機械制造課程設計

1、、零件的分析1.1軸的作用軸的主要作用是支承回轉零件及傳遞運動和動力。按照軸的承受載荷不同，軸可分為 轉軸、心軸和傳動軸三類。工作中既承受彎矩又承受扭矩的軸成為轉軸，只承受彎矩的軸 稱為心軸，只承受扭矩而不承受彎矩的軸稱為傳動軸。1.2軸的工藝分析該軸主要采用40Cr鋼能承受一定的載荷和沖擊。此軸為階梯軸類零件，尺寸精度，形 位精度要求均較高。21，© 22.5, © 24，22.55為主要配合面，精度均要求較高，需 通過磨削得到。軸線直線度為 © 0.01，兩鍵槽有同軸度要求。在加工過程中須嚴格控制。(1) 該軸采用合金結構鋼40Cr,中等精度，轉速較高。經(jīng)調質

2、處理后具有良好的綜 合力學性能，具有較高的強度、較好的韌性和塑性。(2) 該軸為階梯軸，其結構復雜程度中等，其有多個過渡臺階，根據(jù)表面粗糙度要求 和生產(chǎn)類型，表面加工分為粗加工、半精加工和精加工。加工時應把精加工、半精加工和 粗加工分開，這樣經(jīng)多次加工以后逐漸減少了零件的變形誤差。(3) 零件毛坯采用模鍛，鍛造后安排正火處理。(4) 該軸的加工以車削為主，車削時應保證外圓的同軸度。(5) 在精車前安排了熱處理工藝，以提高軸的疲勞強度和保證零件的內(nèi)應力減少，穩(wěn) 定尺寸、減少零件變形。并能保證工件變形之后能在半精車時糾正。(6) 同一軸心線上各軸孔的同軸度誤差會導致軸承裝置時歪斜，影響軸的同軸度和

3、軸承的使用壽命。在兩端面鉆中心孔進行固定裝夾可以有效防止徑向圓跳動、保證其同軸度。零件圖如下軸段尺寸及偏inn蟲!2DO055055軸段軸段2端220012公差及精度IT6.6£=F屯一IT8 1 .馬燈.耳1.645形位公差Li Li _占占軸線直線度為 *0.01軸線直線度為.°01B-B 吟+跖咅I軸段3* 30未注12.5軸線直線度為©°.°1軸段3端面3.2軸段4*22.5.0055IT61.6軸線直線度為©°.°1軸段4端面3.2軸段51 0© 211J -0.01未注1.6軸線直線度為$&#

4、176;.01鍵槽27。7 _0.03IT73.2鍵槽5707 _0.03IT73.2表二、工藝規(guī)程設計2.1 確定毛坯的制造形式階梯軸材料為40Cr鋼，要求強度較高，且工件的形狀比較簡單，毛坯精度低，加工余 量大，因年產(chǎn)5000件，所以達到批量生產(chǎn)水平。綜上考慮，采用鍛件，其鍛造方法為模 鍛，毛坯的尺寸精度要求為IT12以下。2.2 定位基準的選擇正確的選擇定位基準是設計工藝過程中的一項重要的內(nèi)容，也是保證加工精度的關鍵，定位基準分為精基準和粗基準，以下為定位基準的選擇。粗基準的選擇。(1) 粗基準的選擇應能保證加工面和非加工面之間的位置精度，合理分配各加工面的余量，為后續(xù)工序 提供精基準。

5、所以為了便于定位、裝夾和加工，可選軸的外圓表面為定位基準，或用外圓 表面和頂尖孔共同作為定位基準。用外圓表面定位時，因基準面加工和工作裝夾都比較方 便，一般用卡盤裝夾。為了保證重要表面的粗加工余量小而均勻，應選該表面為粗基準， 并且要保證工件加工面和其他不加工表面之間的位置精度。按照粗基準的選擇原則，選擇 次要加工表面為粗基準。又考慮到階梯軸的工藝特點，所以選擇© 30的外圓及一端面為粗基準。(2) 精基準的選擇根據(jù)軸的技術要求，軸的中心線為設計基準，也是測量基準，按照基準重合原則及加工要求，應選軸心線及一端面為精基準，其他各面都能以此為定位，從而也體現(xiàn)了基準 統(tǒng)一的原則。2.3 擬

6、定軸的工藝路線零件表面加工方法的選擇本零件的加工面有外圓、端面、鍵槽等，材料為40Cr，參考有關資料，加工方法選擇如下：°30外圓面：為未注公差尺寸，表面粗糙度為Ra12.5卩m需進行粗車、半精車。240.012-0.001外圓面：公差等級為IT8，表面粗糙度為Ra1.6卩m需進行粗車、半精車、精車。22.50.00550.0055外圓面：公差等級為IT6，表面粗糙度為Ra1.6m需進行粗車、半精車、精車、粗磨、精磨。端面：本零件端面為回轉體端面，尺寸精度都要求不高，表面粗糙度為Ra3.2卩m需進行粗車、半精車。鍵槽：槽寬公差等級為IT7，槽深公差等級未注，表面粗糙度為Ra3.2卩m

7、需采用三面刃銑刀，粗銑、半精銑工藝順序的安排(一) 機械加工工序(1) 遵循先基準平面后其他的原則：機械加工工藝安排是總是先加工好定位基準面， 所以應先安排為后續(xù)工序準備好定為基準。先加工精基準面，鉆中心孔及車表面的外圓。(2) 遵循先粗后精的原則：先安排粗加工工序，后安排精加工工序。先安排精度要 求較高的各主要表面，后安排精加工。(3) 遵循先主后次的原則：先加工主要表面，如車外圓各個表面，端面等。后加工次 要表面，如銑鍵槽等。(4) 遵循外后內(nèi)，先大后小原則：先加工外圓再以外圓定位加工內(nèi)孔，加工階梯外 圓時先加工直徑較大的后加工直徑小的外圓。(5) 次要表面的加工：鍵槽等次要表面的加工通常

8、安排在外圓精車或粗磨之后，精磨外圓之前(6)對于軸右端及中間軸段二2.5蠱055加工質量要求較高的表面，安排在后面，并在 前幾道工序中注意形位公差，在加工過程中不斷調整、保證其形位公差(7) 按照先面后孔的原則：先加工端面，再銑鍵槽。(二) 熱處理工序的安排在切削加工前宜安排正火處理，能提高改善軸的硬度，消除毛坯的內(nèi)應力，改善其 切削性能。在粗加工后進行調質處理，能提高軸的綜合性能。最終熱處理安排在半精車之 后磨削加工之前。其能提高材料強度、表面硬度和耐磨性。在精加工之前安排表面淬火， 這樣可以糾正因淬火引起的局部變形，提高表面耐磨性。（三）輔助工序的安排在粗加工和熱處理后，安排校直工序。在半

9、精車加工之后安排去毛刺和中間檢驗工序。 在精加工之后安排去毛刺、清洗和終檢工序。綜上所述，該軸的工序安排順序為：下料一一鍛造一一預備熱處理。該軸的加工工序：車端面 粗車 調質 半精車 精車 車端面 銑鍵槽一一淬火一一磨外圓一一精磨一一檢驗。233加工階段的劃分該軸精度要求較高，其加工階段可劃分為粗加工、半精加工、精加工階段。1在粗加工階段，粗車外圓，以高生產(chǎn)效率去除毛坯余量。2、在半精加工階段，對外圓進行半精車，銑鍵槽等，減小粗加工中留下的誤差，使 加工面達到一定的精度，為精加工做好準備。1書.0055 土卅03、 精加工階段,922-5j）0055、30、21 -0.01外圓面表面粗糙度要求

10、為Ra1.6卩m對其0.0055進行精車以達到要求。而對于22.5亠0055外圓面其公差等級為 IT6，表面粗糙度要求為Ra1.6n安排粗磨、精磨。確定工藝路線根據(jù)以上的加工工藝過程的分析確定零件的工藝路線如表二工序號工序名稱工序內(nèi)容10模鍛毛坯鍛造加工20熱處理正火30車端面車斷頭及端面保證端面尺寸，鉆中心孔；調頭車另一端面，鉆 中心孔；40粗車粗車軸段3外圓，以其端面為基準面，依次粗車軸段 1、2外 圓；調頭再以軸段3右端面為基準粗車軸段4、5;粗車各退 刀槽50熱處理調質60半精車以軸段3外圓為基準依次半精車軸段1、2外圓；半精車槽深0.5的2個；調頭再以軸段3外圓為基準半精車軸段4、5

11、外 圓；半精車槽深0.5。70精車用調整法找正以頂尖中心線為基準精車軸段1;精車軸段2;調頭精車軸段4;精車軸段5；80車端面車端面保持長122；倒角1X45調頭車另一端面保持全長120；倒角1X45度，車槽深0.390粗銑鍵槽銑兩個寬為7的鍵槽100半精銑鍵槽半精銑兩個鍵槽110熱處理表面淬火120粗磨粗磨軸段1;調頭粗磨軸段4130精磨精磨軸段4;調頭精磨軸段1140檢驗表二2.4加工工序的設計加工余量的確定加工余量見表三加工表面工序名稱工序余量工序尺寸精度等級軸段3粗車430IT11軸段1、4外圓面半精磨0.1 22.5(+0.0055,-0.0055 )IT6粗磨0.2522.6 (0

12、, -0.018 )IT7精車0.2522.85 (0, -0.027 )IT8半精車2.223.1 (0, -0.043 )IT9粗車8.725.3 (0, -0.11 )IT11軸段2外圓精車0.3 24 ( +0.012 , +0.001 )IT8面半精車1.524.3 (0，-0.043 )IT9粗車8.225.8 (0，-0.11 )IT11軸段5外圓面精車0.3 21(0,-0.01)IT8半精車1.5 21.3(0,-0.043)IT9粗車8.2 22.8(0,-0.011)IT11鍵槽半精銑1.57.5 (0，-0.03 )IT7粗銑69 (0，-0.075 )IT11表三24

13、2毛坯尺寸及公差等級由工藝人員手冊可查得鍛件單邊余量厚度方向1.5-2mm,取2mn,水平方向為,取2.5mm.鍛件質量小于1kg，長度等于120mm取其上偏差+0.17mm下偏差-0.08mm。鍛件厚度尺寸小于40mm取其上偏差+0.12mm下偏差-0.04mm。B/H<1,故取起偏角為5度。則鍛件毛坯長度尺寸為124 j：08mm，直徑尺寸為344 mm。根據(jù)零件圖各部分的加工精度要求，鍛件的尺寸公差等級為 8-12級，加工余量等級為普通級，故取IT=12級。毛坯圖的繪制根據(jù)零件圖可知該軸各加工表面的粗糙度至少為12.5卩m綜上，鍛件毛坯圖如下所示。00 4一H(AATH1MU12.

14、5確定切削用量及基本工時確定切削用量的原則：首先應選取盡可能大的背吃刀量，其次在機床動力和剛度允許的 條件下，又滿足以加工表面粗糙度的情況下，選取盡可能大的進給量。最后根據(jù)公式確定 最佳切削速度。1) 工序30,粗車軸的左右端面該工序為兩個工步，工步1是以左邊定位。粗車右端面；工步 2是以右邊定位，粗車左 端面。由于這兩個工步是在一臺機床上經(jīng)一次走刀加工完成的，故其選用的切削用量相同。 背吃刀量的確定：根據(jù)加工余量，工步1和工步2的背吃刀量都為0.5mm 進給量的確定：本設計采用的是硬質合金車刀，工件材料是40Cr,查表取進給量f = 0.5mm/r 切削速度的計算：硬質合金車刀切削40Cr時

15、，取切削速度V為50m/min,根據(jù)公式n =1000vd，可得車 床轉速 n=1000X 50/ (二 X 34) r/min=663r/min，查表 CA6140的主軸轉速范圍為 101400, 14001580 (r/min )，符合要求。2) 工序40粗車及工序60半精車 該工序為工步1粗車和工步2半精車，則背吃刀量依次為ap1=z=8.2mm ap2=z=2.2mm 查表得 粗車 f1=0.81mm/r，取 Vc為 60m/min，則 n=796r/min 半精車取 f2=0.4mm/r，Vc為 90m/min，則 n=1194r/min (n=1000Vc/ 二 d)3) 工序40

16、、60的過渡面部分粗車一一半精車尺寸為© 30的軸肩兩端面粗車軸段2和軸段1的過渡端面，其切削用量和上述結論類似，不再計算4) 工序90、100粗銑及半精銑鍵槽粗銑 取 f=2mm/r Vc=60m/min n=118 r/min半精銑取 f=0.8mm/r Vc=74m/min n=200 r/min5) 工序120、130粗磨、精磨加工軸段1、4外圓面查表取粗磨、精磨深度進給量為分別為0.032mm 0.008mm工件的運動速度為 15m/mi n，18m/mi n背吃刀量等于磨削余量0.25mm及0.1mm6) 其余工序 粗車加工時，取f=0.81mm/r Vc=60m/min

17、 半精車加工時，取 f=0.51mm/r Vc=90m/min 精加工時，取f=0.2mm/r Vc=120m/min 皆符合要求。三、機床設備的選用3.1各工序所用機床、夾具、刀具、量具和輔具(表四，表五)機侏雖大加工 直徑x加 工長度主軸轉 速（轉旳）力口工質墾主電機功率 KW不凰柱 度不平度普通車床C«132320X30040-12000 010.01o.aisnga4CAj6140400Xfi5DlOlSOO0 01-U100O.D15J200護?.5CM61-4O400X50010-14000 005.1；150001/2000/ V7.5機侏星犬鮎孔 直徑主鈾行捱主軸轉速

18、題數(shù)主軸轉鹿C轉/分、主電機功車室式鉆澤Z518131506310-29751Z5252517599713602.3搖臂鉆床Z35503501S34-17005.5Z37754502211.2-14007.5機床堀大刨W 低度工作臺工作面 積毎分鉀滑杭往復 次數(shù)母往復行程工作臺 水平迸紿量主電機功率牛頭刨P>650500頂面：455X/I05側面:435 X33511-1306 辺 035-2.134B665650側面：650X0頁皺12,5*72.7100 33-3 333星大鋰孔 直徑主軸轉速 （轉刪加工質量不圓柱度端面不平度栢桶度甘式俚床T617240131160am0 02T68

19、24020-10000 02/3000 02/300護蓿密臣卜鋰 憐 T6462408*1036 ,1001立式金剛鏗 T716165-19600a.oi0.01夕F圓J君床M131磨削直桎S-3151CWa.oo3O.OOflD.2/ V內(nèi)園聘床M2120磨孔直徑50200磨孔探度120-160）口".5J200爭平面君侏 M7730K虐創(chuàng)面積長X 寬 1000X300不平度0 015/100口 V V無£、磨床M1040駐削直徑2*40膺削寬度140楠畫度0.002不圓柱度0.004床工作臺工作面 積長K寬工作合量大行程 縱苛昶橫向K垂直主錨轉連 C轉吩7主電機功率 C

20、 KW>臥式惟侏X60800X20050口 X 160X30050-22403臥式槪床1250X320700X255X36030-15007.5立式詵床 X52K1250X320兀 0X255X37030-15007,5萬酯槪床X62W1250X320700X255X37030-15007.5機床額定扌立力（噸）最大行程滑枕訂程速度 工作（米，井）逅回（米并）主電機功率C KW>乂式內(nèi)拉床L5120201201.5*137*2014臥式內(nèi)拉床LdllO口12502-11L4-2517臥式內(nèi)拉床L612010160015-1172022表四3T5S-6 帛用呈具及規(guī)格星.具屯稱用逢備

21、注三用游標卡尺用于測基工件的: 內(nèi)錘 外徑 長度擁度公稱規(guī)狷主參勤測星范圍讀數(shù)值125x0.050-1250.Q5125x0.02-1250.02150XQ 050-150o3s150X0 D2£-1500 02二用游標卡尺幣千測垠Tf半的-200X0 0302000.05內(nèi)徑 夕卜徑200 X 0.02-2000.02300XQ.DS-3000.05300X0 D20-3000 0220DXD.05CK2000.05200X0.D20-2000 300X0.051-3000.Q513度游標卡尺rH昏 1 .lTpnJiKiJat-iazet_TTw證劃緩300X0.D20-3000

22、 02500X0,105000.1500X0 050-5000.05500X002OU-5000.02侏度游標卡尺用于iWJ星工件的： 洽密灤度 孑捕采200X0 050-2000.05200X0.02D-2D0Q.Q2300X0 05&-3000.05300X0.02&-3000.02口 1円冃展尿戶r匕h<= 似尺寸00X0 0503000.Q550QXQ.020-5000 02外徑千分尺用于測星桔密垂件的夕卜徑、厚 度或長度0-2525-50-2L50.0125-30obi50-755015Q.0175-10075-1000.01i00-125100-1250.01

23、125175125-1750-01杠桿干分尺025xC.DD2“250.002用于測呈工件的髙精度外徑“0-25X0.0010250.001厚度、匡度及枝對一展星具2550X0.002215500.0D225-50X0 00125500.001內(nèi)徑千分尺用于測星栢密垂件的內(nèi)徑或河 榕的肉側直尺寸50*17550-1750.015025050-2500 015057550575CL01500050-000 0175-17575-1750.0175*57575-5750 01二爪內(nèi)徑千外 尺用于1HH埠t精度較iSj的內(nèi)fflll尺寸規(guī)格11-20讀數(shù)值0005慄度千分尺用于測星工件的溝摑“孔的淬

24、 度和臺肋高度或類似尺寸01000150 1 Q肓壁厚干分尺用于測是高精杳度管.套謹奉 件的聖后尺寸025001板科厚千分尺用于測雖蒂率極磁看f?；驌Q料 的序度尺寸0-25 01百分表測量工件的幾何形狀和相互位 旨的正確性艮位穆墾”并可用 比較（去測雖 工 件的尺寸30-5 0-100 01千分表采用比較測量法或絕對測雖法 iRdSra桔度勇忡的幾何形秋和 相互位置的正確性段位移量CM 020 001 0 Q05杠桿百分廳 杠桿千分表用于測星工件的幾何寒扶淚菱 和相直位養(yǎng)的正確性.恃別造 于剛墾奏空間限制的工f半如內(nèi) 孔跳動星、犍憎' 導孰的不亙 厘、*目對位宜的正確性等公廊規(guī)格WSf

25、B 圍i實數(shù)但±0 4X0 010-0.80.01內(nèi)徑百特表 讀數(shù)值：0 01采用比較洼測星工件的內(nèi)徑及 其幾何瑋狀的正踴性和位移呈公稱規(guī)梅測星苗囤測孔深度10-181835 込5050100 100-160 16025010-18183535-50 50100 100-160 160-25070<30<100150<200表五3.2機床設備的選用由以上的表四、五，結合零件軸的生產(chǎn)類型為大批量生產(chǎn)，可以選用較高效率的專用機床和自動機床。根據(jù)該軸尺寸的大小要求，選用數(shù)控車床CK6140外圓磨床M1432銑床 X0833.3機床夾具設計1） 刀具選擇因為該傳動軸為階梯軸

26、，所以選用 90度角外圓車刀（車臺階）材料為 YT15, 45°刀（倒角）和切槽刀（切槽）。2） 量具選擇因為該軸最大長度為124,所以選用量程0-200，精度0.05游標卡尺。 各工序具體所用工藝設備見下表工序號機床設備刀具量具10游標卡尺2030CK614090°刀游標卡尺40CK614090°刀游標卡尺5060CK614090°刀游標卡尺70CK614090°刀游標卡尺80CK614090°刀游標卡尺90銑床X083銑刀游標卡尺100銑床X083銑刀游標卡尺110120M1432砂輪130M1432砂輪140游標卡尺3）夾具選擇

27、機床夾具的作用及分類： 保證加工精度 夾具可準確確定工件、刀具和機床之間的 相對位置，可以保證加工精度。 提高生產(chǎn)效率 夾具可快速地將工件定位和夾緊，減 少輔助時間。減輕勞動強度 采用機械、氣動、液壓等夾緊機構，可以減輕工人的勞 動強度。 擴大機床的工藝范圍 采用機床夾具可使機床的加工范圍擴大。機床夾具按 使用范圍分為：通用夾具、專用夾具、組合夾具。以工序40選擇夾具，根據(jù)零件的功用、特點及材料，可選擇三爪卡盤進行零件的夾 緊，定位基準選軸的一個端面，定位元件選擇浮動頂尖即可定位。機械加工工藝過程卡片產(chǎn)品型號零件圖 號產(chǎn)品名 稱階梯軸零件名 稱階梯軸共1頁第1頁材料牌號Cr40毛坯種類鍛件毛坯外形尺寸124x034每毛坯件數(shù)1每臺件數(shù)1工序號工序名 稱工序內(nèi)容車間工段設備工藝裝備工時準終單件10模鍛毛坯鍛造加工游標卡尺20熱處理正火30車端面車端面鉆中心孔，掉頭另一