《汽车制造工艺学》课程设计输出轴的工艺设计模板.doc

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1、目录第1章 零件的工艺分析以及生产类型的确定11.1 工艺分析11.2 生产类型的确定1第2章 选择毛坯、确定毛坯尺寸、绘制毛坯图22.1 毛坯的选择22.2 毛坯尺寸及公差的确定22.3 毛坯图3第3章 选择加工方法、制定加工工艺路线43.1 定位基准的选择43.1.1 精基准的选择43.1.2 粗基准的选择43.2 零件表面加工方法的选择43.2.1 加工阶段的划分43.2.2 热处理工序的安排43.3 工艺路线的确定53.3.1 基面先行原则53.3.2 先粗后精原则53.3.3 先面后孔原则53.3.4 工序划分的确定63.4 工艺方案6第4章 加工余量、切削用量及基本工时的确定94.

2、1 各工序加工余量的确定94.2 切削用量及基本工时104.2.1 车外圆104.2.2 铣端面174.2.3 阶梯孔加工204.2.4 铣键槽21第5章 夹具设计255.1 定位夹紧方案的确定255.2 定位误差分析255.2.1 确定设计基准与定位基准255.2.2 确定定位误差255.3 切削力和夹紧力的计算：26致谢28参考文献29第1章 零件的工艺分析以及生产类型的确定1.1 工艺分析输出轴零件材料为45钢，用于输出扭矩，承受扭转、交变载荷。热处理为调质，即淬火+高温回火，目的是降低硬度，便于切削加工，同时消除或减少内应力，使零件达到较高的综合力学性能，考虑安排在粗加工之后，半精加工

3、之前。该输出轴是由轴类和盘类零件组合而成的回转体零件。主要加工表面有的外圆、内孔和法兰孔、键槽、大小端面。次要表面有过渡锥面、油孔、内孔。轴颈各外圆精度等级均为IT6，有形位公差，且外圆尺寸遵循包容要求。原尺寸公差等级为非标准公差，查文献【2】附录3-4修正为、。原标注粗糙度为12.5修正为0.16。的内孔，精度等级为IT7，有位置度要求。原尺寸公差等级为非标准公差，查文献【2】附录3-4修正为。零件图中斜面与油孔轴线不垂直，便于钻孔将斜面角度改为1.2 生产类型的确定查文献【1】表6-3零件生产纲领为10000件/年，输出轴为中型零件，故确定生产类型为大批量生产。第2章 选择毛坯、确定毛坯尺

4、寸、绘制毛坯图2.1 毛坯的选择经过对零件的工艺分析，零件材料为45钢，由于输出轴外圆由到尺寸变化较大，采用棒料作为毛坯切削量太大，浪费时间和材料。另外，该零件的生产类型为大批量生产，采用模锻可提高生产率又可大大减少加工余量，以实现节省材料和减少后续加工，降低成本。因此，确定毛坯为锻件。采用锤上模锻，分模面为中心轴线所在的平面。2.2 毛坯尺寸及公差的确定确定锻件公差等级为普通级。零件成品质量由CATIA软件计算其质量约为9.608kg,估算锻件质量为13kg。零件为轴类，设其最大直径为182，长度为250。则毛坯包络体的质量为，,介于0.16至0.32之间。故该零件的形状复杂系数为。锻件材质

5、为45钢，为含碳量小于65%的碳素钢，故选用级。各轴颈外圆粗糙度为0.16，法兰孔内表面粗糙度为3.2，内孔为3.2其余均大于12.5。由锻件质量、零件表面粗糙度、形状复杂系数查文献【3】表5-25。确定厚度（直径方向）单边余量为2.53.2，选取3。水平方向2.53.5，选取3，查文献【3】表5-24锻件内孔直径的机械加工单边余量内孔单边余量为3.0，、内孔单边余量为2.5。查文献【3】表5-16得毛坯各尺寸公差为：、。2.3 毛坯图图2- 1毛坯第3章 选择加工方法、制定加工工艺路线3.1 定位基准的选择3.1.1 精基准的选择根据输出轴的装配要求，选择两顶尖中心孔作为定位精基准，中心孔作

6、为设计基准，用其作为定位基准既符合基准重合，又符合基准统一。当零件的外圆精加工后可以以外圆为精基准加工法兰孔，由于半精加工利用中心孔加工的外圆同心度非常高，以外圆作为基准加工出来的孔的同轴度也很高。3.1.2 粗基准的选择工件为回转体，属于轴类零件，一般情况下以外圆作为粗基准，保证定位准确夹紧可靠，利用外圆加工出中心孔。3.2 零件表面加工方法的选择3.2.1 加工阶段的划分粗加工阶段：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、外圆柱表面。半精加工阶段：其任务是使主要表面达

7、到一定的精加工余量，为主要表面的精加工做好准备，如、外圆柱面，内孔、法兰孔等。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，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，如各轴颈外圆精磨。3.2.2 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。本零件输出轴材料为45钢，加工前进行正火预备热处理是在毛坯锻造之后消除零件的内应力。粗加工之后，为消除因加工变形残余内应力，同时降低材料的硬度，获得零件材料较高的综合力学性能，采用调质处理。如下表表3- 1所示。表3- 1

8、零件的调质处理加工表面表面粗糙度公差/精度等级加工方法55端面Ra3.2IT7粗铣-精铣176端面Ra3.2IT7粗铣-精铣55外圆柱表面Ra0.16IT6粗车-半精车-粗磨-精磨60外圆柱面Ra0.16IT6粗车-半精车-粗磨-精磨65外圆柱面Ra0.16IT6粗车-半精车-粗磨-精磨75外圆柱面Ra0.16IT6粗车-半精车-粗磨-精磨176外圆柱面Ra3.2IT8粗车-半精车50孔Ra12.5IT11粗镗80孔Ra3.2IT7粗镗-半精镗-精镗104孔Ra12.5IT11粗镗20通孔Ra3.2IT7钻孔-扩孔-粗铰-精铰键槽Ra3.2IT8粗铣-精铣3.3 工艺路线的确定3.3.1 基面

9、先行原则该零件进行加工时，同时铣两端面打中心孔，再以中心轴线为基准来加工，因为两端面和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。3.3.2 先粗后精原则我们先安排粗加工工序，再安排精加工工序，粗加工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，若粗加工后留余量的均匀性满足不了精加工的要求时，则要安排半精加工。3.3.3 先面后孔原则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，

10、并能提高孔的加工精度，所以对于输出轴来讲先加工75外圆柱面，做为定位基准再来加工其余各孔。3.3.4 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，并且利于采用高生产率的机床。故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个简单工步，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。考虑到该零件的生产类型为大批量生产，设计工艺路线是我们主要考虑工序集中，将粗精加工尽量

11、安排在一个工序中。3.4 工艺方案工艺方案：（锻出各阶梯孔毛坯）1、备料；2、精锻；3、预备热处理；4、铣两端面打中心孔；5、粗车各外圆及锥面；6、热处理；7、修研中心孔；8、半精车各外圆及锥面；9、倒角去毛刺切槽；10、粗镗三阶梯孔；11、半精镗、精镗孔；12、钻、扩、铰、精铰孔；13、钻油孔；14、粗铣、精铣键槽；15、精铣两端面；16、修研中心孔；17、粗磨外圆；18、精磨外圆。第4章 加工余量、切削用量及基本工时的确定4.1 各工序加工余量的确定表4- 1外圆的加工工序工序名称供需间余量/mm工序间工序间尺寸/mm工序间经济精度/mm表面粗糙度/m尺寸、公差/mm表面粗糙度/m精磨0.

12、1IT60.16550.16粗磨0.4IT71.2555+0.1=55.11.25半精车1.1IT83.255.1+0.4=55.53.2粗车4.4IT111655.5+1.1=56.616锻造56.6+4.4=61表4- 2小头端面的加工工序工序名称供需间余量/mm工序间工序间尺寸/mm工序间经济精度/mm表面粗糙度/m尺寸、公差/mm表面粗糙度/m精铣1.0IT71.62441.6粗铣2.0IT1116244+1 =24516锻造245+2 =247 表4- 3孔的加工工序工序名称供需间余量/mm工序间工序间尺寸/mm工序间经济精度/mm表面粗糙度/m尺寸、公差/mm表面粗糙度/m粗镗5I

13、T1112.510412.5锻造104-5=99 表5- 4键槽的加工工序工序名称供需间余量/mm工序间工序间尺寸/mm工序间经济精度/mm表面粗糙度/m尺寸、公差/mm表面粗糙度/m精铣IT50粗铣IT150+2=5252+3.5=55.54.2 切削用量及基本工时4.2.1 车外圆车已知：加工材料：45钢，锻件，有外皮；工件尺寸：坯件，车削后，加工长度；加工要求：车削后表面粗糙度。4.2.1.1 粗车（） 选择机床CA6140，双顶尖定位（） 选择刀具选择直头焊接式外圆车刀（可转位）。根据书目【4】表1.1，由于CA6140车床的中心高（表1.31），故选刀杆尺寸，刀片厚度。根据书目【4】

14、表1.2，粗车带外皮的锻件毛坯，选择YT5牌号硬质合金车刀。车刀几何形状 由书目【4】 表1.3，选择选择卷屑槽带倒棱前刀面，。（） 选择切削用量确定切削深度由于粗加工余量仅为，可在一次走刀内切完，故。确定进给量f根据书目【4】表1.4，,按CA6140车床说明书，选择。确定的进给量尚需满足车床进给机构强度的要求，故需进行校验。根据CA6140车床说明书，CA6140 机床进给机构允许的进给。根据书目【4】表1.21，当钢的强度， ，（预计）时，进给力为。根据书目【4】表1.29-2，切削时的修正系数为，故实际进给力为，由于，故所选的可用。选择车刀磨钝标准及寿命由书目【4】表1.9，车刀后刀面

15、最大磨损量取为 1mm，可转位车刀耐用度。确定切削速度根据书目【4】表1.10，YT5牌号硬质合金车刀加工钢材，切削速度修正系数为，故。则n=r/min,由CA6140车床说明书，选择n=250r/min,则实际切削速度为。校验机床功率根据书目【4】表1.24，当， 2.4，f0.96/r， 57m/min，kW.切削功率的修正系数为根据书目【4】表1.92-2，故kW,根据CA6140车床说明书，车床主电动机功率，故所选之切削用量可在CA6140车床上进行。综上：=2.2，f=0.86/r，=47.8m/min，n=250r/min。（4） 计算基本工时(5-1)式(5-1)中，根据书目【4

16、】表1.26，车削时的入切量及超切量，则，4.2.1.2 半精车（1） 选择刀具车道形状、刀杆尺寸及刀片厚度均与粗车相同。半精车的刀片牌号为YT150，车刀几何形状为 ，（2） 选择切削用量确定切削深度=1.1/2=0.55确定进给量f 半精加工进给量主要受加工表面粗糙度的限制。根据书目【4】表1.6，当表面的粗糙度为时，。根据CA6140车床说明书，选择。选择车刀磨钝标准及寿命 由书目【4】表1.9，车刀后刀面最大磨损量取为0.4mm，可转位车刀耐用度 T = 60 min确定切削速度 根据书目【4】表1.10，YT15牌号硬质合金车刀加工钢材，1.4，f0.38/r，m/min.切削速度的

17、修正系数均为1.0，故=176m/min。则n=，根据CA6140车床说明书，选择n=900r/min。实际切削速。校验机床功率根据书目【4】表1.24，当， 2.0，f0.3/r， 162m/min，kW。根据CA6140车床说明书，车床主电动机功率，故所选之切削用量可在CA6140车床上进行；综上:=0.55，f=0.3/r，=160m/min，n=900r/min。（3） 计算基本工时(5-2)式中，根据书目【4】表1.26，车削时的入切量及超切量，则，。4.2.1.3 粗磨（1） 选择机床外圆磨床，双顶尖定位（2） 选择磨具选择平形砂轮，根据外圆磨床说明书，选取砂轮尺寸为 ，砂轮磨削速

18、度，取。（3） 选择磨削方法采用纵向磨法 砂轮运动为旋转和横进给，工件运动为旋转和纵向往复。（4） 确定被吃刀量工件直径为，根据书目【7】表5.5-8，选择工件速度为，选择，。由表5.5-8，修正系数为。故，纵向进给量（5） 确定砂轮转速(5-3)式中，则。（6） 确定工件转速(5-4)式中，则。（7） 转速比一般外圆磨转速比，（8） 确定轴向进给量(5-5)式中为外圆磨削轴向进给速度，。（9） 确定磨削力(5-6)根据书目【7】表5.1-2，。（10） 功率校验磨削功率，砂轮电机输出功率，则，根据外圆磨床说明书，。(11)计算基本工时由书目【5】表6.2-9，,。则。综上：，。4.2.1.4

19、 精磨（1） 磨床、磨具、磨削方法均与粗磨相同（2） 确定被吃刀量工件直径为，根据书目【7】表5.5-8，选择工件速度为：，选择，由表5.5-8，修正系数为，故，纵向进给量。（3） 确定砂轮转速(5-7)式中，则（4） 确定工件转速(5-8)式中，则。（5） 转速比一般外圆磨转速比 ，（6） 确定轴向进给量，（7） 确定磨削力(5-9)根据书目【7】表5.1-2，。则。（8） 功率校验磨削功率，砂轮电机输出功率，则，根据外圆磨床说明书，。（9） 计算基本工时由书目【5】表6.2-9，则。综上：，。4.2.2 铣端面4.2.2.1 粗铣铣端面选择机床XZ21.4,=14kw,1.选择刀具（1）根

20、据切削用量简明手册表1.2选择YT15硬质合金刀片。根据切削用量简明手手册表3.1 时，端铣刀直径，但YT15最小直径为100mm，所以取 ，查切削用量简明手册表3.15知z=5。（2）铣刀形状 查切削用量简明手册表3.2，由于，故选择。2.选择切削用量（1）铣削深度 （2）决定每齿进给量 采用对称端铣以提高效率。查切削用量简明手册表3.5，=0.120.18mm/z,因采用不对称端铣，=0.18mm/z。（3）选择铣刀磨钝标准及刀具寿命查切削用量简明手册表3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为1.01.2，取1.2，查切削用量简明手册表3.8，由于，故刀具寿命T=180min。（4）决定切削速度

21、及每分钟进给量查切削用量简明手册表3.15，当，z=5，0.18mm/z时，。各修正系数，。故，查机械制造工艺设计简明手册表4-2-47，取n=378r/min, =300mm/min，。(5)校验机床功率查切削用量简明手册表3.23，当时，故所选之切削用量可在XZ21.4铣床上进行。综上，=300mm/min，n=378r/min，。（6）计算基本工时式中，查切削用量简明手册表3.26，当，时，入切量及超切量，则，。4.2.2.2 精铣选择机床XZ21.4,=14kw,1.选择刀具（1）根据切削用量简明手册表1.2选择YT15硬质合金刀片。根据切削用量简明手手册表3.1 时，端铣刀直径，但Y

22、T15最小直径为100mm，所以取 ，查切削用量简明手册表3.15知z=5。（2）铣刀形状 查切削用量简明手册表3.2，由于，故选择。2.选择切削用量（1）铣削深度（2）决定每齿进给量采用对称端铣以提高效率。查切削用量简明手册表3.5，=0.120.18mm/z,因采用不对称端铣，=0.18mm/z。（3）选择铣刀磨钝标准及刀具寿命查切削用量简明手册表3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为0.30.5，取0.5，查切削用量简明手册表3.8，由于，故刀具寿命T=180min。（4）决定切削速度及每分钟进给量查切削用量简明手册表3.15，当，z=5，0.18mm/z时，。各修正系数，故查机械制造工艺设

23、计简明手册表4-2-47，取，。(5)校验机床功率查切削用量简明手册表3.23，当，时，故所选之切削用量可在XZ21.4铣床上进行。综上，。（6）计算基本工时(5-10)式中，查切削用量简明手册表3.26，当，时，入切量及超切量，则，。4.2.3 阶梯孔加工机床：由于加工零件是回转体，且加工零件轮廓尺寸不大，故选用车床C616刀具：硬质合金YT15类镗刀 镗杆200 BH =16254.2.3.1 粗镗104孔1)背吃刀量的确定取2)进给量的确定由机械制造技术基础课程设计指导课程表5-30，选取该工步的每转进给量,参照机械制造工艺设计简明手册表4.2-9所列车床C616的实际进给量，取.3)切

24、削速度的计算由机械制造技术基础课程设计指导课程表5-30，工件材料为45钢，切削速度。由公式参照机械制造工艺设计简明手册表4.2-9所列车床C616的主轴转速，取转速n=120r/min，由公式可求得该工序的实际钻削速度。4)校核功率由机械制造技术基础公式(5-11)5)单件时间定额的计算基本时间的计算由表5-41，基本时间，其中，取，,；。则。4.2.4 铣键槽4.2.4.1 粗铣（1） 选择机床立式铣床，X51，双顶尖定位（2） 选择刀具选用高速钢直柄立铣刀，根据书目【8】表2.1-20刀具尺寸为。（3）选择切削用量确定铣削宽度键槽宽，取铣削宽度确定被吃刀量由于加工余量不大，故可在一次走刀

25、内切完，则确定每齿进给量粗铣键槽采用粗齿，选齿数，根据书目【8】表2.1-72，当时，选取选择铣刀磨钝标准及刀具寿命根据书目 表2.1-75，当时，铣刀后刀面最大磨损量为,选取最大磨损量为0.40，根据表2.1-76，当时，选择刀具寿命确定铣削速度根据书目【8】表2.1-93，当，时，铣削功率为，铣削速度，则，根据X51铣床说明书，选择，则实际切削速度为。确定进给速度，根据X51铣床说明书，选择。（4）确定铣削力(5-12)根据书目【8】表2.1-78， ，铣削力修正系数为，则， 。1、 校验机床功率，根据X51铣床说明书，机床主轴允许的功率为，因此所选择的切削用量可以采用。2、 计算基本工时

26、，综上：，。4.2.4.2 精铣（1） 机床、刀具均与粗铣相同（2）选择切削用量确定铣削宽度键槽宽，取铣削宽度确定被吃刀量由于加工余量不大，故可在一次走刀内切完，则确定每齿进给量精铣采用细齿选齿数，根据书目【8】表2.1-72，当时，选取选择铣刀磨钝标准及刀具寿命根据书目表2.1-75，当时，铣刀后刀面最大磨损量为,选取最大磨损量为0.25，根据表2.1-76，当时，选择刀具寿命。确定铣削速度根据书目【8】表2.1-93，当，时，铣削速度，则，根据X51铣床说明书，选择，则实际切削速度为。确定进给速度，根据X51铣床说明书，选择。（4）确定铣削力(5-13)根据书目【8】表2.1-78，铣削力

27、修正系数为，则， 。3、 校验机床功率，根据X51铣床说明书，机床主轴允许的功率为，因此所选择的切削用量可以采用。4、 计算基本工时(5-14)综上：，。第5章 夹具设计5.1 定位夹紧方案的确定选择对10孔的加工来设计专用夹具专用夹具定位元件为一个固定V形块和一个支撑板，共限制了5个自由度，定位面为75轴颈外圆和小头端面，定位基准即为轴心线；夹紧元件为一个活动V形块，采用螺柱螺母来提供夹紧力。5.2 定位误差分析5.2.1 确定设计基准与定位基准 工件以外圆的圆柱面为定位面，在V形块上定位此时定位基准是外圆轴线。由零件图可知孔的设计基准亦为外圆轴线。5.2.2 确定定位误差，由于定位基准与设

28、计基准重合，故，根据书目6表3-1，基准位移误差为 ，式中轴径公差，形块夹角，一次同时加工5个孔，与5个孔相对应的角分别为，其定位误差分别为， ， 。5.3 切削力和夹紧力的计算：由机械加工工艺手册钻削、扩削、铰削加工表3.4-10，钻孔时，轴向力：；转矩：由机械加工工艺手册钻削、扩削、铰削加工表3.4-10：；由机械加工工艺手册钻削、扩削、铰削加工表3.4-11：所以 ，。查金属切削机床夹具设计手册表3-21：为防止工件在切削扭矩的作用下大打滑而转动所需的夹紧力 ，为防止工件在轴向力作用下打滑而轴向移动所需的夹紧力对：查金属切削机床夹具设计手册表3-19：取工件与V形块在圆周方向的摩擦系数：

29、，故安全系数 ,因一次同时加工2个孔，故所需总夹紧力为，故单个螺母需要提供的夹紧力，单个螺栓所受拉力为： 查金属切削机床夹具设计手册表3-25，选择六角螺母，其尺寸规格为：GB/T 897-1988 M24，提供的夹紧力为，满足要求。查机械制图表，选取配套双头螺栓的代号为：GB/T 897-1988 M24X110.对于夹具轴向受力，由于工件底下有垫块支承，故V形块沿轴向方向受力（即）可忽略不计。校验螺栓许用夹紧力及夹紧扭矩：根据金属切削机床夹具设计手册表3-26，故符合要求校核螺钉强度：查机械设计表5-8： ，所以，。挤压强度条件为，故单个螺钉所受载荷为由挤压条件，由剪切条件，故选取螺钉为内

30、六角螺钉，其尺寸规格为：GB/T 70.1-2000 M24X100。- 36 -致谢机械制造工艺学课程设计是学完了机械制造工艺学基础和大部分专业课，并进行了生产实习的基础上进行的又一个实践性教学环节。这次课程设计过程中遇到了不少困难，在老师的帮助下和在图书馆查阅资料，最终解决了困难。而且，这次设计使我们能综合运用机械制造技术基础中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决了零件机械制造工艺问题，设计了机床专用夹具这一典型的工艺装备，提高了结构设计能力 ，为今后的毕业设计及未来从事的工作打下了良好的基础。参考文献【1】卢秉恒主编,机械制造技术基础, 北京：机械工业出版社，20

31、07.12【2】甘永立主编，几何量公差与检测，上海：科学出版社，2009.1【3】洪慎章 李名尧主编，铸造实用数据速查手册，北京：机械工业出版社，2007.9【4】艾兴 肖诗刚主编，切削用量简明手册，北京：机械工业出版社，2000.3【5】李益民主编，机械制造工艺简明手，北京：机械工业出版社1994.7【6】邹青主编，机械制造技术基础课程设计指导教程，北京：机械工业出版社，2008.1【7】王先逵主编，机械加工工艺手册加工技术卷 北京：机械工业出版社，2006.12 【8】王先逵主编，机械加工工艺手册单行本铣销锯削加工北京：机械工业出版社，2008.6【9】上海柴油机厂工艺设备研究所，金属切削机床夹具手册，北京：机械工业出版社，1984.12【10】静恩鹤主编，车削刀具技术及应用实例，北京：化学工业出版社，2006.3【11】大连理工大学工程图学教研室编，机械制图，北京：高等教育出版社，2007.7- 37 -