机械制造专业课程设计输出轴.doc

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：
指引教师：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咱们学完了大学所有基本课、技术基本课以及大某些专业之后进行。这是咱们进行毕业设计之前对所学各课程一次进一步综合性复习，也是一次理论联系实际训练。因而，它在咱们大学学习生活中占有十分重要地位。 就我个人而言，我但愿能通过这次课程设计对自己将来将从事工作进行一次适应性训练，从锻炼自己分析问题、解决问题能力，为此后参加祖国当代化建设打下一种良好基本。我也相信通过课程设计能将零散知识点都联系起来，系统而全面做好设计。
本次课程设计是机械制造工艺学这门课程一种阶段总结，是对课堂中学习基本理论和在生产实习中学到实践知识一种实际应用过程。由于知识和经验所限，设计会有许多局限性之处，因此恳请教师予以指引。
一、零件分析
1、零件作用
题目所给定零件车床输出轴，其重要作用，一是传递转矩，使车床主轴获得旋转动力；二是工作过程中经常承受载荷；三是支撑传动零部件。零件材料为45钢，是最惯用中碳调质钢，综合力学性能良好，淬透性低，水淬时易生裂纹。综合技术规定等文献，选用铸件。
2、零件工艺分析
从零件图上看，该零件是典型零件，构造比较简朴，其重要加工面有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，大某些是IT6级；粗糙度方面体当前键槽两侧面、φ80内圆柱表面为Ra3.2um,大端端面为Ra3.2um,别的为Ra12.5um，规定不高；位置规定较严格，体当前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；热解决方面需要调质解决，到200HBW，保持均匀。 通过度析该零件，其布局合理，以便加工，咱们通过径向夹紧可保证其加工规定，整个图面清晰，尺寸完整合理，可以完整表达物体形状和大小，符合规定。
二、工艺规程设计
（一）、定位基准选取
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），为避免由于基准不重叠而产生误差，应选回转轴线为定位基准，即遵守“基准重叠”原则。详细而言，即选孔及一端面作为精基准。由于本零件所有表面都需要加工，而孔作为精基准，应先进行加工，因而应选外圆及一端面为粗基准。
（二）加工办法选取
⑴回转体表面面加工：面加工办法有诸多，本零件重要是加工外圆面和端面。φ55、φ60外圆面加工精度采用7级精度可以满足规定，故可采用粗车-半精车-精车加工方式。φ65、φ75外圆面加工精度要采用6级精度才干达到规定，故采用粗车-半精车-粗磨-精磨加工方式。
⑵孔加工：孔加工方式有钻、扩、镗、拉、磨等。对于内孔采用在车床上镗孔方式。因素是构造紧凑，重量不大，合用于车削加工。通孔10×φ20采用在车床上镗孔方式，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。其公差级别为IT7，两侧粗糙度为Ra3.2μm，槽底面粗糙度为Ra6.3μm。可采用粗铣-精铣加工方式。
⑷两端面加工：端面加工在铣床上进行，其公差级别为IT7，粗糙度规定分别为Ra25μm，Ra,12.5μm。
（三）制定工艺路线
制定工艺路线是制定工艺规程最重要工作，也体现了工艺师工艺水平重要方面。其原则是，在保证零件几何形状、尺寸精度、表面质量前提下，尽量提高生产率，减少成本，获得好经济效益。
工艺路线安排如下：
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,并且粗铣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、半精车过度锥面。
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 热解决：调质解决硬度为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、检查。
（四）工序设计
1、选取加工设备及工艺装备
选取加工设备及选取机床类型。由于已经依照零件形状、精度特点，选取了加工方式，机床类型也随之拟定。至于机床型号，取决于现场设备状况。最后选取机床，其经济精度应与零件表面设计规定相适应，初步选定机床如下：
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，选用Z3025摇臂钻床。
别的工序如加工端面和外圆，都可以在CA6140卧式车床进行。
2、拟定工序尺寸
拟定圆柱面工序尺寸 圆柱表面多次加工工序尺寸只与加工余量关于。前面已拟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办法经济精度拟定。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
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
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
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
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
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
精镗
1.5
IT7
3.2
50

粗镗
2.5
IT10
6.3
48.5

毛坯

±2

46

（五）拟定切削用量及基本工时
切削用量涉及背吃刀量、进给量和切削速度。拟定顺序是拟定、，再拟定。本阐明书选用工序05粗车外圆为例拟定其切削用量及基本时间。
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。
拟定外圆切削用量。
所选刀具为YT15硬质合金可转位车刀，依照表5-112，由于CA6140机床中心高为200mm，故选用刀杆尺寸B×H=16mm×25mm，刀片厚度为4.5mm。依照表5-133，选取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拟定背吃刀量：由于粗车双边余量为2.5mm，则＝2.25mm。
⑵拟定进给量f ：依照表5-114，在粗车钢件、刀杆尺寸为、、工件直径为时，。按CA6140机床进给量选取。拟定进给量尚需满足机床进给强度规定，故需进行校验。
依照表5-55，CA6140机床进给机构容许进给力。
依照表5-123，当钢材、、，， (预测)时，进给力。
Ff修正系数为，，,故实际进给力为，由于，所选可用。
⑶选取车刀磨钝原则及耐用度 依照表5-119，车刀后刀面最大磨损量取为1mm，可转位车刀耐用度。
⑷拟定切削速度v 依照表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：
切削用量包括切削速度、进给量及背吃刀量三项，拟定办法是先拟定背吃刀量、进给量，最后拟定切削速度。不同加工性质，对切削加工规定是不同样。因而，在选取切削用量时，考虑侧重点也不同。
粗加工时，普通优先选用尽量大背吃刀量，另一方面选取较大进给量，最后依照刀具耐用度状况选取适当切削速度。
精加工时，普通选取小得背吃刀量和进给量，从而尽量提高切削速度。
⑴粗车φ55＋0.028－0.003外圆切削用量
本工序为粗车外圆φ55，机床采用最惯用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㎜；
　　加工规定：车削后表面粗糙度6.3μm。
依照《机械加工工艺手册》表 7-4
选用刀具为YT5牌号硬质合金车刀，选取参数为：
主偏角，副偏角，后角，前角，刃倾角，刀尖圆弧半径。
选取切削用量：
拟定背吃刀量ap
由于粗加工余量为2.5mm,可以再一次走刀内完毕，故ap=2.5/2=1.25mm。
拟定进给量f
由于零件本次加工加工余量小，依照《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引书》表5-42，取f=0.51mm/r。
选取车刀磨钝原则和耐用度
依照《机械制造工艺学课程设计指引书》表5-40，后刀面最大磨损限度取1.1mm,刀具耐用度为T=60 Min。
拟定切削速度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，依照《机械制造工艺学课程设计指引书》表5-32对车削速度进行修正：依照刀具耐用度T=60min,得修正系数KTv=1.0；依照工件材料强度，得修正系数KMv=1.0；依照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。
因此，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)
依照《机械制造工艺学课程设计指引书》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
因此带入数据后可算得V=67.92 m/min
转速n=1000V/πd=1000×67.92/π×60=360.32 r/min
依照《机械制造工艺学课程设计指引书》表5-44,取CA1640机床主轴转速选取320 r/min，则实际切削速度为
V=πdn/1000=π×60×320/1000=60.32 m/min
检查机床功率
依照《机械制造工艺学课程设计指引书》表5-45,查得切削力Fz和切削功率Pm计算公式如下：
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，
依照《机械制造工艺学课程设计指引书》表5-32得：与刀具耐用度关于修正系数KTFz= 1.0；与工件材料关于系数KMFz =1.0；与主偏角关于修正系数KKrFz =0.94；
与前角关于修正系数Kr.Fz =1.10。因而总修正系数为
KFz = KTFz×KMFz×KKrFz×Kr.Fz =1.034
因此,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
依照《机械加工工艺手册》，查得CA1640卧式车床积极机功率PE =7.5 KW ，由于
Pm＜PE,故上述切削用量可用。最后拟定切削用量为：
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，本来直径为57.5㎜，车削后D=56㎜机床采用最惯用CA6140卧式车床。
依照《机械加工工艺手册》表 7-4
选用刀具为YT15牌号硬质合金车刀，选取参数为：
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。
选取切削用量：
拟定背吃刀量ap
由于粗加工余量为1.5mm,可以再一次走刀内完毕，故ap=1.5/2=0.75mm。
拟定进给量f
由于零件本次加工加工余量小，依照《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引书》表5-42，取f=0.30mm/r。
选取车刀磨钝原则和耐用度
依照《机械制造工艺学课程设计指引书》表5-40，后刀面最大磨损限度取0.8mm,刀具耐用度为T=60 Min。
拟定切削速度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，依照《机械制造工艺学课程设计指引书》表5-32对车削速度进行修正：依照刀具耐用度T=60min,得修正系数KTv=1.0；依照工件材料强度，得修正系数KMv=1.0；依照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。
因此，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)
依照《机械制造工艺学课程设计指引书》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
因此带入数据后可算得V=170.43 m/min
转速n=1000V/πd=1000×170.43/π×57.5=943.47 r/min
依照《机械制造工艺学课程设计指引书》表5-44,取CA1640机床主轴转速选取710r/min，则实际切削速度为
V=πdn/1000=π×57.5×710/1000=128.26 m/min
检查机床功率
依照《机械制造工艺学课程设计指引书》表5-45,查得切削力Fz和切削功率Pm计算公式如下：
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，
依照《机械制造工艺学课程设计指引书》表5-32得：与刀具耐用度关于修正系数KTFz= 1.0；与工件材料关于系数KMFz =1.0；与主偏角关于修正系数KKrFz =1.0；
与前角关于修正系数Kr.Fz =1.04。因而总修正系数为
KFz = KTFz×KMFz×KKrFz×Kr.Fz =1.04
因此,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
依照《机械加工工艺手册》，查得CA1640卧式车床积极机功率PE =7.5 KW ，由于
Pm＜PE,故上述切削用量可用。最后拟定切削用量为：
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，本来直径为56㎜，车削后D=55㎜，机床采用最惯用CA6140卧式车床。
依照《机械加工工艺手册》表 7-4
选用刀具为YT30牌号硬质合金车刀，选取参数为：
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。
选取切削用量：
拟定背吃刀量ap
由于粗加工余量为1.0mm,故ap=1.0/2=0.5mm。
拟定进给量f
由于零件本次加工加工余量小，依照《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引书》表5-42，取f=0.08 mm/r。
选取车刀磨钝原则和耐用度
依照《机械制造工艺学课程设计指引书》表5-40，后刀面最大磨损限度取0.5mm,刀具耐用度为T=60 Min。
拟定切削速度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，依照《机械制造工艺学课程设计指引书》表5-32对车削速度进行修正：依照刀具耐用度T=60min,得修正系数KTv=1.0；依照工件材料强度，得修正系数KMv=1.0；依照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。
因此，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)
依照《机械制造工艺学课程设计指引书》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
因此带入数据后可算得V=560.66 m/min
转速n=1000V/πd=1000×560.66/π×56=3186.85 r/min
依照《机械制造工艺学课程设计指引书》表5-44,取CA1640机床主轴转速选取1400 r/min，则实际切削速度为
V=πdn/1000=π×56×1400/1000=246.3 m/min
检查机床功率
依照《机械制造工艺学课程设计指引书》表5-45,查得切削力Fz和切削功率Pm计算公式如下：
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，
依照《机械制造工艺学课程设计指引书》表5-32得：与刀具耐用度关于修正系数KTFz= 1.0；与工件材料关于系数KMFz =1.0；与主偏角关于修正系数KKrFz =1.13；
与前角关于修正系数Kr.Fz =1.08。因而总修正系数为
KFz = KTFz×KMFz×KKrFz×Kr.Fz =1.2204
因此,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
依照《机械加工工艺手册》，查得CA1640卧式车床积极机功率PE =7.5 KW ，由于
Pm＜PE,故上述切削用量可用。最后拟定切削用量为：
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机床转速选取,则实际切削速度。
最后拟定切削用量为：
，，，。
2.基本时间
拟定粗车外圆基本时间t
依照《机械制造工艺学》公式4-23车外圆基本时间为：
依照《机械制造工艺学》公式4-23车外圆基本时间为：

式中：，，，，，
则
别的工步切削用量及基本工时计算从略
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。设计夹具装备图及关于阐明如下。

1、定位方案 工件以φ75外圆为定位基准，采用两个V型块定位方案，其中一种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，上端面限制一种移动一种自由度。加工过程中在新形成孔与钻模板用销定位限制转动自由度。
2、夹紧机构 依照生产率规定，运用手动加快可以满足，采用一种活动V形块。通过旋紧带活动V形块压紧工件，实现了夹紧。V形块夹紧力重要作用是防止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 采用可换钻套对刀GB/T669-86
4、夹具与机床连接元件 夹具与机床采用螺拴连接，4个螺栓与机床连接使夹详细与机床连接紧固。
5、夹详细 分度与对刀装置与夹详细采用螺栓连接可以拆卸，以以便工件安装。
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，精加工和持续切削时K=1.5~2.取1.7.M为扭矩。为压板与工件摩擦系数，取0.2为夹紧力与中心距离。有装备图得75，为工件与支撑钉之间摩擦系数取0.4.为支撑钉与工件之间距离。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计算成果为=1353.15N是完全可以满足。