1、设计输出轴零件的机械加工工艺规程及钻1020孔工序的专用夹具机械制造技术课程设计说明书设计题目：设计输出轴零件的机械加工工艺规程及钻1020孔工序的专用夹具姓 名：X 宗 成 学 号：140212107班 级:机电141 指导教师:程雪利 XX机电高等专科学校2016年11月11日第1章 零件分析1.1 零件作用分析题目所给定的零件为输出轴，如图1-1所示，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。1.2 零件工艺分析从图1-1上看，该零件是典型的轴类零件，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、
2、104的内圆柱表面，10个20的通孔，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,键槽对图1-1零件图第2章 确定毛坯、画毛坯零件合图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
3、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。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，毛坯的制造方法主要有以下几种：1、型材2、锻造3、铸造4、焊接5、其他毛坯。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229HBS。零件-毛坯图如图2-1。图2-1 零件-毛坯图第3章 工艺规程设计3.1
4、定位基准的选择工件在加工第一道或最初几道工序时，一般选毛坯上未加工的表面作为定位基准，这个是粗基准，该零件选用55外圆柱面作为粗基准来加工176外圆柱面和右端面。以上选择符合粗基准的选择原则中的余量最小原则、便于装夹原则，在以后的工序中，则使用经过加工的表面作为定位基准，176的外圆柱面和右端面作为定位基准，这个基准就是精基准。在选精基准时采用有基准重合，基准统一。这样定位比较简单可靠，为以后加工重要表面做好准备。3.2 制定工艺路线市场经济的前提下，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
5、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。同样在该零件的加工方法的选择中，我们考虑了工件的具体情况，一般我们按加工顺序来阐述加工方案：加工表面 表面粗糙度 公差/精度等级 加工方法176外圆柱面 Ra6.3 自由公差 粗车-半精车55外圆柱表面 Ra1.6 IT6 粗车-半精车-精车60外圆柱面 Ra0.8 IT6 粗车-半精车-精车65外圆柱面 Ra1.6 IT6 粗车-半精车-精车75外圆柱面 Ra0.8 IT6 粗车-半精车-精车50内圆柱面 Ra6.3 自由公差 粗铣80孔 Ra3.2 IT
6、7 钻孔-车孔-铰孔104孔 Ra6.3 自由公差 钻孔-车孔20通孔 Ra3.2 IT7 钻孔-铰孔左端 Ra6.3 粗车右端面 Ra1.6 粗车-精车键槽 Ra3.2 IT9 粗铣-精铣倒角 Ra6.33.2.2加工顺序的安排一、 工序的安排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
7、余量，并为后续工序提供精基准，如加工176、55、60、65、75外圆柱表面。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，如55、60、65、75外圆柱面，80、20孔等。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。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
8、出来。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。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。二、 工序划分的确定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
9、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。三、热处理工序的安排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
10、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X在840温度中保持30分钟释放应力。四、拟定加工工艺路线根据以上各个零部件的分析以及加工工艺确定的基本原则，可以初步确定加工工艺路线，具体方案如下：05备料锻造毛坯10热处理退火15铣夹80圆柱面，铣左右两端端面，使其总长为244，同时打中心孔20车粗车，半精车左端55，60，65，75四个圆柱面及台阶面，留精车余量25车夹75圆柱面，车180外圆面，车右端台阶面留精车余量30热处理调质35车夹75圆柱面修中心孔。40车夹176的圆柱面，精车55，60，65，75四个圆柱面及台阶面。45
11、车专用夹具，夹75圆柱面精车80内圆柱面并倒角50钻钻，扩，铰10*20的孔55磨夹两端中心孔，磨左端55，60，65，75四个圆柱面60铣铣键槽65钻2*8的孔70去毛刺75检验80入库五、加工路线的确定确定刀具走刀路线主要是提高生产效率，正确的加工工艺程序，在确定走刀路线时主要考虑以下几个方面：1、应能保证零件的加工精度和表面粗糙度2、应使走刀路线最短，减少刀具空行程时间，提高加工效率3、应使数值计算简单，程序段数量少，以减少编程工作量3.3 选择加工设备及刀、夹、量具工序20，25采用CA6140普通卧式车床。车床的参数如下：加工最大直径：在床身上250mm；在刀架上140mm；加工最大
12、长度350mm；主轴转速X围10r/min1400r/min；最大横向行程650mm；最大回转角度60；进给量0.8mm/r1.95mm/r、纵向0.8mm/r1.95mm/r、横向0.04mm/r0.79mm/r；横向移动量15mm；主电机功率7.5KW。工序35,40,45采用数控车床CK6108A。车床参数如下：8工位电动转塔刀架，可实现自动换刀，数控装置：FANUCOI，最大加工直径80mm，主轴转速X围50r/min5000r/min，主轴孔径26mm，主轴电机功率1.1KW，溜板最大行程：横向100mm，纵向200mm；刀架快移速度：横向5m/min，纵向5m/min。控制轴数3，
13、联动轴数2。工序60采用X52K。铣床的参数如下：主轴端面至工作台的距离30H/mm400H/mm；主轴轴线至床身垂直导轨距离450L/mm；工作台至床身垂直导轨距离50L/mm370L/mm；主轴孔径29mm、主轴孔锥度7:24；刀杆直径3250mm；立铣头最大回转角度45；主轴转速30r/min1500r/min；主轴轴向移动量85mm；工作台尺寸500mm125mm；工作台进给量：纵向23.5mm1180mm、横向15mm789mm、升降8mm394mm；工作台快速移动量：纵向2300mm 横向1540mm 升降770mm；主电动机功率10KW。工序50，65采用立式钻床Z525。立式钻
14、床的参数如下：最大钻孔直径25mm。主轴端面至工作台距离0700H/mm，主轴行程175密码，主轴转速X围97r/mm1360r/mm，进给量X围0.1mm/r0.81mm/r，主轴最大扭矩245.25NM，最大进给力8829N，工作台行程325mm尺寸500mm375mm，主电机功率2.8KW。工序55采用外圆磨床MQ1350。外圆磨床的参数如下：磨削工件直径500mm；用中心架时磨削工件直径25mm200mm；磨削工件最大长度1400mm、2000mm、2800mm；磨削工件最大质量1000KG；头架主轴转速18r/min、36r/min、50r/min、70r/min、100r/min、
15、140r/min；砂轮最大移动量250mm；砂轮快速移动量100mm；砂轮尺寸（外径宽内径）550750mm75mm305mm；砂轮转速890r/min1000r/min；工作台最大移动量1450mm、2100mm、2950mm；工作台最大移动速度0.1m/min2.5m/min；砂轮电动机功率13KW；头架电动机功率3KW。由于刀具材料的切削性能直接影响着生产率，工件的加工精度，已加工表面质量，刀具的磨损和加工成本，所以正确的选择刀具材料是加工工艺的一个重要部分，刀具应具有高刚度，足够的强度和韧度，高耐磨性，良好的导热性，良好的工艺性和经济性，抗粘接性，化学稳定性。由于零件材料为45钢，推荐
16、用硬质合金中的YT15类刀具，因为加工该类零件时摩擦严重,切削温度高,而YT类硬质合金具有较高的硬度和耐磨性,尤其具有高的耐热性,在高速切削钢料时刀具磨损小寿命长,所以加工45钢这种材料时采用硬质合金的刀具。1车外圆柱面：刀具号为T0101，90可转位车刀，。2精车，精车外圆柱面：刀具号为T0202，75可转位车刀。 3钻头：高速钢刀具,刀具号为T0303，直径为18mm。扩孔直柄扩孔钻,刀具号为T0404，直径为19.8mm铰孔 直柄机用铰刀,刀具号为T0505，直径为20mm。4孔车刀：刀具号为T0606，93内孔车刀。5铣刀 平面铣刀选用圆柱形铣刀,刀具号T0707，刀具直径50mm；粗
17、铣键槽选直柄键槽铣刀,刀具号为T0808，直径15.6mm。精铣键槽选直柄键槽铣刀,刀具号为T0909，直径16mm。选择夹具（1）车削之类工序选择三爪自定心卡盘和顶尖式心轴（2）铣削和钻孔选择专用夹具V形块 /T 8018.1-1999固定V形块 /T 8018.2-1999活动V形块 /T 8018.4-1999圆形对刀块 /T 8031.1-1999方形对刀块 /T 8031.2-1999（3）磨床工序选着导磁块。（4）铰孔钻孔工序选着回转式钻模（5）其他工序选着通用夹具。3.3.4量具的选择选择量具（1）读数值0.01、测量X围010的百分表，公称规格010。（2）读数值0.01、测量
18、X围50100的内径百分表，公称规格50100。（3）读数值0.02、测量X围0150三用游标卡尺，公称规格1500.02。（4）读数值0.02、测量X围0200两用游标卡尺，公称规格2000.02。（5）读数值0.02、测量X围0300深度游标卡尺，公称规格3000.02。（6）读数值0.01、测量X围5075的外径千分尺，公称规格5075。（7）读数值0.01、测量X围50175的内径千分尺，公称规格50175。3.4加工工序设计以选粗车55外圆工序为例，已知加工材料45钢，机床为普通卧式车床CA6140。工件装卡在三爪自定心卡盘中。确定粗车外圆55的切削用量。所选刀具为YT5硬质合金90
19、可转位车刀，查表可得刀杆尺寸为BH=16mm25mm，刀片厚4.5mm。车床中心高200mm。1确定背吃刀量ap。确定双边余量为5mm，故ap=5/2=2.5mm。2确定进给量f。查阅“查表法确定切削用量”对应刀具相关数据后，查得f=0.5mm/r。3选择车床磨钝标准及耐用度。查表可得，车刀后刀面最大磨损量为1mm，车刀耐用度T=30min。确定切削速度和主轴转速如下： 粗车内外圆柱面的切削速度和主轴转速选择55外圆柱面的切削速度计算和主轴转速选择查表2-15（P75）得ap=2.5mm；vc取50-70m/min取50m/min，f=0.3-0.6mm/r取f=0.5mm/r计算n=1000
20、vc/d=1000*50/（3.1455）=289.5 r/min。查卧式车床转速表可得：n取n=320r/min。故实际切削速度vc=nd/1000=55.3m/min。同理可得60外圆柱面的切削速度vc=nd/1000=60.3m/min和主轴转速n=320r/min。同理可得65外圆柱面的切削速度vc=65.3m/min和主轴转速n=320r/min同理可得75外圆柱面的切削速度vc=58.9m/min和主轴转速n=250r/min。176外圆柱面的切削速度计算和主轴转速选择查表2-15（P75）得ap=0.8mm；vc取80-100m/min取90m/min，f=0.08-0.3mm/
21、r取f=0.1mm/r计算n=1000vc/d=1000*90/（3.14176）=162.9r/min。查卧式车床转速表可得：n取n=160r/min。故实际切削速度vc=nd/1000=88.4m/min精车、半精车外圆柱面的切削速度和主轴转速选择55外圆柱面的切削速度计算和主轴转速选择查表2-15（P75）得ap=0.8mm；vc取80-110m/min取100m/min，f=0.08-0.3mm/r取f=0.1mm/r计算n=1000vc/d=1000*100/（3.1455）=579.0r/min。查卧式车床转速表可得：n取n=600r/min。故实际切削速度vc=nd/1000=1
22、04m/min60外圆柱面的切削速度计算和主轴转速选择查表2-15（P75）得ap=0.8mm；vc取80-110m/min取90m/min，f=0.08-0.3mm/r取f=0.1mm/r计算n=1000vc/d=1000*90/（3.1460）=477.7r/min。查卧式车床转速表可得：n取n=500r/min。故实际切削速度vc=nd/1000=94.2m/min同理可得65外圆柱面的切削速度vc=91.8m/min和主轴转速n=450r/min。同理可得75外圆柱面的切削速度vc=94.2m/min和主轴转速n=400r/min。同理可得80内圆柱面的切削速度vc=113m/min和
23、主轴转速n=450r/min。 粗车内圆柱面的切削速度计算和主轴转速选择50内圆柱面的切削速度计算和主轴转速选择查表2-15（P75）得ap=2.5mm；vc取50-70m/min取60m/min，f=0.3-0.6mm/r取f=0.5mm/r计算n=1000vc/d=1000*60/（3.1450）=382.2r/min。查卧式车床转速表可得：n取n=400r/min。故实际切削速度vc=nd/1000=62.8m/min同理可得80内圆柱面的切削速度vc=62.8m/min和主轴转速n=250r/min同理可得104内圆柱面的切削速度vc=65.3m/min和主轴转速n=200r/min半
24、粗车80内圆柱面的切削速度计算和主轴转速选择查表2-15（P75）得ap=1.5mm；vc取80-110m/min取90m/min，f=0.08-0.3mm/r取f=0.1mm/r计算n=1000vc/d=1000*90/（3.1480）=358.3r/min。查卧式车床转速表可得：n取n=400r/min。故实际切削速度vc=nd/1000=100m/min 铣刀的铣削速度计算和主轴转速选择查表可得铣削速度vc=d0n/1000平面铣削查表立式铣床主轴转速可得X52K的主轴转速可选为600r/min，查表可得圆柱形铣刀直径d0=50mm，代入公式计算可得粗铣键槽铣削速度vc=94.2m/mi
25、n粗铣键槽查表立式铣床主轴转速可得X52K的主轴转速可选为950r/min，查表可得整体硬质合金直柄立铣刀直径d0=8mm，代入公式计算可得粗铣键槽铣削速度vc=23.9 m/min精铣键槽查表立式铣床主轴转速可得X52K的主轴转速可选为1500/min，查表可得整体硬质合金直柄立铣刀直径d0=8mm，代入公式计算可得粗铣键槽铣削速度vc=37.7 m/min磨削速度的计算及主轴转速选择查表可得公式为v=d0n/60000，其中v指磨削时砂轮圆周速度、d0代表砂轮直径、n代表砂轮转速，查机床参数表可得MQ1350磨床的参数d0=600mm，n=900r/min，代入公式可得v=28.26m/s
26、故莫削速度v=28.26m/s，磨床主轴转速n=900r/min。加工通孔20钻孔：钻19.8的底孔：查表可得f=0.330.38mm/r，取f=0.36mm/r；Vc=0.961.13m/s取Vc=1m/s，取ap=6mm，故n=1000Vc/d=100060/（3.1419.8）=965.1r/min查表Z525机床参数可得：n=960r/min，故实际切削速度Vc=dn/1000=9603.1419.8/1000=59.7r/min。铰孔查表可得f=0.30.65mm/r，取f=0.4mm/r；Vc=0.3830.833m/s取Vc=0.6m/s，取ap=0.1mm，故n=1000Vc/
27、d=10000.660/（3.1420）=573r/min查表Z525机床参数可得：n=545r/min，故实际切削速度Vc=dn/1000=5453.1420/1000=34.2r/min。加工余量，工序尺寸，及其公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如下：1 外圆柱面176工序名称 工序余量 工序公差 工序尺寸公差 表面粗糙度粗车 5 IT12 176 6.3毛坯 180 12.52 外圆柱面55工序名称 工序余量 工序公差 工序尺寸公差
28、 表面粗糙度精车 1.0 IT6 55 1.6半精车 1.1 IT10 55.2 3.2粗车 15 IT12 55.7 6.3毛坯 17.1 70 3 外圆柱面60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 60.2 3.2粗车 10 IT12 60.7 6.3毛坯 12.1 70 4 外圆柱面65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 65.2 3.2粗车 5 IT12 65.76.3毛坯 7.5 70 5 外圆柱面75工序名称 工序余量 工序公差
29、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 75.2 3.2毛坯 7.5 80 6 内圆柱面80 工序名称 工序余量 工序公差 工序尺寸公差 表面粗糙度车孔 47 IT12 77 6.3钻孔 30 IT12 30 6.37 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 6.38 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 15.6 3.23.5时间定额计算（1）确定粗车外圆55.7mm的
30、基本时间。查表可得车外圆基本时间公式为：tj=i(l+l1+l2)/fn。确定各项数据分别为L=80 L1=2 L2=0 f=0.5mm/r n=5.33r/s i=1。代入公式计算可得tj=30.77s。（2）确定粗车外圆60.7mm的基本时间。查表可得车外圆基本时间公式：tj=i(l+l1+l2)/fn。确定各项数据分别为L=22 L1=2 L2=0 f=0.5mm/r n=5.33r/s i=1。代入公式计算可得tj=9s。（3）确定粗车外圆65.7mm的基本时间。查表可得车外圆基本时间公式：tj=i(l+l1+l2)/fn。确定各项数据分别为L=25 L1=2 L2=0 f=0.5mm/r n=4.17r/s i=1。代入公式计算可得tj=10.13s。3.6 填写机械加工工艺过程卡和机械加工工序卡机械加工工艺过程卡和机械加工工序卡均参见附页第4章 钻1020孔工序专用夹具设计4.1工件自由度分析及定位方案的确定该孔的加工工序需要的定位表面均已经加工完成，本工序需要保证尺寸包括孔距75外圆中心轴的尺寸为140和孔中心线对中心轴位置度为0.03，且孔轴线需垂直于端面。需限制的自由度包括X直线方向与转动方向自由度，以及Y轴直线方向以及转动方向自由度。1、定位方案一：176端面和80内孔圆柱销定位。
