机械制造技术课程设计-KCSJ-12蜗杆加工工艺及车外圆夹具设计

1、设计(论文)题目: 蜗杆零件工艺及车外圆夹具设计 全套图纸加扣 3346389411或3012250582目录1. 引言32工艺规程设计32.1 零件的分析32.1.1 零件的作用32.2 工艺规程设计42.2.1 确定毛坯的制造形式42.2.2 基面的选择52.2.3 制定工艺路线52.2.4 机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定72.2.5 确定切削用量93 车床夹具设计143.1问题的提出143.2夹具的设计153.2.1定位基准的选择153.2.2定位元件的设计153.2.3切削力及夹紧力的计算153.2.4加紧元件的设计173.2.5紧固元件的选择173.2.6夹具操作说明17总

2、结18致 谢19参考文献20致谢21II1. 引言机械制造技术基础毕业设计是在学完了机械制造技术基础后的教学环节，它一方面要求学生通过设计能获得综合运用过去所学过的全部课程进行工艺及结构设计的基本能力，另外，也为以后做好毕业设计进行一次综合训练和准备。学生应当通过机械制造技术基础毕业设计在下述各方面得到锻炼：1.能熟练运用机械制造技术基础课程中的基本理论以及在生产实习中学到的实践知识，正确的解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及工艺路线安排、工艺尺寸确定等问题，保证零件的加工质量。2.提高结构设计能力。学生通过设计夹具的训练，应当获得根据被加工零件的加工要求，设计出高效、省力、既经济合理又能保证

3、加工质量的夹具的能力。3.学会使用手册及图表资料。掌握与本设计有关的各种资料的名称出处、能够做到熟练运用。32工艺规程设计2.1 零件的分析2.1.1 零件的作用题目说给定的零件是ZA蜗杆轴，位于传动系统中，一般与蜗轮配合使用。主要作用是用于空间交错的两轴间传递运动和动力的传动机构。零件上有两个的轴段，用于与轴承内圈相配合，其支承作用。零件上有带键槽的的轴头用于与联轴器相连接传递运动和动力。2.1.2 零件的工艺分析蜗杆轴这个零件从P108页1零件图上可以看出，它一共有四组加工表面，而这四组加工表面之间有一定的位置要求，现将这三组加工表面分述如下：1.以两端中心孔为中心的加工表面这一组的加工表

4、面包括：两端中心孔以及端面和倒角的加工。其中主要加工表面为两端中心孔，这要是因为中心孔的轴线要用作后面加工的定位和工序基准。2.以轴头外圆面为中心的加工表面这一组的加工表面包括：轴段外圆面、一个的键槽、轴段外圆面。其中主要加工表面为轴段外圆面、一个的键槽，这是用来连接联轴器的。3.以两个轴段外圆面为中心的加工表面这一组的加工表面包括：两个轴段的外圆面及左边倒角、右边定位轴肩。其主要加工表面为两个轴段的外圆面，这是用来与轴承内圈配合用于支承的。4.以分度圆直径为的ZA蜗杆螺旋面为中心的加工表面这一组的加工表面包括：分度圆直径为的ZA蜗杆螺旋面、轴段外圆面及两侧的退刀槽。主要加工表面为分度圆直径为

5、的ZA蜗杆螺旋面，这是用来与蜗轮配合用于传递运动和动力的。这四组加工表面之间有着一定的位置要求，主要是：轴头外圆面，两个轴段外圆面，轴段外圆面把两端中心孔轴线AB作为公共基准，有圆跳动要求。键槽两侧面相对于公共基准AB有对称度要求。由以上分析可知，对于这四组加工表面而言，我们可以先加工两端中心孔这一组加工表面，然后以其轴线为基准，借助夹具进行其他三组表面的加工，并且保证它们之间的形状精度要求。2.2 工艺规程设计2.2.1 确定毛坯的制造形式零件材料为45钢，考虑到蜗杆在传动过程中收到的振动，载荷，受力等方面的影响，因此应该选用锻件，以便使金属纤维尽量不被切断，保证零件工作可靠，由于零件产量为

6、中大批生产，而且零件的轮廓尺寸不大，可以采用模锻成型，这从提高生产率，保证加工精度上考虑，也是应该的。2.2.2 基面的选择基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，使生产无法正常进行。3（1）粗基准的选择对于一般的轴类零件而言，以外圆作为粗基准是完全合理的。但对于本零件来说，所有表面都需要加工，按照有关粗基准的选择原则，选取最大外圆面作为粗基准。（2）精基准的选择主要应该考虑基准重合的问题。设计基准，工序基准，定位基准相重合，可以减少定位误差和基准不重合引起的误差，因

7、此选择两中心孔的公共中心线作为精基准。2.2.3 制定工艺路线制定工艺路线得出发点,应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已确定为大批生产的条件下,可以考虑采用万能性机床配以专用工夹具,并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。1.工艺路线方案一工艺一：锻造工艺二：去飞边工艺三：铣端面，打中心孔工艺四：粗车外圆，以中心轴线为精基准。工艺五：半精车外圆，倒角，车退刀槽工艺六：铣键槽工艺七：车螺纹工艺八：粗磨外圆工艺九：精磨轴颈及轴头，螺纹面工艺十：研磨螺纹面工艺十一：去毛刺工艺十二：检验入库2.工艺路线方案二工艺

8、一：锻造工艺二：去飞边工艺三：铣端面，打中心孔工艺四：粗车外圆，倒角，车退刀槽工艺五：半精车外圆面工艺六：铣键槽工艺七：粗磨无粗糙度要求外圆面工艺八：粗磨，精磨轴颈，轴头工艺九：车螺纹工艺十：粗磨，精磨螺纹面工艺十一：研磨螺纹面工艺十二：去毛刺工艺十三：检验入库3.工艺路线方案的比较与分析上述两个工艺路线方案的特点在于：方案一对于整个蜗杆轴一起加工，减少装夹次数，同时在加工过程中有效防止了加工产生的应力对后加工工序的影响；方案二对不同部位进行粗、半精、精加工，不能对一台机床进行连续运用。综合比较选择工艺路线方案一。工艺一：锻造工艺二：去飞边工艺三：以作外圆面为粗基准车端面，打中心孔。选择六角车

9、床工艺四：粗车蜗杆轴所有外圆面，以中心孔轴线为精基准。选择普通车床工艺五：半精车外圆，倒角，车退刀槽，以中心孔轴线为精基准。选择普通车床工艺六：铣键槽，选择两个外圆面作为基准，选择普通立式铣床，采用专用夹具。工艺七：车螺纹，选择两个外圆面作为基准，选择普通车床，采用专用夹具。工艺八：粗磨轴头外圆面，两个轴段外圆面，轴段外圆面及螺纹面，以两中心孔轴心线为基准。采用普通磨床。工艺九：精磨轴头外圆面，两个轴段外圆面，轴段外圆面及螺纹面，以两中心孔轴心线为基准。采用普通磨床。工艺十：研磨螺纹面工艺十一：去毛刺工艺十二：检验入库考虑到本零件在结构上的特点，显然上述方案还有一些欠考虑之处。例如加工与轴承配

10、合轴段的定位轴肩时，定位轴肩在模锻上不易直接加工出来，采用车床加工更合适，因此，这应该列为单独的一道工序。综合考虑，工艺路线方案为：工艺一：锻造工艺二：去飞边工艺三：以作外圆面为粗基准车端面，打中心孔。选择六角车床工艺四：粗车蜗杆轴所有外圆面，以中心孔轴线为精基准。选择普通车床工艺五：车制两个定位轴肩，以及两个轴段退刀槽，以中心孔轴线为精基准。选择普通车床工艺六：调制工艺七：半精车外圆，控制轴线方向的各个轴段的长度。以中心孔轴线为精基准。选择普通车床工艺八：倒角工艺九：铣键槽，选择两个外圆面作为基准，选择普通立式铣床，采用专用夹具。工艺十：车螺纹，选择两个外圆面作为基准，选择普通车床，采用专用

11、夹具。工艺十一：淬火工艺十二：粗磨轴头外圆面，两个轴段外圆面，轴段外圆面及螺纹面，以及磨制过渡圆角，以两中心孔轴心线为基准。采用普通磨床。工艺十三：精磨轴头外圆面，两个轴段外圆面，轴段外圆面及螺纹面，以两中心孔轴心线为基准。采用普通磨床。工艺十四：研磨螺纹面工艺十五：去毛刺工艺十六：检验入库2.2.4 机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定蜗杆零件材料为45钢，硬度为217255HBS，生产类型为中、大批生产，采用普通模锻，精度IT13。根据原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：1.轴段外圆面这段轴表面粗糙度为1.6,需要粗车，半精车，粗磨，半精磨加工。

12、直径加工余量为2Z=7mm。2. 轴段沿轴线长度方向的加工余量长度余量取4mm，模锻斜度为5。3直径25轴段外圆面这段轴无表面粗糙度要求，需要粗车，半精车，直径加工余量为2Z=7mm。4直径25轴段沿轴线长度方向的加工余量长度余量取3.5mm，模锻斜度为5，外圆角为R4。5.外圆表面（直径30及直径36及直径30）考虑外圆表面直径30加工长度为18,与其连接的外圆表面直径为36mm且加工长度为7，为简化模锻毛坯的外形，现直接根据外圆面直径36取毛坯直径，此段需粗车，半精车。直径加工余量为2Z=7mm。6外圆表面（直径30及直径36及直径30）沿轴线长度方向的加工余量长度余量取3.5mm，模锻斜

13、度为5，外圆角为R47.蜗杆外圆面直径60这段轴表面粗糙度为0.8，需要粗车，半精车，粗磨，半精磨，粗研加工。直径加工余量为2Z=10mm。8. 蜗杆外圆面直径60沿轴线长度方向的加工余量长度余量取3.5mm，模锻斜度为20，外圆角为R6。9外圆表面（及直径36及直径30）考虑到与直径30连接的外圆表面直径为36mm且加工长度为7，为简化模锻毛坯的外形，现直接根据外圆面直径36取毛坯直径，此段需粗车，半精车。直径加工余量为2Z=7mm。 10外圆表面（及直径36及直径30）沿轴线长度方向的加工余量长度余量取4mm，模锻斜度为5，外圆角为R6。2.2.5 确定切削用量1） 车外圆面工步号工步内容

14、加工余量（mm）基本尺寸经济精度01粗车左端面227IT1202粗车右端面243IT1203粗车27外圆面227IT1204粗车32端面232IT1205粗车32外圆面232IT1206粗车43端面243IT1207粗车43外圆面243IT1208粗车39外圆面2.539IT1209粗车70左端面270IT1210粗车70外圆面370IT1211粗车70右端面270IT1212粗车43左端面243IT1213粗车43外圆面243IT1214粗车39外圆面2.539IT1215半精车左端面1.623IT1016半精车右端面1.634IT1017半精车23外圆面1.3823IT1018半精车28端

15、面1.528IT1019半精车28外圆面1.528IT1020半精车34端面1.534IT1021半精车34外圆面1.634IT1022半精车39外圆面1.539IT1023半精车34外圆面234IT1024半精车64左端面1.564.5IT1025半精车64外圆面1.664IT1026半精车60.8右端面1.560.8IT1027半精车34外圆面234IT1028半精车39外圆面1.539IT1029半精车34外圆面1.834IT1030粗磨左端面0.421.4IT831粗磨右端面0.430.4IT832粗磨30.4外圆面0.230.4IT833粗磨60.8外圆面0.2560.8IT834粗

16、磨20.24外圆面0.1220.24IT835精磨60.3外圆面0.1560.3IT62) 铣键槽铣刀：直柄键槽铣刀 （根据GB/T1112.1-1997）d=6mm，l=10mm，L=45mm采用一次行程铣键槽，=3.5mm，垂直切入时 =14mm/min，纵向切入时=47mm/min。3） 蜗杆螺纹刀具：选螺纹刀，材料硬质合金取f=5mm/r,两次粗加工的加工余量=4mm，半精加工的加工余量= 1.6mm ，粗磨加工余量=0.25mm，精磨加工余量=0.15mm。4） 工艺三：以作外圆面为粗基准车端面，打中心孔本工序采用计算方法1.加工条件工件材料：45钢正火，模锻加工要求：车端面，打中心

17、孔机床：普通车床C620-1刀具：刀具材料 YT15，刀杆尺寸1625mm2 ， ， ， ， ，刀尖半径 中心钻：带护锥的中心孔刀具，基本尺寸为d=4mm2.计算切削用量1）粗车右端面(1)选择背吃刀量。根据已知条件，单边余量Z=2mm，所以取=2mm。(2)选择进给量。查表得，f=0.4mm/r。(3)选择切削速度。工件材料为热轧45刚，由表知，当=2mm，f=0.4mm/r时，=100m/min。(4)确认机床主轴转速=1000v/=100043=740.6r/min从机床主轴箱标牌上查得，实际主轴转速为680r/min，故实际切削速度/1000=3.14(5)校验机床功率。由表知，单位切

18、削力查表其它切削条件修正系数为1，故主切削力=2305N切削功率=2124.3/60000KW=3.25KW，由机床说明书知，普通车床C620-1主电动机功率为7.62KW，取机床效率=0.8，则=3.25kW/0.8=4.06KW所以机床效率够用。2）粗车左端面(1)选择背吃刀量。根据已知条件，单边余量Z=2mm，所以取=2mm。(2)选择进给量。查表得，f=0.3mm/r。(3)选择切削速度。工件材料为热轧45刚，由表知，当=2mm，f=0.3mm/r时，=100m/min。(4)确认机床主轴转速=1000v/=100027=1179.5r/min从机床主轴箱标牌上查得，实际主轴转速为10

19、00r/min，故实际切削速度/1000=3.14(5)校验机床功率。由表知，单位切削力查表其它切削条件修正系数为1，故主切削力=2305N切削功率=1659.6/60000KW=2.35KW，由机床说明书知，普通车床C620-1主电动机功率为7.62KW，取机床效率=0.8，则=2.35kW/0.8=2.93KW所以机床效率够用3）粗车的外圆面(1)选择背吃刀量。根据已知条件，肩轴采用一次切削，另两个外圆面采用二次切削，取=2mm。(2)选择进给量。查表得，f=0.4mm/r。(3)选择切削速度。工件材料为热轧45刚，由表知，当=2mm，f=0.4mm/r时，=100m/min。(4)确认机

20、床主轴转速=1000v/=100043=740.6r/min从机床主轴箱标牌上查得，实际主轴转速为680r/min，故实际切削速度/1000=3.14(5)校验机床功率。由表知，单位切削力查表其它切削条件修正系数为1，故主切削力=2305N切削功率=2124.3/60000KW=3.25KW，由机床说明书知，普通车床C620-1主电动机功率为7.62KW，取机床效率=0.8，则=3.25kW/0.8=4.06KW所以机床效率够用。4）粗车的外圆面(1)选择背吃刀量。根据已知条件，单边余量Z=2.3mm，所以取=2.3mm。(2)选择进给量。查表得，f=0.5mm/r。(3)选择切削速度。工件材

21、料为热轧45刚，由表知，当=2.3mm，f=0.5mm/r时，=100m/min。(4)确认机床主轴转速=1000v/=100070=454.96r/min从机床主轴箱标牌上查得，实际主轴转速为500r/min，故实际切削速度/1000=3.14(5)校验机床功率。由表知，单位切削力查表其它切削条件修正系数为1，故主切削力=2305N切削功率=2958.23/60000KW=5.419KW，由机床说明书知，普通车床C620-1主电动机功率为7.62KW，取机床效率=0.8，则=5.419kW/0.8=6.77KW所以机床效率够用。5）粗车32外圆面(1)选择背吃刀量。根据已知条件，单边余量Z=

22、2mm，所以取=2mm。(2)选择进给量。查表得，f=0.3mm/r。(3)选择切削速度。工件材料为热轧45刚，由表知，当=2mm，f=0.3mm/r时，=100m/min。(4)确认机床主轴转速=1000v/=100032=995r/min从机床主轴箱标牌上查得，实际主轴转速为1000r/min，故实际切削速度/1000=3.14(5)校验机床功率。由表知，单位切削力查表其它切削条件修正系数为1，故主切削力=2305N切削功率=1659.6/60000KW=2.77KW，由机床说明书知，普通车床C620-1主电动机功率为7.62KW，取机床效率=0.8，则=2.77kW/0.8=3.46KW

23、所以机床效率够用2）粗车27外圆面(1)选择背吃刀量。根据已知条件，单边余量Z=2mm，所以取=2mm。(2)选择进给量。查表得，f=0.3mm/r。(3)选择切削速度。工件材料为热轧45刚，由表知，当=2mm，f=0.3mm/r时，=100m/min。(4)确认机床主轴转速=1000v/=100027=1179.5r/min从机床主轴箱标牌上查得，实际主轴转速为1000r/min，故实际切削速度/1000=3.14(5)校验机床功率。由表知，单位切削力查表其它切削条件修正系数为1，故主切削力=2305N切削功率=1659.6/60000KW=2.35KW，由机床说明书知，普通车床C620-1

24、主电动机功率为7.62KW，取机床效率=0.8，则=2.35kW/0.8=2.93KW所以机床效率够用3 夹具设计3 车床夹具设计3.1问题的提出夹具是一种装夹工件的工艺装备，它广泛地应用于机械制造过程地切削加工、 热处理、装配等工艺过程中。机床夹具按在不同生产类型中的通用性，可以分为通用夹具. 专用夹具. 可调夹具. 组合夹具等。本课题设计的是工件加工车外圆及端面工序专用夹具3.2夹具的设计3.2.1定位基准的选择据夹具手册知定位基准应尽可能与工序基准重合，在同一工件的各道工序中，应尽量采用同一定位基准进行加工。方案一1面也就是整个工件的截面定位限制两个自由度。2面是工件的地面定位限制三个自

25、由度3面是侧面定位限制一个自由度。方案二1面是工件的底面限制三个自由度。 2面是侧面限制一个自由度。 3面是外端面定位限制两个自由度。方案比较：方案一：是按照基准统一及基准重合原则确定的，有利于夹具的设计制造，加紧力方向指向定位元件刚性较大的方向，定位相对简单。方案二：是是按照基准统一原则确定的，有利于夹具的设计制造，但不容易保证空的轴线与外圆对称面的重合，钻头进给的的轴向力完全由定位元件承受，很容易引起变形。本工序车外圆及端面，加工的切削力主要是刀头进给时的轴向力，样工件轴向几乎没有切削力，所需要的加紧力不是很大。综合考虑两个方案的优缺点，及加工的具体情况，采用方案二。3.2.2定位元件的设

26、计通过方案二来选择设计定位元件3.2.3切削力及夹紧力的计算刀具： 粗车切削力：查现代机床夹具设计P104表，得车削切削力计算公式： 圆周分力Fc = 902 Kp径向分力Fp = 2383Kp轴向分力Ff =3326Kp其中背吃刀量 2.3mm(30) 4mm(35)f每转进给量 0.16mm(30) 0.3mm (35)Vc切削速度m/min 60(30) 40(35)Kp修正系数1.08 1.63 0.70所以切削时的各切削力Fc1= 566.8N Fp2=801.5N Ff3= 416.4N精车切削力：背吃刀量0.5mm(30) 0.7mm(35)f每转进给量 0.13mm(30) 0

27、.2mm (35)Vc切削速度m/min 38(30) 20(35)Kp修正系数 1.08 1.63 0.70所以切削时的各切削力Fc1= 105.45N Fp2= 57.23N Ff3= 97.96N 车削夹紧力：查机床夹具设计手册P70表3-6，查得工件以V形块和定位块定位时所需夹紧力计算公式： Wk = 式中Wk实际所需夹紧力K安全系数弹簧夹头的半锥角u2工件与夹具支承面的摩擦系数则所需夹紧力 Wk=399（N）根据手册查得该夹紧力满足要求，故此夹具可以安全工作。3、定位误差的分析定位元件尺寸及公差的确定。夹具的主要定位元件为V形块与定位块，因为该定位元件的定位基准为孔的轴线，所以基准重

28、合B=0，由于存在间隙，定位基准会发生相对位置的变化即存在基准位移误差。Y=0.5d=0.50.12mm=0.06mm3.2.4加紧元件的设计加紧元件由一个V型块给工件顶端一个向下的力来使工件加紧，而后的螺杆是为了在装卸工件方便所做的设计3.2.5紧固元件的选择由于夹具零件都是固定在夹具体上面的，所以应该选择螺钉，由于夹具的设计尺寸面的宽度多为15或者20cm，尺寸较小，为了满足强度要求以及在这么小的空间装配拆装，故选择内六角圆柱头螺钉。3.2.6夹具操作说明先将定位元件及加紧元件固定在夹具体上面，然后只需拧松螺杆将V型块退回即可将元件按照定位基准放置好，最后拧紧螺杆将元件加紧。当加工完成之后

29、拧松螺杆将元件取下，在放入下一个零件。19总 结毕业设计即将结束了，时间虽然短暂但是它对我们来说受益菲浅的，通过这次的设计使我们不再是只知道书本上的空理论，不再是纸上谈兵，而是将理论和实践相结合进行实实在在的设计，使我们不但巩固了理论知识而且掌握了设计的步骤和要领，使我们更好的利用图书馆的资料，更好的更熟练的利用我们手中的各种设计手册和AUTOCAD等制图软件，为我们踏入社会打下了好的基础。毕业设计使我们认识到了只努力的学好书本上的知识是不够的，还应该更好的做到理论和实践的结合。因此我们非常感谢老师给我们的辛勤指导，使我们学到了很多，也非常珍惜大学给我们的这次设计的机会，它将是我们毕业设计完成的更出色的关键一步。致 谢这次毕业设计使我收益不小，为我今后的学习和工作打下了坚实和良好的基础。但是，查阅资料尤其是在查阅切削用量手册时，数据存在大量的重复和重叠，