机械制造课程设计《输出轴》

课程设计说明书

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目录

一.零件的工艺分析及生产类型的确定 (3)

1技术要求分析 (3)

2零件的工艺分析 (3)

3轴类零件的装夹 (3)

二.选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯图 (3)

1选择毛坯 (3)

2毛坯尺寸的确定 (4)

三.选择加工方法，制定加工艺路线 (4)

1定位基准的选择 (5)

2零件表面加工方法的选择 (5)

3制定艺路线 (5)

四.工序设计 (6)

1选择机床根据工序选择机床 (6)

2选用夹具 (7)

3选用刀具 (7)

4确定工序尺寸 (6)

五.夹具设计 (9)

1定位方案 (9)

2分度设计 (9)

3定位误差分析 (9)

输出轴加工工艺及夹具设计

学生：

指导老师：

一·零件的工艺分析及生产类型的确定

1技术要求分析

题目所给定的零件输出轴，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，是最常用中碳调质钢，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。

2零件的工艺分析

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,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, φ20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。

3轴类零件的装夹

轴类零件的加工通常采用三爪卡盘，三爪卡盘能自动定心，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。二·选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯图

1选择毛坯

轴类零件最常用的毛坯是棒料和锻件，只有某些大型或结构复杂的轴（如曲轴），在质量允许下采用锻件。由于毛坯经过加热，锻造后能使金属内部的纤维组织表面均与分布，可获得较高的抗拉，抗弯及抗扭强度，所以除光轴外直径相差不大的阶梯轴可使用热轧棒料或冷轧棒料，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；模锻适用于大批量生产，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，所以综上所叙选择模锻。

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》《金属机械加工工艺人员手册》知精车-半精车-粗车各余量,从而可得毛坯余量。结果为：外圆角半径：2=r ；内圆角半径：3=R 。外模锻斜度?=5α，内模锻斜度?=7α。下图为本零件的毛坯图 图1

三·选择加工方法，制定加工艺路线

1定位基准的选择

本零件为带孔的管状零件，孔是其设计基准（亦是装配基准和测量基准），为避免由于基准不重合而产生的误差，应选孔为定位基准，即遵守“基准重合”

孔及一端面作为精基准。由于本零件全部表面都需的原则。具体而言，即选48

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。2零件表面加工方法的选择

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。

○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处理等。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。

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。

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φ75外圆柱面，做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。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。

3制定艺路线

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

四·工序设计

1选择机床根据工序选择机床

（1）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。本零件外廓尺寸不大，选用最常用的CA6140型卧式车床。

（2）工序6、11为镗削。由于加工的零件外廓尺寸不大，又是回转体，故宜在车床上镗孔，选用C6140型卧式车床。

（3）工序15铣削。工序工步简单，外廓尺寸不大，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。

2选用夹具

本零件除铣销，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。

3选用刀具

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。粗车外圆柱面：90°半精车，精车外圆柱面：前角为90°的车刀。钻头：高速钢刀具，直径为φ30；直径为φ18；扩孔钻：直径为φ19.8；铰刀：直径为φ20。镗刀，刀杆长度为200.B×H＝16×25。

4确定工序尺寸

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（毛坯余量），应将毛坯余量分为各工序加工余量，然后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：￠45C ￠60B ￠65E ￠75A ￠176D

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热处理正火

4 打中心孔打轴两端中心孔卧式车床CA6140

5 粗车F段加工余量2.8

A.B.E段加工余量2.5

C段加工余量2.3

卧式车床CA6140 6 镗孔￠140段加工余量 2.5

￠104 段加工余量1.8

￠80 段加工余量 1

￠50段加工余量 0.5

镗床

7 热处理调质200HBS

8 热处理C段轴颈淬火至45-50HBC

9 半精车各外

圆F段加工余量2.3

A.B.C.E段加工余量2.0

CA6140

10 车右端面

45O 锥面

加工余量2.0

11 半精镗￠140段加工余量 0.5

￠104 段加工余量0.4

￠80 段加工余量 0.4

￠50段加工余量0.3

镗床

12 粗磨各外圆F段加工余量0.5

A.B.E.C段加工余量0.3 万能外圆磨床

13 粗磨阶梯孔￠140段加工余量 0.3

￠104 段加工余量0.3

￠80 段加工余量 0.3

￠50段加工余量0.2

内圆磨床

14 钻右大端面

各孔钻10*￠20各孔

钻 18

扩 19.8

精磨 20

Z55钻床

15 铣键槽X6132铣床

16 精磨￠75 余量 0.5

￠60余量 0.5

17 钻孔￠8 设计专用夹具Z55钻床

18 终检按图样技术要求项目检查

五·夹具设计

本夹具是第17道工序钻8

-通孔的专用夹具。刀具为直柄麻花钻8-L GB/T

2φ

6135.3－1996。

在给定的零件中，对本步加工的定位并未提出具体的要求，是自由公差，定位要求较低。因此，本设计的重点应在卡紧的方便性与快速性以及实现钻孔的分度上。下面是夹具设计过程：

1定位方案

夹具特点:工件以大端面和两销孔定位，是典型的一面两孔定位。用右大端面定位在夹具分度盘上，另外用两短圆柱销对角定位在工件右端面直径为20的孔上。用圆柱销上部分的螺纹与开合螺母配合夹紧旋转把手把工件夹紧。结构简单，制造容易。分度副间有污物时，不直接影响分度副的接触。缺点是无法补偿

分度度间的配合间隙对分度精度的影响。分度板孔中一般压入耐磨衬套，与圆柱定位。

2分度设计

通过分度盘来实现。拧紧螺母，并通过开口垫圈将工件夹紧。转动手柄，可将分度盘松开。此时用手将定位销从定位套中拔出，使分度盘连同工件一起回转180°，将定位销重新插入定位套中，即实现了分度。再将手柄转回，锁紧分度盘，即可进行加工。

3定位误差分析

一批零件逐个在夹具上定位时，各个位置不一致的原因有二：一是定位基准

二是定位基准与限位基准不重合，记作△Y;

与工序基准不重合，记作△B

。

当工序基准的变动方向与加工尺寸的方向相同时，基准不重合误差等于定位误差；方向不同时基准不重合误差等于定位尺寸的公差与∝角的乘积;

本工序会是以圆柱销中心线作定位基准，限位基准也是此中心线。故定位基准与限位基准重合，△Y =0;工序基准是钻套中心线，与定位基准不重合，故△B =

2=0.0523

（0.033+0.041）*㏄45=0.074*2/

查《机械设计手册》得直径8的孔未注公差为：H 0.1 K0.2 L0.3,取K级公差得直径8孔的未注公差=0.2；

0.0523<0.2 故本夹具设计要求满足加工要求.