机械制造课程设计说明书(涡轮轴)

1、湖南大学 热能与动机机械制造工艺学技术课程设计说明书过程装备与制造工艺课程设计说明书题目名称： 涡轮轴 班 级： 2012级本二 姓 名： 聂飞安 指导教师： 付玲 2015年06月13日14目 录第一章：零件分析 1.1零件的作用 .11.2零件的工艺分析 .11.3尺寸和粗糙度的要求 .11.4位置公差要求 .2第二章：毛坯的设计 2.1选择毛坯 .22.2确定机加工余量、毛坯尺寸和公差 .22.3 确定机械加工加工余量 .22.4 确定毛坯 .32.5 确定毛坯尺寸公差 .32.6设计毛坯图 .3第三章：选择加工方法，拟定工艺路线 3.1基面的选择 .33.2粗基准的选择 .33.3精基

2、准的选择 .43.4制定机械加工工艺路线 .4第四章：加工设备及道具、夹具、量具的选择 .6第五章：确定切削用量 .8第六章：基本时间的确定 .10第七章：夹具设计 .12第八章：总结 .14考文献. .15第一章：零件分析1.1零件的作用题目所给定的零件是蜗轮轴，如下图所示。支承蜗轮并与之一起回转以传递运动、扭矩或弯矩。1.2零件的工艺分析由零件图可知，该零件的材料为45#钢，锻造成型，由零件的尺寸公差选择模锻加工成型，保证不加工表面达到要求的尺寸公差。根据工作性能与条件，蜗轮轴图样规定了主要轴颈以及轴肩有较高的尺寸、位置精度和较小的表面粗糙度值，并有热处理要求。这些技术要求必须在加工中给予

3、保证。因此，该轴的关键工序是轴颈和外圆的加工。1.3尺寸和粗糙度的要求涡轮轴左右两端面粗糙度为6.3，可用磨削进行加工以保证尺寸要求。涡轮轴左右两端M72X4螺纹面粗糙度为3.2，可采取车削进行加工以保证尺寸要求。涡轮轴外圆轮廓粗糙度为3.2，可采取车削进行加工以保证尺寸要求。涡轮轴95左端面粗糙度为3.2，可采取磨削进行加工以保证尺寸要求。涡轮轴105右端面粗糙度为6.3，可采取磨削进行加工以保证尺寸要求。1.4位置公差要求 有零件图可知，该零件主要要求保证左75轴端的圆柱度要求；要求保证M72螺纹面对于左75轴端的同心度要求，以左75轴端中心线为定位基准可以保证同心度要求；要求保证95轴肩

4、左端面对于左75轴端中心线的垂直度要求，以左75轴端中心线为定位基准可以保证垂直度要求；要求保证105轴身对于左75轴端的同心度要求，以左75轴端中心线为定位基准可以保证同心度要求；要求保证右75轴端对于左75轴端的同心度要求，以左75轴端中心线为定位基准可以保证同心度要求；105轴身右端面对于右端M72螺纹面中心线的垂直度要求，以右端M72螺纹面中心线为定位基准可以保证垂直度要求。第二章：毛坯的设计2.1选择毛坯该零件的材料为42CrMo，考虑到零件在工作时要求有较高的强度和抗扭性，非加工面的尺寸精度要求较低，以及批量为大量生产，所以采用自由锻毛坯成型。2.2确定机加工余量、毛坯尺寸和公差(

5、1)确定最大轮廓尺寸根据零件图计算零件的最大轮廓尺寸为：长4824mm，直径105mm （2）选择锻件公差等级查手册自由锻成型，零件材料按合金钢，得锻件公差等级为812级取为10级。 （3）求锻件尺寸公差公差带相对于基本尺寸对称分布。 （4）求机械加工余量等级查手册得按自由锻成型的方法，锻件材料为42CrMo的机械加工余量等级E-F级选择F级，用于一般精度要求的锻件。2.3确定机械加工加工余量根据锻件质量、零件表面粗糙度、形状复杂程度，取锻件加工表面的单边余量为25，孔的加工余量按相关表查找选取。2.4确定毛坯上面查得的加工余量适用于机械加工表面粗糙度Ra1，Ra1的表面，余量要适当加大。分析

6、本零件，加工表面Ra1,因此这些表面的毛坯尺寸只需将零件的尺寸加上所查的余量即可。（由于有的表面只需粗加工，这时可取所查数据的小值）生产类型为成批生产，可采用自由锻毛坯、2.5确定毛坯尺寸公差毛坯尺寸公差根据锻件质量、材质系数、形状复杂系数查手册得，本零件毛坯尺寸允许偏差为1-2mm，表面粗糙度 为Ra12.5-252.6设计毛坯图下图为零件毛坯图第三章：选择加工方法，拟定加工路线3.1基准的选择基面选择是工艺规程设计中的重要设计之一，基面的选择正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得到提高。否则，加工工艺过程会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法进行。由于该轴的几个主要配

7、合表面及轴肩面对基准轴线均有同心度及垂直度要求，它又是实心轴，所以应选择两端中心孔为基准，采取双顶尖装夹方法，以保证零件的技术要求。3.2粗基准的选择粗基准的选择影响影响各加工面的余量分配及不需加工表面与加工表面之间的位置精度。为保证零件的技术要求，粗基准采用毛坯外圆，并以此作为第一道工序的定位基准。3.3精基准的选择以第一道工序中的已加工面作为下道工序的定位平面，以零件外圆的中心轴线为定位基准，确保设计基准与工艺基准的重合，以减少加工误差。3.4制定机械加工工艺路线3.4.1确定加工方法涡轮轴轴大都是回转表面，主要采用车削与外圆磨削成形。由于该涡轮轴的主要表面公差等级(IT12)较高，表面粗

8、糙度Ra值(Ra=3.2 um)较大，故只需进行车削。外圆表面的加工方案可为：粗车半精车。3.4.2划分加工阶段对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。该涡轮轴轴加工划分为三个阶段：粗车(粗车外圆、钻中心孔等)，半精车(半精车各处外圆、台阶和修研中心孔及次要表面等)，粗、精磨(粗、精磨各处外圆)。各阶段划分大致以热处理为界。综合上述分析，传动轴的工艺路线如下：下料车两端面，钻中心孔粗车各外圆调质修研中心孔半精车各外圆，车槽，倒角车螺纹划槽加工线铣槽修研中心孔磨削检验。3.4.3拟定工艺路线工序一：（1）粗车端面（2）钻中心孔（3）粗车圆柱面105（4）粗车圆柱面75（5）粗

9、车M72外圆（6）调头，三爪定心卡盘夹持105处（7）粗车另一端面（8）粗车圆柱面95（9）粗车圆柱面75（10）粗车M72外圆工序二：（1）半精车圆柱面105（2）半精车圆柱面75（3）半精车M72外圆（4）调头，三爪定心卡盘夹持105处（5）半精车圆柱面95（6）半精车圆柱面75（7）半精车M72外圆（8）倒外角9X30°，一处（9）倒外角2X45°，两处工序三：（1）修研两端中心孔工序四：（1） 调质处理250290HBS工序五：（1）用44.5的麻花钻钻孔（2）用45的铰刀铰孔工序六：（1）车M72X4至尺寸（2）调头，三爪定心卡盘夹持105处（3）车M72X4至尺

10、寸工序七：（1）划三个槽加工线工序八：（1）铣槽10X78mm至尺寸工序九：（1）修研中心孔工序十：（1）检验拟定工艺过程工序号工序内容简要说明00自由锻成型10粗车端面、圆柱面105、75及M72外圆，调头粗车另一端面、圆柱面95、75及M72外圆20调质处理250290HBS30修研两端中心孔40半精车圆柱面105、75及M72外圆，调头半精车圆柱面95、75及M72外圆，倒外角9X30°、2X45°50车M72X4至尺寸，调头车M72X4至尺寸60钻、铰45孔70划槽加工线80铣槽10X78mm至尺寸90修研中心孔100检验第四章：加工设备及道具、夹具、量具的选择由于

11、生产类型为大批量，故加工设备以通用机床为主，辅以少量专用机床，其生产方式以通用机床专用夹具为主，辅以少量专用机床的流水生产线，工件在各机上的装卸及各机床间的传送均由人工完成。4.1根据不同的工序选择不同的机床10工序是粗车端面、圆柱面105、75及M72外圆，调头粗车另一端面、圆柱面95、75及M72外圆，可选用卧式车床完成。40工序是半精车圆柱面105、75及M72外圆，调头半精车圆柱面95、75及M72外圆，倒外角9X30°、2X45°，可选用卧式车床完成。50工序是车M72X4至尺寸，调头车M72X4至尺寸，可用卧式车床完成。60工序是加工45孔，先用用44.5的麻花

12、钻钻孔，再选用45的铰刀铰孔，可用卧式钻床完成。80工序是铣槽10X78mm至尺寸，可采用卧式铣床完成。4.2刀具选择选用硬质合金铣刀，硬质合金钻头，硬质合金扩孔钻、加工中碳钢零件采用YG硬质合金，粗加工用YG8，半精加工为YG6。各工序所需刀具工序号工序内容所选刀具00自由锻成型10粗车端面、圆柱面105、75及M72外圆，调头粗车另一端面、圆柱面95、75及M72外圆粗车刀20调质处理250290HBS30修研两端中心孔40半精车圆柱面105、75及M72外圆，调头半精车圆柱面95、75及M72外圆，倒外角9X30°、2X45°精车刀50车M72X4至尺寸，调头车M72

13、X4至尺寸外螺纹车刀60钻、铰45孔44.5的麻花钻、45的铰刀70划槽加工线80铣槽10X78mm至尺寸槽铣刀90修研中心孔100检验4.3量具选择本零件属于成批生产，一般情况下尽量采用通用夹具。根据零件的表面的精度要求，尺寸和形状特点，参考相关资料，选择如下：（1）60工序采用游标卡尺和塞规（2）80工序采用游标卡尺和标准粗糙度块（3）倒外角9X30°、2X45°采用万能角度卡尺（4）10、40、50采用游标卡尺第五章：确定切削用量工序一：工步一：粗车圆柱面105查切削用量简明手册得切削用量如下：切削深度，需要进行六次走刀才能切完进给量,取f=0.55mm/r切削速度车

14、床转速基本工时，式中L=l+y+,l=340mm，根据表1.26，车削时的入切量和超切量y+=4.3mm，故其余工步切削用量皆同工步一，则可分别求得各工步基本工时如下：粗车圆柱面75：粗车M72外圆：调头粗车圆柱面95：粗车圆柱面75：粗车M72外圆：工序四：半精车圆柱面105查切削用量简明手册得切削用量如下：切削深度，仅需一次次走刀就能切完进给量,取f=0.3mm/r切削速度车床转速基本工时，式中L=l+y+,l=340mm，根据表1.26，车削时的入切量和超切量y+=2mm，故其余工步切削用量皆同工步一，则可分别求得各工步基本工时如下：半精车圆柱面75：半精车M72外圆：调头半精车圆柱面9

15、5：半精车圆柱面75：半精车M72外圆：倒外角9X30°：倒外角2X45°：工序五：车M72X4至尺寸查切削用量简明手册得切削用量如下：切削深度，仅需一次次走刀就能切完进给量切削速度，取车床转速基本工时，式中L=l+y+,l=108mm，根据表1.26，车削时的入切量和超切量y+=4.3mm，故工步二切削用量皆同工步一，则可求得工步二基本工时如下：调头车M72X4至尺寸：工序六：用44.5的麻花钻钻孔查切削用量简明手册得切削用量如下：切削深度，仅需一次次走刀就能切完进给量,取f=0.75mm/r切削速度，取钻床转速，取n=360r/min，则基本工时，式中L=l+y+,l=

16、714.5mm，根据表2.29查出入切量和超切量y+=16.5mm，故用45的铰刀铰孔查切削用量简明手册得切削用量如下：切削深度，仅需一次次走刀就能切完进给量,取f=0.75mm/r切削速度，取钻床转速，取n=355r/min，则基本工时，式中L=l+y+,l=714.5mm，根据表2.29查出入切量和超切量y+=16.5mm，故工序八：铣槽10X78mm至尺寸刀具选取锯片铣刀，刀片采用YG1因为加工余量不大，故可在一次走刀内铣完,故切削深度根据表查出，转速，取n=640r/min,则,按机床标准取基本工时，式中L=l+y+,l=78mm，根据表2.29查出入切量和超切量y+=2mm，故第六章

17、：基本时间的确定6.1工时定额的计算工时定额是指完成零件加工的一个工序的时间定额：Td=Tj+Tf+Tb+Tx+Tz/N其中：Td是指单件时间定额 Tj是指基本时间（机动时间），通过计算求得 Tf是指辅助时间，一般取（16-20）%j;Tj与f和称为作业时间 Tb是指布置工作时间，一般按作业时间的（-）估算 Tx是指休息及生理需要时间，一般按作业时间的（-）估算 Tz是指准备与终结时间，大量生产时，准备与终结时间忽略不计 是指一批零件的个数6.2工序额的确定 (1)工序一的时间定额 Td=Tj+Tf+Tb+Tx+Tz/N =Tj+Tf+Tb+Tx =Tj+18%Tj+5%( Tj+Tf)+3%

18、(Tj+Tf) =294.08min(2)工序四的时间定额： Td=Tj+Tf+Tb+Tx+Tz/N =Tj+Tf+Tb+Tx =Tj+18%Tj+5%(Tj+Tf)+3%(Tj+Tf) =26.85min(3)工序五的时间定额： Td=Tj+Tf+Tb+Tx+Tz/N =Tj+Tf+Tb+Tx =Tj+18%Tj+5%(Tj+Tf)+3% (Tj+Tf) =2.79min（4）工序六的时间定额： Td=Tj+Tf+Tb+Tx+Tz/N =Tj+Tf+Tb+Tx =Tj+18%Tj+5%(Tj+Tf)+3%(Tj+Tf) =6.96min（5）工序八的时间定额： Td=Tj+Tf+Tb+Tx+

19、Tz/N =Tj+Tf+Tb+Tx =Tj+18%Tj+5%(Tj+Tf)+3%(Tj+Tf) =0.80min第七章：夹具的设计7.1确定夹具定位方案和形式由于该工件生产为中批量生产，但批量不是很大，可采用单间加工和多件同时加工，在此仅以一单件加工设计夹具。工件体积小，结构不复杂，从经济耐用的要求考虑，本工序加工夹具不必太复杂，而且应尽量选用标准化的零件，自动化程度不必太高，故拟定选用简单的顶尖加支撑座形式。下图为装夹示意图：7.2、夹具设计结构 1夹具主要零件材料夹具主要零件材料选用代号名称材料热 处 理附 注BCZL-01-01底座HT200退 火可承受较大载荷BCZL-01-02销45调 质强度较高，韧性塑性好BCZL-01-03顶尖座Q235退 火结构简单、使用方便、制造容易BCZL-01-04螺纹导杆45调 质调整方便BCZL-01-06顶尖45调 质强度较高，韧性塑性