X6132机械结构设计--毕业论文.doc

毕业设计（论文）说明书 题目名称：题目名称： X6132 机械结构设计-2011-II 学学 院：院： 机械工程学院 专业年级：专业年级： 机械设计制造及其自动化 姓姓 名：名： 班级学号：班级学号： 指导教师：指导教师： 二零一一二零一一 年年 六六 月月 五五 日日 摘 要 本次毕业设计，是基于 X6132 的机械结构设计，主要涉及部分为升降台部分， 在设计的过程中，运用 CAD 绘制部分的装配图和零件图，并进行标注，对机械精度 设计和工程制图进行巩固，运用 UG 对轴承和轴套进行建模，对典型零件进行三维 建模，对升降台部分的轴进行工艺规程设计，涉及轴的选材、确定毛坯和机械加工 余量及工序尺寸与公差、拟定工艺路线、选择工艺设备；并进行切削用量和时间定 额的计算，填写机械加工工艺过程卡和机械加工工序卡片。 关键词：X6132，UG，建模，工艺规程设计 北华大学学士学位论文 Abstract The graduation project is based on the X6132s mechanical structure design, mainly related to some of the lift part of the design process, using CAD to draw part of the assembly and part drawings, and tagging on the mechanical precision design and engineering drawings for consolidation, the use of UG model bearing on the lift part of the axis of process planning, involving selection of the axis to determine the rough and machining allowances and process dimensions and tolerances, the development process route, selection of process equipment; and the cutting the calculation of the amount and time scale, complete machining process and machining processes card cards. Keywords: X6132, UG, modeling, process planning 北华大学学士学位论文 I 目 录 第 1 章 绪论.1 1.1 课题研究的背景意义 1 1.2 UG 的简介2 1.3 课题研究的主要内容 2 第 2 章 装配图的绘制和标注.4 2.1 装配图的作用 4 2.2 装配图的内容 4 2.3 装配图的产生 4 2.3.1 根据已有的零件图画装配图.5 2.3.2 采用绘制零件图的方法画装配图.5 2.4 画装配图的步骤 5 2.4.1 画基准轴线.5 2.4.2 绘制主要轮廓.6 2.4.3 画出细节.7 2.4.4 完成标注.7 第 3 章 轴承的设计.9 3.1 设计要求 9 3.2 设计思路 9 3.3 具体步骤 9 3.3.1 创建轴承内圈模型.9 3.3.2 创建轴承外圈模型11 3.3.3 创建轴承滚动体模型12 3.3.4 建模完成13 第 4 章 轴套的建模15 4.1 设计要求 .15 4.2 具体步骤 .15 4.2.1 创建轴套的外轮廓15 4.2.2 对轴套的右端打孔18 4.2.3 建立花键模型18 4.2.4 创建键槽模型19 4.2.5 打孔20 4.2.6 倒角操作21 第 5 章 轴的工艺规程设计22 5.1 轴的工艺分析及生产类型的确定 .22 5.1.1 轴概述22 5.2 确定毛坯 .24 北华大学学士学位论文 II 5.3 对零件进行工艺分析 .24 5.4 工艺路线的拟定 .25 5.5 切削用量的选择 .26 5.5.1 确定粗车工步切削用量26 5.5.2 确定精车工步切削用量26 5.5.3 确定铣键槽时的切削用量27 5.5.4 确定磨削时的切削用量28 5.6 工序尺寸及其公差的确定 .28 5.7 机械加工过程 .28 5.7.1 确定加工方法28 5.7.2 机床选择29 5.7.3 刀具选择29 5.7.4 量具选择30 5.8 确定各工序的时间定额 .30 5.8.1 时间定额的组成31 5.9 填写工艺文件 .31 5.10 工艺分析 32 结 论34 致 谢35 参考文献.36 北华大学学士学位论文 1 第 1 章 绪论 1.1 课题研究的背景意义 金属切削机床（Metal cutting machine tools）是用切削的方法将金属毛坯加工成 机器零件的机器，它是制造机器的机器，所以又称为“工作母机”或“工具机”,习 惯上简称为机床。 在现代机械制造工业中加工机器零件的方法有多种，如铸造、锻造、焊接、切 削加工和各种特种加工等，但切削加工是将金属毛坯加工成具有一定形状、尺寸和 表面质量的零件的主要加工方法，在加工精密零件时，目前主要是依靠切削加工来 达到所需的加工精度和表面质量。所以，金属切削机床是加工机器零件的主要设备， 它所担负的工作量，约占机器总制造工作量的 40%-60%，机床的技术水平直接影响 机械制造工业的产品质量和劳动生产率。 机床的母机属性决定了它在国民经济中的重要地位。机床工业为各种类型的机 械制造厂提供先进的制造技术与优质高效的机床设备，促进机械制造工业的生产能 力和工艺水平的提高。机械制造业肩负着为国民经济各部门提供现代化技术装备的 任务，即为工业、农业、交通运输业、科研和国防等部门提供各种生产设备、仪器 仪表和工具，而且为制造业包括机械制造业本身提供机械制造装备。机械制造业的 生产能力和制造水平标志着一个国家或地区的科学技术水平和经济实力。 机械制造业的生产能力和制造水平，主要取决于机械制造装备的先进程度。机 械制造装备的核心是金属切削机床。精密零件的加工主要依赖切削加工来达到所需 要的精度。金属切削机床所担负的工作量直接影响劳动生产率。换言之，一个国家 的机床工业水平在很大程度上代表着这个国家的工业生产能力和科学技术水平。显 然，金属切削机床在国民经济现代化建设中起着不可替代的作用。 近年来我国企业的数控机床占有率逐年上升，在大中企业已有较多的使用，在 中小企业甚至个体企业中也普遍开始使用。在这些数控机床中，除少量机床以 FMS 模式集成使用外，大都处于单机运行状态，并且相当部分处于使用效率不高，管理 方式落后的状态。2006 年，我国机床工业产值已进入世界第 5 名，机床消费额在世 界排名上升到第 3 位，达 47.39 亿美元，仅次于美国的 53.67 亿美元，消费额比上一 年增长 25%。但由于国产数控机床不能满足市场的需求，使我国机床的进口额呈逐 年上升态势，2001 年进口机床跃升至世界第 2 位，达 24.06 亿美元，比上年增长 27.3%。近年来我国出口额增幅较大的数控机床有数控车床、数控磨床、数控特种加 工机床、数控剪板机、数控成形折弯机、数控压铸机等，普通机床有钻床、锯床、 北华大学学士学位论文 2 插床、拉床、组合机床、液压压力机、木工机床等。出口的数控机床品种以中低档 为主，由于铣床加工范围比较广泛，因铣床的优化设计是机械工业发展的必然要求。 1.2 UG 的简介 UG 是 Unigraphics 的缩写，是一个商品名。这是一个交互式 CAD/CAM(计算机 辅助设计与计算机辅助制造)系统，它功能强大， 可以轻松实现各种复杂实体及造 型的建构。它主要基于工作站。 CAD 是计算机辅助设计的缩写，是行业通用名称。 它不包括 CAM(计算机辅助制造)。可以实现 CAD 功能的软件有很多，UG 是其中一 个，还有 AutoCAD、Cimatron、Pro/ENGINEER、SOLIDWORKS、开目 CAD 等等。 而 AutoCAD 则是另外一个由欧特克(Autodesk)公司开发的主要基于 PC 机的 CAD 软件。 UG 的开发始于 1990 年 7 月。如今大约十人正工作于核心功能之上。当前版 本具有大约 450,000 行的 C 代码。 UG 是一个在二和三维空间无结构网格上使用自 适应多重网格方法开发的一个灵活的数值求解偏微分方程的软件工具。其设计思想 足够灵活地支持多种离散方案。因此软件可对许多不同的应用再利用。 一个给定过 程的有效模拟需要来自于应用领域 (自然科学或工程)、数学(分析和数值数学) 及 计算机科学的知识。一些非常成功的解偏微分方程的技术，特别是自适应网格加密 (adaptive mesh refinement)和多重网格方法在过去的十年中已被数学家研究。计算机 技术的巨大进展，特别是大型并行计算机的开发带来了许多新的可能。 然而，所有 这些技术在复杂应用中的使用并不是太容易。这是因为组合所有这些方法需要巨大 的复杂性及交叉学科的知识。最终软件的实现变得越来越复杂，以致于超出了一个 人能够管理的范围。 UG 的目标是用最新的数学技术，即自适应局部网格加密、多 重网格和并行计算，为复杂应用问题的求解提供一个灵活的可再使用的软件基础。 一般结构 一个如 UG 这样的大型软件系统通常需要有不同层次抽象的描述。UG 具 有三个设计层次，即结构设计(architectural design)、子系统设计(subsystem design) 和组件设计(component design)。 至少在结构和子系统层次上，UG 是用模块方法 设计的并且信息隐藏原则被广泛地使用。 1.3 课题研究的主要内容 1为了达到 X6132 铣床高的运动精度、定位精度和高的自动化性能，其机械 机构的特点主要表现在如下几个方面：(1)高刚度(2)高灵敏度(3)高抗振性(4)热变形 小(5)高精度保持性(6)高可靠性(7)模块化(8)机电一体化。 2通过对铣床升降台的的结构设计，学习类比设计的方法。 3应用 AutoCAD 软件绘制装配图。 北华大学学士学位论文 3 4绘制升降台的主要零件图，并标注必要的尺寸及形状和位置公差，表面粗糙 度，注明必要技术条件。 5应用三维设计软件进行主要零件的实体造型设计。 6应用三维软件对三维模型出工程图。 7对轴进行工艺分析，确定工艺参数，确定加工工艺。 北华大学学士学位论文 4 第 2 章 装配图的绘制和标注 2.1 装配图的作用 装配图在生产中具有重要作用：机器或部件的设计过程中，首先要分析计算并 绘制装配图，然后以装配图为依据，进行零件设计，画出零件图，按零件图制造零 件，再按装配图中的装配关系和技术要求把零件装配成机器或部件。因此，装配图 应表达出机器或部件的工作原理、零件间的装配关系和各零件的主要结构形状及所 需要的尺寸和技术要求。 2.2 装配图的内容 根据装配图的作用，它应该包括以下四个方面的内容： （1）一组图形。表示机器或部件的工作原理及零件装配关系，零件的主要结构 形状。 （2）必要的尺寸。在装配图中必须标注反映机器或部件的性能、规格，和安装 情况、部件或零件间的相对位置、配合要求等方面的尺寸。 （3）技术要求。用文字或符号写出机器或部件质量、装配、检验、使用、维护 等方面的技术要求。 （4）标题栏、序号和明细栏。为便于生产管理，对机器或部件中的所有零件按 种类编写序号明天写明细栏和标题栏。 装配图是用来表达机器或部件的图样。零件多，图形复杂，绘制过程要进行修 改，这些问题对于手工制图来讲难度很大。AutoCAD 绘制装配图充分体现了 AutoCAD 辅助设计的优势。可以通过建立不同的层，把零件绘制在不同的图层，并 制成块，通过图层与块得控制，可以方便轻松地绘制装配图。装配图的绘制是 AutoCAD 的一种综合设计应用，因此熟悉装配图的绘制过程，可以提高使用 AutoCAD 进行综合设计的应用能力，本章主要介绍装配图的产生，尺寸的标注、技 术要求的注写、明细栏的填写、序号的编写等内容，并根据自己的绘制过程中出现 的问题进行分析。 2.3 装配图的产生 平面装配图是一般加工生产中最常用的技术文件，对于较复杂的机器，装配图 还分为部件装配图和总装配图两种。装配图的绘制一般采用以下两种方式。 北华大学学士学位论文 5 2.3.1 根据已有的零件图画装配图 可以采用插入块、外部参照以及复制、黏贴、分解等工具，按一定的装配关系 采用搭积木的方法进行拼凑，然后再对对象进行编辑、修改、标注尺寸、书写文字 （标题材栏、明细表、技术要求等） 。 2.3.2 采用绘制零件图的方法画装配图 先绘制出基准线、中心线，再绘制已知线段、圆弧或曲线等，再进行编辑、修 改，最后再标注尺寸、编写序号、书写文字和技术要求。 一般情况下，装配图是在零件图的基础上产生的，但是我在本次毕业设计中采 用第二种方法绘制装配图。在这里主要介绍一下怎么确定齿轮的参数和轴的中心距。 2.4 画装配图的步骤 2.4.1 画基准轴线 根据表达方案，画出主要的基准轴线，在本图的绘制中，先确定 X 轴的中心线， 然后根据齿轮的啮合，根据已知的齿数和模数，算出分度圆直径，两齿轮的中心距， 从而确定轴的轴线和中心线位置，同理，通过类似的方法确定轴和轴的轴线 和中心线位置。 首先确定 X 轴上的齿轮 1 的各尺寸数据： 由于已知齿数为，模数为。 1 33z 3m 则齿根圆直径) =91.5 * 1 (22 fa dzhc mmm=- 分度圆直径 1 33 399dmzmm 齿顶圆直径 * 1 (2)(332) 3105 a dazh mmm 齿宽取15Bmm 确定轴上的齿轮 2 的各尺寸数据： 由于已知齿数为，模数。 2 37z 3m 则齿根圆直径) =103.5 * 2 (22 fa dzhc mmm=- 分度圆直径 2 37 3111dmzmm 齿顶圆直径 * 2 (2)(372) 3117 a dazh mmm 齿宽取17Bmm 确定轴上的齿轮的各尺寸数据： 首先确定与轴上的齿轮啮合的齿轮 3 的数据如下： 由于已知齿数为，模数为。 3 33z 3m 北华大学学士学位论文 6 则齿根圆直径) =91.5 * 3 (22 fa dzhc mmm=- 分度圆直径 3 33 399dmzmm 齿顶圆直径 * 3 (2)(332) 3105 a dazh mmm 齿宽取15Bmm 然后确定轴轴端的齿轮 4 的数据如下： 由于已知齿数为，模数为。 4 22z 3m 则齿根圆直径) =58.5 * 4 (22 fa dzhc mmm=- 分度圆直径 4 22 366dmzmm 齿顶圆直径 * 4 (2)(222) 372 a dazh mmm 齿宽取20Bmm 确定轴上的齿轮的各尺寸数据： 首先确定与轴上的齿轮 3 啮合的齿轮 5 的数据如下： 由于已知齿数为，模数为。 5 18z 3m 则齿根圆直径) =46.5 * 5 (22 fa dzhc mmm=- 分度圆直径 5 18 348dmzmm 齿顶圆直径 * 5 (2)(182) 360 a dazh mmm 齿宽取20Bmm 根据所得出的数据算中心距： 112 ()/ 23 (3337)/ 2210am zzmm 223 ()/ 23 (3337)/ 2210am zzmm 335 ()/ 23 (33 18)/ 2153am zzmm 根据所算出的中心距确定轴线的位置如图 2.1 所示： 图 2.1 绘制中心线 2.4.2 绘制主要轮廓 根据简图，对简图进行分析，应用机械设计手册，根据在 2.4.1 中所应用到的知 识，对图中所需要画的零部件的尺寸、画法的注意事项进行查阅，由于过程繁琐， 北华大学学士学位论文 7 步骤太多，这里就不详细介绍其他部件的画法了，绘制出主要轮廓如图 2.2 所示： 图 2.2 绘制装配图的主要轮廓 2.4.3 画出细节 完成主要装配干线后，再将其他结构一一画完，如图 2.3 所示： 图 2.3 画出细节 2.4.4 完成标注 检查、描深完成全图，标注尺寸，编写序号，填写明细栏、标题栏和技术要求， 装配图是用来表达装配体中各零部件间的装配关系和工作原理的，尺寸及技术要求 是装配图的重要内容，特别是配合尺寸的标注，表达零件间的配合关系。 尺寸的注写: 装配图中的尺寸，是指装配体的性能规格尺寸、配合尺寸、外形尺寸、安装尺 寸和其他重要尺寸等。尺寸注写零件图上的尺寸标注一样，只是在标注配合尺寸时， 约有不同，根据自己图纸的大小，设置合适的线宽和标注样式，在标注的过程中千 北华大学学士学位论文 8 万要注意不要漏标，不要错标，完成的图纸如图 2.4 所示： 图 2.4 完成装配图 通过本次对升降台装配图的绘制，让我学会如何确定各类零件间的相互关系， 如何查阅资料确定零件的具体参数，在绘图的过程中应该注意的一些问题，比如说 螺纹的画法，齿轮的画法，这些都是我们应该非常注意的，该画虚线的地方千万不 要错画成实线，在进行标注的过程中，字体的大小，标注样式的设定，都是我们注 意的问题。 北华大学学士学位论文 9 第 3 章 轴承的设计 3.1 设计要求 已知深沟球轴承的结构尺寸如下： d=25 D=52 B=15 r=1 3.2 设计思路 1）利用表达式确定轴承内外圈模型。 2）创建滚动体模型。 3）阵列滚动体，完成轴承设计。 3.3 具体步骤 3.3.1 创建轴承内圈模型 1）启动 UG，新建一个名为 zhouchengquan.prt 的部件文件，选【起始】/【建 模】命令，进入建模状态。 2）执行【工具】/【表达式】命令，系统弹出【表达式】对话框，建立表达式， 如图 3.1 所示。 图 3.1 建立表达式 3）执行【插入】/【草图】命令，以 YC-ZC 坐标平面作为草图绘制面，绘制草 图，如图 3.2 所示。 北华大学学士学位论文 10 图 3.2 绘制草图 4）执行【插入】/【设计特征】/【回转】命令，系统弹出回转对话框，选取刚 才绘制的草图，指定 Y 轴为回转轴，坐标原点（0,0,0）为回转原点，设置参数，如 图 3.3 所示。 图 3.3 设置绘制参数 5）单击【确定】按钮，生成相应的回转体，如图 3.4 所示。 图 3.4 生成回转体 6）对生成的回转体进行倒角，设置倒斜角的参数值为 r，如图 3.5 所示。单击 【确定】按钮，创建的轴承内圈如图 3.6 所示。 北华大学学士学位论文 11 图 3.5 设置倒斜角参数 图 3.6 轴承内圈 3.3.2 创建轴承外圈模型 1）执行【插入】/【草图】命令，以 YC-ZC 坐标平面作为草图的绘制面，绘制 草图如图 3.7 所示，完成后退出草图绘制模式，回到建模状态。 图 3.7 绘制草图 2）执行【插入】/【设计特征】/【回转】命令，系统弹出【回转】对话框，选 取刚刚绘制的草图，指定 Y 轴为回转轴，坐标原点（0,0,0）为回转原点，设置参数， 如图 3.8 所示。 图 3.8 设置绘制参数 3）单击【确定】按钮，生成相应的回转体，如图 3.9 所示。 北华大学学士学位论文 12 图 3.9 生成回转体 4）对生成的回转体进行倒角，设置倒斜角的参数值为 r，如图 3.10 所示。单击 【确定】按钮创建的轴承外圈如图 3.11 所示。 图 3.10 设置倒斜角参数 图 3.11 创建轴承外圈 3.3.3 创建轴承滚动体模型 1）隐藏外圈，执行【插入】/【草图】命令，以 YC-ZC 坐标平面作为草图的绘 制面，绘制草图如图 3.12 所示，完成后退出草图绘制模式，回到建模状态。 图 3.12 绘制草图 2）执行【插入】/【设计特征】/【回转】命令，系统弹出【回转】对话框，选 取刚刚绘制的草图，指定对象原点，选择象限点，点取对称的两个象限点，设置角 度限制起始值为 0360，如图 3.13 所示。单击确定按钮，生成的图形如图 3.14 所 北华大学学士学位论文 13 示。 图 3.13 设置绘制参数 图 3.14 创建滚动体 3）执行【变换】 ，选取刚刚生成的滚动体，点击对号按钮进入变换的菜单，如 图 3.15 所示。点击【绕直线旋转】 ，再单击【确定】按钮，选择【点和矢量】 ，单击 【确定】按钮。指定线的起点为原点，单击【确定】按钮。在矢量构造器中选取矢 量为 YC 方向，单击【确定】按钮。输入旋转角度为 24，单击【确定】按钮。弹出 如图 3.16 所示的对话框。 图 3.15 变换图示 图 3.16 变换对话框 4）单击【复制】按钮，生成的图形如图 3.17 所示，重复单击【复制】按钮， 生成的完整图形如图 3.18 所示。 图 3.17 第一次复制 图 3.18 生成所有滚动体 北华大学学士学位论文 14 3.3.4 建模完成 显示轴承外圈，整体示图形如图 3.19 所示。 图 3.19 轴承 通过本章对轴承的建模，使我对 UG 的表达式这块有了更深一步的了解，对参 化建模有了更深的认识，对草图功能的应用也有了一定的了解，UG 里面的些许功 能得到了应用，使我对 UG 的强大功能有了更深入的了解。 北华大学学士学位论文 15 第 4 章 轴套的建模 4.1 设计要求 设计要求如图 4.1 所示： 图 4.1 轴套的二维图纸 4.2 具体步骤 4.2.1 创建轴套的外轮廓 1）启动 UG，新建一个名为 zhoutao.Prt 的部件文件，选【起始】/【建模】命 令，进入建模状态。 2）执行【插入】/【成形特征】/【圆柱】命令，系统弹出【特征操作】对话框， 点取【直径，高度】选项，选择 Z 轴为圆柱的轴线方向，输入直径，高度40mm ，点击【确定】按钮，生成图形如图 4.2 所示：39mm 北华大学学士学位论文 16 图 4.2 3）执行【插入】/【成形特征】/【圆台】命令，输入直径为，高度为39mm ，选取放置表面如图 4.3 所示，单击【确定】按钮，选择定位方式为点到点方4mm 式，弹出如图 4.4 所示的对话框，单击【圆弧中心】完成圆台的建立。 图 4.3 图 4.4 4）执行【插入】/【成形特征】/【圆台】命令，输入直径为，高度为45mm ，选取放置表面为上一步骤建立的圆台的上表面，单击【确定】按钮，选择35mm 定位方式为点到点方式，在弹出的对话框中，单击【圆弧中心】完成圆台的建立生 成的图形如图 4.5 所示。 图 4.5 5）执行【插入】/【成形特征】/【圆台】命令，输入直径为，高度为44mm ，选取放置表面为上一步骤建立的圆台的上表面，单击【确定】按钮，选择定4mm 北华大学学士学位论文 17 位方式为点到点方式，在弹出的对话框中如图 4.6 所示，单击【圆弧中心】完成圆 台的建立。 图 4.6 6）执行【插入】/【成形特征】/【圆台】命令，输入直径为，高度为48mm ，选取放置表面为上一步骤建立的圆台的上表面，单击【确定】按钮，选择75mm 定位方式为点到点方式，在弹出的对话框中如图 4.7 所示，单击【圆弧中心】完成 圆台的建立如图 4.8 所示。 图 4.7 图 4.8 7）执行【插入】/【成形特征】/【圆台】命令，输入直径为 44mm，高度为 4mm，选取放置平面为上一步骤建立的圆台的上表面，单击确定按钮，选择定位方式 为点到点方式，单击【确定】按钮，在弹出的对话框如图 4.9 中单击【圆弧中心】 ， 完成此步操作。 图 4.9 8）执行【插入】/【成形特征】/【圆台】命令，输入直径为，高度为45mm 北华大学学士学位论文 18 ，选取放置平面为上一步骤建立的圆台的上表面，单击确定按钮，选择定位28mm 方式为点到点方式，单击【确定】按钮，在弹出的对话框中单击【圆弧中心】 ，完成 此步操作，生成的图形如图 4.10 所示。 4.2.2 对轴套的右端打孔 1）执行【插入】/【成形特征】/【孔】命令，在弹出的对话框中输入直径为 ，深度为，锥度为，选择放置平面如图 4.11 所示，单击【确定】35mm80mm120 按钮，在弹出的对话框中选择点对点的定位方式，选择端面圆，在弹出的对话框中 单击【圆弧中心】如图 4.12 所示，单击【确定】按钮，生成的图形如图 4.13 所示。 图 4.10 图 4.11 图 4.12 图 4.13 4.2.3 建立花键模型 1)执行【插入】/【草图】命令，选取 XY 平面为草图绘制平面，进入草图状 态。按照图纸要求绘制如图 4.14 所示的草图。 北华大学学士学位论文 19 图 4.14 2）退出草图，执行【插入】/【设计特征】/【拉伸】命令，设置参数拉伸数值 为 0-109，点取求差图标，如图 4.15 所示。单击【确定】按钮，生成图形如图 4.16 所示。 图 4.15 图 4.16 4.2.4 创建键槽模型 1）执行【插入】/【基准/点 D】/【基准平面】点取按某一距离的图标，点取 固定方式为 X-Z 平面，在【偏置】对话框中填入偏置距离为，如图 4.17 所22.5mm 示，单击【确定】按钮，所创建的基准平面如图 4.18 所示。 图 4.17 图 4.18 2）执行【插入】/【设计特征】/【键槽】命令，点击【U 型键槽】 ，单击【确 定】按钮，选择上一步骤创建的基准平面弹出如图 4.19 所示的对话框，单击【接受 北华大学学士学位论文 20 默认边】 ，弹出水平参考对话框，选取轴的外圆表面，在弹出的对话框中设置参数如 图 4.20 所示，单击【确定】按钮，在弹出的对话框中点取【水平方式】 ，选取外圆 的边，点取【圆弧中心】按钮，如图 4.21 所示，单击【确定】按钮，选取键槽沿 Y 轴的中心线，输入数值为，生成如图 4.22 所示的键槽图形。19 图 4.19 图 4.20 图 4.21 图 4.22 4.2.5 打孔 1) 执行【插入】/【基准/点 D】/【基准平面】点取按某一距离的图标，点取 固定方式为 X-Z 平面，在【偏置】对话框中填入偏置距离为，单击【确定】24mm 按钮，所创建的基准平面如图 4.23 所示。 2）执行【插入】/【设计特征】/【孔】命令，在弹出的对话框中填入数据如图 4.24 所示，选取上一步骤创建的基准平面，然后选择定位方式为水平定位方式，选 取轴套的外圆表面为为水平参考，点取左端的外圆为定位基准，在弹出的对话框中 输入数值为，如图 4.25 所示，单击【确定】按钮，生成的孔如图 4.26 所示。92mm 北华大学学士学位论文 21 图 4.23 图 4.24 图 4.25 图 4.26 4.2.6 倒角操作 1) 执行【插入】/【设计特征】/【倒斜角】 ，偏置，角度 45，填入数据如1mm 图 4.27 所示。单击【确定】按钮，生成的图形如图 4.28 所示。 图 4.27 北华大学学士学位论文 22 图 4.28 在本章节中主要运用了 UG 的特征操作功能、草图功能，轴套的外圆轮廓主要 是通过成形特征完成的，通过绘制内花键的草图，对草图进行拉伸除料，完成花键 的建模，在完成键槽的操作前，最重要的是建立基准平面，然后定位，对孔的操作 也是一样，通过本章，使我对 UG 的兴趣更加浓厚，对 UG 也越来越了解了。 北华大学学士学位论文 23 第 5 章 轴的工艺规程设计 5.1 轴的工艺分析及生产类型的确定 5.1.1 轴概述 轴是组成机器的重要零件之一，轴的主要功用是支承旋转零件、传递转矩和运 动。 轴的分类： 1、按照轴线形状分类：轴可分为直轴、曲轴和软轴 直轴：直轴按外形不同可分为光轴、阶梯轴及一些特殊用途的轴如凸轮轴、花 键轴、蜗杆轴及齿轮轴等。 曲轴：曲轴是内燃机、曲柄压力机等机器上的专用零件，用以将往复运动转变 为旋转运动，或作相反转变。 软轴：软轴主要用于传动轴线不在同一直线或工作时彼此有相对运动的空间传 动，也可用于受连续振动的场合，以缓和冲击。 2、按照所受载荷性质分类：轴可分为转轴、心轴、传动轴。 心轴：用来支承转动零件，只承受弯矩而不传递转矩。例：铁路机车轮轴（旋 转心轴） 。 传动轴：主要用于传递转矩而不承受弯矩，或所承受的弯矩很小的轴。 转轴：机器中最常见的轴，通常简称为轴。工作时既承受弯矩又承受转矩。 轴类零件的材料，常用 45 钢；对于中等精度而转速较高的轴，可选用 40Cr 等 合金结构钢；精度较高的轴，可选用轴承钢 GCr15 和弹簧钢 65Mn 等，也可选用球， 墨铸铁；对于高转速、重度较高的轴，可选用 20CrMnTi、20Mn2B、20Cr 等低碳合 金钢或 38CrMoAl 氮化钢。在这里，选 45 钢作为轴的材料。 轴类零件最常用的毛坯圆棒料和锻件；有些大型轴或结构复杂的轴采用铸件。 毛坯经过加热锻造后，可使金属内部纤维组织沿表面均匀分布，从而获得较高的抗 拉、抗弯及抗扭强度，故一般比较重要的轴，多采用锻件，在这里我选择锻造的棒 料毛坯。 在对零件的加工工艺规程进行制订之前，应首先对零件进行工艺分析。其主要 内容包括： 1）分析零件的作用及零件图上的技术要求。 2）分析零件主要加工表面的尺寸、形状及位置精度、表面粗糙度以及设计基准 北华大学学士学位论文 24 等。 3）分析零件的材质、热处理及机械加工的工艺性。 轴是机器中的一个重要传输动力的零件，属于典型的轴类零件。其形状及结构 如图 5.1 和 5.2 所示: 图 5.1 轴的零件简图 图 5.2 轴的三维图样 从图 5.1 可知，图的左端和右端有倒角，均为，两边有键槽，键槽的长为0.5C ，深度为。外圆的公差为，表面有粗糙度要32mm8mm3mm 0 -0.13 25mm0.13mm 求表面粗糙度为；外圆的公差为，表面mRa8 . 0= 0.0065 -0.0065 25mm( 0.00650.0065)mm 粗糙度为；外圆的公差为，表面粗糙度mRa8 . 0= 0.0065 -0.0065 30mm( 0.00650.0065)mm 为；的外圆公差为，键槽有对称度要求，基准为 AmRa8 . 0= 0 -0.28 24mm0.28mm 和 B，图中以的外圆与的外圆公共轴线为基准，作为装配要求， 0 -0.13 25mm 0 -0.13 25mm 加工零件的其它外圆基准，外圆，外圆，外圆， 0 -0.13 25mm 0.0065 -0.0065 25mm 0.0065 -0.0065 30mm 外圆的不同心度允差为，零件采用材料为 45 号钢在加工过程中 0 -0.28 24mm0.02mm 北华大学学士学位论文 25 有调质的要求，这样有利于改善零件的加工综合性能，故加工过程中应适时转序。 5.2 确定毛坯 毛坯的种类和质量对零件加工质量、生产率、材料消耗以及加工成本都有密切 关系。毛坯的选择应以生产批量的大小、零件的复杂程度、加工表面及非加工表面 的技术要求等几方面综合考虑。在制订工艺规程时，合理选择毛坯不仅影响到毛坯 本身的制造工艺和费用，而且对零件机械加工工艺、生产率和经济性也有很大的影 响。由于零件属于轴类，用来传递动力的要求有较好的韧性，加上径向尺寸变化较 大，故采用锻件最为适宜，锻件的毛坯余量选择单边为,相比棒料而言减少了3mm 加工余量。零件采用的是 45 钢，具有较好综合机械性能。为了提高生产率，降低成 本，故在中批量生产中采用模锻制造毛坯，选料总长为。如图 5.3 所示：250mm 图 5.3 毛坯 5.3 对零件进行工艺分析 1）确定各表面的加工方法。在了解各种加工方法特点和掌握其加工经济精度和 表面粗糙度的基础上，选择保证加工质量、生产率和经济性的加工方法。 2）选择定位基准。根据粗、精基准选择原则合理选定各工序的定位基准。 3）制订工艺路线。在对零件进行分析的基础上，划分零件粗、半精、精加工阶 段，并确定工序集中与分散的程度，合理安排各表面的加工顺序，从而制订出零件 的机械加工工艺路线。对于比较复杂的零件，可以先考虑几个方案，分析比较后， 北华大学学士学位论文 26 再从中选择比较合理的加工方案。 由零件图可知，该零件的材料为 45 钢，毛坯为锻件，由于 45 钢有良好的切削 加工性，加工时不会出现难加工现象。模锻毛坯表面光滑，余量分部均匀，不会产 生打刀现象，由于毛坯是锻件，在加工前应经正火处理改善加工性能后再进行加工。 由图 5.1 可知该零件为回转体的轴类零件。零件的长径之比较小 ，说明此零件不属于细长轴则刚性较好，因此在加工时不用采取(/290/34 15)L d =16 . 0 frmm/20 . 0 。0.20/fmm r= 3）切削速度 根据机械设计工艺手册查得，由推算出机 c vmin/120mvc= c v 床转速 min/1091min/ 3514 . 3 1201000 1000 rr d v n w c = = 根据车床的主轴转速数列，取则实际切削速度为：min/1200rn = min/88.131min/ 1000 12003514 . 3 1000 mm nd v w c 还是取min/130mvc 故，得出精车工步切削用量如表 5.2： 表 5.2 精车切削用量 切削速度（ ）/ minm 进 给 量( )/mm r 背吃刀量 ( )mm 车左端面130手动1 车外形1300.20.5 车右端面1300.51 因为精车工步和的取值均不大，在通常条件下，可不校核机床功率和机床 p af 进给机构强度。 切 削 用 量 加 工 内 容 切 削 用 量 加 工 内 容 北华大学学士学位论文 29 5.5.3 确定铣键槽时的切削用量 1）背吃刀量 p a7 p amm= 2）进给量 根据图示要求，和机械设计工艺手册，选取进给量f min/60mmf = 3）切削速度 根据机械设计工艺手册查得 c vmin/24mvc= 故，得出铣键槽时的切削用量选择如表 5.3： 表 5.3 铣削切削用量 切削速度（ ）/ minm 进给量( )/ minmm 背吃刀量 （ ）mm 铣键槽24607 5.5.4 确定磨削时的切削用量 1）背吃刀量 p a0.1 p amm= 2）进给量 根据图示要求，和机械设计工艺手册，选取进给量f min/120mmf = 3）切削速度 根据机械设计工艺手册查得 c vsmvc/35= 故，得出铣键槽时的切削用量选择如表 5.4： 表 5.4 磨削切削用量 5.6 工序尺寸及其公差的确定 工序尺寸及其公差的确定方法有引用法、查表法和分析计算法。根据加工过程 零件的加工余量大小对零件的加工质量、生产率和生产成本均有较大的影响，加工 余量过大，不仅增加机械加工的劳动量，降低了生产率，而且增加材料，工具和电 能等的消耗，从而增加成本。若零件的加工余量过小，零件在加工过程中不能保证 消除前工序的各种误差和表面缺陷，甚至出现产品不合格。由零件图分析可知零件 采用 45 钢，由于零件径向尺寸变化大，又是成批量生产，采用金属模锻，获得毛坯 切削速度（ ）/ minm 进给量( / minmm 背吃刀量 （）mm 磨削三处 mRa8 . 0 的外圆 35/m s1200.1 切 削 用 量 加 工 内 容 切 削 用 量 加 工 内 容 北华大学学士学位论文 30 表面比较规则，所以零件毛坯单边余量为，毛坯总长度为，零件精度高，3mm296mm 表面粗糙度最小数值为，最终加工采用磨削，加工工艺路线为“粗mRa8 . 0= 精铣磨” 。根据引用法定该零件的工序尺寸。 5.7 机械加工过程 5.7.1 确定加工方法 根据图 5.1 及以上分析可知，为了确定加工方法如下： 1）粗车时以夹紧一端并找正车端面中心即可，打中心孔，调头夹紧另一端并找 正车端面中心即可，打中心孔。以两顶尖定位装夹，零件上的倒角和退刀槽在本工 序中加工完成，车所有外圆留好余量为精车工序做好准备准备。 2）精车时以顶尖和锥棒定位装夹，车部外圆至图纸尺寸要求，其余外圆车至为 下一工序准备尺寸要求。外圆尺寸加工至磨工序准备尺寸要求。 3）铣削工序中运用 V 型块定位夹紧，铣键槽至图纸尺寸要求。 4）磨削工序中以顶尖和锥棒定位装夹，磨和的外圆至图纸尺寸24mm25mm 要求，以外圆定位夹紧，夹紧时需垫铜片已免夹坏外圆表面，磨图纸要求的34mm 外圆至图纸尺寸要求。 5.7.2 机床选择 CA6140 型机车的尾座上能安装顶尖、各种加工孔的刀具。机床上能加工最大 直径为，在刀架上加工最大直径为，主轴可通过的棒料直径为，400mm210mm48mm 工艺范围大可车内外圆柱面、圆锥表面、车端面、拉槽、切槽、切断等。则从零件 图可知零件是回转体，而零件最大直径为，总长度，在零件加工最40mm296mm 大外圆为,而加工的外圆有， ，所以选择 CA614034mm29mm25mm24mm 车床能完成外圆、端面、退刀槽和倒角的加工。使工序集中、生产率高。 X52 型铣床工作台宽度为，长度为，铣刀安装在主轴上，工件320mm1325mm 在垂直于铣刀轴线方向的直线运动的切削加工方式，铣床性能的提高，于是可采用 较大的切削用量进行切削加工，使生产效率得到提高。可以铣削键槽，花键，直槽 等。零件是铣削轴上键槽,所以选择 X52 铣床。mm8 M1432A 万能磨床属于普通精度级，加工精度可达 IT6IT7，而磨削最大外圆 直径为，能加工最大长度为，内孔磨削范围为，内孔最320mm2000mm30100mm 大磨削长度为，则零件有外圆、内孔、端面要进行磨削，都能在 M1432A 磨125mm 床完成，则零件要经磨削外圆有、，则轴的端面 0 -0.13 25mm 0 -0.21 24mm 0.065 -0.065 30mm 也要进行磨削，所以选用 M1432A 磨床使工序集中，在一台机床上完成能减少搬运， 北华大学学士学位论文 31 节约时间和成本。 5.7.3 刀具选择 刀具的切削性能主要是用刀具材料的性能和刀具几何参数两方面决定的。刀具 的几何参数的选择是否合理对切削力、切削温度及刀具磨损有显著影。选择刀具时 不仅要考虑刀具的参数，还要综合考虑工件的材料、刀具材料、刀具类型及其他加 工条件（如切削用量、工艺系统的刚性及机床功率等）的影响。 由于零件材料为 45 号钢，属于强度和塑性较好材料，零件采用锻件毛坯。 粗加工时进给量和背吃刀量较大，为了减小切削变形，提高刀具耐用度，选 择较小前角为 1015。精加工时，选择的背吃刀量和进给量较小，切削力小， 为了使刃口锋利，保证加工质量，可选取较大的前角为 1520。后角主要根据 切削厚度大小选择，粗加工时进给量和切削厚度较大，后角取小值为 57，精 加工时进给量和切削厚度较小，后角取大值 68。副偏角减小会增加副切削刃 与已加工表面的接触长度，能减小表面粗糙度数值，并能提高刀具耐用度，但过 小的副角会引起振动，所以取 1015。粗加工中刃倾角应选负值，精加工中刃 倾角应选正值。则刀具的前刀面型式为正前角曲面倒棱型，能粗加工或精加工塑 性材料的刀具。 粗车加工零件的端面和倒角可选用主偏角为 45，副偏角为 15，由于车端 面的粗加工和精加工都由一把车刀完成则前角为 15，后角为 6，刃倾角可取负 值为-3的 45YT15 弯头车刀。 零件为阶梯轴则粗车加工时选用主偏角为 90、副偏角为 10、前角为 10、 后角为 5，由于是粗车刃倾为负取-3 的 90YT15 外圆车刀。 半精车加工时选用主偏角为 90、副偏角为 15、前角为 20、后角为 8，在 精加工中刃倾角为正取 5的 90YT15 外圆车刀。 零件上有键槽需要进行铣削，而键槽铣刀与立铣刀相似，不同的是它周围只 有两个螺旋刀齿，其端面刀齿的刀刃延伸至中心，因此在铣削两端不通的键槽时， 可以作适量的轴向进给。由零件图可知轴上键槽为，所以选取的铣8mm8mm 刀。 5.7.4 量具选择 游标卡尺测量精度较高的工件，测量工件外径，长度，宽度、高度键槽长度、 键槽深度，孔内径。则零件需要测量尺寸有、 0 -0.13 25mm 0 -0.21 24mm ， , 的外圆，加工中的各个个工序尺寸，所以选择 0.065 -0.065 30mm34mm29mm 游标卡尺。200 0.02mm 北华大学学士学位论文 32 千分尺测量精度较高的工件，测量工件外径，长度，宽度、孔内径。选择 5公法线千分尺、25外径千分尺和毫米卡尺用于测50mm50mm400 0.05mm 量磨削外圆尺寸、的外圆尺寸，键 0 -0.13 25mm 0 -0.21 24mm 0.065 -0.065 30mm8H9mm 槽综合量规测量键槽，达到测量尺寸要求。 零件的多处外圆有同轴度要求，外圆的台阶面有跳动要求，即表面的粗糙度 ，则可选取百分表和千分表。mRa8 . 0 5.8 确定各工序的时间定额 单件小批量生产厂，切削用量多由操作者自行决定，机械加工工艺过程卡片中 一般不作明确规定。在中批，特别是在大批量生产厂，为了保证生产的合理性和节 奏的均衡，则要求必须规定切削用量，并不得随意改动。 时间定额式在一定生产条件下规定完成一道工序所需要的时间消耗量。它是安 排生产计划，计算零件成本和企业进行经济核算的重要依据之一。合理确定时间定 额能促进工人生产技能的提高和推动生产发展，因此，确定时间定额药防止过紧和 过松两种倾向，应该按平均先进水平来确定，并随着生产水平发展不断改善。 5.8.1 时间定额的组成 1.基本时间 j t 直接改变生产对象的尺寸、形状、性能和相对位置关系所消耗的时间称为基本 时间。对切削加工、磨削加工而言，基本时间就是去除加工余量所花费的时间，可 按下式计算 i nf lll tj 21 求得。 公式中， 为螺纹有效长度；(13)，(23)，为工件螺纹螺距；为l 1 l =p 2 l =ppn 工件或丝锥的每分钟转数； 为使用丝锥的数量；为丝