设计输出轴零件的机械加工工艺规程及钻10Ф20孔工序的专用夹具.docx

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设计输出轴零件的机械加工工艺规程及钻10Ф20孔工序的专用夹具

机械制造技术课程设计

说明书

设计题目：

设计输出轴零件的机械加工工艺规程及钻10×Ф20孔工序的专用夹具

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学号：

*********

班级:

机电141

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河南工学院

2016年11月11日

第1章零件分析

1.1零件作用分析

题目所给定的零件为输出轴，如图1-1所示，其主要作用，一是传递转矩，使主轴获得旋转的动力；二是工作过程中经常承受载荷；三是支撑传动零部件。

1.2零件工艺分析

从图1-1上看，该零件是典型的轴类零件，结构比较简单，其主要加工的面有φ55、φ60、φ65、φ75、φ176的外圆柱面，φ50、φ80、φ104的内圆柱表面，10个φ20的通孔，图中所给的尺寸精度高，大部分是IT6级；粗糙度方面表现在键槽两侧面、φ80内圆柱表面为Ra3.2um,φ55外圆柱面、大端端面为Ra1.6um,φ60、φ75外圆柱面为Ra0.8um，其余为Ra6.3um，要求不高；位置要求较严格，表现在φ55的左端面、φ80内孔圆柱面对φ75、φ60外圆轴线的跳动量为0.04mm,φ25孔的轴线对φ80内孔轴线的位置度为φ0.05mm,键槽对φ55外圆轴线的对称度为.0.08mm；热处理方面需要调质处理，到200HBW，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。

图1-1零件图

第2章确定毛坯、画毛坯—零件合图

毛坯的选择和拟定毛坯图是制定工艺规程的最初阶段工作之一，也是一个比较重要的阶段，毛坯的形状和特征（硬度，精度，金相组织等）对机械加工的难易，工序数量的多少有直接影响，因此，合理选择毛坯在生产占相当重要的位置，同样毛坯的加工余量的确定也是一个非常重要的问题。

毛坯种类的选择决定与零件的实际作用，材料、形状、生产性质以及在生产中获得可能性，毛坯的制造方法主要有以下几种：

1、型材2、锻造3、铸造4、焊接5、其他毛坯。

根据零件的材料，推荐用型材或锻件，但从经济方面着想，如用型材中的棒料，加工余量太大，这样不仅浪费材料，而且还增加机床，刀具及能源等消耗，而锻件具有较高的抗拉抗弯和抗扭强度，冲击韧性常用于大载荷或冲击载荷下的工作零件。

材料为45钢，锻造时应安排人工调质处理229HBS。

零件图如图2-1，零件-毛坯图如图2-2

图2-1毛坯图

图2-2零件-毛坯图

第3章工艺规程设计

3.1定位基准的选择

工件在加工第一道或最初几道工序时，一般选毛坯上未加工的表面作为定位基准，这个是粗基准，该零件选用φ55外圆柱面作为粗基准来加工φ176外圆柱面和右端面。

以上选择符合粗基准的选择原则中的余量最小原则、便于装夹原则，在以后的工序中，则使用经过加工的表面作为定位基准，φ176的外圆柱面和右端面作为定位基准，这个基准就是精基准。

在选精基准时采用有基准重合，基准统一。

这样定位比较简单可靠，为以后加工重要表面做好准备。

3.2制定工艺路线

3.2.1加工方法的选择

市场经济的前提下，一切都是为能创造出更多的财富和提高劳动率为目的，同样的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，译稿工件的加工效率和经济性，而在具体的选择上，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的加工方案。

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：

加工表面表面粗糙度公差/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Ra1.6IT6粗车-半精车-精车

φ60外圆柱面Ra0.8IT6粗车-半精车-精车

φ65外圆柱面Ra1.6IT6粗车-半精车-精车

φ75外圆柱面Ra0.8IT6粗车-半精车-精车

φ50内圆柱面Ra6.3自由公差粗铣

φ80孔Ra3.2IT7钻孔-车孔-铰孔

φ104孔Ra6.3自由公差钻孔-车孔

φ20通孔Ra3.2IT7钻孔-铰孔

左端Ra6.3粗车

右端面Ra1.6粗车-精车

键槽Ra3.2IT9粗铣-精铣

倒角Ra6.3

3.2.2加工顺序的安排

一、工序的安排

1、加工阶段的划分

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：

其任务是切除毛坯上大部分余量，使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φ176、φ55、φ60、φ65、φ75外圆柱表面。

②半精加工阶段：

其任务是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φ55、φ60、φ65、φ75外圆柱面，φ80、φ20孔等。

③精加工阶段：

其任务就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。

2、基面先行原则

该零件进行加工时，要将端面先加工，再以左端面、外圆柱面为基准来加工，因为左端面和φ55外圆柱面为后续精基准表面加工而设定的，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。

3、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性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。

4、先面后孔

对该零件应该先加工平面，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CA6140车床输出轴来讲先加工φ75外圆柱面，做为定位基准再来加工其余各孔。

二、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，工序集中使总工序数减少，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。

三、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。

四、拟定加工工艺路线

根据以上各个零部件的分析以及加工工艺确定的基本原则，可以初步确定加工工艺路线，具体方案如下：

05 备料 锻造毛坯

10 热处理 退火

15 铣 夹φ80圆柱面，铣左右两端端面，使其总长为244，同时打中心孔

20 车  粗车，半精车左端φ55，φ60，φ65，φ75四个圆柱面及台阶面，留精车余量

25 车  夹φ75圆柱面，车φ180外圆面，车右端台阶面留精车余量

30 热处理  调质

35 车 夹φ75圆柱面修中心孔。

40 车 夹φ176的圆柱面，精车φ55，φ60，φ65，φ75四个圆柱面及台阶面。

45 车 专用夹具，夹φ75圆柱面精车φ80内圆柱面并倒角

50 钻 钻，扩，铰10*φ20的孔

55 磨 夹两端中心孔，磨左端φ55，φ60，φ65，φ75四个圆柱面

60 铣 铣键槽 

65 钻  2*φ8的孔

70 去毛刺

75 检验

80 入库

五、加工路线的确定

确定刀具走刀路线主要是提高生产效率，正确的加工工艺程序，在确定走刀路线时主要考虑以下几个方面：

1、应能保证零件的加工精度和表面粗糙度

2、应使走刀路线最短，减少刀具空行程时间，提高加工效率

3、应使数值计算简单，程序段数量少，以减少编程工作量

3.3选择加工设备及刀、夹、量具

3.3.1加工设备的选择 

①工序20，25采用CA6140普通卧式车床。

车床的参数如下：

加工最大直径：

在床身上250mm；在刀架上140mm；加工最大长度350mm；主轴转速范围10r/min～1400r/min；最大横向行程650mm；最大回转角度±60°；进给量0.8mm/r～1.95mm/r、纵向0.8mm/r～1.95mm/r、横向0.04mm/r～0.79mm/r；横向移动量±15mm；主电机功率7.5KW。

②工序35,40,45采用数控车床CK6108A。

车床参数如下：

8工位电动转塔刀架，可实现自动换刀，数控装置：

FANUCOI，最大加工直径80mm，主轴转速范围50r/min～5000r/min，主轴孔径26mm，主轴电机功率1.1KW，溜板最大行程：

横向100mm，纵向200mm；刀架快移速度：

横向5m/min，纵向5m/min。

控制轴数3，联动轴数2。

③工序60采用X52K。

铣床的参数如下：

主轴端面至工作台的距离30H/mm～400H/mm；主轴轴线至床身垂直导轨距离450L/mm；工作台至床身垂直导轨距离50L/mm～370L/mm；主轴孔径29mm、主轴孔锥度7:

24；刀杆直径32～50mm；立铣头最大回转角度±45°；主轴转速30r/min～1500r/min；主轴轴向移动量85mm；工作台尺寸500mm×125mm；工作台进给量：

纵向23.5mm～1180mm、横向15mm～789mm、升降8mm～394mm；工作台快速移动量：

纵向2300mm横向1540mm升降770mm；主电动机功率10KW。

④工序50，65采用立式钻床Z525。

立式钻床的参数如下：

最大钻孔直径25mm。

主轴端面至工作台距离0～700H/mm，主轴行程175密码，主轴转速范围97r/mm～1360r/mm，进给量范围0.1mm/r～0.81mm/r，主轴最大扭矩245.25N·M，最大进给力8829N，工作台行程325mm尺寸500mm×375mm，主电机功率2.8KW。

⑤工序55采用外圆磨床MQ1350。

外圆磨床的参数如下：

磨削工件直径500mm；用中心架时磨削工件直径25mm～200mm；磨削工件最大长度1400mm、2000mm、2800mm；磨削工件最大质量1000KG；头架主轴转速18r/min、36r/min、50r/min、70r/min、100r/min、140r/min；砂轮最大移动量250mm；砂轮快速移动量100mm；砂轮尺寸（外径×宽×内径）550～750mm×75mm×305mm；砂轮转速890r/min～1000r/min；工作台最大移动量1450mm、2100mm、2950mm；工作台最大移动速度0.1m/min～2.5m/min；砂轮电动机功率13KW；头架电动机功率3KW。

3.3.2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。

1车外圆柱面：

刀具号为T0101，90°可转位车刀，。

2精车，精车外圆柱面：

刀具号为T0202，75°可转位车刀。

3钻头：

高速钢刀具,刀具号为T0303，直径为φ18mm。

扩孔 直柄扩孔钻,刀具号为T0404，直径为φ19.8mm

铰孔直柄机用铰刀,刀具号为T0505，直径为φ20mm。

4孔车刀：

刀具号为T0606，93° 内孔车刀。

5铣刀平面铣刀选用圆柱形铣刀,刀具号T0707，刀具直径50mm；

粗铣键槽选直柄键槽铣刀,刀具号为T0808，直径15.6mm。

精铣键槽选直柄键槽铣刀,刀具号为T0909，直径16mm。

3.3.3夹具的选择

选择夹具

（1）车削之类工序选择三爪自定心卡盘和顶尖式心轴

（2）铣削和钻孔选择专用夹具

V形块JB/T8018.1-1999

固定V形块JB/T8018.2-1999

活动V形块JB/T8018.4-1999

圆形对刀块JB/T8031.1-1999

方形对刀块JB/T8031.2-1999

（3）磨床工序选着导磁块。

（4）铰孔钻孔工序选着回转式钻模

（5）其他工序选着通用夹具。

3.3.4量具的选择

选择量具

（1）读数值0.01、测量范围0～10的百分表，公称规格0～10。

（2）读数值0.01、测量范围50～100的内径百分表，公称规格50～100。

（3）读数值0.02、测量范围0～150三用游标卡尺，公称规格150×0.02。

（4）读数值0.02、测量范围0～200两用游标卡尺，公称规格200×0.02。

（5）读数值0.02、测量范围0～300深度游标卡尺，公称规格300×0.02。

（6）读数值0.01、测量范围50～75的外径千分尺，公称规格50～75。

（7）读数值0.01、测量范围50～175的内径千分尺，公称规格50～175。

3.4加工工序设计

3.4.1切削用量的计算

Ⅰ粗车内外圆柱面的切削速度和主轴转速选择

Φ55外圆柱面的切削速度计算和主轴转速选择

查表2-15（P75）得ap=2.5mm；vc取50-70m/min取50m/min，f=0.3-0.6mm/r取f=0.5mm/r计算n=1000vc/πd=1000*50/（3.14×55）=289.5r/min。

查卧式车床转速表可得：

n取n=320r/min。

故实际切削速度vc=nπd/1000=55.3m/min。

同理可得Φ60外圆柱面的切削速度vc=πnd/1000=60.3m/min和主轴转速n=320r/min。

同理可得Φ65外圆柱面的切削速度vc=65.3m/min和主轴转速n=320r/min

同理可得Φ75外圆柱面的切削速度vc=58.9m/min和主轴转速n=250r/min。

Φ176外圆柱面的切削速度计算和主轴转速选择

查表2-15（P75）得ap=0.8mm；vc取80-100m/min取90m/min，f=0.08-0.3mm/r取f=0.1mm/r计算n=1000vc/πd=1000*90/（3.14×176）=162.9r/min。

查卧式车床转速表可得：

n取n=160r/min。

故实际切削速度vc=πnd/1000=88.4m/min

Ⅱ精车、半精车外圆柱面的切削速度和主轴转速选择

Φ55外圆柱面的切削速度计算和主轴转速选择

查表2-15（P75）得ap=0.8mm；vc取80-110m/min取100m/min，f=0.08-0.3mm/r取f=0.1mm/r计算n=1000vc/πd=1000*100/（3.14×55）=579.0r/min。

查卧式车床转速表可得：

n取n=600r/min。

故实际切削速度vc=πnd/1000=104m/min

Φ60外圆柱面的切削速度计算和主轴转速选择

查表2-15（P75）得ap=0.8mm；vc取80-110m/min取90m/min，f=0.08-0.3mm/r取f=0.1mm/r计算n=1000vc/πd=1000*90/（3.14×60）=477.7r/min。

查卧式车床转速表可得：

n取n=500r/min。

故实际切削速度vc=πnd/1000=94.2m/min

同理可得Φ65外圆柱面的切削速度vc=91.8m/min和主轴转速n=450r/min。

同理可得Φ75外圆柱面的切削速度vc=94.2m/min和主轴转速n=400r/min。

同理可得Φ80内圆柱面的切削速度vc=113m/min和主轴转速n=450r/min。

Ⅲ粗车内圆柱面的切削速度计算和主轴转速选择

Φ50内圆柱面的切削速度计算和主轴转速选择

查表2-15（P75）得ap=2.5mm；vc取50-70m/min取60m/min，f=0.3-0.6mm/r取f=0.5mm/r计算n=1000vc/πd=1000*60/（3.14×50）=382.2r/min。

查卧式车床转速表可得：

n取n=400r/min。

故实际切削速度vc=πnd/1000=62.8m/min

同理可得Φ80内圆柱面的切削速度vc=62.8m/min和主轴转速n=250r/min

同理可得Φ104内圆柱面的切削速度vc=65.3m/min和主轴转速n=200r/min

半粗车Φ80内圆柱面的切削速度计算和主轴转速选择

查表2-15（P75）得ap=1.5mm；vc取80-110m/min取90m/min，f=0.08-0.3mm/r取f=0.1mm/r计算n=1000vc/πd=1000*90/（3.14×80）=358.3r/min。

查卧式车床转速表可得：

n取n=400r/min。

故实际切削速度vc=πnd/1000=100m/min

Ⅳ铣刀的铣削速度计算和主轴转速选择

查表可得铣削速度vc=π×d0×n/1000

平面铣削

查表立式铣床主轴转速可得X52K的主轴转速可选为600r/min，查表可得圆柱形铣刀直径d0=50mm，代入公式计算可得粗铣键槽铣削速度vc=94.2m/min

粗铣键槽

查表立式铣床主轴转速可得X52K的主轴转速可选为950r/min，查表可得整体硬质合金直柄立铣刀直径d0=8mm，代入公式计算可得粗铣键槽铣削速度vc=23.9m/min

精铣键槽

查表立式铣床主轴转速可得X52K的主轴转速可选为1500/min，查表可得整体硬质合金直柄立铣刀直径d0=8mm，代入公式计算可得粗铣键槽铣削速度vc=37.7m/min

Ⅴ磨削速度的计算及主轴转速选择

查表可得公式为v=π×d0×n/60000，其中v指磨削时砂轮圆周速度、d0代表砂轮直径、n代表砂轮转速，查机床参数表可得MQ1350磨床的参数d0=600mm，n=900r/min，代入公式可得v=28.26m/s

故莫削速度v=28.26m/s，磨床主轴转速n=900r/min。

Ⅵ加工通孔Φ20

钻孔：

钻φ19.8的底孔：

查表可得f=0.33～0.38mm/r，取f=0.36mm/r；Vc=0.96～1.13m/s取Vc=1m/s，取ap=6mm，故n=1000Vc/πd=1000×60/（3.14×19.8）=965.1r/min查表Z525机床参数可得：

n=960r/min，故实际切削速度Vc=πdn/1000=960×3.14×19.8/1000=59.7r/min。

铰孔

查表可得f=0.3～0.65mm/r，取f=0.4mm/r；Vc=0.383～0.833m/s取Vc=0.6m/s，取ap=0.1mm，故n=1000Vc/πd=1000×0.6×60/（3.14×20）=573r/min查表Z525机床参数可得：

n=545r/min，故实际切削速度Vc=πdn/1000=545×3.14×20/1000=34.2r/min。

3.4.2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5IT12φ1766.3

毛坯φ18012.5

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1.0IT6φ551.6

半精车1.1IT10φ55.23.2

粗车15IT12φ55.76.3

毛坯17.1φ70

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1.0IT6φ601.6

半精车1.1IT10φ60.23.2

粗车10IT12φ60.76.3

毛坯12.1φ70

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1.0IT6φ651.6

半精车1.1IT10φ65.23.2

粗车5IT12φ65.76.3

毛坯7.5φ70

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1.0IT6φ751.6

半精车1.1IT10φ75.23.2

毛坯7.5φ80

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

车孔47IT12φ776.3

钻孔30IT12φ306.3

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10IT7φ201.6

扩9.9IT9φ19.83.2

钻9IT12φ186.3

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IT9φ161.6

粗铣IT12φ15.63.2

3.5时间定额计算

确定粗车外圆φ57.9mm的基本时间。

车外圆基本时间为：

L=80L1=2L2=0f=0.5mm/rn=14mm/ri=1

=12s

3.6填写机械加工工艺过程卡和机械加工工序卡

机械加工工艺过程卡和机械加工工序卡均参见附页

第4章钻10×Ф20孔工序专用夹具设计

4.1工件自由度分析及定位方案的确定 

4.1.1工件自由度分析

该孔的加工工序需要的定位表面均已经加工完成，本工序需要保证尺寸包括孔距75外圆中心轴的尺寸为140和孔中心线对中心轴位置度为0.03，且孔轴线需垂直于端面。

需限制的自由度包括X直线方向与转动方向自由度，以及Y轴直线方向以及转动方向自由度。

4.1.2定位方案分析

1、定位方案一：

 Φ176端面和Φ80内孔圆柱销定位。

端面限制自由度有Z轴直线方向自由度，内孔圆柱销限制X轴直线方向与转动方向以及Y轴直线方向与转动方向自由度。

2、定位方案二：

Φ176的端面和Φ75外圆柱面定位，Φ80内孔圆柱销导向。

端面限制自由度有Z轴直线方向自由度，外圆柱面限制X轴直线方向与转动方向以及Y轴直线方向与转动方向自由度。

其中定位方案一的基准轴线为Φ80内孔中心轴，与工艺要求不一致，而方案二的的定位方案与要求符合，故选用方案二定位。

4.2夹紧力的计算

刀具：

高速钢麻花钻，钻头直径为19.98mm  对刀及引导装置为钻套