输出轴零件机械加工工艺规程设计课程模板.doc

机械制造工艺学
课程设计说明书

设计题目： 输出轴零件机械加工工艺规程设计
学 生： 石见白
学 号： 机电工程学院
班 级： 机械设计08-4
指导老师： 付 敏 副教授

目 录
1 零件分析………………………………………………………………………………… 1
1.1零件结构工艺性分析………………………………………………………………………1
1.2 零件技术要求分析………………………………………………………………………1
2 毛坯选择……… …………………………………………… 2
2.1 毛坯种类选择……………………………………………………………………………2
2.2毛坯制造方法选择…………………………………………………………………… …2
2.3毛坯形状及尺寸确实定 …………………………………………………… …2
3 工艺路线确实定… …………………………………………… 3
3.1 定位基准选择……………………………………………………………………………3
3.2零件表面加工方案选择……………………………………………………………… …3
3.3加工次序安排 … ………………………………………………… …4
3.3.1加工阶段划分 … ………………………………………………… …4
3.3.2机械加工次序安排 … ………………………………………………… …4
3.3.3热处理工序安排 … ………………………………………………… …4
3.3.4辅助工序安排 … ………………………………………………… …5
4 工序设计… …………………………………………… 6
4.1 机床和工艺装备选择……………………………………………………………………6
4.2工序设计 ……………………………………………………………… …9
5 总结 ……………………………………………………………… …10
6参考文件 ……………………………………………………………… …10

1. 零件分析。
1.1零件结构工艺性分析。
从零件图上看，该零件是经典轴类零件，结构比较简单，其关键加工面有55、60、65、75176外圆柱面，50、80、104内圆柱面，10个20通孔，2个8斜孔，及1个键槽。
图中所给尺寸精度较高，大部分是IT7级；粗糙度方面：80内圆柱面、轴两端面、键槽两侧面、及20内圆柱表面均为Ra2.5um；55、60、65、75外圆柱面为Ra1.25um，其它均为Ra20um。
位置精度要求较严格：55、60外圆柱面及80内圆柱面对75、65外圆轴线圆跳动量为0.04mm；25孔轴线对75、65外圆轴线位置精度为0.05mm；键槽对55外圆轴线对称度为0.08mm。
零件图

1.2零件技术要求分析
零件需要调质处理到217~255HB，保持均匀。

2、毛坯选择。
2.1毛坯种类选择
依据零件形状、材料分析，材料为45号钢轴类零件，适合型材或锻件，但从经济方面着想，如用型材棒料加工余量太大，这么浪费材料，也增加机床、刀具等损耗；而且从零件用途分析，输出轴将传输较大扭矩，性能要求高，而锻件含有较高抗拉抗弯和抗扭强度，冲击韧性大，故综合考虑选择锻件。
2.2毛坯制造方法选择
分析零件可知，轴为阶梯轴，有一段斜度，从生产类型来看为中批生产，所以综合考虑毛坯选择模锻方法铸造。
2.3毛坯形状及尺寸确实定
依据该零件加工精度要求和个表面加工方法确定毛胚加工余量和尺寸。查机械制造工艺学书本表2.10和表2.11。零件毛胚尺寸以下：
关键面尺寸
零件尺寸（mm）
总余量(mm)
毛胚尺寸(mm)
圆柱尺寸
176
4
180
圆柱尺寸
116
4
120
阶梯圆柱尺寸
55
15
70
阶梯圆柱尺寸
60
10
70
阶梯圆柱尺寸
65
5
70
阶梯圆柱尺寸
70
5
80
零件长度尺寸
244
6
250
毛胚图以下：

3、工艺路线确实定。
3.1定位基准选择
粗基准选择。对于通常轴类零件而言，以外圆作为粗基准是完全合理。本零件就是先以大端为基准加工小端端面和中心孔，然后夹大端，顶小端粗车各外圆。然后以外圆为基准粗加工各孔。这么能够确保各关键加工表面加工余量充足，而且使关键加工表面加工余量尽可能均匀。
经基准选择。选择精基准出发点是确保加工精度，尤其是加工表面相互位置精度，和安装方便可靠。其选择标准要遵从基准重合，基准统一，自为基准，互为基准等标准。加工输出轴时，关键表现是基准统一和自为为基准标准。以大端外圆为基准加工各外圆，然后以外圆为基准加工各孔，再以外圆轴线为基准磨外圆。
3.2零件加工表面方案选择
依据输出轴零件图上各加工表面尺寸精度和表面粗糙度，参考《机械精度设计》和《机械制造工艺学》，确定各表面加工方法，以下：

加工表面
尺寸精度等级
表面粗糙度Ra/um
加工方案
55外圆柱表面
IT6级
1.25
粗车—精车—磨
60外圆柱表面
IT6级
1.25
粗车—精车—磨
65外圆柱表面
IT6级
1.25
粗车—精车—磨
75外圆柱表面
IT6级
1.25
粗车—精车—磨
50内圆柱表面
自由公差
20
粗车—半精车
80孔
IT7级
2.5
粗车—半精车—精车
104孔
自由公差
20
粗车—半精车
20通孔
IT7级
2.5
钻—半精镗—精镗
8斜孔
自由公差
20
钻孔
176外圆表面
自由公差
20
粗车—半精车
116斜面
自由公差
20
粗车—半精车
左端面
自由公差
2.5
粗车—半精车—精车
右端面
自由公差
2.5
粗车—半精车—精车
键槽
IT9
2.5
粗铣—精铣
倒角
自由公差
20

3.3加工次序安排
3.3.1加工阶段划分
依据零件加工表面要求，加工阶段分为：粗加工阶段——半精加工阶段——精加工阶段
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靠近零件成品，所以，关键目标是提升生产率，去除内孔，端面和外圆表面大部分余量，并为后续工序提供精基准，如加工φ176、φ55、φ60、φ65、φ75外圆柱表面。
半精加工阶段：其任务是使关键表面达成一定精加工余量，为关键表面精加工做好准备，如φ55、φ60、φ65、φ75外圆柱面，φ80、φ20孔等。
精加工阶段：其任务就是确保各关键表面达成要求尺寸精度，留一定精加工余量，为关键表面精加工做好准备，并可完成部分次要表面加工。如精度和表面粗糙度要求，关键目标是全方面确保加工质量。
3.3.2机械加工次序安排
基面先行。该零件先加工左端面并打中心孔，然后以左端面和右外圆柱面为基准加工阶梯轴外圆。因为左端面和65外圆柱面为后续经基准表面加工而设定，才能是定位基准更正确。
先粗后精。先安排粗加工，在短时间内将工件表面大部分余量切掉，以提升效率，为精加工做好准备，也避免了粗加工对已经精加工表面质量影响。
先面后孔。先加工右端面后加工其上孔，从而使定位可靠，并提升孔加工精度。
3.3.3热处理工序安排
铸造毛胚，进行正火处理，去掉铸造过程中形成内应力。
粗加工——进行调质——半精加工。调质处理使零件含有很好综合机械性能，为精加工做好准备。
3.3.4辅助工序安排
各外圆柱倒角和孔倒角均安排在对应圆柱和孔精加工后。
3.4工艺路线确实定
在综合考虑上述工序安排标准基础上，确定了两条工艺路线,以下:
工艺路线一:
工序号
工序名称
安装
工序内容
定位和夹紧
机床
1
锻

模锻

2
热处理

正火

3
车
1
车小头端面至图纸要求，钻中心孔
三抓自定心夹盘夹大端
CA6140

2
粗车各外圆，留加工余量3mm
三抓自定心夹盘夹大端，顶尖顶小端中心孔
CA6140
4
车

粗车大端176mm外圆，车内肩孔，留加工余量3mm，深度至尺寸要求
三抓自定心夹盘夹A外圆，顶尖顶左端面中心孔
CA6140
5
热处理

调质HB217~255

6
车

精车各外圆，留加工余量0.3mm，倒角1x45°
三抓自定心夹盘夹夹大端，顶尖顶小端
CA6140
7
车

精车176外圆，50mm和104mm至图纸要求，孔口倒角1x45°，内孔80mm，留加工余量1mm，车端面，取总长，钻大端内顶尖孔
三抓自定心夹盘夹夹C外圆，顶针顶小端中心孔
CA6140
8
车

车30°斜面
三抓自定心夹盘夹大端
CA6140
9
钻

钻10x20mm孔，留加工余量1mm,孔口倒角1x45°
立式钻床专用夹具夹大端外圆，顶尖顶端面
立式钻床,内孔车床
10
磨

磨小端各外圆至图纸要求
双顶尖顶两中心孔
平面磨床M7130
11
车

车80至图纸要求
三抓自定心夹盘夹C外圆，顶针顶小端孔
CA6140
12
镗

镗10x20孔至图纸要求
三抓自定心夹盘外圆，顶尖顶端面
CA6140
13
铣

铣键槽至尺寸
铣床专用夹具夹C外圆，顶尖顶左端面
卧式铣床
14
钻

钻斜孔两处8至图纸要求
外圆，端面
立式钻床
15
检验

工艺路线二:
1. 锻毛坯
2. 正火
3. 铣两端面,打中心空
4. 粗车外轮廓
5. 大端面车Φ50mm孔
6. 大端面钻中心孔
7. 粗镗Φ80，Φ104孔
8. 调质处理
9. 精车Φ55，Φ60，Φ65，Φ75各台阶，并倒角
10. 精镗Φ80孔并倒角
11. 钻扩铰10-Φ20孔并倒角
12. 钻2-Φ8孔
13. 划键槽加工线
14. 铣键槽
15. 终检
经比较，发觉方案二中有些工序比较散乱，而钻扩铰Φ20孔工序太集中，而且加工精度难以达成图纸要求。而方案一处理比很好，所以最终方案选择方案一。
4.工序设计
4.1机床，夹具和刀具选择
机床选择。
因为生产类型为中批量生产，故加工机床宜用通用机床为主。参考《机械制造工艺简明手册》，各外圆和端面全部能够在通用车床上车削加工，50，80，104孔和键槽也能够在车床上车削加工，故选择通用卧式车床CA6140。20孔粗加工及8斜孔需钻床钻孔，所以选择卧式钻床。镗20孔能够在车床上加工。各外圆磨削加工在平面磨床上加工，所以选择平面磨床M7130。
夹具和量具选择。
夹具：依据生产类型（中批量生产）和零件加工方法和要求，选择卡盘，机床专用夹具，铣键槽专用夹具，钻斜孔专用夹具，镗大端面孔专用夹具。
量具：选择通用量具，游标卡尺，千分尺，专用量规。
刀具选择。
因为刀具材料切削性能直接影响着生产率，工件加工精度，已加工表面质量，刀具磨损和加工成本，所以正确选择刀具材料是数控加工工艺一个关键部分，刀具应含有高刚度，足够强度和韧度，高耐磨性，良好导热性，良好工艺性和经济性，抗粘接性，化学稳定性。因为输出轴材料为45钢，推荐用硬质合金中YT15类刀具，因为加工该类零件时摩擦严重,切削温度高,而YT类硬质合金含有较高硬度和耐磨性,尤其含有高耐热性,在高速切削钢料时刀具磨损小寿命长,所以加工45钢这种材料时采取硬质合金刀具。
综上可做一刀具表以下：
加工表面
刀具名称
车外圆柱面和端面
95°偏头外圆车刀
钻中心孔
中心钻
车内孔
内孔车刀
钻Φ18孔
Φ18钻头
镗Φ20孔
镗刀
铣键槽
铣刀
钻Φ8斜孔
Φ8钻头

4.2工序设计
4.2.1个加工表面加工余量确定
Φ55外圆柱表面
工序名称
加工余量
经济精度
工序尺寸
公差
锻
15
IT14
70
0/-0.37
粗车
12
IT12
58
+0.05/-0.05
精车
2.7
IT6
55.3
+0.023/+0.003
磨
0.3
IT6
55
+0.023/+0.003
Ra=1.25
Φ60外圆柱表面
工序名称
加工余量
经济精度
工序尺寸
公差
锻
10
IT14
70
0/-0.37
粗车
7
IT12
63
+0.05/-0.05
精车
2.7
IT6
60.3
+0.023/+0.003
磨
0.3
IT6
60
+0.023/+0.003
Ra=1.25
Φ65外圆柱表面
工序名称
加工余量
经济精度
工序尺寸
公差
锻
5
IT14
70
0/-0.37
粗车
2
IT12
68
+0.05/-0.05
精车
2.7
IT6
65.3
+0.023/+0.003
磨
0.3
IT6
65
+0.023/+0.003
Ra=1.25
Φ75外圆柱表面
工序名称
加工余量
经济精度
工序尺寸
公差
锻
5
IT14
80
0/-0.37
粗车
2
IT12
78
+0.05/-0.05
精车
2.7
IT6
75.3
+0.023/+0.003
磨
0.3
IT6
75
+0.023/+0.003
Ra=1.25
Φ176外圆柱表面
工序名称
加工余量
经济精度
工序尺寸
公差
锻
4
IT14
180
0/-0.37
粗车
2.5
IT12
177.5
+0.05/-0.05
半精车
1.5
IT9
176
+0.05/-0.05
Ra=20
Φ50内圆柱表面
工序名称
加工余量
经济精度
工序尺寸
公差
粗车
47
IT12
47
+0.05/-0.05
半精车
3
IT9
50
+0.05/-0.05
Ra=20
Φ104内圆柱表面
工序名称
加工余量
经济精度
工序尺寸
公差
粗车
101
IT12
101
+0.05/-0.05
半精车
3
IT9
104
+0.05/-0.05
Ra=20
Φ80内圆柱表面
工序名称
加工余量
经济精度
工序尺寸
公差
粗车
77
IT12
77
+0.05/-0.05
半精车
2
IT9
79
+0.05/-0.05
精车
1
IT7
80
+0.042/+0.012
Ra=2.5
Φ116斜面30°
工序名称
加工余量
经济精度
工序尺寸
公差
锻
4
IT14
120
0/-0.37
粗车
4
IT12
116
Ra=20
总长及两端端面
工序名称
加工余量
经济精度
工序尺寸
公差
锻
6
IT14
250
0/-0.37
粗车
2Z=4
IT12
246
+0.05/-0.05
精车
2Z=2
IT6
244
Ra=2.5
Φ20内圆柱表面
工序名称
加工余量
经济精度
工序尺寸
公差
钻
18
IT14
18
+0.26/-0.26
粗镗
1.8
IT12
19.8
+0.1/-0.1
精镗
0.2
IT7
20
-0.019/-0.042
Ra=2.5
键槽
工序名称
加工余量
经济精度
工序尺寸
公差
粗铣
15
IT12
15
+0.05/-0.05
精铣
1
IT9
16
0/-0.05
Ra=2.5
4.2.2切削用量和工时定额确实定
切削用量是机械加工关键参数，切削用量数值因加工阶段不一样而不一样。选择切削用量关键从确保工件加工表面质量、提升生产率、维持刀具耐用度和机床功率限制等原因来综合考虑。
现以粗车Φ60外圆为例进行计算.
(1) 确定切削深度ap: 因为双边余量为7mm，单边余量为3.5mm，可在一次走刀内完成。所以ap=3.5
(2) 确定进给量f: 依据切削用量简明手册表1.4，当刀杆尺寸为 ，=3~5mm和工件直径为60~100mm时，f=0.4-0.7mm/r,按CA6140机床进给量（机械制造工艺学简明手册表4.2-9），选择f=0.64mm/r
确定进给量尚需满足机床进给机构强度要求，故需进行校验。
依据表1.21*，当钢材=570—670MPa，4mm，f0.75mm/r，=45°，v=65m/min时（估计），进给力=1580N。修正系数为=1.0，=1.11，=1.0，查切削手册表1.29—2，故实际进给力为=1580X1.11N=1753.8N。因为切削时进给力小于机床许可进给力，故所选f=0.64mm/r可用。
（3） 确定切削速度v 切削速度可依据公式计算，也能够直接从表中查出。现采取查表确定。
依据表1.10，当用YT15硬质合金车刀加工=600—700MPa钢材，=3~7mm，f0.75mm/r，切削速度v=97m/min。切削速度修正系数为=0.8，=0.65，=0.81，=1.15，==1.0（见切削手册表1.28）故v=97x0.8x0.65x0.81x1.15=46.98m/min，所以,按CA6140机床转速（机械制造工艺设计手册表4.2-8），选择n=250r/min。则实际切削速度为v=54.95m/min。
最终决定切削用量为=3.5mm，f=0.64mm/r,n=250r/min,v=54.95m/min。
其它切削用量选择：略。
（4）工时定额确定。
a.基础时间确实定
依据表6.2-1，车外圆基础时间为=，式中l=25mm，其中y+△=6, f=0.64mm/r, n=250r/min, i=1
则
b.辅助时间，部署工作地点时间，休息和生理需要时间，准备和终了时间确实定，略。

结论
以上即为自己此次机械制造工艺学课程设计中相关中批量生产零件输出轴工艺设计说明书。在整个设计过程中，如毛坯余量计算、工序设计、机床刀具选择等等步骤一开始自己做起来完全不知道从何入手，但经过查资料、问老师和同学等路径比较圆满完成了此次设计任务，取得了一定工艺设计经验，更关键是明白了自己现在最缺乏是什么。
参考文件

1.《机械制造工艺手册课程设计指导书》，主编：王栋， 机械工业出版社。
2.《机械制造工艺学课程设计指导书》， 主编：赵家齐， 机械工业出版社。
3.《机械制造工艺学》， 主编：常同立，杨家武，等 清华大学出版社。
4.《机械制造工艺简明手册》， 主编：李益明， 哈尔冰工业大学出版社。
5.《经典零件机械加工手册》， 主编：冯冠大， 机械工业出版社。
6．《切削用量简明手册》。
7．《机械精度设计》， 主编：孟兆新， 科学出版社。