輸出軸課程設計-- 輸出軸加工工藝及夾具的設計

1、<p>　　《機械制造工程原理》</p><p><b>　　課程設計說明書</b></p><p>　　設計題目: 輸出軸加工工藝及夾具的設計 （單件生產） </p><p><b>　　信息工程學院</b></p><p>　　2013年0

2、5月22日</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　初步學會綜合運用以前所學過的全部課程，并且獨立完成了一項工程基本訓練。運用機械制造工藝學的基本理論和夾具設計原理的知識，正確地解決輸出軸零件在加工中的定位，夾緊以及合理制訂工藝規(guī)程等問題的方法。對輸出軸零件最后一道工序進行了夾具設計，學會了工藝裝備設計的一般方法，提高了結構設計的能力。<

3、;/p><p>　　機械制造業(yè)的發(fā)展對世界經濟起著非常重要的作用，而機械加工工藝的編制是機械制造技術的重要組成部分和關鍵工作。本文論述的是輸出軸的加工工藝和夾具設計，著重于幾個重要表面的加工，具有一定的尺寸、形狀、位置要求，還有一些強度、表面粗糙度要求等，然而這些都會在文中得以體現。</p><p><b>　　前 言</b></p><p>　

4、　《機械制造工程原理課程設計》是我們學習完大學階段的機械類基礎和技術基礎課以及專業(yè)課程之后的一個綜合課程，它是將設計和制造知識有機的結合，并融合現階段機械制造業(yè)的實際生產情況和較先進成熟的制造技術的應用，而進行的一次理論聯(lián)系實際的訓練，通過本課程的訓練，將有助于我們對所學知識的理解，并為后續(xù)的課程學習以及今后的工作打下一定的基礎。</p><p>　　對于我本人來說，希望能通過本次課程設計的學習，學會將所學理論知

5、識和工藝課程實習所得的實踐知識結合起來，并應用于解決實際問題之中，從而鍛煉自己分析問題和解決問題的能力；同時，又希望能超越目前工廠的實際生產工藝，而將有利于加工質量和勞動生產率提高的新技術和新工藝應用到機器零件的制造中，為改善我國的機器制造業(yè)相對落后的局面探索可能的途徑。</p><p>　　由于所學知識和實踐的時間以及深度有限，本設計中會有許多不足，希望各位老師能給予指正。</p><p&g

6、t;<b>　　目錄</b></p><p>　　第1章 機械加工工藝規(guī)程設計5</p><p>　　1.1 零件的分析5</p><p>　　1.2 選擇毛坯，確定毛坯尺寸，設計毛坯圖6</p><p>　　第2章 機械加工工序設計8</p><p>　　2.1 選擇加工方法，制定加工藝

7、路線8</p><p>　　2.2 加工方法的確定10</p><p>　　2.3 制定工序路線11</p><p>　　2.4 工序設計12</p><p>　　2.5選擇機床15</p><p>　　2.6 選擇刀具16</p><p>　　2.7 選擇量具16</p&g

8、t;<p>　　2.8 確定切削用量及基本工時17</p><p>　　第3章 夾具的設計19</p><p><b>　　3.1 概述19</b></p><p><b>　　3.2 夾具19</b></p><p><b>　　設計小結20</b>&

9、lt;/p><p><b>　　參考文獻21</b></p><p>　　第1章 機械加工工藝規(guī)程設計</p><p><b>　　1.1 零件的分析</b></p><p>　　1.1.1 技術要求的分析</p><p>　　所給定的零件車床輸出軸，其主要作用，一是傳遞轉矩，

10、使車床主軸獲得旋轉的動力；二是工作過程中經常承受載荷；三是支撐傳動零部件。零件的材料為45鋼，是最常用中碳調質鋼，綜合力學性能良好，淬透性低，水淬時易生裂紋。綜合技術要求等文件，選用鑄件。</p><p>　　1.1.2 零件的材料分析</p><p>　　零件的材料為45鋼，是最常用中碳調質鋼，綜合力學性能良好，淬透性低，水淬時易生裂紋。小型件宜采用調質處理，大型件宜采用正火處理。其價格

11、較便宜，經過調質或正火后可得到較好的切削性能，而且能獲得較高的強度和韌性等綜合機械性能，局部淬火后再回火，表面硬度可達52HRC-45HRC.</p><p>　　1.1.3 零件的工藝分析</p><p>　　從零件圖上看，該零件是典型的零件，結構比較簡單，其主要加工的面有φ55、φ60、φ65、φ75、φ176的外圓柱面，φ50、φ80、φ104的內圓柱表面，10個φ20的通孔，圖中

12、所給的尺寸精度高，大部分是IT6級；粗糙度方面表現在鍵槽兩側面、φ80內圓柱表面為Ra3.2um,大端端面為Ra3.2um,其余為Ra12.5um，要求不高；位置要求較嚴格，表現在φ55的左端面、φ80內孔圓柱面對φ75、φ60外圓軸線的跳動量為0.04mm, φ20孔的軸線對φ80內孔軸線的位置度為φ0.05mm,鍵槽對φ55外圓軸線的對稱度為0.08mm；熱處理方面需要</p><p>　　調質處理，到200

13、HBW，保持均勻。 通過分析該零件，其布局合理，方便加工，我們通過徑向夾緊可保證其加工要求，整個圖面清晰，尺寸完整合理，能夠完整表達物體的形狀和大小，符合要求。</p><p>　　1.2 選擇毛坯，確定毛坯尺寸，設計毛坯圖</p><p>　　1.2.1 選擇毛坯</p><p>　　毛坯的選擇和擬定毛坯圖是制定工藝規(guī)程的最初階段工作之一，也是一個比較重要的階段，

14、毛坯的形狀和特征（硬度，精度，金相組織等）對機械加工的難易，工序數量的多少有直接影響，因此，合理選擇毛坯在生產占相當重要的位置，同樣毛坯的加工余量的確定也是一個非常重要的問題。</p><p>　　毛坯種類的選擇決定與零件的實際作用，材料、形狀、生產性質以及在生產中獲得可能性，毛坯的制造方法主要有以下幾種：1、型材2、鍛造3、鑄造4、焊接5、其他毛坯。根據零件的材料，推薦用型材或鍛件，但從經濟方面著想，如用型材中

15、的棒料，加工余量太大，這樣不僅浪費材料，而且還增加機床，刀具及能源等消耗，而鍛件具有較高的抗拉抗彎和抗扭強度，沖擊韌性常用于大載荷或沖擊載荷下的工作零件。本零件生產批量為單件生產，所以綜上所敘選擇鍛件中的模鍛。</p><p>　　1.2.2 確定毛坯尺寸并畫出毛坯圖</p><p>　　毛坯（鍛件）圖是根據產品零件設計的，經查《機械加工工藝手冊》《金屬機械加工工藝人員手冊》知精車-半精車

16、-粗車各余量,從而可得毛坯余量<或查表得到>,見表１。鑄件的外圓角半徑按表5-12確定，內圓角半徑按5-13確定。結果為：外圓角半徑：；內圓角半徑：。按表5-11，外模鍛斜度，內模鍛斜度。下圖為本零件的毛坯圖</p><p><b>　　毛坯圖</b></p><p>　　第2章 機械加工工序設計</p><p>　　2.1 選擇加

17、工方法，制定加工藝路線</p><p>　　2.1.1 定位基準的選擇</p><p>　　本零件為帶孔的管狀零件，孔是其設計基準（亦是裝配基準和測量基準），為避免由于基準不重合而產生的誤差，應選孔為定位基準，即遵守“基準重合”的原則。具體而言，即選孔及一端面作為精基準。由于本零件全部表面都需要加工，而孔作為精基準，應先進行加工，因此應選外圓及一端面為粗基準。</p><

18、;p>　　2.2.2 零件表面加工方法的選擇</p><p>　　1. 加工階段的劃分 當零件的加工質量要求較高時,往往不可能用一道工序來滿足要求,而要用幾道工序逐步達到所要求的加工質量和合理地使用設備、人力,零件的加工過程通常按工序性質不同,可以分為粗加工,半精加工,精加工三個階段。①粗加工階段：其任務是切除毛坯上大部分余量，使毛坯在形狀和尺寸上接近零件成品，因此，主要目標是提高生產率，去除內孔，端

19、面以及外圓表面的大部分余量，并為后續(xù)工序提供精基準，如加工φ176、φ55、φ60、φ65、φ75外圓柱表面。②半精加工階段：其任務是使主要表面達到一定的精加工余量，為主要表面的精加工做好準備，如φ55、φ60、φ65、φ75外圓柱面，φ80、φ20孔等。③精加工階段：其任務就是保證各主要表面達到規(guī)定的尺寸精度，留一定的精加工余量，為主要表面的精加工做好準備，并可完成一些次要表面的加工。如精度和表面粗糙度要求，主要目標是全面保證加工

20、質量。</p><p>　　2. 基面先行原則 該零件進行加工時，要將端面先加工，再以左端面、外圓柱面為基準來加工，因為左端面和φ55外圓柱面為后續(xù)精基準表面加工而設定的，才能使定位基準更準確，從而保證各位置精度的要求，然后再把其余部分加工出來。</p><p>　　3. 先粗后精 即要先安排粗加工工序，再安排精加工工序，粗車將在較短時間內將工件表面上的大部分余量切掉，一方面提

21、高金屬切削效率，另一方面滿足精車的余量均勻性要求，若粗車后留余量的均勻性滿足不了精加工的要求時，則要安排半精車，以此為精車做準備。</p><p>　　4. 先面后孔 對該零件應該先加工圓柱表面，后加工孔，這樣安排加工順序，一方面是利用加工過的平面定位，穩(wěn)定可靠，另一方面是在加工過的平面上加工孔，比較容易，并能提高孔的加工精度，所以對于輸出軸來講先加工φ75外圓柱面，做為定位基準再來加工其余各孔。</

22、p><p>　　5. 工序劃分的確定</p><p>　　工序集中與工序分散：工序集中是指將工件的加工集中在少數幾道工序內完成每道工序加工內容較多，工序集中使總工序數減少，這樣就減少了安裝次數，可以使裝夾時間減少，減少夾具數目，并且利于采用高生產率的機床。工序分散是將工件的加工分散在較多的工序中進行，每道工序的內容很少，最少時每道工序只包括一簡單工步，工序分散可使每個工序使用的設備，刀具等比較

23、簡單，機床調整工作簡化，對操作工人的技術水平也要求低些。綜上所述：考慮到工件是中批量生產的情況，采用工序分散輔助工序的安排：輔助工序一般包括去毛刺，倒棱角，清洗，除銹，退磁，檢驗等。 </p><p>　　6. 熱處理工序的安排 熱處理的目的是提高材料力學性能，消除殘余應力和改善金屬的加工性能，熱處理主要分預備熱處理，最終熱處理和內應力處理等，本零件CA6140車床輸出軸材料為45鋼，在加工過程中預備熱

24、是消除零件的內應力，在毛坯鍛造之后。最終熱處理在半精車之后精車之前，按規(guī)范在840℃溫度中保持30分鐘釋放應力。</p><p>　　2.2 加工方法的確定</p><p>　　在市場經濟的前提下，一切都是為能創(chuàng)造出更多的財富和提高勞動率為目的，同樣的加工方法的選擇一般考慮的是在保證工件加工要求的前提下，譯稿工件的加工效率和經濟性，而在具體的選擇上，一般根據機械加工資料和工人的經驗來確定。

25、由于方法的多種多樣，工人在選擇時一般結合具體的工件和現場的加工條件來確定最佳的加工方案。 同樣在該零件的加工方法的選擇中，我們考慮了工件的具體情況和我們學校的具體加工條件，一般我們按加工順序來闡述加工方案：</p><p><b>　　表一</b></p><p>　　2.3 制定工序路線</p><p><b>　　表2&

26、lt;/b></p><p><b>　　2.4 工序設計</b></p><p>　　確定圓柱面的工序尺寸 圓柱表面多次加工的工序尺寸只與加工余量有關。前面已確定各圓柱面的總加工余量（毛坯余量），應將毛坯余量分為各工序加工余量，然后由后往前計算工序尺寸。中間工序尺寸的公差按加工方法的經濟精度確定。本零件各圓柱表面的工序加工余量、工序尺寸及公差、表面粗糙度見下

27、表：</p><p>　　表3外圓柱面φ176軸段加工余量計算 </p><p>　　表4外圓柱面φ55軸段加工余量計算</p><p>　　表5φ60軸段加工余量計算</p><p>　　表6φ65軸段加工余量計算</p><p>　　表7φ75軸段加工余量計算</p><p>　　表8φ

28、104內孔加工余量計算</p><p>　　表9φ80內孔加工余量計算</p><p>　　表10φ50內孔加工余量計算</p><p><b>　　2.5選擇機床</b></p><p>　　2.5.1車床的參數

29、 </p><p>　　工序三采用CA6140普通車床，車床的參數如下：型號TYPE CA6140，中心距750mm 1000 mm 1500 mm，床身上下最大回轉直徑¢400 mm，馬鞍內最大工作回轉路徑¢550 mm，橫拖板上最大回轉直徑¢214mm，主軸孔徑¢52 mm，主軸內錐孔MT6#，主軸速

30、度級數16級，主軸速度范圍20-1800r.p.m，公制螺紋（30種）0.45-20 mm（30種），英制螺紋（30種）40-0.875t.p.i（30種），模數螺紋0.125-5mm，徑節(jié)螺紋160-4D.P，橫拖板行程239mm小刀架行程150mm，尾坐套孔錐度MT5#，套筒行程120mm，主電機功率4/5.5KW，外形尺寸2350×1020×1250mm </p><p>　　2.5.

31、2 銑床的參數 </p><p>　　工序7、8、9采用數控車床XK5040，車床參數如下：8工位電動轉塔刀架，可實現自動換刀，數控裝置：FANUCOI，最大回轉直徑590mm，最大加工直徑500 mm，最大加工長度1000 mm，主軸轉速范圍30-2000 r/min，主軸電機功率7.5KW，主要精度X定位精度≤0.016 mm,Z定位精度≤0.025 mm,X重復定位精度≤0.007 mm,Z重復定位精度≤

32、0.01 mm </p><p>　　2.5.3 綜上所述</p><p>　?。?）工序1、2、3、4和5是粗車和精車。各工序的工步數不多，大批大量生產不要求很高的生產率，故選用臥式車床就能滿足要求。本零件外廓尺寸不大，選用最常

33、用的CA6140型臥式車床。</p><p>　?。?）工序7、8為鏜削。由于加工的零件外廓尺寸不大，又是回轉體，故宜在車床上鏜孔，選用C616A型臥式車床。</p><p>　?。?）工序12銑削。工序工步簡單，外廓尺寸不大，考慮本零件屬成批大量生產，所選機床使用范圍較廣泛為宜，故可選常用用的XK5040型銑床能滿足加工要求。</p><p>　　（4）工序9、1

34、0和11是擴、鉆、鉸孔?？刹捎脤Ｓ玫姆侄葕A具在立式鉆床上加工，故選用Z525。</p><p><b>　　2.6 選擇刀具</b></p><p>　　由于刀具材料的切削性能直接影響著生產率，工件的加工精度，已加工表面質量，刀具的磨損和加工成本，所以正確的選擇刀具材料是加工工藝的一個重要部分，刀具應具有高剛度，足夠的強度和韌度，高耐磨性，良好的導熱性，良好的工藝性和

35、經濟性，抗粘接性，化學穩(wěn)定性。由于零件車床輸出軸材料為45鋼，推薦用硬質合金中的YT15類刀具，因為加工該類零件時摩擦嚴重,切削溫度高,而YT類硬質合金具有較高的硬度和耐磨性,尤其具有高的耐熱性,在高速切削鋼料時刀具磨損小壽命長,所以加工45鋼這種材料時采用硬質合金的刀具。粗車外圓柱面： 90°半精車，精車外圓柱面：前角為90°的車刀。鉆頭：高速鋼刀具，直徑為φ30；直徑為φ18；擴孔鉆：直徑為φ19.8；鉸刀：直徑

36、為φ20。鏜刀，刀桿長度為200.B×H＝16×25。</p><p><b>　　2.7 選擇量具</b></p><p>　　本零件單件生產，一般配情況下盡量采用通用量具。根據零件表面的精度要求、尺寸和形狀特點，參考相關資料，選擇如下：讀數值0.02、測量范圍0～150游標卡尺，讀數值0.01、測量范圍0～150游標卡尺。讀數值0.01、測量范

37、圍50～125的內徑千分尺，讀數值0.01、測量范圍50～125的外徑千分尺，讀數值0.01、測量范圍50～125的內徑百分表（表5-108）。</p><p>　　2.8 確定切削用量及基本工時</p><p>　　切削用量包括背吃刀量、進給量和切削速度。確定順序是確定、</p><p>　　，再確定。本說明書選取工序1粗車外圓為例確定其切削用量及基本時間。<

38、;/p><p>　　2.8.1切削用量 </p><p><b>　　本工序為粗車。</b></p><p>　　已知加工材料為45鋼，鍛件，有外皮；機床為CA6140型臥式車床，工件裝夾在三爪自定心卡盤中。</p><p>　　確定外圓的切削用量。 </p><p>　　所選刀具為YT15硬質合金

39、可轉位車刀，根據表6-2，由于CA6140機床的中心高為200mm，故選用刀桿尺寸B×H=16mm×25mm，刀片厚度為4.5mm。根據表5-133，選擇車刀幾何形狀為卷槽帶倒棱型前刀面，前角，后角、主偏角、,副偏角、刃傾角、刀尖圓弧半徑。</p><p><b>　　確定背吃刀量 </b></p><p>　　由于粗車雙邊余量為2.5mm，則＝1

40、.25mm。</p><p>　　確定進給量f </p><p>　　根據表5-114，在粗車鋼件、刀桿尺寸為、、工件直徑為時，。按CA6140機床的進給量選擇。確定的進給量尚需滿足機床進給強度的要求，故需進行校驗。</p><p>　　根據表5-55，CA6140機床進給機構允許的進給力。</p><p>　　根據表5-123，當鋼材

41、、、，， (預計)時，進給力。</p><p>　　Ff的修正系數為，，,故實際進給力為，由于，所選的可用。</p><p>　　選擇車刀磨鈍標準及耐用度 </p><p>　　根據表5-119，車刀后刀面最大磨損量取為1mm，可轉位車刀耐用度。</p><p>　　確定切削速度v </p><p>　　根據

42、表5-120，當用YT15硬質合金車刀加工鋼材時，，時，切削速度。</p><p>　　切削速度的修正系數為，，，，表2-9。則有：</p><p>　　按CA6140機床的轉速選擇,則實際切削速度。</p><p>　　最后確定切削用量為：</p><p><b>　　，，，。</b></p><p

43、><b>　　2.8.2基本時間</b></p><p>　　確定粗車外圓的基本時間t </p><p>　　根據《機械制造工藝學》公式4-23車外圓基本時間為：</p><p>　　根據《機械制造工藝學》公式4-23車外圓基本時間為：</p><p><b>　　式中：，，，，，</b>

44、</p><p><b>　　則</b></p><p>　　其余工步切削用量及基本工時計算從略</p><p><b>　　第3章 夾具的設計</b></p><p><b>　　3.1 概述</b></p><p>　　由于本產品的生產規(guī)模屬于單件生

45、產，即加工一個產品，所以對產品的要求精度高。但處于經濟方面的考慮，對于產品的加工就不需要單獨再進行夾具的設計，這樣可以加工快，效率高！所以對于輸出的加工只需要用通用夾具進行安裝定位即可！</p><p><b>　　3.2 夾具</b></p><p><b>　　設計小結</b></p><p>　　在這次課程設計過程中

46、，我學到了很多。也遇到了種種困難，一次又一次的修改加工方案，暴露了我在這方面的知識欠缺和經驗不足。機械制造工程原理課程設計是一個跟實際聯(lián)系很緊密的，不管是工藝過程還是工序卡，以及設備的選擇，都要求我們有相關的理論知識，根據實習過程中學到的實踐經驗聯(lián)系起來，才能更好的完成課程設計。因此在課程設計中遇到的很多問題，既有理論的欠缺，也有經驗的不足。</p><p>　　作的一次綜合練習。隨著課程設計的逐漸完成，使我對《

47、機械制造工程原理》這門課程有了更深入的理解和掌握。在這段時間里，我盡著自己最大的努力學習，來學習和創(chuàng)新。為了解決技術上的問題，我也不斷地去翻閱所學的專業(yè)書籍和各種相關，所以通過此次的課程設計，我也學習了相關手冊的查閱方法。</p><p>　　總之，課程設計我讓受益匪淺，因為我暴露出了自己的不足，在今后的學習或者實習工作中都應當努力積累相關的加工知識，以彌補自身存在的不足。</p><p>

48、;<b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 馮之敬．機械制造工程原理［M］．第二版．北京：清華大學出版社，2008年：全書．</p><p>　　[2] 賈亞洲．金屬切削機床概論 [M] ．第二版 ．吉林：機械加工出版社，2010年：190—232．</p><p>　　[3] 王先逵．機械加工工藝手冊 [M]．第二版 ．吉林：