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1、机械制造技术课程设计说明书设计题目：制定轴零件的加工工艺 设计车外圆尺寸夹具专业：机电一体化技术 班级：学号：姓名：指导教师：机械工程系目录序 言1一. 零件的分析41.1 轴的作用 41.2 轴的工艺分析 41.3 轴的零件图 5二、工艺规程设计62.1确定毛坯的制造形式62.2定位基准的选择62.3拟定轴的工艺路线72.4加工工序的设计 102.5确定切削用量及基本工时11三、机床的设备选择123.1机床设备选择153.2工艺设备选用163.3各工序所用机床、夹具、刀具、量具和辅具17四、机床的夹具设计参考文献19工艺卡片19工序卡片20设计总结 21序 言本课程设计是学生在学完机械制造工
2、艺学课程的一个综合性和实践性很强的教学环节，通过课程设计，能综合运用所学基本理论以及在生产实习中学到的实践知识进行工艺及结构设计的基本训练，掌握机械制造过程中的加工方法、加工装备等基本知识，提高学生分析和解决实际工程问题的能力，为后续课程的学习及今后从事科学研究、工程技术工作打下较坚实的基础。本次机械制造工艺学课程设计不仅仅能帮助我们利用已学的知识进行设计，还培养了我们自己分析，独立思考的能力。这次综合性的训练，我在以下几方面得到锻炼：全套图纸，加153893706（1） 提高结构设计能力。通过设计零件的训练，获得根据被加工零件的加工要求，设计出高效，省力，经济合理而能保证加工质量的零件的能力
3、。（2） 学会使用手册以及图表资料。掌握与本设计有关的各种资料的名称，出处，能够做到熟练的运用。就我个人而言，我希望通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己发现问题，分析问题和解决问题的能力，为今后参加工作打下良好的基础。一、零件的分析1.1 轴的作用轴的主要作用是支承回转零件及传递运动和动力。按照轴的承受载荷不同，轴可分为转轴、心轴和传动轴三类。工作中既承受弯矩又承受扭矩的轴成为转轴，只承受弯矩的轴称为心轴，只承受扭矩而不承受弯矩的轴称为传动轴。1.2 轴的工艺分析该轴主要采用40Cr钢能承受一定的载荷与冲击。此轴为阶梯轴类零件，尺寸精度，形位精度要求均较高。2
4、0,29.295，33，35，45,35，30为主要配合面，精度均要求较高，需通过磨削得到。两键槽有同轴度要求。在加工过程中须严格控制。（1）该轴采用合金结构钢40Cr，中等精度，转速较高。经调质处理后具有良好的综合力学性能，具有较高的强度、较好的韧性和塑性。（2）该轴为阶梯轴，其结构复杂程度中等，其有多个过渡台阶，根据表面粗糙度要求和生产类型，表面加工分为粗加工、半精加工和精加工。加工时应把精加工、半精加工和粗加工分开，这样经多次加工以后逐渐减少了零件的变形误差。（3）零件毛坯采用模锻，锻造后安排正火处理。（4）该轴的加工以车削为主，车削时应保证外圆的同轴度。（5）在精车前安排了热处理工艺，
5、以提高轴的疲劳强度和保证零件的内应力减少，稳定尺寸、减少零件变形。并能保证工件变形之后能在半精车时纠正。（6）同一轴心线上各轴孔的同轴度误差会导致轴承装置时歪斜，影响轴的同轴度和轴承的使用寿命。在两端面钻中心孔进行固定装夹可以有效防止径向圆跳动、保证其同轴度零件图如下轴的各表面粗糙度、公差及偏差见表一加工表面尺寸及偏差（mm）公差及精度等级表面粗糙度Ra（m）形位公差轴段120IT60.8轴段229.295IT80.8轴线直线度为轴段2端面3.2轴段333未注轴线直线度为轴段3端面3.2轴段435IT60.8轴线直线度为轴段4端面3.2轴段545未注0.8轴线直线度为轴段6350.8轴段730
6、0.8键槽210H9IT73.2键槽36IT73.2键槽610H9IT73.2表一二、工艺规程设计2.1 确定毛坯的制造形式阶梯轴材料为40Cr钢，要求强度较高，且工件的形状比较简单，毛坯精度低，加工余量大，因年产5000件，所以达到批量生产水平。综上考虑，采用锻件，其锻造方法为模锻，毛坯的尺寸精度要求为IT12以下。2.2 定位基准的选择正确的选择定位基准是设计工艺过程中的一项重要的内容，也是保证加工精度的关键，定位基准分为精基准和粗基准，以下为定位基准的选择。粗基准的选择。（1） 粗基准的选择应能保证加工面与非加工面之间的位置精度，合理分配各加工面的余量，为后续工序提供精基准。所以为了便于
7、定位、装夹和加工，可选轴的外圆表面为定位基准，或用外圆表面和顶尖孔共同作为定位基准。用外圆表面定位时，因基准面加工和工作装夹都比较方便，一般用卡盘装夹。为了保证重要表面的粗加工余量小而均匀，应选该表面为粗基准，并且要保证工件加工面与其他不加工表面之间的位置精度。按照粗基准的选择原则，选择次要加工表面为粗基准。又考虑到阶梯轴的工艺特点，所以选择33的外圆及一端面为粗基准。（2）精基准的选择 根据轴的技术要求，轴的中心线为设计基准，也是测量基准，按照基准重合原则及加工要求，应选轴心线及一端面为精基准，其他各面都能以此为定位，从而也体现了基准统一的原则。2.3 拟定轴的工艺路线零件表面加工方法的选择
8、本零件的加工面有外圆、端面、键槽等，材料为40Cr，参考有关资料，加工方法选择如下：45外圆面：为未注公差尺寸，表面粗糙度为Ra0.8m，需进行粗车、半精车。35外圆面：公差等级为IT8，表面粗糙度为Ra0.8m，需进行粗车、半精车、精车。35外圆面：公差等级为IT6，表面粗糙度为Ra0.8m需进行粗车、半精车、精车、粗磨、精磨。 端面：本零件端面为回转体端面，尺寸精度都要求不高，表面粗糙度为Ra1.6m，需进行粗车、半精车。 键槽：槽宽公差等级为IT7，槽深公差等级未注，表面粗糙度为Ra3.2m，需采用三面刃铣刀，粗铣、半精铣 工艺顺序的安排（一）机械加工工序（1）遵循先基准平面后其他的原则
9、：机械加工工艺安排是总是先加工好定位基准面，所以应先安排为后续工序准备好定为基准。先加工精基准面，钻中心孔及车表面的外圆。（2）遵循先粗后精的原则：先安排粗加工工序，后安排精加工工序。先安排精度要求较高的各主要表面，后安排精加工。（3）遵循先主后次的原则:先加工主要表面，如车外圆各个表面，端面等。后加工次要表面，如铣键槽等。（4）遵循外后内，先大后小原则：先加工外圆再以外圆定位加工内孔，加工阶梯外圆时先加工直径较大的后加工直径小的外圆。（5）次要表面的加工：键槽等次要表面的加工通常安排在外圆精车或粗磨之后，精磨外圆之前。（6）对于轴右端及中间轴段35加工质量要求较高的表面，安排在后面，并在前几
10、道工序中注意形位公差，在加工过程中不断调整、保证其形位公差。（7）按照先面后孔的原则：先加工端面，再铣键槽。（二）热处理工序的安排 在切削加工前宜安排正火处理，能提高改善轴的硬度，消除毛坯的内应力，改善其切削性能。在粗加工后进行调质处理，能提高轴的综合性能。最终热处理安排在半精车之后磨削加工之前。其能提高材料强度、表面硬度和耐磨性。在精加工之前安排表面淬火，这样可以纠正因淬火引起的局部变形，提高表面耐磨性。（三）辅助工序的安排 在粗加工和热处理后，安排校直工序。在半精车加工之后安排去毛刺和中间检验工序。在精加工之后安排去毛刺、清洗和终检工序。 综上所述，该轴的工序安排顺序为： 下料锻造预备热处
11、理。 该轴的加工工序:车端面粗车调质半精车精车车端面铣键槽淬火磨外圆精磨检验。 加工阶段的划分该轴精度要求较高，其加工阶段可划分为粗加工、半精加工、精加工阶段。1、在粗加工阶段，粗车外圆，以高生产效率去除毛坯余量。2、在半精加工阶段，对外圆进行半精车，铣键槽等，减小粗加工中留下的误差，使加工面达到一定的精度，为精加工做好准备。3、精加工阶段，30、35、29.295外圆面表面粗糙度要求为Ra0.8m，对其进行精车以达到要求。而对于30外圆面其公差等级为IT6，表面粗糙度要求为Ra0.8m安排粗磨、精磨。 确定工艺路线根据以上的加工工艺过程的分析确定零件的工艺路线如表二工序号工序名称工序内容10
12、模锻毛坯锻造加工20热处理正火30车端面车断头及端面保证端面尺寸，钻中心孔；调头车另一端面，钻中心孔；40粗车粗车轴段5外圆，以其端面为基准面，依次粗车轴段1、2外圆；调头再以轴段5右端面为基准粗车轴段6、7；粗车各退刀槽50热处理调质60半精车以轴段5外圆为基准依次半精车轴段2、6外圆；半精车键槽10H9的2个；调头再以轴段5外圆为基准半精车轴段5外圆；半精车槽深3。70精车用调整法找正以顶尖中心线为基准精车轴段1；精车轴段2;调头精车轴段6；精车轴段7；80车端面车端面保持长287；倒角1X45调头车另一端面保持全长285；倒角1X45度。90粗铣键槽铣两个宽为10的键槽和宽为6的键槽10
13、0半精铣键槽半精铣三个键槽110热处理表面淬火120粗磨粗磨轴段1；调头粗磨轴段6130精磨精磨轴段6；调头精磨轴段1140检验表二2.4加工工序的设计 加工余量的确定加工余量见表三加工表面工序名称工序余量工序尺寸精度等级轴段5粗车445IT11轴段1、6外圆面半精磨0.135IT6粗磨0.2535.1IT7精车0.2535.35IT8半精车2.235.6IT9粗车8.737.8IT11轴段2外圆面精车0.335IT8半精车1.535.3IT9粗车8.236.8IT11轴段5外圆面精车0.329.295IT8半精车1.529.595IT9粗车8.231.095IT11键槽半精铣1.510IT7
14、粗铣611.5IT11表三2.4.2毛坯尺寸及公差等级由工艺人员手册可查得锻件单边余量厚度方向1.5-2mm，取2mm，水平方向为2.0-2.7mm，取2.5mm.锻件质量小于1kg，长度等于120mm，取其上偏差+0.17mm，下偏差-0.08mm。锻件厚度尺寸小于40mm，取其上偏差+0.12mm，下偏差-0.04mm。B/H1,故取起偏角为5度。则锻件毛坯长度尺寸为289 mm，直径尺寸为49 mm。根据零件图各部分的加工精度要求，锻件的尺寸公差等级为8-12级，加工余量等级为普通级，故取IT=12级。2.4.3毛坯图的绘制根据零件图可知该轴各加工表面的粗糙度至少为3.2m。综上，锻件毛
15、坯图如下所示。2.5确定切削用量及基本工时确定切削用量的原则：首先应选取尽可能大的背吃刀量，其次在机床动力和刚度允许的条件下，又满足以加工表面粗糙度的情况下，选取尽可能大的进给量。最后根据公式确定最佳切削速度。1）工序30，粗车轴的左右端面 该工序为两个工步，工步1是以左边定位。粗车右端面；工步2是以右边定位，粗车左端面。由于这两个工步是在一台机床上经一次走刀加工完成的，故其选用的切削用量相同。1 加工条件：工件材料：材料为40Cr钢加工要求：粗车20端面及35外圆，机床：CA6140卧式车床。工步1和工步2的背吃刀量都为0.5mm2 进给量的确定：本设计采用的是硬质合金车刀，工件材料是40C
16、r，查表取进给量f0.5mm/r3切削速度的计算： Vc=Cv*Kv/Tm*a*f硬质合金车刀切削40Cr时，得切削速度V=50m/min。4 确定车床主轴转速：根据公式可得车床转速n=100050/（49）r/min=325r/min查表CA6140的主轴转速范围为101400，14001580（r/min），符合要求。 5 计算切削工时L=20/2mm=10mm, L1=2mm, L2=0, L3=0 Tm= (L+L1+L2+L3)*i/n*f=0.03min2）工序40粗车及工序60半精车 该工序为工步1粗车和工步2半精车，则背吃刀量依次为ap1=z=8.2mm，ap2=z=2.2mm
17、查表得 粗车 f1=0.81mm/r，取Vc为60m/min，则n=796r/min半精车取f2=0.4mm/r，Vc为90m/min，则n=1194r/min (n=1000Vc/d)3）工序40、60的过渡面部分粗车半精车尺寸为45的轴肩两端面粗车轴段2与轴段1的过渡端面，其切削用量与上述结论类似，不再计算4）工序90、100粗铣及半精铣键槽 粗铣 取f=2mm/r Vc=60m/min n=118 r/min 半精铣取f=0.8mm/r Vc=74m/min n=200 r/min5）工序120、130粗磨、精磨加工轴段1、5外圆面 查表取粗磨、精磨深度进给量为分别为0.032mm，0.
18、008mm 工件的运动速度为15m/min，18m/min 背吃刀量等于磨削余量0.25mm及0.1mm6）其余工序粗车加工时，取f=0.81mm/r Vc=60m/min 半精车加工时，取f=0.51mm/r Vc=90m/min 精加工时，取f=0.2mm/r Vc=120m/min 皆符合要求。三、机床设备的选用一 车床专用夹具为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。有老师分配的任务，我被要求设计粗车工件外形，选用机床：卧式车床C620-1。一.1 一 机床夹具的总体形式夹具在机械加工中起着重要的作用，它直接影响到机械加工的质量、工人的劳动强度、生产率和加工成本
19、。因此对设计的夹具，提出以下几点基本要求。1、能稳定可靠地保证工件的加工技术要求。若工件达到到加工技术要求，成为废品，则夹具设计是失败的，该夹具不能用于生产。2、操作简单，便于工件安装（即定位和夹紧），减轻工人的劳动强度，节省工件安装时间，降低辅助工时，保证高的生产效率。3、具有良好的工艺性，便于制造，降低夹具制造成本，从而降低分摊在工件上的加工成本。一.2 二 夹具的设计步骤当接到夹具设计任务后，按下面6个步骤，逐步设计。1、明确设计任务，收集研究设计的原始资料。原始资料包括如下内容。 加工零件的零件图、毛坯图及加工工艺过程，所设计夹具应用的工序图，并了解该工序所使用的设备、刀具、量具、其他
20、辅具以及该工序的加工余量、切削用量、加工要求、生产节拍等参数。 了解零件的生产类型，这是决定夹具采用简单结构或复杂结构的依据。若属大批量生产，则力求夹具结构完善、生产率高；或是单件小批量生产或急于应付生产，则夹具结构应简单，以便迅速制造交付使用。 收集该夹具所用机床的资料，主要指夹具连接部分的安装尺寸。如铣床夹具要求安装在工作台上，要收集工作台大小，工作台T形机槽及槽距，以及机床的技术参数。 收集所使用刀具的资料如刀具的精度、安装方式、使用要求及技术条件等。 收集国内国外同类型夹具资料，吸收其中先进而又能结合本厂情况的合理部分。 了解本厂制造夹具的能力和使用的条件，如夹具制造的条件及精度水平，
21、有无压缩空气、气压值等。 收集有关夹具零件件的标准（包括国标、部标、企标、厂标），典型夹具结构图册等。2、确定夹具结构方案，绘制结构草图。其主要内容如下. 根据工件加工尺寸、要求和形状，确定工件的定位方式，选择或设计定位元件，计算定位误差。 确定刀具的引导方式及引导元件（指钻夹具、镗夹具）。 确定工件夹紧方式，选择或设计夹紧机构，计算夹紧力。 确定其他装置（如分度装置、顶出装置）的结构型式。 确定和设计其他结构，如铣床夹具与机床的连接装置、对刀装置。3、绘制夹具总图。应注意以下几点。 绘制夹具总图，尽量按1：1绘制，以保证直观性。 主视图尽量符合操作者的正面位置。 工件轮廓用双点画线绘制，并视
22、为假想透明体，不影响其他元件的绘制。 绘图顺序为：工件定位元件引导元件夹紧装置其他装置夹具体。4、标注总图上的尺寸、公差与配合和技术条件。5、编写零件明细表。明细表应包括零件序号、名称、代号（指标准件代号或通用件代号）、数量、材料、热处理、质量等。6、绘制总图中非标准件的零件图。一.3 三 问题的提出本夹具主要用于粗车工件外形，本工序切削量大，主要用来车出工件的外形，选择已经加工的两中心孔定位，对应的定位元件为两顶尖（即固定顶尖和回转顶尖）。一.4 四 切削力及夹紧力计算1、车削力计算机床：C620-1型卧式车床 由3 所列公式 得查表 9.48 得其中： 修正系数 z=24 代入上式，可得
23、F=889.4N 因在计算切削力时，须把安全系数考虑在内。安全系数 K=其中：为基本安全系数1.5 为加工性质系数1.1 为刀具钝化系数1.1 为断续切削系数1.1 所以 一.5 五 误差分析定位采用两顶尖，一固定端、一活动端共限制五个自由度一批工件在卡具中定位时，各个工件所占据的位置不完全一致，因此使加工后，各工件加工尺寸的不一致，而形成误差，即工件定位时造成的加工表面相对工序基准的误差。形成原因有两个，一是由于定位基准 与设计基准不重合而造成。二是定位基准与限位基准不重合而造成。根据零件图可知，T=0.028mm， Td=0.025mm，。已知孔的形状公差为0.028，根据经验公式，易知此
24、结果符合。参考文献【1】王先逵.机械制造工艺学.北京：机械工业出版社，2006.【2】陈锡渠.金属切削原理与工具.北京：北京大学出版社，2006.【3】葛金印.机械制造技术基础基本常识.北京：高等教育出版社,2004.【4】马永杰.热处理工艺方法600种.北京：化学工业出版社，2008.【5】邓文英.金属工艺学.北京：高等教育出版社，2008.【6】徐学林.互换性与测量技术基础长沙：湖南大学出版社，2009.设计小结通过此次课程设计,让我受益非浅,不仅培养了我们发现问题、分析问题、解决问题的逻辑思维能力,更重要的是学会了熟悉运用机械制造工艺学中的基本理论实际知识解决零件在加工中的定位，夹紧，以
25、及工艺路线安排，工艺尺寸确定等问题保证加工质量。通过这次轴的设计,让我们从机械基础到公差配合、从机械制图、计算机绘图到机床设备应用，把机械制造过程中的各种知识综合整理，又有了更高层次的理解和发现。 在设计中,老师的细心指导,让我们了解了自己在学习过程中的缺陷,使我们进一步熟悉及应用机械制造中的理论研究,培养了我们一丝不苟、严谨认真的工作作风和良好习惯!课程设计是我们所学知识的总结及运用,同时也让我们进一步熟悉了计算机的操作,让我们为毕业后工作有了信心。在此,感谢老师的认真指导!同时，在设计的过程中，我们也遇到了很多问题，其中就有不少就是因为自己的知识储备是很有限的，因此，我也更加感受到了自己的不足并决心努力克服改正。
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