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機械方向課程設計 設計題目：車床主軸的零件機械加工工藝規(guī)程設計 目錄 目錄 1 1、課題 2 1.1、原始資料 2 1.2、設計要求 2 2、有關零件的分析 2 2.1、零件的結構特點 3 2.2、加工工藝性 3 2.3、確定零件毛胚 3 3、基準的選擇 3 3.1、有關基準的選擇說明 3 3.1.1、粗基準的選用原則 3 3.1.2、精基準的選用原則 4 3.2、確定零件的定位基準 4 4、軸類零件的材料、毛坯及熱處理 4 4.1、軸類零件的材料 4 4.2、軸類毛坯 5 4.3、軸類零件的熱處理 5 5、制定加工工藝路線 5 5.1、主軸加工工藝過程分析 5 5.2、工藝路線的擬定 6 5.3、車床主軸機械加工工藝過程卡 9 5.4、加工余量的確定 11 6、軸類零件的檢驗 11 6.1、加工中的檢驗 11 6.2、加工后的檢驗 12 7、總結 12 參考文獻 13 1、課題 車床主軸是車床的主要零件，它的頭端裝有夾具、工件或刀具，工作時要承受扭曲和彎矩，所以要求有足夠的剛性、耐磨性和抗振性，并要求很高的回轉精度。所以主軸的加工質量對機床的工作精度和使用壽命有很大的影響。 1.1、原始資料： 零件材料：45鋼 技術要求： 1、莫氏錐度及1：12錐面用涂色法檢查，接觸率為大于等于70% ； 2、莫氏6號錐孔對主軸端面的位移為+2 ； 3、用環(huán)規(guī)緊貼C面，環(huán)規(guī)端面與D端面的間隙為0.05～0.1 ； 4、花鍵不等分積累誤差和鍵對定心直徑中心的偏移為0.02 。 生產批量：中等批量 零件數(shù)據：（見零件圖，在說明書最后一頁） 1.2、設計要求 要求編制一個車床主軸零件的機械加工工藝規(guī)程，并編寫設計說明書，具體內容如下： 1.選擇毛胚的制造方法，指定毛胚的技術要求； 2.擬定車床主軸的機械加工工藝過程； 3.合理選擇各工序的定位定位基準與各工序所用的加工設備； 4.確定一個加工表面的工序余量和總余量； 5.確定一個工序的切削用量； 6.確定工序尺寸，正確擬定工序技術要求； 7.計算一個工件的單件工時； 8.編寫工藝文件； 9.編寫設計說明書。 2、有關零件的分析 根據軸類零件的功用和工作條件，其技術要求主要在以下方面： ⑴ 尺寸精度 軸類零件的主要表面常為兩類：一類是與軸承的內圈配合的外圓軸頸，即支承軸頸，用于確定軸的位置并支承軸，尺寸精度要求較高，通常為IT 5~IT7；另一類為與各類傳動件配合的軸頸，即配合軸頸，其精度稍低，常為IT6~IT9。 ⑵ 幾何形狀精度主要指軸頸表面、外圓錐面、錐孔等重要表面的圓度、圓柱度。其誤差一般應限制在尺寸公差范圍內，對于精密軸，需在零件圖上另行規(guī)定其幾何形狀精度。 ⑶ 相互位置精度包括內、外表面、重要軸面的同軸度、圓的徑向跳動、重要端面對軸心線的垂直度、端面間的平行度等。 ⑷ 表面粗糙度軸的加工表面都有粗糙度的要求，一般根據加工的可能性和經濟性來確定。支承軸頸常為0.2~1.6μm，傳動件配合軸頸為0.4~3.2μm。 ⑸ 其他熱處理及外觀修飾等要求。 2.1、零件的結構特點 圖1所示零件是車床的主軸，它屬于臺階型軸類零件，由圓柱面、軸肩、螺紋、退刀槽和鍵槽等組成。軸肩一般用來確定安裝在軸上零件的軸向位置；鍵槽是便于安裝鍵，以傳遞轉矩；螺紋用于安裝各種鎖緊螺母和調整螺母。 從圖1所示的車床主軸零件的支撐軸頸A、B是裝配基準，故對A、B兩段軸頸的加工提出了很高的要求。主軸的支撐軸頸、配合軸頸、錐孔、前端圓錐面及端面、鎖緊螺紋等表面是軸的主要加工表面。其中支撐軸頸本身的尺寸精度、幾何形狀精度、相互位置精度和表面粗糙度尤為重要。 2.2、加工工藝性 這次零件的技術要求不高，用車床、銑床和鉆床就可以加工出來，精度要求一般是7到8級，而且表面粗糙度要求也不太高，是一個較好加工的零件。 2.3、確定零件毛胚 考慮到零件的經濟性和綜合性能要求，零件材料為45鋼。 3、基準的選擇 3.1、有關基準的選擇說明 3.1.1、粗基準的選用原則 1、保證不加工表面與加工表面相互位置要求原則。當有些不加工表面與加工表面之間有相互位置要求時，一般不選擇加工表面作為粗基準。 2、保證各加工表面的加工余量合理分配的原則。應選擇重要加工表面為粗基準。 3、粗基準不重復使用的原則。粗基準的精度低，粗糙度數(shù)值大，重復使用會造成較大的定位誤差，因此，同一尺寸方向的粗基準，通常只允許使用一次。 3.1.2、精基準的選用原則 1、基準重合原則：盡可能使設計基準和定位基準重合，以減少定位誤差。 2、基準統(tǒng)一原則：盡可能使用同一定位基準加工個表面，以保證各表面的位置精度。如軸類零件常用兩端頂尖孔作為統(tǒng)一的定位基準。 3、互為基準原則：當兩個加工表面間的位置精度要求比較高的時候，可用互為基準的原則反復加工。 4、自為基準的原則：當要求加工余量小而均勻時，可選擇加工表面作為自身的定位基準。 3.2、確定零件的定位基準 主軸加工中，為了保證各主要表面的相互位置精度，選擇定位基準時，應遵循基準重合、基準統(tǒng)一和互為基準等重要原則，并能在一次裝夾中盡可能加工出較多的表面。 由于主軸外圓表面的設計基準是主軸軸心線，根據基準重合的原則考慮應選擇主軸兩端的頂尖孔作為精基準面。用頂尖孔定位，還能在一次裝夾中將許多外圓表面及其端面加工出來，有利于保證加工面間的位置精度。所以主軸在粗車之前應先加工頂尖孔。 為了保證支承軸頸與主軸內錐面的同軸度要求，宜按互為基準的原則選擇基準面。如車小端1∶20錐孔和大端莫氏6號內錐孔時，以與前支承軸頸相鄰而它們又是用同一基準加工出來的外圓柱面為定位基準面（因支承軸頸系外錐面不便裝夾）；在精車各外圓（包括兩個支承軸頸）時，以前、后錐孔內所配錐堵的頂尖孔為定位基面；在粗磨莫氏6號內錐孔時，又以兩圓柱面為定位基準面；粗、精磨兩個支承軸頸的1∶12錐面時，再次用錐堵頂尖孔定位；最后精磨莫氏6號錐孔時，直接以精磨后的前支承軸頸和另一圓柱面定位。定位基準每轉換一次，都使主軸的加工精度提高一步。 4、軸類零件的材料、毛坯及熱處理 4.1、軸類零件的材料 常用45鋼，精度較高的軸可選用40Cr、軸承鋼GCr15、彈簧鋼65Mn，也可選用球墨鑄鐵；對高速、重載的軸，選用20CrMnTi、20Mn2B、20Cr等低碳合金鋼或38CrMoAl氮化鋼。 4.2、軸類毛坯 常用圓棒料和鍛件；大型軸或結構復雜的軸采用鑄件。毛坯經過加熱鍛造后，可使金屬內部纖維組織沿表面均勻分布，獲得較高的抗拉、抗彎及抗扭強度。 4.3、軸類零件的熱處理 鍛造毛坯在加工前，均需安排正火或退火處理，使鋼材內部晶粒細化，消除鍛造應力，降低材料硬度，改善切削加工性能。調質一般安排在粗車之后、半精車之前，以獲得良好的物理力學性能。表面淬火一般安排在精加工之前，這樣可以糾正因淬火引起的局部變形。精度要求高的軸，在局部淬火或粗磨之后，還需進行低溫時效處理。 5、制定加工工藝路線 擬訂零件的加工路線是制定工藝規(guī)程的總體布局，主要任務是選擇各表面的加工方法，及定位基準，確定加工順序，各工序采用的機床設備和工藝裝備等。 5.1、主軸加工工藝過程分析 主軸加工工藝過程可劃分為三個加工階段，即粗加工階段（包括銑端面、加工頂尖孔、粗車外圓等）；半精加工階段（半精車外圓，鉆通孔，車錐面、錐孔，鉆大頭端面各孔，精車外圓等）；精加工階段（包括精銑鍵槽，粗、精磨外圓、錐面、錐孔等）。 在機械加工工序中間尚需插入必要的熱處理工序，這就決定了主軸加工各主要表面總是循著以下順序的進行，即粗車→調質（預備熱處理）→半精車→精車→淬火-回火（最終熱處理）→粗磨→精磨。 綜上所述，主軸主要表面的加工順序安排如下： 外圓表面粗加工（以頂尖孔定位）→外圓表面半精加工（以頂尖孔定位）→鉆通孔（以半精加工過的外圓表面定位）→錐孔粗加工（以半精加工過的外圓表面定位，加工后配錐堵）→外圓表面精加工（以錐堵頂尖孔定位）→錐孔精加工（以精加工外圓面定位）。 當主要表面加工順序確定后，就要合理地插入非主要表面加工工序。對主軸來說非主要表面指的是螺孔、鍵槽、螺紋等。這些表面加工一般不易出現(xiàn)廢品，所以盡量安排在后面工序進行，主要表面加工一旦出了廢品，非主要表面就不需加工了，這樣可以避免浪費工時。但這些表面也不能放在主要表面精加工后，以防在加工非主要表面過程中損傷已精加工過的 對凡是需要在淬硬表面上加工的螺孔、鍵槽等，都應安排在淬火前加工。非淬硬表面上螺孔、鍵槽等一般在外圓精車之后，精磨之前進行加工。主軸螺紋，因它與主軸支承軸頸之間有一定的同軸度要求，所以螺紋安排在以非淬火-回火為最終熱處理工序之后的精加工階段進行，這樣半精加工后殘余應力所引起的變形和熱處理后的變形，就不會影響螺紋的加工精度。 5.2、工藝路線的擬定 為保證幾何形狀、尺寸精度、位置精度及各項技術要求，必須判定合理的工藝路線。 工藝路線方案一 序號 工序名稱 工 序 內 容 定位基準 設 備 5 備 料 10 鍛 造 磨 鍛 立式精鍛機 15 熱處理 正 火 回火爐 20 鋸 鋸小端，保持總長為890+2.5 mm 鋸 床 25 銑端面打中心孔 車端面鉆=5mm的中心孔 小端外形 銑床、鉆床 30 車 粗車各段外徑，均放余量為2.5～3mm 大端外形及斷面、小端中心孔 車 床 35 車 粗車D、E面及165mm外圓，均放余量為2.5～3mm 小端外形，115mm表面 車 床 40 車 粗車大端后斷面及115mm外圓與上邊工序接平 大端外形，小端中心孔 車 床 45 鉆 鉆45mm的導向孔 小端外形，115mm表面 鉆 床 50 鉆 鉆45mm的通孔 小端外形，115mm表面 深孔鉆床 55 熱處理 調質220～240HB 60 車 車小端面，內孔光出即可，長度不少于10mm 大端外形，89表面 車 床 65 車 半精車各檔外圓及1：12錐面，均留0.5～0.6mm，螺紋外徑留磨量0.2～0.3mm 大端外形，小端孔口 仿形車床 70 車 半精車大端D、E面及莫氏錐孔 半精車大端后斷面，切割各槽 大端外形，小端孔口 車 床 75 鉆 擴48mm通孔 大端外形，89表面 深孔鉆床 80 熱處理 按圖要求對各部位進行熱處理 85 車 半精車大端D、E面 車6號莫氏錐孔，精車端面 小端外形 車 床 90 磨 半精磨各檔外圓，1：12錐面，螺紋外圓，大端外圓及端面 用錐套心軸夾持找正89mm、115mm外圓，徑向圓跳動不大于0.005mm 外圓磨床 95 銑 銑鍵槽12H9 80外圓 3#萬能銑床 100 鉆 大端面上各孔 D、E面 專用鉆床 105 車 精車M74X1.5、M100X1.5、M115X1.5mm螺紋及大端面后端面 大端外圓，小端孔口找正89mm、115mm外圓，徑向圓跳動小于0.005mm 車 床 110 磨 精磨各檔外圓，D、E面及錐面 錐套找正89mm、115mm外圓，徑向圓跳動小于0.005mm 外圓磨床 115 磨 精磨大端錐孔 89mm、115mm外圓軸肩找正，徑向跳動小于0.005mm 專用磨床 120 清 除 清洗去毛刺 125 檢 查 按圖樣技術要求項目檢查 工藝路線方案二 序號 工序名稱 工 序 內 容 定位基準 設 備 5 備 料 10 鍛 造 磨 鍛 立式精鍛機 15 熱處理 正 火 回火爐 20 鋸 鋸小端，保持總長為890+2.5 mm 鋸 床 25 銑端面打中心孔 車端面鉆=5mm的中心孔 小端外形 銑床、鉆床 30 車 粗車各段外徑，均放余量為2.5～3mm 大端外形及斷面、小端中心孔 車 床 35 車 粗車D、E面及165mm外圓，均放余量為2.5～3mm 小端外形，115mm表面 車 床 40 車 粗車大端后斷面及115mm外圓與上邊工序接平 大端外形，小端中心孔 車 床 45 車 車小端面，內孔光出即可，長度不少于10mm 大端外形，89表面 車 床 50 車 半精車各檔外圓及1：12錐面，均留0.5～0.6mm，螺紋外徑留磨量0.2～0.3mm 大端外形，小端孔口 仿形車床 55 車 半精車大端D、E面及莫氏錐孔 半精車大端后斷面，切割各槽 大端外形，小端孔口 車 床 60 車 半精車大端D、E面 2、車6號莫氏錐孔，精車端面 小端外形 車 床 65 鉆 鉆45mm的導向孔 小端外形，115mm表面 鉆 床 70 鉆 鉆45mm的通孔 小端外形，115mm表面 深孔鉆床 75 熱處理 調質220～240HB 80 鉆 擴48mm通孔 大端外形，89表面 深孔鉆床 85 熱處理 按圖要求對各部位進行熱處理 90 磨 半精磨各檔外圓，1：12錐面，螺紋外圓，大端外圓及端面 用錐套心軸夾持找正89mm、115mm外圓，徑向圓跳動不大于0.005mm 外圓磨床 95 銑 銑鍵槽12H9 80外圓 3#萬能銑床 100 鉆 大端面上各孔 D、E面 專用鉆床 105 車 精車M74X1.5、M100X1.5、M115X1.5mm螺紋及大端面后端面 大端外圓，小端孔口找正89mm、115mm外圓，徑向圓跳動小于0.005mm 車 床 110 磨 精磨各檔外圓，D、E面及錐面 錐套找正89mm、115mm外圓，徑向圓跳動小于0.005mm 外圓磨床 115 磨 精磨大端錐孔 89mm、115mm外圓軸肩找正，徑向跳動小于0.005mm 專用磨床 120 清 除 清洗去毛刺 125 檢 查 按圖樣技術要求項目檢查 兩個工藝路線的分析：相比工藝路線方案一，工藝路線方案二采用先銑面，后鉆孔的思路，符合工序集中和先面后孔的原則，但在加工右邊圓柱上平面和左邊圓柱下平面時不便于定位和裝夾，且不符合基準先行的原則；而加工方案一不僅符合先面后孔的原則和基準先行原則，而且便于定位和裝夾。 另外，選擇方案時還應考慮工廠的具體條件等要素，如：設備能否借用工、夾、量具等。本次設計采用工藝路線一. 5.3、車床主軸機械加工工藝過程卡 序號 工序名稱 工 序 內 容 定位基準 設 備 5 備 料 10 鍛 造 磨 鍛 立式精鍛機 15 熱處理 正 火 回火爐 20 鋸 鋸小端，保持總長為890+2.5 mm 鋸 床 25 銑端面打中心孔 車端面鉆=5mm的中心孔 小端外形 銑床、鉆床 30 車 粗車各段外徑，均放余量為2.5～3mm 大端外形及斷面、小端中心孔 車 床 35 車 粗車D、E面及165mm外圓，均放余量為2.5～3mm 小端外形，115mm表面 車 床 40 車 粗車大端后斷面及115mm外圓與上邊工序接平 大端外形，小端中心孔 車 床 45 鉆 鉆45mm的導向孔 小端外形，115mm表面 鉆 床 50 鉆 鉆45mm的通孔 小端外形，115mm表面 深孔鉆床 55 熱處理 調質220～240HB 60 車 車小端面，內孔光出即可，長度不少于10mm 大端外形，89表面 車 床 65 車 半精車各檔外圓及1：12錐面，均留0.5～0.6mm，螺紋外徑留磨量0.2～0.3mm 大端外形，小端孔口 仿形車床 70 車 半精車大端D、E面及莫氏錐孔 半精車大端后斷面，切割各槽 大端外形，小端孔口 車 床 75 鉆 擴48mm通孔 大端外形，89表面 深孔鉆床 80 熱處理 按圖要求對各部位進行熱處理 85 車 半精車大端D、E面 車6號莫氏錐孔，精車端面 小端外形 車 床 90 磨 半精磨各檔外圓，1：12錐面，螺紋外圓，大端外圓及端面 用錐套心軸夾持找正89mm、115mm外圓，徑向圓跳動不大于0.005mm 外圓磨床 95 銑 銑鍵槽12H9 80外圓 3#萬能銑床 100 鉆 鉆大端面上各孔 D、E面 專用鉆床 105 車 精車M74X1.5、M100X1.5、M115X1.5mm螺紋及大端面后端面 大端外圓，小端孔口找正89mm、115mm外圓，徑向圓跳動小于0.005mm 車 床 110 磨 精磨各檔外圓，D、E面及錐面 錐套找正89mm、115mm外圓，徑向圓跳動小于0.005mm 外圓磨床 115 磨 精磨大端錐孔 89mm、115mm外圓軸肩找正，徑向跳動小于0.005mm 專用磨床 120 清 除 清洗去毛刺 125 檢 查 按圖樣技術要求項目檢查 5.4、加工余量的確定 工藝路線擬定以后，應確定每道工序的加工余量、工序尺寸及其公差。工序尺寸是工件加工過程中，每個工序加工應保證的尺寸，工序尺寸允許的變動范圍就是工序尺寸的公差。工序尺寸的確定與加工余量有著密切的關系。 零件圖上的尺寸和公差就是最終的加工工序尺寸和公差。將此尺寸加上加工余量就是上一工序的工序尺寸。 6、軸類零件的檢驗 6.1、加工中的檢驗 自動測量裝置，作為輔助裝置安裝在機床上。這種檢驗方式能在不影響加工的情況下，根據測量結果，主動地控制機床的工作過程，如改變進給量，自動補償?shù)毒吣p，自動退刀、停車等，使之適應加工條件的變化，防止產生廢品，故又稱為主動檢驗。主動檢驗屬在線檢測，即在設備運行，生產不停頓的情況下，根據信號處理的基本原理，掌握設備運行狀況，對生產過程進行預測預報及必要調整。在線檢測在機械制造中的應用越來越廣。 6.2、加工后的檢驗 單件小批生產中，尺寸精度一般用外徑千分尺檢驗；大批大量生產時，常采用光滑極限量規(guī)檢驗，長度大而精度高的工件可用比較儀檢驗。表面粗糙度可用粗糙度樣板進行檢驗；要求較高時則用光學顯微鏡或輪廓儀檢驗。圓度誤差可用千分尺測出的工件同一截面內直徑的最大差值之半來確定，也可用千分表借助V形鐵來測量，若條件許可，可用圓度儀檢驗。圓柱度誤差通常用千分尺測出同一軸向剖面內最大與最小值之差的方法來確定。主軸相互位置精度檢驗一般以軸兩端頂尖孔或工藝錐堵上的頂尖孔為定位基準，在兩支承軸頸上方分別用千分表測量。 7、總結 時光飛逝，這次的方向課程設計已經接近尾聲?；厥走@段時間的設計過程，感慨萬千。使我從中學到了以前在課內根本就學不到的東西。受益匪淺！ 在這次設計過程中，不僅鞏固了所學知識的作用，而且以前上課沒有學到的知識，在這次設計當中也涉及到了 。 在機械制造方向課程設計中，首先是對工件機械加工工藝規(guī)程的制定，這樣在加工工件就可以知道用什么機床加工，怎樣加工，加工工藝裝備及設備等，因此，工件機械加工工藝規(guī)程的制定是至關重要的。 在機械制造方向課程設計中還用到了CAD制圖和一些計算機軟件，因為學的時間長了，因此在開始畫圖的時候有很多問題，而且不熟練，需參閱課本。但不久就能熟練的畫了。CAD制圖不管是現(xiàn)在，對以后工作也是有很大的幫助的。因此，這次真正將以前所學的聯(lián)系到實際應用中來了。 在這次機械制造方向課程設計中，還有一個重要的就是關于專用夾具的設計，因為機床夾具的設計在學習的過程中只是作為理論知識講的，并沒有親自設計過，因此，在開始的設計過程中，存在這樣那樣的問題，在老師的細心指導下，我根據步驟一步一步的設計，畫圖，查閱各種關于專用夾具的設計資料，終于將它設計了出來，我感到很高興，因為在這之中我學到了以前沒有學到的知識，也懂得了很多東西，真正做到了理論聯(lián)系實際。 在這次機械制造工藝課程設計中，我學到了很多知識，有一點更是重要，就是我能作為一個設計人員，設計一個零件，也因此，我了解了設計人員的思想，每一個零件，每件產品都是先設計出來，再加工的，因此，作為一個設計人員，在設計的過程中一點不能馬虎，每個步驟都必須有理有據，不是憑空捏造的。而且，各種標準都要嚴格按照國家標準和國際標準，查閱大量資料，而且設計一個零件，需要花好長時間。親自上陣后我才知道，做每件是都不是簡簡單單就能完成的，是要付出大量代價的。因此，我們也要用心去體會每個設計者的心思，這樣才能像他們一樣設計出好的作品。 在這次械制造工藝課程設計中，對我來說有所收獲也存在著不足之處。 收獲： 1）能把以前所學的各種知識，綜合的運用的這次設計中，鞏固了以前所學的知識。 2）學會了參閱各種資料及查各種余量、切削用量等手冊。 3）學會了，分析問題，解決問題的能力。 不足之處： 1）有些步驟，問題解決的方法不是很好，需在以后的學習、實踐中進一步改進。 2）有些工藝路線制定的不是太好，而且余量、切削用量設計不是很精確，需在以后的實踐中積累經驗，進一步改進。 綜上所述：這次的械制造工藝課程設計對我以后的工作起了很大的幫助，我認識到，無論是工作還是學習都必須做到認真、謹慎，時時處處細心。 參考文獻 1、顧崇衍 等編著.機械制造工藝學。陜西：科技技術出版社，1981。 2、倪森壽 主編.機械制造工藝與裝備?；瘜W工業(yè)出版社，2001。 3、張進生 主編.機械制造工藝與夾具設計指導。機械工業(yè)出版社，1994。 4、姜敏鳳 主編.工程材料及熱成型工藝。高等教育出版社，2003。 5、機械制造工藝及設備設計手冊編寫組 編.機械制造工藝及設備設計手冊。機械工業(yè)出版社，1989。 6、胡家秀 主編.簡明機械零件設計實用手冊。機械工業(yè)出版社，1999。 7、江南學院 肖繼德 南京金陵職業(yè)大學 陳寧平 主編.機床夾具設計（第二版）。機械工業(yè)出版社，1997。 8、倪森壽 主編.機械制造工藝與裝備習題集和課程設計指導書?；瘜W工業(yè)出版社，2001。 9、劉越 主編.機械制造技術?；瘜W工業(yè)出版社，2001。 10、趙如福主編.金屬機械加工工藝人員手冊（第三版）。上?？萍技夹g出版社，1981。