输出轴(CA6140车床)2Φ8孔的机械加工工艺规程及工艺装备设计.doc

课 程 设 计题 目：输出轴（CA6140车床）2*8孔的机械加工工艺规程及工艺装备设计一、设计题目输出轴（CA6140车床）2*8孔的机械加工工艺规程及工艺装备设计。二、设计要求(1) 课程设计题目有指导教师指定 (2) 生产纲领:大批生产三、上交材料(1) 被加工工件的零件图 1张(2) 工件的毛坯图 1张(3) 机械加工工艺过程卡片 1张(4) 与所设计夹具对应那道工序的工序卡片 1张(5) 夹具装配图 1张(6) 夹具体图 1张(7) 课程设计说明书(50008000字) 1份说明书主要包括以下内容（章节） 目录 摘要（中外文对照的，各占一页） 零件工艺性分析 机械加工工艺规程设计 指定工序的专用机床夹具设计 方案综合评价与结论 体会与展望 参考文献 列出参考文献(包括书、期刊、报告等，10条以上)课程设计说明书一律用A4纸、纵向打印。四、进度安排(1) 熟悉零件,画零件图 2天 (2) 选择工艺方案,确定工艺路线,填写工艺过程综合卡片 5天(3) 工艺装备设计(画夹具装配图及夹具体图) 8天(4) 编写说明书 3天(5) 准备及答辩 2天五、指导教师评语成 绩： 指导教师日期成绩评定采用五级分制，即优秀、良好、中等、及格和不及格。优秀：设计方案合理并新颖，设计说明书及设计图纸规范、内容丰富。在设计过程中勤奋好学、有创新思想；良好：设计方案合理，设计说明书及设计图纸比较规范、内容比较丰富。在设计过程中勤奋好学、有创新思想；中等：设计方案一般，设计说明书及设计图纸欠规范、内容一般。在设计过程中比较勤奋、创新思想不明显； 及格：设计方案不完善，存在一些小错误，说明书及设计图纸欠规范、内容一般。在设计过程中勤奋精神不够： 不及格：设计方案有严重错误，设计说明书及设计图纸不规范、内容浅薄。在设计过程中勤奋好学精神不够。摘要这次设计的是CA6140车床输出轴2*8斜孔，包括被加工工件的零件图、工件的毛坯图、夹具装配图、夹具体图各一张，机械加工工艺过程卡片和与工序卡片各一张。输出轴作为动力装置的主要零件，工艺工装的设计与改良直接影响着其质量与性能。本文首先介绍了输出轴的作用和工艺分析.然后，根据零件的性质和零件图上各端面的粗糙度确定毛坯的尺寸和械加工余量。最后拟定钻孔的工艺路线图，制定该工件的夹紧方案，画出夹具装配图。本次课程设计主要是应用机械制造技术，是一次深入的综合性的总复习。通过这次课程设计，了解并认识一般机器零件的生产工艺过程，巩固和加深已学过的技术基础课和专业课的知识，理论联系实际，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后的工作打下一个良好的基础，并且为后续课程的学习打好基础。AbstractDesigning that this time is that the CA6140 lathe exports 2*8 holes. The part including the workpiece being processed pursues , the workpiece blank pursues , clamp assembling picture , the clip pursue concretely every sheet, the machine work procedure card draws and the working procedure card takes a look respectively once. The part , handicraft frock design and reform exporting axis main part as the power set are having direct impact to whose mass and function.The effect and handicraft having introduced the axis outputings first analyse the main body of a book. And then, the dimension and instrument having pursued every end face harshness according to part character and part ascertain a blank process a margin. The at last designs the handicraft route chart drilling , works out the fastening motion scheme being workpieces turn , draws up clamp assembling picture.Time of curriculum design is the general review applying the machinofacture technology , being a thorough comprehensiveness originally mainly. By current curriculum design, process knowing and knowing general machine part productive technology, the knowledge consolidating and deepening the technology basic course and specialized course have already learned, integrates theory with practice. Temper self analytical problem , the ability to solve problems out of , be that job the days to come lays down one is fine basis, and be that follow-up course study about finishes striking a basis.目 录1零件的工艺分析及生产类型的确定11.1零件的用途11.2零件的工艺性11.2.1分析、审查产品的零件图和装配图11.2.2零件的结构工艺性分析11.3确定零件的生产类型22确定毛胚、绘制毛胚简图22.1选择毛胚22.2确定毛胚的机械加工余量和尺寸公差32.2.1毛胚的机械加工余量32.2.2毛胚的尺寸公差32.2.3加工余量、工序尺寸和工差的确定42.2.3绘制零件毛坯简图53拟定零件的工艺路线53.1定位基准的选择53.1.1精基准的选择53.1.2粗基准的选择53.2 表面加工方法的确定63.3工序的安排73.3.1加工阶段的划分73.3.2基面先行原则83.3.3先粗后精83.3.4先面后孔83.4工序顺序的安排83.4.1机械加工工序83.4.2热处理工序83.5确定工艺路线93.6 选择加工设备及刀、夹、量具104 零件加工设计105夹具设计125.1计算夹紧力并确定螺杆的直径125.2对称精度的分析135.3确定夹具方案136设计心得147参考文献151零件的工艺分析及生产类型的确定1.1零件的用途题目所给定的零件为输出轴，其主要作用，一是传递转矩，使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。图1-1所示为输出轴的零件图。结合图分析可得，80mm孔与动力源（电动机主轴等）配合起定心作用，用10-20mm销将动力传至该轴，再由55mm处通过键将动力输出，A、B是两段支轴颈。图1-1 输出轴零件图1.2零件的工艺性1.2.1分析、审查产品的零件图和装配图制定工艺规程时，首先应分析零件图及该零件所在部件的装配图。了解该零件在部件中的作用及零件的技术要求，找出其主要的技术关键，以便在拟定工艺规程时采取适当的措施加以保证。1.2.2零件的结构工艺性分析 所谓零件的结构工艺性是指设计的零件在满足使用要求的前提下，其制造的可行性和经济性。 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55、60、65、75、176的外圆柱面，50、80、104的内圆柱表面，10个20的通孔，2个8的斜孔。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、80内圆柱表面为Ra3.2um, 55外圆柱面、大端端面为Ra1.6um, 60、75外圆柱面为Ra0.8um，其余为Ra6.3um，要求不高；位置要求较严格，表现在55的左端面、80内孔圆柱面对75、60外圆轴线的跳动量为0.04mm, 25孔的轴线对80内孔轴线的位置度为0.05mm,键槽对55外圆轴线的对称度为0.08mm；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。1.3确定零件的生产类型题目给出，该输出轴材料为45钢。根据公式质量公式，可计算输出轴重量为15.7kg，查表可知，输出轴属于重型零件，则该零件的生产类型为中批量生产。2确定毛胚、绘制毛胚简图2.1选择毛胚毛坯的选择和拟定毛坯图是制定工艺规程的最初阶段工作之一，也是一个比较重要的阶段，毛坯的形状和特征（硬度，精度，金相组织等）对机械加工的难易、工序数量的多少有直接影响。因此，合理选择毛坯在生产占相当重要的位置，同样毛坯的加工余量的确定也是一个非常重要的问题。在毛坯选择时，应充分注意到采用新工艺、新技术、新材料的可能性，以降低成本、提高质量和生产率。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，毛坯的种类包括：铸件、锻件、型材、冲压件、冷或热压制件、焊接件等。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。材料为45钢，锻造时应安排人工调质处理200HBS。2.2确定毛胚的机械加工余量和尺寸公差2.2.1毛胚的机械加工余量由表2-1至表2-5可知，可确定毛胚的尺寸公差及机械加工余量。该锻件的尺寸公差等级为IT7-13级。加工精度要求高的地方，例如：粗，h10,IT9-IT10 (6.3-3.2)；精，h8 IT7-IT8, (1.6-0.8)。根据该零件的各加工精度要求，经过查表得锻造的毛坯尺寸为各加工表面都留有加工余量4mm，因此为圆柱所以保留加工余量为8mm。表2-1加工余量加工表面基本尺寸加工余量等级加工余量数值80+0.042/+0.01275 mmG5 mm65+0.023/+0.00365 mmG5 mm60+0.065/+0.04560 mmG10 mm55+0.023/+0.00355 mmG15 mm197197 mmH3 mm锻件直接锻造出此大概形状，用查表法确定各个加工的总余量如上图所示。2.2.2毛胚的尺寸公差锻件主要尺寸的公差如下表所示：表2-2主要毛坯尺寸及公差（mm）主要面尺寸零件尺寸总余量毛坯尺寸公差CT锻件的长度尺寸12731304锻件的长度尺寸303333.6锻件的宽度尺寸176各阶梯圆柱尺寸5515703.26010703.2655703.2755803.22.2.3加工余量、工序尺寸和工差的确定 根据各资料及制定的零件加工工艺路线，采用计算与查表相结合的方法确定各工序加工余量，中间工序公差按经济精度选定，上下偏差按入体原则标注，确定各加工表面的机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸总结如下：1）外圆柱面55（毛坯 17.1 70）工序名称 工序余量 工序公差 工序尺寸公差 表面粗糙度精车 1.0 IT6 55 1.6半精车 1.1 IT10 56 3.2粗车 15 IT12 57.9 6.3 2）外圆柱面60（毛坯 12.1 70）工序名称 工序余量 工序公差 工序尺寸公差 表面粗糙度精车 1.0 IT6 60 1.6半精车 1.1 IT10 61 3.2粗车 10 IT12 62.9 6.3 3）外圆柱面65（毛坯 7.5 70）工序名称 工序余量 工序公差 工序尺寸公差 表面粗糙度精车 1.0 IT6 65 1.6半精车 1.1 IT10 66 3.2 粗车 5 IT12 67.9 6.3 4)外圆柱面75(毛坯 7.5 80)工序名称 工序余量 工序公差 工序尺寸公差 表面粗糙度精车 1.0 IT6 75 1.6半精车 1.1 IT10 76 3.2粗车 5 IT12 77.9 6.3 5)加工通孔20工序名称 工序余量 工序公差 工序尺寸公差 表面粗糙度铰 10 IT7 20 1.6扩 9.9 IT9 19.8 3.2钻 9 IT12 18 6.36)加工键槽工序名称 工序余量 工序公差 工序尺寸公差 表面粗糙度精铣 IT9 16 1.6粗铣 IT12 12 3.22.2.3绘制零件毛坯简图图2-1 零件毛坯图3拟定零件的工艺路线3.1定位基准的选择3.1.1精基准的选择选择精基准的出发点是保证加工精度，特别是加工表面的相互位置精度，以及安装的方便可靠。其选择的原则如下：1、基准重合原则；2、基准统一原则；3、自为基准原则；4、互为基准原则；5、所选精基准 应能保证工件定位准确稳定，装夹方便可靠，夹具结构简单适用。精基准的选择：加工输出轴，通过了解零件结构特点和加工精度要求，可以初步选定车各阶梯圆柱面时分别以不加工面为基准。选定A面面积较大，定位比较稳定，夹紧方案比较简单，可靠，操作方便，使用夹具即可。利用钻顶尖孔可以对精加工面进行自由度的限制确保加工达到要求精度。3.1.2粗基准的选择粗基准的选择：考虑到以下几点要求，选择零件的重要孔的毛坯孔和轴面作粗基准：1、在保证各加工余量的前提下，使重要孔的加工余量尽量均匀；2保证定位准确、夹紧可靠。3.2 表面加工方法的确定 市场经济的前提下，一切都是为能创造出更多的财富和提高劳动率为目的，同样的加工方法的选择一般考虑的是在保证工件加工要求的前提下，译稿工件的加工效率和经济性，而在具体的选择上，一般根据机械加工资料和工人的经验来确定。由于方法的多种多样，工人在选择时一般结合具体的工件和现场的加工条件来确定最佳的加工方案。 根据输出轴零件图上的各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，确定加工件各表面的加工方法，如下表所示：表3-1 加工方案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IT61.6粗车-半精车-精车60外圆柱面IT60.8粗车-半精车-精车60外圆柱面IT61.6粗车-半精车-精车75外圆柱面IT60.8粗车-半精车-精车50内圆柱面自由公差6.3粗铣80孔IT73.2钻孔-车孔-铰孔80孔自由公差6.3钻孔-车孔20通孔IT73.2钻孔-铰孔8斜孔IT73.2钻孔左端面自由公差6.3粗车右端面IT61.6粗车-精车键槽IT93.2粗铣-精铣倒角自由公差6.33.3工序的安排3.3.1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。 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，去除内孔，端面以及外圆表面的大部分余量，并为后续工序提供精基准。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。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。3.3.2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55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。3.3.3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。3.3.4先面后孔 对该零件应该先加工平面，后加工孔，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孔，比较容易，并能提高孔的加工精度，所以对于CA6140车床输出轴来讲先加工75外圆柱面，做为定位基准再来加工其余各孔。3.4工序顺序的安排3.4.1机械加工工序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，并且利用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：考虑到工件是中批量生产的情况，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。3.4.2热处理工序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。3.5确定工艺路线在综合考虑上述工序顺序安排原则的基础上，下表列出了输出轴的工艺路线。表3-2 输出轴的工艺路线工序号工序名称工 序 内 容1锻造锻造毛胚2热处理正火（消除内应力）3铣削铣两端面,并打中心孔4车削粗车外轮廓5热处理调质220240HBS6钳工修研两端中心孔7钻削大端面钻50mm孔8钻削大端面打中心孔9镗削粗镗80mm、104mm的孔10车削精车A、B、C各台阶面，倒角145 11镗削精镗80mm孔，孔口倒角145 12扩孔钻扩铰10-20mm孔，孔口倒角145 13钻削钻2-8mm孔14钳工划键槽加工线 15铣削铣键槽 16钳工钳去毛刺17去毛刺 去除全部毛刺18终检按零件图样要求全面检查3.6 选择加工设备及刀、夹、量具 由于生产类型大批生产，故加工设备宜以通用机床为主，辅以少量专用机床，其生产方式为以通用机床及专用夹具为主，辅以少量专用机床的流水生产线，工件在各机床的的装卸及各机床间的传送均由工人完成。车各外圆时，多是用车床完成，夹紧方案为专用车夹具及三爪卡盘定位。铣键槽也可以用车床完成。只有钻孔10-20-0.019/-0.042 和孔 2-8 时要求工人自己设计夹具在钻床上完成，量具选用游标卡尺即可。工序12钻孔10-20-0.019/-0.042，孔倒角为1*45度 要分钻，扩，铰三道工序才能达到20-0.019/-0.042 的要求所以选用角铢式钻床夹具。选用锥柄麻花钻，锥柄扩孔复合钻，扩孔是倒角。选用锥柄机用铰刀，专用夹具。快换夹头，游标卡尺。 工序13钻孔2-8 选用人工设计夹具锥柄麻花钻一次性加工完毕。4 零件加工设计表4-1粗车外圆进给量查表结果粗车外圆Ap(mm)F(mm/r)V(mm/r)7550.5386550.5386050.5385530.444半精车外圆7530.7316530.7316030.7315530.731精车外圆 7530.4446530.4446030.4445530.444以上f为进给量 ap为深度 v是速度粗车外圆75时 同上可得： 38=75nn115 取n=126 v=3.1475126=29mm/r粗车外圆65时 38=3.1465nn186 取n=126 v=3.1465126=25 mm/r 粗车外圆60时 38=3.1460nn201 取n=287 v=3.1460287=54 mm/r粗车外圆55时 44=3.1455nn254 取n=287 v=3.1455287=49mm/r半精加工外圆75时 31=3.1475nn131 取n=126 v=3.1475126=29mm/r半精加工外圆65时 31=3.1465nn151 取n=126 v=3.1465126=25mm/r半精加工外圆60时 31=3.1460nn164 取n=126 v=3.1460126=23mm/r半精加工外圆55时 31=3.1455nn179 取n=126 v=3.1455126=21mm/r精加工外圆75时 44=3.1475nn186 取n=126 v=3.1475126=29mm/r精加工外圆65时 44=3.1465nn215 取n=215 v=3.1465215=43mm/r精加工外圆60时 44=3.1460nn233 取n=287 v=3.1460287=54mm/r精加工外圆55时 44=3.1455nn254 取n=287 v=3.1455287=49mm/r钻孔10-20-0.019/-0.042：通过计算可得粗钻 n=1000r/min f=0.3mm/r v=24m/min ap=3.5mm/r扩孔 n=630r/min f=0.3mm/r v=15.6m/min ap=0.45mm/r铰孔 n=1000r/min f=0.3mm/r v=15.8m/min ap=0.05mm/r镗孔50 80+0.042/+0.012 104粗镗时 ap=2.75 v=0.4m/s f=0.2mm/r N=1000v/d n1=100024/3.1450r/m=152r/min n2=100024/3.1480r/m=95r/min n3=100024/3.14104r/m=75r/min半精镗80+0.042/0.0 ap=2.05 v=1.2m/s f=0.12mm/r n=100072/3.1480r/m=286r/min精镗80+0.042/0.012时 ap=0.25 v=1.8m/s f=0.05mm/r n=1000108/3.1480r/m=429r/min5夹具设计夹具是一种能够使工件按一定的技术要求准确定位和牢固夹紧的工艺装备，它广泛地运用于机械加工，检测和装配等整个工艺过程中。在现代化的机械和仪器的制造业中，提高加工精度和生产率，降低制造成本，一直都是生产厂家所追求的目标。正确地设计并合理的使用夹具，是保证加工质量和提高生产率，从而降低生产成本的重要技术环节之一。同时也扩大各种机床使用范围必不可少重要手段。本次的设计的夹具是第13道工序-2-8的斜孔粗钻该夹具使用于Z302钻床。5.1计算夹紧力并确定螺杆的直径查表可知，因为夹具的夹紧力与切削方向相反，实际所需要夹紧力F夹与切削力F之间的关系F夹=KF式中K为安全系数，当夹紧力与切削力方向相反时，取K=3当前面的计算可知F夹=KF=32616=7848N查表，从强度考虑，因为一个M10的螺栓能承受3924N的许用夹紧力，所以用M10的螺栓完全能满足强度要求。但是从夹具的刚度及整体结构的对称性考虑，这里选用M16的螺栓。5.2对称精度的分析2-8mm孔是在一次装夹下完成加工的，它们之间的位置精度由钻模套保证。查表，取公差等级的1/4，即夹具尺寸公差为0.125mm。同理，14的孔，故取夹具钻模板上相应的钻套孔相距760.013mm查表可取：衬套与夹具体模板的配合为H7/r6钻套，扩孔套和铰套与衬套的配合为H7/g6钻，扩孔时刀具与导套内孔的配合F8/h65.3确定夹具方案这道工序所加工的两个孔为斜孔与水平面夹角为30度两孔对称分布，在加工时应使此两孔的中心线与水平面垂直工件与夹具体底座成45度。根据工件的结构特点看，装夹方案如下图。如图所示：用两个凸台夹住零件，V型块限制其自由度，用螺栓将V型块固定在凸台上。夹具体的钻模板设计为铰链式钻模板并且带有特殊钻套，以有利于对工件的加工夹紧机构为移动式压板，置于斜孔两侧不会影响孔的加工。具体的图形布局方案见夹具装配图。图5-1夹具装配图6设计心得本次的机械制造工艺课程设计，使我能综合运用机械制造工艺学中的基本理论，并能结合生产实习中学到的实践经验知识，独立的分析和解决工艺问题，初步具备了设计一个中等复杂程度零件（输出轴）的工艺规程的能力和学到了夹具设计的基本原理和方法，拟订夹具设计方案，完成夹具结构设计的能力，培养了我的熟悉并运用有关手册、规范、图表等技术资料的能力，进一步培养了我的识图、制图、图表和编写技术文件等基本技能，提高了我的思考、解决问题以及创新设计的能力，为以后的设计工作打下了较好的基础。在这次设计中我遇到不少难以解决的问题，比如：夹具的设计问题、CAXA的绘图问题以及说明书的编写问题。通过对这些问题的认识，我知道自己的一些薄弱环节；也通过解决这些问题，我更进一步的对所学专业知识的巩固加深。而这些问题让我又重新温习了书本上的内容，我明白了不论什么时候不管干什么事总是离不开书本，不管什么时候从书上我们总可以找得到我们想要的东西。书上的东西永远是基础的，而基础正是向更深的领域迈进，没有这个基础我们永远都不会享受到成功的喜悦。所谓“温故而知新”，在这些知识的基础上还明白了许多课本所未涉及的知识，令人振奋！在这三周里，通过老师的细心指导，在同学的积极帮助和我的不懈努力下，我完成了这个重要的课程设计。本次的课程设计，老师要求得很严格，很感谢老师对我们辛勤的辅导，也感谢帮助我的同学们。7参考文献1孟少农主编.机械加工工艺手册.机械工业出版社，19912 弈继昌主编. 机械制造工艺学及夹具设计. 中国人民出版社，19913李益民主编.机械制造工艺设计简明手册.机械工业出版社，19934黄健求主编.机械制造技术基础.机械工业出版社，20055黄如林主编.切削加工简明实用手册.化学工业出版社，20046田春霞主编.数控加工工艺.北京：机械工业出版社，20067崇 凯主编.机械制造技术基础课程设计指南. 化学工业出版社，20068 黄云清主编.公差配合与测量技术.北京：机械工业出版社，20019司乃钧，许德珠主编.热加工工艺基础. 高等教育出版社，199110 秦国华、张卫红主编 机床夹具的现代设计方法 航空工业出版社 2006