输出轴加工工艺及夹具的设计

1、0机械制造工程原理机械制造工程原理课程设计说明书课程设计说明书设计题目设计题目: 输出轴加工工艺及夹具的设计输出轴加工工艺及夹具的设计 （单件生产）（单件生产） 设设 计计 者者 陈陈 瑶瑶 瑶瑶 学学 号号 2100607202121006072021 指导教师指导教师 修修 磊磊 信息工程学院2021 年 05 月 22 日1摘摘 要要初步学会综合运用以前所学过的全部课程，并且独立完成了一项工程基本训练。运用机械制造工艺学的基本理论和夹具设计原理的知识，正确地解决输出轴零件在加工中的定位，夹紧以及合理制订工艺规程等问题的方法。对输出轴零件最后一道工序进行了夹具设计，学会了工艺装备设计的一般

2、方法，提高了结构设计的能力。 机械制造业的发展对世界经济起着非常重要的作用，而机械加工工艺的编制是机械制造技术的重要组成部分和关键工作。本文论述的是输出轴的加工工艺和夹具设计，着重于几个重要表面的加工，具有一定的尺寸、形状、位置要求，还有一些强度、表面粗糙度要求等，然而这些都会在文中得以体现。2前前 言言机械制造工程原理课程设计是我们学习完大学阶段的机械类基础和技术基础课以及专业课程之后的一个综合课程，它是将设计和制造知识有机的结合，并融合现阶段机械制造业的实际生产情况和较先进成熟的制造技术的应用，而进行的一次理论联系实际的训练，通过本课程的训练，将有助于我们对所学知识的理解，并为后续的课程学

3、习以及今后的工作打下一定的基础。对于我本人来说，希望能通过本次课程设计的学习，学会将所学理论知识和工艺课程实习所得的实践知识结合起来，并应用于解决实际问题之中，从而锻炼自己分析问题和解决问题的能力；同时，又希望能超越目前工厂的实际生产工艺，而将有利于加工质量和劳动生产率提高的新技术和新工艺应用到机器零件的制造中，为改善我国的机器制造业相对落后的局面探索可能的途径。由于所学知识和实践的时间以及深度有限，本设计中会有许多不足，希望各位老师能给予指正。3目录目录第 1 章 机械加工工艺规程设计.51.1 零件的分析.51.2 选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯图.6第 2 章 机械加工工序设计.82.

4、1 选择加工方法，制定加工艺路线.82.2 加工方法的确定.102.3 制定工序路线.112.4 工序设计.122.5 选择机床 .152.6 选择刀具.162.7 选择量具.162.8 确定切削用量及基本工时.17第 3 章 夹具的设计.193.1 概述.193.2 夹具.19设计小结.20参考文献.214第第 1 章章 机械加工工艺规程设计机械加工工艺规程设计1.1 零件的分析 1.1.1 技术要求的分析 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，

5、淬透性低，水淬时易生裂纹。综合技术要求等文件，选用铸件。 1.1.2 零件的材料分析 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。小型件宜采用调质处理，大型件宜采用正火处理。其价格较便宜，经过调质或正火后可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，局部淬火后再回火，表面硬度可达 52HRC-45HRC. 1.1.3 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

6、 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。51.2 选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯图1.2.1 选择

7、毛坯 毛坯的选择和拟定毛坯图是制定工艺规程的最初阶段工作之一，也是一个比较重要的阶段，毛坯的形状和特征（硬度，精度，金相组织等）对机械加工的难易，工序数量的多少有直接影响，因此，合理选择毛坯在生产占相当重要的位置，同样毛坯的加工余量的确定也是一个非常重要的问题。 毛坯种类的选择决定与零件的实际作用，材料、形状、生产性质以及在生产中获得可能性，毛坯的制造方法主要有以下几种：1、型材 2、锻造 3、铸造4、焊接 5、其他毛坯。根据零件的材料，推荐用型材或锻件，但从经济方面着想，如用型材中的棒料，加工余量太大，这样不仅浪费材料，而且还增加机床，刀具及能源等消耗，而锻件具有较高的抗拉抗弯和抗扭强度，冲

8、击韧性常用于大载荷或冲击载荷下的工作零件。本零件生产批量为单件生产，所以综上所叙选择锻件中的模锻。1.2.2 确定毛坯尺寸并画出毛坯图毛坯（锻件）图是根据产品零件设计的，经查机械加工工艺手册 金属机械加工工艺人员手册知精车-半精车-粗车各余量,从而可得毛坯余量,见表。铸件的外圆角半径按表 5-12 确定，内圆角半径按 5-13 确定。结果为：外圆角半径：；内圆角半径：。按表 5-11，外模锻斜度2r3R，内模锻斜度。下图为本零件的毛坯图 5 7 6 毛坯图7第第 2 章章 机械加工工序设计机械加工工序设计2.1 选择加工方法，制定加工艺路线2.1.1 定位基准的选择本零件为带孔的管状零件，孔是

9、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，应选孔为定位基准，即遵守“基准重合”的原则。具体而言，即选孔及一端面作为精基准。由于本零件全部表面都48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。2.2.2 零件表面加工方法的选择1. 加工阶段的划分 当零件的加工质量要求较高时,往往不可能用一道工序来满足要求,而要用几道工序逐步达到所要求的加工质量和合理地使用设备、人力,零件的加工过程通常按工序性质不同,可以分为粗加工,半精加工,精加工三个阶段。粗加工阶段：其任务是切除毛坯上大部分余量，使毛坯在形状和尺寸上接近零件成品，因此，主要目标是提高生

10、产率，去除内孔，端面以及外圆表面的大部分余量，并为后续工序提供精基准，如加工 176、55、60、65、75 外圆柱表面。半精加工阶段：其任务是使主要表面达到一定的精加工余量，为主要表面的精加工做好准备，如 55、60、65、75 外圆柱面，80、20 孔等。精加工阶段：其任务就是保证各主要表面达到规定的尺寸精度，留一定的精加工余量，为主要表面的精加工做好准备，并可完成一些次要表面的加工。如精度和表面粗糙度要求，主要目标是全面保证加工质量。82. 基面先行原则 该零件进行加工时，要将端面先加工，再以左端面、外圆柱面为基准来加工，因为左端面和 55 外圆柱面为后续精基准表面加工而设定的，才能使定

11、位基准更准确，从而保证各位置精度的要求，然后再把其余部分加工出来。3. 先粗后精 即要先安排粗加工工序，再安排精加工工序，粗车将在较短时间内将工件表面上的大部分余量切掉，一方面提高金属切削效率，另一方面满足精车的余量均匀性要求，若粗车后留余量的均匀性满足不了精加工的要求时，则要安排半精车，以此为精车做准备。4. 先面后孔 对该零件应该先加工圆柱表面，后加工孔，这样安排加工顺序，一方面是利用加工过的平面定位，稳定可靠，另一方面是在加工过的平面上加工孔，比较容易，并能提高孔的加工精度，所以对于输出轴来讲先加工 75 外圆柱面，做为定位基准再来加工其余各孔。5. 工序划分的确定 工序集中与工序分散：

12、工序集中是指将工件的加工集中在少数几道工序内完成每道工序加工内容较多，工序集中使总工序数减少，这样就减少了安装次数，可以使装夹时间减少，减少夹具数目，并且利于采用高生产率的机床。工序分散是将工件的加工分散在较多的工序中进行，每道工序的内容很少，最少时每道工序只包括一简单工步，工序分散可使每个工序使用的设备，刀具等比较简单，机床调整工作简化，对操作工人的技术水平也要求低些。综上所述：考虑到工件是中批量生产的情况，采用工序分散辅助工序的安排：辅助工序一般包括去毛刺，倒棱角，清洗，除锈，退磁，检验等。 6. 热处理工序的安排 热处理的目的是提高材料力学性能，消除残余应力和改善金属的加工性能，热处理主

13、要分预备热处理，最终热处理和内应力处理等，本零件 CA6140 车床输出轴材料为 45 钢，在加工过程中预备热是消除零件的内应力，在毛坯锻造之后。最终热处理在半精车之后精车之前，按规范在 840温度中保持 30 分钟释9放应力。2.2 加工方法的确定 在市场经济的前提下，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，译稿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，工人在选择时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。 同样在该零件的加工方法的选择中，我们考虑了工

14、件的具体情况和我们学校的具体加工条件，一般我们按加工顺序来阐述加工方案：表一加工表面表面粗糙度公差/精度等级加工方法176 外圆柱面Ra6.3自由公差粗车-半精车55 外圆柱表面Ra1.6IT6粗车-半精车-精车60 外圆柱面Ra0.8IT6粗车-半精车-精车65 外圆柱面Ra1.6IT6粗车-半精车-精车75 外圆柱面Ra0.8IT6粗车-半精车-精车50 内圆柱面Ra6.3自由公差粗铣80 孔Ra3.2IT7钻孔-车孔-铰孔10104 孔Ra6.3自由公差钻孔-车孔20 通孔Ra3.2IT7钻孔-铰孔左端面Ra6.3粗车右端面Ra1.6粗车-精车键槽Ra3.2IT9粗铣-精铣倒角Ra6.3

15、2.3 制定工序路线表 2工序号工序内容设备1粗车圆柱面 176 及端面；车床2粗车圆柱面 55、60、65 和 75 和及台阶面； 车床3精车 176 外圆柱面及倒角；车床4半精车圆柱面 55、60、65 和 75 和及台阶面；车床5 精车圆柱面 55、60、65 和 75 和及台阶面；车床6倒角；车床7粗镗内孔 50、80、104；镗床8精镗内孔 50、80、104；镗床9钻孔 1020；钻床10扩孔 1020；钻床11铰孔 1020；钻床1112铣键槽 1610；铣床13钻斜孔 28；钻床14去毛刺；手工15终检；2.4 工序设计 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

16、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：表 3 外圆柱面 176 轴段加工余量计算 工 序工序名称工序间余量/mm经济精度/mm表面粗糙度Ra/m工序基本尺寸/mm标注工序尺寸公差/mm精车2IT106.317614. 00176粗车3IT1212.5179014. 0179毛坯21812181表 4 外圆柱面 55 轴段加工余量计算工 序工序名称工序间余量/mm经济精度/mm表面粗糙度Ra/m工序基本尺寸/mm

17、标注工序尺寸公差/mm精车 1.0 IT61.6550019. 05512半精车 1.5IT10 3.2560012. 056粗车2.5IT126.357.503 . 05 .57毛坯260260表 560 轴段加工余量计算工 序工序名称工序间余量/mm经济精度/mm表面粗糙度Ra/m工序基本尺寸/mm标注工序尺寸公差/mm精车 1.0 IT61.6600019. 060半精车 1.5IT103.2610120. 061粗车2.5IT126.362.5030. 05 .62毛坯265265表 665 轴段加工余量计算工 序工序名称工序间余量/mm经济精度/mm表面粗糙度Ra/m工序基本尺寸/m

18、m标注工序尺寸公差/mm精车 1.0 IT61.6650019. 065半精车 1.5IT103.2660120. 066粗车2.5IT126.367.5030. 05 .67毛坯270270表 775 轴段加工余量计算 工 序工序名称工序间余量/mm经济精度/mm表面粗糙度工序基本尺寸/mm标注工序尺寸公差13Ra/m/mm精车 1.0 IT61.6750019. 075半精车 1.5IT103.2760120. 076粗车2.5IT126.377.5030. 05 .77毛坯280280表 8104 内孔加工余量计算 工 序工序名称工序间余量/mm经济精度/mm表面粗糙度Ra/m工序基本尺

19、寸/mm标注工序尺寸公差/mm精镗 1.8IT73.2104035. 00104粗镗 3.2IT106.3103.2140. 002 .103毛坯299299表 980 内孔加工余量计算 工 序工序名称工序间余量/mm经济精度/mm表面粗糙度Ra/m工序基本尺寸/mm标注工序尺寸公差/mm精镗 1.5 IT73.280030. 0080粗镗 2.5IT106.378.512. 005 .78毛坯276276表 1050 内孔加工余量计算 工 序工序名称工序间余量/mm经济精度/mm表面粗糙度工序基本尺寸/mm标注工序尺寸公差14Ra/m/mm精镗 1.5IT73.250025. 0050 粗镗

20、 2.5IT106.348.51 . 005 .48毛坯246246 2.5 选择机床2.5.1 车床的参数 工序三采用 CA6140 普通车床，车床的参数如下：型号 TYPE CA6140，中心距 750mm 1000 mm 1500 mm，床身上下最大回转直径400 mm，马鞍内最大工作回转路径550 mm，横拖板上最大回转直径214mm，主轴孔径52 mm，主轴内锥孔 MT6#，主轴速度级数 16 级，主轴速度范围 20-1800r.p.m，公制螺纹（30 种）0.45-20 mm（30 种），英制螺纹（30 种）40-0.875t.p.i（30 种），模数螺纹 0.125-5mm，径节

21、螺纹 160-4D.P，横拖板行程239mm 小刀架行程 150mm，尾坐套孔锥度 MT5#，套筒行程 120mm，主电机功率 4/5.5KW，外形尺寸 235010201250mm 2.5.2 铣床的参数 工序 7、8、9 采用数控车床 XK5040，车床参数如下：8 工位电动转塔刀架，可实现自动换刀，数控装置：FANUCOI，最大回转直径590mm，最大加工直径 500 mm，最大加工长度 1000 mm，主轴转速范围 30-2021 r/min，主轴电机功率 7.5KW，主要精度 X 定位精度0.016 mm,Z 定位精度0.025 mm,X 重复定位精度0.007 mm,Z 重复定位精

22、度0.01 mm 2.5.3 综上所述 （1）工序 1、2、3、4 和 5 是粗车和精车。各工序的工步数不多，大批大15量生产不要求很高的生产率，故选用卧式车床就能满足要求。本零件外廓尺寸不大，选用最常用的 CA6140 型卧式车床。（2）工序 7、8 为镗削。由于加工的零件外廓尺寸不大，又是回转体，故宜在车床上镗孔，选用 C616A 型卧式车床。（3）工序 12 铣削。工序工步简单，外廓尺寸不大，考虑本零件属成批大量生产，所选机床使用范围较广泛为宜，故可选常用用的 XK5040 型铣床能满足加工要求。（4）工序 9、10 和 11 是扩、钻、铰孔。可采用专用的分度夹具在立式钻床上加工，故选用

23、 Z525。2.6 选择刀具由于刀具材料的切削性能直接影响着生产率，工件的加工精度，已加工表面质量，刀具的磨损和加工成本，所以正确的选择刀具材料是加工工艺的一个重要部分，刀具应具有高刚度，足够的强度和韧度，高耐磨性，良好的导热性，良好的工艺性和经济性，抗粘接性，化学稳定性。由于零件车床输出轴材料为45 钢，推荐用硬质合金中的 YT15 类刀具，因为加工该类零件时摩擦严重,切削温度高,而 YT 类硬质合金具有较高的硬度和耐磨性,尤其具有高的耐热性,在高速切削钢料时刀具磨损小寿命长,所以加工 45 钢这种材料时采用硬质合金的刀具。粗车外圆柱面： 90半精车，精车外圆柱面：前角为 90的车刀。钻头：

24、高速钢刀具，直径为 30；直径为 18；扩孔钻：直径为 19.8；铰刀：直径为 20。镗刀，刀杆长度为 200.BH1625。2.7 选择量具 本零件单件生产，一般配情况下尽量采用通用量具。根据零件表面的精度要求、尺寸和形状特点，参考相关资料，选择如下：读数值 0.02、测量范围0150 游标卡尺，读数值 0.01、测量范围 0150 游标卡尺。读数值 0.01、测量范围 50125 的内径千分尺，读数值 0.01、测量范围 50125 的外径千分尺，16读数值 0.01、测量范围 50125 的内径百分表（表 5-108） 。2.8 确定切削用量及基本工时 切削用量包括背吃刀量、进给量和切削

25、速度 。确定顺序是确定、pafvpa，再确定 。本说明书选取工序 1 粗车外圆为例确定其切削用量及基fvmm55本时间。2.8.1 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。确定外圆的切削用量。 mm55所选刀具为 YT15 硬质合金可转位车刀，根据表 6-2，由于 CA6140 机床的中心高为 200mm，故选用刀杆尺寸 BH=16mm25mm，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，后角120、主偏角、,副偏角、刃倾角、刀尖圆弧半径 60 9010 0s。mm

26、8 . 0确定背吃刀量 pa由于粗车双边余量为 2.5mm，则1.25mm。pa确定进给量 f 根据表 5-114，在粗车钢件、刀杆尺寸为、工件直径mmmm2516mmap3为时，。按 CA6140 机床的进给量选择mm10060rmmf/9 . 05 . 0。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。rmmf/65. 017根据表 5-55，CA6140 机床进给机构允许的进给力。NF3530max根据表 5-123，当钢材、，MPab670570mmaP0 . 2rmmf/75. 0， (预计)时，进给力。 45rmin/65mv NFf760Ff的修正系数为，,故实际进给力为

27、0 . 10fFk0 . 1fsFk15. 1fFkk，由于，所选的可用。NNFf87415. 1760maxFFfrmmf/65. 0选择车刀磨钝标准及耐用度 根据表 5-119，车刀后刀面最大磨损量取为 1mm，可转位车刀耐用度。min60T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，mmaP0 . 2时，切削速度。rmmf/75. 0min/97mmv 切削速度的修正系数为，8 . 0sv65. 0tv81. 0Tv0 . 1Tv表 2-9。则有：0 . 1vMvmin/9 .40min/81. 065. 08 . 097mmmmvmin/4 .203m

28、in/649 .4010001000rrdvn按 CA6140 机床的转速选择,则实际切削速度srrn/08. 3min/185。min/2 .374 .2031859 .40mmv最后确定切削用量为：，。mmap25. 1rmmf/65. 0min/185rn min/2 .37 mv 2.8.2 基本时间 确定粗车外圆的基本时间 t 55根据机械制造工艺学公式 4-23 车外圆基本时间为：根据机械制造工艺学公式 4-23 车外圆基本时间为：ifnlllifnLTj2118式中：，mml4 .83mmalp2)32(tan102lrmmf/65. 0，min/08. 3rn 1i则ssTj4

29、308. 365. 024 .83其余工步切削用量及基本工时计算从略第 3 章 夹具的设计3.1 概述 由于本产品的生产规模属于单件生产，即加工一个产品，所以对产品的要求精度高。但处于经济方面的考虑，对于产品的加工就不需要单独再进行夹具的设计，这样可以加工快，效率高！所以对于输出的加工只需要用通用夹具进行安装定位即可！3.2 夹具工序设备名称刀具夹具量具车削CA6140 型卧式车床车刀90三爪卡盘游标卡尺 外径千分尺铣削XK5040 型数控立式升降台铣床键槽铣刀V 型块游标卡尺钻孔Z525 型立式钻床钻刀 绞刀固定式钻模游标卡尺 内径千分尺镗孔T4240 型立式双柱坐标镗床镗刀镗床夹具游标卡尺

30、 内径千分尺19设计小结设计小结 在这次课程设计过程中，我学到了很多。也遇到了种种困难，一次又一次的修改加工方案，暴露了我在这方面的知识欠缺和经验不足。机械制造工程原理课程设计是一个跟实际联系很紧密的，不管是工艺过程还是工序卡，以及设备的选择，都要求我们有相关的理论知识，根据实习过程中学到的实践经验联系起来，才能更好的完成课程设计。因此在课程设计中遇到的很多问题，既有理论的欠缺，也有经验的不足。 作的一次综合练习。随着课程设计的逐渐完成，使我对机械制造工程原理这门课程有了更深入的理解和掌握。在这段时间里，我尽着自己最大的努力学习，来学习和创新。为了解决技术上的问题，我也不断地去翻阅所学的专业书籍和各种相关，所以通过此次的课程设计，我也学习了相关手册的查阅方法。 总之，课程设计我让受益匪浅，因为我暴露出了自己的不足，在今后的学习或者实习工作中都应当努力积累相关的加工知识，以弥补自身存在的不足。20参考文献参考文献1 冯之敬机械制造工程原理M 第二版北京：清华大学出版社，2021年：全书2 贾亚洲金属切削机床概论 M 第二版 吉林：机械加工出版社，2021 年：1902323 王先逵机械加