制定换挡轴的加工工艺设计钻Φ10锥孔的钻床夹具设计说明书

哈尔滨理工大学 机械制造技术基础课程设计 课程设计说明书 设计题目：制定换挡轴的加工工艺， 设计钻 10 锥孔 的钻床夹具 班 级： 机设 09-1 学 号： 0930120111 学生姓名： 刘文慧 指导教师： 陶福春 系 主 任： 陶福春 设计日期： 2011年 11 月 28 日 至 2012 年 12 月 16日 目录 任务设计书 1 课程设计说明书正文 2 序言 2 一、 零件分析 2 二、 工艺规程设计 3 （一） 确定毛坯的制造形式 3 （二） 基面的选择 3 （三） 制定工艺路线 3 （四） 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 4 （五） 确定切削用量及毛坯尺寸的确定 4 三、 专用夹具设计 8 （一） 设计主旨 8 （二） 夹具设计 9 四、 课程设计心得体会 10 参考文献 11 哈尔滨理工大学 机械制造技术基础课程设计任务书 设计题目： 制造换挡轴的加工工艺，设计钻 10锥孔的 钻床夹具 设计要求： 1、中批生产； 2、选用通用设备； 3、采用手动加紧机构； 设计内容： 1、绘制加工工件图，计算机绘图； 2、制定零件的加工工艺过程，填写零件加工工艺过程卡一张和所有工序卡的工序卡。 3、制设计指定的工序夹具，绘制夹具全套图纸； 4、编写设计说明书一份，按照毕业论文的格式写； 5、答辩时交全套夹具工程用图纸、设计说明书、工艺过程卡和工序卡，并交电子文稿。 序言 机械制造技术基础课程设计是在我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业课之后进行的。这是我们在进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的链接，也是一次理论联系实际的训练。因此，它在我们的大学学习生活中占有十分重要的地位。 就我个人而言，我希望能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，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力。 由于知识能力有限，设计有许多不足之处，恳请各位老师给予指教。 一、零件的分析 (一 ) 零件的作用 轴类零件是机器中常见 的典型零件之一，主要用来传递旋转运动和扭矩，支撑传动零件并承受载荷，而且是保证装在轴上的零件回转精度的基础。轴类零件是回转体零件，一般来说其长度大于直径。轴类零件的主要加工表面是内、外旋转表面，次要加工表面有键槽、花键、螺纹和横向空等。 换挡轴的主要作用是传递转矩，与拨叉相配合，用于换档变速。 （二）零件的工艺分析 换挡轴主要有五组加工表面，他们相互之间有一定的位置关系。现分述如下： 1、 8mm的径向孔及 6mm孔为中心的加工表面。 这一组加工表面包括： 8mm的径向孔， 6mm的空以及轴顶端的倒角。 8的径向空与 6的孔相垂直。 2、 10mm的锥孔为中心的加工表面。 这一组加工表面主要是 10mm的锥孔 3、 键槽为中心的加工表面。 这一组加工表面主要是 平键键槽。 4、 花键 为中心的加工表面。 这一组加工表面主要是 花键 。 这四组加工表面之间有一定的位置关系，主要是： （ 1） 6mm与 10mm锥孔在一天直线上，并与键槽相垂直。 （ 2） 8mm的径向孔与 6mm的孔相垂直， 6mm的孔为通孔。 由以上分析可知，对于这四组加工表面而言，可以先加工其中一组表面，然后借助于专用夹具加工其他三组表面，并且保证他们之间的位置精度要求。 二、 工艺规程设计 （一） 确定毛坯的制造形式 零件材料为 45 号钢。考虑到变速箱在运行中要经常加速及正、反向运动，零件在工作过程中经常承受交变载荷及冲击性载荷，因此应该选用锻件，以使金属纤维尽量不被切断，保证零件工作可靠。由于零件中批生产，而且零件的轮廓尺寸不大，故可采用模锻成型。这对于提高生产率、保证加工质量也是有利的。 （二） 基面的选择 基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。几面选择得正确、合理，可以保证加工质量，提高生产效率。否则，就会使加工工艺过程问题百出，严重的还会造成零件大批报废，使生产无法进行 。 1、 粗基准的选择 对于轴类零件而言，以外圆作为粗基准是比较合理的。 2、 精基准的选择 精基准的选择主要应该考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算。 （三）制定工艺路线 制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已确定为中批生产的条件下，可以采用万能机床配以专用工夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外，还应该考虑经济效果，以便降低生产成本。 加工路线如下： 工序 1： 车端面及外圆 22mm，并倒角 。普通车床和车床 通用夹具，用顶尖辅助定位。 工序 2： 钻 8mm的径向孔。普通车床和车床通用夹具。 工序 3： 车端面及外圆 17.5mm。 普通车床和车床通用夹具。 工序 4：钻 6mm的孔 （两个，间距 38.5mm） 。钻床和专用夹具。 工序 5：锪 10mm锥孔，钻床和专用夹具，采用组合刀具。 工序 6：铣底长 30mm、两端半径 20的键槽。铣床和专用夹具。 工序 7：铣键槽。铣床和专用夹具。 工序 8：热处理高频淬火，然后低温回火。 工序 9：粗磨外圆 22mm。磨床和专用夹具。 工序 10：精磨外圆 22mm。磨床和专用夹具。 工序 11：铣 花键。铣床和专用夹具。 （ 四）机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 换挡轴零件材料为 45 号钢，硬度为 HB217-255，生产类型为中批生产，可采用在锻锤上合模模锻毛坯。 根据上述原始材料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下： 1、 外圆表面（ 22mm及 17.5mm） 考虑其加工长度为 290.5mm，为简化模锻毛坯的外形，现在直接取其外圆表面直径为 22mm，表面粗糙度值要求为 Rz0.8m（高频淬火区为 Rz0.4m），要求高精加工，此时直径加工余量 2Z=1mm已能满足加工要求。 2、 8mm径向孔 毛坯为实心，无精度要求。确定其工序尺寸及余量为： 钻孔： 8mm 3、 6mm的通孔 无精度要求。确定其工序尺寸及余量为： 钻孔： 6mm 4、 10mm的锥孔 位置要求：锥角为 30i，确定其工序尺寸及余量为： 钻孔 10mm锥孔 5、 铣键槽 铣键槽：长 30mm，宽 6mm，深 2mm。 铣槽侧成锥角 6、 铣花键 齿数： 36 模数： 0.472 压力角： 45 分度园直径： 16.99mm （五）确定切削用量及基本工时 工序 1： 车端面及外圆 22mm，并倒角 。普通车床和车床通用夹具 。本 工序采用计算法确定切削用量。 1、加工条件 工件材料： 45 钢正火，模锻。 加工要求： 粗车 22mm端面及外圆，表面粗糙度值为 Rz0.4m。 车床： CA6140卧式车床。 刀具： 刀片材料为 YT15， kr=90， o=15， o=8 r =0.5mm。 2、计算切削用量 （！） 粗车 22mm 端面。 1）确定端面最大加工余量： 可以将加工余量确定为 1mm。 2）确定进给量 ：根据切削用量简明手册（第三版）（以下简称切削手册），确 定 =0.18mm/r。 3）计算切削速度：按切削手册， 切削速度的计算公式为 vc=cvkv/Tmaxvpfyv vc=242x1.44x0.8x1.04x0.81x0.97/(600.2x30.15x0.510.35)=108.6m/min 4）确定机床主轴转速： ns=1000vc/( dw)=1000 x108.6/( x22)=531r/min 按机床说明书，与 531r/min 相接近的机床转速为 500 r/min 及 560r/min，现在选取 560r/min。所以实际切削速度 v=114.35m/min。 5）计算切削工时：按工艺手册，取 l=1mm t=l/v=0.0092min （ 2）粗车 22外园 1）背吃刀量：单边余量 Z=1mm。 2）进给量：根据切削手册， 选用 f=1.0mm/r。 3）计算切削速度：根据切削手册， vc=116m/min。 4）确定主轴转速： ns=568r/min。 工序 2： 钻 8mm的径向孔。 1、 加工条件 工件材料 ： 45号钢正火，模锻。 加工要求： 钻孔深 55mm。 机床：普通车床。 刀具：钻头，尺寸：直径 8mm，长 65mm 2、 计算切削用量 （ 1） 钻 8mm的径向孔 1） 确定径向孔的最大加工余量： -0.5mm。 2） 确定进给量： 根据切削手册， f=0.15mm/r。 3） 确定切削速度 ：按切削手册， vc=100.8m/ min。 4） 确定机床主轴转速： ns=532r/min。 工序 3： 车端面及外圆 17.5mm。 （ 1）粗车 17.5mm 端面。 1）确定端面最大加工余量：可以将加工余量确定为 1mm。 2）确定进给量 ：根据 切削用量简明手册（第三版）（以下简称切削手册），确定 =0.18mm/r。 3）计算切削速度：按切削手册，切削速度的计算公式为 vc=cvkv/Tmaxvpfyv vc=242x1.44x0.8x1.04x0.81x0.97/(600.2x30.15x0.510.35)=108.6m/min 4）确定机床主轴转速： ns=1000vc/( dw)=1000 x108.6/( x22)=531r/min 按机床说明书，与 531r/min 相接近的机床转速为 500 r/min 及 560r/min，现在选取 560r/min。所以实际切削速度 v=114.35m/min。 5）计算切削工时：按工艺手册，取 l=1mm t=l/v=0.0092min （ 2）粗车 17.5mm外圆 1）背吃刀量：单边余量 Z=1mm。 2）进给量：根据切削手册，选用 f=1.0mm/r。 3）计算切削速度：根据切削手册， vc=116m/min。 4）确定主轴转速： ns=568r/min。 工序 4：钻 6mm的孔 （两孔间距 38.4mm） 。 距顶端 55mm的孔是通孔；距尾端 197mm 的孔是盲孔，孔深 11mm。 1）确定径向孔的最大加工余量： -0.5mm。 2）确定进给量：根据切削手册， f=0.15mm/r。 3）确定切削速度：按切削手册， vc=100.8m/ min。 4） 确定机床主轴转速： ns=532r/min。 工序 5：锪 10mm锥孔。 刀具为尖端直径是 6mm，尾端直径是 10mm，锥角是 30的锥形沉头锪钻。 1）确定径向孔的最大加工余量： -0.5mm。 2）确定进给量：根据切削手册， f=0.15mm/r。 3）确定切削速度：按切削手册， vc=100.8m/ min。 4） 确定机床主轴转速： ns=532r/min。 工序 6：铣底长 30mm、两端半径 20的键槽。 1）确定进给量： 根据切削手册： f=0.15mm/z-1。 2）确定切削速度： 根据切削手册： vc=20m/min。 3）计算切削时间： t=l/s=30/333s=0.09s 工序 7：铣键槽。 1）确定进给量： 根据切削手册： f=0.15mm/z-1。 2）确定切削速度：根据切削手册： vc=20m/min。 3）计算切削时间： t=l/s=30/333s=0.09s 工序 8：热处理高频淬火，然后低温回火。 淬火是将工件加热到 Ac3（亚共析钢）或 Ac1（共析钢和过共析钢）以上 30-50，保温后快速冷却，获得马氏体或（和）贝氏体组织的热处理工艺。淬火需与适当的回火工艺相配合，才能使钢具有不同的力学性能，以满足各类零件或工、模具的 使用要求。 回火是指将工件淬硬后，在加热到 Ac1 以下某一温度，保温后冷却到室温的热处理工艺。回火一般在淬火后随即进行。淬火与回火常作为零件的最终热处理。 回火可以减小和消除淬火时产生的应力和脆性，防止和减小工件变形和开裂；获得所需的稳定组织，保证工件在使用中形状和尺寸不发生改变；获得工件所要求的使用性能。 工序 9：粗磨外圆 22mm。 1）确定最大加工余量：根据下一步精加工的需要，确定加工余量为 0.2mm。 2）确定进给量：根据切削手册确定 f=0.1mm/r 3)计算切削速度：按切削手册，可计算 vc=108.6m/min 4)确定机床主轴转速： ns=532r/min 工序 10：精磨外圆 22mm。 1）确定进给量：根据切削手册确定 f=0.1mm/r 2)计算切削速度：按切削手册，可计算 vc=108.6m/min 3)确定机床主轴转速： ns=532r/min 工序 11：铣花键。 采用滚齿加工。 1）确定进给量： 根据切削手册 f=0.15mm/z 2）计算 切削速度 ：按切削手册 vc=20m/min。 3）确定机床主轴转速： ns=553r/min。 三、专用夹具设计 为了提高劳动生产率，保证加工质量， 降低劳动强度，通常需要设计专用夹具。 经过与指导教师的协商，决定设计 工序 5钻 10mm锥孔的钻床夹具。本夹具将用于钻床。刀具为 锥形沉头锪钻， 对工件的孔进行加工。 （一）设 计主旨 本夹具主要用来锪 10mm锥孔，这个孔在加工中需要一定的技术要求。在加工到本道工序时， 6mm 的直孔已经加工好， 10mm的锥孔只需要在 6mm的直孔的基础上进行锪钻加工即可。 本道工序不需要考虑精度问题，因此，本道工序加工时，主要应考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度。 （二）夹具设计 1、定位基准的选择 有零件图可知， 10mm锥孔与 6mm的直孔有位置要求，应在同一轴线上，其设计基准为 轴的径向中心线、并用 6mm 的直孔辅助定位，为了使定位误差为零，应该选择以轴的径向中心线定位，并用 6mm 的 直孔辅助定位的自动定心夹具。但这种自动定心夹具结构会过于复杂，所以这里选用轴身为主要定位基面。 钻床夹具习惯上称为钻模，形式结构繁多。结合零件特点，这个零件比较适合用固定式钻模。 为了提高加工精度，在立轴式钻床安装钻模时，要先将装在主轴上的钻头伸入钻套中，以确定钻模的位置，然后将其紧固。 2、 轴向 力及 转矩 的计算 Ff=CFfdzFffyFfKFf 式中， CFf=2050, xFf=1.0, yFf=0.5, nFf=-0.4, 所以 Ff=1234N Ff=CMcdzMcfMcKMc 式中， CFf=2050, xFf=1.0, yFf=0.5, nFf=-0.4, 所以 Ff=2234N 3、 夹紧力的计算 切削刀具：锥形沉头锪钻，尖端直径是 6mm，尾端直径是 10mm，锥角是 30。则： F=CFaxFpfyFzanFez/(dqFonwF) 式中， CF=650, ap=3.1mm, xF=1.0, fz=0.08min, yF=0.72, ae=40mm, nF=0.86, do=290.5mm, qF=0.8, wF=0, z=20,所以 F=1432N 4、 定位误差分析 （ 1）定位元件尺寸及公差的确定。 本夹具的主要定位元件是定位套和定位销， 该定位套和定位销的尺寸与公差现规定与本零件在工作时与其相配的 换挡轴的尺寸与公差相同。 （ 2） 确定两定位销的中心距 有零件图可知； 10mm锥孔与 6mm的直孔的中心距为 38.5mm。 （ 3）确定定位销直径 圆柱销的基本尺寸是对应孔的最小极限尺寸，其配合一般按 g6 或 f7选取。 （ 4）计算定位误差 加工尺寸 10mm 锥孔的定位误差，由于定位基准与工序尺寸重合，故 B=0. 5、夹具设计及操作的简要说明 如前所述，在设计夹具时，为提高劳动生产率，应该首先着眼于机动夹紧，本道工序的钻床夹具就选择手动夹紧。本工序由于是粗加工，切削力较小，夹紧工件可以采用手动夹紧，这可以使夹具 简化，降低劳动强度，使操作简便。 四、课程设计心得体会 紧张而又辛苦的三周课程设计结束了，当我快要完成老师下达给我的任务的时候，我仿佛经过一次翻山越岭，登上了高山之巅，顿感心旷神怡，眼前豁然开朗。 课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，这是我们迈向社会、从事职业工作前一个必不可少的过程。“千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义。我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地地迈开这一步，就是为明天能稳健的在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。 说实话，课程设计真是有点累。然而，当 我已着手清理自己的设计成果，仔细回味这三个周的心路历程，一种少有的成功喜悦即刻使我倦意顿消。虽然这是我刚学会走完的第一步，是我人生中一点小小的胜利，然而它令我感到自己成熟了许多，令我有一种“春眠方觉晓”的感悟。 通过课程设计，使我深深体会到，干任何事都必须耐心、细致。课程设计过程中，许多计算有时不免令我感到有些心烦意乱；有两次因为不小心我计算出错，只能好不情愿的重来。但一想起老师平时对我们的耐心教导，想到今后自己应当承担的社会责任，想到世界上因为某些心小的失误而出现的令世人震惊的事故，我不禁时刻提心自己，一 定要养成一种高度负责、一丝不苟的良好习惯。这次课程设计使我在工作作风上得到一次难得的磨练。 短短的三周课程设计，使我发现了自己所掌握的知识是真正的如此匮乏，自己综合应用所学的专业知识的能力是如此的不足，几年来学习了那么多的课程，今天才知道自己并不会用。想到这里我真的有点心急了。老师却对我说，这说明课程设计确实是你有了收获了。老师的亲切勉励像春雨注入我的心田，使我更加自信了。 最后，我要衷心的感谢老师。使您的严厉批评唤醒了我，使您的敬业精神感动了我，是您的谆谆教导启发了我，是您的殷切期望鼓舞了我。我感谢老师您 今天又为我增添了一副坚硬的翅膀。 五、参考文献 1、艾兴，肖诗刚主编，切削用量简明手册。北京：机械工业出版社， 1994 2、李益民主编，机械制造工艺设计简明手册。北京：机械工业出版社， 1994 3、哈尔滨工业大学，上海工业大学主编，机床夹具设计。上海：上海科学技术出版社， 1983 4、李洪主编。机械加工工艺手册。北京：北京出版社， 1990 5、王绍俊主编，机械制造工艺简明手册。北京：机械工业出版社， 1987 6、赵家齐编，机械制造工艺学课程设计指导。北京 : 机械工业出版社， 1994