轴类零件毕业设计.docx
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轴类零件毕业设计
一序言
机械制造工艺课程设计是我们完成了全部基础课程,技术基础课,大部分
专业课以及参加生产实习之后进行的。
这是在进行社会实践之前对所学各
课程的一次深入的综合性复习,也是一次理论联合实际的训练。
因此,它在我
们大学三年生活后占有重要的地位。
通过本次设计,应该得到下述各方面的锻
炼:
1能熟练运用机械制造工艺设计的基本理论以及在生产实习中学到的实践知识,正确地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。
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,经济合理而且能保证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名称,出处,能够做到熟练运用。
就我个人而言,通过本次设计,基本上掌握了零件机械加工工艺规程的设计,机床专用夹具等工艺装备的设计等。
并学会了使用和查阅各种设计资料,手册和国家标准等。
最重要的是综合运用所学理论知识,解决现代实际工艺设计问题,巩固和加深了所学的知识。
并在设计中,学到了许多在课堂上所学不到的东西。
我希望能通过本次设计对未来自己从事工作进行一次适应性训练,从中锻炼自己分析问题,解决问题的能力。
由于能力所限,设计尚有许多不足之处,恳请老师给予指导。
二零件的工艺分析及生产类型的确定
2.1技术要求分析
题目所给定的是轴类零件,以主要作用:
一是传递转矩,使主轴获得旋转
的动力。
二是工作中承受载荷;三是支撑传动零部件。
零件的材料为45钢,是
最常用的碳调质钢,综合力学性能良好,淬透性低,淬火时易生裂纹。
综合技
术要求等文件,选用铸件。
由于是大批量生产,故采用模锻。
零件图
2.2零件的工艺分析
结构简单,其主要加工的面有Ф55,Ф60,Ф65,Ф75,Ф176的外圆柱
面,Ф50,Ф80,Ф104的内圆柱面,图中给出的尺寸精度高,大部分是IT6
级;粗糙度方面表现在键槽两侧面,Ф80内圆柱面为Ra3.2um,大端端面为Ra3.2um,其余为Ra12.5um,要求不高;位置要求较严格表现在Ф55的左端面、Ф80内孔圆柱面对Ф70、Ф60外圆轴线的跳动量为0.04mm,Ф20孔的轴线Ф80内孔轴线的位置度为Ф0.05mm,键槽对Ф50外圆轴线的对称度0.08mm;热处
理方面需要调质处理,到200HBS,保持均匀。
通过分析该零件,其布局合理,
方便加工,我们通过径向夹紧可保证其加工要求,整个图面清晰,尺寸完整合
理,能够完整表达物体的形状和大小,符合要求。
2.3轴类零件的装夹
轴类零件的加工通常采用三抓卡盘,三抓卡盘能自动定心,装卸工件快。
但是由于夹具的制造和装夹误差,其定心精度约为0.05-0.10mm左右。
由于零
件较长,常采用一夹一顶的装夹法,即工件定的一端用车床主轴上的卡盘夹紧,
另一端用尾座顶尖支撑,这样就克服了刚性差不能承受重切削的缺点,为进一
步提高加工精度,可采用中心架作中间辅助支撑,适用于半精加工和精加工。
三.选择毛坯,确定毛坯尺寸,设计毛坯图
3.1选择毛坯
轴类零件最常用的毛坯是棒料和锻件,只有某些或者结构复杂的轴,在质
量允许下采用锻件。
由于毛胚经过加热,锻造后能使金属内部的纤维组织表面
均匀分布,可获得较高的抗拉,抗弯和抗扭强度,所以除光轴外直径相差不大
的阶梯轴可使用热轧棒料和冷轧棒料,一般比较重要的轴大部分都采用锻件,
这样既可以改善力学性能,又能节约材料,减少机械加工量。
根据生产规模的大小,毛坯的锻造方式有自由锻和模锻。
自由锻多用于中
小批量生产;模锻多用于大批量生产,而且毛坯制造精度高,加工余量小,生
产效率高,可以锻造形状复杂的毛坯。
本零件生产批量为大批量,综合上述先
择模锻。
3.2毛坯尺寸的确定
毛坯(锻件)图是根据产品零件设计的,经查《机械加工工艺手册》
《金属机械加工工艺手册》知精车-半精车-粗车各余量,从而可得加工余量。
结果为:
外圆角:
r=2;内圆角半经:
R=3。
外模锻斜度a=7°。
下图为本零件
的毛坯图(图1)。
图1
四.选择加工方法,制定加工艺路线
4.1定位基准的选择
本零件为带孔为管状零件,孔是其设计基准,为避免由于基准不重合和产
生的误差,应选孔为定位基准,即遵守“基准重合”的原则。
具体而言,即选
Ф48孔及一端面作为精基准。
由于本零件全部表面都需要加工,而孔作为精基准,应先进行加工,因此应选外圆及一端面为粗基准。
4.2工艺路线的拟定及工艺方案的分析
为保证达到零件的几何形状,尺寸精度,位置精度及各项技术要求必须制
定合理的工艺路线。
由于生产类型为大批量生产,故采用通用机床以专用的工、夹、量具并尽
量使用工序集中来提高生产效率。
除此以外,还应该降低生产成本。
工艺路线方案:
铸造,退火
工序:
1、粗车Ф176外圆柱面及端面
2、粗车,半精车,精车Ф55、Ф60、Ф65、Ф75的外圆柱面,倒角
3、扩,钻孔
4、粗车右端面至30,倒角
5、钻右端面中心孔
6、粗镗内孔Ф50,Ф80,Ф104,半精镗内孔Ф80
7、铣键槽
8、钻斜孔2×Ф8
9、去毛刺
10、检验
4.3零件加工表面方法的选择
在市场经济的前提下,一切都是为了创造出更多的财富和提高劳动率
为目的,同样加工方法的选择一般考虑的是在保证工件加工要求的前提下,
提高工件的加工效率和经济性,而在具体选择上,一般根据机械加工资料
和工人的经验来确定。
由于方法的多种多样,工人在选择时一般结合具体
的工件和现场的加工条件来确定最佳加工方案。
同样在该零件的加工方法的选择中,我们考虑了工件的具体情况,一般我
们按加工顺序来阐述加工方案:
加工表面
加工粗糙度
公差精度等级
加工方法
φ176外圆柱面
Ra6.3
自由公差
粗车-半精车
φ55外圆柱表面
Ra1.6
IT6
粗车-半精车-精车
φ60外圆柱面
Ra0.8
IT6
粗车-半精车-精车
φ65外圆柱面
Ra1.6
IT6
粗车-半精车-精车
φ75外圆柱面
Ra0.8
IT6
粗车-半精车-精车
φ50内圆柱面
Ra6.3
自由公差
粗铣
φ80孔
Ra3.2
IT7
钻孔-车孔-铰孔
φ104孔
Ra6.3
自由公差
钻孔-车孔
φ20通孔
Ra3.2
IT7
钻孔-铰孔
左端
Ra6.3
粗车
右端面
Ra1.6
粗车-精车
键槽
Ra3.2
IT9
粗铣-精铣
倒角
Ra6.3
当零件的加工质量要求较高时,往往不可能用一道工序来满足要求,而要用几道工序逐步达到所要求的加工质量和合理地使用设备、人力,零件的加工过程通常按工序性质不同,可以分为粗加工,半精加工,精加工三个
阶段。
①粗加工阶段:
其任务是切除毛坯大部分余量,是毛坯在形状和尺寸上接
近零件成品,因此,主要目标是提高生产效率,去除内孔,端面以及外圆
表面的大部分余量,并为后续工序提供精基准,如加工Ф176、Ф55、Ф60、
Ф65、Ф75外圆柱表面。
②半精加工阶段:
其任务使主要表面达到一定的精加工余量,为主要表面
的精加工做好准备,如Ф55、Ф60、Ф65、Ф75外圆柱面,Ф80、Ф20孔
等。
③精加工阶段:
其任务是保证各主要表面达到规定的尺寸精度,留一定的
精加工余量,为主要表面的精加工做好准备,并可完成一些次要表面的加
工。
如精度和表面粗糙度要求,主要目标是全面保证加工质量。
④热处理工序的安排:
热处理的目的是提高材料力学性能,消除残余应力
和改善金属的加工性能。
热处理主要分:
预备热处理,最终热处理和内应
力热处理。
本零件输出轴材料为45钢,在加工过程中预备热处理是在毛坯
锻造之后消除零件的内应力。
基面先行原则:
该零件进行加工时,要将端面先加工,再意左端面、外圆柱面为基准来加工,因为左端面和Ф45外圆柱面为后续精基准表面加工而设定,才能使定位基准更准确,从而保证各位置精度的要求,然后再把其余部分加工出来。
先粗后精:
即要先安排粗加工工序,再安排精加工工序,粗车将在较短时间内将工件表面上的大部分余量切掉,一方面提高金属切削效率,另一方面满足精车
的余量均匀性要求,若粗车后留余量的均匀满足不了精加工的要求时,则
要安排半精车以此为精车做准备。
先面后孔:
对该零件应该先加工圆柱表面,后加工孔,这样安排加工顺序,一方面是
利用加工过的平面定位,稳定可靠,另一方面是在加工过的平面上加工孔,
比较容易,并能提高孔的加工精度,所以对于输出轴来讲先加工Ф75外圆柱面,作为定位基准再来加工其余各孔。
工序划分的确定:
工序集中与工序分散:
工序集中是指将工件的加工集中在少数几道工序内完成每道工序加工内容较多,工序集中使总工序减少,这样就减少了安装次数,可以使装夹时间减少,减少夹具数目,并且利用采用高生产效率的机床。
工序分散是将工件的加工分散在较多的工序中进行,每道工序的内容很少,最少时每道工序只包括一简单工步,工序分散可使每个工序使用的设备,刀具等比较简单,机床调整工作简化,对操作工人的技术水平也要求低些。
综上所述:
考虑到工件是中批量生产的情况,采用工序分散辅助工序的安排:
辅助工序一般包括去毛刺,倒棱角,清洗,除锈,退磁,检验等。
热处理工序的安排:
热处理的目的是提高材料力学性能,消除残余应力和改善金属的加工性
能,热处理主要分预备热处理,最终热处理和内应力处理等,本零件
CA6140
车床输出轴材料为45钢,在加工过程中预备热是消除零件的内应力,在毛坯
锻造之后。
最终热处理在半精车之后精车之前,按规范在840℃温度中保持30分钟释放应力。
4.4制定工艺路线
按照先加工基准面,先粗后精,基准统一等原则,该零件加工可按下
述工艺路线进行:
备料---
模锻---
车端面打中心孔
---
粗车外圆---
调质---
车端面修中心孔
---
高频淬火---
精车外圆---
粗磨---
铣键槽---
精磨
五工序设计
5.1选择机床根据工序选择机床
工序5.9.10是粗车和精车。
各工序的工步数不多,大批大量生产不要求很
高的生产率,故选用卧式车床就能满足要求。
本零件外轮毂尺寸不大,选用最
常用的CA6140型卧式车床。
工序6.11为镗削。
由于加工的零件外轮廓尺寸不大,又是回转体,故宜在
车床上镗孔,选用CA6140型卧式车床。
(3)工序15铣削。
工序工步简单,外轮廓尺寸不大,考虑本零件属成批
大量生产,所选机床使用范围较广泛为宜,故可选常用的X6132型铣床能满足
加工要求。
(4)工序14是扩、钻、铰孔。
可采用专用的分度夹具在立式钻床上加工,
故选用Z55。
5.2选用夹具
本零件除铣削,钻小孔等工序需要专用夹具外,其他各工序使用通用夹具
即可。
前车销工序用三爪自定心卡盘和心轴。
5.3选用刀具
刀具的选择
由于刀具材料的切削性能直接影响着生产率,工件的加工精度,已加工表
面质量,刀具的磨损和加工成本,所以正确的选择刀具材料是数控加工工艺的
一个重要部分,刀具应具有高刚度,足够的强度和韧度,高耐磨性,良好的导
热性,良好的工艺性和经济性,抗粘接性,化学稳定性。
由于零件CA6140车床
输出轴材料为45钢,推荐用硬质合金中的YT15类刀具,因为加工该类零件时摩擦严重,切削温度高,而YT类硬质合金具有较高的硬度和耐磨性,尤其具有高的耐热性,在高速切削钢料时刀具磨损小寿命长,所以加工45钢这种材料时采用硬质合金的刀具。
5.4确定工序尺寸
加工余量,工序尺寸,及其公差的确定
根据各资料及制定的零件加工工艺路线,采用计算与查表相结合的方法确
定各工序加工余量,中间工序公差按经济精度选定,上下偏差按入体原则标注,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)外圆柱面φ176
工序名称
工序余量
工序公差
工序尺寸公差
表面粗糙度
粗车
5
IT12
φ176
6.3
毛坯
φ187
2)外圆柱面φ55
工序名称
工序余量
工序公差
工序尺寸公差
表面粗糙度
精车
1.0
IT6
φ55
1.6
半精车
1.1
IT10
φ56
3.2
粗车
15
IT12
φ57.9
6.3
毛坯
17.1
φ70
3)外圆柱面φ60
工序名称
工序余量
工序公差
工序尺寸公差
表面粗糙度
精车
1.0
IT6
φ60
1.6
半精车
1.1
IT10
φ61
3.2
粗车
10
IT12
φ62.9
6.3
毛坯
12.1
φ70
4)外圆柱面φ65
工序名称
工序余量
工序公差
工序尺寸公差
表面粗糙度
精车
1.0
IT6
φ65
1.6
半精车
1.1
IT10
φ66
3.2
粗车
5
IT12
φ67.9
6.3
毛坯
7.5
φ70
5)外圆柱面φ75
工序名称
工序余量
工序公差
工序尺寸公差
表面粗糙度
精车
1.0
IT6
φ75
1.6
半精车
1.1
IT10
φ76
3.2
粗车
5
IT12
φ77.9
6.3
毛坯
7.5
φ80
6)内圆柱面φ80
工序名称
工序余量
工序公差
工序尺寸公差
表面粗糙度
镗车
3
IT7
φ80
1.6
车孔
47
IT12
φ77
6.3
钻孔
30
IT12
φ30
6.3
7)加工通孔φ20
工序名称
工序余量
工序公差
工序尺寸公差
表面粗糙度
铰
10
IT7
φ20
1.6
扩
9.9
IT9
φ19.8
3.2
钻
9
IT12
φ18
6.3
8)加工键槽
工序名称
工序余量
工序公差
工序尺寸公差
表面粗糙度
精铣
IT9
φ16
1.6
粗铣
IT12
φ12
3.2
确定圆柱面的工序尺寸圆柱表面多次加工的工序尺寸只与加工余量有
关。
前面已确定各圆柱面的总加工余量,应将毛坯余量分为各工序加工余量,
然而由后往前计算工序尺寸。
中间工序尺寸的公差按加工方法的经济精度确定。
本零件各圆柱表面的工序加工余量、工序尺寸及公差、表面粗糙度见下表:
为便于工序的描述,现预先定义各段直径的字母代号:
Ф45CФ60BФ65EФ75AФ176D
序号工序名称工序简述加工设备
1备料
2精锻如图1立式精锻机
3
4
5
6
7
8
热处理正火
打中心孔打轴两端中心孔卧式车床CA6140
粗车F段加工余量2.8卧式车床CA6140
B.E段加工余量2.5
C段加工余量2.3
镗孔Ф140段加工余量2.5
Ф104段加工余量1.8镗车
Ф80段加工余量1
Ф50段加工余量0.5
热处理调质200HBS
热处理C段轴颈淬火至
5-50HBC
9
半精车各外圆
F段加工余量2.3
A.B.C.E段加工余量
CA6140
2.0
10
车右端面45°
加工余量2.0
端面
11
半精镗
Ф140段加工余量0.5
Ф104段加工余量0.4
镗车
Ф80段加工余量0.4
Ф50段加工余量0.3
12
粗磨各外圆
F段加工余量0.5
外能外圆磨
A.B.E.C加工余量0.3
床
13
精磨阶梯孔
Ф140段加工余量0.3
Ф104段加工余量0.3
内圆磨床
Ф80段加工余量0.3
Ф50段加工余量0.2
14
钻右大端面各孔
钻10×Ф20各孔
15
16
17
18
钻18Z55钻床
扩19.8
精磨
20
铣键槽
X6132
精磨
Ф75
余量0.5
Ф60
余量0.5
钻孔Ф8
设计专用夹具
Z55钻床
终检
六.夹具设计
6.1.夹具发展趋势.作用、分类及组成
夹具是机械加工不可缺少的部件,在机床技术向高速、高效、精密、复合、
智能、环保方向发展的带动下,夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通
用、经济方向发展。
高精
随着机床加工精度的提高,为了降低定位误差,提高加工精度,对夹具的制造
精度要求更高。
高精度夹具的定位孔距精度高达±5μm,夹具支承面的垂直度达到0.01mm/300mm,平行度高达0.01mm/500mm。
德国demmeler(戴美乐)公司制造的4m长、2m宽的孔系列组合焊接夹具平台,其等高误差为±0.03mm;精密平口钳的平行度和垂直度在5μm以内;夹具重复安装的定位精度高达±5μm;瑞
士EROWA柔性夹具的重复定位精度高达2~5μm。
机床夹具的精度已提高到微米级,世界知名的夹具制造公司都是精密机械制造企业。
诚然,为了适应不同行业的需求和经济性,夹具有不同的型号,以及不同档次的精度标准供选择。
高效
为了提高机床的生产效率,双面、四面和多件装夹的夹具产品越来越多。
为了减少工件的安装时间,各种自动定心夹紧、精密平口钳、杠杆夹紧、凸轮夹紧、气动和液压夹紧等,快速夹紧功能部件不断地推陈出新。
新型的电控永磁夹具,
加紧和松开工件只用1~2秒,夹具结构简化,为机床进行多工位、多面和多件加
工创造了条件。
为了缩短在机床上安装与调整夹具的时间,瑞典3R
夹具仅用1
分钟,即可完成线切割机床夹具的安装与校正。
采用美国Jergens(
杰金斯)公
司的球锁装夹系统,1分钟内就能将夹具定位和锁紧在机床工作台上,
球锁装夹
系统用于柔性生产线上更换夹具,起到缩短停机时间,提高生产效率的作用。
模块、组合
夹具元件模块化是实现组合化的基础。
利用模块化设计的系列化、标准化夹具
元件,快速组装成各种夹具,已成为夹具技术开发的基点。
省工、省时,节材、
节能,体现在各种先进夹具系统的创新之中。
模块化设计为夹具的计算机辅助
设计与组装打下基础,应用CAD技术,可建立元件库、典型夹具库、标准和用
户使用档案库,进行夹具优化设计,为用户三维实体组装夹具。
模拟仿真刀具
的切削过程,既能为用户提供正确、合理的夹具与元件配套方案,又能积累使
用经验,了解市场需求,不断地改进和完善夹具系统。
组合夹具分会与华中科
技大学合作,正在着手创建夹具专业技术网站,为夹具行业提供信息交流、夹
具产品咨询与开发的公共平台,争取实现夹具设计与服务的通用化、远程信息
化和经营电子商务化。
通用、经济
夹具的通用性直接影响其经济性。
采用模块、组合式的夹具系统,一次性投资
比较大,只有夹具系统的可重组性、可重构性及可扩展性功能强,应用范围广,通用性好,夹具利用率高,收回投资快,才能体现出经济性好。
德国demmeler(戴美乐)公司的孔系列组合焊接夹具,仅用品种、规格很少的配套元件,即能组装成多种多样的焊接夹具。
元件的功能强,使得夹具的通用性好,元件少而精,配套的费用低,经济实用才有推广应用的价值。
专家们建议组合夹具行业加强产、学、研协作的力度,加快用高新技术改造和提升夹具技术水平的步伐,创建夹具专业技术网站,充分利用现代信息和网络技术,与时俱进地创新和发展夹具技术。
主动与国外夹具厂商联系,争取合资与合作,引进技术,这是改造和发展我国组合夹具行业较为行之有效的途
径。
机床夹具的作用:
(1)保证加工精度用机床夹具装夹工件,能准确确定工件与刀具,机床之间的相
对位置关系,可以保证加工精度。
(2)提高生产效率机床夹具能快速地将工件定位和夹紧,可以减少辅助时间,提高生产效率。
(3)减轻劳动强度机床夹具采用机械,气动,液动夹紧装置,可以减轻工人的劳动强度。
(4)扩大机床的工艺范围利用机床夹具,能扩大机床的加工范围,例如,在车床或钻床上使用镗模可以代替镗床镗孔,使车床,钻床具有镗床的功能。
机床夹具的分类:
1.按夹具的应用范围分类:
(1)通用夹具通用夹具是指结构已经标准化,且有较大适用范围的夹具,例如,车床用的三爪卡盘和四爪卡盘,铣床用的平口钳及分度头等。
(2)专用机床夹具专用机床夹具是针对某一工件的某道工序专门设计制造的夹具.专用机床夹具适于在产品相对稳定,产量较大的场合应用。
(3)组合夹具组合夹具是用一套预先制造好的标准元件和合件组装而成的夹
具.组合夹具结构灵活多变,设计和组装周期短,夹具零部件能长期重复使用,适于在多品种单件小批生产或新产品试制等场合应用。
(4)成组夹具成组夹具是在采用成组加工时,为每个零件组设计制造的夹具,当改换加工同组内另一种零件时,只需调整或更换夹具上的个别元件,即可进行加工.成组夹具适于在多品种,中小批生产中应用。
(5)随行夹具它是一种在自动线上使用的移动式夹具,在工件进入自动线加工之前,先将工件装在夹具中,然后夹具连同被加工工件一起沿着自动线依次从一
个工位移到下一个工位,直到工件在退出自动线加工时,才将工件从夹具中卸下.
随行夹具是一种始终随工件一起沿着自动线移动的夹具。
2.按使用机床类型分类:
机床类型不同,夹具结构各异,由此可将夹具分为车床夹具,钻床夹具,铣床夹具,
镗床夹具,磨床夹具和组合机床夹具等类型。
3.按夹具动力源分类
按夹具所用夹紧动力源,可将夹具分为手动夹紧夹具,气动夹紧夹具,液压夹紧
夹具,气液联动夹紧夹具,电磁夹具,真空夹具等。
专用机床夹具的组成,夹具一般由下列元件或装置组成:
(1)定位元件定位元件是用来确定工件正确位置的元件.被加工工件的定位基面与夹具
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- 零件 毕业设计