方头销轴的机械加工工艺设计

1、方头销轴的机械加工工艺设计湖南有色金属职业技术学院 毕业设计作品 课 题： 方头销轴的机械加工工艺设计 专 业： 机电一体化技术 班 级： 学生姓名： 所属院系： 机电工程系 指导教师： 朱执桥xx 年9 月28 日 湖南有色金属职业技术学院教务处制 目录 摘要4第1章 引言5第2章 零件分析62.1 零件的作用和结构特点62.2 零件的技术要求和结构工艺性6第3章 机械加工工艺系统73.1 加工设备73.2 夹具73.2.1三爪自定心卡盘装夹73.2.2实体心轴装夹83.3刀具83.3.190车刀83.3.245车刀83.3.3 车槽刀83.3.4 三角形外螺纹车刀93.3.5 麻花钻93.

2、3.6 内孔车刀93.4量具93.4.1游标卡尺103.4.2千分尺103.4.3内径百分表103.4.4.万能角度尺10第4章 机械加工工艺设计114.1毛坯的选择114.2选择定位基准114.2.1精基准的选择114.2.2粗基准的选择114.3选择加工方法114.4制订工艺路线124.5确定加工余量及毛坯尺寸124.5.1确定加工余量124.5.2确定毛坯尺寸134.6选择加工设备与工艺装备144.6.1选择加工设备144.6.2选择夹具154.6.3选择刀具154.6.4选择量具154.7制订机械加工工艺规程15 结论17 参考文献18 摘要 毕业设计是完成专业教学计划的一个极为重要的

3、实践性的环节，是综合运用所学过的基本知识与基本技能去解决专业范围内的工程技术问题而进行的一次综合性训练。本次毕业设计内容涉及了机械制图.公差配合与测量.车工工艺学.铣工工艺学.机械制造工艺学.金属切削机床等多方面的知识。在完成毕业设计的同时，培养了正确使用技术资料.国家标准.有关手册.图册等工具书，进行设计计算.数据处理.编写技术文件等方面的工作能力，也为我们以后的工作打下了坚实的基础。机械加工工艺设计中，首先对零件进行分析，了解零件的工艺性，再设计毛坯的结构，并选择好零件的工艺基准，拟定零件的工艺路线；其次对零件各工序进行尺寸计算，并确定各个工序的工艺装备及切削用量；最后编制合理.经济.可行

4、的工艺文件。关键词：毕业设计；机械加工；工艺路线；工艺文件第1章 引言 机械制造业是制造具有一定形状位置和尺寸的零件和产品，并把它们装配成机械装备的行业。机械制造业的产品既可以直接供人们使用，也可以为其它行业的生产提供装备，社会上有着各种各样的机械或机械制造业的产品，我们的生活离不开制造业，因此制造业是国民经济发展的重要行业，是一个国家或地区发展的重要基础及有力支柱。从某种意义上讲，机械制造水平的高低是衡量一个国家国民经济综合实力和科学技术水平的重要指标。方头销轴的机械加工工艺设计是在学完了专业知识进行的一个全面的实践环节。正确地解决一个零件在加工中工艺路线安排，工艺尺寸确定等问题，保证尺寸和

5、零件的加工质量。本次设计也要培养自己的自学与创新能力。因此本次设计综合性和实践性强.涉及知识面广。所以在设计中既要注意基本概念.基本理论，又要注意生产实践的需要，只有将各种理论与生产实践相结合，才能很好的完成本次毕业设计。本次毕业设计水平有限，其中难免有缺点或错误，敬请老师们批评指正。第2章 零件分析2.1 零件的作用和结构特点 图2.1 方头销轴 方头销轴零件图见图2.1。方头销轴上面安装螺母，用于连接零件，同时承受较小的载荷。方头销轴总长L=37,平均直径D=12左右，L/D12,为挠性轴。被加工面包括外圆柱面，四个平面，孔和砂轮越程槽。2.2 零件的技术要求和结构工艺性 12h7与其他零

6、件有配合要求，表面粗糙度为0.8um，需要渗碳，淬火硬度40HRC45HRC，故最终加工需要磨削才能达到图纸要求；2H7用于安装销，表面粗糙度为1.6um，仅铰孔加工就可达到图纸要求；其余表面粗糙度为12.5um为自由尺寸。零件结构及尺寸在加工中易于达到图纸要求，仅通过车铣磨加工就可达到要求。第3章 机械加工工艺系统3.1 加工设备 普通车床是能对轴.盘.环等多种类型工件进行多种工序加工的卧式车床，常用于加工工件的内外回转表面.端面和各种内外螺纹，采用相应的刀具和附件，还可进行钻孔.扩孔.攻丝和滚花等。普通车床是车床中应用最广泛的一种，约占车床类总数的65%，因其主轴以水平方式放置故称为卧式车

7、床，一般常用卧式车床CA6140。C A6140车床的主要组成部件有：主轴箱.进给箱.溜板箱.刀架.尾架.光杠丝杠和床身. 根据方头销轴零件图可知，方头销轴由外圆.台阶.退刀槽.孔等组成，主要用车削的方法进行加工，所以本零件加工设备主要选择卧式车床CA6140。3.2 夹具 车削时，工件必须在车床夹具中定位并夹紧，工件装夹是否正确可靠，会直接影响加工质量和生产效率。一般轴类零件的装夹方法有以下几种:三爪自定心卡盘装夹.四爪单动卡盘装夹.一夹一顶装夹.两顶尖装夹。而根据本工件的形状.大小.加工精度和定位的不同，使用了以下两种装夹方法:三爪自定心卡盘装夹和实体心轴装夹。3.2.1三爪自定心卡盘装夹

8、 三爪自定心卡盘的三个卡爪是同步运动的，能自动定心，工件装夹后一般不需要找正。但是，在装夹较长的工件时，工件离卡盘较远处的旋转轴线不一定与车床主轴的旋转轴线重合，这时就必须找正。当三爪自定心卡盘使用时间较长导致精度下降，而工件的加工精度要求较高时，也需要对工件进行找正。三爪自定心卡盘装夹工件方便.迅速，但夹紧力较小，适用于装夹外形规则的中小型工件。3.2.2实体心轴装夹 实体心轴分不带台阶和带台阶两种。不带台阶的实体心轴又称小锥度心轴，这种轴制造容易.定心精度高，但轴向无法定位，承受切削力小，工件装卸时不太方便。带台阶的心轴装夹工件时圆柱面与工件孔保持较小的配合间隙，工件靠螺母压紧，常用来一次

9、装夹多个工件。若换上快换垫圈，则装卸工件更加方便，但其定心精度较低，只能保证0.02mm左右的同轴度。3.3刀具 车削加工时，根据不同的车削要求，需要选用不同种类的车刀，依零件图来看，本次车削需要的刀具有90车刀.45车刀.车槽刀.梯形外螺纹车刀.麻花钻.内孔车刀。3.3.190车刀90车刀刀尖角小于90，所以刀尖强度和散热条件比45车刀.75车刀都差，但应用范围较广。按进给方向分为右偏刀(又称正偏刀，简称偏刀)和左偏刀，本次设计中用的是右偏刀。右偏刀一般用来车削工件的外圆.端面。3.3.245车刀45车刀刀尖角等于90，刀尖强度和散热性都比90车刀好，常用于车削工件的端面和进行45倒角，也可

10、用来车削长度较短的外圆。在本次加工里45车刀用于倒角.车端面和外圆。3.3.3 车槽刀 车槽刀的形状和几何参数与切断刀基本相同。车狭窄的外槽时，将车槽刀的主切削刃宽度刃磨成与工件槽宽相等，一次直进车出。车较宽的外槽时可以用多次车削的方法来完成，但要留出精车余量，最后进行精车。3.3.4 三角形外螺纹车刀 三角形外螺纹车刀分为高速钢三角形外螺纹车刀.硬质合金三角形外螺纹精车刀。在本次设计中使用的是高速钢三角形外螺纹车刀。为了车削顺利，粗车刀应选用较大的背前角，为了获得较正确的牙型，精车刀应选用较小的背前角。硬质合金三角形外螺纹车刀在车削较大螺距以及材料硬度较高的螺纹时，在车刀两侧切削刃上磨出宽度

11、为=0.20.4mm的倒棱。3.3.5 麻花钻 麻花钻是通过其相对固定轴线的旋转切削以钻削工件的圆孔的工具，由柄部.颈部和工作部分组成。在本次加工中主要是用于钻削20的通孔。麻花钻柄部在钻削时起夹持定心和传递转矩的作用。直径较大的麻花钻在颈部标有麻花钻直径.材料牌号和商标。直径小的直柄麻花钻没有明显的颈部。工作部分是麻花钻的主要部分，主要起切削.保持钻削方向.修光孔壁的作用。3.3.6 内孔车刀 内孔车刀分为通孔车刀和盲孔车刀。通孔车刀的几何形状基本上与75外圆刀相似，主偏角一般取6075。盲孔车刀几何形状基本上与偏刀相似，主偏角一般取9095，车平底盲孔时，刀尖在刀柄的最前端，刀尖与刀柄外端

12、的距离应小于内孔半径，否则孔的底平面就无法车平。车内台阶孔时，只要与孔壁不碰即可。在本次加工中内孔车刀主要用于车削26和32的内孔。3.4量具 本次设计的测量工具如下:0-150mm游标卡尺.18-50mm内径百分表.0-360mm万能角度尺.25-50mm外径螺纹千分尺.25-50mm千分尺。3.4.1游标卡尺 按式样的不同，游标卡尺可分为三用游标卡尺和双面游标卡尺，测量的范围分别为0125mm.0150mm.0200mm.0300mm等。本次根据零件的表面结构和大小选用的测量工具为0125mm的三用游标卡尺。三用游标卡尺主要由尺身和游标等组成。使用时，旋松固定游标用的紧固螺钉即可测量。下量

13、爪用来测量工件的外径和长度，上量爪用来测量孔径和槽度，深度尺用来测量工件的深度和台阶的长度。3.4.2千分尺 千分尺是生产中最常用的一种精密量具，按用途可分为外径千分尺.内径千分尺.深度千分尺.内测千分尺.螺纹千分尺和壁厚千分尺等，若不特别说明，千分尺即指外径千分尺。它由尺架.固定测砧.测微螺杆.测力装置和锁紧装置等组成。由于测微螺杆的长度受到制造工艺的限制，其移动量通常为25mm，所以千分尺的测量范围分别为025mm.2550mm.5075mm.75100mm等，每隔25mm为一档。因本次零件精度要求较高且带有螺纹外径，故选用了025mm螺纹千分尺和025mm千分尺。3.4.3内径百分表 内

14、径百分表是将百分表装夹在测架上，在测量头端部有一活动测量头，另一端的固定测量头可根据孔径的大小更换。为了便于测量，测量头旁装有定心器。使用内径百分表测量属于比较测量法。测量时必须摆动内径百分表，所得的最小尺寸是孔的实际尺寸。3.4.4.万能角度尺 游标万能角度尺简称万能角度尺，可以测量0320范围内的任意角度。测量时基尺带着尺身沿着游标转动，当转到所需的角度时，可以用制动器锁紧。卡块将直角尺和直尺固定在所需的位置上。测量时转动背面的捏手，通过小齿轮转动扇形齿轮，是基尺改变角度。第4章 机械加工工艺设计4.1毛坯的选择 方头销轴材料为20Cr，12h7与其他零件有配合要求，表面粗糙度为0.8um

15、，需要渗碳，淬火硬度40HRC45HRC，主要起连接作用，且受力较小。采用20Cr圆棒作为毛坯，且其总长较短，采用10件一起下料，其最大外圆尺寸为20，外圆加工余量取5mm，则方头销轴下料尺寸为25400/10件。4.2选择定位基准 定位基准的选择是工艺设计中的重要工作，是工艺路线是否正确合理的前提。正确而合理地选择定位基准，可以确保加工质量.缩短工艺过程.简化工艺装备结构与种类.提高生产效率。4.2.1精基准的选择 方头销轴的中心轴线是零件的设计基准.装配基准和测量基准。遵循“基准重合”原则，为避免由于基准不重合而产生误差，保证加工精度，故选择中心轴线为精基准。4.2.2粗基准的选择 对于毛

16、坯形式为圆钢的台阶轴，一般以毛坯外圆为粗基准，可保证外圆面的加工余量均匀。4.3选择加工方法 对于精度要求较高的零件，其粗.精加工应分开，以保证零件的质量，具体根据各种加工方法及其对应的经济精度选择合理的加工方法。方头销轴材料为20Cr，属于淬硬钢材料，表面要求较高，其外圆面的加工阶段为：粗车半精车磨削。方头及2孔分别在半精车后铣削及钻削。根据热处理加工顺序图4.1,方头销轴调质处理安排在粗车之后，半精车之前；淬火处理安排在磨削之前，以获得良好的力学性能。正火 退火 毛坯时效 粗 加 工 调 质 半 精 加 工 淬火 渗碳淬火 精 加 工 氮 化 光 整 加 工 图4.1 热处理加工顺序图4.

17、4制订工艺路线 制订工艺路线是工艺人员制订工艺规程时最重要的工作，也是体现工艺师水平的重要方面。其原则是在合理保证零件的几何形状.尺寸精度.位置精度.表面质量的前提下，尽可能提高生产效率，降低生产成本，取得较好的经济效益。方头销轴的生产类型为中批量生产，其工艺特点是尽量选用通用机床并配以通用夹具。如何安排工艺路线，一定要根据现场实际情况具体情况具体分析。最终制订的工艺路线如下： 工序1：下料 工序2：粗车各台阶 工序3：调质处理 工序4：半精各车台阶 工序5：铣方头 工序6：钻孔 工序7：淬火处理 工序8：磨削 工序9：检验4.5确定加工余量及毛坯尺寸4.5.1确定加工余量 根据表4.1，磨削

18、外圆单边加工余量为0.220.28,取0.25。根据表4.2,半精车外圆单边加工余量为0.41.1,取0.75。粗车外圆单边加工余量取3。表4.1 磨削外圆单边加工余量(mm)工件外径 工件长度 030306060120330 0.10.12 0.120.17 0.170.223060 0.120.17 0.170.22 0.220.2860120 0.170.22 0.220.28 0.280.33 表4.2 半精车外圆单边加工余量(mm)工件外径 工件长度 01001002502505005008008001200 010 0.4 0.45 0.51018 0.45 0.45 0.5 0.

19、551830 0.45 0.5 0.65 0.65 0.73050 0.5 0.5 0.55 0.65 0.755080 0.55 0.55 0.6 0.7 0.880120 0.55 0.6 0.6 0.7 0.8120180 0.6 0.6 0.65 0.75 0.85180260 0.65 0.65 0.7 0.8 0.9260360 0.65 0.7 0.75 0.85 0.95360500 0.7 0.75 0.75 0.85 0.954.5.2确定毛坯尺寸 根据图4.2外圆表面加工路线图可知，磨削的加工精度为IT7-IT9，取IT7；半精车的加工精度为IT10-IT11，取IT10

20、；粗车的加工精度为IT12-IT13，取IT12。粗车 IT12-IT13 半精车 IT10-IT11 精车 IT7-IT8 粗磨 IT7-IT9 图4.2 外圆表面加工路线图 根据各工序尺寸及其加工精度，采用“入体”原则，查出其相应的尺寸偏差。半精车时尺寸偏差为h10,粗车时尺寸偏差为h12，毛坯外圆精度取2。方头销轴各工序尺寸及尺寸偏差如表4.3。表4.3 方头销轴各工序尺寸及尺寸偏差 图纸尺寸 工序名称 双边余量 工序尺寸 尺寸偏差 工序尺寸及尺寸偏差 12h7 磨削 0.512 h7 12h7 半精车1.512.5 h10 12.5h10 粗车614 h12 14h12 毛坯820 2

21、 202 20 半精车1.520 h10 20h10 粗车621.5 h12 21.5h12 毛坯7.527.5 2 27.52 7 半精车1.57 h10 7h10 粗车68.5 h12 8.5h12 毛坯7.514.5 2 14.524.6选择加工设备与工艺装备4.6.1选择加工设备 选择加工设备即选择机床类型。由于已经根据零件的形状.精度特点选择了加工方法，因此机床的类型也随之确定了。至于机床的型号，主要取决于现场的设备情况。选择加工设备要考虑加工经济精度。所谓加工经济精度是指在正常条件下所能保证的加工精度和表面粗糙度。每一种机床在最经济的情况下的加工精度和表面粗糙度都有一定的范围。因而

22、最终选择的机床经济精度应与零件表面的设计要求相适应，传动轴机械加工各工序选择的机床如下： (1)粗加工及半精加工选择车床；精加工选择磨床； （2）方头加工选择铣床； (3)孔加工选择钻床。4.6.2选择夹具 该轴为细长轴，因而刚性很差。车削时受切削力.切削热和振动等因素的影响，易产生变形，出现直线度.圆柱度.同轴度等误差，难以达到图纸上的形位精度和表面质量等技术要求，所以加工时采用一夹一顶或双顶尖装夹的方式。4.6.3选择刀具 粗加工及半精加工外圆用外圆车刀；退刀槽用切槽刀；磨削外圆用砂轮；端面加工用端面车刀；方头加工用铣刀；孔加工用麻花钻及铰刀。4.6.4选择量具 测量普通尺寸精度外圆.退刀

23、槽用游标卡尺；测量高精度外圆及孔用外径千分尺。4.7制订机械加工工艺规程 根据方头销轴加工工艺路线，各工序所需加工设备.刀具.夹具及量具填写的机械加工工艺过程卡见表4.4。表4.4 机械加工工艺过程卡 湖南有色金属 职业技术学院 机械加工工艺过程卡 产品型号 零件图号 产品名称 零件名称 方头销轴 零件件号 材料牌号20Cr 毛坯 种类 型材 每台件数 规格尺寸 25400/10 工序号 工序名称 工步号 工序工步内容 设备名 称型号 工艺装备 夹具 刀具 量具1 下料 锯床2 车1 车右端面 CA6140 三爪卡盘 端面车刀外圆车刀切断刀 游标卡尺2 车外圆20至21.5，长453 车外圆12至14，长304 车外圆7至8.5，定225 切槽20.56 切断定总长37至37.57 车左端面，定总长373 热 调质4 车1 车外圆20 CA6140 三爪卡盘 外圆车刀 游标卡尺2 车外圆12至12.