传动轴花键轴零件的工艺及夹具设计.docx

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传动轴花键轴零件的工艺及夹具设计

目录

课程设计说明书正文1

一零件的分析，并进行结构工艺性审查1

1.1零件的作用2

2.2零件的结构特点2

3.3确定主要、次要加工表面及其加工方法2

二生产纲领和生产类型，确定工艺的基本特征2

三确定毛坯的制造形式以及绘制毛坯图3

四拟定工艺路线3

（一）基准的选择3

（二）确定表面的加工方法以及加工余量4

（三）制定工艺路线5

（四）工艺设备的选择6

（五）填写工艺过程卡7

五确立切削用量及基本工序7

1工序一下棒料7

2工序二夹一端车端面，钻中心孔B3/7.5并铰中心孔8

3工序三掉头装夹，车端面，保证总长170mm9

4工序四以中心孔定位装夹工件。

粗车外圆各部分。

去毛刺10

5工序五半精车Ф45、Ф51外圆，精车Ф40外圆，并倒角11

6工序六以中心孔定位装夹工件，精车Ф35外圆12

7工序七一夹一顶装加工件，铣花键13

8工序八热处理：

调制处理淬火，淬硬深度1.5—2.5HRC3014

9工序九以两中心孔定位装夹工件，粗磨，精磨15

10工序十按图样要求检查各部尺寸及精度并入库16

11填写机械加工工序卡片16

六夹具的设计16

6.1确定设计方案17

6.2确定夹具的结构方案，绘制结构草图。

17

6.3审查方案与改进设计18

6.4夹具的精度分析：

18

6.5夹具的精度验算19

6.6夹具体零件的设计19

6.7铣花键的对刀：

20

6.8加紧机构设计21

6.9操作夹具动作说明21

七课程设计心得体会21

参考文献22

一零件的分析，并进行结构工艺性审查

零件的分析包括零件结构及其工艺性分析和零件的技术要求的分析

该零件是轴类零件，外圆柱面和内孔需要在普通车床上进行车削。

同时它也是花键轴，键槽部分需要用铣床铣出。

零件的技术要求分析是制订工艺规程的重要环节。

主要包括三方面的内容：

（1）精度分析，包括被加工表面的尺寸精度、形状精度和相互位置精度的分析。

（2）表面粗糙度及其他表面质量要求的分析。

（3）热处理要求和其他方面要求（如动平衡、去磁等）的分析。

首先进行精度分析，题目中的花键轴有两个同轴度的要求，精度比较高，需要比较精密的夹具去装夹零件加工;花键槽侧面还有一个平行度要求，不仅要求有一定的装夹精度，还要一定的机床和刀具精度。

而花键槽的高度精度很高，需要特殊加工才能满足，如外圆磨削。

其余尺寸用普通车床就可满足。

然后进行表面粗糙度及其他表面质量要求的分析。

可以看出的是花键轴中花键槽的表面粗糙度要求比较高，达到0.8，其余大都是3.2，这需要先在普通车床上进行粗车、半精车、精车，最后通过外圆磨削实现。

最后进行热处理要求和其他方面要求的分析。

这个花键轴的花键槽部分需要淬硬深度为1.5~2.5，硬度要HRC30，这要考虑需要进行表面淬火，需要注意的是选择淬火的时机，需要将淬火安排在合适的工序中

1.1零件的作用

题目所给的零件是花键传动轴，起传动的作用。

2.2零件的结构特点

花键轴的键槽部分有硬度要求，键槽部分和Φ35光轴的精度要求较高，因此在半精车后应先铣键槽，将键槽部分调质处理后，最后粗磨和精磨键槽部分和Φ35光轴。

3.3确定主要、次要加工表面及其加工方法

Φ38键槽部分和Φ35光轴部分为主要加工表面，在经过粗车和半精车后需要调质处理再粗磨和精磨；其他的加工表面为次要加工表面，经过粗车、半精车和精车。

二生产纲领和生产类型，确定工艺的基本特征

零件的生产纲领N=Q×n×（1+a%+b%）=324（件）

式中--产品的生产纲领Q=300（件）；

--每台车床中该零件的数量n=1；

--备品的百分率a%=5%；

--废品的百分率b%=3%。

生产类型为大批量生产，毛坯制造方法为自由锻，其精度中等，加工余量中等;用部分通用机床和部分高生产率机床；先采用三爪卡盘粗加工，后以中心孔和内孔定位精加工；较多采用专用夹具。

三确定毛坯的制造形式以及绘制毛坯图

毛坯的选择不仅影响毛坯制造的工艺、设备及制造费用，而且对零件机械加工工艺、生产率和经济性也有很大影响。

选择毛坯要从机械加工和毛坯制造两个方面综合考虑，以求得到最佳效果。

确定毛坯的主要任务是：

根据零件的技术要求、结构特点、材料、生产纲领等方面的要求、合理地确定毛坯的种类、毛坯的制造方法、毛坯的尺寸等。

根据零件要求和生产要求应选择锻件毛坯。

锻件适用于强度要求高、形状比较简单的零件毛坯。

锻造方法有自由锻和模锻两种。

自由锻毛坯精度低、加工余量大、生产率低，适用于单件小批量生产以及大型零件毛坯。

模锻毛坯精度高、加工余量小、生产率高、但成本也高，适用于大批大量生产的中小型零件毛坯。

根据生产批量和技术要求，应选择自由锻毛坯进行加工

材料是40MnB结构合金钢，选择锻件毛坯，制造方法是自由锻，毛坯形状为圆柱形。

确定余量：

查《金属机械加工工艺人员手册》表5—28，在轴线长度方向和轴向直径的毛坯余量均为4±1mm。

四拟定工艺路线

（一）基准的选择

基准的选择包括粗基准和精基准的选择：

粗基准的选择

应考虑两个问题：

一是保证主要加工面有足够而均匀的加工余量和各待加工表面有足够的加工余量；二是保证加工面与不加工面之间的相互位置精度。

1为了保证加工面与不加工面之间的位置要求，应选不加工面为粗基准。

2合理分配各加工面的加工余量

a.为了保证各加工面都有足够的加工余量，应选择毛坯余量最小的面位粗基准。

b.为了保证重要加工面的加工余量均匀，应选重要加工面为粗基准。

c.粗基准的选择应尽可能使工件上个加工表面总的金属切除量最小。

3粗基准应避免重复使用，在同一尺寸方向上通常只允许使用一次。

4选作粗基准的表面应平整光洁，要避开锻造飞边和铸造浇冒口、分型面、毛刺等缺陷，以保证定位准确，夹紧可靠。

精基准的选择

选择精基准时，重点是考虑如何减小工件的定位误差、保证工件的加工精度，同时也要考虑工件的装夹方便可靠，夹具结构简单，使零件的制造较为经济、容易。

应遵循的原则：

1基准重合原则

2基准统一原则

3自为基准原则

4互为基准原则

根据此花键轴的要求，该零件既是花键轴又是阶梯轴，其加工精度又要求较高，以此选中心孔B3/7.5做为设计和工艺基准。

（二）确定表面的加工方法以及加工余量

Φ38键槽部分先粗车后半精车（加工余量1mm），粗铣和精铣键槽，经调质处理后粗磨（加工余量0.6mm）、精磨（加工余量0.4mm）。

Φ35光轴部分先粗车后半精车（加工余量1mm），最后粗磨（加工余量0.6mm）、精磨（加工余量0.4mm）；其他表面依次粗车、半精车（加工余量1mm）和精车（加工余量0.5mm）即可。

以上工序余量由查表法获得（查《金属机械加工工艺人员手册》），由于本设计规定的零件为小批量生产，应该采用调整加工。

因此在计算最大、最小加工余量时应按调整法加工方式予以确认。

（三）制定工艺路线

制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证，在生产纲领已经确定的情况下，可以考虑采用万能型机床配以专用工卡具，并尽量使工序集中起来提高生产率。

除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量降低。

工艺路线的拟定是工艺规程制订过程中的关键阶段，是工艺规程制订的总体设计，其主要任务包括加工方法的确定、加工顺序的安排、工序集中与分散等内容。

1.加工方法的选择

应考虑因素：

1按经济精度选择加工方法。

②工件材料的性质③工件的形状和尺寸④生产类型⑤生产率和经济性⑥具体生产条件⑦特殊要求

2.加工阶段的划分

工艺过程分为四个加工过程：

1粗加工阶段

2半精加工阶段

3精加工阶段

4光整加工阶段

因为工件既是阶梯轴又是花键轴，根据工件形状和位置精度，应选择粗车—半精车—精车—粗铣花键—精铣花键—调制处理—外圆磨削

因为工件是大批量的，而且有一定的位置精度，因此应工序分散

3.加工顺序的安排

（1）机械加工工序的安排原则

1基面先行②先粗后精③先主后次④先面后孔⑤次要表面可穿插在各阶段进行加工⑥安排加工顺序还要考虑车间设备布置情况

（2）热处理工序的安排

1预备热处理。

包括退火、正火和调制处理，时效处理。

最终热处理。

包括淬火、渗碳淬火、渗氮、氰化处理

根据已知的生产资料，并查阅《特种机械加工技术》和《金属切削工艺学》先拟定出两种方案：

方案一：

粗车——半精车——粗磨（除了Φ35光轴部分和Φ38键槽部分需要磨削外，其他外圆精车即可）——精磨；

方案二：

粗车——半精车——精车——精细车（只有Φ35光轴部分和Φ38键槽部分需要精细车即金刚车）。

制定工艺路线的出发点是：

保证质量；表面成形；经济性好；高生产率；减小消耗。

而以上两种方案均能达到零件图所要求的公差和粗糙度，虽然方案二的尺寸精度比方案一高，但是方案二的成本高于方案一;综合考虑两种方案的经济性和生产率，应该选择方案一。

在生产纲领已经确定的情况下，可以考虑采用万能型机床配以专用工卡具，并尽量使工序集中起来提高生产率。

除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量降低，方案一的具体工艺路线如下：

工序一下料；

工序二夹一端车端面，见平即可。

钻中心孔B3/7.5，并铰中心孔；

工序三掉头装夹，车端面，保证总长170mm；

工序四以中心孔定位装夹工件。

粗车外圆各部分。

去毛刺；

工序五半精车Ф45外圆、Ф51外圆，精车Ф40外圆，并倒角；

工序六以中心孔定位装夹工件，精车Ф35外圆；

工序七一夹一顶装加工件，铣花键；

工序八调制处理淬火，淬硬深度1.5—2.5。

HRC30；

工序九中心孔定位装夹工件，粗磨，精磨；

工序十检查各部分尺寸并入库。

（四）工艺设备的选择

机床的选择：

参考《金属机械加工工艺人员手册》选择机床型号，铣床——万能卧式升降台铣床，车床——CR6150型普通车床，磨——MMB1312万能磨床。

刀具的选择：

参考《金属切削工艺学》选择刀具，车刀——W18Cr4V高速钢，牌号W18和硬质合金钢车刀，牌号YT15；砂轮——陶瓷剂平行小砂轮；铣刀——高速钢尖齿槽铣刀。

夹具的选择：

三爪卡盘，中心孔及内孔定位夹具。

（五）填写工艺过程卡

现在已经确定了工艺路线并选定了工艺装备，检查上述内容无误后，可填写工艺过程卡，（工艺过程卡见附表）。

五确立切削用量及基本工序

1工序一下棒料

（1）加工条件：

工件材料：

40MnB,σb=0.6GPa《机械工程材料》表5-6，255-302HB，型钢。

机床：

CR6150《工艺手册》表7-4

刀具：

W18Cr4V高速钢，牌号W18,硬度63-66HRC,A型机夹切断刀：

h=20mm,L=125mm.（查阅《金属切削与刀具》）。

（2）切削用量：

1）切削深度：

因为是切断，所以ap=36mm（《金属机械加工工艺人员手册》表11—29）。

2）进给量：

f=0.20mm/r（《金属机械加工工艺人员手册》表11-29）。

3）查后刀面最大磨损及寿命：

查《金属机械加工工艺人员手册》表11-25，后刀面最大磨损为0.4~0.6mm，寿命T=60min。

4）计算切削速度：

由《金属机械加工工艺人员手册》得：

Vc＝Cv/Tmapxvfyv

算得：

Vc＝70m/min

5）确定机床主轴转速：

ns＝1000Vc/πdw＝319r/min。

按机床说明书，与319r/min相近的机床转速为360r/min，故选360r/min的转速。

Vf＝fn＝0.20×360＝72mm/min。

所以实际切削速度为v＝79mm/min。

6）计算基本工时

tm＝L/Vf＝36/72＝0.5min

2工序二夹一端车端面，钻中心孔B3/7.5并铰中心孔

（1）加工条件：

工件材料：

40MnB,σb＝0.6GPa《机械工程材料》，24—38HRC，型钢。

加工要求：

粗车M24×1.5—8g端面，钻中心孔

机床：

CR6150《工艺手册》

刀具：

硬质合金钢车刀，牌号YT15，硬度78HRC，（《金属机械加工工艺人员手册》表10—3）；45°端面车刀尺寸：

L＝140mm,h＝25mm,b＝16mm（《金属机械加工工艺人员手册》表10—99）；选用带护锥中心钻（B型），d＝2.50mm，材料为高速钢（查《金属机械加工工艺人员手册》表10—180），主轴转速n＝628r/min，切削深度df=10mm。

（2）加工要求：

车Φ45端面，然后倒头装夹，车Φ38端面，保证总长170mm，钻中心孔。

（3）切削用量

1）切削深度:

ap＝3mm《金属机械加工工艺人员手册》表11—26

。

2）进给量:

f＝0.25mm/r《金属机械加工工艺人员手册》表11—26。

3）查后刀面最大磨损及寿命：

查《金属机械加工工艺人员手册》表11—25，后刀面最大磨损为1.0—1.4mm。

寿命T＝60min。

4）计算切削速度：

由《金属机械加工工艺人员手册2》表8.4—8，得

Vc＝Cv/Tmapxvfyv＝138m/min

5）确定机床主轴转速：

ns＝1000Vc/πdw＝628r/min

按机床说明书与628r/min相近的机床转速为600r/min，故选择600r/min的机床。

所以实际切削速度为，

v＝120m/min，Vf＝fn＝0.25×600＝150mm/min

6）计算基本工时

tm＝L/Vf＝36/150＝0.24min

查《工艺手册》表10—180，选用带护锥中心钻（B型）

d＝2.50mm，材料为高速钢。

主轴转速n＝628r/min，切削深度df=10mm。

3工序三掉头装夹，车端面，保证总长170mm

（1）加工条件：

工件材料：

40MnB,σb＝0.6GPa《机械工程材料》，24—38HRC，型钢。

机床：

CR6150《工艺手册》

刀具：

WC＋Ti＋C，硬质合金钢车刀，牌号YT15，硬度78HRC（《金属机械加工工艺人员手册》表10—3）；95°外圆车刀，L=140mm，h=25mm，b=16mm（《金属机械加工工艺人员手册》表10—100）。

（2）加工要求：

粗车外圆各部要保证留有足够的余量，。

（3）切削用量：

1）切削深度：

ap=3mm（《金属机械加工工艺人员手册》表11—26）。

2）进给量：

f=0.75mm/r（《金属机械加工工艺人员手册》表11—26）。

3）查后刀面最大磨损及寿命:

后刀面最大磨损为1.0—1.4mm，寿命T＝60min（查《金属机械加工工艺人员手册》表11—25）。

4）计算切削速度：

由《金属机械加工工艺人员手册2》表8.4—8，得：

Vc＝Cv/Tmapxvfyv＝123m/min

确定机床主轴转速：

ns＝1000Vc/πdw＝612r/min

根据机床选取n＝612r/min；

Vf＝fn＝0.75×600＝450mm/min

所以实际切削速度为：

v＝120m/min。

粗车不同轴处的切削速度：

Vc2=πdn／1000=90m/min，Vc3=πdn／1000=87m/min

Vc4=πdn／1000=69m/min，Vc5=πdn／1000=60m/min

Vc6=πdn／1000=49m/min

计算基本工时：

tm＝L/Vf＝170/450＝0.378min

4工序四以中心孔定位装夹工件。

粗车外圆各部分。

去毛刺

1.加工条件

工件材料：

40MnB,σb＝0.6GPa《机械工程材料》，24—38HRC，型钢。

加工要求：

粗车外圆各部。

机床：

CR6150《工艺手册》

刀具：

WC＋Ti＋C。

硬质合金钢车刀，牌号YT15，硬度78HRC，《工艺手册》表10—3。

95°外圆车刀，L=140mm，h=25mm，b=16mm。

《工艺手册》表10—100。

2.切削用量

1）切削深度：

ap=3mm《工艺手册》表11—26

2）进给量：

f=0.75mm/r《工艺手册》表11—26

3）查后刀面最大磨损及寿命

查《工艺手册》表11—25，后刀面最大磨损为1.0—1.4mm。

寿命T＝60min。

4）计算切削速度

由《工艺手册2》表8.4—8，得

Vc＝Cv/Tmapxvfyv＝123m/min

5）确定机床主轴转速

ns＝1000Vc/πdw＝612r/min。

根据机床选取n＝612r/min。

Vf＝fn＝0.75×600＝450mm/min。

所以实际切削速度为v＝120m/min。

粗车不同轴处的切削速度：

Vc2=πdn／1000=90m/min。

Vc3=πdn／1000=87m/min。

Vc4=πdn／1000=69m/min。

Vc5=πdn／1000=60m/min。

Vc6=πdn／1000=49m/min。

6）计算基本工时

tm＝L/Vf＝260/450＝0.577min。

5工序五半精车Ф45、Ф51外圆，精车Ф40外圆，并倒角

（1）加工条件：

工件材料：

40MnB,σb＝0.6GPa《机械工程材料》，24—38HRC，型钢。

机床：

CA6140（查《金属机械加工工艺人员手册》）

刀具：

WC＋Ti＋C，硬质合金钢车刀，牌号YT15，硬度78HRC（金属机械加工工艺人员手册》表10—3）；95°外圆车刀，L=140mm，h=25mm，b=16mm。

（查《金属机械加工工艺人员手册》表10—100）。

（2）加工要求：

精车各部尺寸，即除了Φ35光轴部分和Φ38键槽部分其他的外圆尺寸，还有各处倒角。

（3）切削用量：

1）切削深度：

ap=1.6mm（查《金属机械加工工艺人员手册》表11—27）；

2）进给量：

f=0.14mm/r（《金属机械加工工艺人员手册》表11—27）。

3）查后刀面最大磨损及寿命：

后刀面最大磨损为0.4—0.6mm，寿命T＝60min（查《金属机械加工工艺人员手册》表11—25）。

4）计算切削速度：

由《金属机械加工工艺人员手册2》表8.4—8，得

Vc＝Cv/Tmapxvfyv＝198m/min

确定机床主轴转速：

ns＝1000Vc/πdw＝955r/min（根据机床选取n＝900r/min）

Vf＝fn＝0.14×900＝126mm/min

所以实际切削速度为，v＝176m/min

5）精车不同轴处的切削速度：

Vc2=πdn／1000=131m/min，Vc3=πdn／1000=125m/min，

Vc4=πdn／1000=100m/min，Vc5=πdn／1000=86m/min，

Vc6=πdn／1000=68m/min。

6）计算基本工时

tm=L/Vf=2min

6工序六以中心孔定位装夹工件，精车Ф35外圆

1．加工条件：

工件材料：

40MnB,σb＝0.6GPa《机械工程材料》，24—38HRC，型钢。

加工要求：

精车各部尺寸，留磨削余量0.4mm，各处倒角C1，粗、精车螺纹。

机床：

CR6150《工艺手册》

刀具：

WC＋Ti＋C。

硬质合金钢车刀，牌号YT15，硬度78HRC，《工艺手册》表10—3。

95°外圆车刀，L=140mm，h=25mm，b=16mm。

《工艺手册》表10—100。

2．切削用量

1）切削深度：

ap=1.6mm《工艺手册》表11—27

2）进给量：

f=0.14mm/r《工艺手册》表11—27

3）查后刀面最大磨损及寿命

查《工艺手册》表11—25，后刀面最大磨损为0.4—0.6mm。

寿命T＝60min。

4）计算切削速度

由《工艺手册2》表8.4—8，得

Vc＝Cv/Tmapxvfyv＝198m/min

5）确定机床主轴转速

ns＝1000Vc/πdw＝955r/min。

根据机床选取n＝900r/min。

Vf＝fn＝0.14×900＝126mm/min。

所以实际切削速度为v＝176m/min。

精车不同轴处的切削速度：

Vc2=πdn／1000=131m/min。

Vc3=πdn／1000=125m/min。

Vc4=πdn／1000=100m/min。

Vc5=πdn／1000=86m/min。

Vc6=πdn／1000=68m/min。

6）计算基本工时

tm＝L/Vf＝2min。

7工序七一夹一顶装加工件，铣花键

1.加工条件

工件材料：

40MnB,σb＝0.6GPa《机械工程材料》，24—38HRC，型钢。

加工要求：

一夹一顶装夹工件，粗、精铣花键。

机床：

X62W。

2.切削用量

选取铣刀类型及其参数：

根据花键轴参数，选取高速钢尖齿槽铣刀，其直径D=40，铣刀厚度L=18，齿数Z=16。

选取每齿进给量af：

根据铣刀结构及其参数，加工性质和铣削宽度

ae=（120-112）/2=4mm

按表选取每齿进给量af=0.04mm/z

确定刀具耐久度T：

按表18.2—14确定铣刀耐久度T=120min

选取切削速度V：

根据表18.2—14选取切削速度V，按条件D=40；L=10—16；Z=16：

T=120min和af=0.04mm/z，取V1=45m/min，有根据不同的加工条件进行修正计算。

按表18.2—19，工件硬度为255—302HB时，取Km=1.27，最后确定V=V1，KmV=45×1.27=57.15m/min。

确定铣床主轴转速N

N=100V/πD=1000×57.15/π×100=181.91r/min

根据X62W型铣床说明书，选定N=190r/min

最后确定的切削速度为：

V=π×100×190/1000=59r/min

确定每分钟进给量Vf:

Vf=Af×Z×N=0.04×18×190=136.8mm/min。

根据X62W铣床说明书，确定V

效验机床电动机功率：

选取切削功率Pm=1.1kw

按公式Pm≤η×Pe，则1.1≤0.85×7.5所以满足要求

计算纵向工作台的工作行程长度：

L=L+L1+L2

花键长度L=95mm,则L1=21mm，取L2=3mm，则L=400+21+3=424mm。

3.切削工时

计算机动时间：

Tm=LN/Vf=424×10/118=35.9min。

8工序八热处理：

调制处理淬火，淬硬深度1.5—2.5HRC30

（1）加工条件：

工件材料为40MnB,σb＝0.6GPa（查《模具材料及表面处理》表5-6），24—38HRC。

（2）要求：

对Φ38键槽部分进行调质处理后达到HRC30，要求在粗磨和精磨之后淬硬深度达到1.5~2.5mm（这一步很重要，调质处理决定了花键轴工作部位的机械性能）

（3）计算：

此时的调质处理是在磨削之前进行，由于粗磨和精磨后的要保证淬硬深度H=1.5~2.5mm，其工序基准和设计基准不重合，要保证零件的淬硬深度达到1.5~2.5mm，所以要计算出此时的淬硬深度h（其中粗磨加工余量为0.6mm，精磨加工余量为0.4mm）。

如下图尺寸链图5-1，尺寸h为封闭环：

由《特种机械加工技术》公式1-1和1-4计算过程如下：

基本尺寸：

h+19=19.5+1.5，则：

h=2mm

上偏差：

es=1+0.015—0.05=1.01mm

下偏差：

ei=-0