传动轴的机械加工工艺及夹具设计.docx
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传动轴的机械加工工艺及夹具设计
优秀设计
毕业设计说明书
专 业
班 级:
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目 录
第一部分 工艺设计说明书
1.零件图工艺性分析
1.1零件结构功用分析
从传动轴的受力分析可知,它受扭转一弯曲复合作用力,由于其承受中等载荷,工作又较平稳,冲击力很小,所以可采用优质碳素结构钢的45号钢,坯料用热轧圆钢。
为了改善组织、提高力学性能,坯料要经过正火热处理
1.2零件技术条件分析
外圆尺寸精度:
φ30k6,φ30f7两节,φ25k6,φ20h6,及M24X1.5的螺纹;
外圆形状位置精度:
要求为φ30f7两轴节相对φ30k6,φ20h6,φ25k6
φ30f7两轴节表面需高频淬火;
外圆表面质量:
φ30k6,φ30f7两节,φ25k6,φ20h6的表面质量要求Ra均为0.8um,
其它面Ra为12.5um
1.3零件结构工艺性分析
轴的锻件强度较高,形状比较简单,外轮廓尺寸不大,在轴径φ30k6,φ30f7两节,φ25k6,φ20h6,及M24X1.5的螺纹上均开有键槽,且轴两端带有B型中心孔。
结论:
轴的结构较规则,在加工键槽和B型中心孔时,采用专用夹具定位和夹紧,螺纹加工安排在半精加工后,精加工前进行。
2.毛坯选择
2.1毛坯类型
在传递力矩过程时要承受很强的冲击力和很大的交变载荷,要求材料应有较高的强度、冲击韧度、疲劳强度和耐磨性,而且其轮廓形状不复杂,故采用锻件;
零件尺寸不大,而且零件属于批量生产,故采用模锻。
2.2毛坯余量确定
毛坯的形状和尺寸越接近成品零件,即毛坯精度越高,则零件的机械加工劳动量越少,材料消耗越少,可充分提高劳动生产率,降低成本,但是毛坯制造费用会提高,在确定毛坯时,应根据机械加工和毛坯制造两方面考虑。
2.2.1
1).锻件公差等级:
由该零件的功能和技术确定其锻件公差等级为普通级;
2).锻件质量Mf:
根据锻件成品质量1.94g估算;
3).分析锻件形状复杂系数s:
S=Mf/Mn
该零件为圆形,假设其最大直径φ37长为375则在:
Mn=π/4d2hρ
S=Mf/Mn=Vf/Vn=229712.195mm
/316300.05mm
=0.726
由于0.726介于0.63和1之间,故该零件的形状复杂系数S属S1级。
4).锻件材质系数M:
由于该零件材料为45钢,是碳的质量分数小于0.65%的碳素钢,故该锻件的材质系数属M1级;
5).零件表面粗糙度由零件图知,除φ30k6,φ30f7两节,φ25k6,φ20h6的表面质量Ra为0.8um
外,其余各加工表面Ra为12.5um;
2.2.2初步确定机加工余量及毛坯尺寸,初选毛坯尺寸公差
根据毛坯尺寸公差,锻件质量,材质系数,形状复杂系数,初步确定本零件毛坯尺寸允许偏差,
根据锻件质量,零件表面粗糙度,形状复杂系数查参考书[1]中表5-9,由此查得单边余量:
零件
尺寸
初选厚度方向
单边加工余量
初选水平方向
单边加工余量
确定厚度方向
单边加工余量
确定水平方向
单边加工余量
初选
锻件尺寸
偏差
φ30k6
1.7——2.2
2.0——2.5
2
φ34
+1.2-0.6
φ30f7两节
1.7——2.2
2.0——2.5
2
φ34
+1.2-0.6
φ29
1.7——2.2
2.0——2.5
2
φ34
+1.2-0.6
φ25k6
1.7——2.2
2.0——2.5
2
φ29
+1.1-0.5
φ24
1.7——2.2
2.0——2.5
2
φ29
+1.1-0.5
115
1.7——2.2
2.0——2.5
2.5
115
+1.4-0.6
φ20h6
1.7——2.2
2.0——2.5
2
φ24
+1.1-0.5
32
1.7——2.2
2.0——2.5
2.5
33
+1.2-0.6
φ33
1.7——2.2
2.0——2.5
2
φ37
+1.2-0.6
370
1.7——2.2
2.0——2.5
2.5
375
+1.7-0.8
5
1.7——2.2
2.0——2.5
2.5
10
+1.1-0.5
2.2.3验证上述余量是否满足要求
计算同上得,锻件形状复杂系数s=S=Mf/Mn=Vf/Vn=229712.195mm
/316300.05mm
=0.726
,S属于S1级;查表得,机械加工余量与上述相同,满足要求。
2.3毛坯-零件合图草图
3.机加工工艺路线确定
3.1加工方法分析确定
(1)φ30k6外圆------→粗车(IT12级,Ra12.5um)------→半精车(IT9级,Ra3.2um)------→铣键槽(IT9级,Ra12.5um)------→粗磨(IT8级,Ra0.8um)------→精磨(IT6级,Ra0.8um)
(2)φ25k6外圆------→粗车(IT12级,Ra12.5um)------→半精车(IT9级,Ra3.2um)------→铣键槽(IT9级,Ra12.5um)------→粗磨(IT8级,Ra0.8um)------→精磨(IT6级,Ra0.8um)
(3)φ20h6外圆------→粗车(IT12级,Ra12.5um)------→半精车(IT9级,Ra3.2um)------→铣键槽(IT9级,Ra12.5um)------→粗磨(IT8级,Ra0.8um)------→精磨(IT6级,Ra0.8um)
(4)φ30f7外圆------→粗车(IT12级,Ra12.5um)------→半精车(IT9级,Ra3.2um)------→热处理(φ30f7两节外圆表面局部高频淬火)------→磨削(IT7级,Ra0.8um)
(5)2M24X1.5螺纹------→粗车(IT12级,Ra12.5um)------→半精车(IT9级,Ra3.2um)------→铣键槽(IT9级,Ra12.5um)------→车螺纹(配螺母)
3.2加工顺序的安排
铣端面钻中心孔保证总长370mm,粗车各外圆和台阶端面,半精车各段外圆和切各段3X0.5退刀槽,
加工φ30k6,φ25k6,φ20h6,及φ24各段的键槽,随后车M24X1.5的螺纹,局部热处理φ30f7两节表面进行高频淬火,最后粗精磨φ30k6,φ25k6,φ20h6外圆及φ30f7两节外圆表面,保证表面质量Ra为0.8um。
3.3定位基准选择
3.3.1粗基准的选择:
粗车时以外圆和两侧端面为粗基准;
3.3.2精基准的选择:
以两侧端面中心孔为精基准定位。
3.4加工阶段的划分说明
加工阶段分为:
粗加工阶段为工序3、5、10;半精加工阶段为工序15,20,25,30;精加工阶段为工序35,40;
方案讨论:
M24X1.5的螺纹加工安排在半精加工后,精加工前进行,故放到半精加工阶段来实现。
3.5主要机加工工序简图
工序3.铣左端面,钻中心孔
工序5.铣右端面,钻中心孔
工序10.粗车各段外圆及端面
工序15半精车各段外圆及端面
工序20铣φ30k6,φ25k6,φ20h6,φ24各段外圆的键槽
工序25.车M24X1.5的螺纹
工序30.φ30f7两节外圆表面需高频淬火hrc40-45
工序35.粗磨φ30k6,φ25k6,φ20h6,φ30f7两节,各段外圆
工序40精磨φ30k6,φ25k6,φ20h6,各段外圆
工序45去毛刺;
工序50检验;
工序55入库.
4.工序尺寸及其公差确定
4.1工序尺寸确定
加工表面
工序余量(双边)
工序尺寸及公差
表面粗糙度/um
粗
半精
粗磨
精磨
粗
半精
粗磨
精磨
粗
半精
粗磨
精磨
φ30k6外圆
2.6
1.0
0.3
0.1
φ31.4150-0.39
φ30.4150-0.062
φ30.1150-0.025
φ30.0150-0.013
Ra12.5
Ra3.2
Ra0.8
Ra0.8
φ25k6外圆
2.6
1.0
0.3
0.1
φ26.4150-0.33
φ25.4150-0.052
φ25.1150-0.021
φ25.0150-0.013
Ra12.5
Ra3.2
Ra0.8
Ra0.8
φ20h6外圆
2.6
1.0
0.3
0.1
φ21.40-0.33
φ20.40-0.052
φ20.10-0.021
φ200-0.013
Ra12.5
Ra3.2
Ra0.8
Ra0.8
φ30f7外圆
2.6
1.0
0.3
φ31.380-0.46
φ30.380-0.052
φ29.980-0.021
Ra12.5
Ra3.2
Ra0.8
加工表面
工序余量(双边)
工序尺寸及公差
表面粗糙度/um
粗车
半精车
半精车
粗车
半精车
半精车
粗车
半精车
半精车
φ29
2.6
1.0
1.4
φ31.40-0.46
φ30.40-0.062
φ290-0.052
Ra12.5
Ra3.2
Ra3.2
φ24
2.6
1.0
1.4
φ26.40-0.33
φ25.40-0.052
φ240-0.052
Ra12.5
Ra3.2
Ra3.2
115
1.5
(单边)
1.0
(单边)
1140-0.54
1150-0.54
Ra12.5
Ra3.2
32
1.5
(单边)
1.0
(单边)
310-0.39
320-0.39
Ra12.5
Ra3.2
5
1.5
(单边)
1.0
(单边)
60-0.18
50-0.18
Ra12.5
Ra3.2
370
2.5
3700-0.89
Ra12.5
4.2轴向尺寸的工序尺寸链图
5.设备及其工艺装备确定
5.1选择机床和夹具
1).工序03、05是铣端面和钻中心孔,可采用专用夹具在X53K铣床上加工;
2).工序10、15、25是粗车、半精车、车螺纹各工序的工步数不多,成批生产,不要求很高的生产率,故选用卧式车床能够满足使用要求,又由于要求的精度较高,表面粗糙度值较小,需选用较精密的车床才能满足要求,因此选用C620-1,使用通用夹具(两顶尖)装夹;
3)工序20是铣键槽,可采用专用夹具在立式铣床上加工,故选X53K;
4)工序40,45是磨削外圆,使用专用磨床夹具,选用卧式磨床M1432;
5.2选择刀具
1)工序03、05在铣床上加工,一般都选用硬质合金端铣刀;
2)工序10、15、25在车床上加工,一般都选用硬质合金车刀,加工刚质零件采用YT类硬质合金,粗加工用YT5,半精加工用YT15,为了提高生产率及经济性,选用90度车刀,螺纹车刀和镗刀,切槽刀宜选用高速钢;
3)工序20铣键槽,零件要求铣切宽度分别为5h9,6h9,8h9故所选直柄键槽铣刀分别为5e8GB/T1112.1-1997,6e8GB/T1112.1-1997,8e8GB/T1112.1-1997;
5.3选择量具
本零件属于成批生产,一般采用通用量具
工序
加工面尺寸
尺寸公差
选择量具
粗加工外圆
φ31.4
0.39
读数值0.02,测量范围0—150游标卡尺
φ26.4
0.33
粗加工轴向尺寸
116
0.54
33
0.39
6
0.18
半精加工轴向尺寸
115
0.54
32
0.39
5
0.18
半精加工外圆
φ30.4
0.062
读数值0.01,测量范围75—100外径千分尺
φ25.4
0.052
φ20.4
0.052
粗,精磨外圆
φ30k6
0.013
选用单头双限卡规(GB6322—86)
φ25k6
0.013
φ20h6
0.013
φ30f7
0.021
6.切削用量及工时定额确定
工序10(参考书[1])
本道工序为粗车(车台阶面和外圆)已知加工材料为45钢,6b=670mpa,锻件有外皮,机床为CA6140,工件采用两顶尖装夹。
(1).确定粗车外圆φ33的切削用量,所选刀具为YT5硬质合金车刀,刀杆尺寸BXH=16mmX25mm
刀片厚为4.5mm,根据[1]表5-113,选择刀具几何角度Λs=00,γo=120,αo=60αo’=40
κr=900,κr’=100,γε=0.8mm
a.确定被吃刀量ap粗车双边余量为2.6mm,则ap=1.3mm
b.确定进给量f根据表5-114在粗车钢料,刀杆尺寸16X25mm,ap〈3mm,工件直径在20—40mm时f=0.3—0.5mm/r,按C620-1车床的进给量f=0.33mm/r
确定的进给量尚需满足机床进给机构的强度要求,故需进行校验:
根据表5-55,C620-1车床进给机构允许的进给力Fmax=3530N
根据表5-123,当钢料6b=570—670mpa,ap〈2mm,f〈0.75mm/r,κr=450,V=65m/min时,进给力Ff=760N。
Ff的修正系数为Kr。
Ff=1.0,KΛsFf=1.0,KkTFf=1.17故实际进给力为Ff=760X1.17=889.2N
Ff〈Fmax,所选的进给量f=0.33mm/r可用。
C.选择车刀磨钝标准及耐用度根据表5-119,车刀后刀面最大磨损量取1m,车刀的耐用度为T=60min。
d.确定切削速度V
根据表5-120,当用YT5硬质合金车刀加工6b=600--700mpa,钢料ap〈3mm,f〈0.75mm/r,V=109m/min切削速度的修正系数为Ksv=0.8,Ktv=0.65,KKTv=0.81,KTv=1.0,Kmv=Kkv=1.0故,V109X0.8X0.81=45.9m/min,n=1000v/3.14d=1000X45.9/3.14X37=395.1r/min
按C620-1车床的转速,选择n=380r/min,则实际切削速度V=44.1m/min
e.校验机床功率:
由表5-125,当6b=580—970mpa,HBS=166—277,ap〈2mm,f〈0.75mm/r,V=44.1m/min时,Pc=1.7KW
切削功率的修正系数为KTrPc=1.13,KkrPc=1.17,Kr。
Pc=KMPc=KkPc=1.0,KSPc=0.8,KtPc=0.65,故实际切削时的功率为Pc=0.72KW
根据表5-29,当n=120r/min时,机床主轴允许功率PE=5.9KW,Pc〈PE,故所选切削用量在C620-1车床上进行最后确定的切削用量为:
ap=1.3mm,f=0.33mm/r,V=44.1m/min,n=380r/min。
(2).确定粗车外圆φ31.4mm及台阶面的切削用量,采用车外圆φ33的刀具加工这些表面,加工余量皆可一次走刀切除,车外圆φ31.4mm的ap=1.3mm,f1=0.33mm/r,台阶面的ap=1.5mm,f2=0.30mm/r,主轴转速与车外圆φ33的转速相同。
(3).确定粗车外圆φ26.4mm及台阶面的切削用量,采用车外圆φ33的刀具加工这些表面,加工余量皆可一次走刀切除,车外圆φ26.4mm的ap=1.3mm,f1=0.33mm/r,台阶面的ap=1.5mm,f2=0.30mm/r,主轴转速与车外圆φ33的转速相同。
(4).确定粗车外圆φ21.4mm及台阶面的切削用量,采用车外圆φ33的刀具加工这些表面,加工余量皆可一次走刀切除,车外圆φ21.4mm的ap=1.3mm,f1=0.33mm/r,台阶面的ap=1.5mm,f2=0.30mm/r,主轴转速与车外圆φ33的转速相同。
基本时间
(1)确定粗车外圆φ33的基本时间,根据表2-21车外圆基本时间:
Tj1=(L+L1+L2+L3)*i/nf,
L=7.5mm,L1=ap/tankr+(2--3),kr=900,L1=2mm,L2=0,L3=0,f=0.33mm/r,n=380r/min,i=1
Tj1=7.5+2/0.33*380=4.5s
(2)确定粗车外圆φ31.4的基本时间,根据表2-21车外圆基本时间:
Tj2=(L+L1+L2+L3)*i/nf,
L=250mm,L1=ap/tankr+(2--3),kr=900,L1=2mm,L2=0,L3=0,f1=0.33mm/r,f2=0.30mm/r,n=380r/min,i=1
Tj2=(250+2)/0.33*380+(2.5+2)/0.30*380=122.97s
(3)确定粗车外圆φ26.4的基本时间,根据表2-21车外圆基本时间:
Tj3=(L+L1+L2+L3)*i/nf,
L=83mm,L1=ap/tankr+(2--3),kr=900,L1=2mm,L2=0,L3=0,f1=0.33mm/r,f2=0.30mm/r,n=380r/min,i=1
Tj3=(83+2)/0.33*380+(2.5+2)/0.30*380=43.04s
(4)确定粗车外圆φ21.4的基本时间,根据表2-21车外圆基本时间:
Tj4=(L+L1+L2+L3)*i/nf,
L=29.5mm,L1=ap/tankr+(2--3),kr=900,L1=2mm,L2=0,L3=0,f1=0.33mm/r,f2=0.30mm/r,n=380r/min,i=1
Tj4=(29.5+2)/0.33*380+(2.5+2)/0.30*380=17.44s
确定工序10的基本时间:
Tj=Tj1+Tj2+Tj3+Tj4=(4.5+122.97+43.04+17.44)s=187.95s
第二部分 第20号工序夹具设计说明书
1.工序尺寸精度分析
工序加工要在轴φ25.40-0.052的外圆表面上铣键槽保证尺寸20.50-0.52,键槽宽为6h9mm;无其它技术要求,该工序在立式铣床上加工,零件属中批量生产。
2.定位方案确定
理论上限制自由度分析:
槽宽由定尺寸刀具保证;保证槽深应限制:
x移动、y转动;保证键槽长度应限制:
x移动;保证键槽对称度应限制:
y移动,z转动;
综合结果限制:
x移动、y移动、y转动、z转动,z移动;
实际上限制自由度分析:
V形块定位φ30.40-0.052限制:
y移动、z移动、y转动、z转动,大头端面用定位销定位限制:
x移动;
综合结果实际限制:
x移动、y移动、y转动、z转动、z移动;
3.定位误差分析计算
工件采用V形块定位,对称度分析:
基准不重合误差为:
jb=0.02mm,基准位移误差为:
Δdb=0
则:
△dw=△jb+△db=0.02mm
对尺寸20.50-0.52分析:
基准不重合误差为:
jb=0.02+0.026=0.046mm
基准位移误差为:
Δdb=0.707T(d)=0.707X0.062=0.044mm
则:
△dw=△jb+△db=0.09mm
由于T=0.52mm,T/3=0.173mm,即△dw≤T/3,故该夹具能够满足加工要求.
4.夹紧方案及元件确定
本套夹具采用铰链压板夹紧;
工件在加工时所受的力主要是切削力F,由机床夹具设计手册表1-2-7得切削力的计算公式:
Fx=667Ds
Kp=667x7x700
x650/726≈1083N
实际所需加紧力与计算加紧力之间的关系为:
(K由表1-2-2查得为1.15)
F=KFx=1.15X1083==1245.45N
5.夹具总装草图
第三部分 第10号工序刀具设计说明书
1.工序尺寸精度分析
粗车轴各段外圆保证尺寸φ33,φ31.4,φ26.4,φ21.4公差等级为IT12。
2.刀具类型确定
此道工序保证的尺寸精度要求不高可用游标卡尺测量,属粗加工,因此可用90度外圆车刀。
3.刀具设计参数确定(数据来源参考书[3])
序号
项目
数据来源或公式计算
采用值
1
车刀外行
表2-6、2-7
焊接式900强力外圆车刀
2
刀片材料
YT5
刀杆材料
45钢
3
几何角度
表2-8、2-9
Λs=00γo=120αo=60
αo’=40κr=900κr’=100
γε=0.8mm
4
断削参数
前面型式
表2-11、2-12(f=0.33mm/r)
带倒棱曲面圆弧卷削槽前面
Ln=8.5m,γo1=-200br1=0.6qn=9.3
5
过渡刃
表2-13(ap=1.3mm)
直线过渡刃Kre=450bε=1
6
刀片型号
表2-3
A420
L=20,B=12,C=7,R=12.5,r=1e=0.8
7
车刀外型
结构尺寸
表2-1、2-2、2-5
BxH=20x30L=150
M=8(900弯头车刀)
8
刀槽
型式
表2-4
Sinrj=ln/2qn=8.5/2x9.6=0.443
Γc=γo-γj=120-18.30
Hc=H+(1~2)-cCosαo/Cos(
αo+γc)
=30+1-7Cos5/Cos(
50+6.30)=31-7x1/1=24
Bc=B-C*tg(αo+γc)
=12-7tg(60+5.30)=10.6
Lc=L-CCosαo/Cos(
αo+γc)*tgαo’
=20-7.Cos5/Cos(
60+5.30)*tg5
=20-7x0.08=19.4
Γj=18.30
Γc=5.30
Hc=24mm
Bc=10.6mm
Lc=19.4mm
4.刀具工作草图
第四部分 第40号工序量具设计说明书
1.工序尺寸精度分析
对轴外圆φ30k6选基孔制,首先确定被测轴的极限偏差,查[4]公差书第三章极限与配合标准得φ30k6的上偏差es=-0.009mm,下偏差ei=-0.025mm。
公差等级为IT6。
2.量具类型确定
轴的外圆φ30k6的量具用卡规,量具测量面的材料用硬质合金,测量面的硬度为58-65HRC,其它部分的材料为45钢。
3.极限量具尺寸公差确定
(1)确定工作量规的制造公差和位置要素值,由公差书表6-1得IT6尺寸φ30k6的量规公差为T=0.0024mm,位置要素Z=0.0028mm.。
(2)计算工作量规的极限偏差:
φ30k6
通规:
上偏差=es-Z+T/2=--0.009-0.0028+0.0012=-0.0106mm
下偏差=es-Z-T/2=--0.009-0.0028-0.0012=-0.013mm
磨损极限=es=-0.009m
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