桑塔纳轿车手动变速器输出轴加工工艺分析与夹具结构设计.doc

桑塔纳轿车手动变速器输出轴加工工艺分析与夹具结构设计1 序言制造业的历史可追溯到数百万年前的旧石器时代。猿进化成人的一个重要标志就是工具的制造。可见，工具的制造对人类的影响是巨大的。从某种程度上说，工具先进水平决定着生产力的高低。社会的发展与变革，其实是伴随着劳动工具的发展与变革。制造业是任何一个发达国家的基础工业，是一个国家综合国力的重要体现。材料加工在机械制造业中占有一席重要地位，是制造业里各行业的基础。在今天计算机、信息技术产业飞速发展的年代，它仍然在国民经济中起着主导作用。材料加工所包含的范围很广，主要有金属塑性成形、液态金属成形、金属的表面处理、粉末冶金成形、焊接、激光快速成形等，而且不断有新的工艺出现。材料加工是一门涉及材料、化学和物理、机械、电子、力学、信息等许多学科交叉的学科。 在制造业中，夹具工业是制造业的基础，得到了各个国家的高度重视。在今天以知识为动力的全球化经济浪潮中，由于激烈的市场竞争，夹具工业的深度、广度和内涵都发生着巨大的变化，各种新的夹具设计、制造加工方法不断出现，推动着我们的社会不断地向前发展。夹具工业是现代工业的基础。夹具工业的技术水平在很大程度上决定了产品的质量和市场的竞争力。随着我国加入“WTO”步伐的日益加快。“入世”将对我国夹具工业产生深远而重大的影响，经济全球化的趋势日益明显。同时世界许多知名公司不断进行结构调整，国内市场的国际性也进一步显现，该行业将经受更大的冲击，竞争也会更加剧烈。在如此严峻的行业背景下，中国的技术人员经过不断的改革和创新，使得我国的模具水平有了较大的提高，大型、精密、复杂、高效和长寿命的夹具又上了新高度。夹具是每个机制制造方面目前普遍用的，可以大批量生产，节省人力物资，效率相对较高，操作方便，结构合理，成本低廉，适合广大人群所承受的能力。毕业设计的意义：毕业设计是学生从学习向工作过度的综合锻炼，也是一次提高和再学习的机会。毕业设计从准备到设计结束几乎要花去一个学期的时间，最后要形成一整套的文档资料。毕业设计也是对学生最后的综合考核，因此，扎实认真高质量的完成毕业设计任务，具有重要意义！1. 通过毕业设计的准备工作，进一步提高我们独立调研能力以及专业业务素质。并通过文献查阅、现场收集资料等工作。锻炼解决夹具工程技术的问题的能力。2. 能巩固深化扩充我们的专业知识，并通过毕业设计中对涉及到的问题的分析研究，提出我们自己的见解和观点。3. 通过毕业设计，树立良好的工作思想和细致、严谨、科学的工作态度，为一个未来的工程师奠定基础！这次设计使我能综合运用机械制造工艺学中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践经验知识，独立的分析和解决工艺问题，初步具备了设计一个中等复杂程度零件（输出轴）的工艺规程的能力和运用夹具设计的基本原理和方法，拟订夹具设计方案，完成夹具结构设计的能力，为未来从事的工作打下良好的基础。由于能力所限，经验不足，设计中还有许多不足之处，希望各位老师多加指教。首先认真分析已测定的输出轴零件图纸，明确相关技术要求和加工质量要求，在读懂图纸的基础上，利用 AUTOCAD 绘制该输出轴的三维模型；然后根据图纸上相关要求等确定该零件的生产类型，经分析本次设计的零件属大批量生产。其次，对零件进行工艺分析，确定毛坯类型和制造方法，输出轴的材料为 45 钢。拟采用以锻造的形式进行毛坯的制造，然后设计出工艺路线方案，分析该方案的优劣并根据实际生产条件和相关要求确定最终方案，完成机械加工工序设计，进行必要地经济分析。最后，对第道加工工序进行专用夹具的设计，完成夹具装配图及主要零件图，对夹具进行精度校核并对其设计质量进行评估。472 变速器输出轴的制造技术分析2.1 零件的工艺性分析及生产类型的确定2.1.1 零件的作用下图2.1所示为动力输出装置中的主要零件输出轴。80mm孔与动力源配合起定心作用。用10-20mm销将动力传至该轴。再由55mm处通过键将动力输出。该轴在工作中需要承受一定的冲击载荷和较大的扭矩。因此，该轴应具有足够的耐磨性和抗扭强度。A,B是两段支撑轴颈。图2.1 输出轴零件图2.1.2 零件的工艺分析：通过对气门摇臂轴支座零件的测量，绘制出零件图，并明确了该零件尺寸公差及形位公差等技术要求。然后经过对零件图的详细审阅，大致掌握了该零件的基本工艺状况。 主要工艺状况如下： 零件的材料为45号钢，45号钢为优质碳素结构用钢，硬度不高易切削加工。调质处理后零件具有良好的综合机械性能，广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。但表面硬度较低，不耐磨。可用调质表面淬火提高零件表面硬度。根据对零件图的分析，该零件需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求如下： 1. 55外圆表面，粗糙度为1.6，圆跳动0.04mm，及其外圆表面上的键槽的加工； 2. 60和75外圆表面，其两者的中心连线为55外圆和80孔圆跳动的基准线，因此应尽可能的先加工出来，其表面粗糙度均为1.6； 3. 65外圆表面，粗糙度为1.6； 4. 80的孔，其表面粗糙度为3.2，以及与其具有位置度要求0.50mm的8-20的通孔，其均匀分布，表面粗糙度为3.2； 5. 50和104的孔、176外圆表面及30的圆锥面，它们的尺寸公差和表面粗糙度要求都不高，通过粗加工或半精加工就可达到要求。 通过上面零件的分析可知，该零件并没有复杂的加工曲面，属于较为简单的零件，所以根据各加工表面的技术要求采用常规的加工工艺均可保证。2.1.3 确定零件的生产类型零件的生产类型是指企业（或车间、工段、班组、工作地等）生产专业化程度的分类，一般可分为大量生产、成批生产和单件生产三种类型，在实际生产中一般分为单件小批生产、中批生产、大批大量生产。不同的生产类型有着完全不同的工艺特征，它对工艺规程的制订具有决定性的影响。零件的生产类型是按零件的年生产纲领和产品特征来确定的。生产纲领是指企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划。年生产纲领是包括备品和废品在内的某产品年产量。零件的生产纲领N可按下式计算： (2-1)式中 N-零件的生产纲领 Q-产品的年产量（台、辆/年） m-每台（辆）产品中该零件的数量（件/台、辆） a%-备品率，一般取2%-4% b%-废品率，一般取0.3%-0.7% 根据上式就可以计算求得出零件的年生产纲领，再通过查表，就能确定该零件的生产类型。根据本零件的设计要求，Q=10000台，m=1件/台，分别取备品率和废品率3%和0.5%，将数据代入生产纲领计算公式得出N=10351件/年，零件质量为6kg左右，根据机械制造技术基础课程设计指导教程6表1-3，表1-4可知该零件为轻型零件，本设计零件变速器输出轴的生产类型为轻型大批量生产。2.2 选择毛坯种类并绘制毛坯图2.2.1 选择毛坯种类机械加工中毛坯的种类有很多种，如铸件、锻件、型材、挤压件、冲压件、焊接组合件等，同一种毛坯又可能有不同的制造方法。为了提高毛坯的制造质量，可以减少机械加工劳动量，降低机械加工成本，但往往会增加毛坯的制造成本。选择毛坯的制造方法一般应当考虑一下几个因素。 （1）材料的工艺性能 材料的工艺性能在很大程度上决定毛坯的种类和制造方法。例如，铸铁，铸造青铜等脆性材料不能锻造和冲压，由于焊接性能差，也不宜用焊接方法制造组合毛坯，而只能用铸造。低碳钢的铸造性能差，很少用于铸造；但由于可锻性能，可焊接性能好，低碳钢广泛用于制造锻件、型材、冲压件等。 （2）毛坯的尺寸、形状和精度要求 毛坯的尺寸大小和形状复杂程度也是选择毛坯的重要依据。直径相差不大的阶梯轴宜采用棒料；直径相差较大的宜采用锻件。尺寸很大的毛坯，通常不采用模锻或压铸、特种铸造方法制造，而适宜采用自由锻造或是砂型铸造。形状复杂的毛坯，不宜采用型材或自由锻件，可采用铸件、模锻件、冲压件或组合毛坯。 （3）零件的生产纲领 选择毛坯的制造方法，只有与零件的生产纲领相适应，才能获得最佳的经济效益。生产纲领大时宜采用高精度和高生产率的毛坯制造方法，如模锻及熔模铸造等；生产纲领小时，宜采用设备投资少的毛坯制造方法，如木模砂型铸造及自由锻造。 根据上述内容的几个方面来分析本零件，零件材料为45号钢，首先分析45号钢材料的性能，45号钢为优质碳素结构用钢，硬度不高易切削加工。调质处理后零件具有良好的综合机械性能，广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等；其次，观察零件图知，本设计零件为轴类零件（毛坯一般为棒料和锻件），各直径尺寸相差较大，且该轴在工作过程中要承受冲击载荷和扭矩，是变速器主要的动力输出元件，故为增强其强度、刚度和冲击韧性，毛坯选择锻件；再者，前面已经确定零件的生产类型为大批量生产。因此，本零件的毛坯种类以模锻方法获得。2.2.2 确定毛坯尺寸及机械加工余量根据零件图估算锻件的重量=10 kg，包容体重量=50 kg,锻件形状复杂系数 (2-2)较复杂，属于级。零件材料为45号钢，C质量分数小于0.65%，属于级。 表2.1 毛坯尺寸及机械加工总余量表（mm）需加工表面基本尺寸锻件尺寸公差机械加工总余量锻件尺寸55外圆552.8560外圆602.8565外圆652.8575外圆752.85176外圆1762.8550内孔502.8480内孔802.85104内孔1043.25.2总长24445 查阅机械制造工艺设计简明手册7 得锻件机械加工余量及尺寸公差（由于大部分表面加工都需经过粗加工和半精加工，因此余量将要放大，这里为了机械加工过程的方便，将外圆表面的总加工余量统一为一个值，毛坯尺寸及机械加工余量如表1所示。2.2.3 绘制毛坯图图2.1 输出轴毛坯图3 工艺规程设计3.1 选择加工方法与拟定工艺路线3.1.1 定位基准选择拟定工艺路线的第一步是先择定位基准。为使所选的定位基准能保证整个机械加工工艺过程顺利进行，通常考虑如何选择精基准来加工各个表面，然后考虑如何选择粗基准把作为精基准的表面先加工出来。 在轴类零件加工中，为保证各主要表面的相互位置精度，选择定位基准时，应尽可能使其与装配基准重合并使各工序的基准统一，而且还要考虑在一次安装中尽可能加工出较多的面。 轴类零件加工时，精基准的选择通常有两种： 首先方案是采用顶尖孔作为定位基准。这样，可以实现基准统一，能在一次安装中加工出各段外圆表面及其端面，可以很好的保证各外圆表面的同轴度以及外圆与端面的垂直度，加工效率高并且所用夹具结构简单。所以对于实心轴（锻件或棒料毛坯），在粗加工之前，应先打顶尖也，以后的工序都用顶尖孔定位。对于空心轴，由于中心的孔钻出后，顶尖孔消失，可采用下面的方法： 1） 在中心通孔的直径较小时，可直接在孔口倒出宽度不大于2mm的60锥面，用倒角锥面代替中心孔。 2） 在不宜采用倒角锥面作为定位基准时，可采用带有中心孔的锥堵或带锥堵的拉杆心轴。锥堵与工件的配合面应根据工件的的形状做成相应的锥形，如果轴的一端是圆柱孔，则锥堵的锥度取1：500。通常情况下，锥堵装好后不应拆卸或更换，如必须拆卸，重装后必须按重要外圆进行找正和修磨中心孔。 如果轴的长径比较大，而刚性差，通常还需要增加中间支承来提高系统的刚性，常用的辅助支承是中心架或跟刀架。 精基准选择的另一方案是采用支承轴径定位，因为支承轴径既是装配基准，也是各个表面相互位置的设计基准，这样定位符合基准重合的原则，不会产生基准不重合误差，容易保证关键表面间的位置精度。 根据上述定位基准的选择原则，分析本零件，先选取顶尖孔作为定位精基准。当零件外圆加工完毕以后，可以以外圆为精基准加工内孔，由于前面的工序使用中心孔精加工出来的输出轴外圆同轴度非常高，并且表面粗糙度等各项性能指标都很高，故使用加工后的外圆作为精基准而加工出来的孔和外圆的同轴度也非常高。本零件选择两中心孔和75作为精基准，选择55和176作为粗基准来加工两中心孔。3.1.2 零件表面加工方法的选择根据本零件图上所标注的各加工表面的技术要求，查机械制造工艺设计简明手册7表1.4-7，表1.4-8，通过对各加工表面所对应的各个加工方案的比较，最后确定本零件各加工表面的加工方法如下表3.1：表3.1 变速器输出轴各加工表面方案 需加工表面尺寸精度等级表面粗糙度加工方案55外圆IT71.6粗车半精车精车60外圆IT61.6粗车半精车精车65外圆IT61.6粗车半精车精车75外圆IT61.6粗车半精车精车176外圆12.5粗车50内孔12.5粗车80内孔IT73.2粗车半精车精车104内孔12.5粗车20通孔IT73.2钻扩铰8通孔12.5钻键槽IT93.2粗铣精铣3.1.3 加工阶段的划分本零件变速器输出轴加工质量要求较高，可将加工阶段分为粗加工、半精加工、精加工三个阶段。 粗加工阶段：其任务是切除毛坯上大部分余量，使毛坯在形状和尺寸上接近零件成品，因此，主要目标是提高生产率，去除内孔，端面以及外圆表面的大部分余量，并为后续工序提供精基准，如加工176、55、60、65、75外圆柱表面。 半精加工阶段：其任务是使主要表面达到一定的精加工余量，为主要表面的精加工做好准备，如55、60、65、75外圆柱面，80、20孔等。 精加工阶段：其任务就是保证尺寸、形状和位置精度达到或基本达到（精密件）图样规定的精度要求以及表面粗糙度要求。 3.1.4 工序的集中与分散 本零件采用工序集中原则安排零件的加工工序。本零件变速器输出轴的生产类型为大批量生产，可以采用各种机床配以专用工具、夹具、以提高生产率；而且运用工序集中原则使工件的装夹次数少，不但可缩短辅助时间，而且由于在一次装夹中加工了许多表面，有利于保证各加工表面之间的相对位置精度要求。3.1.5 工序顺序的安排1.机械加工顺序 （1）遵循“先基准后其他”原则，首先加工精基准，即在前面加工阶段先加工输出轴的左、右端面，55和176外圆表面，钻中心孔。 （2）遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。 （3）遵循“先主后次”原则，如先加工外圆表面，再加工键槽。 （4）遵循“先面后孔”原则，先加工75外圆表面，做为定位基准再加工其余各孔。 2热处理工序 毛坯锻造成型后，应当对毛坯进行正火处理以去除内应力，然后再进行机械加工。在粗加工之后、精加工之前，安排调质处理，调质硬度为HBS200，获得良好的综合机械性能。 3辅助工序 在对本零件的所有加工工序完成之后，安排去毛刺、清洗、终检工序。3.1.6 确定工艺路线 在综合考虑上述工序的顺序安排原则基础上，拟定该变速器输出轴零件的工艺路线如下： 方案一： 工序：锻造毛坯 ； 工序：正火； 工序：粗、精车右端面，钻中心孔； 工序：粗车176外圆； 工序：粗、精车左端面，钻中心孔； 工序：粗车左端各外圆表面及锥面； 工序：调质； 工序：修研中心孔； 工序：半精车各外圆表面； 工序：粗车右端50内孔、80内孔、104内孔，倒角； 工序：半精车、精车80内孔； 工序：精车各外圆表面工序； ：钻、扩、铰8-20通孔； 工序：钻2-8斜孔： 工序：铣键槽； 工序：终检。 方案二： 工序：锻造毛坯 ； 工序：正火； 工序：车55端面，钻中心孔；工序：粗车176外圆及端面，粗车各内孔、倒角，钻中心孔； 工序：粗车小端各外圆表面及锥面； 工序：钻8-20通孔，倒角； 工序：钻2-8斜孔； 工序：调质； 工序：修研中心孔； 工序：半精车小端各外圆表面，倒角； 工序：半精车、精车80内孔； 工序：扩、铰8-20通孔； 工序：精车小端各外圆表面； 工序：铣键槽； 工序：终检。 比较方案一和方案二，主要区别在于孔加工顺序的安排，是否在外圆加工完后再加工。分析零件可知，该轴上外圆表面精度较高，而孔除80和8-20外，其他各孔精度都较低，若在外圆加工完后再以外圆表面定位夹紧来加工孔，可能会损坏已加工表面。故应尽可能按排在外圆表面加工完之前加工。综上分析，采用加工方案二。 3.1.7 加工设备及工艺装备选择 机床及工艺装备的选择是制定工艺规程的一项重要工作，它不但直接影响工件的加工质量，而且还影响工件的加工效率和制造成本。 1.机床的选择原则 :机床的加工尺寸范围应与零件的外廓尺寸相适应； 机床的精度应与工序要求的精度相适应； 机床的功率应与工序要求的功率相适应； 机床的生产率应与工件的生产类型相适应； 还应与现有的设备条件相适应。 2.夹具的选择 :本零件的生产类型为大批量生产，为提高生产效率，所用的夹具应为专用夹具。 3.刀具的选择 :刀具的选择主要取决于工序所采用的加工方法、加工表面的尺寸、工件材料、所要求的精度以及表面粗糙度、生产率及经济性等。在选择时应尽可能采用标准刀具，必要时可采用复合刀具和其他专用刀具。 4.量具的选择 :量具主要根据生产类型和所检验的精度来选择。在单件小批量生产中应采用通用量具，在大批量生产中则采用各种量规和一些高生产率的专用量具。 查机械制造工艺设计简明手册7所选择的加工工艺装备如下表3.2所示：表3.2 变速器输出轴加工工艺装备选用 工序号机床设备刀具量具工序 锻免填游标卡尺工序 正火工序 车CA6140车刀，中心钻游标卡尺工序 车CA6140车刀，中心钻游标卡尺工序 车CK6140A车刀游标卡尺工序 钻Z525麻花钻游标卡尺工序 钻Z525麻花钻游标卡尺工序 调质工序 修研工序 车CK6140A车刀外径千分尺工序 车CA6140车刀塞规工序 扩、铰Z525扩孔刀，铰刀塞规工序 车CK6140A车刀外径千分尺工序 铣X51铣刀游标卡尺工序 终检3.1.8 工序间余量和工序尺寸的确定 查机械制造技术基础课程设计指导教程6表2-28，表2-35，并综合对毛坯尺寸以及已经确定的机械加工工艺路线的分析，确定各工序间加工余量如表3.3。工序尺寸及其公差的确定如下： 工序尺寸是工件在加工过程中各工序应保证的加工尺寸。因此，正确地确定工序尺寸及其公差是制订工艺规程的一项重要工作。工序尺寸的计算要根据零件图上的设计尺寸、已确定的各工序的加工余量及定位基准的转换关系来进行。确定工序尺寸一般的方法是，由加工表面的最后一道工序开始依次向前推算，最后工序的工序尺寸按设计尺寸标注。当无基准转换时，同一表面多次加工的工序尺寸只与工序（或工步）的加工余量有关。当定位基准与工序基准不重合或工序尺寸尚需从继续加工的表面标注时，工序尺寸应用工艺尺寸链解算。表3.3机械加工工序间加工余量表工序号工步号工序内容工序余量工序1车小端面2mm2钻中心孔工序1车176端面2.5mm2车176外圆表面5mm3工序粗车104内孔5.2mm4粗车80内孔2.5mm5粗车50内孔4mm6倒角7钻中心孔工序1车176左端面1.25mm2粗车各外圆表面及锥面2.5mm工序1钻8-18通孔2倒角工序1钻2-8斜孔工序1半精车各外圆表面2mm工序1半精车80内孔2mm2精车80内孔0.5mm工序1扩8-19.7通孔1.7mm2铰8-20通孔0.3mm工序1精车各外圆表面0.5mm工序1粗铣键槽2.5mm2精铣键槽0.5mm根据上述要求和方法，结合该输出轴零件的实际加工情况，现确定如下列表3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9：表3.4 55k7外圆面工序尺寸、公差的确定工序名称工序间余量（mm）工序工序基本尺寸（mm）标注工序尺寸公差（mm）经济精度（mm）表面粗糙度（mm）精车0.5k71.655半精车2.0k96.455.5粗车2.5k1212.557.5毛坯260表3.5 60r7外圆面工序尺寸、公差的确定工序名称工序间余量（mm）工序工序基本尺寸（mm）标注工序尺寸公差（mm）经济精度（mm）表面粗糙度（mm）精车0.5r61.660半精车2.0k96.460.5粗车2.5k1212.562.5毛坯265表3.6 65k6外圆面工序尺寸、公差的确定工序名称工序间余量（mm）工序工序基本尺寸（mm）标注工序尺寸公差（mm）经济精度（mm）表面粗糙度（mm）精车0.5k61.665半精车2.0k96.465.5粗车2.5k1212.567.5毛坯270表3.7 75k7外圆面工序尺寸、公差的确定工序名称工序间余量（mm）工序工序基本尺寸（mm）标注工序尺寸公差（mm）经济精度（mm）表面粗糙度（mm）精车0.5k61.675半精车2.0k96.475.5粗车2.5k1212.577.5毛坯280表3.8 80G7内孔工序尺寸、公差的确定工序名称工序间余量（mm）工序工序基本尺寸（mm）标注工序尺寸公差（mm）经济精度（mm）表面粗糙度（mm）精车0.5G73.280半精车2.0H96.479.5粗车2.5H1212.577.5毛坯275表3.9 20P7通孔工序尺寸、公差的确定工序名称工序间余量（mm）工序工序基本尺寸（mm）标注工序尺寸公差（mm）经济精度（mm）表面粗糙度（mm）铰0.3P73.220扩1.7p96.419.7钻18H1212.518毛坯20关于轴向工序尺寸的确定，由于轴向尺寸的尺寸精度要求不高，各段的端面车削余量为1.2mm，在实际加工时注意保证各段基本尺寸即可。关于键槽的工序尺寸的确定，粗铣时，为精铣留有加工余量，槽宽双边余量为2mm；槽深余量为1mm，粗铣的工序尺寸为：槽宽为14mm，槽深为2mm。3.1.9 切削用量及基本时间定额的确定切削用量是切削加工时可以控制的参数，具体是指切削速度、进给量和背吃刀量三个参数。 选择切削用量主要应根据工件的材料、精度要求以及刀具的材料、机床的功率和刚度等情况，在保证工序质量的前提下，充分利用刀具的切削性能和机床的功率、转矩等特性，获得高生产率和低加工成本。从刀具耐用度出发，首先应选定背吃刀量，其次选定进给量，最后选定切削速度v。粗加工时，加工精度和表面粗糙度要求不高，毛坯余量大。因此，选择粗加工的切削用量时，要尽量能保证较高的金属切除率，以提高生产率；精加工时，加工精度和表面粗糙度要求较高，加工余量小且均匀。因此选择切削用量是应着重保证加工质量，并在此基础上尽量提高生产率。 （1） 背吃刀量的选择 粗加工时，背吃刀量应根据加工余量和工艺系统刚度来确定。由于粗加工时是以提高生产率为主要目标，所以在留出半精加工、精加工余量后，应尽量将粗加工余量一次切除。一般可达810mm。当遇到断续切削、加工余量太大或不均匀时，则应考虑多次走刀，而此时的背吃刀量应一次递减，即:.精加工时，应根据粗加工留下的余量确定背吃刀量，使精加工余量小而均匀。（2）进给量f的选择 粗加工时对表面粗糙度要求不高，在工艺系统刚度和强度好的情况下，可以选用大一些的进给量；精加工时，应主要考虑工件表面粗糙度要求，在一般表面粗糙度数值越小，进给量也要相应减小。 （3）切削速度v的选择 切削速度主要应根据工件和刀具的材料来确定。粗加工时，主要受刀具寿命和机床功率的限制。如超出了机床许用功率，则应适当降低切削速度；精加工时，和选用得都较小，在保证合理刀具寿命的情况下，切削速度应选取的尽可能高，以保证加工精度和表面质量，同时满足生产率的要求。 切削用量选定后，应根据已选定的机床，将进给量和切削速度修定成机床所具有的进给量和转速，并计算出实际的切削速度。工序卡上填写的切削用量应是修定后的进给量、转速及实际切削速度。 转速的计算公式如下： (3-1)式中 d刀具（或工件）直径（mm）；v切削速度(4) 时间定额与提高劳动生产率的工艺途径 （1）时间定额包括：基本时间、辅助时间、布置工作地时间、休息与生理需要时间、准备与终结时间。 单件和成批生产的单件时间定额 (3-2)大批量生产的单件时间定额 (3-3)（2） 提高劳动生产率的工艺途径有：1、缩短时间定额。缩短基本时间的措施有：提高切削用量和减少切削行程长度；缩短辅助时间的措施有：采用先进夹具、提高机床的自动化程度、采用先进的检测手段等直接缩短辅助时间，使基本时间与辅助时间重合等。2、推广应用新工艺和新方法。3、提高机械加工自动化程度。3.2 加工工序设计3.2.1 工序 55粗车外圆端面 （1） 加工条件 工件材料：45钢正火，模锻。 加工要求：粗车55外圆端面，表面粗糙度。 机床：CA6140卧式车床。 刀具：刀片材料为YT15，刀杆尺寸为:（2） 计算切削用量 切削深度： ，一次切除。进给量：根据金属机械加工工艺人员手册9表14-6，选用计算切削速度：按金属机械加工工艺人员手册表14-1，切削速度的计算公式为（寿命选T=60min） (3-4)式中。 当切削条件变换时要加上修正系数。查金属机械加工工艺人员手册表14-18，。 所以， (3-5) 确定机床主轴转速： (3-6) 按机床选取。所以实际切削速度 (3-7) 计算切削工时： (3-8)式中，所以 3.2.2 工序 车外圆及端面，粗车各内孔、倒角，钻中心孔 （1） 加工条件 工件材料：45钢正火，模锻。 加工要求：车176端面，表面粗糙度Ra3.2；车176外圆面，表面粗糙度Ra12.5；粗车各内孔，表面粗糙度Ra12.5。 机床：CA6140卧式车床。 刀具： 外圆车刀：刀片材料为YT15，刀杆尺寸为16mm25mm， 内孔车刀：刀片材料为YT15，刀杆尺寸为16mm25mm， (2) 计算切削用量 车176端面 切削深度：，一次切除。进给量：根据金属机械加工工艺人员手册表14-6，选用。计算切削速度：按金属机械加工工艺人员手册表14-1，切削速度的计算公式为（寿命选T=60min）, (3-9) 式中。 当切削条件变换时要加上修正系数。查金属机械加工工艺人员手册表14-18， 所以， (3-10) 确定机床主轴转速： (3-11) 按机床选取n=250r/min。所以实际切削速度 (3-12) 计算切削工时 (3-13)式中，所以 车外圆面 切削深度：，一次切除。 进给量：根据金属机械加工工艺人员手册表14-6，选用。计算切削速度：按金属机械加工工艺人员手册表14-1，切削速度的计算公式为（寿命选T=60min）, (3-14)式中当切削条件变换时要加上修正系数。查金属机械加工工艺人员手册表14-18， 所以， (3-15) 确定机床主轴转速： (3-16)按机床选取。所以实际切削速度: (3-17)检验机床功率：主切削力Fc按金属切削原理15表4-1所示公式计算 (3-18)式中： 所以切削时消耗功率为 (3-19)由金属机械加工工艺人员手册表8-14可知，CA6140主电动机功率为7.5kW,故机床功率足够。 检验机床进给系统强度: 已知主切削力,径向切削力按金属切削原理表4-1所示公式计算 (3-20)式中: 所以而轴向切削力 (3-21)式中: 所以取机床导轨与床鞍之间的摩擦系数,=1.0则切削力在纵向进给方向对进给机构的作用力为 (3-22)而机床纵向进给机构可承受的最大纵向力为3530N,故机床进给系统可正常工作。 切削工时： (3-23)式中，所以 粗车内孔 切削深度：，一次切除。 进给量：根据金属机械加工工艺人员手册表14-7，选用计算切削速度：按金属机械加工工艺人员手册表14-1，切削速度的计算公式为（寿命选T=60min）, (3-24)式中。 当切削条件变换时要加上修正系数。查金属机械加工工艺人员手册表14-18，所以 ， 确定机床主轴转速： (3-25)按机床选取n=400r/min。所以实际切削速度 （3-26)计算切削工时 (3-27)式中，所以 粗车内孔 切削深度：，一次切除。 进给量：根据金属机械加工工艺人员手册表14-7，选用 计算切削速度：按金属机械加工工艺人员手册表14-1，切削速度的计算公式为（寿命选T=60min）, (3-28)式中。 当切削条件变换时要加上修正系数。查金属机械加工工艺人员手册表14-18，。 所以， 确定机床主轴转速： (3-29)按机床选取n=560r/min。所以实际切削速度 (3-30)计算切削工时 : (3-31)式中，所以 粗车内孔 切削深度：，一次切除。 进给量：根据金属机械加工工艺人员手册表14-7，选用计算切削速度：按金属机械加工工艺人员手册表14-1，切削速度的计算公式为（寿命选T=60min）, (3-32)式中。 当切削条件变换时要加上修正系数。查金属机械加工工艺人员手册表14-18，所以， 确定机床主轴转速： (3-33)按机床选取n=900r/min。所以实际切削速度 (3-34)计算切削工时 : (3-35)式中，所以 3.2.3 工序 钻8-18通孔与倒角 (1)加工条件 工件材料：45钢调质，。 加工要求：钻8-通孔，粗糙度18Ra12.5m。 刀具：直柄麻花钻：，刀具材料W18Cr4V； 机床：Z525 （2）计算切削用量 钻孔深度：。 刀具耐用度：根据金属机械加工工艺人员手册表14-42选取，。t =30min进给量：根据金属机械加工工艺人员手册表14-34及机床，选用 f=0.36mm/r。计算切削速度：按金属机械加工工艺人员手册表14-29公式计算： (3-36)主轴转速： (3-37)根据机床选取n=545(r/min)，所以实际切削速度 (3-38)计算切削用时 (3-39)式中，所以 3.2.4 工序 钻2-8斜孔 （1）加工条件 工件材料：45钢调质，。 加工要求：钻2-8斜孔 刀具：直柄麻花钻，刀具材料W18Cr4V； 机床：Z525 （2）计算切削用量 钻孔深度：。 刀具耐用度：根据金属机械加工工艺人员手册表14-42选取，。t= 15min进给量：根据金属机械加工工艺人员手册表14-34及机床，选用。 f=0.10mm/r计算切削速度：按金属机械加工工艺人员手册表14-29公式计算： (3-40)主轴转速： (3-41)根据机床选取n =1360(r/min)计算实际切削速度： (3-42)计算切削工时 (3-43)式中，所以 3.2.5 工序扩、铰8-20通孔 (1)加工条件工件材料:45钢调质,。 加工要求：扩8-20通孔，表面粗糙度Ra6.3m； 铰8-20通孔，表面粗糙度Ra6.3m。 刀具：扩孔刀：； 铰刀： 机床：Z525 （2）计算切削用量 扩8- 19.7通孔 切削用量：刀具耐用度：根据金属机械加工工艺人员手册表14-61选取，。 t=15min进给量：根据金属机械加工工艺人员手册表14-34及机床，选用。 f=0.48mm/r计算切削速度：按金属机械加工工艺人员手册表14-29公式计算： (3-44)主轴转速： (3-45)根据机床选取n=545(r/min)计算实际切削速度： (3-46)计算切削工时 (3-47)式中，所以 铰8-20通孔 切削用量： 刀具耐用度：根据金属机械加工工艺人员手册表14-46选取，t=30min。 进给量：根据金属机械加工工艺人员手册表14-34及机床，选用 f=0.81mm/r。计算切削速度：按金属机械加工工艺人员手册表14-29公式计算： (3-48)主轴转速： (3-49)根据机床选取n =272(r/min)计算实际切削速度： (3-50)计算切削工时 (3-51)式中，所以3.2.6 工序 铣键槽 （1） 加工条件工件材料：45钢调质，。 加工要求：粗、精铣键槽。 机床：立式铣床X51。 刀具：高速钢直柄键槽铣刀， （粗铣） （精铣） （2）计算切削用量 粗铣 切削深度： ，长50mm,一次切除。进给量按实用机械加工工艺人员手册表14-85选取。 切削速度按实用机械加工工艺人员手册表14-67所示计算公式： (3-52)式中，=6.13 取t=60min 则 机床主轴轴速 : (3-53)根据机床选取 计算切削工时 (3-54) 式中， 所以 精铣 切削深度： ，长50mm,一次切除。 进给量按实用机械加工工艺人员手册表14-85选取 切削速度按实用机械加工工艺人员手册表14-67所示计算公式： (3-55) 式中，=13.6, 取t=60min 则机床主轴轴速 : (3-56)根据机床选取计算切削工时 (3-57)式中，所以 4 夹具设计4.1 明确设计要求、收集设计资料经与指导老师商量，选择工序铣键槽进行专用夹具设计。该工序的要求如下： 图4.1 工序铣键槽 对零件图纸设计要求进行分析后有：该槽为输出轴的动力输出部分，是一个U型槽，与平键一起与齿轮链接输出动力。槽的尺寸公差与位置公差要求一般。零件材料为45钢，毛坯为模锻件，年产量为10000件，所用机床为X51立式铣床。 4.2 确定夹具结构方案4.2.1 确定定位方式，选择定位元件 工件以大端面、2个可动V形块和两个夹具体V形块定位基准，如图4.1，属一面四块定位。采用平面与四V形块组合定位方案，其中平面限制3个自由度，两大V形块限制2个自由度，两小V形块辅助定位，共限制5个自由度，属不完全定位。四V形块设计： 1） 两大V形块设计为可调式的，可改变松紧以适合加工轴的大小；2） 此套方案大V形块位于最大轴颈面上，为75mm; 3） 小V形块则放于最小V形块上，辅助定位，为55mm。4.2.2 确定导向装置本工序为在轴颈上铣键槽，采用V形块定心，。因生产批量较大，该V形块宜设计成可调节的，两可动V 形块的高度H=42mm，长度L=150mm，宽度D=50mm。小V形块在键槽加工轴颈上起辅助定位的作用。夹具还设计了对刀块，加快了刀具的工作效率。4.2.3 确定工件夹紧方案，设计夹紧机构在机械加工过程中，工件会受到切削力、摩擦力等外力的作用，为了保证在这些外力的作用下，工件仍能在夹具中保持定位的正确位置，而不致发生位移或产生振动，一般在夹具结构中都必须设置一定的夹紧装置，把工件压紧夹牢在定位元件上。本设计采用两块可调V形块压紧，如图4.3。 图4.3 夹紧结构1. 夹具体 2.下V形块 3.压紧螺钉 4.六角螺母 5.弹簧 6.上V形块 7.工件 8.平垫圈 9.轻型弹簧垫圈 10.双头螺柱A型夹紧力计算 螺旋夹紧力的计算，根据机械制造工艺学2的公式： 式中，Fx作用在扳手上的力（N）； L作用力的力臂（mm）； 螺纹中径（mm）； 螺纹升角（）； 螺纹副的当量摩擦角（）； 螺杆（或螺母）端部与工件（或压板）之间的当量摩擦角（）； r螺杆（或螺母）端部与工件（或压板）之间的当量摩擦半径（mm）。 根据