畢業(yè)設計-齒輪軸加工工藝的編制及夾具設計
畢業(yè)設計-齒輪軸加工工藝的編制及夾具設計,畢業(yè)設計,齒輪軸,加工,工藝,編制,夾具,設計
畢業(yè)設計說明書
?！ I(yè) 機械制造及自動化
班 級： 機制
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目 錄
第一部分 工藝設計說明書……………………………………………………………………………2
第二部分 第XX號工序夾具設計說明書……………………………………………………………3
第三部分 第XX號工序刀具設計說明書……………………………………………………………
第四部分 第XX號工序量具設計說明書……………………………………………………………
第五部分 畢業(yè)設計體會………………………………………………………………………………
第六部分 參考資料……………………………………………………………………………………
第一部分 工藝設計說明書
1.零件圖工藝性分析
1.1零件結構功用分析
從傳動軸的受力分析可知，它受扭轉一彎曲復合作用力，由于其承受中等載荷，工作又較平穩(wěn)，沖擊力很小，所以可采用優(yōu)質碳素結構鋼的45號鋼，坯料用熱軋圓鋼。為了改善組織、提高力學性能，坯料要經過正火熱處理
1.2零件技術條件分析
外圓尺寸精度 ：φ30k6，φ30f7兩節(jié)，φ25k6，φ20h6，及M24X1.5的螺紋；
外圓形狀位置精度 ：要求為φ30f7兩軸節(jié)相對φ30k6，φ20h6，φ25k6
φ30f7兩軸節(jié)表面需高頻淬火；
外圓表面質量 ：φ30k6，φ30f7兩節(jié)，φ25k6，φ20h6的表面質量要求 Ra均為0.8um，
其它面Ra為12.5um
1.3零件結構工藝性分析
軸的鍛件強度較高，形狀比較簡單，外輪廓尺寸不大，在軸徑φ30k6，φ30f7兩節(jié)，φ25k6，φ20h6，及M24X1.5的螺紋上均開有鍵槽，且軸兩端帶有B型中心孔。
結論：軸的結構較規(guī)則，在加工鍵槽和B型中心孔時，采用專用夾具定位和夾緊，螺紋加工安排在半精加工后，精加工前進行。
2.毛坯選擇
2.1毛坯類型
在傳遞力矩過程時要承受很強的沖擊力和很大的交變載荷, 要求材料應有較高的強度、沖擊韌度、疲勞強度和耐磨性,而且其輪廓形狀不復雜,故采用鍛件；
零件尺寸不大，而且零件屬于批量生產,故采用模鍛。
2.2毛坯余量確定
毛坯的形狀和尺寸越接近成品零件，即毛坯精度越高，則零件的機械加工勞動量越少，材料消耗越少，可充分提高勞動生產率，降低成本，但是毛坯制造費用會提高，在確定毛坯時，應根據機械加工和毛坯制造兩方面考慮。
2.2.1
1）.鍛件公差等級：由該零件的功能和技術確定其鍛件公差等級為普通級；
2）.鍛件質量Mf ：根據鍛件成品質量1.94g估算；
3）.分析鍛件形狀復雜系數s：S=Mf/Mn
該零件為圓形，假設其最大直徑φ37長為375則在：Mn=π/4 d2 hρ
S=Mf/Mn=Vf/Vn=229712.195 mm/316300.05mm=0.726
由于0.726介于0.63和1之間，故該零件的形狀復雜系數S屬S 1 級。
4）.鍛件材質系數M：由于該零件材料為45鋼，是碳的質量分數小于0.65%的碳素鋼，故該鍛件的材質系數屬M 1級；
5）.零件表面粗糙度 由零件圖知，除φ30k6，φ30f7兩節(jié)，φ25k6，φ20h6的表面質量Ra為0.8um
外，其余各加工表面Ra為12.5um；
2.2.2 初步確定機加工余量及毛坯尺寸，初選毛坯尺寸公差
根據毛坯尺寸公差，鍛件質量，材質系數，形狀復雜系數，初步確定本零件毛坯尺寸允許偏差，
根據鍛件質量，零件表面粗糙度，形狀復雜系數查參考書[1]中表5-9，由此查得單邊余量：
零件
尺寸
初選厚度方向
單邊加工余量
初選水平方向
單邊加工余量
確定厚度方向
單邊加工余量
確定水平方向
單邊加工余量
初選
鍛件尺寸
偏差
φ30k6
1.7——2.2
2.0——2.5
2
φ34
+1.2 -0.6
φ30f7兩節(jié)
1.7——2.2
2.0——2.5
2
φ34
+1.2 -0.6
φ29
1.7——2.2
2.0——2.5
2
φ34
+1.2 -0.6
φ25k6
1.7——2.2
2.0——2.5
2
φ29
+1.1 -0.5
φ24
1.7——2.2
2.0——2.5
2
φ29
+1.1 -0.5
115
1.7——2.2
2.0——2.5
2.5
115
+1.4 -0.6
φ20h6
1.7——2.2
2.0——2.5
2
φ24
+1.1 -0.5
32
1.7——2.2
2.0——2.5
2.5
33
+1.2 -0.6
φ33
1.7——2.2
2.0——2.5
2
φ37
+1.2 -0.6
370
1.7——2.2
2.0——2.5
2.5
375
+1.7 -0.8
5
1.7——2.2
2.0——2.5
2.5
10
+1.1 -0.5
2.2.3驗證上述余量是否滿足要求
計算同上得，鍛件形狀復雜系數s= S=Mf/Mn=Vf/Vn=229712.195 mm/316300.05mm=0.726
，S屬于S 1級；查表得，機械加工余量與上述相同，滿足要求。
2.3毛坯－零件合圖草圖
3．機加工工藝路線確定
3.1加工方法分析確定
（1）φ30k6外圓------→粗車（IT12級，Ra12.5um）------→半精車（IT9級，Ra3.2um）------→銑鍵槽（IT9級，Ra12.5um）------→粗磨（IT8級，Ra0.8um）------→精磨（IT6級，Ra0.8um）
（2）φ25k6外圓------→粗車（IT12級，Ra12.5um）------→半精車（IT9級，Ra3.2um）------→銑鍵槽（IT9級，Ra12.5um）------→粗磨（IT8級，Ra0.8um）------→精磨（IT6級，Ra0.8um）
（3）φ20h6外圓------→粗車（IT12級，Ra12.5um）------→半精車（IT9級，Ra3.2um）------→銑鍵槽（IT9級，Ra12.5um）------→粗磨（IT8級，Ra0.8um）------→精磨（IT6級，Ra0.8um）
（4）φ30f7外圓------→粗車（IT12級，Ra12.5um）------→半精車（IT9級，Ra3.2um）------→ 熱處理（φ30f7兩節(jié)外圓表面局部高頻淬火）------→磨削（IT7級，Ra0.8um）
（5）2M24X1.5螺紋------→粗車（IT12級，Ra12.5um）------→半精車（IT9級，Ra3.2um）------→銑鍵槽（IT9級，Ra12.5um）------→車螺紋（配螺母）
3.2加工順序的安排
銑端面鉆中心孔保證總長370mm，粗車各外圓和臺階端面，半精車各段外圓和切各段3X0.5退刀槽，
加工φ30k6，φ25k6，φ20h6，及φ24各段的鍵槽，隨后車M24X1.5的螺紋，局部熱處理φ30f7兩節(jié)表面進行高頻淬火，最后粗精磨φ30k6，φ25k6，φ20h6外圓及φ30f7兩節(jié)外圓表面，保證表面質量Ra為0.8um。
3.3定位基準選擇
3.3.1粗基準的選擇：粗車時以外圓和兩側端面為粗基準；
3.3.2精基準的選擇：以兩側端面中心孔為精基準定位。
3.4加工階段的劃分說明
加工階段分為：粗加工階段為工序3、5、10；半精加工階段為工序15，20，25，30；精加工階段為工序35，40；
方案討論：M24X1.5的螺紋加工安排在半精加工后，精加工前進行，故放到半精加工階段來實現。
3.5主要機加工工序簡圖
工序3.銑左端面，鉆中心孔
工序5.銑右端面，鉆中心孔
工序10. 粗車各段外圓及端面
工序15 半精車各段外圓及端面
工序20 銑φ30k6，φ25k6，φ20h6，φ24各段外圓的鍵槽
工序25. 車M24X1.5的螺紋
工序30.φ30f7兩節(jié)外圓表面需高頻淬火hrc40-45
工序35.粗磨φ30k6，φ25k6，φ20h6，φ30f7兩節(jié)，各段外圓
工序40 精磨φ30k6，φ25k6，φ20h6 ，各段外圓
工序45去毛刺；
工序50檢驗；
工序55入庫.
4.工序尺寸及其公差確定
4.1工序尺寸確定
加工表面
工序余量（雙邊）
工序尺寸及公差
表面粗糙度/um
粗
半精
粗磨
精磨
粗
半精
粗磨
精磨
粗
半精
粗磨
精磨
φ30k6外圓
2.6
1.0
0.3
0.1
φ31.4150 -0.39
φ30.4150 -0.062
φ30.1150 -0.025
φ30.0150 -0.013
Ra12.5
Ra3.2
Ra0.8
Ra0.8
φ25k6外圓
2.6
1.0
0.3
0.1
φ26.4150 -0.33
φ25.4150 -0.052
φ25.1150 -0.021
φ25.0150 -0.013
Ra12.5
Ra3.2
Ra0.8
Ra0.8
φ20h6外圓
2.6
1.0
0.3
0.1
φ21.40 -0.33
φ20.40 -0.052
φ20.10 -0.021
φ200 -0.013
Ra12.5
Ra3.2
Ra0.8
Ra0.8
φ30f7外圓
2.6
1.0
0.3
φ31.380 -0.46
φ30.380 -0.052
φ29.980 -0.021
Ra12.5
Ra3.2
Ra0.8
加工表面
工序余量（雙邊）
工序尺寸及公差
表面粗糙度/um
粗車
半精車
半精車
粗車
半精車
半精車
粗車
半精車
半精車
φ29
2.6
1.0
1.4
φ31.40 -0.46
φ30.40 -0.062
φ290 -0.052
Ra12.5
Ra3.2
Ra3.2
φ24
2.6
1.0
1.4
φ26.40 -0.33
φ25.40 -0.052
φ240 -0.052
Ra12.5
Ra3.2
Ra3.2
115
1.5
（單邊）
1.0
（單邊）
1140 -0.54
1150 -0.54
Ra12.5
Ra3.2
32
1.5
（單邊）
1.0
（單邊）
310 -0.39
320 -0.39
Ra12.5
Ra3.2
5
1.5
（單邊）
1.0
（單邊）
60 -0.18
50 -0.18
Ra12.5
Ra3.2
370
2.5
3700 -0.89
Ra12.5
4.2軸向尺寸的工序尺寸鏈圖
5.設備及其工藝裝備確定
5.1選擇機床和夾具
1）.工序03、05是銑端面和鉆中心孔，可采用專用夾具在X53K銑床上加工；
2）.工序10、15、25是粗車、半精車、車螺紋各工序的工步數不多，成批生產，不要求很高的生產率，故選用臥式車床能夠滿足使用要求，又由于要求的精度較高，表面粗糙度值較小，需選用較精密的車床才能滿足要求，因此選用C620-1，使用通用夾具（兩頂尖）裝夾；
3）工序20是銑鍵槽，可采用專用夾具在立式銑床上加工，故選X53K；
4）工序40，45是磨削外圓， 使用專用磨床夾具，選用臥式磨床M1432；
5.2選擇刀具
1）工序03、05在銑床上加工，一般都選用硬質合金端銑刀；
2）工序10、15、25在車床上加工，一般都選用硬質合金車刀，加工剛質零件采用YT類硬質合金，粗加工用YT5，半精加工用YT15，為了提高生產率及經濟性，選用90度車刀，螺紋車刀和鏜刀，切槽刀宜選用高速鋼；
3）工序20銑鍵槽，零件要求銑切寬度分別為5h9，6h9，8h9故所選直柄鍵槽銑刀分別為5e8 GB/T1112.1-1997，6e8 GB/T1112.1-1997，8e8 GB/T1112.1-1997；
5.3選擇量具
本零件屬于成批生產，一般采用通用量具
工序
加工面尺寸
尺寸公差
選擇量具
粗加工外圓
φ31.4
0.39
讀數值0.02，測量范圍0—150游標卡尺
φ26.4
0.33
粗加工軸向尺寸
116
0.54
33
0.39
6
0.18
半精加工軸向尺寸
115
0.54
32
0.39
5
0.18
半精加工外圓
φ30.4
0.062
讀數值0.01，測量范圍75—100外徑千分尺
φ25.4
0.052
φ20.4
0.052
粗，精磨外圓
φ30k6
0.013
選用單頭雙限卡規(guī)（GB6322—86）
φ25k6
0.013
φ20h6
0.013
φ30f7
0.021
6．切削用量及工時定額確定
工序10（參考書[1]）
本道工序為粗車（車臺階面和外圓）已知加工材料為45鋼，6b=670mpa，鍛件有外皮，機床為CA6140，工件采用兩頂尖裝夾。
（1）.確定粗車外圓φ33的切削用量，所選刀具為YT5硬質合金車刀，刀桿尺寸BXH=16mmX25mm
刀片厚為4.5mm，根據[1]表5-113，選擇刀具幾何角度Λs=00 ， γo=120 ， αo=60 αo’=40
κr=90 0 ，κr’=100 ，γε=0.8mm
a.確定被吃刀量ap 粗車雙邊余量為2.6mm，則ap=1.3mm
b.確定進給量f 根據表5-114在粗車鋼料，刀桿尺寸16X25mm，ap〈3mm，工件直徑在20—40mm時f=0.3—0.5mm/r，按C620-1車床的進給量f=0.33mm/r
確定的進給量尚需滿足機床進給機構的強度要求，故需進行校驗：
根據表5-55，C620-1車床進給機構允許的進給力Fmax=3530N
根據表5-123，當鋼料6b=570—670mpa，ap〈2mm，f〈0.75mm/r，κr=45 0 ，V=65m/min時，進給力Ff=760N。
Ff的修正系數為Kr。Ff=1.0，KΛsFf=1.0， KkTFf=1.17故實際進給力為Ff=760X1.17=889.2N
Ff〈Fmax，所選的進給量f=0.33mm/r可用。
C .選擇車刀磨鈍標準及耐用度根據表5-119，車刀后刀面最大磨損量取1m，車刀的耐用度為T=60min。
d .確定切削速度V
根據表5-120，當用YT5硬質合金車刀加工6b=600--700mpa，鋼料ap〈3mm，f〈0.75mm/r，V=109m/min切削速度的修正系數為Ksv=0.8, Ktv=0.65, KKTv=0.81, KTv=1.0, Kmv=Kkv=1.0故，V109X0.8X0.81=45.9m/min，n=1000v/3.14d=1000X45.9/3.14X37=395.1r/min
按C620-1車床的轉速，選擇n=380 r/min，則實際切削速度V=44.1m/min
e.校驗機床功率：由表5-125，當6b=580—970mpa，HBS=166—277，ap〈2mm，f〈0.75mm/r，V=44.1m/min時，Pc=1.7KW
切削功率的修正系數為KTrPc=1.13, KkrPc=1.17，Kr。Pc=KMPc=KkPc=1.0，KSPc=0.8，KtPc=0.65，故實際切削時的功率為Pc=0.72KW
根據表5-29，當n=120r/min時，機床主軸允許功率PE=5.9KW，Pc〈 PE，故所選切削用量在C620-1車床上進行最后確定的切削用量為：ap=1.3mm，f=0.33mm/r，V=44.1m/min，n=380 r/min。
（2）. 確定粗車外圓φ31.4mm及臺階面的切削用量，采用車外圓φ33的刀具加工這些表面，加工余量皆可一次走刀切除，車外圓φ31.4mm的ap=1.3mm，f1=0.33mm/r，臺階面的ap=1.5mm，f2=0.30mm/r，主軸轉速與車外圓φ33的轉速相同。
（3）.確定粗車外圓φ26.4mm及臺階面的切削用量，采用車外圓φ33的刀具加工這些表面，加工余量皆可一次走刀切除，車外圓φ26.4mm的ap=1.3mm，f1=0.33mm/r，臺階面的ap=1.5mm，f2=0.30mm/r，主軸轉速與車外圓φ33的轉速相同。
（4）. 確定粗車外圓φ21.4mm及臺階面的切削用量，采用車外圓φ33的刀具加工這些表面，加工余量皆可一次走刀切除，車外圓φ21.4mm的ap=1.3mm，f1=0.33mm/r，臺階面的ap=1.5mm，f2=0.30mm/r，主軸轉速與車外圓φ33的轉速相同。
基本時間
（1） 確定粗車外圓φ33的基本時間，根據表2-21車外圓基本時間：Tj1=（L+L1+L2+L3）*i/nf，
L=7.5mm,L1=ap/tankr+(2--3),kr=90 0 ,L1=2mm,L2=0,L3=0, f=0.33mm/r，n=380 r/min,i=1
Tj1=7.5+2/0.33*380=4.5s
（2） 確定粗車外圓φ31.4的基本時間，根據表2-21車外圓基本時間：Tj2=（L+L1+L2+L3）*i/nf，
L=250mm,L1=ap/tankr+(2--3),kr=90 0 ,L1=2mm,L2=0,L3=0, f1=0.33mm/r，f2=0.30mm/r，n=380 r/min, i=1
Tj2=(250+2)/0.33*380+(2.5+2)/0.30*380=122.97s
（3） 確定粗車外圓φ26.4的基本時間，根據表2-21車外圓基本時間：Tj3=（L+L1+L2+L3）*i/nf，
L=83mm,L1=ap/tankr+(2--3),kr=90 0 ,L1=2mm,L2=0,L3=0, f1=0.33mm/r，f2=0.30mm/r，n=380 r/min, i=1
Tj3=(83+2)/0.33*380+(2.5+2)/0.30*380=43.04s
（4） 確定粗車外圓φ21.4的基本時間，根據表2-21車外圓基本時間：Tj4=（L+L1+L2+L3）*i/nf，
L=29.5mm,L1=ap/tankr+(2--3),kr=90 0 ,L1=2mm,L2=0,L3=0, f1=0.33mm/r，f2=0.30mm/r，n=380 r/min, i=1
Tj4=(29.5+2)/0.33*380+(2.5+2)/0.30*380=17.44s
確定工序10的基本時間：Tj= Tj1+ Tj2+ Tj3+ Tj4=（4.5+122.97+43.04+17.44）s=187.95s
第二部分 第20號工序夾具設計說明書
1.工序尺寸精度分析
工序加工要在軸φ25.40 -0.052的外圓表面上銑鍵槽保證尺寸20.50 -0.52，鍵槽寬為6h9mm；無其它技術要求，該工序在立式銑床上加工，零件屬中批量生產。
2.定位方案確定
理論上限制自由度分析：槽寬由定尺寸刀具保證；保證槽深應限制：x移動、y轉動;保證鍵槽長度應限制：x移動；保證鍵槽對稱度應限制：y移動,z轉動；
綜合結果限制：x移動、y移動、y轉動、z轉動,z移動；
實際上限制自由度分析：V形塊定位φ30.40 -0.052限制：y移動、z移動、y轉動、z轉動，大頭端面用定位銷定位限制：x移動；
綜合結果實際限制：x移動、y移動、y轉動、z轉動、z移動；
3.定位誤差分析計算
工件采用V形塊定位，對稱度分析：
基準不重合誤差為：jb=0.02mm，基準位移誤差為：Δdb=0
則：△dw=△jb+△db=0.02mm
對尺寸20.50 -0.52分析：
基準不重合誤差為：jb=0.02+0.026=0.046mm
基準位移誤差為：Δdb=0.707T（d）=0.707X0.062=0.044mm
則：△dw=△jb+△db=0.09mm
由于T=0.52 mm，T/3=0.173mm,即△dw≤T/3，故該夾具能夠滿足加工要求.
4.夾緊方案及元件確定
本套夾具采用鉸鏈壓板夾緊；
工件在加工時所受的力主要是切削力F，由機床夾具設計手冊表1-2-7得切削力的計算公式：Fx=667DsKp=667x7x700x650/726≈1083N
實際所需加緊力與計算加緊力之間的關系為：(K由表1-2-2查得為1.15)
F=KFx=1.15X1083==1245.45N
5.夾具總裝草圖
第三部分 第10號工序刀具設計說明書
1.工序尺寸精度分析
粗車軸各段外圓保證尺寸φ33，φ31.4，φ26.4，φ21.4公差等級為IT12。
2.刀具類型確定
此道工序保證的尺寸精度要求不高可用游標卡尺測量，屬粗加工，因此可用90度外圓車刀。
3.刀具設計參數確定（數據來源參考書[3]）
序號
項目
數據來源或公式計算
采用值
1
車刀外行
表2-6、2-7
焊接式900 強力外圓車刀
2
刀片材料
YT5
刀桿材料
45鋼
3
幾何角度
表2-8、2-9
Λs=00 γo=120 αo=60
αo’=40 κr=90 0 κr’=100
γε=0.8mm
4
斷削參數
前面型式
表2-11、2-12（f=0.33mm/r）
帶倒棱曲面圓弧卷削槽前面
Ln=8.5m,γo 1= -200 br1=0.6 qn=9.3
5
過渡刃
表2-13（ap=1.3mm）
直線過渡刃 Kre=450 bε=1
6
刀片型號
表2-3
A420
L=20 ,B=12 ,C=7,R=12.5,r=1 e=0.8
7
車刀外型
結構尺寸
表2-1、2-2、2-5
BxH=20x30 L=150
M=8(900 彎頭車刀)
8
刀槽
型式
表2-4
Sinrj=ln/2qn=8.5/2x9.6=0.443
Γc=γo-γj=120 -18.30
Hc=H+(1~2)-cCosαo/Cos(
αo+ γc)
=30+1-7Cos5/Cos(
50 +6.30 )=31-7x1/1=24
Bc=B-C*tg(αo+γc)
=12-7tg(60 +5.30 )=10.6
Lc=L-CCosαo/Cos(
αo+γc)*tgαo’
=20-7.Cos5/Cos(
60 +5.30 )*tg5
=20-7x0.08=19.4
Γj= 18.30
Γc= 5.30
Hc=24mm
Bc=10.6mm
Lc=19.4mm
4.刀具工作草圖
第四部分 第40號工序量具設計說明書
1.工序尺寸精度分析
對軸外圓φ30k6選基孔制，首先確定被測軸的極限偏差，查[4]公差書第三章極限與配合標準得φ30k6的上偏差es= -0.009mm,下偏差ei= -0.025mm。公差等級為IT6。
2.量具類型確定
軸的外圓φ30k6的量具用卡規(guī)，量具測量面的材料用硬質合金，測量面的硬度為58-65HRC，其它部分的材料為45鋼。
3.極限量具尺寸公差確定
（1）確定工作量規(guī)的制造公差和位置要素值，由公差書表6-1得IT6尺寸φ30k6的量規(guī)公差為T=0.0024mm,位置要素Z=0.0028mm.。
（2）計算工作量規(guī)的極限偏差：
φ30k6
通規(guī)：上偏差=es-Z+T/2=--0.009-0.0028+0.0012=-0.0106mm
下偏差=es-Z-T/2=--0.009-0.0028-0.0012=-0.013mm
磨損極限= es=-0.009mm
止規(guī)：上偏差=ei+T=-0.025+0.0024=-0.0226mm
下偏差=ei=-0.025mm
4.極限量具尺寸公差帶圖
5. 極限量具結構設計
第五部分 畢業(yè)設計體會
第六部分 參考資料
[1]機械制造技術基礎課程設計指南： 主編： 崇凱 化學工業(yè)出版社
[2] 機械制造工藝學： 主編： 鄭修本 機械工業(yè)出版社
[3]刀具課程設計 機械工業(yè)出版社
[4] 公差配合與技術測量 主編： 徐茂功
桂定一 機械工業(yè)出版社
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