轴套零件的机械加工工艺规程和铣槽用夹具设计本科论文

重庆大学网络教育学院轴套零件的机械加工工艺规程和铣槽用夹具设计前言机械、机器和机床等机械结构是由部件和零件装配成的，部件又是由组件和零件装配而成的。由实体材料组成的机械零件的表面，又可分为加工表面和非加工表面两种。一般，加工表面是机械零件重要的工作表面，加工表面的精度和粗糙度是通过加工保证的。此外，在加工机械零件表面时，还要考虑制造工艺的可行性、加工生产率、加工成本等多方面问题。本设计通过对一轴套零件的机械加工工艺规程设计和铣槽用夹具设计，试图找出一种简单、实用的加工方法，以供生产同类零件的企业参考。计算生产纲领，确定生产类型任务书上的题目内容为：加工一个轴套零件，该零件年产量为20000台，设其备品率为10%，机械加工废品率为1%，试进行该轴套零件的工艺规程设计。现制定该齿轮零件的机械加工工艺规程。N＝Qn（l+a%）（1+b%)=20000×1×(l+10%)（1+l%)=22220（件／年）该零件的年产量为22220件，根据《机械制造技术基础》教材中生产类型与生产纲领的关系，确定其生产类型为大批生产。零件的分析零件图如图1图1轴套零件图此轴套零件在机器中可起支承、定位或导向作用（题目中未明确），该零件的图样的视图正确、完整，尺寸、公差齐全，但内孔的粗糙度Ra1.5μm有误，应该为Ra1.6μm，内槽处Ra12.5μm与其余Ra12.5μm重复标注应删除。该零件外圆ФSKIPIF1<0粗糙度Ra0.4μm、内孔ФSKIPIF1<0粗糙度Ra1.6μm的尺寸精度和粗糙度要求较高，两端面与内孔也有较高的垂直度要求，但零件结构简单，加工并不困难；两处SKIPIF1<0槽的精度要求一般，只需分步铣出即可。因题目中未规定该轴套零件的材料，为便于设计，此处可拟定该轴套零件的材料为45号钢。选择毛坯根据用途，并综合考虑加工效率和经济性，坯料选用圆钢，锯切下料，然后锻造毛坯。零件形状并不复杂，因此毛坯形状可以与零件的形状尽量接近，即内部孔锻出。因为该轴套生产批量为大批量，所以毛坯应采用模锻。工艺规程设计5.1定位基准的选择本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，应选孔为定位基准，即遵循“基准重合”的原则。即选ФSKIPIF1<0内孔及一端面作为精基准。

由于本轴套全部表面都需加工，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。5.2零件表面加工方法的选择本零件的加工面有外圆、内孔、端面及槽等，材料为45钢。参考教材中有关资料，其加工方法选择如下：ФSKIPIF1<0外圆面：公差等级为IT6，表面粗糙度为Ra0.4μm，需进行粗车、精车及磨外圆。ФSKIPIF1<0内孔：公差等级为IT8，表面粗糙度为Ra1.6μm，毛坯孔已锻出，为未淬火钢，加工方法可采取粗车精车之后用精镗拉孔或磨孔等，都能满足加工要求。但精镗拉孔虽然加工效率较高，适合大批量生产，但对拉刀的要求很高，成本也很高；磨孔的砂轮成本较低，产量上也可以满足本工件的需要，故采用精车之后磨孔的方法加工。端面：本零件的端面为回转体端面，尺寸精度都要求不高，表面粗糙度为Ra3.2μm，经粗车和半精车即可。但两端面与内孔均有0.03mm的垂直度要求，需经过磨平面加工来保证。槽：槽宽和槽深的公差等级分别为IT13和IT14，表面粗糙度分别为Ra12.5μm，需采用三面刃铣刀粗铣即可。5.3制定工艺路线按照先加工基准面及先粗后精的原则，机加工可按下述工艺路线进行。工序10：以外圆φ60mm及端面定位，粗车内孔及另一端面。工序20：以粗车后的内孔φ32mm及端面定位，粗半精车另一端面及外圆φ60mm，倒角。

工序30：以半精车后的外圆φ60mm及端面定位，半精车另一端面及内孔，倒角。

工序40：以工装装夹工件，以端面定位，粗、精磨内孔至图纸尺寸要求。工序50：工件装夹在1：2000锥度的心轴上，以内孔定位，粗、精磨外圆至图纸尺寸要求。工序60：工件装在专用夹具上，以内孔及端面定位，铣2个5mm槽（5件一起加工）。工序70：钳工去毛刺。工序80：终检。5.4确定机械加工余量及毛坯尺寸，设计毛坯——零件综合图

5.4.1确定机械加工余量钢质模锻件的机械加工余量按有关标准确定。确定时，根据估算的锻件质量、加工精度及锻件形状复杂系数。由《毕业设计指导书三》附表1可查得除孔以外各内、外表面的加工余量。孔的加工余量由表1查得。

锻件质量：根据零件成品质量0.317kg估算为0.49kg。

加工精度：零件除孔以外的各表面为一般加工精度。锻件形状复杂系数S1，为简单级别F1。表1锻件内孔直径的机械加工的单面余量锻件内孔直径的机械加工的单面余量/mm孔径孔深大于到大于063100140200到631001402002800252.0————25402.02.6———40632.02.63.0——631002.53.03.04.0—1001602.63.04.04.04.61602503.03.04.04.04.6表2锻件形状复杂系数锻件形状复杂系数S级别S数值范围级别S数值范围简单S1＞0.63～1较复杂S3＞0.16～0.32一级S2＞0.32～0.63复杂S4≦0.16注：SKIPIF1<0假定轴最大直径为φ64mm，长度为24，则SKIPIF1<0=πR2ld＝3.14×6.42/4×2.4×7.85＝605g＝0.605kgSKIPIF1<0＝0.49kg故SKIPIF1<0＝0.81查表2得锻件形状复杂系数S1，为简单级别F1机械加工余量。根据零件形状系数，查表1得外圆的直径方向加工余量放4mm（半径上放2mm），长度方向上加工余量每端放2mm。因内孔的粗糙度Ra0.4μm，半径方向上余量适当增大0.5mm，故内孔的直径方向加工余量为5mm（半径上放2.5mm）。5.4.2确定毛坯尺寸根据上面确定的机械加工余量，可得该零件的毛坯尺寸，见表3表3轴套零件毛坯尺寸轴套零件毛坯尺寸mm零件尺寸单面加工余量锻件尺寸ФSKIPIF1<0264Ф2.527202245.4.3设计毛坯—零件综合图①确定毛坯尺寸公差毛坯尺寸公差根据锻件质量、形状复杂系数、分模形状种类及精度等级从手册中查得。本轴套零件锻件质量0.49kg，形状复杂系数S1，45钢含碳量为0.42%~0.50%，最高含碳量为0.50%，按表4查得锻件材质系数为M1，采用平直分模线，锻件为普通精度等级，则毛坯公差可从《毕业设计指导书三》附表2、附表3中查得，见表5。表4锻件材质系数锻件材质系数级别钢的最高含碳量合金钢的合金元素最高含碳量M1﹤0.65%﹤3.0%M2≧0.65%≧3.0%表5轴套零件毛坯（锻件）允许偏差轴套零件毛坯（锻件）允许偏差mm锻件尺寸偏差根据Φ640.8附表-0.4Φ270.3-0.8240.8-0.4②确定圆角半径锻件圆角半径按表6确定表6锻件圆角半径计算锻件圆角半径计算/mmH/BrR≦20.05H+0.52.5r+0.5﹥2～40.06H+0.53.0r+0.5﹥40.07H+0.53.5r+0.5本工件的H/B均小于2，故锻件内外圆角半径计算如下r＝0.05H+0.5＝0.05×12+0.5＝1.1mm（取r＝1.5mm）R＝2.5r+0.5＝2.5×1.5+0.5＝4.25mm（取r＝4.5mm）③确定拨模角本锻件上下模模镗深度相等，其中：SKIPIF1<0＝SKIPIF1<0＝SKIPIF1<0<1查《指导书三》附表4得，外起模角α＝5˚，内起模角β＝7˚。④确定分模位置毛坯是H<D的盘类锻件，根据分模面的选定原则，本轴套零件的分模面选在零件中部，上下模的尺寸可做成一致，分模线为直线。⑤确定毛坯热处理方式钢质锻件锻造后应安排正火，以消除残留的锻造应力，并使不均匀的金相组织通过重新结晶而得到细化。本零件毛坯——零件综合图如图2所示。技术要求1、正火图2毛坯——零件综合图6.工序设计6.1选择加工设备与工艺装备6.1.1选择机床工序10、20、30是粗车和精车。本零件外廓尺寸不大。精度要求不是很高，选用最常用的CA6140型卧式车床即可。工序40为磨端面。由于加工的零件外廓尺寸不大可，在平面磨床上一次加工多个零件。选M7130型。工序50磨内孔。利用简单的工装在M120W型上即可加工。工序60磨外圆。利用简单的工装在M120W型上即可加工。

工序70铣槽。采用立铣刀铣槽，应选立式铣床X52K型。6.1.2选择夹具本零件除铣槽、磨内外圆等工序需要专用夹具外，其他各工序使用通用夹具即可。前三道车床工序用三爪自定心卡盘，磨内孔工序用压紧螺母，磨外圆工序用心轴。

6.1.3选择刀具a.在车床上加工，一般都选用硬质合金车刀。加工钢质零件采用YT（钨钴钛）类硬质合金，粗加工用YT5，半精加工用YT15，精加工用YT15。为提高生产率及经济性，可选用可转位车刀。

b.磨平面、内孔及外圆均可用平形砂轮，只是尺寸规格（D×H×d）有所不同，砂轮名称均为棕刚玉，粒度为46。c.铣刀选用立铣刀。直柄立铣刀规格为d=5mm,刃部长度12mm，全长47mm。

6.1.4选择量具本零件属成批生产，一般均采用通用量具。选择量具的方法有两种：是按计量器具的不确定度选择；二是按计量器具的测量方法极限误差选择。①选择外圆加工面的量具工序20中粗精车外圆ФSKIPIF1<0(k6)留余量0.25~0.35mm，该尺寸公差T=0.46mm。选用分度值0.02，测量范围0～150mm游标卡尺。工序50中磨外圆φ60k6至尺寸，选择测量范围50~75mm，分度值为0.005mm外径千分尺。

按工艺人员手册，计量器具不确定度允许值U=0.0l6mm。选择测量范围50~75mm，分度值为0.005mm外径千分尺。分度值0.02mm，测量范围0～150mm游标卡尺。

按照上述方法选择本零件各外圆加工面的量具见表7。表7外圆加工面所用量具/mm工序加工面尺寸尺寸公差量具30φ60.30.1分度值0.02，测量范围0～100游标卡尺50φ600.019分度值为0.005mm，测量范围50~75mm外径千分尺②选择加工内孔尺寸所用的量具ФSKIPIF1<0(H8)孔经粗车、半精车、磨孔三次加工，粗车至ФSKIPIF1<0mm，半精车至ФSKIPIF1<0mm，磨孔至图纸尺寸。粗车尺寸ФSKIPIF1<0mm，该尺寸公差T=0.52mm。选择分度值0.02mm，测量范围0～150mm游标卡尺。半精车尺寸ФSKIPIF1<0mm，该尺寸公差T=0.10mm。选择分度值0.02mm，测量范围0～150游标卡尺。磨内孔ФSKIPIF1<0(H8)至尺寸，选择测量范围18~35mm，分度值为0.001mm的内径量表及外径千分尺。③选择加工轴向尺寸所用量具轴向尺寸20，其公差为自由公差，可选择分度值0.02mm，测量范围0～125mm游标卡尺即可满足要求，也与以上通用。④选择加工槽所用量具槽经过粗铣加工即可，槽宽及槽深的公差等级为：槽宽为IT13，槽深为IT14。均可选择分度值0.02mm，测量范围0～150mm游标卡尺测量。槽宽可用具有通止端的专用量测量。6.2工序尺寸的确定及计算6.2.1确定圆柱面的工序尺寸前面根据有关资料已查出本零件各圆柱面的总加工余量（毛坯余量），然后查出各工序加工余量（除粗加工外），总加工余量减去各工序加工余量之和，即为粗加工余量。中间工序尺寸的公差按加工方法的经济精度确定。本轴套零件的各圆柱表面的工序加工余量、工序尺寸及公差、表面粗糙度见表8。表8圆柱表面的工序加工余量、工序尺寸及公差、表面粗糙度加工表面工序双边余量/mm工序尺寸及公差/mm表面粗糙度/μm粗半精精粗半精精粗半精精Ф外圆2.51.20.3ФФФ6.33.20.4Ф内孔31.70.3ФФФ6.33.21.66.2.2确定轴向工序尺寸本零件只有一个轴向尺寸，此轴向尺寸仅与加工余量有关，各工序的轴向尺寸见图1。工序Ⅰ工序Ⅱ工序Ⅲ图3工序的轴向尺寸各加工表面的加工余量见表9表9各端面的工序加工余量工序加工表面总加工余量工序加工余量Ⅰ121.5Ⅱ222.5Ⅲ30.20.26.2.3确定铣槽的工序尺寸只要控制进给量，该二处槽只需分别铣一次即可达到零件图样的要求，则该二槽的尺寸即为工序尺寸。7.选择切削用量、确定时间定额查阅参考文献《机械制造工艺学》机械工业出版社1986年第一版，选取各工序机床的主轴转速，选定进给量和切削深度，即可计算出切削速度和工步工时，确定时间定额，计算结果见机械加工工序卡片。8.填写机械加工工艺规程卡片和机械加工工序卡片9.铣槽用夹具定位夹紧方案设计9.1本工序的加工要求分析本工序的加工要求，在轴套上铣出两条通槽，槽宽为SKIPIF1<0mm，槽深为SKIPIF1<0mm，两槽在圆周方向上互成60˚±30´角度，表面粗糙度为Ra12.5μm。在本工序之前，外圆ФSKIPIF1<0mm、内孔ФSKIPIF1<0mm及两端面均已加工完毕。本工序采用Ф5mm标准键槽铣刀，在X52K型立式铣床上，一次装夹5件进行加工。9.2确定夹具类型本工序所加工的是两条在圆周方向互成60˚的纵向槽，因此宜采用直线进给带角度定位装置的夹具。9.3拟定定位方案和选定定位元件9.3.1拟定定位方案①以ФSKIPIF1<0外圆为定位基准，限制4个自由度。如图2（a）所示。（b）图4定位基准选择②以ФSKIPIF1<0内孔及端面作为定位基准，限制工件5个自由度。如图4（b）所示。方案①由于V形块的特性，较易保证槽的对称度要求，但难以实现多件夹紧和分度。方案②由于心轴与孔之间存在间隙，不容易保证槽的对称度，且有过定位的现象。但本工序加工精度要求不高，并且工件的孔和两端面垂直精度又较高，故过定位现象较轻。同时此方案较易实现多件夹紧和分度。经过比较分析，确定采用方案②。9.3.2选择定位元件根据定位方式，采用带台阶的心轴。心轴安装工件部分的直径为ФSKIPIF1<0，考虑同时安装5个工件，因此这部分的长度取96mm；由于分度精度要求不高，可在心轴的端部法兰面上钻出二个Ф10mm的定位销孔，两孔圆心与心轴圆心的连线互成60˚角，且两定位孔圆心在以心轴轴心为圆心的同一圆周上（见心轴零件图）；同时在夹具体上配作一个Ф10mm的定位销孔。加工时先利用法兰面上的其中一个孔与夹具体上的孔定位，加工完毕一个槽后，松开心轴头部的螺母，取下定位销，将心轴转动60˚，用定位销定位，拧紧螺母，即可进行第二个槽加工。夹具体孔与心轴的配合别为ФSKIPIF1<0，夹具体另一端为U形槽，U形槽R部分的公差为G6SKIPIF1<0。9.3.3定位误差计算工序尺寸SKIPIF1<0mm定位误差分析。由于基准重合，故ΔB＝0由于夹具体二孔、工件与心轴为任意边接触，则ΔY＝δD1+δd1+δD2+δd2+Xmin=（0.016+0.011+0.039+0.016+0.009）/2＝0.046<SKIPIF1<0δk因此定位精度足够由于加工要求不高，其它精度可不必计算。9.4确定夹紧方案根据图4所示心轴结构，用M30螺母把工件轴向夹紧在心轴上。心轴的具体结构如图5所示。9.5确定对刀装置9.5.1选择对刀块和塞尺根据加工要求，采用GB/T2242-80直角对刀块；塞尺符合GB/T2244-80，基本尺寸及偏差SKIPIF1<0mm。9.5.2计算对刀尺寸H和B如图6所示，计算时应把尺寸化为双向对称偏差，即图6SKIPIF1<0mm＝26.75±0.25mmSKIPIF1<0mm＝5.15±0.15mmH＝（26.75-2）mm＝24.75mm公差取工件相应公差的1/3，即0.5mm×SKIPIF1<0≈0.17mm故H＝24.75±0.08mmB＝（5.15×SKIPIF1<0+2）mm＝4.575mm公差取值为0.3mm×SKIPIF1<0＝0.1mm故B=4.575±0.05mm9.6夹具精度分析和计算本夹具总图上与工件加工精度直接有关的技术要求如下：定位心轴表面尺寸ФSKIPIF1<0；定位件与对刀间的位置尺寸24.75±0.08mm、4.575±0.05mm；定位心轴安装表面尺寸Ф40H6mm；对刀塞尺厚度尺寸SKIPIF1<0mm；分度角度60˚±5´。定位心轴轴线与夹具安装面平行度公差为0.05mm9.6.1尺寸SKIPIF1<0mm的精度分析ΔY＝0.046mmΔΔT＝0.16mmΔA＝SKIPIF1<0×20＝0.0056mmSKIPIF1<0mm<SKIPIF1<0δk故此夹具能保证SKIPIF1<0mm尺寸。9.6.2角度尺寸60˚±30´的精度分析（a）（b）图7从图7（a）可知，工序基准为OA，定位基准为OO1，属于基准不重合。定位尺寸为60˚±5´，故ΔB＝10´。定位孔为ФSKIPIF1<0；圆柱销为ФSKIPIF1<0，由图7（b）得Δα＝SKIPIF1<0≈SKIPIF1<0＝SKIPIF1<0＝0.001rad=3´44˝角向定位误差为ΔD＝Δ