1、 機械制造工藝學課程設計說明書課題:軸的設計學生姓名:專業:機械制造及自動化學號:班級:指導教師:機械工程學院2011年12月28日目錄1 零件的分析 (32 毛坯的選擇 (52.1 毛坯種類的選擇 (52.2毛坯形狀尺寸的確定 (53工藝路線的擬定 (63.1 定位基準的選擇 (63.3 加工順序的安排 (73.31加工階段的劃分 (73.32基面先行原則 (73.33先粗后精 (73.34 工序劃分的確定 .73.35熱處理工序的安排 (83.4工藝路線的確定 (83.5加工路線的確定 (94 加工設備的選擇 (114.1機床的選擇 (114.2 夾具的選擇 (1114.3 刀具的選用 (

2、1115 加工余量、工序尺寸及公差的確定 (136切屑用量的確定 (157設計心得 (1888 參考文獻 (191 零件的分析 圖1-1 零件圖從零件圖看,該零件結構簡單,加工的外圓表面為12.4,13,粗糙度為Ra3.2; 140.0055±、理,方便加工,通過徑向夾緊可保證加工要求,整個圖面清晰,尺寸完整合理,能夠完整表達物體的形狀和大小,符合要求。2 毛坯的選擇2.1 毛坯種類的選擇毛坯的選擇和擬定毛坯圖是制定工藝規程的最初階段的工作之一,也是較重要的階段,毛坯的形狀和特征(硬度,精度,金相組織等對機械加工的難易,工序數量的多少有直接影響,因此,合理選擇毛坯在生產中占有相當重要

3、的位置,同樣毛坯的加工余量的確定也是一個非常重要的問題。毛坯種類的選擇決定零件的實際作用,毛坯的制造方法主要有以下幾種:1 型材、2 鍛造、3 鑄造、4 焊接、5 其他毛坯。根據零件的要求,推薦使用型材或鍛件,不過,所要設計的是軸,它要承受較大的扭矩和彎矩,鍛件具有較高的抗拉抗彎、抗扭強度和沖擊韌性,常用于大載荷或沖擊載荷下的工作零件。因此選用鍛件。2.2毛坯形狀尺寸的確定根據零件的加工精度要求和表面加工方法確定毛坯的尺寸。由于軸的徑向尺寸變化不大,故可選用等徑40Cr鋼因此我們可可以用設計零件的加工最大直徑時所需的毛坯的直徑做為選用毛坯的直徑。查實用金屬切削加工工藝手冊的總加工余量為5,因此

4、40Cr鋼的直徑為24。40Cr鋼兩端面的加工總可知19余量為4。因此40Cr鋼的長度為86 圖2-1 毛坯圖3工藝路線的擬定3.1 定位基準的選擇工件在加工第一道或最初幾道工序時,一般選毛坯上未加工的表面作為定位基準,這個是粗基準,該零件選用24外圓柱面作為粗基準來加工19外圓柱面和右端面。以上選擇符合粗基準的選擇原則中的余量最小原則、便于裝夾原則,在以后的工序中,則使用經過加工的表面作為定位基準,14的外圓柱面和右端面作為定位基準,這個基準就是精基準。在選精基準時采用有基準重合,基準統一。這樣定位比較簡單可靠,為以后加工重要表面做好準備。3.2 加工方法的選擇市場經濟的前提下,一切都是為能

5、創造出更多的財富和提高勞動率為目的,同樣的加工方法的選擇一般考慮的是在保證工件加工要求的前提下,譯稿工件的加工效率和經濟性,而在具體的選擇上,一般根據機械加工資料和工人的經驗來確定。由于方法的多種多樣,工人在選擇時一般結合具體的工件和現場的加工條件來確定最佳的加工方案。同樣在該零件的加工方法的選擇中,我們考慮了工件的具體情況,一般我們按加工順序來闡述加工方案:加工表面表面粗糙度公差等級加工方法19外端面 Ra 自由公差粗車-精車19外圓柱表面 Ra3.2 自由公差粗車-精車14外圓柱表面 Ra1.6 IT6 粗車-精車-磨削14外圓柱表面 Ra1.6 IT5 粗車-精車-磨削14外圓柱面 Ra

6、1.6 IT6 粗車-精車-磨削13外圓柱面 Ra1.6 自由公差粗車-精車12.4 外圓柱面 Ra12.5 自由公差粗車-精車溝槽 Ra12.5 精車左端 Ra12.5 粗車-精車右端面 Ra12.5 粗車-精車鍵槽 Ra3.2 IT10 精銑倒角 Ra12.33.3 加工順序的安排3.31加工階段的劃分當零件的加工質量要求較高時,往往不可能用一道工序來滿足要求,而要用幾道工序逐步達到所要求的加工質量和合理地使用設備、人力,零件的加工過程通常按工序性質不同,可以分為粗加工,精加工,磨削三個階段。粗加工階段:其任務是切除毛坯上大部分余量,使毛坯在形狀和尺寸上接近零件成品,因此,主要目標是提高生

7、產率,去除端面以及外圓表面的大部分余量,并為后續工序提供精基準,如加工19、13、12.4外圓柱表面。精加工階段:其任務就是保證各主要表面達到規定的尺寸精度,留一定的磨削余量,為主要表面磨削加工做好準備,并可完成一些表面的加工。如精度和表面粗糙度要求,主要目標是全面保證加工質量。磨削加工階段:其任務主要是加工公差精度要求高的表面。3.32基面先行原則該零件進行加工時,要將端面先加工,再以左端面、外圓柱面為基準來加工,因為左端面和14外圓柱面為后續精基準表面加工而設定的,才能使定位基準更準確,從而保證各位置精度的要求,然后再把其余部分加工出來。3.33先粗后精即要先安排粗加工工序,再安排精加工工

8、序,粗車將在較短時間內將工件表面上的大部分余量切掉,一方面提高金屬切削效率,另一方面滿足精車的余量均勻性要求,若粗車后留余量的均勻性滿足不了精加工的要求時,則要安排半精車,以此為精車做準備。3.34工序劃分的確定工序集中與工序分散:工序集中是指將工件的加工集中在少數幾道工序內完成每道工序加工內容較多,工序集中使總工序數減少,這樣就減少了安裝次數,可以使裝夾時間減少,減少夾具數目,并且利用采用高生產率的機床。工序分散是將工件的加工分散在較多的工序中進行,每道工序的內容很少,最少時每道工序只包括一簡單工步,工序分散可使每個工序使用的設備,刀具等比較簡單,機床調整工作簡化,對操作工人的技術水平也要求

9、低些。綜上所述:考慮到工件是中批量生產的情況,采用工序分散輔助工序的安排:輔助工序一般包括去毛刺,倒棱角,檢驗等。3.35熱處理工序的安排熱處理的目的是提高材料力學性能,消除殘余應力和改善金屬的加工性能,熱處理主要分預備熱處理,最終熱處理和內應力處理等,本零件軸材料為40Cr 鋼,在加工過程中預備熱是消除零件的內應力,在毛坯鍛造之后。最終熱處理在粗車之后精車之前,改善軸表面的性能。3.4工藝路線的擬定根據以上各個零部件的分析以及加工工藝確定的基本原則,可以初步確定加工工藝路線,具體方案如下:方案一1 備料鍛造毛坯2 熱處理退火(消除內應力3、普車粗車右端面鉆中心孔,粗車左端面,鉆中心孔4、普車

10、粗車19,14外圓面,留精車,磨削余量5、普車粗車14外圓面,留精車、磨削余量,粗車13 ,12.4外圓面,留精車余量6、熱處理調質7、數控車精車左端面,19,14外圓柱面,留磨削余量8、檢驗檢驗14長為389、數控車精車右端面1312.4外圓柱面至要求,精車14留磨削余量10、檢驗檢驗總長,19長4,14長12.,13至要求12.4長為511、普車車各鍵槽與倒角12、磨床磨各外圓面至要求13、銑床銑鍵槽14、去毛刺15、檢驗方案二:1 備料鍛造毛坯2 熱處理退火(消除內應力3、普車粗車右端面鉆中心孔,粗車左端面,鉆中心孔4、普車粗車19,14外圓面,留精車,磨削余量5、普車粗車14外圓面,留

11、精車、磨削余量,粗車13 ,12.4外圓面,留精車余量6、熱處理調質7、數控車精車左端面,19,14外圓柱面,留磨削余量8、數控車精車右端面1312.4外圓柱面至要求,精車14留磨削余量9、磨床磨削19的左右端面10、普車車各鍵槽與倒角11、磨床磨各外圓面至要求12、銑床銑鍵槽13、去毛刺14、檢驗綜上所述:兩個工藝方案的特點在于工序集中和工序分散和加工順序,從零件本身來考慮,由于軸類零件在切削加工時易產生彎曲變形,如采用工序分散,在加工時零件的位置精度無法保證,所以采用方案一。3.5加工路線的確定確定刀具走刀路線主要是提高生產效率,正確的加工工藝程序,在確定走刀路線時主要考慮以下幾個方面:1

12、、應能保證零件的加工精度和表面粗糙度2、應使走刀路線最短,減少刀具空行程時間,提高加工效率3、應使數值計算簡單,程序段數量少,以減少編程工作量具體加工路線見工藝卡4 加工設備的選擇4.1機床的選擇1、工序三、工序四采用CA6140普通車床,車床的參數如下:2、工序七、工序九采用數控車床CK7150A,車床參數如下:8工位電動轉塔刀架,可實現自動換刀,數控裝置:FANUCOI,最大回轉直徑590mm,最大加工直徑500 mm,最大加工長度1000 mm,主軸轉速范圍30-2000RMP/min,主軸電機功率7.5KW,主要精度X定位精度0.016 mm,Z定位精度0.025 mm,X重復定位精度

13、0.007 mm,Z重復定位精度0.01 mm3工序十三采用X51,銑床的參數如下:型號X51,主軸孔錐度7:24,主軸孔徑25mm。主軸轉速651800r/min。工作臺面積(長×寬1000×250。工作臺最大行程:縱向(手動/機動620mm,橫向手動190mm、機動170mm,升降手動370mm、機動350mm。工作臺進給量:縱向35 980mm/min、橫向25765mm/min、升降12380mm/min。工作臺快速移動速度:縱向2900mm/min、橫向2300mm/min、升降1150mm/min。工作臺T型槽數:槽數3、寬度14、槽距50。主電機功率7.5KW

14、。4.2 夾具的選擇主要選用三爪卡盤4.3 刀具的選用(1車削粗車端面選用45°彎頭車刀;車外圓面用90°外圓車刀;(2鉆中心孔用中心鉆;(3切槽用硬質合金切斷刀;(4銑鍵槽用銑刀;(5磨削用砂輪。5 加工余量、工序尺寸及公差的確定根據各資料及制定的零件加工工藝路線,采用計算與查表相結合的方法確定各工序加工余量,中間工序公差按經濟精度選定,上下偏差按入體原則標注,確定各加工表面的機械加工余量,工序尺寸及毛坯尺寸如下: 1 19外圓柱面 2 0.0050.00114+-外圓面 3 140.0055±外圓面 4 13外圓面 5 12.4外圓面 6 加工14處鍵槽 7

15、加工13處鍵槽 8 加工19兩端面,先粗車留精加工余量0.79 精加工各圓面后直接車溝槽至要求6切屑用量的確定1 加工19外圓柱面粗車:查機械加工工藝設計手冊:取f=0.25mm/r ap=2mm查金屬切削手冊取Vc=45 m/min 則n=1000Vc/(d =596.8r/min 由CA6140說明書取n=620r/min故實際切削速度:Vc=n d/1000=620×3.14×24/1000=46.7m/min實際取值為Vc=46.7 m/min ,n=620r/min ,f=0.25mm/r精車:查機械加工工藝設計手冊取f=0.15mm/r ap=0.5mm 查金屬

16、切削手冊取Vc=75 m/min 則n=1000Vc/ d =1193r/min 圓整的n=1190r/min故實際切削速度:Vc=n d/1000=1190×3.14×20/1000=74.7m/min實際取值為Vc=74.7 m/min ,n=1190r/min ,f=0.15mm/r2 加工外140.0055±外圓端面粗車:d=19 查金屬機械加工工藝人員手冊 取f=0.2查金屬切削手冊取Vc=35 m/min 則 n=1000Vc/ d =586.4r/min 由CA6140說明書取n=550r/min 故實際切削速度Vc=n d/1000=550

17、5;3.14×19/1000=33.8m/min 取ap=2mm 實際取值為Vc=33.8m/min ,n=550r/min f=0.2mm/r精車:查機械加工工藝設計手冊 取f=0.15 mm/r再查外圓切削數據表知:取Vc=50 m/min 則n=1000Vc/ d=1000×120/3.14×61.1=837.6 r/min 圓整得n=840 r/min 取ap=0.4mm 故實際切削速度:Vc=n d/1000=840×3.14×/1000=50m/min實際取值為Vc= 50m/min ,n=840r/min f=0.15mm/r磨削

18、:M1432A 外圓磨床,轉速n=1500-外圓端面粗車:查金屬機械加工工藝人員手冊取f=0.2mm/r 查金屬切削手冊取Vc=35m/min 則 n=1000Vc/ d =586.4r/min 由CA6140說明書取n=550r/min 故實際切削速度Vc=n d/1000=33.8m/min 取ap=2mm實際取值為Vc= 33.8m/min,n=550r/min, f=0.2mm/r精車:查機械加工工藝設計手冊取f=0.15mm/r 再查外圓切削數據表知:取Vc=50 m/min 則n=1000Vc/ d =1000×50/19×3.14=837.6 r/min圓整得

19、n=850 r/min故實際切削速度: Vc=n d/1000=850×3.14×19/1000=50m/min ap=0.4mm,實際取值為Vc=50m/min,n=850r/min f=0.15mm/r磨削:M1432A外圓磨床,轉速n=15004 加工13外圓柱面粗車:d=15查金屬機械加工工藝人員手冊取f=0.2mm/r 查金屬切削手冊取Vc=35 m/min 則 n=1000Vc/ d =742.7r/min 由CA6140說明書取n=800r/min故實際切削速Vc=nd/1000=37.7m/min 取ap=0.5mm實際取值為Vc=37.7m/min,n=8

20、00r/min, f=0.2mm/r精車:查機械加工工藝設計手冊取f=0.15mm/r 再查外圓切削數據表知:取Vc=55 m/min 則n=1000Vc/ d=1167.1 r/min 圓整得n=1170r/min故實際切削速度: Vc=n d/1000=1170×3.14×15/1000=55.1m/min ap=0.5mm 實際取值為Vc= 55.1m/min,n=1170/min f=0.15m/r5 加工12.4外圓端面粗車:d=14查金屬機械加工工藝人員手冊取f=0.2mm/r 查金屬切削手冊取Vc=40 m/min 則 n=1000Vc/ d =909.4r/

21、min 由CA6140說明書取n=920r/min故實際切削速Vc=nd/1000=40.5m/min 取ap=0.5mm實際取值為Vc=40.5m/min,n=920r/min, f=0.2mm/r精車:查機械加工工藝設計手冊取f=0.15mm/r 再查外圓切削數據表知:取Vc=50 m/min 則n=1000Vc/ d=1224.3 r/min 圓整得n=1220r/min 故實際切削速度: Vc=n d/1000=×3.14×13/1000=50m/min ap=0.4mm實際取值為Vc= 50m/min,n=1220/min f=0.15m/r6 加工19端面粗車:

22、查機械制造工藝與機床夾具課程設計指導得: f=0.65mm/r Vc=28m/min n=1000Vc/d=485.8r/min 由CA6140說明書取n=550r/min 故實際切削速度Vc=n d/1000=32.3m/min 取ap=2mm 實際取值為Vc=32.3m/min,n=550r/min,f=0.65mm/r.精車:查機械制造工藝與機床夾具課程設計指導得:f=0.41mm/rap=0.5mm Vc=36m/min n=1000Vc/d=603r/min 實際取值為Vc=36 m/min, n=603r/min,f=0.41mm/r.7 加工軸兩端面粗車:查機械制造工藝與機床夾具

23、課程設計指導得: f=0.65mm/r Vc=26m/min n=1000Vc/d=344.8r/min 由CA6140說明書取n=320r/min 故實際切削速度Vc=n d/1000=24.1m/min 取ap=2mm 實際取值為Vc=24.1m/min,n=320r/min,f=0.65mm/r.精車:查機械制造工藝與機床夾具課程設計指導得:f=0.34mm/rap=0.5mm Vc=34m/min n=1000Vc/d=721r/min 實際取值為Vc=34 m/min, n=721r/min,f=0.34mm/r.8 銑13處鍵槽粗銑: f=0.12mm/r ap=5mm Vc=40m/min n=1000Vc/d=979.4r/min 精銑: fz=0.10mm/r ap=2mm Vc=55m/min n=1000Vc/d=1346r/min9 銑14處鍵槽粗銑: f=0.12mm/r