【《车床输出轴零件的加工工艺分析及夹具设计》7400字（论文）】

车床输出轴零件的加工工艺分析及夹具设计1绪论从远古时代带现如今，工具的制造对人类一直有很大的影响。在某种程度上，工具的先进在一定程度上决定了一个国家的生产力的强弱。社会的发展变化也在紧跟着劳动生产工具的发展变化。工业制造业更是任何发达中及其发达国家的基础产业，是一个国家综合国力的重要体现。在工业制造业中，机械制作更是制造业的基础，因而得到了各国高度重视。特别是在当今世界科技知识驱动的全球经济大潮中，由于激烈的市场竞争，机械夹具行业的深度和广度都发生了比较大的改变，各种新的夹具设计制造加工方法不断被发明设计，推动着我们的社会不断向前迈进。现如今，随着经济全球化的趋势越来越明显,与此同时,全球很多闻名的大企业也会继续进行结构性的调整和改变,随着我国市场的国际化程度进一步加深,夹具行业也会受到更大的影响,竞争力也会越来越激烈。夹具是目前各机构制造方面常用的，它可以大批量生产，节省人力物力，效率相对较高，操作方便，结构合理，其成本低，适合大多数人的承受能力。毕业设计的意义:毕业设计是学生从学习到上班的综合练习，也是一个提高和重新学习的机会。毕业设计从准备到设计结束几乎需要一个学期的时间，并最终形成一套完整的文档。毕业设计也是对学生的最终综合评价，扎实、认真、高质量地完成毕业设计具有重要意义。1.通过毕业设计的准备工作，我们将进一步提高我们的独立研究能力和专业素质。并且通过查阅书籍文献现场收集资料等工作来解决夹具工程设计等技术问题。2.通过对毕业设计中涉及到的问题的分析和研究，可以巩固、深化和拓展我们的专业知识，提出自己的观点和观点。3.经过本次的毕业设计，自己也建立了非常好的工作态度和细致、一丝不苟、科学严谨的工作理念。因为能力的限制和经验的缺乏，在设计上还存在很多不足。我希望老师能给我更多的建议。首先，要分析较多的轴类零件图纸，并了解明确加工质量要求和相关技术要求。在理解图纸的基础上，再根据自己的理解和思路然后运用AutoCAD软件绘出自己设计的输出轴的三维模型。然后根据自己查阅的相关资料明确输出轴的相关要求来确定该零件的生产类型。查阅资料书籍后，明确了此零件适合量产。然后，对输出轴再进行工艺分析，确定毛坯类型及其制造方法，有查阅资料得知，输出轴的材料选45钢。并打算用锻件的形式来铸造毛坯，然后设计其加工工艺方案。分析该方案的好处和坏处，并依据实际的生产条件及相关要求来定下最终方案，完成加工工艺的设计，再进行细致的分析。最终，针对自己设计的加工工艺设计出夹具零件装配图和零件图，并对夹具的尺寸精度进行校核，并对设计质量进行检验。2零件的工艺分析及生产类型的确定2.1技术要求分析它们选用的零件是车床输出轴，它的主要用途是:首先能传递扭矩，使车床主轴获得旋转的动力;二是能经常承受工作中的负荷;第三个可以支撑传动部件。零件的材料可以是45钢，这也是最常用的中碳回火和回火钢。其综合力学性能好，淬透性低，水淬时也易开裂。根据综合技术文件的要求，这部分是铸造的。2.2输出轴零件图输出轴得零件图如图1所示，零件材料为45钢，是常用的中碳调制钢。其综合力学性能较好，淬透性低，淬火时容易生裂纹。零件为批量生产，零件得主要加工表面包括φ55、φ60、φ65、φ75、φ176外圆柱面，φ50、φ80、φ104内圆柱面，10*φ20通孔。图1零件图2.3零件的工艺分析从零件图,我们可以看到输出轴是一个典型的部分,也属于结构介质结构,加工表面主要是Φ直径55,Φ60,Φ65等外圆,和直径Φ50,Φ80等内孔,有10*Φ20通孔,在零件图纸中以尺寸精度较高，多为IT6级；在粗糙度方面，键槽两侧φ80内孔的表面粗糙度为3.2um，大端的表面粗糙度为3.2um，其余的表面粗糙度为12.5um，不是很高。在φ55和φ80孔内孔φ75和φ60所面临的外圆轴的左端径向跳动量的0.03毫米,φ20孔轴和φ800.04毫米的位置,内孔轴键槽和φ55外圆轴的对称of.0.06mm;热处理要求回火，回火至200hbw，以保持均匀。到此，通过对整个零件的分析，我们得知其布局是合理的，加工也方便，通过径向装夹也可保证其加工要求，整个图纸也很清晰，尺寸也完全合理，能充分表达出零件的形状和尺寸，满足设计要求。3选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯图3.1选择毛坯毛坯的主要制造办法有:1型材2锻造3铸造4焊接5其他毛坯。根据输出轴的材料可知，使用型材或锻件比较合适，可从经济角度来讲，如型材中的棒材，加工余量过大，既浪费了材料，又增加了机床的消耗;而锻件具有较高的拉伸性能、弯曲强度和扭转强度，由于零件的生产批次处于中间批次，所以冲击韧性用于冲击载荷下的工作零件，因此在上述锻件中我们可选用模锻件。3.2毛坯尺寸的确定毛坯图是根据产品的零件设计的。并且我们参考加工工艺手册，从粗车-半精车-精车余量，从而得到毛坯加工余量。零件的外圆角半径按表5-12确定，内圆角半径按表5-13确定。结果是，外圆角半径为R=2;内半径是r=3。由表5-11可知，外模的锻造倾角α=5，内模的锻造倾角为β=7。下图是这部分的毛坯图。 图2毛坯图4选择加工方法，制定加工艺路线4.1定位基准的选择这部分是有孔的管状部分。孔是零件的设计基准、装配基准和测量基准。为防止基准不重合引起的误差，应选择孔作为定位基准，这也遵循基准重合的原则。1.粗基准的选择标准:考虑到以下要求，我会选择毛坯孔及轴面零件的重要孔来定为粗基准:在保证加工余量的前提下让重要孔的加工余量尽可能均匀;保证定位准确、夹紧可靠。选择精密基准的主要目的是要保证加工精度，尤其是加工表面的互位精度，以及安装的便利性及可靠性。选择原则如下:基准面符合原理;基准统一原则;自我参照原则;相互引用原则;所选精度基准应能保证工件定位准确，装夹可靠。精基准的选择:在加工输出轴时，通过了解零件的结构特点和加工精度要求，可以初步确定汽车的每个步进气缸都是基于其他未加工面的。所选主要的是φ48孔和一端表面面积大的一端，定位相对稳定，夹紧方案简单，可靠，操作方便。通过钻顶孔，可以限制精加工表面的自由度，以保证所需的精度。4.2零件表面加工方法的选择4.2.1加工阶段的划分我们都知道的是当零件的加工质量要求比较高的时候，往往不能用一个工艺来满足其要求，而是要用几个工艺来一步一步达到所要求的加工质量。零件的加工过程通常根据工艺性质的不同而不同，可分为粗加工、半精加工和精加工三个阶段。①粗加工阶段:是以快速切除毛坯余量为目的，在粗加工时应选用大的进给量和尽可能大的切削深度，以便在较短的时间内切除尽可能多的切屑，粗加工对表面质量的要求不高，刀具的磨钝标准一般是切削力的明显增大，即以后刀面的磨损宽度VB为标准，确定精基准。如加工直径为φ176、φ55等圆柱面。②半精加工阶段:半精加工阶段是完成次要表面的加工，并为主要表面的精加工做准备，如φ55、φ60等圆柱面。

③精加工阶段:精加工阶段是保证主要表面尺寸达到图样要求。4.2.2基面先行原则基面首先作为其他表面加工的良好基础，一般安排在工艺的开始阶段。加工零件时,端面应先处理,然后左端面应加工基准,因为左端面设置后续精密表面处理,为了使定位基准更准确,以保证定位精度的要求，再将其他的加工出来。4.2.3先粗后精

机械加工第一毛坯是为了尽快加工出毛坯阶段，有效地提高工件的加工速度和效率;经过细化是为了提高产品的精度和光滑度，获得满意的合格产品。如果余量的均匀性不能满足精加工的要求，就有必要进行半精加工，以便为精加工做好准备。4.2.4先面后孔

这是因为平面面积大能保证定位可靠，夹紧牢固，很容易保证孔的加工精度。加工平面可以先切割铸件不平整的表面。为提高孔的加工精度创造条件，便于调整和刀，还能保护刀具。所以，对于本输出轴先加工φ75的外圆柱面，再加工其余孔作为定位基准。4.3工序划分的确定零件加工的工序顺序已经安排好了，如何弥补这些工序，就需要考虑工序集中或分散的原则。工序集中是把零件的加工集中在几道工序中来完成，每道工序的加工内容多，工艺路线短。工序分散就是将零件的加工分散到很多道工序内完成，每道工序加工的内容少，工艺路线很长。综上所述可知输出轴为中批量生产，采用工艺分散。辅助程序的安排:辅助程序一般包括去毛刺、倒角、除锈、清洗、检查等。4.3.1热处理工序的安排热处理是指金属材料在固态状态下，通过加热、保温和冷却等手段改变材料表面或内部的化学成分和组织，以获得所需性能的一种金属加热工艺。热处理过程一般包括加热、保温、冷却三个过程，有时只包括加热和冷却两个过程。这些过程是相互联系和不间断的。淬火在热处理中使钢获得较高的硬度和耐磨性，而回火则是消除钢在淬火时产生的内应力，使钢结构趋于稳定;降低淬火时的脆性，提高塑性和韧性。最后，退火的目的是降低硬度，提高塑性，提高切削性能，消除内应力，如消除锻件和铸造件的内应力，防止加工后的变形，细化晶粒，组织均匀，提高力学性能。输出轴的材料为45钢，在加工过程中准备进行热处理，以消除零件的内应力。坯料锻造后，按照规格在840℃下进行半小时的最终热处理。4.4制定艺路线根据先加工基准，基面先行、先主后次、先粗后精、先面后孔，标准统一的原则，零件加工可按以下工艺路线进行，如表1所示。工序1粗车圆柱面φ176及其端面。粗车圆柱面φ176及其端面工序2粗车圆柱面φ55、φ60、φ65和φ75及其台阶面工序3精车φ176外圆柱面及其倒角工序4半精车圆柱面φ60、φ55、φ65和φ75和台阶工序5精车圆柱面φ60、φ55、φ65和φ75和台阶面工序6倒角工序7粗镗内孔φ50、φ80和φ104工序8精镗内孔φ50、φ80与φ104工序9钻孔10*φ20工序10扩孔10*φ20工序11铰孔10*φ20工序12铣键槽16*10工序13钻斜孔2*φ8工序14去毛刺工序15最终检验表14.5工序设计4.5.1选择加工设备与工艺装备4.5.2选择机床根据工序选择机床（1）工序1、2、3、4、5为粗车削和精车削。每道工序的工作步骤并不多，量产对生产率的要求也不高，因此，选用卧式车床可以满足零件外形尺寸不大的要求，选用最常用的CA6140卧式车床。（2）工序7和8是镗孔，因为加工零件的外形尺寸不大，而且还可回转体，它适合在车床上镗孔，车床选择C616A型卧式车床。（3）工序12为铣削，工艺简单，外形尺寸不大，因考虑到这部分是大批量生产，所以选用的机床适用范围比较广为X61W铣床。（4）工序9、10、11为铰孔、铰孔，可在立式钻床上用专用分度夹具加工，故选用Z525型立式钻床。4.5.3选用夹具这部分除铣销、钻孔等工序需要专用夹具外，其他工序采用通用夹具，可用于前车削加工三爪自定心卡盘和主轴。4.5.4选用刀具因为刀具材料的切削性能直接影响到生产效率、工件的加工精度、被加工表面的质量、刀具的磨损和加工成本，所以正确选择刀具材料是加工工艺的重要组成部分。刀具应具有高刚度、足够的强度和韧性、高耐磨性、良好的导热性、良好的技术经济性、抗粘附性、化学稳定性。因为45钢的部分的输出轴车床,建议使用硬质合金YT15类的工具,如摩擦处理部分,切削温度高,欧洲和美国硬质合金具有高硬度和耐磨性,耐热性高,特别是在高速切割石头刀具磨损小生命很长,所以45钢的材料加工采用硬质合金刀具。粗车的外圆面为90度半精车，精车的外圆面为90度车刀。钻头是一种直径为φ30的高速钢切削工具。18铰刀直径:19.8铰刀直径:Φ20镗刀直径，刀杆长度200。4.5.5选择量具这部分是大批量生产的，一般用一般量具尽量根据零件的表面尺寸和形状特性的精度进行测量，参考文献[4]中的相关信息可得知。4.6确定工序尺寸轴类零件的圆柱表面属于外表面加工，偶遇个表面在加工过程中不涉及定位基准和工序基准的转换问题，古其中间各工序的工序尺寸及极限偏差的计算采用“由后往前推”的方法。该零件各圆柱面加工余量、加工尺寸及公差面粗糙度如下表所示：表2外圆柱面φ176轴段加工余量计算工序工序间余量/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/μm精车2IT106.3176粗车3IT1212.5179毛坯±2181表3外圆柱面φ55轴段加工余量计算工序工序间余量/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/μm精车1.0

IT61.655半精车

1.5IT10

3.256粗车2.5IT126.357.5毛坯±260表4φ60轴段加工余量计算工序工序间余量/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/μm精车

1.0

IT61.660半精车

1.5IT103.261粗车2.5IT126.362.5毛坯±265表5φ65轴段加工余量计算工序工序间余量/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/μm精车

1.0

IT61.665半精车

1.5IT103.266粗车2.5IT126.367.5毛坯±270表6φ75轴段加工余量计算工序工序间余量/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/μm精车

1.0

IT61.675半精车

1.5IT103.276粗车2.5IT126.377.5毛坯±280表7φ104内孔加工余量计算工序工序间余量/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/μm精镗

1.8IT73.2104粗镗

3.2IT106.3103.2毛坯±299表8φ80内孔加工余量计算工序工序间余量/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/μm精镗1.5

IT73.280粗镗

2.5IT106.378.5毛坯±276表9φ50内孔加工余量计算工序工序间余量/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/μm精镗

1.5IT73.250粗镗

2.5IT106.348.5毛坯±2464.7绘制工序简图（1）工序10：铣两端面打中心孔以输出轴右端外圆为定位基准，自定心卡盘装夹，车左端面；工件掉头，以输出轴左端面为定位基准，自定心卡盘装夹，车右端面钻中心孔，如图3所示。图3工序10简图工序20：粗车各外圆及锥面首先输出轴右端外圆固定为定位基准，自定心卡盘装夹，粗车左端外圆尺寸为φ56.6，再粗车外圆尺寸为φ61.6，再粗车外圆φ66.6，依次粗车外圆尺寸φ75.6、φ83-116、φ177，如图4所示。图4工序20简图工序30：修研中心孔以输出轴的左端面外圆为定位基准，自定心卡盘装夹，钻右端面中心孔，如图5所示。图5工序30简图工序40：半精车各外圆及锥面固定零件右端，限制输出轴的自由度，拨杆夹紧，依次精车外圆尺寸，如图6所示。图6工序40简图工序50：倒角工序50简图如图7所示。图7工序50简图工序60：镗三个台阶孔以零件左端面外圆为定位基准，卡盘夹紧，依次镗三个台阶孔φ50、φ104、φ78，如图8所示。图8工序60简图工序70：镗φ80的孔以零件左端面外圆为定位基准，卡盘夹紧，镗φ80的孔，如图9所示。图9工序70简图工序80：钻、扩、铰、精铰φ20得孔以零件左端面外圆为定位基准，卡盘夹紧，先钻孔尺寸至φ18，再扩孔尺寸至φ19.8，然后铰孔尺寸至φ19.94，最后精铰孔尺寸至φ20，如图10所示。图10工序80简图工序90：钻2xφ8的孔以零件左端面外圆为定位基准，卡盘夹紧，然后钻φ8的孔，如图11所示。图11工序90简图工序100：铣键槽工件以半精车后外圆表面φ75.6以及右端面为定位基准，限制输出轴的自由度，实现轴的不完全定位，通过夹具上的对刀块保证铣刀的轴向位置，中心位置及垂向位置，如图12所示。图12工序100简图工序110：精铣两端面工序110如图13所示。图13工序110简图工序120：修研中心孔工序120如图14所示。图14工序120简图工序130：粗磨各段外圆工序130如图15所示。图15工序130简图工序140：粗磨各段外圆工序140如图16所示。图16工序140简图5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粗车外圆为例子确定其切削用量及基本时间。5.1切削用量此工艺为粗车，已知加工材料为45钢、锻件;机床为CA6140卧式车床，工件装夹在三爪自定心卡盘上。确定外圆的切削用量。所用刀具为YT15硬质合金可转位车刀。根据表5-110，由于CA6140机床中心高度为200mm，刀具刀片BH=16mm25mm，刀片厚度为4.5mm。根据表5-132，车刀的几何形状是开槽和倒角前刀面。即后角、前角、副偏角、主偏角、,刃倾角、刀尖圆弧半径。（1）确定背吃刀量因为粗车双边余量为2.5mm，所以＝2.25mm。（2）确定进给量f由表5-113，在粗车钢件、刀杆尺寸为、、工件直径φ的情况时，。按CA6140机床的进给量选择。确定的进给量仍要满足机床的进给量要求，因此需要进行校核。由表5-55得，CA6140机床进给机构允许的进给力。依据表5-123得，当钢材、、，，(预计)时，进给力。Ff的修正系数为，，,所以实际进给力为，由于，所选的可用。（3）选择车刀磨钝标准、耐用度由表5-118得，车刀后刀面最大磨损量取为1mm，可转位车刀耐用度。（4）确定切削速度v由表5-121得到，当用YT15硬质合金车刀加工钢材时，，，则切削速度。切削速度的修正系数为，，，，表2-9。所以得到：按照CA6140机床的转速选择,所以实际切削速度。最终确定切削用量是：，，，。5.2基本时间确定粗车外圆的基本时间t依据《机械制造工艺学》公式4-23得车外圆基本时间为：依据《机械制造工艺学》公式4-23得车外圆基本时间为：式中：，，，，，则其它工步切削用量及基本工时计算可从略6夹具设计本夹具是第11道工序钻孔专用夹具。刀具为GB/T6135.3-19968-L直柄麻花钻。在此零件装夹过程中，对于这一步加工的定位没有提出具体的要求。自由公差，定位要求低。所以本次设计的重点——夹紧的便利性和快速性以及实现分度钻削的必要性，下面是夹具的设计过程:6.1定位方案夹具的特点是工件由另一端端面和键槽定位，通过轴用螺栓夹紧。结构简单，制造方便。除偶之间的污染不会直接影响除偶的接触。其缺点是不能补偿分度副之间的配合间隙对分度精度的影响。将耐磨衬套压入分度板孔内，H7/G6配合圆柱定位销使用。其结构如图17、18、19所示：钻套螺钉2-钻套3-衬套4-钻模5-工件6-长定位销7-开槽圆柱头螺钉