机械制造优秀课程设计输出轴.docx

机械制造技术课程设计

题目：设计输出轴机械加工工艺规程及工艺装配

姓 名：徐 向 阳
学 号：
指导老师：张海军

二O一五年六月二十一日

输出轴加工工艺及钻床夹具设计

序 言
机械制造工艺学课程设计是在我们学完了大学全部基础课、技术基础课和大部分专业以后进行。这是我们进行毕业设计之前对所学各课程一次深入综合性复习，也是一次理论联络实际训练。所以，它在我们大学学习生活中占有十分关键地位。 就我个人而言，我期望能经过这次课程设计对自己未来将从事工作进行一次适应性训练，从锻炼自己分析问题、处理问题能力，为以后参与祖国现代化建设打下一个良好基础。我也相信经过课程设计能将零碎知识点全部联络起来，系统而全方面做好设计。
此次课程设计是机械制造工艺学这门课程一个阶段总结，是对课堂中学习基础理论和在生产实习中学到实践知识一个实际应用过程。因为知识和经验所限，设计会有很多不足之处，所以恳请老师给指导。
一、零件分析
1、零件作用
题目所给定零件车床输出轴，其关键作用，一是传输转矩，使车床主轴取得旋转动力；二是工作过程中常常承受载荷；三是支撑传动零部件。零件材料为45钢，是最常见中碳调质钢，综协力学性能良好，淬透性低，水淬时易生裂纹。综合技术要求等文件，选择铸件。
2、零件工艺分析
从零件图上看，该零件是经典零件，结构比较简单，其关键加工面有φ55、φ60、φ65、φ75、φ176外圆柱面，φ50、φ80、φ104内圆柱表面，10个φ20通孔，图中所给尺寸精度高，大部分是IT6级；粗糙度方面表现在键槽两侧面、φ80内圆柱表面为Ra3.2um,大端端面为Ra3.2um,其它为Ra12.5um，要求不高；位置要求较严格，表现在φ55左端面、φ80内孔圆柱面对φ75、φ60外圆轴线跳动量为0.04mm, φ20孔轴线对φ80内孔轴线位置度为φ0.05mm,键槽对φ55外圆轴线对称度为.0.08mm；热处理方面需要调质处理，到200HBW，保持均匀。 经过分析该零件，其布局合理，方便加工，我们经过径向夹紧可确保其加工要求，整个图面清楚，尺寸完整合理，能够完整表示物体形状和大小，符合要求。
二、工艺规程设计
（一）、定位基准选择
本零件为带孔轴类零件，孔是其设计基准（亦是装配基准和测量基准），为避免因为基准不重合而产生误差，应选回转轴线为定位基准，即遵守“基准重合”标准。具体而言，即选孔及一端面作为精基准。因为本零件全部表面全部需要加工，而孔作为精基准，应优异行加工，所以应选外圆及一端面为粗基准。
（二）加工方法选择
⑴回转体表面面加工：面加工方法有很多，本零件关键是加工外圆面和端面。φ55、φ60外圆面加工精度采取7级精度能够满足要求，故可采取粗车-半精车-精车加工方法。φ65、φ75外圆面加工精度要采取6级精度才能达成要求，故采取粗车-半精车-粗磨-精磨加工方法。
⑵孔加工：孔加工方法有钻、扩、镗、拉、磨等。对于内孔采取在车床上镗孔方法。原因是结构紧凑，重量不大，适适用于车削加工。通孔10×φ20采取在车床上镗孔方法，斜孔2×φ8在钻床床钻孔。
⑶键槽加工：零件上键槽在铣床上铣。其公差等级为IT7，两侧粗糙度为Ra3.2μm，槽底面粗糙度为Ra6.3μm。可采取粗铣-精铣加工方法。
⑷两端面加工：端面加工在铣床上进行，其公差等级为IT7，粗糙度要求分别为Ra25μm，Ra,12.5μm。
（三）制订工艺路线
制订工艺路线是制订工艺规程最关键工作，也表现了工艺师工艺水平关键方面。其标准是，在确保零件几何形状、尺寸精度、表面质量前提下，尽可能提升生产率，降低成本，取得好经济效益。
工艺路线安排以下：
⒈工序00 备料、模锻。
⒉工序01  用三爪卡盘定位φ55回转体表面，粗车φ176外圆和粗铣φ176端面。
⒊工序02  用三爪卡盘定位φ176回转体表面,而且粗铣φ55端面和粗车φ55、φ60、φ65、φ75回转体表面。
⒋工序03 用三爪卡盘定位φ55回转体表面，半精车φ55、φ60、φ65、φ75、φ176外圆。
⒌工序04 用三爪卡盘定位φ55回转体表面，粗磨φ65、φ75外圆表面。
⒍工序05 用三爪卡盘定位φ55回转体表面，粗车、半精车过分锥面。
⒎工序06 以轴回转轴线为基准，粗镗内孔φ50、φ80、φ104。
⒏工序07 以轴回转轴线为基准，半精镗内孔φ50、φ80、φ104。
⒐工序08 以φ80孔中心线为基准，钻、扩、铰孔10×φ20。
⒑工序09 钻斜孔2×φ8。
⒒工序10 以轴回转轴线为基准，粗铣键槽。
⒓工序11 热处理：调质处理硬度为200-230HBW。
⒔工序12 精车φ65、φ75外圆及锥面。
⒕工序13 用三爪卡盘定位φ55回转体表面，精磨φ65、φ75外圆表面。
⒖工序14 以轴回转轴线为基准，精铣键槽，用三爪卡盘定位φ55回转体表面，精铣φ176端面；用三爪卡盘定位φ176回转体表面, 精铣φ55端面。
⒗工序15 去毛刺、清洗、检验。
（四）工序设计
1、选择加工设备及工艺装备
选择加工设备及选择机床类型。因为已经依据零件形状、精度特点，选择了加工方法，机床类型也随之确定。至于机床型号，取决于现场设备情况。最终选择机床，其经济精度应和零件表面设计要求相适应，初步选定机床以下：
工序10、15、60、80中进行操作分别是粗铣φ176端面、铣φ55端面、粗铣键槽、精铣键槽，精铣φ176端面，精铣φ55端面，用设备是X53T立式铣床。
工序50中钻、扩、铰孔10×φ20，工序55中钻斜孔2×φ8，选择Z3025摇臂钻床。
其它工序如加工端面和外圆，全部能够在CA6140卧式车床进行。
2、确定工序尺寸
确定圆柱面工序尺寸 圆柱表面数次加工工序尺寸只和加工余量相关。前面已确定各圆柱面总加工余量（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。中间工序尺寸公差按加工方法经济精度确定。本零件各圆柱表面工序加工余量、工序尺寸及公差、表面粗糙度见下表：
⑴外圆柱面φ176　轴段加工余量计算
工序名称
工序间
余量/mm
工 序
工序基础尺寸/mm
标注工序
尺寸公差/mm
经济精度/mm
表面粗糙度Ra/μm
精车
2
IT10
6.3
176

粗车
3
IT12
12.5
179

毛坯

±2

181

⑵外圆柱面φ55轴段加工余量计算
工序名称
工序间
余量/mm
工 序
工序基础尺寸/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
IT6
1.6
55

半精车
1.5
IT10
3.2
56

粗车
2.5
IT12
6.3
57.5

毛坯

±2

60

⑶φ60轴段加工余量计算
工序名称
工序间
余量/mm
工 序
工序基础尺寸/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
IT6
1.6
60

半精车
1.5
IT10
3.2
61

粗 车
2.5
IT12
6.3
62.5

毛 坯

±2

65

⑷φ65轴段加工余量计算
工序名称
工序间
余量/mm
工 序
工序基础尺寸/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
IT6
1.6
65

半精车
1.5
IT10
3.2
66

粗车
2.5
IT12
6.3
67.5

毛坯

±2

70

⑸φ75轴段加工余量计算
工序名称
工序间
余量/mm
工 序
工序基础尺寸/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
IT6
1.6
75

半精车
1.5
IT10
3.2
76

粗车
2.5
IT12
6.3
77.5

毛坯

±2

80

⑹φ104内孔加工余量计算
工序名称
工序间
余量/mm
工 序
工序基础尺寸/mm
标注工序
尺寸公差/mm
经济精度/mm
表面粗糙度Ra/μm
精镗
1.8
IT7
3.2
104

粗镗
3.2
IT10
6.3
103.2

毛坯

±2

99

⑺φ80内孔加工余量计算
工序名称
工序间
余量/mm
工 序
工序基础尺寸/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
IT7
3.2
80

粗镗
2.5
IT10
6.3
78.5

毛坯

±2

76

⑻φ50内孔加工余量计算
工序名称
工序间
余量/mm
工 序
工序基础尺寸/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
IT7
3.2
50

粗镗
2.5
IT10
6.3
48.5

毛坯

±2

46

（五）确定切削用量及基础工时
切削用量包含背吃刀量、进给量和切削速度。确定次序是确定、，再确定。本说明书选择工序05粗车外圆为例确定其切削用量及基础时间。
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。
确定外圆切削用量。
所选刀具为YT15硬质合金可转位车刀，依据表5-112，因为CA6140机床中心高为200mm，故选择刀杆尺寸B×H=16mm×25mm，刀片厚度为4.5mm。依据表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。
⑴确定背吃刀量：因为粗车双边余量为2.5mm，则＝2.25mm。
⑵确定进给量f ：依据表5-114，在粗车钢件、刀杆尺寸为、、工件直径为时，。按CA6140机床进给量选择。确定进给量尚需满足机床进给强度要求，故需进行校验。
依据表5-55，CA6140机床进给机构许可进给力。
依据表5-123，当钢材、、，， (估计)时，进给力。
Ff修正系数为，，,故实际进给力为，因为，所选可用。
⑶选择车刀磨钝标准及耐用度 依据表5-119，车刀后刀面最大磨损量取为1mm，可转位车刀耐用度。
⑷确定切削速度v 依据表5-120，当用YT15硬质合金车刀加工钢材时，，时，切削速度。
切削速度修正系数为，，，，表2-9。则有：
切削用量包含切削速度、进给量及背吃刀量三项，确定方法是先确定背吃刀量、进给量，最终确定切削速度。不一样加工性质，对切削加工要求是不一样。所以，在选择切削用量时，考虑侧关键也不一样。
粗加工时，通常优先选择尽可能大背吃刀量，其次选择较大进给量，最终依据刀具耐用度情况选择适宜切削速度。
精加工时，通常选择小得背吃刀量和进给量，从而尽可能提升切削速度。
⑴粗车φ55＋0.028－0.003外圆切削用量
本工序为粗车外圆φ55，机床采取最常见CA6140卧式车床。
已知：加工材料：4５钢，，锻件，有外皮；
　　工件尺寸：坯件D=60㎜，车削后D=57.5㎜，加工长度㎜；
　　加工要求：车削后表面粗糙度6.3μm。
依据《机械加工工艺手册》表 7-4
选择刀具为YT5牌号硬质合金车刀，选择参数为：
主偏角，副偏角，后角，前角，刃倾角，刀尖圆弧半径。
选择切削用量：
确定背吃刀量ap
因为粗加工余量为2.5mm,能够再一次走刀内完成，故ap=2.5/2=1.25mm。
确定进给量f
因为零件此次加工加工余量小，依据《机械加工工艺手册》表1.1-47及《机械制造工艺学课程设计指导书》表5-42，取f=0.51mm/r。
选择车刀磨钝标准和耐用度
依据《机械制造工艺学课程设计指导书》表5-40，后刀面最大磨损程度取1.1mm,刀具耐用度为T=60 Min。
确定切削速度v和工作台每分钟进给量Vf
本零件材料为45钢，，ap=1.25mm，f=0.51mm/r，依据《机械制造工艺学课程设计指导书》表5-32对车削速度进行修正：依据刀具耐用度T=60min,得修正系数KTv=1.0；依据工件材料强度，得修正系数KMv=1.0；依据毛坯状态得修正系数Ksv=0.8；刀具材料为YT5，得修正系数为：Ktv=0.65;此处为车削，得修正系数KKv =1.0；得修正系数为主偏角为60o得修正系数为KKrV=0.92。
所以，KTv=1.0，KMv=1.0，Ksv=0.8 ，Ktv=0.65，KKv =1.0，KKrV=0.92
切削速度公式为V=Cv/(Tm×apXv×fyv)
依据《机械制造工艺学课程设计指导书》表5-43，取数值：
Cv=291，Xv=0.15，yv=0.2,m=0.2。
V=Cv/(Tm×apXv×fyv)×KTv×KMv×Ksv×Ktv×KKv×KKrV
所以带入数据后可算得V=67.92 m/min
转速n=1000V/πd=1000×67.92/π×60=360.32 r/min
依据《机械制造工艺学课程设计指导书》表5-44,取CA1640机床主轴转速选择320 r/min，则实际切削速度为
V=πdn/1000=π×60×320/1000=60.32 m/min
检验机床功率
依据《机械制造工艺学课程设计指导书》表5-45,查得切削力Fz和切削功率Pm计算公式以下：
Fz=CFz×apxFz×fyFz×VnFz×KFz(N)
Pm= FzV/60×1000 （KW）
式中，CFz=2650,xFz=1.0, yFz=0.75，nFz,=-0.15，KFz = KTFz×KMFz×KKrFz×Kr.Fz，
依据《机械制造工艺学课程设计指导书》表5-32得：和刀具耐用度相关修正系数KTFz= 1.0；和工件材料相关系数KMFz =1.0；和主偏角相关修正系数KKrFz =0.94；
和前角相关修正系数Kr.Fz =1.10。所以总修正系数为
KFz = KTFz×KMFz×KKrFz×Kr.Fz =1.034
所以,切削力为
Fz =2650×1.251.0×0.510.75×60.32-0.15×1.034=1118.5 N
切削功率为
Pm =1118.5×60.32/60×1000KW =1.124 KW
依据《机械加工工艺手册》，查得CA1640卧式车床主动机功率PE =7.5 KW ，因为
Pm＜PE,故上述切削用量可用。最终确定切削用量为：
ap=1.25mm；
f=0.51mm/r
V=60.32 m/min （n=320 r/min）
⑵半精车φ55＋0.028－0.003外圆切削用量
本工序为半精车外圆φ55，原来直径为57.5㎜，车削后D=56㎜机床采取最常见CA6140卧式车床。
依据《机械加工工艺手册》表 7-4
选择刀具为YT15牌号硬质合金车刀，选择参数为：
主偏角Kr=45o,副偏角K, r=10o,前角γ。=10o，刃倾角λs=-5o，后角α。=6o，车刀刀尖圆弧半径rε=0.6mm。
选择切削用量：
确定背吃刀量ap
因为粗加工余量为1.5mm,能够再一次走刀内完成，故ap=1.5/2=0.75mm。
确定进给量f
因为零件此次加工加工余量小，依据《机械加工工艺手册》表1.1-47及《机械制造工艺学课程设计指导书》表5-42，取f=0.30mm/r。
选择车刀磨钝标准和耐用度
依据《机械制造工艺学课程设计指导书》表5-40，后刀面最大磨损程度取0.8mm,刀具耐用度为T=60 Min。
确定切削速度v和工作台每分钟进给量Vf
本零件材料为45钢，，ap=0.75mm，f=0.30mm/r，依据《机械制造工艺学课程设计指导书》表5-32对车削速度进行修正：依据刀具耐用度T=60min,得修正系数KTv=1.0；依据工件材料强度，得修正系数KMv=1.0；依据毛坯状态得修正系数Ksv=1.0；刀具材料为YT15，得修正系数为：Ktv=1.0;此处为车削，得修正系数KKv =1.0；得修正系数为主偏角为45o得修正系数为KKrV=1.0。
所以，KTv=1.0，KMv=1.0，Ksv=1.0 ，Ktv=1.0，KKv =1.0，KKrV=1.0
切削速度公式为V=Cv/(Tm×apXv×fyv)
依据《机械制造工艺学课程设计指导书》表5-43，取数值：
Cv=291，Xv=0.15，yv=0.2,m=0.2。
V=Cv/(Tm×apXv×fyv)×KTv×KMv×Ksv×Ktv×KKv×KKrV
所以带入数据后可算得V=170.43 m/min
转速n=1000V/πd=1000×170.43/π×57.5=943.47 r/min
依据《机械制造工艺学课程设计指导书》表5-44,取CA1640机床主轴转速选择710r/min，则实际切削速度为
V=πdn/1000=π×57.5×710/1000=128.26 m/min
检验机床功率
依据《机械制造工艺学课程设计指导书》表5-45,查得切削力Fz和切削功率Pm计算公式以下：
Fz=CFz×apxFz×fyFz×VnFz×KFz(N)
Pm= FzV/60×1000 （KW）
式中，CFz=2650,xFz=1.0, yFz=0.75，nFz,=-0.15，KFz = KTFz×KMFz×KKrFz×Kr.Fz，
依据《机械制造工艺学课程设计指导书》表5-32得：和刀具耐用度相关修正系数KTFz= 1.0；和工件材料相关系数KMFz =1.0；和主偏角相关修正系数KKrFz =1.0；
和前角相关修正系数Kr.Fz =1.04。所以总修正系数为
KFz = KTFz×KMFz×KKrFz×Kr.Fz =1.04
所以,切削力为
Fz =2650×0.751.0×0.300.75×128.26-0.15×1.04=291.88 N
切削功率为
Pm =291.88×128.26/60×1000 KW =0.624 KW
依据《机械加工工艺手册》，查得CA1640卧式车床主动机功率PE =7.5 KW ，因为
Pm＜PE,故上述切削用量可用。最终确定切削用量为：
ap=0.75mm；
f=0.30mm/r
V=128.26 m/min （n=710 r/min）
⑶精车φ55＋0.028－0.003外圆切削用量
本工序为半精车外圆φ55，原来直径为56㎜，车削后D=55㎜，机床采取最常见CA6140卧式车床。
依据《机械加工工艺手册》表 7-4
选择刀具为YT30牌号硬质合金车刀，选择参数为：
主偏角Kr=30o,副偏角K, r=5o,前角γ。=10o，刃倾角λs=0o，后角α。=6o，车刀刀尖圆弧半径rε=0.4mm。
选择切削用量：
确定背吃刀量ap
因为粗加工余量为1.0mm,故ap=1.0/2=0.5mm。
确定进给量f
因为零件此次加工加工余量小，依据《机械加工工艺手册》表1.1-47及《机械制造工艺学课程设计指导书》表5-42，取f=0.08 mm/r。
选择车刀磨钝标准和耐用度
依据《机械制造工艺学课程设计指导书》表5-40，后刀面最大磨损程度取0.5mm,刀具耐用度为T=60 Min。
确定切削速度v和工作台每分钟进给量Vf
本零件材料为45钢，，ap=0.50mm，f=0.08mm/r，依据《机械制造工艺学课程设计指导书》表5-32对车削速度进行修正：依据刀具耐用度T=60min,得修正系数KTv=1.0；依据工件材料强度，得修正系数KMv=1.0；依据毛坯状态得修正系数Ksv=1.0；刀具材料为YT30，得修正系数为：Ktv=1.4;此处为车削，得修正系数KKv =1.0；得修正系数为主偏角为30o得修正系数为KKrV=1.13。
所以，KTv=1.0，KMv=1.0，Ksv=1.0 ，Ktv=1.4，KKv =1.0，KKrV=1.13
切削速度公式为V=Cv/(Tm×apXv×fyv)
依据《机械制造工艺学课程设计指导书》表5-43，取数值：
Cv=291，Xv=0.15，yv=0.2,m=0.2。
V=Cv/(Tm×apXv×fyv)×KTv×KMv×Ksv×Ktv×KKv×KKrV
所以带入数据后可算得V=560.66 m/min
转速n=1000V/πd=1000×560.66/π×56=3186.85 r/min
依据《机械制造工艺学课程设计指导书》表5-44,取CA1640机床主轴转速选择1400 r/min，则实际切削速度为
V=πdn/1000=π×56×1400/1000=246.3 m/min
检验机床功率
依据《机械制造工艺学课程设计指导书》表5-45,查得切削力Fz和切削功率Pm计算公式以下：
Fz=CFz×apxFz×fyFz×VnFz×KFz(N)
Pm= FzV/60×1000 （KW）
式中，CFz=2650,xFz=1.0, yFz=0.75，nFz,=-0.15，KFz = KTFz×KMFz×KKrFz×Kr.Fz，
依据《机械制造工艺学课程设计指导书》表5-32得：和刀具耐用度相关修正系数KTFz= 1.0；和工件材料相关系数KMFz =1.0；和主偏角相关修正系数KKrFz =1.13；
和前角相关修正系数Kr.Fz =1.08。所以总修正系数为
KFz = KTFz×KMFz×KKrFz×Kr.Fz =1.2204
所以,切削力为
Fz =2650×0.51.0×0.080.75×246.3-0.15×1.2204=106.2 N
切削功率为
Pm =106.2×246.3/60×1000 KW =0.0.436 KW
依据《机械加工工艺手册》，查得CA1640卧式车床主动机功率PE =7.5 KW ，因为
Pm＜PE,故上述切削用量可用。最终确定切削用量为：
ap=0.5mm；
f=0.08mm/r
V=246.3 m/min （n=1400 r/min）
⑷粗车φ60+0.065 -0.045外圆切削用量
按CA6140机床转速选择,则实际切削速度。
最终确定切削用量为：
，，，。
2.基础时间
确定粗车外圆基础时间t
依据《机械制造工艺学》公式4-23车外圆基础时间为：
依据《机械制造工艺学》公式4-23车外圆基础时间为：

式中：，，，，，
则
其它工步切削用量及基础工时计算从略
三、夹具设计
本夹具是工序8钻、铰10x20孔专用夹具，在Z525车床上加工。设计夹具装备图及相关说明以下。

1、定位方案 工件以φ75外圆为定位基准，采取两个V型块定位方案，其中一个V形块为固定长V块，限制了两个移动自由度和两个转动自由度，上端面限制一个移动一个自由度。加工过程中在新形成孔和钻模板用销定位限制转动自由度。
2、夹紧机构 依据生产率要求，利用手动加紧能够满足，采取一个活动V形块。经过旋紧带活动V形块压紧工件，实现了夹紧。V形块夹紧力关键作用是预防工件在重力下和切削力作用下倾覆和振动。手动螺旋夹紧是可靠。
3、对刀装置 采取可换钻套对刀GB/T669-86
4、夹具和机床连接元件 夹具和机床采取螺拴连接，4个螺栓和机床连接使夹具体和机床连接紧固。
5、夹具体 分度和对刀装置和夹具体采取螺栓连接能够拆卸，以方便工件安装。
6、夹紧力计算
由表3-6查得夹紧力计算公式=;K为安全系数，精加工和连续切削时K=1.5~2.取1.7.M为扭矩。为压板和工件摩擦系数，取0.2为夹紧力和中心距离。有装备图得75，为工件和支撑钉之间摩擦系数取0.4.为支撑钉和工件之间距离。取67.F为进给力。M=*37.5(工件半径)查《机械制造装备设计课程设计》陈立德主编 p82得主切削力计算公式 =O.75;=0.25计算结果为=1353.15N是完全能够满足。