机械制造课程设计：输出轴

1、机械制造技术课程设计题目：设计输出轴的机械加工工艺规程及工艺装配姓名：徐向阳学 号： 120606131指导教师： 张海军二 O 一五年六月二十一日输出轴加工工艺及钻床夹具设计序言机械制造工艺学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之后进行的。 这是我们进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的复习， 也是一次理论联系实际训练。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，从锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后参加祖国的现代化建设打下一个良好的基础。 我也相信通过课程设计能

2、将零碎的知识点都联系起来，系统而全面的做好设计。本次课程设计是机械制造工艺学这门课程的一个阶段总结， 是对课堂中学习的基本理论和在生产实习中学到的实践知识的一个实际应用过程。由于知识和经验所限，设计会有许多不足之处，所以恳请老师给予指导。一、零件的分析1、零件的作用题目所给定的零件车床输出轴，其主要作用，一是传递转矩，使车床主轴获得旋转的动力； 二是工作过程中经常承受载荷； 三是支撑传动零部件。零件的材料为 45 钢，是最常用中碳调质钢，综合力学性能良好，淬透性低，水淬时易生裂纹。综合技术要求等文件，选用铸件。2、零件的工艺分析从零件图上看， 该零件是典型的零件，结构比较简单，其主要加工的面有

3、 55、 60、 65、 75、 176的外圆柱面， 50、 80、 104 的内圆柱表面， 10 个 20的通孔，图中所给的尺寸精度高，大部分是 IT6 级；粗糙度方面表现在键槽两侧面、 80内圆柱表面为 Ra3.2um, 大端端面为 Ra3.2um,其余为 Ra12.5um，要求不高；位置要求较严格，表现在 55的左端面、 80内孔圆柱面对 75、 60外圆轴线的跳动量为 0.04mm, 20孔的轴线对 80内孔轴线的位置度为 0.05mm,键槽对 55外圆轴线的对称度为 .0.08mm；热处理方面需要调质处理，到 200HBW，保持均匀。 通过分析该零件， 其布局合理，方便加工，我们通过

4、径向夹紧可保证其加工要求， 整个图面清晰，尺寸完整合理，能够完整表达物体的形状和大小，符合要求。二、工艺规程设计（一）、定位基准的选择本零件为带孔的轴类零件， 孔是其设计基准 （亦是装配基准和测量基准），为避免由于基准不重合而产生的误差，应选回转轴线为定位基准，即遵守“基准重合”的原则。具体而言，即选48孔及一端面作为精基准。由于本零件全部表面都需要加工，而孔作为精基准，应先进行加工，因此应选外圆及一端面为粗基准。（二）加工方法的选择回转体表面面的加工 ：面的加工方法有很多，本零件主要是加工外圆面和端面。 55、60 外圆面的加工精度采用 7 级精度可以满足要求，故可采取粗车 -半精车 -精车

5、的加工方式。65、75 外圆面的加工精度要采用 6 级精度才能达到要求， 故采用粗车 -半精车 -粗磨 - 精磨的加工方式。孔的加工：孔的加工方式有钻、扩、镗、拉、磨等。对于内孔采取在车床上镗孔的方式。原因是结构紧凑，重量不大，适用于车削加工。通孔 10×20 采用在车床上镗孔的方式， 斜孔 2×8 在钻床床钻孔。键槽的加工： 零件上的键槽在铣床上铣。 其公差等级为 IT7，两侧的粗糙度为 Ra3.2m，槽底面的粗糙度为 Ra6.3m。可采用粗铣-精铣的加工方式。两端面的加工 ：端面的加工在铣床上进行， 其公差等级为 IT7，粗糙度的要求分别为 Ra25m，Ra,12.5m

6、。（三）制定工艺路线制定工艺路线是制定工艺规程最重要的工作， 也体现了工艺师工艺水平的重要方面。其原则是，在保证零件的几何形状、尺寸精度、表面质量的前提下，尽可能提高生产率，降低成本，取得好的经济效益。工艺路线安排如下：工序 00 备料、模锻。工序 01 用三爪卡盘定位 55回转体表面，粗车 176外圆和粗铣 176端面。工序 02 用三爪卡盘定位 176回转体表面 ,并且粗铣 55端面和粗车 55、 60、 65、 75的回转体表面。工序 03 用三爪卡盘定位 55回转体表面，半精车 55、 60、 65、 75、 176的外圆。工序 04用三爪卡盘定位55 回转体表面，粗磨65、75 的外

7、圆表面。工序 05用三爪卡盘定位55 回转体表面，粗车、半精车过度锥面。工序 06以轴的回转轴线为基准， 粗镗内孔 50、 80、 104。工序 07以轴的回转轴线为基准， 半精镗内孔 50、 80、 104。工序 08以 80孔的中心线为基准，钻、扩、铰孔10× 。20工序 09钻斜孔 2×8。工序 10以轴的回转轴线为基准，粗铣键槽。工序 11热处理：调质处理硬度为200-230HBW。工序 12精车 65、 75的外圆及锥面。工序 13用三爪卡盘定位55 回转体表面，精磨 65、 75的外圆表面。工序 14 以轴的回转轴线为基准，精铣键槽，用三爪卡盘定位 55回转体表

8、面，精铣 176端面；用三爪卡盘定位 176回转体表面 , 精铣 55端面。工序 15去毛刺、清洗、检验。（四）工序设计1、选择加工设备及工艺装备选择加工设备及选择机床类型。由于已经根据零件的形状、 精度特点，选择了加工方式，机床的类型也随之确定。至于机床的型号，取决于现场的设备情况。 最终选择的机床， 其经济精度应与零件表面的设计要求相适应，初步选定的机床如下：工序 10、15、60、80 中进行的操作分别是粗铣 176端面、铣 55端面、粗铣键槽、精铣键槽，精铣 176端面，精铣 55端面，用的设备是 X53T 立式铣床。工序 50 中钻、扩、铰孔 10× ，20工序 55 中钻

9、斜孔 2×8，选用 Z3025 摇臂钻床。其余工序如加工端面和外圆，都可以在CA6140 卧式车床进行 。2、确定工序尺寸确定圆柱面的工序尺寸 圆柱表面多次加工的工序尺寸只与加工余量有关。前面已确定各圆柱面的总加工余量（毛坯余量） ，应将毛坯余量分为各工序加工余量， 然后由后往前计算工序尺寸。 中间工序尺寸的公差按加工方法的经济精度确定。 本零件各圆柱表面的工序加工余量、工序尺寸及公差、表面粗糙度见下表：外圆柱面 176 轴段加工余量计算工序间工序工序基标注工序工序名本尺寸称余量经济精度 /mm表面粗糙度尺寸公差/mm/mmRa/m/mm精车2IT106.3176176 0.14粗车

10、3IT1212.5179179 0.4毛坯±2181181 2外圆柱面 55轴段加工余量计算工序间工序工序基标注工序工序名本尺寸称余量经济精度 /mm表面粗糙度尺寸公差/ mmRa m/mm/mm/精车1.0IT61.65555 0.019半精车1.5IT103.25656 0.120粗车2.5IT126.357.557.5 0 .3毛坯±26060 2 60轴段加工余量计算工序间工序工序基标注工序工序名余量本尺寸尺寸公差称经济精度 / mm表面粗糙度/ mm/mma m/mmR /精车1.0IT61.6606000.019半精车1.5IT103.2616100.120粗

11、车2.5IT126.362.562.500.30毛坯±265652 65轴段加工余量计算工序间工序工序基标注工序工序名本尺寸称余量经济精度 /mm表面粗糙度尺寸公差/mmRa m/ mm/mm/精车1.0IT61.6656500.019半精车1.5IT103.26666 00.120粗车2.5IT126.367.567.500.30毛坯±27070275 轴段加工余量计算工序间工序工序基标注工序工序名本尺寸称余量经济精度 / mm表面粗糙度尺寸公差/ mm/mmRa/m/mm精车1.0IT61.6757500.019半精车1.5IT103.27676 00.120粗车2.5

12、IT126.377.577.500.30毛坯±280802104 内孔加工余量计算工序名工序间工序工序基标注工序称余量经济精度 /mm表面粗糙度本尺寸尺寸公差/ mmRa/m/mm/ mm精镗1.8IT73.210410400 .035粗镗3.2IT106.3103.2103.200 .140毛坯±29999 280 内孔加工余量计算工序间工序工序基标注工序工序名本尺寸称余量经济精度 /mm表面粗糙度尺寸公差/ mm/ mm/ mmRa/ m精镗1.5IT73.28080 00.030粗镗2.5IT106.378.578.500.12毛坯±27676250 内孔加

13、工余量计算工序间工序工序基标注工序工序名本尺寸称余量经济精度 / mm表面粗糙度尺寸公差/ mm/mm/ mmRa/ m精镗1.5IT73.2505000 .025粗镗2.5IT106.348.548.500.1毛坯±246462（五）确定切削用量及基本工时切削用量包括背吃刀量a p 、进给量f 和切削速度 v 。确定顺序是确定 ap 、 f ，再确定 v 。本说明书选取工序05 粗车外圆55mm 为例确定其切削用量及基本时间。1、切削用量本工序为粗车。已知加工材料为 45 钢，锻件，有外皮；机床为 CA6140 型卧式车床，工件装夹在三爪自定心卡盘中。确定55mm 外圆的切削用量。

14、所选刀具为 YT15 硬质合金可转位车刀，根据表 5-112，由于 CA6140 机床的中心高为 200mm，故选用刀杆尺寸 B×H=16mm×25mm，刀片厚度为 4.5mm。根据表 5-133，选择车刀几何形状为卷槽带倒棱型前刀面，前角012 ，后角 06 、主偏角90 、,副偏角10 、刃倾角 s0、刀尖圆弧半径0.8mm。确定背吃刀量a p ：由于粗车双边余量为2.5mm，则 ap 2.25mm。确定进给量f ：根据表5-114，在粗车钢件、刀杆尺寸为16mm25mm 、ap3mm、工件直径为 60 100mm时， f0.5 0.9mm / r 。按 CA6140

15、机床的进给量选择 f 0.65mm/ r 。确定的进给量尚需满足机床进给强度的要求，故需进行校验。根据表 5-55，CA6140 机床进给机构允许的进给力F max3530N 。根据表 5-123，当钢材b570 670MPa 、aP2.0mm 、f0.75mm / r ，r45 ， v65m / min(预计 )时，进给力 F f760N 。Ff 的修正系数为 k 0 F f1.0 ， k sF f1.0 ，k k F f1.17 ,故实际进给力为Ff7601.17 N889.2N ，由于 F fFmax ，所选的 f0.65mm / r 可用。选择车刀磨钝标准及耐用度根据表 5-119，车

16、刀后刀面最大磨损量取为 1mm，可转位车刀耐用度T60 min 。确定切削速度v根据表 5-120，当用 YT15 硬质合金车刀加工钢材时， a P2.0mm ， f0.75mm/ r 时，切削速度 v97m / min 。切削速度的修正系数为sv0.8 ， tv0.65， Tv 0.81 ， Tv 1.0 ，Mvv1.0 表 2-9。则有： v97 0.80.650.81m / min 40.9m / min切削用量包含切削速度、进给量及背吃刀量三项，确定方法是先确定背吃刀量、进给量，最后确定切削速度。不同的加工性质，对切削加工的要求是不一样的。因此，在选择切削用量时，考虑的侧重点也不同。粗

17、加工时，一般优先选用尽可能大的背吃刀量， 其次选择较大的进给量，最后根据刀具的耐用度情况选择合适的切削速度。精加工时，一般选择小得背吃刀量和进给量， 从而尽可能的提高切削速度。粗车 550.0280.003 外圆的切削用量本工序为粗车外圆55，机床采用最常用的CA6140 卧式车床。已知：加工材料： 4钢，b600MPa ，锻件，有外皮；工件尺寸：坯件 D=60 ，车削后 D=57.5 ，加工长度 l80 ；加工要求：车削后表面粗糙度R a 6.3m。根据机械加工工艺手册表7-4选用的刀具为YT5 牌号硬质合金车刀，选择的参数为：主偏角r60 ，副偏角r ' 10 ，后角o6 ，前角o

18、12 ，刃倾角 s 0 ，刀尖圆弧半径 r 1.0mm 。选择切削用量：确定背吃刀量 ap由 于粗加工的余量为2.5mm, 可以再一次走刀内完成，故ap=2.5/2=1.25mm。确定进给量 f由于零件本次加工的加工余量小，根据机械加工工艺手册表1.1-47 及机械制造工艺学课程设计指导书 表 5-42，取 f=0.51mm/r。选择车刀磨钝标准和耐用度根据机械制造工艺学课程设计指导书表5-40，后刀面最大磨损限度取 1.1mm,刀具的耐用度为T=60 Min 。确定切削速度v 和工作台每分钟进给量Vf本零件的材料为45 钢，b600MPa ，ap=1.25mm，f=0.51mm/r，根据机械

19、制造工艺学课程设计指导书表5-32 对车削速度进行修正：根据刀具的耐用度T=60min,得修正系数 K Tv =1.0；根据工件材料的强度，得修正系数KMv=1.0 ；根据毛坯状态得修正系数Ksv=0.8；刀具的材料为 YT5 ，得修正系数为： Ktv=0.65;此处为车削，得修正系数 KKv =1.0；得修正系数为主偏角为60o 得修正系数为KKrV=0.92 。所以， KTv=1.0 ，KMv=1.0 ，Ksv=0.8 ，Ktv=0.65 ，KKv =1.0，KKrV=0.92切削速度的公式为V=C v/(T m×ap Xv ×fyv)根据机械制造工艺学课程设计指导书表

20、5-43，取数值：Cv=291，Xv=0.15 ，yv=0.2,m=0.2。V=Cv/(Tm ×apXv ×fyv) ×KTv × KMv ×Ksv×Ktv × KKv× KKrV所以带入数据后可算得V=67.92 m/min转速 n=1000V/ d=1000 × 67.92/× 60=360.32 r/min根据机械制造工艺学课程设计指导书表5-44,取 CA1640 机床的主轴转速选择 320 r/min，则实际切削速度为V= dn/1000=×60×320/1000=

21、60.32 m/min检验机床功率根据机械制造工艺学课程设计指导书表5-45,查得切削力Fz和切削功率 Pm 的计算公式如下：Fz=CFz×apxFz×fyFz×VnFz×KFz(N)Pm= FzV/60×1000 （KW ）式中，CFz=2650,xFz=1.0, yFz=0.75，nFz,=-0.15，KFz = KTFz ×KMFz× KKrFz ×Kr.Fz，根据机械制造工艺学课程设计指导书表5-32 得：与刀具耐用度有关的修正系数K TFz= 1.0；与工件材料有关的系数KMFz =1.0 ；与主偏角有关

22、的修正系数KKrFz =0.94 ；与前角有关的修正系数Kr.Fz =1.10。因此总的修正系数为KFz = KTFz ×KMFz ×KKrFz ×Kr.Fz =1.034所以 ,切削力为Fz =2650×1.251.0×0.510.75×60.32-0.15×1.034=1118.5 N切削功率为Pm =1118.5×60.32/60×1000KW =1.124 KW根据机械加工工艺手册，查得 CA1640 卧式车床主动机功率PE =7.5 KW ，因为PmPE,故上述切削用量可用。最后确定的切削用量为

23、：ap=1.25mm；f=0.51mm/rV=60.32 m/min （n=320 r/min）半精车550.0280.003外圆的切削用量本工序为半精车外圆 55，原来的直径为 57.5 ，车削后 D=56 机床采用最常用的 CA6140 卧式车床。根据机械加工工艺手册表7-4选用的刀具为YT15 牌号硬质合金车刀，选择的参数为：主偏角 Kr=45o,副偏角 K, r=10o,前角。=10o，刃倾角s=-5o，后角。=6o，车刀刀尖圆弧半径 r=0.6mm。选择切削用量：确定背吃刀量 ap由 于 粗 加 工 的 余 量 为 1.5mm, 可 以 再 一 次 走 刀 内 完 成 ， 故ap=1

24、.5/2=0.75mm。确定进给量 f由于零件本次加工的加工余量小，根据机械加工工艺手册表 1.1-47 及机械制造工艺学课程设计指导书 表 5-42，取 f=0.30mm/r。选择车刀磨钝标准和耐用度根据机械制造工艺学课程设计指导书表 5-40，后刀面最大磨损限度取 0.8mm,刀具的耐用度为 T=60 Min 。确定切削速度 v 和工作台每分钟进给量Vf本零件的材料为45 钢， b600MPa ，ap=0.75mm，f=0.30mm/r ，根据机械制造工艺学课程设计指导书表5-32 对车削速度进行修正：根据刀具的耐用度 T=60min,得修正系数 KTv=1.0 ；根据工件材料的强度，得修

25、正系数 KMv=1.0 ；根据毛坯状态得修正系数 Ksv=1.0；刀具的材料为 YT15，得修正系数为： Ktv=1.0;此处为车削， 得修正系数 KKv =1.0 ；得修正系数为主偏角为 45o 得修正系数为 KKrV=1.0 。所以， KTv=1.0 ，KMv=1.0 ，Ksv=1.0 ， Ktv=1.0 ，KKv=1.0，KKrV=1.0切削速度的公式为V=Cv/(Tm ×apXv ×fyv)根据机械制造工艺学课程设计指导书表5-43，取数值：Cv=291，Xv=0.15，yv=0.2,m=0.2。V=Cv/(Tm ×apXv ×fyv) 

26、5;KTv × KMv ×Ksv×Ktv × KKv× KKrV所以带入数据后可算得V=170.43 m/min转速 n=1000V/d=1000×170.43/×57.5=943.47 r/min根据机械制造工艺学课程设计指导书表5-44,取 CA1640 机床的主轴转速选择710r/min，则实际切削速度为V= dn/1000=×57.5×710/1000=128.26 m/min检验机床功率根据机械制造工艺学课程设计指导书 表 5-45,查得切削力 Fz 和切削功率 Pm 的计算公式如下：Fz=CF

27、z×apxFz×fyFz×VnFz×KFz(N)Pm= FzV/60×1000 （KW ）式中，CFz=2650,xFz=1.0, yFz=0.75，nFz,=-0.15，KFz = KTFz ×KMFz× KKrFz ×Kr.Fz，根据机械制造工艺学课程设计指导书表5-32 得：与刀具耐用度有关的修正系数KTFz= 1.0；与工件材料有关的系数KMFz =1.0 ；与主偏角有关的修正系数KKrFz =1.0 ；与前角有关的修正系数Kr.Fz =1.04。因此总的修正系数为KFz = KTFz ×KMFz

28、 ×KKrFz ×Kr.Fz =1.04所以 ,切削力为Fz =2650×0.751.0×0.300.75×128.26-0.15×1.04=291.88 N切削功率为Pm =291.88×128.26/60×1000 KW =0.624 KW根据机械加工工艺手册，查得 CA1640 卧式车床主动机功率PE =7.5KW ，因为PmPE,故上述切削用量可用。最后确定的切削用量为：ap=0.75mm；f=0.30mm/rV=128.26 m/min （n=710 r/min）精车 550.0280.003 外圆的切削

29、用量本工序为半精车外圆 55，原来的直径为 56 ，车削后 D=55 ，机床采用最常用的 CA6140 卧式车床。根据机械加工工艺手册表7-4选用的刀具为YT30 牌号硬质合金车刀，选择的参数为：主偏角 Kr=30o,副偏角 K, r=5o, 前角。=10o，刃倾角s=0o，后角。=6o，车刀刀尖圆弧半径r=0.4mm。选择切削用量：确定背吃刀量ap由于粗加工的余量为1.0mm,故 ap=1.0/2=0.5mm。确定进给量 f由于零件本次加工的加工余量小，根据机械加工工艺手册表1.1-47 及机械制造工艺学课程设计指导书 表 5-42，取 f=0.08 mm/r 。选择车刀磨钝标准和耐用度根据

30、机械制造工艺学课程设计指导书表 5-40，后刀面最大磨损限度取 0.5mm,刀具的耐用度为T=60 Min 。确定切削速度v 和工作台每分钟进给量Vf本零件的材料为45 钢，b600MPa ，ap=0.50mm，f=0.08mm/r，根据机械制造工艺学课程设计指导书表 5-32 对车削速度进行修正：根据刀具的耐用度 T=60min,得修正系数 KTv=1.0 ；根据工件材料的强度，得修正系数 KMv=1.0 ；根据毛坯状态得修正系数 Ksv=1.0；刀具的材料为 YT30 ，得修正系数为： Ktv=1.4 ;此处为车削，得修正系数 KKv =1.0 ；得修正系数为主偏角为 30o 得修正系数为

31、 KKrV=1.13 。所以， KTv=1.0 ，KMv=1.0 ，Ksv=1.0 ， Ktv=1.4 ，KKv=1.0，KKrV=1.13切削速度的公式为V=Cv/(Tm ×apXv ×fyv)根据机械制造工艺学课程设计指导书表5-43，取数值：Cv=291，Xv=0.15，yv=0.2,m=0.2。V=Cv/(Tm ×apXv ×fyv) ×KTv × KMv ×Ksv×Ktv × KKv× KKrV所以带入数据后可算得V=560.66 m/min转速 n=1000V/d=1000×

32、;560.66/×56=3186.85 r/min根据机械制造工艺学课程设计指导书表5-44,取 CA1640 机床的主轴转速选择 1400 r/min，则实际切削速度为V= dn/1000=×56×1400/1000=246.3 m/min检验机床功率根据机械制造工艺学课程设计指导书表5-45,查得切削力 Fz 和切削功率 Pm 的计算公式如下：Fz=CFz×apxFz×fyFz×VnFz×KFz(N)Pm= FzV/60×1000 （KW ）式中，CFz=2650,xFz=1.0, yFz=0.75，nFz,=

33、-0.15，KFz = KTFz ×KMFz× KKrFz ×Kr.Fz，根据机械制造工艺学课程设计指导书表 5-32 得：与刀具耐用度有关的修正系数 KTFz= 1.0 ；与工件材料有关的系数 KMFz =1.0 ；与主偏角有关的修正系数 KKrFz =1.13 ；与前角有关的修正系数Kr.Fz =1.08。因此总的修正系数为KFz = KTFz ×KMFz ×KKrFz ×Kr.Fz =1.2204所以 ,切削力为Fz =2650×0.51.0×0.080.75×246.3-0.15×1.2204=106.2 N切削功率为Pm =106.2 246×.3/60 1000×