机械制造技术课程设计-主动齿轮轴加工工艺及铣键槽夹具设计长117.5

设计说明书题目矿样采集装备主动齿轮轴制造工艺设计作者学院专业学号指导教师二〇XX年三月二十日第一章前言1.1零件工艺研究的意义1.1.1提高零件加工效率提高零件的加工效率必须保证零件的加工顺序和工艺路线，加工中的所有工序是有联系的。导致零件不符合要求的标准的原因是微小的误差，不仅影响零件的精度和强度，也会影响下道工序的实施。此外，制定过程的所有工序都需要考虑外部条件。当然，实施过程中也需要考虑绿色环境，这样才能持续发展。1.1.2提高零件的精度以及优品率自数控技术以来，高精度促进了数控技术的不断进步。零件加工是机械加工中的一个重要环节。因为加工工艺具有多样性，零件的加工精度也有所不同，从而导致生产的零件不能达到工业生产的需要，如果加工工艺标准不行，加工的精度还将受到很大的影响。其次，注意时效处理，尺寸变化和硬度的变化是因为热处理后。因此，热处理是工艺规划中的一个重要步骤。在加工过程中，还要考虑刀具与工件之间的热变形。1.2主要研究内容根据设计要求，本设计需要完成以下设计，具体如下：1、根据任务书要求完成零件都图纸绘制；2、明确毛坯的制造形式以及毛坯的尺寸；3、编写零件加工工艺过程卡及工序卡；4、计算相应的加工工艺参数；5、撰写本次设计说明书；1.3零件工艺研究对本专业的作用运用到实际生产中能够将自己的专业知识，测试自己的专业水平，也能够理解自己的缺点，在未来的开发过程中可以得到优化。研究技术还可以提高自己的思维能力，熟悉国内外的先进技术，帮助自己去扩展视野，加强学习的兴趣，并与自己的专业知识充分融合，可以更加牢固地掌握专业知识。

第二章零件分析2.1主轴类零件的结构特点与技术要求光轴，梯形轴，空心轴，花键轴和电动主轴是以结构形式划分的，统称为主轴。1.主轴类零件的结构特点主轴部分是长度大于直径的回转体部分，表面的构成主要有外圆柱、锥面、螺纹、花键、键槽等。2.主轴类零件的技术要求（1）加工精度1）精度尺寸：主轴的主表面通常分为三种类型：第一种类型是带有轴承内圈的外圆形轴颈，为轴颈支撑。用于确定轴的位置并支撑轴。第二类是带有各种传动部件的轴颈，即与之匹配的轴颈，其公差等级略低，通常为IT6〜IT9；第三是主轴内圆锥孔与工具手柄的结合面。2）形状精度：一般来说，误差应限于尺寸公差。对于精密轴，几何精度应在零件图上单独规定。（2）内部和外部是驱动部件，轴颈为Ra0.4〜3.2m。图2.1主动齿轮轴零件图表2.1GB/T1804公差分段图公差等级尺寸分段＞0.5-3＞3-6＞6-30＞30-120＞120-400＞400-1000f（精密级）±0.050±0.050±0.10±0.150±0.20±0.30m（中等级）±0.10±0.10±0.20±0.30±0.50±0.80C（粗糙级）±0.20±0.30±0.50±0.80±1.20±2.0比较公差框图以确定基本尺寸的无公差的区域，如下所示：46±0.10mm、27±0.20mm、36±0.20mm。2.2主轴类零件的材料及热处理1.主轴类零件的材料主轴类零件的材料常用钢种有：碳素结构钢15钢、20钢、45钢，合金结构钢20Cr、40Cr、50Mn、60Mn，渗碳钢20CrMnTi，氮化钢38CrMoAL。主轴毛坯常用圆棒料和锻件。主轴类零件的热处理主轴类零件的热处理包括以下内容:为了获得良好的综合机械性能，通常在粗车之后，半成品车之前进行回火和回火。通常在精加工之前安排表面淬火，可以纠正淬火引起的局部变形。高精度主轴，在局部淬火或粗磨时，还需要进行低温时效处理。2.3主轴类零件的检测1.加工中的检验自动测量设备作为辅助设备安装在机床上。这种检查方法不会影响外壳的加工，根据测量结果，主动控制机床的工作过程，如进给的改变，自动补偿刀具的磨损，自动退刀，停车等，为适应加工条件的变化，防止产生废物，所以也称为主动检查。主动检查属于在线检查，即在设备连续运行和生产的条件下，应遵循信号处理的基本原理来掌握设备的运行状态，并对生产过程进行预测，预测和确定。应该进行必要的调整。在线检测广泛用于机械制造中。加工后的检验加工后的检查通常在专用的检查夹具上进行。在小批量生产中，尺寸精度通常由外部千分尺检查。在批量生产中，经常使用光滑极限计的测试。比较器可以测试大长度，高精度的工件。表面粗糙度可以通过粗糙度样品进行测试。当要求很高时，请使用光学显微镜或轮廓仪检查。圆度误差可以通过用千​​分尺测得的同一截面中工件直径最大差的一半来确定，或者借助v形块用千分尺来测量。如果条件允许，可以检查圆度。圆柱度误差通常通过用千分尺测量同一轴向截面中的最大值和最小值之差来确定。主轴相互位置的精度测试通常基于轴两端的中心孔或被加工锥堵住的中心孔2.4零件的工艺分析在分析零件时，要重点去分析零件的尺寸和零件的结构形状、零件表面的粗糙度值，如果零件的过程分析仍然通过，则有必要进一步了解零件的要求，最后制定零件的过程文件。主动齿轮轴的工艺有两组组加工面的分别为：1：加工面基于一个端面和外圆。这组加工包括另一个端面和外圆。2：一种是以一个端面和外圆为基准的加工面，主要是其他端面和外圆的加工。

第三章工艺规程设计3.1确定毛坯制造的形式选用毛坯材料包含选择毛坯材料的类型和毛胚制造的方法，确定空白时应该考虑以下这些因素：1）材料和零件的机械性能。2）零件的形状和尺寸。3）生产类型。4）生产条件。5）充分考虑使用新技术、新材料的可能性。轴类的材料通常选择为钢材，材料结构较之其他种类的材料切削性能好，方便切削，且拥有良好的减震性能和耐磨性能。由于主动齿轮轴零件材料为45Cr，故铸件材料为45Cr，加工方法选用锻造。3.2毛坯图为了确保毛坯的尺寸足够，使用的毛坯总长度比主动齿轮轴零件大4mm，这样就可以在零件的两端预留出4mm的加工余量，毛胚图如图3.1所示：图3.1毛坯零件简图3.3机械加工余量的确定铸造材料和铸造方法是该零件的机械加工余量的主要来源，在工序余量手册中查询可得出：表3.1主动齿轮轴零件加工工序余量序号被加工表面及孔机械加工余量加工余量等级1左端面2mmIT10级2左端面外圆2mmIT8级3右端面2mmIT10级4右端面外圆2mmIT8级5内孔2mmIT9级6键槽实心IT10级3.4定位基准的的选择3.4.1精基准的选择原理（1）根据“原点重合”原理，应选择加工表面的设计原点位置为参考，并应避免由于误差引起的非重合原点。（2）“统一基准”的原则是在大多数过程中尽可能使用相同的精度指标，用来保证零件表面的定位精度。（3）“自参考”原则要求一定的完工度，完工过程的加工余量小而均匀，加工表面本身应作为优良的参考，第一步要保证表面与其他表面之间位置的精度。（4）“相互参数”的原理是指“相互参数”的方法，当两个曲面的位置，大小和形状具有高精度时，可用于重复加工。（5）选用的精度标准时应重点考虑这几个因素：保证定位得准确，夹紧得可靠性，装置结构简单，操作性便捷。机加工端面及外表面处理。更为重要的考虑因素是参考标准。3.4.2粗基准的选择原理（1）粗基准的选择应基于加工表面。壁厚均匀，形状对称，夹持少等（2）选择的重要表面加工余量为粗加工标准。我们可以确保以更均匀和有序的方式保留表面，以提高耐磨性。（3）在选择粗基准时，应该选择最小的表面加工余量。这样确保表面有足够的加工余量。（4）需要注意得是，在选择粗基准时，立管、浇口、毛刺和毛刺表面不能选，如果有必要则可以先进行粗加工。（5）由于粗糙表面数据主要是粗糙和不规则的，因此应避免使用粗糙基准。出于多种目的很难保证表面之间的精度。3.5制定工艺路线在分析了零件的加工基础，加工方法，毛坯等工艺因素后，设计了加工路线[4]。为此主动齿轮轴零件制造准备了两种加工方案，这两种方案都具有实际得意义，并从两种方案中选择一种最合适且能保证加工精度的加工方案。主动齿轮轴零件加工方案一：1备料棒料下料2锻造锻成Φ45X1253热处理球化退火4车平两端面，打中心孔2XA2/4.55车粗车、半精车Φ18f6外圆留磨削余量,车左端20.5退刀槽并倒角C16车粗车、半精车Φ39f7、Φ18f6、Φ16h7外圆留磨削余量，倒角C17铣铣键槽5N98热处理调质220～240HBS9滚齿滚齿10磨磨削Φ39f7、Φ18f6、Φ16h7外圆，靠平齿轮端面（基准B）11热处理齿面淬火48-52HRC12质检检验至图纸要求13入库入库主动齿轮轴零件加工方案二：1备料棒料下料2锻造锻成Φ45X1253热处理球化退火4车平两端面，打中心孔2XA2/4.55车粗车Φ18f6外圆留磨削余量,车左端20.5退刀槽并倒角C16车粗车Φ39f7、Φ18f6、Φ16h7外圆留磨削余量，倒角C17铣铣键槽5N98热处理调质220～240HBS9滚齿滚齿10热处理齿面淬火48-52HRC11质检检验至图纸要求12入库入库通过仔细的分析和对比，工艺方案一和工艺方案二的不同之处是：工艺方案二只有粗加工，不能很好的保证主动齿轮轴零件加工的精度，而工艺方案一先是用粗加工，然后再进行精加工，最后进行磨削加工。工艺方案一符合工艺的基本原则，很好的保证了零件的加工精度，所以最后确定选择工艺方案一。我们选择方案一细化如表3.1所示。3.6确定切削用量及基本工时工序：粗车右端面和外圆1)切削深度单边余量为Z=2mm2)从加工工艺手册中查询得到，进给速度F=0.8mm/r3)计算切削速度公式中：=342.0,=0.150,=0.350m=0.20修正系数见《切削手册》表1.28,即=1.440=0.80=1.040,=0.810,=0.970所以1.440.81.040.810.97=89m/min4)确定机床主轴转速ns==753r/min与753r/min接近的机床转速为750r/min。现选取=750r/min。所以实际切削速度==5)切削工时，t=i;其中l=25mm;=4mm;=0mm;t=i=x2=0.966(min)工序：精车右端面和外圆1)切削深度单边余量为Z=0.5mm2)通过查询《机械加工工艺手册》，进给速度F取0.2mm/r3)计算切削速度其中：=342.0=0.150=0.350m=0.20=1.440,=0.80,=1.040,=0.810,=0.970所以1.440.81.040.810.97=92m/min4)确定机床主轴转速ns==545r/min与545r/min接近的机床转速为575r/min。现选取=600r/min。所以实际切削速度==5)切削工时，按《工艺手册》表6.2-1。t=i;其中l=25mm;=4mm;=0mm;t=i==0.4833(min)工序：粗车左端面和外圆1)切削深度单边余量为Z=2mm2)参考《机械加工工艺手册》中的数据，进给速度F取0.2mm/r3)计算切削速度其中：=342.0=0.150=0.350m=0.20=1.440,=0.80,=1.040,=0.810,=0.970，所以1.440.81.040.810.97=96m/min4)确定机床主轴转速ns==585r/min与585r/min接近的机床转速为600r/min。现选取=600r/min。所以实际切削速度==5)切削工时，按《工艺手册》表6.2-1。t=i;其中l=25mm;=4mm;=0mm;t=i==0.4833(min)工序：精车左端面和外圆1)切削深度单边余量为Z=2mm2)根据加工工艺手册，进给速度为F=0.2mm/r3)计算切削速度其中：=342.0,=0.150,=0.350,m=0.20。修正系数见《切削手册》表1.28,即=1.440,=0.80,=1.040,=0.810,=0.970。所以1.440.81.040.810.97=89m/min4)确定机床主轴转速ns==753r/min与753r/min接近的机床转速为750r/min。选取=750r/min。所以实际切削速度==5)切削工时，t=i;其中l=25mm;=4mm;=0mm;t=i=x2=0.966(min)工序：铣键槽1.刀具的确定刀具选取端铣刀，刀片采用YG8，，，。2.铣削用量的计算铣削深度的确定由于机械加工余量不大,一次完成加工进给量的确定及切削速度的计算参考X51铣床的数据说明书，从说明书中得到这个功率为7.5kw，属于一个中等的刚度。根据表得出，则因此根据标准选取＝1200当＝1200r/min时因此根据标准选取切削工时的计算切削工时：，，，则机动工时计算如下：工序：磨外圆1)选择砂轮。见《机械工艺设计手册》第三章中磨料A46KV6P350×40×1272)切削用量的选择。查《机械工艺设计手册》表33-42有工件速度＝18m/min纵向进给量的确定＝0.5B＝20mm(双行程)切削深度的确定＝0.0157mm/st3)切削工时式中D被加工直径b加工宽度Z--单边加工余量K系数V工作台移动速度--机床的工作台往返一次，砂轮轴向进给量大小的确定--机床的工作台往返一次，砂轮径向进给量大小的确定＝2.5(min)工序：滚齿滚齿机，采用m=5z=630的滚刀1)已知毛坯长度方向的加工余量为3mm,考虑的模铸拔模斜度，=4mm2)进给量的确定f根据《实用机械加工工艺手册》中表2.4-3,当刀杆尺寸为16×25mm>3~5mm,以及工件直径为112.5/r按滚齿机说明书（见切削手册）取f=0.9mm/r3)切削速度计算公式如下，按《切削手册》表1.27,切削速度的计算公式为(寿命T=60min)(m/min)其中：=342,=0.15,=0.35,m=0.2。修正系数见《切削手册》表1.28,即=1.44,=0.8,=1.04,=0.81,=0.97。所以x1.44x0.8x1.04x0.81x0.97=158.6(m/min)4)确定机的主轴转速ns==504r/min按机床说明书(见《切削用量工时计算手册》表4.2-8),与504r/min接近的标准转速为480r/min及600r/min。选转速=480r/min。因此实际切削速度的如下v=110r/min/。5)切削的工时计算按《切削用量工时计算手册》表6.2-1L==40mm,=2mm,=4,=3tm===0.098(min)

第四章铣键槽专用夹具设计4.1夹具设计的基本作用铣削键槽的夹具是本文设计的夹具。这个专用夹具的基本功能是解决在加工主动齿轮轴键槽时，确定键槽的位置。4.2设计任务及加工要求这次夹具设计的设计任务要求主要是：刀具导向装置可将刀具导向正确的加工位置，以确保加工合格零件。4.2.1夹紧装置的组成及基本要求1.夹紧装置的组成（1）力源装置（2）中间传动机构作用如下：1）改变夹紧作用力的方向2）改变夹紧作用力的大小3）具有一定的自锁性能（3）夹紧元件2.对夹紧装置的基本要求（1）夹紧力的大小要适当（2）夹紧装置要操作方便（3）对加紧装置要求是：结构要简单和紧凑，结构工艺性要具备良好的条件，尽可能去使用标准件。4.2.2夹紧装置的确定此设计所使用的夹具是V形块和支撑块，它们能很好的进行定位作用，V形块和支撑块可以限制5个空间的自由度。同时还可以使用铰链压板、活动螺栓、螺母和螺柱夹紧工件，以满足要求4.2.3定位方式本夹具采用支撑块和V型块定位，限制空间的5个自由度，支撑块限制3个自由度，分别为X方向，Y旋转，Z旋转；V型块限制2个自由度，分别为Y方向，Z方向。因为铣削的键槽是在Φ16的中心轴线，圆周面的任何位置都行，只有保证宽5mm，中线对称0.02即可，所以不需要完全定位。4.3切削力及加紧力计算

我们通常认识中所说的确定工件夹紧力其实就是为了确定一个夹紧工件承受力的同一方向、大小和同一点,所以在分析确定和影响夹紧工件承受力的三个重要的因素时,必须仔细地考虑夹紧力定位装置的布置和其结构。一：夹紧力方向的确定（1）夹紧力方向应垂直于主定位基准（2）夹紧力和切削力，工件重力方向最好二：夹紧力点的选择（1）工件在定位过程中，定位应遵循稳定和可靠性，夹紧的过程中工件不会产生位移或挠度为标准。（2）应尽量避免或减少工件的夹紧变形。（3）在选择夹紧力时，夹紧力的工作点，应尽可能接近加工车间。三：夹紧力的估算（1）首先，假设系统是刚性的，切削过程是稳定的。（2）一般情况下，只考虑切削力（力矩）对力系的影响，切削力（力矩）由切削原理公式计算。（3）当面对大型和重型的零件，应当仔细考虑零件重力的影响。当工件高速移动时，必须考虑惯性力。（4）将夹紧力乘以K，得到实际夹紧力。K为总安全系数，K=kk1k2k3，一般K的值取K=1.5-2.5；夹紧力与切削力相反时，K=2.5-3。由于选择了螺母夹，因此所需的夹紧力为扭矩。所需夹紧力矩的计算公式为T＝Q[rtg（ψ+φ）+ζf1]（N·M）式中：T——螺旋夹紧机构上的夹紧转矩（N·M）Q——夹紧力（N）r——螺纹的平均半径（M）ψ——螺纹升角，tgψ=；n——螺纹线数；Ｐ——螺纹螺距；Φ——螺纹摩擦角，tgΦ=f，一般f=0.178,则Φ=10°；f1——支撑表面摩擦系数，一般取f1=0.15～0.3；ζ——零件支撑表面摩擦力矩的计算力臂（M），为计算方便，令k＝rtg（ψ+φ）+ζf1，则T＝kQΦ=10°，f1=0.2,°d=12mm，Ｐ=1.75mm，r=5.43mmψ=2°56′，k=1.247螺钉、螺母的夹紧力：Φ=10°，f=0.178,f1=0.2，°d=12mm，板手长度Ｌ

=140mm，加在板手上的力Ｐ1=45Ｎ，夹紧力Ｑ=5050Ｎ螺母的夹紧力：Ｄ=12mm，板手的长度80mm，夹紧力为2280.0Ｎ。用板手：Ｌ=140mm，Ｐ1=70Ｎ，Ｑ=3480Ｎ。许用夹紧力：d为12mm，Ｑ许=5790Ｎ。4.4定位误差分析当将一批工件定位在夹具中时，每个工件所占据的位置并不完全相同，从而使加工后的工件尺寸不一样，因此形成误差。形成的原因有两个。一是定位基准与设计基准不重合。二是定位基准与极限基准不重合。据零件图得到，T=0.280mm，Td=0.250mm，，。由上可知键槽的形状公差为0.044，根据公式可得到，易知此结果符合。4.5夹具体设计因为在铣削零件时切削力比较大，所以夹具应具备好的刚度和强度，而且在高宽比上应合适，一般H/B小于或等于1-1.25，以减少夹具的焦点，加工近表面台面，以提高加工时夹具的稳定性。另外，为方便铣床工装夹具固定和夹持混凝土应设置在吊耳上，吊耳的一般结构如下图所示，对于小型混凝土，一般两端设置一个吊耳，夹持混凝土较宽，可设置在两侧两个吊耳上，两个吊耳之间的距离应该和两个t形槽台的距离要相等，相对于大型和重型的铣床夹具，一定要在吊环的专用孔两边设置适合的夹具，铣床的夹具通常使用铰链压紧机构和联动压力机机构。图4.1夹具体4.6夹具设计及操作简要说明综上所述，在所有的夹具设计中，提高劳动生产率是设计的关键，避免干扰；铣床夹具加工夹紧方式的选择。该工艺铣削力很小，一般采用手工夹紧即可达到该工艺的要求。这种夹具的最大优点是结构简单紧凑。夹具夹紧力不大，需要手动夹紧。为了提高效率，采用了一种快速的螺钉夹紧机构。图4.2夹具装配图结论质量的优势：1、在车外圆和内孔时，尽量减少了装夹的次数，能够大幅度减少因为装夹而引起的误差，并且加入了热处理的工艺，可以很好的保证零件的加工进度精度。2、在车外圆和内孔时，进行了粗车和精车，能很好的保证外圆和内孔的加工精度。3、在铣键槽的这个工序中,设计了一种适合加工主动齿轮轴上键槽的轴心线专用的夹具,专用的夹具能精确的有效保证在加工的整个过程中键槽和轴心线之间的平行度。成本的优势：1、在主动齿轮轴的外圆和内孔加工中，只进行了一次掉头装夹，减少了装夹的次数和校正的次数。2、使用的是空心管，不仅节约了材料，而且减少了机床的工作时间。操作的优势：1、在本次的中心零件成型材料加工中,选用的成型毛胚管件是采用成型材料的毛胚管件,通过这种加工方式,不仅让工人可以在很大的程度上减少了零件的整体重量和加工的成本和时间。2、主动齿轮轴的键槽，专门设计了专门的夹具，通过使用夹具，既可以保证主动齿轮轴零件的加工精度，同时也可以减少工人操作出现的累计误差。参考文献[1]杨铭等.机械制图[M].北京:机械工业出版社,2013.[2]陈定国,吴立言等.机械设计[M].北京:高等教育出版社,2013.5.[3]孙恒,陈作模,葛文平等.机械原理[M].北京:高等教育出版社,2013.4.[4]万宏强.机械制造工艺学课程设计指导书[M].西安:西北工业大学出版社,2013.[5]李必文等.机械精度设计与检测[M].长沙:中南大学出版社,2012.8.[6]成大先.机械设计手册[M].北京:化学工业出版社,2016.5.[7]屈波等.互换性与技术测量[M].北京:机械工业出版社,2014.[8]李伟，谭豫之.机械制造工程学（第二版）[M].北京:机械工业出版社，2016.[9]黄健强.机械制造自动化的技术要点及前景展望分析[J].内燃机与配件,2018(01):212-213.[10]郭春华.现代机床夹具的现状及发展的方向[J].中国新技术新产品,2014(06):135.[11]HonghuaLIU,AibingWANG.Studyontheprocessofautomobilepartswarm-coldcompoundforming[J].AcademicJournalofManufacturingEngineering,2017.2[12]HonghuaLIU,NingLI.Applicationofself-adaptiveantcolonyalgorithminmachinetechnologymanufacturingprocessrouteoptimization[J].Ac