1、 機械制造工藝學課程設計設計說明書 設計題目： 花鍵軸 學 院： 機電工程學院 專 業： 機械設計制造及其自動化 班 級： 2012- 班 學生姓名： 學 號： 指導教師： 2015年7月08日機械制造工藝學課程設計任務書一、課程設計的目的與要求1、運用機械制造工藝學及有關課程(工程材料與熱處理、機械設計、公差與技術測量、金屬切削機床、金屬切削原理與刀具等)的知識，結合生產實踐，獨立地分析和解決工藝問題，初步具備編制中等復雜程度零件機械加工工藝規程的能力。2、掌握查閱、應用有關手冊、規范、圖表等技術資料的能力。二、課程設計的內容1、根據生產類型，對零件進行工藝分析，繪制零件圖；2、選擇毛坯種類

2、及制造方法，繪制毛坯圖(零件毛坯合圖)；3、擬訂零件的機械加工工藝過程；4、選擇各工序的加工設備及工藝裝備(刀具、夾具、量具、輔具)，確定各工序切削用量及工序尺寸，計算某一代表工序的工時定額；5、填寫工藝文件；6、撰寫設計說明書。具體要求：1、零件CAD圖 1張2、機械加工工藝過程卡片 1套3、機械加工工序卡片 1套4、課程設計說明書 1份（注：要求提交紙質文件和電子版各一份）目錄一、零件分析2二、確定生產類型4三、確定毛坯制造形式5四、選擇定位基準5五、選擇加工方法6六、制訂工藝路線7七、確定加工余量及毛坯尺寸8八、工序設計9九、確定切削用量和基本時間12參考資料17一、零件分析1、零件的功

3、用分析 題目所給的零件是汽車變速箱中的花鍵軸。它直接和驅動軸相連，通過差速器來驅動汽車。花鍵軸能使在其上面的滑移齒輪進行軸向移動，而使得不同齒數的齒輪與中間軸進行嚙合或者分離，進而能實現變速箱的功能：一、改變傳動比；二、在發動機旋轉方向不變情況下，使汽車能倒退行駛；三、利用空擋，中斷動力傳遞，以發動機能夠起動、怠速，并便于變速器換檔或進行動力輸出。2、零件的工藝分析軸通常是由支承軸頸支承在機器的機架或箱體上，實現運動傳遞和動力傳遞的功能。支承軸頸表面的精度及其與軸上傳動件配合表面的位置精度對軸的工作狀態和精度有直接的影響。其技術要求包括以下內容：表1 零件外圓和螺紋精度要求加工表面尺寸及偏差（

4、mm）公差及精度等級表面粗糙度（）形位公差M22螺紋未注未注花鍵外圓IT83.2相對于C軸線的圓跳動為0.03軸肩IT60.8中心軸線作為基準花鍵外圓IT83.2相對于C軸線的圓跳動為0.02IT60.4相對于C軸線的圓跳動為0.02表2 零件花鍵精度要求花鍵尺寸及偏差表面粗糙度（）形位公差10齒花鍵外圓3.2相對于C軸線的圓跳動為0.03內圓6.3未注齒厚3.2鍵齒面相對于花鍵軸的位置度誤差為0.015mm6齒花鍵外圓3.2相對于C軸線的圓跳動為0.02內圓0.8未注齒厚0.8鍵齒面相對于花鍵軸的位置度誤差為0.015mm圖1 零件圖二、確定生產類型 按設計任務書，花鍵軸年產量為50000件

5、/年。若備品率為8%，機械加工廢品率為1%，則改零件的年生產綱領為 （1式）式中 N-零件的生產綱領（件/臺） Q-產品的年產量（臺/年） n-每臺產品中，該零件的數量（件/臺） %-零件的備品率 % -零件的平均廢品率所以花鍵軸可以看成獨立的一部分，屬于輕型機械。因此，根據表3，由生產綱領與生產類型的關系可確定該零件的生產為大批量生產，其毛坯制造、加工設備及工藝裝備的選擇應呈現大批量生產的工藝特點。表3 各生產類型的規范類型生產零件的年生產綱領（件/年）重型機械中型機械輕型機械單件生產520100小批生產510020200100500中批生產1003002005005005000大批生產30

6、010005005000500050000大量生產1000500050000三、確定毛坯制造形式 由該零件的功用和變速箱的工作狀況知，花鍵軸承受的都是沖擊性交變載荷，故要求花鍵軸材料應具備較高的強度、抗沖擊能力、耐磨性和良好的力學性能。由于是大批量生產，應選擇精度和生產率都比較高的毛坯制造方法，故選用模鍛。四、選擇定位基準 正確的選擇定位基準是設計工藝過程中的一項重要的內容，也是保證加工精度的關鍵，定位基準分為精基準和粗基準，以下為定位基準的選擇。 1、選擇粗基準應能保證加工面與非加工面之間的位置精度，合理分配各加工面的余量，為后續工序提供精基準。所以為了便于定位、裝夾和加工，可選軸的外圓表面

7、為定位基準，或用外圓表面和頂尖孔共同作為定位基準。用外圓表面定位時，因基準面加工和工作裝夾都比較方便，一般用卡盤裝夾。為了保證重要表面的粗加工余量小而均勻，應選該表面為粗基準，并且要保證工件加工面與其他不加工表面之間的位置精度。所以以外圓柱面為粗基準。 2、選擇精基準根據花鍵軸的技術要求，花鍵軸的中心線為設計基準，也是測量基準，按照基準重合原則及加工要求，應選軸心線及一端面為精基準，其他各面都能以此為定位，從而也體現了基準統一的原則。所以以兩中心孔為精基準，采用兩頂裝夾定位，便于位置精度的保證，為后續加工提供精基準。五、選擇加工方法 由于零件精度要求高，為使其達到要求，加工方法有粗車、半精車、

8、粗銑和磨削。 根據這個表面加工要求和各種加工方法所能達到的經濟精度，查表選擇零件主要表面的加工方法如表4。表4 加工方案序號加工表面加工方案01M22螺紋粗車-半精車-車螺紋02外圓粗車-半精車-磨削03外圓粗車-半精車-磨削046、10齒花鍵粗銑-磨削05外圓粗車-半精車-磨削綜上所述，該花鍵軸的工序安排順序為： 下料鍛造預備熱處理 加工工序:車端面粗車半精車車螺紋銑鍵槽淬火磨削檢驗六、制訂工藝路線 制訂工藝路線是工藝人員制訂工藝規程時最重要的工作，也是體現工藝師工藝水平的重要方面。其原則是，在合理保證零件的幾何形狀、尺寸精度、位置精度、表面質量的前提下，盡可能提高生產率，降低生產成本，取得

9、較好的經濟效益。根據以上的加工方案的分析確定零件的工藝路線如表5：表5 花鍵軸零件的工藝路線工序號工序名稱工序內容05模鍛毛坯鍛造加工10熱處理正火15車端面車右邊端面和中心孔，車左邊端面和中心孔20粗車粗車左端38、20的外圓，粗車右端35、22的外圓和卡環槽3425半精車半精車左端38、20的外圓和圓角、倒角，半精車右端35、22的外圓和卡環槽34還有圓角、倒角30攻螺紋攻右旋螺紋35粗銑花鍵粗銑右端10齒花鍵，粗銑左端6齒花鍵40熱處理對花鍵進行局部淬火45修研修研中心孔50磨削磨削35、38、20的外圓，磨卡環槽側面55磨削磨削6齒花鍵槽，磨削10齒花鍵槽60檢驗七、確定加工余量及毛坯

10、尺寸1、毛坯尺寸由工藝人員手冊可查得鍛件單邊余量厚度方向1.5-2mm，取2mmmm，取2.5mm。表6 毛坯余量表主要加工表面零件尺寸總余量(雙邊)毛坯尺寸M22螺紋22426外圓面35439外圓面38442外圓面20424端面-63252、毛坯公差等級根據零件圖各部分的加工精度要求，鍛件的尺寸公差等級為8-12級，加工余量等級為普通級，故取IT=12級。3、零件表面粗糙度根據零件圖可知該軸各加工表面的粗糙度至少為12.5。4、毛坯簡圖如下圖2 毛坯圖八、工序設計 1、選擇加工設備與工藝裝備 （1）選擇加工設備 選擇加工設備即選擇機床類型。由于已經根據零件的形狀、精度特點，選擇了加工方法，因

11、此機床的類型也隨之確定。至于機床的型號，主要取決于現場的設備情況。選擇加工設備要考慮加工經濟精度。每一種機床，都有相應的加工經濟精度，也就是說任何機床在最經濟的情況下的加工精度和表面粗糙度都有一定的范圍。若精心操作、細心調整、選擇小的切削用量，其加工精度也可以提高，但肯定是耗時費工。所以，最終選擇的機床，其經濟精度應與零件表面的設計要求相適應，初步選定各工序機床如下表7：表7 工序機床工序號機床設備15、20、25、30、45CA614035Y631K50、55M135（2）選擇刀具 花鍵軸的加工中，采用了車、鉆、銑、車螺紋、磨等多種加工方式，與之相對應，初選刀具的情況如下：表8 工序刀具刀具

12、工序號中心鉆15端面車刀、外圓車刀15、20、25切槽刀20板牙套30成型銑刀35外圓磨刀、成型磨刀50 （3）選擇量具 選擇量具的原則是根據被測量對象的要求，在滿足測量精度的前提下，盡量選用操作方便、測量效率高的量具。量具有通用量具（如游標卡尺、千分尺、比較儀、量塊等）和各種專用高效量具，其種類的選擇主要應考慮被測尺寸的性質，如內徑、外徑、深度、角度、幾何形狀等以及被測工件的特點，如工件的形狀、大小、精度、生產類型等。選擇量具的方法有兩種：一是按計量器具的不確定選擇。一般根據被測對象的公差寬度先查得相應的安全裕度A和計量器具的不確定度允許值，然后在量具手冊中選擇一種不確定度等于或小于的量具；

13、二是按計量器具的測量方法極限誤差選擇。 2、確定工序尺寸 確定工序尺寸時，對于加工精度要求較低的表面，只要粗加工工序就能保證設計要求，將設計尺寸作為工序尺寸即可，上下偏差的標注也按設計規定。當加工表面精度要求較高是，往往要經過數道工序才能達到要求，此時分為兩種情況。 若表面的數道加工工序均使用統一的定位基準，并且定位基準與該工序的工序基準重合，則各個工序尺寸只與工序的加工余量有關。工序尺寸的確定采用的是由后往前推算的方法，由加工表面的最后工序即設計尺寸開始，逐次加上每道加工工序余量，分別得到各工序基本尺寸。各個工序加工余量可查手冊得到，工序尺寸的公差帶寬度按經濟精度確定，上下偏差按“入體”原則

14、標注，最后一道工序的公差應按設計要求標注。 若加工表面的定位基準與其工序基準不重合，或者由于工藝的原因其定位基準經多次轉換，側要根據尺寸鏈原理進行計算，從而確定工序尺寸的基本尺寸與公差。 下面以mm外圓加工為例計算工序尺寸、余量及確定公差。 mm外圓需要經過三道工序，并且定位基準與工序基準重合。由前知其總加工余量（雙邊余量）為4mm，其公差等級為IT6級。參考M135車床的切削用量的加工精度參數，可知磨削是直徑上切深，表面粗糙度為、IT6級；半精車時、IT8級；粗車時、IT12級。按照上述方法，確定mm外圓的加工余量、工序尺寸公差及表面粗糙度如表9 mm外圓加工各工序要求加工表面mm外圓磨削半

15、精車粗車毛坯工序雙邊余量/mm0.21.62.2工序尺寸及公差/mm表面粗糙度/mm0.43.212.5九、確定切削用量和基本時間 切削用量包含切削速度、進給量及背吃刀量三項，確定方法是先確定背吃刀量、進給量，而后確定切削速度。不同的加工性質，對切削加工的要求是不一樣的。因此，在選擇切削用量時，考慮得則重點也應有所區別。 粗加工時，應盡量保證較高的金屬切除率和必要的刀具耐用度，故一般優先選擇盡可能大的背吃刀量，其次選擇較大的進給量，最后根據刀具耐用度要求確定合適的切削速度。精加工時，首先應保證工件的加工精度和表面質量要求，故一般選用較小的進給量和背吃刀量，而盡可能選用較高的切削速度。表10 時

16、間額定的組成及工時計算（JB/Z338.6-88）項目內容作業時間基本時間直接用于改變生產對象的尺寸、形狀、相對位置、表面狀態或材料性質等工藝過程所消耗的時間，如機器制造業中的鑄、鍛、焊、金屬切削加工、裝配等作業時間輔助時間為保證基本工藝過程的實現，必要進行的各種輔助性操作所消耗的時間，如機械加工工序中裝卸工件、進退刀、測量、自檢、轉換刀架、開停車等操作布置工作地時間操作者用于照管工作地，使之保持正常的工作狀態和良好的工作環境所消耗的時間，一般作業時間的2%7%計算。例如領取工具、接受任務、試車、加油、設備的清洗保潔，下班填寫生產記錄，交接班，在加工過程中，調整刀具、清洗切屑等休息及生理需要時

17、間操作者為恢復體力和滿足生理上的需要所消耗的時間，一般按作業時間的2%7%計算。如正常休息、喝水、如廁等準備與結束時間操作者為生產一批產品或零件進行準備和結束工作所需要的時間，如每批工件的數量為n，平均到每件工件的準備和結束時間為，當n足夠大事，可忽略不計工時計算工時類別計算公式單件工時成批生產單件工時大量生產單件工時單件： 成批：大量： 為了能更全面的說明切削用量和基本時間的確定方法，與前述零件表面加工方法相對應，下面以粗車端面工序進行說明。工序15切削用量及基本時間的確定 本工序為車右邊端面和中心孔、車左邊端面和中心孔，機床采用最常用的CA6140臥式車床，車削端面時采用Y15硬質合金刀具

18、，根據加工條件和工件材料由手冊查詢得參數為主偏角、前角、刃傾角、刀尖圓角半徑。中心孔加工采用中心鉆完成。1、 確定粗車端面的切削用量（1） 確定背吃刀量 由前述可知粗車端面雙邊余量為5m，粗車端面后319mm,故單邊加工余量為3mm，即（端面是軸向）。（2） 確定進給量f 當粗車端面鋼料，車刀直徑為20mm, ,進給量根據表5-42，按照CA6140機床的進給量直，選取f=0.2mm/r。（3） 確定切削速度 根據表5-43的計算公式確定切削速度（m/min） （2式）式中，=291，=0.15，=0.2。本工序加工條件與該公式應用條件不完全相同，故需要根據表5-32對端面車刀進行修正：根據刀具耐用度T=60min，得修正系數=1.0；根據工件材料=600MPa,使得修正系數=1.18；根據毛坯表面狀態得修正系數為=1.0；刀具材料為Y15，得修正系數=0.65；此處為車端面，經查地修正系數；主偏角，得修正系