1 課程設(shè)計 芯軸零件 機械加工工藝及夾具設(shè)計 學(xué)生姓名 曹 光 宇 學(xué)生學(xué)號 0930120127 院 院系 機械設(shè)計與制造 年級專業(yè) 09 機設(shè) 1 班 指導(dǎo)教師 陶福春 二 一一年十二月 2 目 錄 序 言 2 1 零件的分析 3 1 1 零件的作用 3 1 2 零件的工藝分析 3 2 工藝規(guī)程的設(shè)計 4 2 1 確定毛坯的制造形式 4 2 2 基準(zhǔn)的選擇 4 2 2 1 粗基準(zhǔn)的選擇 4 2 2 2 精基準(zhǔn)的選擇 4 2 3 工藝路線的擬定 4 2 4 機械加工余量 工序尺寸及毛坯尺寸的確定 5 2 5 確定切削用量及基本工時 6 3 夾具設(shè)計 12 3 1 問題的提出 12 3 2 夾具設(shè)計 12 3 2 1 定位裝置的選擇 12 3 2 2 夾緊裝置的選擇 13 3 2 3 定位誤差分析 14 3 2 4 夾具設(shè)計及操作的簡要說明 14 參考文獻(xiàn) 15 3 序 言 機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計是我們在學(xué)完了大學(xué)的全部基礎(chǔ)課 專業(yè)基礎(chǔ) 課以及專業(yè)課后進行的 這是我們在進行畢業(yè)設(shè)計之前對所學(xué)的各科課程一次 深入的綜合性總復(fù)習(xí) 也是一次理論聯(lián)系實際的訓(xùn)練 因此 他在我們的大學(xué) 四年生活中占有重要的地位 就我個人而言 我希望通過這次課程設(shè)計對自己未來將從事的工作進一步 適應(yīng)性的訓(xùn)練 希望自己在設(shè)計中能鍛煉自己的分析問題 解決問題 查資料 的能力 為以后的工作打下良好的基礎(chǔ) 由于能力有限 設(shè)計尚有很多不足之處 希望各位老師給予指導(dǎo) 4 1 零件的分析 1 1 零件的作用 軸類零件是常見的典型零件之一 按軸類零件結(jié)構(gòu)形式不同 一般可分為 光軸 階梯軸和異形軸三類 或分為實心軸 空心軸等 它們在機器中用來支 承齒輪 帶輪等傳動零件 以傳遞轉(zhuǎn)矩或運動 題目所給的零件是芯軸 它屬于軸類零件 由圓柱面 軸肩 螺紋孔 槽等組成 軸肩一般用來確 定安裝在軸上零件的軸向位置 各環(huán)槽的作用是使零件裝配時有一個正確的位 置 并使加工中磨削外圓或車螺紋時退刀方便 槽用于安裝鍵 以傳遞轉(zhuǎn)矩 螺紋用于安裝各種鎖緊螺母和調(diào)整螺母 1 2 零件的工藝分析 芯軸主要有三組加工表面 它們相互之間都有一定的位置要求 現(xiàn)分述如 下 1 主要是 35 為主的外圓加工表面 這一組加工表面包括 一個 35 外圓及端面 40 外圓 還有 1 7x 33 的槽 2 主要是 90 凹槽的加工表面 這一組加工表面主要通過角度銑刀來加工 90 凹槽 3 主要是 77 外圓 端面的加工表面 這一組加工表面主要是車 77 外圓 53 深 5 的槽 同時還要對其攻螺 紋 M8 RCI 8 共 5 個 深 21 這三組加工表面之間都有一定的位置要求 主要是加工順序的安排 三組 加工面應(yīng)該依次加工 這樣有利于裝夾 同時能夠很好的保證零件的加工質(zhì)量 提高零件的加工精度 由以上的分析可知 對于三組加工面而言 可以先加工第一組加工面 然 后借于專用夾具加工另外的表面 并且保證他們之間的位置精度要求 5 2 工藝規(guī)程的設(shè)計 2 1 確定毛坯的制造形式 該芯軸零件材料應(yīng)該選 45 鋼 因其屬于一般的軸類零件 故選 45 鋼可滿 足其要求 該芯軸零件屬于中 小傳動軸 并且各外圓直徑尺寸相差不大 故選擇 85 的熱軋圓鋼棒料作毛坯 這對于提高生產(chǎn)率 保證零件加工質(zhì)量也是有利 的 2 2 基準(zhǔn)的選擇 基面的選擇是工藝規(guī)程設(shè)計中的重要工作之一 基面選擇得正確 合理 可以保證加工質(zhì)量 提高生產(chǎn)率 否則 就會使加工工藝過程問題百出 嚴(yán)重 的還會造成零件大批報廢 使生產(chǎn)無法進行 該芯軸零件粗基準(zhǔn)采用熱軋圓鋼的毛坯外圓 外圓加工采用三角卡盤裝夾 熱軋圓鋼的毛坯外圓 車端面 外圓 先用外圓作粗基準(zhǔn) 先加工一個端面 車出一端外圓 然后以已車過的外圓作基準(zhǔn) 用三爪自定心卡盤裝夾已經(jīng)加工 的外圓面 在加工另一端的表面 芯軸主要是回轉(zhuǎn)表面 主要應(yīng)采用車削與外圓磨削成形 但該零件還有 90 凹曹以及 53 深 5 的槽和 5 個螺紋孔 所以也要用銑削和鉆孔來完成 由于公差等級較低 表面粗糙度 Ra 值較大 故除 35 外圓需半精加工外 其 余表面和加工工藝都只需粗加工 2 2 1 粗基準(zhǔn)的選擇 按照粗基準(zhǔn)的選擇原則為了保證不加工表面和加工表面的位置的要求應(yīng)選 擇不加工表面為粗基準(zhǔn) 2 2 2 精基準(zhǔn)的選擇 精基準(zhǔn)的選擇主要應(yīng)該考慮基準(zhǔn)重合問題 當(dāng)設(shè)計基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合 時 應(yīng)該進行尺寸換算 2 3 工藝路線的擬定 為了保證達(dá)到零件的幾何形狀 尺寸精度 位置精度及各項技術(shù)要求必須 制定合理的工藝路線 由于生產(chǎn)綱領(lǐng)為成批生產(chǎn) 所以采用通用機床配以專用的工 夾 具并考慮 工序集中以提高生產(chǎn)率和減少機床數(shù)量以便降低生產(chǎn)成本 同時 還要考慮經(jīng) 6 濟效果 制定工藝路線 下料 車削毛坯 車兩端面 粗車各外圓 半精車 35mm 外圓 車退刀槽 槽 鉆 擴螺紋孔 銑 90 缺口和 53mm 深 5mm 的槽 攻 5 M8 7H 螺紋 終 檢 鑄件 退火 工序 1 平兩端面 粗車 35mm 40mm 外圓 掉頭車 77mm 外圓 2 半精車 35mm 外圓 3 車退刀槽 1 7 33mm 4 鉆 擴螺紋孔 5 銑 90 缺口和 53mm 深 5mm 的內(nèi)圓槽 6 攻螺紋 5 M8 7H 7 鉆 8mm 深 4mm 的錐孔 8 檢驗 入庫 在銑直角缺口時 工件必須傾斜 26 直角銑刀垂直銑下 這樣能更好的 銑出 90 凹槽 此方案還要考慮工廠的具體條件等因素如設(shè)備能否借用工 夾 量具等 根據(jù)此方案的工藝路線制定出詳細(xì)的工序劃分如下所示 毛坯為鑄件清理后退火處理以清除鑄件的內(nèi)應(yīng)力及改善機械加工性能在毛 坯車間調(diào)整 V 型活塊使其達(dá)到加工面的技術(shù)要求然后在機械加工車間進行加工 根據(jù)此工序的安排編出機械加工工藝過程卡及工序卡片 工序 1 去料 車削毛坯 2 平兩端面 粗車 35mm 40mm 外圓 掉頭車 77mm 外圓 3 半精車 35mm 外圓 4 車退刀槽 1 7 33mm 5 鉆 擴螺紋孔 6 銑 90 缺口和 53mm 深 5mm 的槽 7 攻螺紋 5 M8 7H 8 鉆 8mm 深 4mm 的錐孔 9 檢驗 入庫 7 2 4 機械加工余量 工序尺寸及毛坯尺寸的確定 芯軸 零件材料為 45 鋼 硬度為 207 241HBW 毛坯重量約為 1 2kg 生 產(chǎn)類型為大批生產(chǎn) 可采用在鍛錘上合模模鍛毛坯 根據(jù)上述原始資料及加工 工藝 分別確定各加工面的機械加工余量 工序尺寸如下 1 外圓表面 端面 35 40mm 考慮其加工長度為 125mm 與其連接的最大加工外圓表面為 80 為簡化模 鍛毛坯外形 現(xiàn)在直接取外圓表面為 80mm 直徑 77mm 表面為自由尺寸公差 表面粗糙度值只要求粗加工 此時直徑余量 2Z 3mm 已能滿足加工要求 35mm 外圓的表面粗糙度值為 3 2 需要半精加工 設(shè)定其粗加工余量 2Z 4mm 則半 精加工余量 2Z 1mm 2 芯軸的 2 個端面的加工余量 35mm 77mm 根據(jù)所設(shè)計的零件毛坯圖 端面的加工余量也就是長度方向的加工余量應(yīng) 該規(guī)定為 3 5mm 現(xiàn)取為 3mm 3 90 缺口的加工余量 該加工部位的毛坯為實心 要有一定的切削力 參照 工藝手冊 及零件 毛坯圖確定加工余量為 銑 90 凹槽 Z 0 5mm 4 53mm 深 5mm 的內(nèi)圓槽 該加工部位是銑內(nèi)圓槽 故采用銑削加工 內(nèi)圓為 53mm 見零件毛坯圖 因精度要求不高 參照 工藝手冊 確定內(nèi) 圓槽的加工余量為 2Z 2 5mm 5 5 個 M8 7H 內(nèi)螺紋孔 由于內(nèi)孔要有精度要求 參照 工藝手冊 表確定工序尺寸及余量為 鉆孔 6mm 擴孔 6 5mm 2Z 0 5 mm 攻螺紋 8 mm 2Z 1 5 mm 車削用量的選擇 單件 小批量生產(chǎn)時 可根據(jù)加工情況由工人確定 一 般可由 機械加工工藝手冊 或 切削用量手冊 中選取 通過查手冊可得出以上的加工余量 再考慮到其所要加工的次數(shù) 從而可 以確定出毛坯所要達(dá)到的尺寸 綜合考慮所要加工零件的尺寸及要加工表面所要達(dá)到的粗糙度 選擇如下 機床 普通車床 CA6140 立式銑床 立式鉆床 2 5 確定切削用量及基本工時 工序 2 車兩端面及外圓 8 1 加工條件 工件材料 80 長度尺寸 130mm45 鋼正火 6b 0 60GPa 模鍛 加工要求 平兩端面 粗車 35mm 40mm 外圓 掉頭車 77mm 外圓 機床選擇 CA6140 臥式車床 刀具 主要采用硬質(zhì)合金外圓 端面車刀 以提高刀具的耐磨性 量具 采用卡板 2 計算切削用量 1 粗車 35 外圓端面 1 確定斷面最大加工余量 根據(jù)芯軸毛坯圖已知毛坯長度方向的加工余量為 3mm 但考慮到精車 精 磨等加工 所以端面不必全部加工 但要留有余量 根據(jù)實際情況及加工經(jīng)驗 現(xiàn)取實際端面的最大加工余量可按 Zmax 1 5 考慮 分兩次加工 2 確定進給量 f 根據(jù) 切削用量簡明手冊 及加工零件的實際情況取 f 0 3mm r 3 計算切削速度 按 切削手冊 表 得切削速度的計算公式為 Vc Cv TmAxfyKv 由于切削速度并無嚴(yán)格要求 所以 Vc 取 0 5mm r 4 確定機床主軸轉(zhuǎn)速 Ns 1000Vc 3 14dw 按機床說明書 現(xiàn)取 500r mm 5 計算切削工時 按 工藝手冊 及實際加工情況取 Tm 0 05min 2 粗車 40 外圓 1 背吃刀量 單邊余量 Z 1mm 可一次去除 2 進給量 根據(jù) 切削手冊 現(xiàn)選用 f 0 3mm r 3 計算切削速度 Vc 0 5mm r 4 確定主軸轉(zhuǎn)速 Ns 1000Vc 3 14dw 518r min 按機床選取 Ns 500r min 故實際切削速度為 Vc 3 14dn 1000 106mm min 5 切削工時 T L L1 L2 nf 現(xiàn)取 T 0 4min 3 粗車 35 外圓 1 背吃刀量 單邊余量 Z 2mm 可一次去除 2 進給量 根據(jù) 切削手冊 現(xiàn)選用 f 0 5mm r 3 計算切削速度 見 切削手冊 表 1 27 V 97 081 415 026431 0 vyxpMVfaTC 9 111 1 m min 4 確定主軸轉(zhuǎn)速 884 r min wsdvn 10 40 31 按機床選取 n 900 r min 所以實際的切削速度為 min 13091 0V 實 際 4 車削 77 外圓 1 進給量選 0 4mm r 2 主軸轉(zhuǎn)速選 500r min 3 切削速度 Vc 0 5mm r 4 基本工時 考慮到走刀長度以及背吃刀量 現(xiàn)取基本工時 0 23min 工序 3 半精車 35mm 外圓 1 切削深度 單邊余量 Z 0 5mm 可一次去除 2 進給量 根據(jù) 切削手冊 現(xiàn)選用 f 0 5mm r 3 計算切削速度 見 切削手冊 表 1 27 V 97 081 415 0 602431 vyxpMVfaTC 132m min 4 確定主軸轉(zhuǎn)速 1167 r min wsdvn 10 364 12 按機床選取 n 1200 r min 所以實際的切削速度為 min 1021 0V 實 際 工序 4 車退刀槽 1 7x 33mm 1 背吃刀量 單邊余量 Z 1mm 可一次去除 2 進給量 切削速度以及主軸轉(zhuǎn)速同粗車 35 40 外圓同時進行 故 進給量 f 0 5mm r 3 計算切削速度 見 切削手冊 表 1 27 V 97 081 415 016243 0 vyxpMVfaTC 10 123m min 4 確定主軸轉(zhuǎn)速 1119 r min wsdvn 10 354 12 按機床選取 n 1200 r min 所以實際的切削速度為 min 1201 0 v 實 際 5 基本工時現(xiàn)取 0 3min 工序 5 鉆 擴螺紋孔 1 鉆孔 6 f 0 75mm r K 0 35 0 95 0 3 s 表 3 38 fl 0 35m s 21m min 表 3 42 n 1115 r min swd10 v63 421 按機床選取 n 1200r min 故實際切削速度 22 6 r min 10ns 切削工時 l 18mm l 3mm l 3mm2 t 6smf w21nl3 08 2 擴孔 6 5 根據(jù) 切削手冊 表 3 3 可取 f 0 6 mm r 表 3 54 切削速度 參考有關(guān)手冊 確定 0 175m s 10 5m min n 514 r min swd10 v6 53410 按機床選取 n 520r min 8 67r s 故實際切削速度 0 17m s 10n s 切削工時 l 18mm l 4mm l 3mm2 t 5s mf w21nl6 07834 11 工序 6 銑 90 缺口和 53mm 深 5mm 的內(nèi)圓槽 1 銑 90 缺口 根據(jù) 切削手冊 表 3 3 可知 可以取 齒 08 mfz 切削速度 參考有關(guān)手冊 確定 V 0 3m s 即 18m min 采用鑲齒套式面銑刀 d 80mm 齒數(shù) Z 10 w n 71 6 r min sd10 v803 41 現(xiàn)采用 X53T 立式銑床 根據(jù)銑床使用說明書 見 工藝手冊 表 4 2 39 取 n 76r min 故實際切削深度為w min 8 17014 30ndw 當(dāng) n 76r min 時 工作臺的每分鐘進給量 應(yīng)為w fi 568 znfwm 查機床說明書 可取 i 56 切削工時 由于無精度要求 且所選銑刀刀齒寬度 36mm 所以 2 次加工就 可以銑出缺口 由此可以得出行程為 175mm t m in 125 367 2 銑削 53mm 深 5mm 的內(nèi)圓槽 該工序和工序 5 基本相同 故根據(jù) 切削手冊 表 3 3 可知 同樣可以 取 齒 08 mfz 切削速度 參考有關(guān)手冊 確定 V 0 1m s 即 6m min 采用高速鋼粗銑刀 d 50mm 齒數(shù) Z 8 w n 38 2 r min sd10 v503 46 現(xiàn)采用 X52K 立式銑床 根據(jù)銑床使用說明書 見 工藝手冊 表 4 2 39 取 n 37 5r min 故實際切削深度為w min 9 510374 10ndw 當(dāng) n 37 5r min 時 工作臺的每分鐘進給量 應(yīng)為w fi 3 78 znfwm 查機床說明書 可取 i 30 12 切削工時 由于無精度要求 工序和工序 5 基本相同 現(xiàn)取基本工時為 2 36min 工序 7 攻螺紋 5xM8 7H 由于公制螺紋為標(biāo)準(zhǔn)螺紋 故切削用量可選為 v 0 1m s 6m min 切削手冊 表 3 42 n 238 r min swd10 v83 46 按機床選取 n 195r min 則故實際切削速度為w min 9 51023 10s 機動工時 l 19mm l 3mm l 3mm2 t 1 02 min mfn8 l 21 19583 工序 8 鉆 8mm 深 4mm 的錐孔 根據(jù) 切削手冊 表 3 3 可知 可以選擇進給量 f 0 11mm r 切削速度 參考有關(guān)手冊 確定 V 18m min 所以主軸轉(zhuǎn)速為 n 716 r min swd10 v83 41 按機床選取 n 680r min 則故實際切削速度為w min 17061 0s 機動工時 l 19mm l 4mm l 3mm12 t 0 32 min mfnl2 1 068349 最后 將以上各工序切削用量 工時定額的計算結(jié)果加以整理 就可以得 到該芯軸零件的加工工藝規(guī)程 第一節(jié)設(shè)計要求對夾具無嚴(yán)格的技術(shù)要求 主 要考慮如何提高加工率 保證零件加工質(zhì)量 13 14 3 夾具設(shè)計 3 1 問題的提出 為了提高勞動生產(chǎn)率 保證加工質(zhì)量 降低勞動強度 需要設(shè)計專用夾具 這次主要設(shè)計第六道工序 粗銑 90 缺口槽 本夾具將用于 X53T 立式銑床 刀具為鑲齒套式面銑刀 因是銑床夾具 所以必須有對刀裝置 查 制造工藝 手冊 并根據(jù)工序六的實際情況 選取直角對刀塊 其圖如下所示 3 2 夾具設(shè)計 3 2 1 定位裝置的選擇 由零件圖可知 90 直角缺口與工件軸線成 64 傾角 其設(shè)計基準(zhǔn)為直角 缺口兩條邊的長度 為了使誤差為零 將工件逆時針旋轉(zhuǎn) 64 使直角缺口一 條邊水平 一條鉛垂 將心軸一端的外圓柱面插入圓形套筒內(nèi) 由此可以芯軸 的外圓柱面作為定位面 為了提高加工效率 現(xiàn)決定采用鑲齒套式面銑刀進行加工 同時 為了縮 短輔助時間 采用螺旋式機械壓板壓緊 且用定位銷防止工件轉(zhuǎn)動 綜上所述 零件的定位方式如下圖所示 15 3 2 2 夾緊裝置的選擇 由于實際加工的經(jīng)驗可知銑削時的主要切削力為銑刀的切削方向 由零件 的定位方式可知 切削力的方向為豎直向下 為了在夾緊過程中能保持工件定 位時所獲得的正確位置 夾緊力的作用方向應(yīng)與切削力方向一致 為了使夾緊力的大小適當(dāng) 操作方便 簡單而且省力 夾緊力作用點應(yīng)正 對支承元件 并作用于工件剛性較好的部位 最后夾緊力作用點必須靠近加工 表面 以減小切削力對工件造成的翻轉(zhuǎn)力矩 所以選擇 77mm 大端外圓的中心 部位作為夾緊力作用點 下面計算切削力的大小 刀具 高速鋼鑲齒套式面銑刀 直徑 80mm Z 10 切削力計算公式 0FxfyufzpeqwCadn 0 72 868635 141957 N 查表可得 350 xf 1 0 yf 0 65 0 83 0 83 3 1 0 08 40mFcZF FqpaZfea m 0 86 80mm Z 10 其中 垂直分力 0 3 Fz 287Nu0dv 在計算切削力時 必須把安全系數(shù)考慮在內(nèi) 安全系數(shù) K K1 K2 K3 K4 其中 K1 基本安全系數(shù) 1 5 K2 加工性質(zhì)系數(shù) 1 1 K3 刀具鈍化系數(shù) 1 1 K4 斷續(xù)刀削系數(shù) 1 1 所以 F 1 5 1 1 1 1 1 1 287 573 N 考慮實際夾緊力較小 以及所加工零件的結(jié)構(gòu)特征 決定選用螺旋夾緊結(jié) 16 構(gòu) 為克服銑削時的垂直跳動 實際夾緊力 N 為 12573146 0 HKFNf 其中 為夾具定位面及夾緊面上的摩擦系數(shù) 1f2 120 5f 綜上所述 選取螺旋夾緊機構(gòu)作為該零件的夾緊元件 夾緊裝置下圖所述 3 2 3 定位誤差分析 1 定位元件尺寸及工差的確定 夾具的主要定位元件 35mm 的圓孔套 筒 該定位孔的尺寸與公差現(xiàn)規(guī)定為與本零件在工作時與其相配的尺寸與公差 相同 2 由零件圖可知 用 35mm 深 90mm 的圓柱孔以及鉸鏈夾具定位后 定 位誤差取決于定位銷和定位元件的制造誤差 同時對對中塊利用調(diào)整螺釘進行 調(diào)整 利用中間線定位槽處的間隙為 0 05mm 銑削用量選擇 根據(jù) 械制造工藝設(shè)計簡明手冊 銑床 X53T 銑床進給量 取 f 1500 V D 56 8 mm min 因采用鑲齒套式面銑刀 80mm 齒數(shù) Z 10 則按機床選取wd 76r min wn 由于所加工的零件對本工序加工的面沒有特殊的技術(shù)要求 雖然由于定位 孔的加工誤差以及底面的誤差 可能產(chǎn)生所加工的面的平面度 位置度等形位 誤差 但是在這里是允許的 因此加工能滿足精度要求 17 3 2 4 夾具設(shè)計及操作的簡要說明 如前所述 在設(shè)計夾具時 為了提高勞動生產(chǎn)率 本工序由于是粗加工 切削力較大 為了夾緊 勢必要采取一些特別的方法 目前主要采用 3 個 一 是要盡量提高毛坯的制造精度 使背吃刀量降低 減少切削力 二是要選擇合 適的夾緊裝置 增加其的夾緊力度 三是盡可能使夾具上的定位元件合理的安 裝在工作臺上 便于操作 18 參考文獻(xiàn) 1 張耀宸編 機械加工工藝設(shè)計實用手冊 航空工業(yè)出版社 2 艾興 肖詩綱編 切削用量手冊 機械工業(yè)出版社 3 侯珍秀編 機械系統(tǒng)設(shè)計 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 4 趙家齊編 機械制造工藝學(xué)課程設(shè)計指導(dǎo)書 機械工業(yè)出版社 5 孫玉芹 孟兆新編 機械精度設(shè)計基礎(chǔ) 科學(xué)出版社 6 張世昌 李旦 高航主編 機械制造技術(shù)基礎(chǔ) 高等教育出版社 7 東北重型機械學(xué)院編 機床夾具設(shè)計手冊 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 8 機械制造工藝學(xué)課程設(shè)計指導(dǎo)書 機械工業(yè)出版社 趙家齊 編 9 簡明機械加工工藝手冊 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 徐圣群 主編 10 機床夾具設(shè)計手冊 第二版 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 11 切削手冊 機械工業(yè)出版社 艾興 肖詩綱 編