毕业设计输出轴的工艺规程的制定

1、 . PAGE28 / NUMPAGES28目 录第一章前 言 2第二章工艺设计 32.1确定生产类型 32.2零件的工艺分析 52.3零件的毛坯设计 82.4拟定工艺路线 92.5工序余量、工序尺寸、公差的确定 142.6机床与工艺装备的确定 212.7确定各工序的切削用量与时间定额 22夹具设计 413.1概述 413.2夹具的设计步骤 423.3夹具分析 46第四章参考文献与资料 47第五章结束语 48第一章前言 时光如箭，一转眼，两年的专升本函授即将结束。现在我们面临毕业前的最后一次大的挑战，即毕业设计。毕业设计是对我们毕业前的一次全面的、综合的检验。检查我们两年的学习情况，是否在质和

2、量上有了大的提高。 本人对待此次毕业设计，思想上就比较重视，希望通过此次毕业设计，能对三年来所学的专业基础课和专业课有一个好的总结，以便能更好地服务于教学。当然，设计中不可避免会出现一些不足之处，恳切希望指导老师和答辩老师与时指出，本人将不胜感激。随着科学技术的进步和发展，先进的、人工智能的设备不断涌现，在机械设计，设计和工艺安排方面有了较大的发展。社会分工越来越细，生产方式也从粗放型向集约型发展。为了适应我国农业经济体制改革和不断发展的需要，要求有性能优越的动力源带动机械作业。拖拉机成为一种广泛的动力源被应用于各行各业中，本次毕业设计，就是以I38型动力输出轴进行的。为此，本人深入工厂，调查

3、研究，全面分析。 本次设计任务主要是：输出轴的工艺规程的制定，和对花键部分的专用刀具设计，与对花键部分加工所需要的专用分度头设计。本人尽可能选择最优方案，以提高经济效益。 本人要求完成：(1) 动力输出轴的工艺规程。 (2) 花键部分加工需要的专用夹具设计。随着科技的发展，计算机已进入了我们的学习和工作中，在本次设计中，我运用了CAD系统画出花键轴零件图、毛坯图、机加工工艺规程图、花键轴铣削花键时的液压自动专用分度头总装图，与分度头零件图，并利用计算机写出毕业设计说明书。尽量使图纸和说明书以最完美的状态出现在老师和同学们面前。工艺设计2.1 确定生产类型工件的生产类型 1.已知动力输出轴年产量

4、10000. 该零件属重型机械. 查资料1表13，得该产品的生产类型 为大批大量生产。 计算：花键轴：40Cr 比重7.85103kgm3 体积：v=（2721530222382934023645216.5382100）4=0.4106 mm3 质量：m=vp=7.85l30.4106109=3.14 kg. 属轻型零件。 数量：n=10000根 、不同生产类型零件的加工工艺有较大的不同，只有深入了解到各种生产类型的工艺特点才能制定出合理的工艺规程。 大批大量类型的工艺特点是：零件互换性：大部分零件具有互换性，同时还保留钳工修配。毛坯的制造方法和加工余量：广泛采用金属模机器造型，模锻或其它高效

5、方法，毛坯精度高，加工余量少。机床的布置形式：部分采用通用机床，广泛采用高效专用机床与自动机床，发展成组技术。工艺装备：广泛采用专用高效夹具、复合刀具、专用量具或自动检测装置，靠调整法达到精度要求。对工人要求：对调整工人要求较高，对操作工人要求较低。工艺文件：有工艺过程卡和工序卡，关键工序有调整卡和检验卡。成本：较低。安装：全部采用夹具，不需划线。生产周期：长时期连续生产。2.2 零件的工艺分析了解零件的用途和工作条件1.花键轴的功用是支承传动零件，承受载荷传递转矩，并保证一定的回转精度和平稳性，将柴油机的运动输出，并具有较高的导向性，定心精度高。2.工作条件： 60匹马力以下的农用拖拉机动力

6、输出轴在以下条件下工作：速度：发动机额定功率工作时，每分钟转数为54010rmm。载荷：有一定的冲击载荷。温度：t250。二、 分析零件的技术要求 分析零件的结构特点： 主要部分：两段花键 两段轴颈 还有作轴承轴向定位的螺纹段。 1.30的轴颈 其圆柱度公差为0.004mm，径向跳动为0.010mm，表面粗糙度Ra0.8，轴颈按IT6级精度制造。 2.40的轴颈 其圆柱度误差为0.004mm，径向跳动为0.012mm，表面粗糙度Ra0.8，支承轴颈按IT6级制造.动力输出轴的圆柱度将会影响到输出轴载荷的性质，而径向跳动会产生轴的同轴度误差，输出轴由于承受不必要的载荷而降低寿命。3.花键的技术要

7、求 花键的8个均布键提出了位置度为0.015mm，对花键表面提出淬硬层深度不小于1.2，硬度不低于HRC50的要求，外圆表面Ra6.3，IT8级精度. 花键的键齿主要起传递扭矩的作用，而花键传递的扭矩较大，为使8齿均匀承载，避免某个齿承载较大而损坏，从而降低其寿命，对8齿的位置提出较高要求. 花键的大径是外花键配合的主要基准面，因此对它的表面粗糙度和尺寸精度有较高的要求，以保证配合良好. 动力输出轴的花键部分常与配合键摩擦，产生磨损，因此应具有一定的耐磨性.4.45的光轴这段轴表面粗糙度Ra0.8，径向跳动差为0.03mm，它与密封圈相配合.由于密封圈的作用是防止油液外泄和外部灰尘、杂质进入.

8、因此Ra0.8要求适中，如果值太大，密封圈磨损加快，寿命低.为保证密封效果，故提出径向跳动为0.03mm的要求.5.两端中心孔.这两端的中心孔是整个轴在加工过程中的主要基准，虽无具体要求，但应该提出较高要求，否则基准精度不高，其它尺寸精度就难于保证，因此必须对其表面粗糙度严格控制.6.M271.5，M401.5与其键槽，253槽 这些表面的技术要求为Ra12.5，螺纹主要使30，40处所安装的轴承轴向固定，采用细牙，是防松作用.另外加工时，不能过分削弱花键轴的强度.键槽也起防松作用，对这些加工表面没有提高的要求.7.右端60o的锥度 表面粗糙度为Ra12.5，作用是在安装时起导向作用，便于安装

9、.8.14.5圆弧槽 表面粗糙度为Ra12.5，这段花键上所加工的槽，主要起轴向定位作用，装配时，在该槽中安装14.5的销或螺钉，安装时起轴向定位作用，不需提出高要求.9.两端面 由于这两面为非配合面，表面粗糙度为Ra12.5足够.10.圆角和倒角. 对于倒角，主要作用是去表面毛刺和便于安装，对于圆弧，可要可不要，因为最终为局部淬火而非全面淬火，起不到防止应力集中(淬火产生的)而开裂.11.整个轴磨光后不应有裂纹，刀痕的加工缺陷，如果存在，轴在工 作过程中出现应力集中，而导致失效，在加工完全后，最好能进行损伤处理。 主要加工表面：30、40轴颈，花键和45光轴. 次要加工表面： 螺纹等其它表面

10、。三、分析零件的结构工艺性 从零件图上看，该轴为中间粗，两端细的阶梯轴，因此轴上零件可分别从两端逐个安装，较方便。这样的轴也便于加工，刚性较好，无需其它辅助设备就可在普通机床上粗加工出这样的轴。该轴具有良好的结构工艺性。 该动力输出轴径向定位基准为轴线，而在实际加工过程中也是以由两端中心孔确定的作为加工基准，符合基准重合原则，加工中安排了先加工中心孔后加工外圆，符合先基准后其它加工面。 该动力输出轴的轴向定位有两个基准，一为右端面，另一为45轴段的左轴的台阶面，便于加工。 综合分析后可知，该零件加工方便，在满足各方面的技术要求后，还应考虑经济、高效等因素。四、绘制零件图(见图)2.3 零件的毛

11、坯设计一、选材 该动力输出轴为大批大量生产，材料为40Cr，且工作时只承受扭矩 (如传动轴)，选用冷拉钢，并进行适当的热处理。二、确定毛坯直径 以零件最粗处进行确定：45各部分加工余量=48.5 取毛坯直径为50。三、绘制毛坯图2.4 拟定工艺路线一、确定各个表面的加工方法 由前面的分析可知：中心孔，30、40轴颈。花键和45光轴为主要加工面，其余为次要加工面。现根据工厂的现有设备，确定加工表面的加工方案。 、主要加工面(30、40轴颈和45光轴)分析A、B、C三种 A粗车半精车磨削 B粗车半精车粗磨精磨C粗车半精车精车磨削超精加工 由于动力输出轴为40Cr材料，而非有色金属，从加工理论上看，

12、三种加工方法均可考虑，但 A类经济精度IT6IT8级，表面粗糙度大于Ra1.66.3 B类经济精度IT5IT7级，表面粗糙度大于Ra0.43.2 c类经济精度IT5级，表面粗糙度大于Ra0.10.8 综合现有设备与三种方法达到的经济精度，选B类比较合理。这样既保证了加工要求，又可提高效益。2.花键加工A滚齿B插齿C粗铣精铣A类在滚齿机上能加工出花键齿来，能保证精度要求，但工厂无此设备。B类插齿加工由于插齿主运动为直线运动，既限制了刀具速度的提高，又降低了效率。不允许。C类用成型铣刀加工花键，分度精度由专用分度头来保证。可行。综合以上分析，选择C类方案。3.中心孔因为中心孔是工件在加工过程中的主

13、要精度，必须对其提出较高要求，选择钻孔，研磨中心孔来达到这样的要求。4.两端面由于其表面粗糙度为Ra12.5，所以选择粗铣。5.M271.5螺纹与M401.5螺纹。螺纹设IT8级精度设计，选择车削加工。6.60短圆锥表面粗糙度为Ra12.5，仅起导向作用，选择车削(宽刃成型车刀)。7.14.5圆弧槽 该圆弧槽表面粗糙度Ra12.5，选择车削。8.键槽键槽作用：防松作用，用盘铣刀铣削。9.倒角 利用45偏刀车削。工件的定位夹紧和定位基准的选择粗基准：以毛坯外圆作为加工的粗基准，保证加工余量均匀。精基准：根据基准重合原则和基准统一原则，以设计基准一两中心孔确定的轴线作为精基准。加工时，以一固定顶尖

14、一弹簧顶尖双顶尖的夹紧方式进行加工，以提高加工效率，防止粗加工切削力过大而打滑，同时考虑到加工节拍，故选择小进给量多次走刀。半精加工和精加工时同时采用双顶尖和鸡心夹头，保证加工要求并符合基准统一原则。三、加工阶段的划分 1.粗加工：高效、快速地切削去掉大部分加工余量，比较接近于工件的形状。 2.半精加工：调质后进行，再一次切除加工余量，将其它次要表面加工完毕与倒角。 3.精加工：切去少量加工余量，修整淬火后出现的变形，保证加工要求，安排在热处理(淬火)后进行。四、制订工艺路线考虑到加工精度，技术要求，加工批量，工厂设备与一些实际情况，制定了如下两种方案：1.方案一 10 铣两端面，钻中心孔 2

15、0 车外圆(光一刀) 30 粗车45、40、38、30、27外圆 40 粗车38外圆 50 热处理(调质) 60 修研中心孔 70 半精车45、40、38、30、27外圆 80 车14.5圆弧槽，60圆锥 90 粗铣花键 100精铣花键、倒角 110割253槽、车螺纹 120铣键槽 130去毛刺 140花键表面淬火以达图纸要求150粗磨各段外圆160精磨各段外圆170磁力探伤180检查190涂油包装入库2.方案二10 铣两端面，钻中心孔20 粗车短头外圆45、3830 粗车长头外圆40、38、30、27 40 调质处理50 修整中心孔60 半精车短头外圆，切割圆弧槽，倒300角。(38)70

16、半精车长头外圆，切割退刀槽，车螺纹80 铣单键槽(M271.5)90 铣单键槽(M401.5)100粗铣短头花键槽110粗铣长头花键槽120精铣长头花键槽130精铣短头花键槽 140去锐边，修毛刺150高频淬火160修中心孔170粗磨外圆表面30180粗磨外圆(短头) 38 190粗磨外圆(长头) 38 200粗磨外圆40 210粗磨外圆45 220精磨外圆表面30 230精磨外圆表面(短头) 38 240精磨外圆表面(长头) 38 250精磨外圆表面40 260精磨外圆45 270探伤 280检验、包装、入库3.两种工艺方案分析与优化。 综合以上两种工艺方案，方案一采用了工序集中原则，但粗加

17、工时，粗基准选用了两次，这是不允许的。方案二尽量采用工序分散的原则，符合大批大量加工要求，并且未出现同一粗基准使用两次的情况，其特点是基准统一，能保证中心孔在一直线上。虽然方案二在半精车外圆时采用工序集中，但考虑到生产节拍和现有设备，也可以采用。方案一一次装夹均加工多个表面，降低了生产率，这在大量生产中不合理。两种方案都采用粗、精加工分开的原则，这点都正确。综合以上分析，方案二合理，可行。故采用它作为正式方案。详见机械加工工序卡图。2.5 工序余量、工序尺寸和公差的确定径向尺寸加工余量、工序尺寸和公差的确定1、主要加工表面主要加工表面工序名称工序间余量mm加工达到的经济精度工序间尺寸 mm各工

18、序尺寸公差Ra45外圆精磨0.06IT6Ra0.845+0.06=45.0645-0.03900.8粗磨0.40IT8Ra1.645.06+0.4=45.4645.06-0.03901.6半精车1.54 IT9Ra6.345.46+1.54=4745.46-0.06206.3粗车3.00IT12Ra12.547+3=5047-0.25012.5毛坯一般精度50-1.0-0.440外圆精磨0.06IT6Ra0.840+0.06=40.0640-0.00800.8粗磨0.40IT8Ra1.640.06+0.4=40.4640.06-0.03901.6半精车1.54 IT9Ra6.340.46+1.

19、54=4240.46-0.06206.3粗车8.00IT12Ra12.542+8=5042-0.25012.5毛坯一般精度50-1.0-0.438外圆精磨0.06 IT6Ra0.838+0.06=38.0638-0.050-0.0250.8粗磨0.40 IT8Ra1.638.06+0.4=38.4638.06-0.03901.6半精车1.54 IT9Ra6.338.46+1.54=4038.46-0.06206.3粗车10.00 IT12Ra12.540+10=5040-0.25012.5毛坯一般精度50-1.0-0.430外圆精磨0.06 IT6Ra0.830+0.06=30.0630-0.

20、065+0.00650.8粗磨0.40 IT8Ra1.630.06+0.4=30.4630.06-0.03901.6半精车1.54 IT9Ra6.330.46+1.54=3230.46-0.06206.3粗车18.00 IT12Ra12.532+18=5032-0.25012.5毛坯一般精度50-1.0-0.42、次要加工表面 键槽在加工时，由于设计基准与工序基准不重合，故必须确定工序尺寸，查得M27的外径公差为270.2680.032，M40的外径公差为400.2680.032。(1)确定M27的A1。尺寸链为：Al和d2为组成环，A0为封闭环，并且 Al A0d22313.59.5 ESo

21、ESA1Esd/2 ESA1EsoESd20.03200.032mm EIo EIA1EId/2 EIA1EioEId/20.20.1340.066mm所以，Al9.50.0660.032(2)确定M40的A1。尺寸链为：同理A0为封闭环。Al，d2为增环。A136201 6 d2200.1340.032ESoESAIESd2ESAIEsoESd200.0320.032mm EIoEIAlEId2 EIAlEIoEId20.20.1340.066mm所以，A1160.0660.032 二、轴向尺寸公差、工序尺寸的确定 因为在粗加工时，轴向留有1mm的加工余量，轴向基本尺寸改变，故无必要对其轴向

22、工序尺寸和公差精确确定，而在半精加工时，对于轴向尺寸相当最终加工所保证的尺寸，有必要确定其轴向工序尺寸和公差。现用跟踪法确定：1.利用跟踪法从图中得到尺寸链。2.解尺寸链。以零件图得A05，A04，A03，A01为自由公差，一般要求自由公差按IT12一IT18要求，本人把A05， A04按IT14级公差要求确定。国标未注公差的极限偏差规定取值。孔用H，轴用h，长度用1/2IT(即JS或Js)。得 A051170.435mm A04360.3l mm解尺寸链(5) 把封闭环A05的尺寸公差T05按等公差原则并考虑到加工方法，经济精度与加工难易程度分配工序尺寸A1 A5 令T1(0.30)mm T

23、5(0.135)mm A12830. 030mm， A516640.135mm 按入体原则：A1283.30.600 mm A5166.2350.270 mm解尺寸链(2) 将封闭环按等公差原则，并考虑加工方法，经济精度和加工的难易程度，分配给工序尺寸A2，A3 令T2(0.05)mm T3(0.05)mm 则A2150.05 mm A3370.05mm 用计算法检验A2的极限偏差： 在该尺寸链中，A02为封闭环，A2为减环，A3为增环。 ES02ES3EI2 EI2ES3ES020.0500.05mm EIoES3ES2 ES2ES3EI020.050.200.15mm 所以A2150.05

24、0.15mm 按入体原则： A337.050.100mm A215.150.100mm解尺寸链(1) 图中A1不是有关尺寸链的公共环，所以根据图由前面计算结果得：A1283.30.600 mm解尺寸链(6) 图中A0不是有关尺寸链的公共环，所以直接由图得 A016.50.200mm 解尺寸链(3) 图中A03为封闭环，A3为减环，A5为增环 A3370.05mm A51660.135mm ES03ES5E I30.1 350.050.18/5mm E103E15ES30.1350.050.185mm 所以 A031290.185mm 按入体原则：A03129.1850.370mm解尺寸链(4)

25、 A04为封闭环，A4为减环，A5为增环 A04360.31mm A51660.135mm ES04ES5EI4 EI4ES5ES040.1350.310.175mm EI04ES5ES4 ES4EI 5EI040.1350.310.175mm 所以A41300.175 mm按入体原则：A4130.1750.350mm2.6 机床与工艺装备的确定 在花键轴生产背景下，只有CA6140车床，XA6132铣床，MBl332磨床。粗加工和半精加工包括螺纹，圆弧槽的加工，利用顶尖和鸡心夹头。铣花键和两单键槽用专用分度头实现，加工精度取决于夹具的精度。精加工全利用两项尖和鸡心夹头在磨床上进行，无其它辅助

26、设施。2.7 确定各工序的切削用量与时间定额工序20 铣端面 钻中心孔 3表313 1.铣瑞面 3表115 ap2mm f0.61mmr v1.5ms90mminns1000vdw1000903.1450573rmin根据机床取nw560rmin所以实际切削速度为： v dwnw /10003.1450560100087.92mmin切削工时： 由于轴的两端面需加工中心孔,故不必加工到中心。可以取段6切入l13mm，切出l20，l5026225322mm tm( l1l)nwf(322)5600.610.074min2. 钻中心孔 3表353 D3mm. 则 f0.03mmrv0.2msns1

27、0000.2/dw 1000 0.2/3.143.021.16r/s1269.8rmin根据机床取nw1120rmin所以实际切削速度： vdwnw/10003.1431120100010.55mmin切削工时：切入Ll2mm，l10mm tm(Lll)nwf(210)11200.030.36min 切入l22mmtm lnw f229000.30.08mi n、半精车38外圆 1表112ap 0.77mmf0.3mmr v100mmin ns1000 vdw 10001003.1440796rmin 根据机床取nw710rmin所以 实际切削速度为： vdw nw10003.14 40 71

28、0100089.18mmin切削工时：切入l93mm tm lnw f 937100.30.44min4. 半精车40外圆 1表112 ap 0.77mm f0.3mmr v100mminns1000 vdw 10001003.1442758rmin根据机床取nw 710rmin所以 实际切削速度为： vdw nw10003.1442710100093.6mmin切削工时： 切入l36mm tm lnw f 367100.30.17min5. 半精车45外圆 1表112ap 0.77mmf0.3mmr 32.54mmin 切削工时： 径向：切入l10.1mm 10.03mm tm(111)nw

29、fr (0.10.03)230 0.0050.113min工序260 探伤工序270 检验，包装，入库. 以上的切削用量是根据下面的选择原则选择的. 1.粗加工切削用量的选择. 首先考虑尽可能大的吃刀深度，其次选择较大的进给量，最后确定合理的切削速度.2.精加工切削用量选择原则. 首先选用较小的吃刀深度ap和进给量f，在保证加工质量和刀具耐用度的情况下，尽可能提高切削速度，以提高生产率.第三章 夹具设计3、1 概 述 在机床上，用于安装工件的装配称为机床夹具，简称夹具。在机床上加工工件时，为了保证工件被加工表面的尺寸、几何形状与相互位置精度，必须将工件正确安装到机床上。工件的安装一般包括定位和

30、夹紧两种过程：即先定位后夹紧，或定位和夹紧同时进行。工件的安装必须包括定位和夹紧。 工件的定位是使工件相对于机床与刀具占有正确的加工位置，而 为了使工件固紧在这一加工位置，使它不致因受切削力、重力、离心力或惯性力作用而发生位置改变，必须对工件进行夹紧。由于动力输出轴现在为大批大量生产，必须采用专用夹具安装。一方面减轻工人的劳动强度，保证了生产任务；另一方面提高了生产率。本人接受了液压分度装置的设计，即针对铣花键这道工序设计，经慎重设计考虑并与指导教师商量后决定：手动分度，液压夹紧。3.2 夹具的设计步骤一、本工序对夹具的要求 1、本工序的加工要求 保证花键齿(8个)均布，位置度为0.015mm

31、 2、机床的性能型号X6132转速 30 37.5 47.5 60 75 95118 150 190235 300 375 475 600 750 950 1180 1500二、拟定夹具结构方案 1.选择和设计定位装置 定位精度主要与定位基准是否与工序基准重合、定位基准的形式和精度、定位元件的形式和精度、定位元件的布置形式、定位基准与定位元件的配合等因素有关。 夹具在机床上的定位精度，主要与夹具定位元件的定位表面、与机床配合处的位置精度、夹具与机床连接处的配合间隙等因素有关。 2.夹紧方式 选择夹紧时，夹紧力必须设成靠近主要支承点，在支承点所组成的平面，夹紧力必须靠近切削部位，并且在工件刚性较

32、好的部位。夹紧力在垂直主要定位基准，以避免因夹紧破坏工件原有的定位状态。夹紧力不可太小，否则不起夹紧作用。夹紧力也不可太大，以免使工件产生较大的变形。 3.结构设计 夹具结构即要可靠，又妻与生产纲领相适应，这样才能符合多、快、好、省的原则。在大批大量生产中，既要解决工件的质量问题，又要解决产量问题。 4.夹具结构的刚度和强度 对加工精度要求较高，或大批量生产中，切削力较大时更应该注意该问题。5.夹具与机床和刀具的位置关系 除了联系尺寸与配合关系应正确以外.还要检查夹具的轮廓尺寸是否与机床相适应，应按回转时的空间关系来检查是否与机床发生干涉。 6.操作、使用安全 夹具操作时保证操作方便，旋转部分

33、应注意平衡。本夹具方案为：本夹具以两顶尖为定位基准，而加工时也以动力输出轴的轴线为定位基准，故基准重合。(前顶尖限制三个移动，后顶尖为弹簧顶尖，限制两个转动。设计夹具的定位装置：前顶尖。)因工序基准与设计基准重合，不存在基准不重合误差，所存在的误差为制造不精确误差。三、夹紧力的计算 根据标准系列P63公斤力厘米2D32mmAD243224803.84mm2PA63803.84l02506.4 kgf4962.7N 求摩擦力 Ncos4962.723.5254667N取 f0.2 总摩擦力F4fN40.246673733.6N 由于在加工时产生的主要的轴向力由顶尖承受(走刀抗力为494.4N)，

34、而径向力与切向力几乎为零。粗铣时又为对称铣削，扭矩为零，所以夹紧牢固。其它元件的设计1.定位键 保证夹具与机床保持正确的位置，该键安装在夹具体下的键槽中，与机床工作台的T形槽保证正确安装。2.分度装置 本夹具采用单斜槽分度盘，直边起定位作用，斜边起消除间隙作用。这种分度装置较精确，即使有杂质在斜边上也不会影响分度精度。 分度精度的校核 已知：分度槽制造公差为1，则对工件的影响为：ld1802(160)(180)19(花键大径为一半) 0.0055mm 花键大径的位置度为0.015m.l3T.满足要求。 另外分度盘与主轴采用键配合，间隙小，对中性良好，从而减少制造误差。 3.夹具主轴与夹具体的配合 因此处主轴要旋转，故采用轴承，由于滑动轴承可获得高精度。 故选择滑动轴承。 补充：工件又由键槽限通过定位元件限制。四、验算操纵手柄上所需力是否合适。估计夹具主轴上零件总重量l0kg，