗基准。又考虑到阶梯轴的工艺特点，所以选择φ20的外圆及一端面为粗基准。2.精基准的选择根据轴的技术要求，轴的中心线为设计基准，也是测量基准，按照基准重合原那么及加工要求，应选轴心线及一端面为精基准，其他各面都能以此为定位，从而也表达了基准统一的原那么。六．选择加工方法1.外圆外表加工方法的选择外圆外表的加工方法有很多，如车、铣、磨。对于本轴各外圆加工方法如下：①20轴肩外圆面：这段轴未注公差尺寸，外表粗糙度为分别为Ra12.5mm，加工精度等于或低于IT7故可采用粗车、半精车。该段轴加工精度要求较低可只采用粗车的加工方法。②轴段外圆面：公差等级为IT6，外表粗糙度为Ra1.6µm，采用粗车、半精车、粗磨、精磨的加工方法。③。、14的轴段外圆面：公差等级为IT7，外表粗糙度为Ra1.6µm，采用粗车、半精车、精车的加工方法。2.平面加工方法的选择平面的加工方法也有很多种，如：铣、刨、磨、拉、车。该轴的平面有轴的两端面和键槽。对于本轴各平面加工方法如下：①轴的端面：对于外圆端面，尺寸精度都要求不高，外表粗糙度为Ra12.5µm，采用粗车的加工方法。②键槽：两键槽外表的公差等级都为IT7，，外表粗糙度为Ra3.2µm，采用粗铣、半精铣的加工方法。七．工艺顺序的安排和工艺路线的制定1.工艺顺序的安排〔1〕工艺顺序的安排的原那么：零件上的全部加工外表应安排在一个合理的加工顺序中加工，这对保证零件质量、提高生产率、降低加工本钱都至关重要。工艺顺序的安排应遵循以下原那么:①先加工基准平面后其他：工艺路线开始安排的加工面应该是选做定位基准的精基准面，然后在已经基准定位。该轴的精基准为轴的中心线，因此首先应该车端面、钻中心孔，再加工各外圆外表。②先加工面后加工孔：在加工该轴时先加工端面和各外圆外表，再铣键槽。③先加工主要外表后加工次要外表:先加工轴的主要外表，如车外圆各个外表，端面等。后加工次要外表，如铣键槽，通常安排在外圆精车或粗磨之后，精磨外圆之前。④先粗后精：先安排粗加工工序，后安排精加工工序。对于精度和外表质量要求较高的零件，粗精加工应该分开。〔2〕热处理工序的安排在切削加工前宜安排退火处理，能改善轴的切削性能。在粗加工后进行正火处理，能消除内应力，提高轴的综合性能。在精加工之前安排外表淬火，这样可以消除局部变形，提高外表耐磨性。最终热处理安排在半精车之后磨削加工之前。其能提高材料强度、外表硬度和耐磨性。。〔3〕其他工序的安排在粗加工和热处理后，安排校直工序。在半精车加工之后安排去毛刺和中间检验工序。在精加工之后安排去毛刺、清洗和检验工序。〔4〕最终工序安排综上所述，该轴的工序安排顺序为：下料——锻造——热处理——车端面——粗车——正火——半精车——精车——车端面——铣键槽——淬火——磨外圆——精磨——去毛刺——最终热处理——检验2.工艺路线的制定根据以上的加工工艺过程的分析确定零件的工艺路线如下:工序05：下料，采用自由锻进行锻造毛坯加工。工序10：热处理，的毛坯进行正炽热处理以改善其切削性能。工序15：车端面，三角夹持，车一端端面；掉头车另一端面。定位基准：毛坯外圆。工序20：钻中心孔，掉头钻另一端中心孔。工序25：粗车各外圆，双顶尖装夹，粗车φ20轴段的外圆；依次粗车左端φ15、φ14轴段的外圆；再调头粗车轴右端φ16、φ15轴段的外圆；粗车各退刀槽。对两端面倒角。定位基准：粗车φ20轴段的外圆时以轴的两端面为粗基准；粗车其余轴段外圆和退刀槽时以φ20轴段的外圆的两端面和中心孔为基准。工序30：热处理，调质HRC25~28。工序35:半精车，依次半精车加工轴左端φ15、φ14轴段的外圆；半精车槽深为0.5的退刀槽；再掉头半精车轴右端φ16、φ15轴段的外圆；再半精车槽深为0.5的两退刀槽。定位基准：两顶尖孔心线。工序40:精车，精车加工轴左端φ14轴段的外圆；再掉头精车轴右端φ16轴段的外圆。定位基准：两顶尖孔心线。工序45:粗铣键槽，铣两个长为18mm、宽为5mm、深为3mm的键槽。定位基准：φ15、φ14轴段的外圆和两顶尖孔心线。工序50：半精铣键槽，半精铣两个长为18mm、宽为5mm、深为3mm的键槽。定位基准：φ15、φ14轴段的外圆和两顶尖孔心线。工序55:粗磨，粗磨轴左端直径为φ15±0.055的轴段外圆外表，再调头粗磨轴右端直径为φ15±0.055的轴段外圆外表。定位基准:两顶尖孔心线。工序60:精磨，精磨轴左端直径为φ15±0.055的轴段外圆外表，再调头精磨轴右端直径为φ15±0.055的轴段外圆外表。定位基准:两顶尖孔心线。工序65:检验。八．确定毛坯尺寸及加工余量毛坯为自由锻件的圆钢，最终加工出零件的最大直径的轴段直径为φ20，该段轴的加工方法仅为粗车，由工艺手册查得粗车余量为4.5mm，把粗车余量修正为4mm,总余量为4mm，毛坯尺寸为:20+4=24mm。轴的两端面加工方法为粗车，取粗车余量为4mm，加工总余量为4mm，查机械制造工艺手册可得锻造毛坯公差为±2mm，那么锻件毛坯长度尺寸为84±2mm，直径尺寸为根据零件图可知该轴各加工外表的粗糙度至少为12.5µm。根据零件图各局部的加工精度要求，锻件的尺寸公差等级为8-12级，加工余量等级为普通级，故取IT=12级。九．工序设计1.选择加工设备与工艺装备〔1〕选择加工设备加工设备即选择机床类型。由于已经根据零件的形状、精度特点，选择了加工方法，因此机床的类型也随之确定。至于机床的型号，主要取决于现场的设备情况。假设零件加工余量较大，加工材料又较硬，有必要校验机床功率。轴零件的生产类型为小批量生产，可以选用较高效率的专用机床和通用机床初步选定各工序机床如下：①工序15、20、30、35、40车外圆：采用CA6140卧式车床；②工序45、50铣键槽：选用X083铣床；③工序55、60磨外圆：,选用M1412磨床。〔2〕工艺装备的选用①选择刀具在加工轴的过程中，采用了车、铣、磨等多种加工方式，与之相对应，楚轩刀具的情况如下:因为该传动轴为阶梯轴，所以选用90度角外圆车刀〔车台阶〕材料为YG845°硬质合金刀具〔车端面和倒角〕和切槽刀〔切退刀槽〕。②选择量具选择量具的原那么是根据被测量对象的要求，在满足测量精度的前提下，尽量选用操作方便、测量效率高的量具。量具有通用量具〔如游标卡尺、千分尺、比拟仪、量块等〕和各种专用高效率量具，其种类的选择主要应考虑被测尺寸的性质，如内径、外径、深度、角度、几何形状等以及被测工件的特点，如工件的形状、大小、精度、生产类型等。本零件属于小批生产，一般采用通用量具。因为该轴最大长度为85，以选用量程0-100，精度0.05游标卡尺以及千分尺。2.确定工序尺寸①φ20轴段，加工工艺路线为粗车，粗车余量为4mm，加工总余量为4mm，毛坯尺寸为:20+4=24mm。确定各工序的加工经济精度和外表粗糙度，查表得，粗车选定为IT12，Ra12.5μm。将查得的公差数值按“入体原那么”标注在工序根本尺寸上。查工艺手册可得锻造毛坯公差为±2mm。为清楚起见，把上述计算和查表结果汇总于下表：工序名称工序间余量/mm工序工序根本尺寸/mm标注工序尺寸公差/mm经济精度/mm外表粗糙度/µm粗车4.0h12Ra12.520φ20毛坯锻造IT1220+4=24φ24±2②14轴段，加工工艺路线为：粗车——半精车——精车。查表可得工序余量：精车余量为0.3mm,半精车余量为1.5mm，修正后的粗车余量为8.2mm选定为IT7，Ra1.6μm；半精车后选定为IT10，Ra6.3μm；粗车选定为IT12，Ra12.5μm。将查得的公差数值按“入体原那么”标注在工序根本尺寸上。查工艺手册可得锻造毛坯公差为±2mm。把上述计算和查表结果汇总于下表：工序名称工序间余量/mm工序工序根本尺寸/mm标注工序尺寸公差/mm经济精度/mm外表粗糙度/µm精车0.3h7Ra1.614φ14半精车1.5h10Ra6.314+0.3=14.3φ14.3粗车8.2h12Ra12.514.3+1.5=15.8φ15.8毛坯锻造±215.8+8.2=24φ24±2③φ16轴段，加工工艺路线为：粗车——半精车——精车。查表可得工序余量：精车余量为0.3mm,半精车余量为1.5mm，修正后的粗车余量为6.2mm。总加工余量为8mm。确定各工序的加工经济精度和外表粗糙度，查表得，精车后选定为IT7，Ra1.6μm；半精车后选定为IT10，Ra6.3μm；粗车选定为IT12，Ra12.5μm。将查得的公差数值按“入体原那么”以及根据零件图上的要求标注在工序根本尺寸上。查工艺手册可得锻造毛坯公差为±2mm。把上述计算和查表结果汇总于下表：工序名称工序间余量/mm工序工序根本尺寸/mm标注工序尺寸公差/mm经济精度/mm外表粗糙度/µm精车0.3h7Ra1.616φ16半精车1.5h10Ra6.316+0.3=16.3φ16.3粗车6.2h12Ra12.516.3+1.5=17.8φ17.8毛坯锻造±217.8+6.2=24φ24±2④φ15左右两轴段，加工工艺路线为粗车——半精车——粗磨——精磨。查表可得工序余量：精磨余量为0.1mm,粗磨余量为0.3mm，半精车余量为1.5mm，修正后的粗车余量为7.1mm。总加工余量为9mm。确定各工序的加工经济精度和外表粗糙度，查表得，精磨后选定为IT6，Ra1.6μm；粗磨后选定为IT8，Ra3.2μm；半精车后选定为IT10，Ra6.3μm；粗车选定为IT12，Ra12.5μm。将查得的公差数值按“入体原那么”以及零件图上的要求标注在工序根本尺寸上。查工艺手册可得锻造毛坯公差为±2mm。为清楚起见，把上述计算和查表结果汇总于下：工序名称工序间余量/mm工序工序根本尺寸/mm标注工序尺寸公差/mm经济精度/mm外表粗糙度/µm精磨0.1h6Ra1.61515±0.0055粗磨0.3h8Ra3.215+0.1=15.1φ15.1半精车1.5h10Ra6.315.1+0.3=15.4φ15.4粗车6.2h12Ra12.515.4+1.5=16.9φ16.9毛坯锻造±216.9+7.1=24φ24±2⑤φ14、Φ16轴段上的键槽：加工工艺路线为粗铣——半精铣。查工艺手册可知半精铣的加工余量为1mm，粗铣余量为2.2mm。总加工余量为3.2mm。确定各工序的加工经济精度和外表粗糙度，查表得，半精铣后选定为IT8，Ra6.3μm；粗铣后选定为IT12，Ra12.5μm。按照尺寸链计算，将得到的公差数值按“入体原那么”以及零件图上的要求标注在工序根本尺寸上。把上述计算和查表结果汇总于下表中。工序名称工序间余量/mm工序工序根本尺寸/mm标注工序尺寸公差/mm经济精度/mm外表粗糙度/µm半精铣1.0h7Ra6.311131113粗铣2.0h12Ra12.512141214粗铣前3.014161416十．确定切削用量和根本时间切削用量包含切削速度、进给量和被吃刀量三项，确定方法是先确定被吃刀量、进给量，而后确定切削速度。不同的加工性质，对切削加工的要求是不一样的。因此，在选择切削用量时，考虑的侧重点也不同。粗加工时，应尽量保证较高的金属切除率和必要的刀具耐用度，，故按一般选用较小的进给量和被吃刀量，而尽可能选用较高的切削速度。工序15〔粗车轴左右两端面〕切削用量及根本时间确实定1.确定切削用量确定被吃刀量轴的水平方向双边余量为4mm，故可知单边余量为2mm，背吃刀量为2mm。确定进给量本设计采用的是硬质合金车刀，工件材料是40Cr，查表取进给量f＝0.3mm/r确定切削速度v和工作台每分钟进给量根据以下计算公式确定切削速度：根据《机械制造工艺学课程设计指导书》表5-43，查得=291，=0.15，=0.2，m=0.2。为本例题的加工条件与该公式的应用条件不完全相同，故需要根据制造手册来对车削速度进行修正：根据刀具的耐用度T=60min，得修正系数=1.0，根据工件材料=980Mpa，得出修正系数=0.51，根据毛坯外表状态查得修正系数=0.8，根据主偏角，查得修正系数=1.0，刀具材料为YG8，得修正系数=1.15。所以有：查表5-44，根据CA6140机床上主轴的转速的选择n=500r/min，那么实际切削速度为：④检验机床功率由表5-45查得切削力和切削功率的计算公式如下：式中的数值由表5-45查得：分别为，。由表5-32得：与刀具耐用度相关的修正系数；与工件材料相