花键轴零件机械加工工艺工装设计.docx

毕业设计

专　　业：　 机电一体化　
班　　级：　　机电G31205　　　
姓　　名：　　熊龙文　　　　　　
学　　号：　　010425120064　　　
指导老师：　　陈志刚　　　　　　

目　　录
第一部分　工艺设计说明书……………………………………………………………………………1
…………
第二部分　第XX号工序夹具设计说明书……………………………………………………………
…………
第三部分　第XX号工序刀具设计说明书……………………………………………………………
…………
第四部分　第XX号工序量具设计说明书……………………………………………………………
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第五部分　毕业设计体会………………………………………………………………………………
…………
第六部分 参考资料……………………………………………………………………………………

毕业设计（论文）任务书

一、设计题目(附图)：
花键轴 零件机械加工工艺规程制订及第 工序工艺装备设计。
二、设计条件：
l、零件图； 2、生产批量：中批量生产。
三、设计内容：
1、零件图分析：l）、零件图工艺性分析（结构工艺性及技术条件分析）；2）、绘制零件图；
2、毛坯选择： 1）、毛坯类型； 2）、余量确定； 3）、毛坯图。
3、机械加工工艺路线确定： 1）、加工方案分析及确定； 2）、基准的选择；3）、绘制加工工艺流程图（确定定位夹紧方案）。
4、工艺尺寸及其公差确定： 1）、基准重合时（工序尺寸关系图绘制）； 2）、利用尺寸关系图计算工序尺寸； 3）、基准不重合时（绘制尺寸链图）并计算工序尺寸。
5、设备及其工艺装备确定：
6、切削用量及工时定额确定： 确定每道工序切削用量及工时定额。
7、工艺文件制订： 1）、编写工艺设计说明书； 2）、填写工艺规程；（工艺过程卡片和工序卡片）
8、指定工序机床夹具设计： 1）、工序图分析； 2）、定位方案确定； 3）、定位误差计算； 4）、夹具总装图绘制。
9、刀具、量具没计。（绘制刀具量具工作图）
四、上交资料（全部为电子文稿）：
1、零件机械加工工艺规程制订设计说明书一份；（按统一格式撰写）
2、工艺文件一套（含工艺流程卡片、每一道工序的工序卡片含工序附图）；
3、机床夹具设计说明书一份；（按统一格式撰写）
4、夹具总装图一张（A4图纸）；零件图两张（A4图纸）；
5、刀量具设计说明书一份；（按统一格式撰写）
6、刀具工作图一张（A4图纸）；量具工作图一张（A4图纸）。
五、起止日期：
2 014 年 月 日一2014年 月 日(共周)
六、指导教师：
七、审核批准：
教研室主任： 系主任：
年 月 日
八、设计评语：

九、设计成绩：
年 月 日

第一部分　工艺设计说明书
1.零件图工艺性分析
1.1零件结构功用分析
根据零件简图分析：该主轴零件的结构具有如下特点：从形状上看该工件为阶梯结构的花键轴，由于长度与直径之比L/D≈5，所以该工件属于钢行主轴。从表面加工类型看，主要加工表面有圆柱面，花键，单键槽，螺纹，属于典型的加工表面，易加工。
1.2零件技术条件分析
1．尺寸精度：两端轴段为Φ20+ -0.008，中间轴段Φ250 -0.03，Φ260 -0.01，花键外圆Φ330 -0.03，键齿宽8+0.01 -0.06，
键槽宽度5-0.015 -0.065，键槽底与外圆母线的距离220 -0.1，花键轴总长1660 -0.08，左端面与花键左端的距离
57+ -0.3，花键左端与Φ260 -0.01轴段右端面的距离95+ -0.3
2．位置精度：螺纹M24×1.5的左端面和Φ260 -0.01的右端面相对于A、B两基面轴线的圆跳动误差为0.04㎜，花键齿面相对于A、B两基面轴线的平行度误差为38：0.03㎜，键槽与花键轴线的对称度误差为0.05㎜。
3．表面粗糙度：两端轴段Φ20+ -0.008外圆和Φ250 -0.03、Φ260 -0.01外圆为Ra=0.8μm，花键齿面及其左端面、：螺纹M24×1.5的左端面和Φ260 -0.01的右端面为Ra=1.6μm, M24×1.5的螺纹及花键右端面为Ra=3.2μm，花键齿根圆为Ra=6.3μm，其余为Ra=6.3μm。
1.3零件结构工艺性分析
经分析该工件为阶梯结构的花键轴，由于长度与直径之比L/D≈5，所以该工件属于钢行主轴。从表面加工类型看，主要加工表面有圆柱面，花键，单键槽，螺纹，属于典型的加工表面，采用一般的加工方法即可，但有些面表面精度要求较高，需进行磨削方可满足要求。
2.毛坯选择
2.1毛坯类型
根据轴类零件的特性：锻件具有较高的综合力学性能，由于他经过锻造后，金属内部，纤维组织沿表面均匀分布，有较高的抗拉，抗弯及抗扭强度。故采用锻件。模锻适用于批量生产且加工余量少。
2.2毛坯余量确定
查机械制造工艺设计手册：单边余量及公差为3±2，L＝180。

2.3毛坯－零件合图草图

3．机加工工艺路线确定
5 锻件
10 热处理 正火
15 车 粗车左端面，打中心孔。
20 车 粗车右端面，打中心孔。
25 粗车 粗车左端外圆各段。
30 粗车 粗车右端外圆各段。
32 修研 修研两中心孔
35 半精车 左端外圆各段及倒角切退刀槽
40 半精车 车右端外圆各段及倒角切退刀槽
43 车 车螺纹
45 铣 粗铣花键
47 热处理 局部淬火
50 铣 铣键槽
55 修研 修研中心孔
60 磨 磨花键。
65 磨 磨各轴段外圆
70 清理 去毛刺
75 检验
80 入库
3.1加工方法分析确定
由于零件精度要求高，为使其达到要求，加工方法有粗车，半精车，精车和磨削。
根据个表面加工要求和各种加工方法所能达到的经济精度，查表选择零件主要表面的加工方法。
Φ20+ -0.008 外圆柱面：
加工方案： 粗车----------半精车------------精车--------磨削
公差等级： HT12 HT9 HT8 HT7
粗糙度： 3.2 1.6 1.6 0.8
5键槽宽：
加工方案： 粗铣（精铣）--------------------磨削
公差等级： HT12 HT9
粗糙度： 3.2 1.6
Φ260 -0.01外圆：
加工方案： 粗车-----半精车----------磨削
公差等级 HT12 HT8 HT10
粗糙度： 12.5 1.6 0.8

3.2加工顺序的安排
车端面打中心空—车外圆—车螺纹—铣花键键槽—磨削
1）加工工序的划分
①加工基准面
从图可知，先以两端面为起始工序进行加工这样就可以为后续工序的加工提供经济准。
②划分加工阶段]
该零件的加工质量要求较高，因此加工阶段划分为：粗加工、半精加工、精加工，磨削四个阶段。
③次要表面可穿插在各阶段间进行加工
在加工各段轴肩时，把它放在精加工前，半精加工后，这样能使加工阶段更加明显。
2）热处理工序的划分
由于材料是20Cr，进行加工工件易变形，为了提高它的加工性能，在加工锻造前该零件时，要进行正火；由于该零件的花键加工精度高，使它的耐磨性高，因此要进行局部淬火。
3.3定位基准选择
（1） 选择精基准 ：以两中心孔为精基准，采用两顶装夹定位，便于位置精度的保证，为后续加工提供精基准。
（2） 选择粗基准 ：以外圆柱面为粗基准。
3.4加工阶段的划分说明
粗加工阶段是车外圆，打中心孔。
半精加工车外圆各段。
精加工倒角，车螺纹。
光整加工，磨外圆、磨花键。
3.5主要机加工工序简图（宋体、加黑、小四）
5 下料
10 热处理
15 车 夹外圆，粗车左端面，打中心空。

20 车 夹外圆，粗车右端面，打中心空。

25 粗车 粗车左端外圆各段

30 粗车 粗车右端外圆各段及切退刀槽

35 半精车 左端外圆各段及倒角

40 半精车 车右端外圆各段及倒角

43 车 车螺纹

45 铣 粗铣花键

50 铣 铣键槽

60 磨 磨各轴段外圆。

65 磨 磨花键。

70 清理 去毛刺
75 检验
80 入库
4.工序尺寸及其公差确定
加工表面 加工内容 加工余量 精度等级 基本尺寸 工序尺寸及公差
Ф330 -0.03 粗车 2 ㎜ IT11 36 ф360 -0.16
半精车 1㎜ IT9 34 ф340 -0.62
精车 0.6㎜ IT8 33.4 33.40 -0.039
磨削 0.4㎜ IT7 33 ф330 -0.03
4.1基准重合时工序尺寸确定
4.2基准不重合时工序尺寸确定（宋体、加黑、小四）

Ф250 -0.52 ф180 -0.43
ES=0.3-（0.52-0.43）=1.25
EI=0.3-0=0.3

Ф950 -0.087 ф570 -0.074
ES=0-（-0.074-0.087）=0.013
EI=-0.08-0=-0.08
5.设备及其工艺装备确定
⑴选择机床
CA6140、 X52K 、 M131W 。
⑵选择夹具
夹具有：铣床专用夹具、车床专用夹具、卡盘，V型块
⑶选择刀具
①在车床上加工的工序，均选用YT15硬质合金车刀。
②铣花键用矩形齿花键滚刀，端面用直柄立铣刀。
③磨削外圆、磨花键用PZA400x50x203A80M4V35。
⑷选择量具
本零件属于中批量生产，一般情况下尽量采用通用量具，根据零件表面的精度要求和形状特点，参考有关资料选择如下：外圆表面的公差等级为7级，在粗车、半精车中使用读数值0.02测量范围0-500游标卡尺，在精车中因为批量较大，为提高测量效率，故采用专用卡规测量。
6．切削用量及工时定额确定（宋体、加黑、四号）
Ф33因表面粗糙度和尺寸有一定的要求故分粗车，半精车，粗铣花键，磨花键
1，粗车
⑴选择切削深度：单边总余量为5，粗车工序中Ap=3留下1给半精车，0.7给粗铣，0.3给磨
⑵选择进给量：考虑刀杆尺寸，工件直径及一定的切削深度。从表3-13中选f=0.5㎜/r
⑶选择切削速度：根据工件材料20cr热处理（正火）及选定切削深度和进给量，从表3-19中选u=1.4(85m/min)
⑷确定机床主轴转速：机床主轴转速n的计算值为
n=1000v/3.14*43=630r/min
从表4.3-1机床主轴箱表牌上查得实际的主轴转速取710r/min
故实际的切削速度v=3.14dn/1000=3.14*43*710/1000=1.6m/s(95.8m/min)
⑸计算切削公时：取切入长度l=2mm，切出长度l2=2mm
则切削工时：tm=2*72=2+2/710*0.5=25s
2，半精车
⑴择切削深度：ap=1mm
⑵择进给速度：根据工件材料及选定切削深度及进给量从表3-19中选取v=1.7m/s
⑶定机床主轴转速：n=1000*1.7*60/3.14*(43-6)=877.9r/min
从主轴箱表牌上查实际主轴转速取为900r/min
⑷算切削工时：/nf=76/900*0.3=16.8min
粗铣花键
⑴定铣削深度：由于加工余量不大，故可一次走刀完成，则ae=zb=0.7mm
⑵确定每齿进给量：af=0.1mm
⑶计算切削速度：根据表3-27选刀具耐用度t=7.8*1000
由表3-29确定cv=68.5,zv=0.25, xv=0.3.yv=0.2,uv=0.1,pv=0.1,m=0.2
V=81.68m/mim
⑷选定机床主轴转速
N=1000v/3.14*d=1000*81.68/3.14*100=260
根据机床说明书选n=255
实际切削速度为v=3.14dn/1000=3.14*100*255/1000=80.07m/min
⑸计算基本工时，
首先计算每分钟进给量fm=afzn=0.1*6*25153mm/min
根据机床说明书选fm=165m/min
基本工时 ：T机=L/fm=72+8.5+8.5/165=0.55min
第二部分　第43号工序夹具设计说明书）
1.工序尺寸精度分析
本工序加工键槽，保证轴肩与键槽右端的长度为7，和外圆到键槽底部的距离220 -0.1及键宽5-0.015 -0.065，该工序在X52K机床上加工，零件属于中批量生产。
2.定位方案确定
根据工件的加工要求，该工件必须限制工件的五个自由度，即：X移动，X转动，Z移动， Y移动，Y转动，用V型块接触限制X移动X转动Y移动Y转动，挡块限制X的移动。
3.定位元件确定
由图可知本道工序工件的定位面是外圆，所以夹具上相应的定位元件选为V型块和压板。
4.定位误差分析计算
工序基准为左端面，定位基准为外圆中心线，其联系尺寸7为定位尺寸，引起工序基准相对定位基准在加工尺寸方向上产生的最大变化量为0，所以
△jb=0
工件以中心孔定位，定位基准是中心孔0
△db=
所以 △dw=△jb+△db=0<1/3T 即满足要求
5.夹紧方案及元件确定
工件在定位时为了保证定位的精度需要在外圆面上加个压板。

6.夹具总装草图

第三部分　第25号工序刀具设计说明书
1.工序尺寸精度分析
本工序的加工要求比较底，工序尺寸为Φ20，Ф26，Ф33，表面粗糙度为12.5，加工精度为IT12。2.刀具类型确定
本工序为粗车，强度大，材料为45钢，所以刀具选用焊接式90°外圆车刀
3.刀具设计参数确定
序号
项目
数据来源或公式计算
采用值
1
刀具类型
来源于《刀具课程设计指导书》 表3-6 3-7
焊接式90度强力外圆车刀

2
刀片材料
硬质合金
YT5
刀杆材料
结构钢
45钢

3

几何角度

表3-8、3-9
λs=-10° γo=15°
αo=6° αo’ =6°
κr=75°κr’=6 °
γε=1.5mm

4

断削参数、前刀面型式
来源于《刀具课程设计指导书》
表 3-11 3-12
估计f=1mm/r
带倒棱曲面圆弧卷削槽前面
kB=7mm Cbn=1mm br1=0.6mm qn=9mm γ01=-10°
5
过渡刃
表3-13（ap=2mm）
直线过渡刃 Krξ =45°
bε=1

6

刀片型号

表3-3(d)
A320
l=20 t=11 s=7 r=11
rξ=1 e=0.8
7
车刀外型结构尺寸
表3-1、3-2、3-5
BxH=20x30 L=150 m=8(90度外圆车刀)

8

刀槽型式
表3-4
半封闭槽
Sinγj=KB/2qn=7/2x9=0.3889

γj=21.7°

γc =γo-γj=20°-21.7°

γc =1.7°

hc=h+(1~2)-cCosαo/Cos(αo+ γc)
=30+1-7Cos6/Cos(6+1.7) =24
hc=24mm

bc=b-Ctg(αo+γc)
=12-7tg(6+1.7)=11.05
bc=11.05mm

Lc=l-CCosαo/ Cos(αo+ γc).tgαo’
=20-7Cos6/ Cos(6+1.7).tg6
=19.8
lc=19.8mm

4.刀具工作草图

第四部分　第6号工序量具设计说明书
1.工序尺寸精度分析
本工序是测量轴Φ20+ -0.008，精度等级为IT7。
2.量具类型确定
对φ20+ -0.008尺寸用卡规来进行检测，量具的材料为T10A，测量面的硬度为HRC58—65。
3.极限量具尺寸公差确定
（1）确定工作量规制造公差和位置要素值，因φ20+ -0.008的上偏差为es=+0.008，下偏差ei=0.008，查表6-1查得IT7，尺寸为φ20IT7的量规公差为T=0.0024mm，Z=0.0034mm
（2）计算工作量规的极限偏差φ20ITf7轴用卡规
通规： 上偏差=es-Z+T/2=+0.008-0.0034+0.0024/2=+0.0058mm
下偏差= es-Z-T/2=+0.008-0.0034-0.0024/2=+0.0034mm

磨损极限=es=+0.008mm
止规： 上偏差=ei+T=0.008+0.0024=0.0104mm

下偏差=ei=0.008mm
4.极限量具尺寸公差带图

5. 极限量具结构设计

第五部分　毕业设计体会
时至今日，两个月的毕业计终于可以画上一个句号了，但是现在回想起来做毕业设计的整个过程，颇有心得，其中有苦也有甜，不过乐趣尽在其中呀！这是我第一次独立从事这种有相对难度的题目，接受任务以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的单纯总结（这是我以前的一种想法），但是通过这次做毕业设计发现自己的看法有点太片面。毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。
下面我对整个毕业设计的过程做一下简单的总结。
第一，接到任务以后分析是开端，理清思路，确定方案、安排两个月的设计进程。
第二，方案确定好以后就是找资料了，查资料是做毕业设计的前期准备工作，好的开端就相当于成功了一半，因此资料是否全面、可靠，关系到整个毕业设计的进程。
第三，通过上面的过程，已经积累了不少资料，对所设计的题目也大概有了一些了解，这一步就是在这样一个基础上，综合已有的资料来更透彻的分析题目。分析一下题目该用哪种工艺路线。工艺路线确定好以后，那么就可以在这条路线上大显身手了，这样虽然有一定的难度， 过哪怕做出一点点，这也是个进步呀！
第四，有了上面的步骤做铺垫，就可以选，刀具、夹具、量具等
我的心得也就这么多了，总之，不管学会的还是学不会的地确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。最后终于做完了（感觉真好），有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。
在此要感谢我的指导老师黄雨田、张征祥、胡高社、郑喜朝、李俊涛郭军宏等几位老师！感谢老师对我的悉心的指导，感谢老师给我这样的机会锻炼。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在这次毕业设计过程中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。虽然在这个主轴承盖的设计加工过程中工艺路线不是很完善，但是在这次设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，使我终身收益。、

第六部分 参考资料