输出轴的机械加工工艺规程学士学位论文.doc

课程设计说明书
课程名称： 机械制造技术基础
题目名称： 输出轴的机械加工工艺规程
班 级： 机械设计制造及自动化 0711班
姓 名： 赵刚
学 号： 07316122
指导教师：
评定成绩：

指导老师签名：
20010年 6月 2日

襄樊学院
机械制造技术课程设计任务书
一、设计目的
机械制造技术课程设计是综合运用《机械制造技术》及有关课程内容，分析和解决实际工程问题的一个重要教学环节。通过课程设计培养学生制定零件机械加工工艺规程和分析工艺问题的能力，以及设计机床夹具的能力。在设计过程中，学生应熟悉有关标准和设计资料，学会使用有关手册和数据库。机械制造技术课程设计是作为未来从事机械制造技术工作的一次基本训练。
二、设计的题目和内容
1、课程设计的题目：设计输出轴的机械加工工艺规程
条件：年产5000件。零件图如下页图所示。
2、设计应完成的内容：
1）制定指定零件（或零件组）的机械加工工艺规程，编制机械加工工艺
卡片，选择所用机床、夹具、刀具、量具、辅具； （一套）
2）对所制定的工艺进行必要的分析论证和计算；
3）确定毛坯制造方法及主要表面的总余量；
4）确定主要工序的工序尺寸、公差和技术要求；
5）对主要工序进行工序设计，编制机械加工工序卡片，画出的工序简图，
选择切削用量； （一份）
6）设计加工该零件的毛坯图或者零件与毛坯合图； （一张）
7）编写设计说明书。（封面、目录参考附后、不少于1万字） （一份）

目录
前言 4
一、零件的工艺分析及生产类型的确定 4
1.1技术要求分析 4
1.2零件的工艺分析 4
4
二、选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯图 4
2.1选择毛坯 4
2.2毛坯尺寸的确定 5
三、选择加工方法，制定加工艺路线 5
3.1定位基准的选择 6
3.2零件表面加工方法的选择 6
3.3制定艺路线 7
四、工序设计 8
4.1选择加工设备与工艺装备 8
4.1.1选择机床 根据工序选择机床 8
4.1.2选用夹具 8
4.1.3选用刀具 8
4.1.4选择量具 8
4.2确定工序尺寸 9
五、确定切削用量及基本工时 10
5.1切削用量 。 10
5.2基本时间 11
六、夹具设计 12
6.1定位方案 12
6.2分度设计 13
6.3切削力和夹紧力的计算 13
七、 结论 14
参考文献 14
致 谢 15
附录 16
输出轴的机械加工工艺规程

　　摘　要：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。
　　关键词：制造；输出轴；加工工艺；夹具；

THE DESIGH OF OUTPUT SHAFT PROCESSING AND FIXTURE

　　Abstract: Machinery manufacturing industry on the world economy plays an important role, and the machining process is the establishment of machinery manufacturing technology and an important part of the critical work. In this paper, the output shaft　is a fixture of the processing technology and design, focused on several important processing on the surface of a certain size, shape, location requirements, there are still some strength, surface roughness, and other requirements, but these will be reflected in the text .
　 Key words: manufacturing; output shaft; processing technology; fixture；
前言
机械制造工艺学课程设计是在我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业之后进行的。这是我们进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的链接，也是一次理论联系实际训练。因此，它在我们的大学学习生活中占有十分重要的地位。就我个人而言，我希望能通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后参加祖国的现代化建设打下一个良好的基础。我也相信通过课程设计能将零碎的知识点都联系起来，系统而全面的做好设计。
本次课程设计是机械制造工艺学这门课程的一个阶段总结，是对课堂中学习的基本理论和在生产实习中学到的实践知识的一个实际应用过程。由于知识和经验所限，设计会有许多不足之处，所以恳请老师给予指导。

一 零件的工艺分析及生产类型的确定
1.1技术要求分析
 题目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。去毛刺，表面抛光处理。
1.2零件的工艺分析
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φ21、φ22.5、φ30、φ24、φ22.5的外圆柱面， 2个长度为27mm深为4.5mm的键槽，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、轴肩定位处表面为Ra3.2um,键槽底部表面为Ra6.3um,其余为Ra12.5um，要求不高；φ21对轴线的位置度为φ0.01mm,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。
二 选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯图
2.1选择毛坯
毛坯种类的选择决定与零件的实际作用，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。本零件生产批量为中批量，所以综上所叙选择锻件中的模锻。
2.2毛坯尺寸的确定
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１。结果为：外圆角半径：；内圆角半径：。外模锻斜度，内模锻斜度。下图为本零件的毛坯图
图1毛坯图
Fig 1 t rough map

三 选择加工方法，制定加工艺路线
3.1定位基准的选择
本零件为带键槽的轴状零件，选择最左端为定位基准，即遵守”基准重合”的原则。要尽可能选用设计基准作为精基准，特别是在最后精加工时，为保证加工精度，更应遵循这个原则。

3.2零件表面加工方法的选择
加工阶段的划分
当零件的加工质量要求较高时,往往不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。
①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，去除端面和外圆表面的大部分余量，并为后续工序提供精基准，如加工φ22.5、φ24、φ30、φ22.5、φ21外圆柱表面。
②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φ22.5、φ24、φ22.5、φ21外圆柱面，铣削两个键槽。
③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。

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φ21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。

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。

先面后键槽
对该零件应该先加工圆柱表面，后加工键槽，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键槽，比较容易，并能提高键槽的加工精度，所以对于输出轴来讲先加工φ21外圆柱面，做为定位基准再来加工其余各孔。

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，对操作工人的技术水平也要求低些。
综上所述：考虑到工件是形状比较简单的零件情况，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。

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。

3.3制定工艺路线
按照先加工基准面，先粗后精，基准统一等原则，该零件加工可按下述工艺路线进行。

工序1   粗车圆柱面φ22.5及端面。
工序2   粗车圆柱面φ24、φ30、φ22.5和φ21和及台阶面。
工序3   精车φ22.5外圆柱面及倒角。
工序4 半精车圆柱面φ24、φ30、φ22.5和φ21和及台阶面。
工序5  精车圆柱面φ24、φ30、φ22.5和φ21和及台阶面。
工序6  倒角。
工序7 铣键槽。
工序8  去毛刺。
工序9  终检。

四 工序设计
4.1选择加工设备与工艺装备
4.1.1选择机床 根据工序选择机床
（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。
（3）工序7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X61W型铣床能满足加工要求。

4.1.2选用夹具
本零件除铣销工序需要专用夹具外，其他各工序使用通用夹具即可。前车销工序用三爪自定心卡盘和心轴。

4.1.3选用刀具
由于刀具材料的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φ30？

4.1.4选择量具
本零件属大批大量生产，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，参考参考文献相关资料，选择如下：读数值0.02、测量范围0～150游标卡尺，读数值0.01、测量范围0～150游标卡尺。读数值0.01、测量范围0-50的外径千分尺。

4.2确定工序尺寸
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φ22.5　轴段加工余量计算
Tab3
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/μm
精车
2
IT6
1.6
22.5

粗车
3
IT10
6.3
24.5

毛坯

±2

27.5

表4外圆柱面φ24轴段加工余量计算
Tab4
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/μm
　精车
1.0 
IT6
1.6
24

半精车 
1.5
IT10 
3.2
25

粗车
2.5
IT12
6.3
26.5

毛坯

29

表5φ30轴段加工余量计算
Tab5
工序名称
工序间
余量/mm
工 序
工序基本尺寸/mm
经济精度/mm
表面粗糙度Ra/μm
粗车
2.5
IT14
12.5
30
毛坯

±2

32.5

表5φ22.5轴段加工余量计算
Tab5
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/μm
精车 
1.0 
IT6
1.6
22.5

半精车 
1.5
IT10
3.2
23.5

粗车
2.5
IT12
6.3
25

毛坯

±2

27.5

表5φ21轴段加工余量计算
Tab5
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/μm
精车 
1.0 
IT6
1.6
21

半精车 
1.5
IT10
3.2
22

粗车
2.5
IT12
6.3
23.5

毛坯

±2

26

五 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粗车外圆为例确定其切削用量及基本时间。
5.1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，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。
（1）确定背吃刀量 由于粗车双边余量为2.5mm，则＝2.25mm。
（2）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。
CA6140机床进给机构允许的进给力。
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。
（3）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。
（4）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：
，，，。

5.2基本时间
确定粗车φ21外圆的基本时间t
根据《机械制造技术基础》公式车外圆基本时间为：
根据《机械制造技术基础》公式车外圆基本时间为：

式中：l=39mm，，，，，
则
其余工步切削用量及基本工时计算从略

六 夹具设计
　　本夹具是第7道工序铣键槽的专用夹具。刀具为直柄麻花钻8-L GB/T 6135.3－1996。
　　在给定的零件中，对本步加工的定位提出具体的要求，有公差，公差要求较低。因此，本设计的重点应在卡紧的方便性与快速性以及实现钻孔的分度上。下面是夹具设计过程：
6.1定位方案
夹具特点，工件以另一端面和键槽定位，通过轴心，用螺栓夹紧。结构简单，制造容易。分度副间有污物时，不直接影响分度副的接触。缺点是无法补偿分度度间的配合间隙对分度精度的影响。分度板孔中一般压入耐磨衬套，与圆柱定位销采用H7/g6配合。其结构图如图3所示：

图3 夹具装配图
Fig 3 fixture assembly

6.2分度设计
通过分度盘来实现。拧紧螺母，并通过开口垫圈将工件夹紧。转动手柄，可将分度盘松开。此时用捏手将定位销从定位套中拔出，使分度盘连同工件一起回转180°，将定位销重新插入定位套中，即实现了分度。再将手柄转回，销紧分度盘，即可进行加工。

6.3切削力和夹紧力的计算
本工序加工是钻削可估算其夹紧力，其为螺旋夹紧机构。实际效果可以保证可靠的卡紧。
根据公式：

——原动力（N·mm）
——实际所需夹紧力
——螺杆端部与工件间的当量摩擦半径（mm）
——螺纹中径之半(mm)
——螺纹升角（°）
——螺杆端部与工件间的当量摩擦角（°）
——螺旋副的当量摩擦角（°），
——除螺旋机构以外的效率，其值为0.85~0.958。
参数:Wk = 100

使用快速螺旋定位机构快速人工卡紧，调节卡紧力调节装置，即可指定可靠的卡紧力。

七 结论
此次课程设计确定了填料箱盖从铸件毛坯到成品在大量成批生产时的工艺过程，同时也设计了其中一道钻孔工序的夹具。
作为本学期的最后一次课程设计，需要我们综合前阶段所学习的机械制图、金属工艺学、金属材料、机械设计基础、互换性与测量技术、机械制造工艺学等多门课程的知识，同时还要运用数学、力学等基础学科知识以及设计手册上的标准。所以此次课程设计是我们本科阶段学习的知识的巩固，也是一个总结。

参考文献

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[5] 胡农.车工技师手册[M].机械工业出版社，2004
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[10] 陈宏钧.车工实用技术[M].机械工业出版社，2004
[11] 艾兴.切削用量简明手册[M].机械工业出版社，2004
[12] 张福润.机械制造技术基础[M].华中科技大学出版社，2007

致 谢
机械制造工艺学课程设计是学完了机械制造工艺学基础和大部分专业课，并进行了生产实习的基础上进行的又一个实践性教学环节。这次课程设计过程中遇到了不少困难，在老师的帮助下和在图书馆查阅资料，最终解决了困难。而且，这次设计使我们能综合运用机械制造技术基础中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决了零件机械制造工艺问题，设计了机床专用夹具这一典型的工艺装备，提高了结构设计能力 ，为今后的毕业设计及未来从事的工作打下了良好的基础。

附录
附录1：零件图
附录2：工艺卡

零件图

16