花键轴课程设计

1、湖南铁道学院机电系机械加工工艺课程设计加工工艺工艺课程设计花键轴零件加工工艺教学单位：机电工程系 班级：数控加工 092 班 设计：徐 胜 学号：2 指导：彭京城老师湖南铁道职业技术学院2011 年 5 月 7 日目录课程设计课题任务书 3第一部分 零 件 工 艺 分 析花键轴介绍 5图样分析 5第二部分 工 艺 设 计毛坯选择 7材料及热处理 8加工方法 9加工顺序 10加工方案 10走到路线和对刀点选择 10零件定位基准和装夹方式 10加工设备 14切屑用量的确定（粗车、半精车，粗铳键） 15工时定额计算（粗车、半精车，粗铳键槽） 16加工余量的确定及工序尺寸的计算 17零件加工工艺卡 1

2、9机械加工工序卡 21第三部分 后 序感想 24参考文献 25课程设计任务书(数控加工方向)机电工程系一、设计课题名称：典型零件的数控加工工艺设计二、指导教师:彭京城三、设计要求(1) 根据所给定的零件，选择合适的加工机床、刀具、切削用量，合理的进 给路线，制定经济高效的工艺方案。(2) 工艺过程及工序卡片的编制。(3) 说明书要求格式完整、内容精简、书写清楚。所有设计内容不得复印和 抄袭。四、设计依据零件图生产纲领：中批量生产设备:五、参考资料1、 机械加工工艺与夹具设计顾京主编机械工业出版社出版2、机械加工工艺手册 机械工业出版社六、设计内容及工作量1、设计内容(1) 确定生产类型，对零件

3、进行工艺分析，并绘制零件图。(2) 选择毛坯种类及制造方法，绘制毛坯图。(3) 拟定零件的机械加工工艺过程，选择各工序加工设备和工艺装备(刀具、 夹具、量具、辅具)，确定各工序切削用量及工序尺寸。(4) 填写工艺文件：工艺过程卡、工序卡。(5) 对数控加工工序进行工艺分析确定工步、走刀路线、刃、量具、加工参 数。(6) 填写数控加工刀具调整卡(7) 撰写设计说明书。2、设计结果零件图(手工、电子各一份)毛坯图工艺过程卡1份机械加工工序卡（非数控加工、重要工序）13道数控加工工序技术文档（刀具卡、工序卡、）1套设计说明书1份3、设计进度：1周序号工作阶段时间安排1熟悉零件，画零件图10%2选择加

4、工方案，确疋工艺路线，填与工艺卡片30%3数控加工工序工步、走刀路线、刃、量具、加工 参数的确定。45%4整理编写说明书15%七、说明书的格式和装订要求（一）设计封面（二）设计评阅书（三）评分标准（四）设计任务书（五）目录（六）设计正文（七）设计总结（八）参考资料（九）设计图纸及工艺规程注：说明书用16开纸打印或书写，课程设计正文字数不少于 1万（含空格）八、课程设计课题审批表审批具体意见审查部门负责人意见同意实施专业负责人时间 2010年 2月22日同意实施学术负责人_时间2010 年2月24 日第一部分 零件工艺分析花键轴介绍花键轴用于各个轴用于轴与轴承配合、 螺纹主要用于紧固和传动连接、

5、 键与 花键用于轴和轴上传动件之间的可拆卸连接， 用于传递扭矩， 有时也作用轴上传 动件的导向。矩形花键轴能够多齿工作，对中性好，导向性好，齿根较浅，应力集中，轴 与毂强度削弱小加工方便，在机械制造中应用非常广泛。其中，该矩形花键轴按国家标准，为花键的中系列，经过查表（教材互换 性与测量技术 表 9.3 ）可得其规格为 N*d*D*b=6*26.8*33*8, 标注外花键规格和 尺寸代号为 6*26.8f6*33a11*8d8 。图样分析1、组成要素（从左至右） ：该轴总长为166mm上偏差为0,下偏差为-0.08 ;左端为直径20mm上下偏差各为0.08的轴直径为19mn,宽2mm的退刀槽；

6、公称直径为24mm螺距1.5mm普通螺纹；直径为23mm宽2mm的退刀槽；直径为 2500.03,上偏差为 0,下偏差为 -0.03 的轴；直径为24mm宽2mm的退刀槽；大径为33mm小径为26.8mm的6齿外花键；直径为24mm宽2mm的退刀槽；直径为2600.03,上偏差为0,下偏差为-0.03的轴（长30mn宽6mm的键槽）；直径为19mm宽2mm的退刀槽;直径为20 0.008，上偏差为+0.008，下偏差为-0.008的轴。2、零件结构分析根据零件简图分析： 该主轴零件的结构有以下特点： 从形状上看该工件为阶 梯结构的花键，由于长度与直径之比 L/D 5，所以该工件属于钢性主轴。从

7、表面 加工类型看，主要加工表面有圆柱面，花键，单键槽，螺纹，属于典型的加工表 面，易加工。3、图样工艺分析（1）技术要求 该零件属于轴类零件，主要够成表面主要为外圆、圆柱、螺纹和外花键等； 各轴装配表面粗糙度要求极高，Ra达0.8um,为IT7级；而尺寸精度和位置精度 要求也高（重点保证外圆表面的加工），轴两端20 （左右分别为基面 A、B）以及花键大径33 （基面C）的加工尤为重要，它们分别与各退刀槽侧面、键槽 宽有圆跳动和对称度要求，外花键键齿与基面A、B有平行度要求。其中，各个圆柱尺寸精度等级较高，且该工件为有色金属，可以通过精车 - 半精车-粗磨-精磨-研磨（或者超精磨、或者镜面磨）获

8、得而圆柱装配表面表面 粗糙度要求也高，达到 Ra=0.8，各退刀槽与花键健齿侧面 Ra达1.6 ;其余则要 较低Ra只需6.3，这些表面粗糙度较容易获得，可以通过粗车 -半精车-精车达 到要求。各处要倒角、圆角、除毛刺到要求，钳工。（2） 零件技术条件要求分析 尺寸精度：两端轴段为20 0.008，中间段25，26，花键外圆为 33 ，键齿宽 8 ，键槽宽 6 ，键槽底与外圆母线距离 22 ，花键轴总长 166 ，左 端面与花键左端的距离 57 0.3 ，花键左端与 26 轴段右端面的距离为 95 0.3 。 位置精度：螺纹M24*1.5的左端面和26的右端面相对于 A B两基面轴 线的圆跳动

9、误差为0.04mm花键齿面相对于A、B两基面轴线的平行度误差为38: 0.03mm键槽与花键轴线的对称度误差为 0.05mm 表面粗糙度：两端轴段20 0.008外圆和25、26外圆为Ra=0.8卩m 花键齿面及其左端面和26的右端面为Ra=1.6卩m M24*1.5的螺纹及花键右端 面为Ra=3.2卩m 花键齿根圆为 Ra=6.3卩m 其余为Ra=6.3卩m第二部分工艺设计毛坯选择1、 常见毛坯类型（1）铸件铸件是用各种铸造方法获得的金属成型物件，即把冶炼好的液态金属，用浇注、压射、吸入或其它浇铸方法注入预先准备好的铸型中，冷却后经落砂、清理 和后处理等，所得到的具有一定形状，尺寸和性能的物

10、件。对形状较复杂的毛坯，一般可用铸造方法制造。目前大多数铸件采用砂型铸造， 对尺寸精度要求较高的小型铸件，可采用特种铸造，如永久型铸造、精密铸造、 压力铸造、熔模铸造成和离心铸造等。（2）锻件锻件是金属被施加压力，通过塑性变形塑造要求的形状或合适的压缩力的物 件。这种力量典型的通过使用铁锤或压力来实现。铸件过程建造了精致的颗粒结 构，并改进了金属的物理属性。在零部件的现实使用中，一个正确的设计能使颗 粒流在主压力的方向。锻件毛坯由于经锻造后可得到连续和均匀的金属纤维组织。因此锻件的力学性能较好，常用于受力复杂的重要钢质零件。其中自由锻件的精度和生产率较低， 主要用于小批生产和大型锻件的制造。模

11、型锻造件的尺寸精度和生产率较高，主 要用于产量较大的中小型锻件。（3）型材型材是铁或钢以及具有一定强度和韧性的材料（如塑料、铝、玻璃纤维等）通过轧制，挤出，铸造等工艺制成的具有一定几何形状的物体。型材主要有板材、棒材、线材等。常用截面形状有圆形、方形、六角形和特 殊截面形状。就其制造方法，又可分为热轧和冷拉两大类。热轧型材尺寸较大， 精度较低，用于一般的机械零件。冷拉型材尺寸较小，精度较高，主要用于毛坯 精度要求较高的中小型零件。（4）焊接件焊接件主要用于单件小批生产和大型零件及样机试制。其优点是制造简单、生产周期短、节省材料、减轻重量。但其抗振性较差，变形大，需经时效处理后才能进行机械加工。

12、（5）其它毛坯其它毛坯包括冲压件，粉末冶金件，冷挤件，塑料压制件等。2、毛坯的确定因为该零件属于中批量生产（模锻工艺生产效率高，劳动强度低，尺寸精确， 加工余量小，并可锻制形状复杂的锻件；适用于批量生产。但模具成本高，需有 专用的模锻设备，不适合于单件或小批量生产），且加工余量小，所以下料选择 模锻。模锻的工序为制坯、预锻和终锻。在终锻模时，要确定好锻件的尺寸及形状， 并初步定好加工余量，避免毛边出现。3、毛坯余量确定查机械制造工艺手册：单边余量及公差为 3 2.L =170材料及热处理40Gr属于合金调制钢。（合金结构钢的一种。一般工艺路线为：下料一一 退火一一粗加工一一调制一一精加工一一表

13、面淬火、低温回火一一装配；该钢属 于中碳含量，一般含 Mn Si、Gr、B、V、Mo W等合金元素。通过调制处理可得 到较好的综合力学性能。）此钢是冷镦模具钢，加工容易，适当的热处理后可以 获得一定的韧性、塑性和耐磨性，正火可以促进组织球化，该进硬度小于160HBS 毛坯的切削性能在温度550C -570 C进行回火，调制具有最佳的综合力学性能， 并且淬透性高于45钢，适于高频淬火、火药淬火等表面硬化处理等。化学成分牌号CSiMnGrNiPSCu40Gr0.37-0.440.17-0.370.50-0.800.80-1.100.0300.0350.0350.030 机械性能：抗拉强度S b=9

14、80mPa屈服强度S s=985mPa伸长率S %=9断面收缩率屮=45%该零件材料为40Gr,进行加工时易变形，为了提高它的加工性能，在加工 锻造前该零件时， 要进行正火； 由于该零件的花键加工精度高， 使它的耐磨性高， 因此要进行局部淬火。加工方法市场经济的前提下，一切都是为能创造出更多的财富和提高劳动率为目的，同样的加工方法的选择一般考虑的是在保证工件加工要求的前提下， 提高工件的 加工效率和经济性， 而在具体的选择上， 一般根据机械加工资料和工人的经验来 确定。由于方法的多种多样， 工人在选择是一般结合具体的工件和现场的加工条 件来确定最佳的加工方案。该零件的主要结构为旋转体零件， 故

15、以车（粗车、半精车、精车）加工为主， 辅以其他加工方法如：铣、磨以及热处理等加工方式完成整个零件的加工。根据各表面加工要求和各种加工方法所能达到的经济精度， 查表选择零件主 要表面的加工方法举例：0.00820 0008 外圆柱面：加工方案：粗车、半精车精车磨削 公差等级： IT12 、IT9 IT8 IT7 粗糙度： 3.2 、1.6 1.6 0.86 00.006155 键槽宽：加工方案：粗铣（精铣）磨削 公差等级： IT12 IT9 粗糙度： 3.2 1.6 2600.03、 2500.03 外圆:加工方案：公差等级：粗车、半精车 精车 磨削IT12 、 IT9 IT8 IT7粗糙度：

16、3.2 、 1.6 1.6 0.8加工顺序模锻下料退火处理车端面、 钻中心孔粗、 半精车各外圆调 质处理研磨中心孔精加工 （各外圆） 车螺纹铣花键铣键槽 磨各外圆、台阶面与键槽表面热处理钳检验加工方案按先主后次、 先粗后精的加工原则确定加工路线， 采用固定循环指令进行粗 加工，再精加工，加工螺纹、花键、键槽，最后技术处理到要求。 走刀路线和对刀点选择走刀路线包括切削加工轨迹， 刀具运动到切削起始点、 刀具切入、 切出并返 回切削起始点或对刀点等非切削空行程轨迹。 由于半精加工和精加工的走刀路线 是沿其零件轮廓顺序进行的， 所以确定走刀路线主要在于规划好粗加工及空行程 的走刀路线。合理确定对刀点

17、 , 对刀点可以设在被加工零件上，但注意对刀点必须是基准 位或已精加工过的部位， 有时在第一道工序后对刀点被加工毁坏， 会导致第二道 工序和之后的对刀点无从查找， 因此在第一道工序对刀时注意要在与定位基准有 相对固定尺寸关系的地方设立一个相对对刀位置， 这样可以根据它们之间的相对 位置关系找回原对刀点。这个相对对刀位置通常设在机床工作台或夹具上。 零件定位基准和装夹方式为保证花键轴各圆柱面的同轴度和其他位置精度， 半精车、精车和磨削时应 该选择基准轴线为定位基准（左右20基准圆柱、花键外径33）,轴两端钻中 心孔，用两顶尖装夹。 两端中心孔相关尺寸和位置精度以及粗糙度是影响加工精 度的重要因素

18、,因此工件在调质等热处理后要安排修磨中心孔的工序。（1 ）粗基准的选择原则a.相互位置原则；b.余量最小原则；c.重要表面原则；d.不重复使用原则；e. 便于装夹原则；（ 2）精基准的选择原则a.基准重合原则；b.余量最小原则；c.自为基准原则；d.互为基准原则；e.便 于装夹原则；总结：根据相关的技术要求，定位基准确定如下：1）选择精基准：以两中心孔为精基准，采用两顶装夹定位，便于位置精度 的保证，为后续加工提供精基准。2）选择粗基准：以外圆柱面为粗基准。粗车时为了保证工件装夹刚性，常采用一夹一顶的装夹方法，左端采用三爪 自定心卡盘夹紧、右端采用活动顶尖支顶。装夹图夹外圆，粗车、半精车左端面

19、，打中心孔夹外圆，粗车、半精车右端面，打中心孔粗车、半精车左端端外圆各段及倒角27粗车、半精车左端端外圆各段及倒角车螺纹铳花键铳键槽磨花键磨各轴段及外圆加工设备该类零件生产批量大，精度等级要求较高，选择普通车床加工，即可满足零 件尺寸精度要求，又可提高生产效率节省时间 。（1）机床的选择：CA6140车床，M131VV万能磨床）、X52K铣床。 CA6140是普通车床，C表示车床，A表示第一次重大改进，6表示落地 及普通车床，1表示普通车床，40是机床主参数，回转直径为400毫米。 M131W是万能磨床，主要对花键槽，中心孔，各轴段外圆进行研磨，加强 其零件精度。 X52K是小型立式铣车，X=

20、铣车，5=立式，2=工作台面200mm K= 改进次 数，X52K的工作台面横向移动距离为 30mm纵向移动距离为200mm垂直升降 为200mm电机功率为3或4kw,立铣头可以转角度为30或-30 ，*52K可以 铣平面，铣侧面，铣沟槽等。（2）夹具选择：车床专用夹具、铣床专用夹具、三爪卡盘、活动顶尖支顶、分 度头、V型块。（3）刀具及刀位号选择：粗车、半精车使用同一把90合金外圆车刀（硬质合金YT15），安装在刀 架的1号刀位上，并定为基准刀。车退刀槽使用两把车槽刀，一把主切削刃宽 2mm另一把主切削刃宽1.36mm刀位点都取在左刀尖。分别安装在刀架的 2、3 号刀位上。车螺纹使用60外螺

21、纹车刀，刀尖角取为59 30,安装在刀架的 4号刀位上，用试切对刀法测定各刀具的刀位偏差值，并在程序运行前输入数控系统产品名称或代号零件名称花键轴零件图号序号刀具号刀具规格 名称数量加工表面刀具半径/mm备注8T0190外圆 车刀1左端外圆 表面的半 精加工9T0190外圆 车刀1右端外圆 表面的半 精加工8T02韧宽为2的 切槽刀1左端各退 刀槽9T02韧宽为2的 切槽刀1左端各退 刀槽10T03螺纹车刀1车 M24X1.5的螺纹编制第徐胜审核彭京城批准彭京城共页第铣花键用矩形齿花滚刀。（4）量具选择该零件属于中批量生产，一般情况下尽量采用通用夹具，根据零件表面的精 度要求和形状特点，参考有

22、关资料选择如下：外圆便面的公差等级为IT7级，在 粗车、半精车使用读数值0.02测量范围0 500游标卡尺，在精车中因为批量较 大，为提高测量效率，故采用专用卡规测量。切削用量的确定1、粗车（1） 选择切削深度：单边总余量为 5,粗车工序中ap=3留下3给半精车， 0.7给粗铣，0.3给磨。（2） 选择进给量：考虑刀杆尺寸，工件直径及一定的切削深度。查表3-13 可选取 f=0.6mm/r。（3）选择切削速度：根据工件材料 40Gr热处理及选定切削深度和进给量， 查表 3-19 可取 u=1.48（ 85m/min）。（4）确定机床主轴转速：n=1000v/3.14*43=630r/mi n从

23、表4.3-1机床主轴箱牌上可查得实际主轴转速可取710r/min故实际切削速度 v=3.14dn/1000=3.14*43*710/1000=1.6m/s（ 95.8m/min ）2、半精车（1）选择切削深度：即=1mm（2） 选择进给速度：根据工件材料及选定切削深度和进给量查表3-19可取 v=1.7m/s。（3）选定机床主轴转速：n00*1.7/3.14*43（ 43-6） =877.9r/mi n3、粗铣键槽(1) 定铣削深度：由于加工余量不大，故可一次走刀完成，则ae=ab=0.7mm(2) 每齿进给量：af=0.1mm(3) 计算切削速度：根据表3-27选刀具耐用度t=7.8*100

24、0(4) 选定机床主轴转速N=1000v/3.14*d=1000*81.68/3.14*1000=260根据机床说明书选n=255实际切削速度为：N=1000v/3.14*d=1000*255/1000=80.07m/mi n表1切削用量选择主轴转速s/(r/min)进给量f/(mm/r)背吃刀量ap/mm粗车外圆3000.43.0半精车外圆4600.150.4车螺纹300切槽4600.1注：螺纹M24X 1.5车削时大径去直径为23.8 (-0.1P ) mm总背吃刀量为0.65P= ( 0.65 X 1.5 ) mm=0.95mm分三次循环切削，第一次被吃刀量取0.475mm 第二次取0.

25、3mm 第三次取0.2mm工时定额计算1、粗车:计算切削工时:取切入长度 I=2mm 切出长度I2=2mm则切削工时：tm=2X 72=2+2/710 X 0.5=25s2、半精车计算切削工时：nf=76/900 X 0.3=16.8min3、粗铣花键计算基本工时；首先计算每分钟进给量fm=afzn=0.1 X 6X 25153mm/min根据机床说明书选fm=165m/min基本工时：T 基=L/fm=72+8.5+8.5/165=0.55min加工余量的确定及工序尺寸的计算总加工余量是毛坯尺寸和零件设计尺寸之差。加工总余量的大小取决于加工过程中各个工序切除金属厚度的总和。工序余量是每一工序

26、所切除的金属厚度（即相邻两个工序尺寸之差）。其关系可用下式表示：式中：Zn 加工总余量;乙一工序余量；N 机械加工工序数目。由于加工中不可避免地存在误差，所以工序尺寸也有公差， 这种公差称为工序公差。公差大小等于本道工序尺寸与上道工序尺寸之和。余量公差可表示为:TzZ max Z minTb Ta式中：Tz 工序余量公差；Zmax 工序最大余量；Zmin 工序最小余量；Tb 加工面在本道工序上的尺寸公差;Ta 加工面在上道工序上的尺寸公差。加工表面20 0.008工序名称工序余量经济精度工序尺寸及公差磨0.4IT720 0.008半精车1.6IT920-4 0.052粗车8IT112200.1

27、3毛坯31215加工表面 26 0.01工序名称工序余量经济精度工序尺寸及公差磨0.4IT7260.01半精车1.6IT926.4 0.052粗车3IT11280o.13毛坯31215加工表面M24外圆工序名称工序余量经济精度工序尺寸及公差半精车1.6IT1023.85 0.084粗车3IT1225.450.2毛坯312f加工表面25 003工序名称工序余量经济精度工序尺寸及公差磨0.4IT625 0.03半精车1.6IT1025.4 0.084粗车4IT122700.2毛坯312.：加工表面33 0.03工序名称工序余量经济精度工序尺寸及公差磨0.4IT73300.03半精车1.6IT933

28、.4 0.062粗车4IT113503 0.16毛坯2.539 1零件加工工艺卡表2机械加工工艺卡机电工程系机械加工工艺卡零件名称花键轴材料40Gr图号生产类型大批量工序号工序名称工序类容工艺设备备注1锻按长170mn，各外圆确定加工余量模锻2执八、退火处理3车粗车、半精车两端面钻钻中心孔4车（粗车、半精车）夹左端，半精车化键外径到 34mm长5mm至尺寸半精车外圆26.4mm长45mm至尺寸，退刀槽 2mm 23.5mm半精车右端外圆 20.4mm长14mm至尺寸，退刀槽2mm*18.5mm工件调头，夹右端车左端，螺纹倒角半精车外圆25.4mm,长18mm到尺寸，退刀槽 2mm*23.5mm

29、半精车螺纹大径24mm长25mm到尺寸，螺纹退刀槽2*23.5mm半精车外圆20.4mm长14mm到尺寸，退刀槽 2mm 18.5mm5执八、调质处理6修研修研两中心孔7车（精车）夹左端，精车右端各外圆及长度尺寸到要求，车花键外圆到33.4掉头精车车左端各外圆到要求（螺纹外径车至 23.8mm）采取“一夹一顶”装夹工件，车螺纹（分三次循环切削）到要求8铳工件用顶尖装夹滚床、花键滚刀按零件加工要求滚铳花键（留足精磨余量）工件用两顶尖装夹，加辅助支承X52K铳床、两顶尖、按零件加工要求铳键槽（留足精磨余量）辅助支承、键槽铳刀9修研修研两中心孔10磨工件两顶尖装夹（先夹左端）M131W万能磨床）、两

30、顶尖、GB砂轮精磨花键外圆、花键齿到要求精磨左端20外圆以及各个台阶面到要求工件调头用两顶尖装夹精磨右端20外圆以及各个台阶面到要求9执八、花键外面表面（齿面）热处理，表面淬火、 低温回火到要求10钳各处去毛刺、锐边到要求11检最终检验12入库机械加工工序卡螺纹加工工序卡工厂数控加工工序卡片产品名称或代号零件名称材料零件号花键轴40Cr工序号程序编号夹具名称夹具编号使用设备车间7三爪卡盘CA6140工步号工步内容刀具号刀具规格/mm主轴转速/(r/mi n)进给量/(mm/r)被吃刀量/mm备注1装夹工件2车螺纹TENN2020-162000.4750.30.20.095编制审核彭京城批准彭京

31、城共页第页铳花键机械加工工序卡片花键加工工序卡，-工步内容装夹工作2铳花键设计（日期）产品型号产品名称车间毛坯种类锻件设备名称花键轴铳床夹具编号工位器具编号工艺装备顶尖校对（日期）审核（日期）零件图号零件名称花键轴工序号工序名称材料牌号8毛坯外形尺寸铳花键每毛坯可制作1每台件数设备型号设备编号夹具名称顶尖工位器具名称主轴转速切削 进给速 量度1同时加工件数1切削液工序工时（分） 准终丨单件切削深度进 给 次 数工步时间8508500.1522标准（日期）会签（日期）铳键槽机械加工工序卡片键槽加工工序产品型号产品名称零件图号零件名称花键轴车间工序号工序名称材料牌号7毛坯种类8毛坯外形尺寸锻件设备名称设备型号花键轴铳床夹具编号夹具名称顶尖口IO書工位器具编号工步内容工艺装备装夹工作顶尖、专用夹具2铳键槽设计（日期）校对（日期）审核（日期）铳键槽每毛坯可制作1每台件数设备编号1同时加工件数1切削液工位器具名称工序工时（分） 准终| 单件主轴转速切削 进给 速 量