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第一部分 工藝設(shè)計 1. 設(shè)計任務(wù) 本次所要加工的零件為手柄軸，示意圖如圖（1） 圖（1） 材料：45 零件生產(chǎn)類型：中批量生產(chǎn) 2. 零件工藝性分析 中心軸零件圖的視圖正確、完整;尺寸、公差齊全，但技術(shù)要求未注明淬火層深度，該零件的結(jié)構(gòu)較為典型，其中， Φ30js6的直徑尺寸要求較高,表面粗糙度為Ra0.8.為主要表面，但加工并不成問題。零件的另一端面的表面粗糙度度要求并不高為Ra6.3，但在零件的加工過程中均要利用這兩個端面來定位，所以也為主要表面。整個零件中最復(fù)雜也是最難加工的地方就是鍵槽，可使用專門的夾具在普通銑床上加工 此軸為細(xì)長軸，考慮到軸的剛性，在加工各軸段外圓表面的過程中特別是是磨削加工的過程中使用三爪卡盤和頂尖定位裝夾 3. 毛坯的選擇 該軸零件加工中，刀具與工件之間的切削力較大。工件材料的可切削性能。強度、硬度、塑性、提供冷切削加工、機械性能都跟工件的材料有關(guān)。所以選擇45鋼為該軸類零件的材料。45鋼相對切削性硬質(zhì)合金刀具1.0，高速鋼刀具1.0，45鋼經(jīng)濟合理對加工刀具的要求也合理，45鋼用途廣泛，主要是用來制造汽輪機、壓縮機，泵的運動零件制造齒輪、軸活塞銷等零件。根據(jù)以上數(shù)據(jù)適合該軸的加工。 軸類零件的毛坯有棒料、鍛件和鑄件三種。 鍛件：適用與零件強度較高,形狀較簡單的零件。尺寸大的零件因受設(shè)備限制，故一般用自由鍛；中、小型零件可選模鍛；形狀復(fù)雜的剛質(zhì)零件不宜用自由鍛。 鑄件：適用于形狀復(fù)雜的毛坯。 鋼質(zhì)零件的鍛造毛坯，其力學(xué)性能高于鋼質(zhì)棒料和鑄鋼件。根據(jù)該軸零件的結(jié)構(gòu)形狀和外輪廓尺寸，所以采用棒料。 毛坯的尺寸通過確定加工余量最后可確定尺寸為Φ43*290mm，毛壞示意圖如圖（2） 圖（2） 4. 工藝過程設(shè)計 4.1 定位基準(zhǔn)的選擇 對于中心軸的外圓表面的加工均利用外圓表面定位，對于軸向定位則使用被加工一端的相對端的端面來定位以遵循“基準(zhǔn)重合”原則，當(dāng)?shù)纛^裝夾的時候使用相反的那端來定位 加工鍵槽、平面使用起所在軸端的軸線以及與之最靠近的端面來定位，這也符合“基準(zhǔn)重合”原則。 4.2 零件表面加工方法的選擇 本零件的加工表面有外圓、平面、鍵槽、螺紋、端面、槽等，這里只列舉其中較為典型的三個表面來說明其加工方法 （1） Φ30js6外圓表面 精度等級：IT6 表面粗糙度：Ra0.8 μm 加工路線有為 粗車→半精車→粗磨→精磨 （2） 鍵槽側(cè)面 精度等級：IT9 表面粗糙度：Ra3.2 μm 加工路線為 粗銑→半精銑 （3） 螺紋M20 精度等級： 表面粗糙度：Ra6.3 μm 加工路線為 在粗磨外圓表面后可車螺紋 4.3 制定工藝路線 方案一： 工序10： 下料 工序15： 粗車外圓Φ32mm，車中心孔 工序20： 粗車外圓Φ40mm,車臺階面，溝槽,車中心孔 工序25： 半精車外圓Φ38.5mm,車倒角C0.5 工序30： 半精車外圓Φ30mm,車Φ30.5mm,車倒角、溝槽、螺紋 工序35： 調(diào)質(zhì)處理235HBS 工序40： 修研中心孔 工序45： 中檢 工序50： 粗磨外圓至尺寸為Φ38.06h8mm，Φ30.06h8mm 工序55： 精磨外圓至尺寸為Φ38mm，Φ30js6mm 工序60： 銑六方 工序65： 銑鍵槽 工序70： 終檢 工序75： 油封入庫 方案二： 工序10： 下料 工序15： 粗車外圓Φ32mm，車中心孔 工序20： 粗車外圓Φ40mm,車臺階面，車中心孔 工序25： 半精車外圓Φ38.5mm,車倒角C0.5 工序30： 半精車外圓Φ30mm,車Φ30.5mm,車倒角、溝槽、螺紋 工序35： 粗磨外圓至尺寸為Φ38.06h8mm，Φ30.06h8mm 工序40： 調(diào)質(zhì)處理235HBS 工序45： 修研中心孔 工序50： 銑六方 工序55： 銑鍵槽 工序60： 精磨外圓至尺寸為Φ38mm，Φ30js6mm 工序65： 終檢 工序70： 油封入庫 方案比較：方案二中將粗磨放在銑削加工之前，其理由是為其后的銑削加工鍵槽準(zhǔn)備較好的輔助基礎(chǔ)，但這樣會使工件在兩臺機床之間來回移動，浪費工時，降低生產(chǎn)效率，而且這樣做對提高鍵槽的加工精度的意義并不大，因為在鍵槽的加工過程中是以其所在軸段的軸線為定位基準(zhǔn)。在淬火前進行磨削加工，由于材料較軟，對磨削加工不利，且會在零件的表面產(chǎn)生很大的殘余應(yīng)力。方案二中還缺少必要的中檢工序。在其精磨后無去應(yīng)力處理，會使表面有較大的殘余應(yīng)力。綜上所述，選擇方案一為此零件的加工路線。 5 確定毛坯尺寸、機械加工余量及工序尺寸 5.1 確定毛坯的尺寸 零件的最大軸徑處為Φ38mm，此外圓表面的路線為：粗車→半精車 半精車的余量為1mm 粗車的余量為2mm 選擇直徑為Φ38+1+2=Φ41的棒料 端面的加工路線為：粗車→半精車 余量同上 所以棒料的長度為：287+（1+2）*2=293mm 所以選擇棒料尺寸為：Φ41X293mm 5.2 確定加工余量、工序尺寸以及表面粗糙度 這里選擇二個比較典型表面來說明計算其工序尺寸 (1)Φ38 0 -0.1mm外圓表面Φ 表1 工序雙邊余量 工序尺寸及公差 表面粗糙度 精磨 0.06mm Φ38 0 -0.1mm Ra0.8μm 粗磨 0.5mm Φ38.06h8mm Ra1.6μm 半精車 1mm Φ38.5mm Ra6.3μm 粗車 2mm Φ40mm Ra12.5μm （2）Φ30js6軸段上的鍵槽和平面工序尺寸的計算。 圖（3｝ 銑削加工鍵槽的工序是在粗磨工序之前，因此需要考慮銑削加工工序完成之后工序尺寸的精度 6.刀具的選擇及切削參數(shù) 6.1進給量f的確定 進給量是刀具在進給運動方向上相對于工件的位移量. 粗加工時進給量的選擇主要受切削力的限制。根據(jù)加工材料、刀桿尺寸、工件直徑及已確定的背吃刀量來選取較大的進給量。在半精加工和精加工時,則按表面粗糙度要求,根據(jù)工件材料、刀尖圓弧半徑、切削速度來選擇合理的進給量。當(dāng)切削速度提高，刀尖圓弧半徑增大或刀具磨有修光刃時可以選擇較大的進給量以提高生產(chǎn)率。 粗銑時 高速鋼銑刀每齒進給量 f=0.10～0.15 mm/z 硬質(zhì)合金鋼銑刀每齒進給量 f=0.10～0.25 mm/z 精銑時 高速鋼銑刀每齒進給量 f=0.02～0.05 mm/z 硬質(zhì)合金鋼銑刀每齒進給量 f=0.10～0.15 mm/z 鉆孔時 鉆頭每齒進給量f=0.1～0.2mm/r 擴孔時 鉆頭每齒進給量 f=0.2mm/r 粗鉸時 鉸刀每齒進給量 f=0.4mm/r 精鉸時 鉸刀每齒進給量 f=0.15mm/r 6.2切削深度αp的確定 切削深度是指在垂直于進給方向上待加工表面與已加工表面間的距離。對于工藝系統(tǒng)剛性允許時，可以選取較大的切削深度，以減少走刀次數(shù)，提高生產(chǎn)效率。對于零件的精度要求較高時，考慮適當(dāng)留出半精加工和精加工的切削余量。然而對于數(shù)控加工所留的精加工余量一般情況下比普通加工時所留余量小。銑削時，精加工余量通常為0.2～0.8mm。和鏜削加根據(jù)加工余量確定。粗加工(Ra10～80μm)時一次進給應(yīng)盡可能切除全部余量。在中等功率機床上背吃刀量可達8～10mm。半精加工(Ra 1.25～10μm)時，背吃刀量取為0.5～2mm。精加工(Ra0.32～1.25μm)時，背吃刀量取為0.1～0.4mm。在工藝系統(tǒng)剛性不足或毛坯余量很大或余量不均勻時，粗加工要分幾次進給一般第一次走刀為總加工余量的2/3～3/4。當(dāng)工件表面粗糙度值要求為Ra 0.8～3.2μm時，銑削分為粗銑、半精銑、精銑三個階段進行。精銑時面銑刀的背吃刀量取0.5～1.0mm。 總結(jié)本圖的背吃刀量選取如下 粗加工時 αp=3mm 精加工時 αp=0.5mm 粗鉸通孔時 αp=0.05mm 精鉸通孔時 αp=0.02mm 6.3切削速度Vc的確定 切削速度是在進行切削加工時，刀具切削刃的某一點相對于待加工表面在主運動方向上的瞬時速度。  Vc主要根據(jù)工件材料、刀具材料和機床功率來選擇。 ⑴刀具材料好,Vc可選得高些。 ⑵Ra要求小的，要避開積屑瘤、鱗刺產(chǎn)生的Vc,高速鋼Vc刀取小于5m/min,硬質(zhì)合金鋼刀Vc取較高的Vc130～160m/min。 ⑶表面有硬皮或斷續(xù)切削時，應(yīng)適當(dāng)降低Vc。 ⑷工藝系統(tǒng)剛性差的，Vc應(yīng)減小。當(dāng)主運動為旋轉(zhuǎn)運動時，Vc可按下式計算Vc=лDn/1000 D為工件待加工表面或刀具的最大直徑(mm)n為主運動的轉(zhuǎn)速。 6.4主軸轉(zhuǎn)速n的確定 在確定主軸轉(zhuǎn)速時,要根據(jù)所選擇的工件材料、刀具材料、機床功率和加工性質(zhì)。如粗、精加工等條件下來確定其允許的切削速度。切削速度確定之后，再根據(jù)n=1000c/лD就可以計算出主軸轉(zhuǎn)速了。 刀具選擇的結(jié)果如下： 圖（4） 刀具切削參數(shù)主軸轉(zhuǎn)速 序號 加工內(nèi)容 刀具規(guī)格 n/r.min 進給速度 v/mm.min 類型 材料 1 粗加工外輪廓 （T01）93°外圓偏刀 硬質(zhì)合金 180 54 2 精加工外輪廓 （T02）93°外圓偏刀 50 5 3 切螺紋退刀槽 （T03）切槽刀 50 10 4 車M30螺紋 （T04）60°普通螺紋車刀 50 5 表1 刀具的切削參數(shù) 第二部分 夾具設(shè)計 1 設(shè)計任務(wù) 設(shè)計加工銑手柄軸M30X1.5，Φ30js6軸段鍵槽夾具 2 確定定位方案、選擇定位元件 根據(jù)加工槽兩側(cè)面相對于中心面對稱要求，需要限制工件X方向轉(zhuǎn)動自由度、Y方向轉(zhuǎn)動自由度和Z方向轉(zhuǎn)動自由度；根據(jù)加工槽寬度和深度要求，需要限制工件X方向移動自由度和Z方向移動自由度。但考慮到加工時工件定位的穩(wěn)定性，可以將六個不定度全部限制。 工件相對中心面對稱，要實現(xiàn)加工槽兩側(cè)面相對中心面對稱的要求，根據(jù)基準(zhǔn)重合選擇A、C2個面作為定位基準(zhǔn)，限制了4個自由度，為了不使工件左右移動，用頂尖限制其一個自由度，采用不完全定位即可。 3 夾緊機構(gòu)的選擇及設(shè)計 夾緊機構(gòu)有斜楔夾緊機構(gòu)、螺旋夾緊機構(gòu)、偏心夾緊機構(gòu)、鉸鏈夾緊機構(gòu)、聯(lián)動夾緊機構(gòu)等。夾緊方式采用手動夾緊，采用壓塊與螺桿螺母配合夾緊，如圖（5） 圖（5） 4 定位誤差的計算 工件在夾具中定位產(chǎn)生的定位誤差，其值應(yīng)控制在工件相對尺寸或位置公差的～，為此需對每一項工序加工要求逐一進行分析。 對加工槽兩側(cè)面對中心面B對稱度進行分析： 由于加工槽的工序基準(zhǔn)和定位基準(zhǔn)重合，所以△B=0 △ B=0 d=0-(-0.021)=0.021 △Y=0.707x0.021=0.01 △ D=0+△Y=0.01＜0.02 故滿足定位誤差。 5 夾具在機床上的定位和夾緊 銑床夾具依靠夾具體底面和定向鍵側(cè)面與機床工作臺上平面及T型槽相連接，以保證定位元件對工作臺和導(dǎo)軌具有正確的相對位置。為了減小安裝時的偏斜角的誤差，安裝定向鍵時應(yīng)當(dāng)使它們靠向T型槽的同一側(cè)。 圖（6）  小結(jié) 經(jīng)過三個星期的課程設(shè)計、查閱資料、繪圖、計算、等一系列的步驟，最終完成了手柄軸設(shè)計。在設(shè)計過程中遇到了不少的問題，通過網(wǎng)上查詢、請老師和同學(xué)討論之后得到了解決問題的辦法。 經(jīng)過這次設(shè)計，讓我了解了在學(xué)校中所學(xué)的東西，也為我以后的工作打下了扎實的基礎(chǔ)。這篇設(shè)計雖然已經(jīng)完成了，但由于本人缺少實際經(jīng)驗，所以在設(shè)計中肯定還存在一定的問題，需要改進。希望老師能給我提點意見和建議。 最后本人會在公司里好好學(xué)習(xí)，以提高自己的實踐水平，為將來的工作打下更堅實的基礎(chǔ)。在這里，我要感謝我們的指導(dǎo)老師趙學(xué)海老師，是她給了我設(shè)計的想法，在我的課題中給了我很多的指導(dǎo)和改進，在一些對我來說比較難懂難理解的細(xì)節(jié)問題上，給予了我詳細(xì)的說明，幫我除去了許多不必要的麻煩使我有充足的時間來完成本課題。 參考書目 1. 李益民主編 機械制造工藝設(shè)計簡明手冊 北京：機械工藝出版社，1993.6 2. 徐圣群主編 簡明機械加工工藝手冊 上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社。 3. 倪森壽主編 機械制造工藝與裝備習(xí)題集和課程設(shè)計指導(dǎo)書 北京：化學(xué)工業(yè)出版社 2003 4. 孫本緒 熊萬武主編 機械加工余量手冊 北京：國防工業(yè)出版社 5. 王少俊主編 機械制造工藝手冊 北京：機械工業(yè)出版社 1984 6. 孟少農(nóng)主編 機械加工工藝設(shè)計手冊 北京：機械工業(yè)設(shè)計出版社 1982 7. 趙家齊主編 機械制造工藝學(xué)課程指導(dǎo)書 北京：機械工業(yè)出版社 1993 8. 張龍勛主編 機械制造工藝學(xué)課程設(shè)計和課程習(xí)題集 北京：機械工業(yè)出版社 1994 9. 馬智賢主編 機械加工余量手冊 北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社 1994 10. 趙如福主編 金屬加工工藝手冊 上海：上?？茖W(xué)工藝出版社 1992 11. 張進生主編 機械制造工藝與夾具設(shè)計指導(dǎo) 北京：機械工業(yè)出版社 1995