1 課程設(shè)計 芯軸零件 機械加工工藝及夾具設(shè)計 學生姓名 曹 光 宇 學生學號 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 基準的選擇 4 2 2 1 粗基準的選擇 4 2 2 2 精基準的選擇 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 15 3 序 言 機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計是我們在學完了大學的全部基礎(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)計之前對所學的各科課程一次 深入的綜合性總復習 也是一次理論聯(lián)系實際的訓練 因此 他在我們的大學 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 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 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 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 粗基準的選擇 按照粗基準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 2 2 2 精基準的選擇 精基準的選擇主要應(yīng)該考慮基準重合問題 當設(shè)計基準與工序基準不重合 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 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 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 由于公制螺紋為標準螺紋 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 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 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)大學出版社 4 趙家齊編 機械制造工藝學課程設(shè)計指導書 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 東北重型機械學院編 機床夾具設(shè)計手冊 上海科學技術(shù)出版社 8 機械制造工藝學課程設(shè)計指導書 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 上海科學技術(shù)出版社 11 切削手冊 機械工業(yè)出版社 艾興 肖詩綱 編