金属工艺三级项目报告

1、金属工艺及机制基础三级项目报告内容： 班 级： 小组成员： 指导教师： 提交时间： 目录 1 前言11.1本次设计的目的意义11.2 设计内容12 对小轴的分析12.1小轴的作用12.2小轴工艺性分析22.3 铣花键夹具设计目的13 工艺规程设计 33.1 定位基准的选择33.2 确定毛坯小轴、画阶梯小轴毛坯零件合图23.3 制定工艺路线43.4 键槽尺寸链的计算9 4 铣花键夹具设计134.1 确定设计方案14 4.2 确定夹具的结构方案，绘制结构草图144.3 审查方案与改进设计154.4 夹具的精度分析15 4.5 定位误差计算及夹具中小轴的强度校核计算164.6 铣花键的对刀18 4.

2、7 加紧机构设计19 4.8 操作夹具动作说明19参考文献211 前言1.1 本次设计的目的意义本题目要求根据变速器小轴零件的结构特点和技术要求，为其设计合理的工艺过程，填写相关工艺文件。通过本设计，增加了对变速器小轴零件的工艺特点的了解，同时锻炼了工艺设计能力、专用夹具设计能力和绘图能力，掌握了资料的查阅方法，培养了自学能力。1.2 设计内容变速器小轴加工工艺规程的制定正逐步趋向低成本、优质高产的方向，通过对变速器小轴加工工艺的设计，熟练变速器小轴机械加工工艺规程的制定原则、步骤和方法。重点研究工艺路线的拟定、工序尺寸及其公差的确定。并对变速器小轴上的花键设计合理的夹具。2 对零件小轴的分析

3、2.1 零件小轴的作用由变速器小轴零件图可知，变速器小轴两端F20±0.008用来与轴承装配，左端M24×1.5轴上一段螺纹是用来固定零件或调整轴承间隙的。F33花键和F26轴上的平键用来装配齿轮或涡轮、半联轴器等。2.2 变速器小轴加工工艺分析由零件图小轴精度和技术要求可知，其材料为45钢，并根据不同的工作条件进行热处理规范，以获得一定得强度、韧性和耐磨度。如：预备热处理：正火或调质。最终热处理：局部加热淬火后回火。（沿浴炉加热淬火，火焰加热淬火，高频加热淬火等）表面硬度4552HRC。该变速器小轴上的槽、花键都需要加工。变速器小轴两端F20±0.008的精度、

4、同轴度直接影响与轴承的配合度；花键和平键的精度直接影响与齿轮的啮合精度；螺纹公差带是用于限制与之配合的压紧螺母的端面圆跳动所必须的要求，因为，若压紧螺母的端面圆跳动过大，则压紧滚动轴承的过程中，会造成轴承内环轴线的倾斜。由于轴承内环是主轴支撑轴颈配合的，这就引起轴承的径向圆跳动；各轴肩的位置关系将直接影响到装配位置精度。由参考文献中有关与键槽的经济精度及机床所能达到的位置精度可知上述技术要求是可以达到的，变速器小轴的结构工艺性也是可行的。2.3铣花键夹具设计目的铣花键夹具为迅速可靠的夹紧工件的机床附加装置，它对小轴的顶芯准确定位夹紧，保证花键槽表面的位置精度，有利于提高劳动生产率，大大降低成本

5、和降低个人劳动强度。3 工艺规程设计3.1 定位基准的选择轴类零件的加工一般选外圆表面作为粗基准钻两中心孔，在以小轴中心孔定位作为精基准。3.2确定毛坯小轴、画阶梯小轴毛坯零件合图。3.2.1 确定毛坯的制造形式：根据零件材料确定毛坯应为铸件。又知零件的生产纲领为中小批生产，考虑到变速器小轴在运行中要经常正反转旋转，零件在工作过程中经常承受交变载荷，且阶梯轴段直径相差较大，因此应该选用锻件，以使金属纤维尽量不被切断，保证零件工作可靠。毛坯采用自由锻造型。综上，毛坯的制造形式为自由锻。3.2.2 确定各表面的加工余量：参考机械设计与制造工艺简明手册表142，143，146可知：表13.2.4 小

6、轴毛坯零件合图如下图1小轴毛坯-零件合图3.3 制定工艺路线由于内径定心和齿侧定心的矩形齿花键轴技术要求高，制造工艺较为复杂，所以外径定心的矩形齿花键轴使用较为普遍。5.3主要机加工工序简图工序号工种工序内容加工简图设备1下料锻造毛坯2车三爪自定心卡盘夹持工件，车端面见平，钻中心孔。用尾架顶尖顶住，粗车三个台阶，直径、长度均留余量2mm车床调头，三爪自定心卡盘加持工件另一端，车端面保证总长174mm，钻中心孔。用尾架顶尖顶住。粗车余下三个台阶，直径、长度均留余量2mm3热调质处理HB2202504钳修研两端中心孔钳工工作台5半精车双顶尖装卡，半精车三个台阶，螺纹大径车到24Ra3.2，外圆面不

7、留余量，其余两外圆面直径留余量0.5mm，切槽三个，倒角三个。车床调头，双顶尖装卡，半精车余下三个台阶外圆直径留余量0.5mm，切槽两个，倒角两个。6车双顶尖装卡、车螺纹M24×1.5。车床7钳平口虎钳装卡划键槽加工线和花键加工线。钳工工作台8铣粗铣花键，花键半精铣留有磨削余量0.5mm铣床（粗）精铣键槽键槽深度比样图规定尺寸多铣0.25mm，作为磨削的余量9热对花键局部淬火在冷却液作用下采用局部感应加热10钳修研两端中心孔钳工工作台11磨磨花键磨床磨各轴段外圆12车车小轴两端端面及倒角车床13检检验清理3.3.1 初步拟订加工工艺路线 表3工艺过程工序内容设备1 备料2 锯头41阶

8、梯轴长170mm3 精锻立式精锻机4 热处理正火5 车端面，钻中心孔CA61406 车粗车各外圆CA61407 热处理调质HBS2202408 精车各表面留磨销余量CA61409 车螺纹CA614010 铣花键花键轴铣床Y631K11 粗精铣键槽立式铣床X52K12 车研磨中心孔CA614013 磨外圆磨各阶梯轴外圆外圆磨床14 磨花键花键磨床15 检验、终检3.3.2 变速器小轴零件加工工艺过程的分析定位基准的选择：以工件的中心孔定位，在轴的加工中，零件各外圆表面，锥孔、螺纹表面的同轴度，端面对旋转轴线的垂直度是其相互位置精度的主要项目，这些表面的设计基准一般都是轴的中心线，若用两中心孔定位

9、，符合基准重合的原则。中心孔不仅是车削时的定为基准，也是其它加工工序的定位基准和检验基准，又符合基准统一原则。精车时，为保证安装精度，切方便可靠，多采用双顶尖安装。当采用两中心孔定位时，还能够最大限度地在一次装夹中加工出多个外圆和端面。所以变速器小轴类零件在精加工时宜采用两中心孔定位，既符合基准重合原则又方便安装符合基准统一原则。用两中心孔定位虽然定心精度高，但刚性差，尤其是加工较重的工件时不够稳固，切削用量也不能太大。外圆表面选择粗加工时，为提高零件的装夹刚度，则采用轴外圆表面为定位基面，或以外圆和中心孔同作定位基面，即一夹一顶。（一头用卡盘加紧外圆，一头用中心孔定位夹紧）的定位方式。3.3

10、.3 故最终工艺过程如下：表4 、锻造工艺锻件名称小轴材料45坯料尺寸49×120坯料重量1.78kg锻造设备0.5t自由锻锤序号工序名称简图备注 1下料材料为45钢2拔长拔长后的最大直径直径43是根据锻件最大截面直径确定的3压肩 压肩长度42.8是根据锻件右端轴颈拔长前后体积相等计算确定的4拔长右端根据锻件图拔长至365压肩压肩长度40是根据锻件左端轴颈拔长前后体积相等计算确定的6拔长左端根据锻件图拔长至367修整切料使总长和锻件图相同3.6 定位误差的计算铣键槽时，工件以外圆柱面Ø26在=90°的V型块上定位，加工尺寸为A1=22时的定位误差：如下图，（ 图3

11、 铣键槽定位误差计算如图所示零件键槽深度尺寸为，与保证此设计尺寸有关的工序尺寸和加工顺序是：(1) 精车外圆至,即尺寸半径为A1=mm。(2) 铣键槽保证尺寸，这时的工序尺寸只能从留有磨削余量的内孔下母线注出，就是说标注工序尺寸的基准是还需要继续加工的设计基准。(3) 热处理（为简化起见，不考虑热处理后内孔的变形误差）。(4) 磨外圆，保证设计尺寸（即A2=mm）。并最后间接保证键槽深度尺寸mm。3.7.2 确定工序尺寸及其公差由图a的有关尺寸，可以建立起图b的尺寸链，在尺寸链中，设计尺寸mm是间接保证的，因而是尺寸链的封闭环，即A0=mm。 考虑到磨外圆后的中心不可能与外圆中心完全重合，故另

12、以组成环Z来表示两中心的距离，其基本尺寸为0，同轴度误差为0.05mm，则有：Z=0±0.025mm由公式：3.8切削用量的选择：（粗车、精车、刀具材料、刀具几何参数）3.8.1 选择刀具的几何参数：采用焊接硬质合金刀，刀片材料为TY15，刀片厚度S=4mm，刀杆尺寸16mmx25mm，前刀面选用到棱的曲面形。 根据加工材料取r0=10°倒棱参数br1=0.3mm，r01=-10°，a0=6°，Kr=75°，Kr=10°5=0°，刀具半径r=0.51mm确定刀具耐用度为60min。3.8.2 选择切削用量：（1）切削深度ap

13、，粗车余量为，所以ap=3mm。（2）进给量f，由机械加工工艺表1-14查得进给量f=0.50.7mm/r，根据机床说明书取f=0.51 mm/r。（3） 切削速度v，由公式： 式中，T=60min 有表1-16查出=0.35,m=0.20有表1-17查出：所以最后：精车：(1) 采用焊接硬质合金刀，刀片材料为TY15，刀具参数：根据加工材料取r0=15°倒棱参数br1=0.2mm，r01=-5°，a0=8°，Kr=45°，Kr=10°S=3°，r=1.0刀具耐用度为60min。(2) 选择切削用量： 切削深度ap =1mm。 进给量

14、f，由机械加工工艺表1-15查得当工件为碳钢，表面粗糙度进给量为52.5m，刀尖圆弧半径r=1.0，预设v >50m/min,查出进给量f=0.300.35mm/r,根据机床说明书取f=0.30 mm/r。 切削速度v，由公式： 式中，T=60min 有表1-16查出=0.20,m=0.20有表1-17查出：所以最后v=计算转速n根据机床说明书选定转速=1000r/min.此时实际切削速度v应为：=109.9m/min=110m/min. 精车切削用量为：=1mm f=0.30mm/r v=110m/min根据有关公式可以一次算得：如下页表5所示。由实用机械加工工艺设计手册表84可知：切

15、槽的切削用量：（硬质合金刀YT15）f=0.26（mm/r）, 切削速度vc=0.82 (m/s)由实用机械加工工艺设计手册表823可知：高速钢铣键槽铣刀铣槽的切削用量： ，fm=47(mm/min) (一次行程铣键槽每分钟进给量)。n（r/s）102010201020由实用机械加工工艺设计手册表825表828可知：磨削加工磨外圆的切削用量如表6所示：表6磨削直径(mm)工件圆周速度（m/min）工件单行程纵向进给量（m/单行程）粗磨20101825151226209精磨20207.025255.626324.54 铣花键夹具设计在现代制造技术迅猛发展的今天，机床夹具无论在传统机床上还是在数控

16、机床、加工中心上，仍是必不可少的重要工艺装备。通过机床夹具设计，不仅可以培养综合运用已学知识的能力而且可以得到工程设计的初步训练。 本次设计的铣花键夹具为前工序的铣削花键所用，该夹具适用于花键铣床。被加工零件的生产批量对工艺过程的制定和夹具设计都有着十分重要的影响。该夹具为中、小批生产，宜采用简单结构，成本低廉的手动夹具。 夹具的设计除了考虑工件的定位和加紧之外，还有考虑夹具如何在机床上定位，以及刀具相对夹具的位置如何得到确定。对本次铣花键夹具而言，在机床上是以夹具体底面与铣床工作台面接触和夹具体上的反向T型槽与铣床工作台上的T型槽配合而定位的。 调整刀具和夹具的相对位置是为了保证夹具相对工件

17、有一个正确的位置，以保证工序的加工要求。对本次铣花键夹具而言，在铣床上调刀最方便的方法是直接将刀具对夹具体小轴的顶尖。4.1 确定设计方案在本次的夹具设计中，由于花键在变速器小轴的外圆中径上，小轴外径与其它阶梯小轴直径相差不大，故花键铣刀不宜选得太大，从对工件的结构形状分析可知，花键有6个齿，加工过程中需要一分度装置，从经济学角度考虑，尽可能不用万能分度头，只需设计一简易分度盘装置即可满足要求。4.1.1 方案一采用三角卡盘和后顶座一夹一顶式，定位并加紧，限制4个自由度。辅以分度装置和夹具体支撑。设计底座和铣床T型槽连接。4.1.2 方案二采用一顶芯轴和后顶座两顶芯式定位，限制5个自由度。外加

18、一鸡心夹头和拨盘完成加紧操作，并辅以分度装置和夹具体支撑。设计底座和铣床T型槽连接。4.2 确定夹具的结构方案，绘制结构草图。从工件在夹具上定位的角度来考虑两种方案均具有其合理性，从设计难度上考虑，三角卡盘属通用夹具可以直接选用，鸡心夹头和拨盘也可以直接选用，后顶座也很常见，只需要简单的改进，难易程度均适中，其设计都是容易实现的，从力学层性能考虑，三角卡盘定位夹紧夹紧力比较大，故工件轴的强度要求高，适用于高速旋转。在本次的夹具设计中，夹紧力满足分度要求和切削力即可，无需其他力提供扭矩旋转，采用一顶芯轴和后顶座两顶芯式定位，外加一鸡心夹头和拨盘即可完成加工要求，从加工精度等级来考虑，三角卡盘定位

19、没有两顶芯式定位精度高，故本次设计采用方案二，一顶芯轴和后顶座两顶芯式定位，外加一鸡心夹头和拨盘完成加紧操作，并辅以分度装置和夹具体支撑。设计底座和铣床T型槽连接。结构简图如下：图6 夹具体的结构方案4.3 审查方案与改进设计夹具设计要求除能完成既定的定位夹紧任务以外还要考虑到操作者的操作方便与否，因此夹具也要求人性化设计。考虑到多数操作者都习惯右手用力，因此，将后顶座安装在工件右侧。实现螺旋顶紧。夹具内部的配合尺寸为：定位销与夹具体支撑座的配合尺寸为10；夹具的外轮廓尺寸为780×305×290 轴承和夹具小轴的配合尺寸为26； 轴承和夹具体支撑座的配合尺寸为55。4.4

20、 夹具的精度分析：（1） 定位误差，工序基准与定位基准重合，基准不重合误差B=0，基准位置误差w=0，因此工件在夹具中定位时位置不准确所造成的加工误差D=0。（2） 夹具的制造加工误差夹具的制造及其在机床上的安装不正确所造成的加工误差：Z-A=0.02mm（3） 加工过程误差 机床的质量，工件的材料，工艺系统的受力分析，热变形等因素所造成的加工误差G=0.02mm。工序尺寸166的公差为0.08，其三分之二为0.05mm。则满足D+ZA。 从上述分析可以看出，采用此套夹具满足夹具定位基准的要求。4.5 夹具的精度验算：下面仅对小轴的调动公差要求加以验算，影响该项精度的误差因素主要有：4.5.1

21、 定位误差该夹具的定位基准与工序基准重合，定位误差即工件的轴线与夹具体小轴的同轴度误差，可以得到定位=0.01mm。4.5.2 夹具的制造安装误差包括轴承套与轴承间的配合精度误差，轴承衬套与花键夹具体小轴的配合精度误差1=0.015mm。4.5.3 精度验算忽略其它因素误差即加工误差±0.025略小于公差±0.04的三分之二。故认为该夹具满足其精度验算要求，基本可用。4.5.4 夹具中小轴的强度校核计算： 由铣花键夹具小轴在夹具中的作用可知：该轴只承受弯矩，分度装置提供分度作用，在切削过程中没有力的作用，所以小轴几乎不承受扭矩。对小轴进行受力分析。4.6 夹具体零件的设计4.6.1 夹具体底座的设计在实际生产中，铣床夹具底板常常采用铸造的方法，其优点是工艺性好，可以铸造出各种复杂的结构形状，切抗压强度，刚度和耐震性好。单生产周期较长，铸造时易产生内应力而引起变形，从而影响夹具体的持久性，故必须进行实效处理来消除内应力。4.6.2 夹具体支撑架的设