转轴课程设计.doc

目录

设计任务书…………………………………………………1
前言…………………………………………………………3

课程设计说明书正文………………………………………4
一、 零件图的分析………………………………………4

二、 毛坯的选择及尺寸确定……………………………4
三、基准的选择……………………………………………4

四、零件的机械加工工艺路线……………………………5
五、确定工序尺寸及加工余量……………………………6

六、车床、刀具及夹具的选用……………………………7
七、课程设计体会…………………………………………8

八、参考资料………………………………………………9

机械制造工艺学课程设计任务书

设计题目：设计“输出轴”零件的机械加工工艺规程（生产纲领：小批量）

设计内容：1、产品零件图 一张

2、产品毛坯图 一张

3、机械加工工艺过程综合卡片 一份

4、课程设计说明说 一份

班 级 机电091
设 计 者 古少波
指导老师 陈学文
2011年7月6日星期三

前言
长达一周的课程设计，虽然觉得很吃力，但我觉得它在学习中是不可或缺的，虽然有点累但也是检验自己学习的成果的一个重要环节，可以为我的学习增添更强的实践操作意义。机械制造工艺学课程设计使我对以前所学的知识进行了全面的复习，正所谓温故而知新，我有得到了许多新的知识。
《机械制造技术》这门专业课在整个机电一体化专业学习的过程中，起到了一个很重要的作用，它把我从前所学的工程力学、机械制造基础、互换性、机械设计基础都融合在一起，学会学以致用、融会贯通和举一反三。
在这几天时间里，通过对输出轴的加工工艺的设计让我更加了解到输出轴的各项性能要求，也让我更加明白在学习的过程中只能由一个小小的螺丝钉开始做起才有可能在以后的学习中获得更多，才能取得自己人生中的丰碑。
综上所述，机械设计技术技术课程设计是我们完成大学的全部基础课以及大部分专业课之后所进行的一个综合性质的考验。这也是在我们毕业设计之前的对所学知识的回顾和总结，也可以说是一个毕业设计前的热身设计。
通过这次课程设计，我希望能通过这次课程设计对我以后的工作起到非常积极的适应作用，是一次进入真正工作环节的强化训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，提高专业水平。
由于本人水平有限，设计难免有许多不足和不妥之处，恳切希望老师批评指正，以求改进。

一、零件图的分析
这次的课程设计是设计一个转轴，该轴是典型的阶梯轴，它的主要作用是用来传递转矩和动力。对其的结果特点和技术要求分析如下：
1、 零件载荷分析：输出轴除了传递转矩和动力外还有一个起支撑的作用，所以其承受的载荷比较大，所以要求它的具有较大的强度和耐磨性。

2、 零件尺寸公差分析：从零件图上可以看出轴颈φ25的公差为0.026mm，查表得其精度等级高达IT7；由以上可以看出，主要加工表面是φ25、φ35,φ40φ30的圆柱表面，在加工时应特别注意。

3、 位置度的分析:从零件图中看出两轴头的同轴度为φ0.02mm，其基准为图纸右端φ30的中心轴，加工时应打中心孔保证同轴度。

4、 热处理：要求为调质处理28—32HRC。

二、毛坯的选择及尺寸的确定
1、毛坯的选择：
由于这次设计的转轴是小批量生产，又要求其材料为45钢。因为转轴的力学要求较高，所以选择锻件毛坯。理由是锻件毛坯经锻造后可得到连续和均匀的纤维组织，因此锻件的力学性能较好，常用于受力复杂的重要钢制零件，又由于锻件适合小批量生产，所以毛坯选择锻件毛坯。

2、毛坯尺寸的确定：由于零件的最大直径为φ40mm，长度为215mm，利用插值法查表得毛坯直径为φ46+0.175 -0.175mm，查得端面加工余量为8mm，所以毛坯长度为230+1.0 -1.0mm.

三、基准的选择
1、精基准的选择：
在精基准的选择时，主要考虑到基准统一问题，该转轴主要考虑的是φ250 -0.019mm、φ35+0.024 +0.011mm及φ30+0.021 +0.002mm的表面精度和同轴度，所以以φ30+0.021 +0.011mm的轴线为精基准，符合基准统一原则。

2、粗基准的选择：
由于该输出轴为多级阶梯轴，为保证后续工序有可靠的精基准轴线A，所以应该以两端外圆互为粗基准。

四、零件的机械加工工艺路线
1)两轴头φ250 -0.019×36mm和φ35+0.021 +0.002×30mm的外圆表面，查得其精度等级都为IT6，且表面粗糙度为Ra0.8，所以轴头φ250 -0.019×36mm和φ35+0.021 +0.002×30mm的加工方案为：粗车→半精车→精车；

2）两轴颈φ40+0.024 +0.011×46mm及φ30+0.024 +0.011×44mm的的公差等级为IT5，表面粗糙度为Ra0.8，初定加工方案为：粗车→半精车→精车；

3）轴身φ25×30mm、φ25×20mm和轴环M30×1.5都没有尺寸精度要求，拟定加工方案为：粗车→半精车；

4）端面的粗糙度为Ra0.8，加工方案为：粗车；
5）铣键槽，两键槽的精度等级要求不高，所以拟定加工方案为：粗铣。

制定加工工艺路线轴类加工一般是先加工端面，在加工外圆柱面，最后铣键槽。按照先加工基准面及先粗后精的原则，制定加工工艺路线如下：
加工工艺路线方案一：
工序1：备料，选择45圆钢φ56+0.175 -0.175×230+1.0 -1.0mm；

工序2：粗车，以φ430 -0.019外圆处及端面定位，车平端面，端面打中心孔，粗车外圆φ43.5×143mm为φ43.50 -0.22×143mm，粗车外圆φ42.70 -0.22×133mm为φ41.6+0.046 0×133mm，粗车外圆φ30.6+0.046 0×33mm为φ350 -0.19×36mm，粗车外圆φ40.6×47mm为φ30.4+0.041 +0.011×45mm；

工序3：调头，粗车，以粗车后的φ30外圆处及端面定位，车平端面，保证零件全长215mm，打中心孔，粗车φ44.5×227mm为φ31.50 -0.19×82mm，粗车φ26.50 -0.19×60mm为φ25+0.041 +0.011×20mm；

工序4：热处理，调质处理28—32HRC；

工序5：半精车，以粗车后的φ30外圆处及端面定位，半精车φ32.1.30 -0.22×32mm为φ31.2×32mm，半精车为φ36.1+0.046 0×33mm为φ40×46mm，半精车φ36.10 -0.19×44mm为φ25×38mm,25×25mm；

工序6：调头，半精车，以半精车后的φ30外圆处及端面定位，半精车φ41.50 -0.19×46mm为φ31.5×44mm，半精车φ26.1+0.041 +0.011×38mm为φ40.9+0.030 +0.011×46mm，半精车φ30.40 -0.046×46mm为φ25.30 -0.030×20mm；

工序7：调头，精车，以半精车后φ25外圆处及端面定位，精车φ30.2+0.032 +0.002×44mm为φ30+0.024 +0.002×33mm，精车φ25.2+0.030 +0.011×32mm为φ25+0.021 +0.011×3mm；倒角；

工序8：调头，精车，以精车的φ30外圆处定位夹紧，精车φ30.2+0.030 +0.011×33mm为φ30+0.021 +0.011×33mm，精车φ25.20 -0.030×38mm为φ250 -0.019×85mm；倒角；

工序9：划线，保证两键槽同一水平线

工序10：铣键槽，铣20×10×5.2，铣25×8×4（该键槽的精度等级为IT9，一般铣一次就能满足要求）。
工序11：去毛刺；

工序12：按图样要求检验各尺寸精度；
工序13：入库。

加工工艺路线方案二：
工序1：备料，选择45圆钢φ44.5+0.175 -0.175×225+1.0 -1.0mm；

工序2：粗车，以φ250 -0.019外圆处及端面定位，车平端面，端面打中心孔，粗车外圆φ43.5×143mm为φ41.10 -0.22×143mm，粗车外圆φ41.10 -0.22×133mm为φ41.3+0.046 0×133mm，粗车外圆φ11.3+0.046 0×55mm为φ35.10 -0.19×55mm，粗车外圆φ35.10 -0.19×35mm为φ25.3+0.041 +0.011×35mm；

工序3：调头，粗车，以粗车后的φ43.5外圆处及端面定位，车平端面，保证零件全长215mm，打中心孔，粗车φ40×178mm为φ41.50 -0.19×178mm，粗车φ40×162mm为φ40+0.041 +0.011×158mm，粗车φ30+0.041 +0.011×102mm为φ250 -0.046×58mm；

工序4：热处理，调质处理28—32HRC；

工序5：半精车，以粗车后的φ25外圆处及端面定位，半精车φ41.10 -0.22×mm为φ40.2×46mm，半精车为φ40.3+0.046 0×46mm为φ40.2+0.032 +0.002×78mm，半精车φ35.10 -0.19×20mm为35×20mm，半精车φ31.3+0.041 +0.011×35mm为φ30.2+0.030 +0.011×35mm；

工序6：调头，半精车，以半精车后的φ30外圆处及端面定位，半精车φ31.10 -0.19×44mm为φ30.2×44mm，半精车φ30.7+0.041 +0.011×44mm为φ30.2+0.030 +0.011×44mm，半精车φ26.30 -0.046×20mm为φ25.20 -0.030×20mm；

工序7：粗磨，用顶尖顶住两端面，粗磨φ40.2 ×46mm为φ40×46mm，粗磨φ30.2+0.030 +0.011×44mm为φ30+0.021 +0.011×44mm；，粗磨φ25.2+0.030 +0.011×38mm为φ25+0.021 +0.011×38mm, φ25为24.8;

工系8：倒角；
工序9：划线，保证两键槽同一水平线；

工序10：铣键槽，铣20×10×5.2，铣25×8×4（该键槽的精度等级为IT9，一般铣一次就能满足要求）。
工序11：去毛刺；

工序12：按图样要求检验各尺寸精度；
工序13：入库。

对比选择方案：该转轴主要是圆柱表面的加工，由于轴的同轴度比较高，但圆柱表面的精度等级不是特别高，从经济角度和工艺简便的方面（使用机床的数量）考虑，方案一比方案二好，虽然从工序上来看，方案一的工序和方案二的一样多，然而方案一的装夹次数比较多，但考虑到最终工序采用精车，其精度要求足够达到Ra0.8的要求。所以选择加工工艺路线方案一。

五、确定工序尺寸及加工余量

（1） 外圆柱φ30+0.0065 +0.0065的轴段工序尺寸及加工余量
工序名称
工序间余量/mm
工序基本尺寸/mm
精度等级
尺寸公差/mm
表面粗糙度Ra/mm
毛坯

φ46

φ460 -0.35

粗车
23.7
φ42.3
IT7
φ42.30 -0.046

半精车
1.1
φ40.2
IT6
φ40.20 -0.030

精车
0.2
φ40
IT5
φ400 -0.019
0.8

(2)外圆柱φ35的轴段工序尺寸及加工余量
工序名称
工序间余量/mm
工序基本尺寸/mm
精度等级
尺寸公差/mm
表面粗糙度Ra/mm
毛坯

φ46

φ460 -0.35

粗车
9
φ37.
IT12
φ370 -0.19

半精车
1.1
φ35.2
IT11
φ35.2
0.8

(3)外圆40轴段工序尺寸及加工余量

工序名称
工序间余量/mm
工序基本尺寸/mm
精度等级
尺寸公差/mm
表面粗糙度Ra/mm
毛坯

φ46

φ46-0.35

粗车
4.7
φ41.346 0
IT8
φ4.3+0.046 0

半精车
1.1
φ40.2

φ4.2

精车
0.2
φ40

φ40
0.8

（4）轴环φ30的轴段工序尺寸及加工余量
工序名称
工序间余量/mm
工序基本尺寸/mm
精度等级
尺寸公差/mm
表面粗糙度Ra/mm
毛坯

φ46

φ46 0 -0.35

粗车
13.8
φ32.2
IT12
φ32.20 -0.22

半精车
2.2
φ30

φ30
0.8

（5）外圆柱φ250 -0.019的轴段工序尺寸及加工余量
工序名称
工序间余量/mm
工序基本尺寸/mm
精度等级
尺寸公差/mm
表面粗糙度Ra/mm
毛坯

φ46

φ460 -0.35

粗车
19.7
φ26.3
IT8
φ26.30 -0.046

半精车
1.1
φ25.2
IT7
φ25.20 -0.030

精车
0.2
φ25
IT6
φ250 -0.019
0.8

六、机床、刀具及夹具的选用
一）机床的选用：
1、由于本零件的尺寸不是很大，各工序的工步数也不多，加上是小批量生产，所以选择CA6140卧式车床；
2、工序10为铣键槽，因为工件外圆尺寸不大，此零件又是成批生产，宜选择通用铣床，所以选用X61W万能铣床就能满足要求；
二）刀具的选用：
选用常用车刀和铣刀
三）夹具的选用：
主要选用三抓卡盘。

七、课程设计体会
做完设计以后真不知道该说什么好了，刚开始时，我只能说是束手无策，感觉自己这两年书都白读了，居然对着指导书不知从何下手。天气又那么热，心情很烦躁。但经过请教老师以后，渐渐有了头绪，知道该怎样去算各种尺寸参数，如何去查表。不是我拍马，老师毕竟是老师，那解答疑问的能力不是吹的，本来一直阻碍我前进的关卡，经老师那么一点拨，茅塞顿开。所以从小大人们就教育我们不懂就要问，这个道理永远都不过时。在此，我非常感谢指导我陈老师。
通过这次实训，不得不说的是我是真的学到了很多东西。从没想过这么一根小小的轴，这还那么多讲究，如尺寸公差、表面粗糙度等等，要是哪一步没做好就会影响到整个零件的工作性能。如果设计者没把零件设计好就拿去加工，就会给厂家带来很大的损失，这是很不应该的。实训过后，虽然不太好意思说，但我还是感觉自己比以前更加细心了。
作为一个设计组的成员，我觉得大家的分工合作是非常重要的，走出社会，每个人都不可能脱离人群独自存在，彼此之间的沟通合作是非常重要的，我觉得我们组是一个很好的团队。

八、参考资料
1、《机械制造技术》；
2、《互换性与测量技术》；
3、《机械制造工艺设计简明手册》；
4、《机械制造基础》等等。
第二章　铣键槽夹具设计说明书
1. 工序尺寸精度分析
由工序图可知此工序的加工精度要求不高，具体加工要求如下：钻4-φ22孔，深度为7，无其它技术要求，该工序在摇臂钻床上加工，零件属中批量生产。
2. 定位方案确定
根据该工件的加工要求可知该工序必须限制工件四个自由度，即x移动、z移动、x转动、y转动，但为了方便的控制刀具的走刀位置，还应限制y移动、z转动两个自由度，因而工件的六个自由度都被限制，由分析可知要使定位基准与设计基准重合。选主轴颈中心线和侧板平面为定位基准。（见工序图）

3. 定位元件确定
1、选择定位元件：
由于本工序的定位面是主轴颈中心线和侧板平面，所以夹具上相应的定位元件选为两个V形块和一个平面。
（注：定位基准选择及受力分析见工序图）
2、确定定位元件尺寸、极限偏差和定位元件间位置尺寸及其极限偏差、定位元件尺寸：
由图可知此工序的加工精度要求不高，所以两固定V形块的尺寸由机床夹具设计手册P284图2-1-26得：(如图)
T=H+0.707D-0.5N=170+0.707X110-0.5X85=170+77.77-42.5=205.3mm
V形块的宽度根据工件的实际情况可选为60mm。

根据工件的实际情况，底版的长度选为454mm，宽度为188mm，高度为50mm。
4. 定位误差分析计算
(1)分析计算孔的深度尺寸7的定位误差：
用外圆表面定位，工件定位面是外圆表面，定位元件的定位工作面是V形块对称面，定位基准是外圆中心线，当工件外圆直径发生变化时其中心线在V形块对称面上上下移动。定位误差计算如下：
△jb=1/2T(d)=1/2x0.022=0.011
△db=0.707(Td)=0.707x0.022=0.016
△dw=△db-△jb=0.005
（1） 分析计算孔中心线与侧板中心线的重合度误差：
△jb=0
△db=0
△dw=0
5. 夹紧方案及元件确定
（1）计算切削力及所需加紧力：
工件在加工时所受的力有加紧力J、切削力F和工件重力G，三者作用方向一至，由机床夹具设计手册表1-2-7得切削力的计算公式：
Fx=667DsKp=667x22x700x650/726=1265.486N
实际所需加紧力与计算加紧力之间的关系为：
F=KFx(K由表1-2-2查得为1.15)=1.15Fx=1.15x1265.486=1455.309N
（2）计算加紧机构并验算机构所能产生的加紧力：
满足加紧力水平作用要求的加紧装置结构方案可用螺纹加紧机构，这种加紧方案装卸工件及清理切削方便，所以这种结构较好。
加紧机构所能产生的加紧力F＇=Qη（L1+L2）
其中：η：加紧机构效率取0.9
Q：螺栓的许用加紧力
选定L1=L2
根据机床夹具设计手册表3.3查得当螺纹公称直径M=20时，Q=13000
F＇=2Qη=2X13000X0.9=23400N
F＇＞F 故加紧方案可行。
（3）设计钻套，连接元件及夹具体，钻模板：
由于此工件是中批量生产，固选用GB2264-80可换钻套，选用固定式钻模板。
根据钻床T型槽的宽度，决定选用GB2206-80宽度B=14，公差带为h6的A型两个定位键来确定夹具在机床上的位置。
夹具选用灰铸铁的铸造夹具体，其基本厚度选为22mm，并在夹具体底部两端设计出供T型槽用螺栓紧固夹具用的U型槽耳座。