输出轴的机械加工工艺规程及夹具设计_00000

机械制造工艺学

课程设计

设计题目：输出轴机械加工工艺规程制定及

钻孔专用夹具设计

学生姓名

班级

学号

指导教师

教研室主任

起止日期

《机械制造工艺学课程设计》

设计计算说明书

设计题目：输出轴机械加工工艺规程制定及

钻孔专用夹具设计

学生姓名

班级

学号

指导教师

教研室主任

起止日期

新余学院课程设计（论文）任务书二级学院：机械工程学院

说明：此表一式叁份，学生、指导教师、二级学院各一份。

年月日

目录

前言 (1)

一.零件的工艺分析及生产类型的确定 (1)

1.技术要求分析 (1)

2.零件的工艺分析 (1)

二.选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯图 (2)

1.选择毛坯 (2)

2.毛坯尺寸的确定 (2)

三.选择加工方法，制定加工艺路线 (3)

1.定位基准的选择 (3)

2.加工方法的选择 (3)

四.工序设计 (6)

1.选择加工设备与工艺装备 (6)

2.选用夹具 (6)

3.选用刀具 (6)

4.选择量具 (7)

5.确定工序尺寸 (7)

五.确定切削用量及基本工时 (9)

1.切削用量 (9)

2.基本时间 (18)

六.夹具设计 (18)

1.确定定位方式，选择定位元件 (19)

2.确定导向装置 (19)

3.切削力和夹紧力的计算 (20)

4.确定工件夹紧方案，设计夹紧机构 (20)

5.确定夹具总体结构和尺寸 (21)

6.夹具使用说明 (21)

七.结论 (22)

八.参考文献 (22)

输出轴加工工艺及钻床夹具设计

摘要：机械制造业的发展对世界经济起着非常重要的作用，而机械加工工艺的编制是机械制造技术的重要组成部分和关键工作。本文论述的是输出轴的加工工艺和夹具设计，着重于几个重要表面的加工，具有一定的尺寸、形状、位置要求，还有一些强度、表面粗糙度要求等，然而这些都会在文中得以体现。

前言

机械制造工艺学课程设计是在我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业之后进行的。这是我们进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的链接，也是一次理论联系实际训练。因此，它在我们的大学学习生活中占有十分重要的地位。就我个人而言，我希望能通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后参加祖国的现代化建设打下一个良好的基础。我也相信通过课程设计能将零碎的知识点都联系起来，系统而全面的做好设计。

本次课程设计是机械制造工艺学这门课程的一个阶段总结，是对课堂中学习的基本理论和在生产实习中学到的实践知识的一个实际应用过程。由于知识和经验所限，设计会有许多不足之处，所以恳请老师给予指导。

一.零件的工艺分析及生产类型的确定

1.技术要求分析

题目所给定的零件车床输出轴，其主要作用，一是传递转矩，使车床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。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，水淬时易生裂纹。综合技术要求等文件，选用铸件。

2.零件的工艺分析

从零件图上看，该零件是典型的零件，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,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。

二.选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯图

1.选择毛坯

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。本零件生产批量为中批量，所以综上所叙选择锻件中的模锻。

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<或查表得到>。铸件的外圆角半径按表5-12确定，内圆角半径按5-13确定。结果为：外圆角半径：2=r ；内圆角半径：3=R 。按表5-11，外模锻斜度?=5α，内模锻斜度?=7α。下图为本零

件的毛坯图

毛坯图

三.选择加工方法，制定加工艺路线

1.定位基准的选择

本零件为带孔的轴类零件，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，应选回转轴线为定位基准，即遵守“基准重合”的原

孔及一端面作为精基准。由于本零件全部表面都需要加工，则。具体而言，即选48

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.加工方法的选择

⑴回转体表面面的加工：面的加工方法有很多，本零件主要是加工外圆面和端

面。φ55、φ60外圆面的加工精度采用7级精度可以满足要求，故可采取粗车-半精车

-精车的加工方式。φ65、φ75外圆面的加工精度要采用6级精度才能达到要求，故采

用粗车-半精车-粗磨-精磨的加工方式。

⑵孔的加工：孔的加工方式有钻、扩、镗、拉、磨等。对于内孔采取在车床上

镗孔的方式。原因是结构紧凑，重量不大，适用于车削加工。

通孔10×φ20采用在车床上镗孔的方式，斜孔2×φ8在钻床床钻孔。

⑶键槽的加工：零件上的键槽在铣床上铣。其公差等级为IT7，两侧的粗糙度为Ra3.2μm，槽底面的粗糙度为Ra6.3μm。可采用粗铣-精铣的加工方式。

⑷两端面的加工：端面的加工在铣床上进行，其公差等级为IT7，粗糙度的

要求分别为Ra25μm，Ra,12.5μm。

3.制定工艺路线

制定工艺路线是制定工艺规程最重要的工作，也体现了工艺师工艺水平的重要方面。其原则是，在保证零件的几何形状、尺寸精度、表面质量的前提下，尽可能提高生产率，降低成本，取得好的经济效益。

工艺路线的确定：

⑴基准先行原则该零件加工时应该先φ55端面为粗基准加工φ176外圆面及其端面，再以φ176为基准加工φ55端面及其外圆面。

⑵先粗后精原则先安排粗加工工序，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。

⑶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，并能提高孔的加工精度。

⑷先主后次原则先加工主要表面，后加工次要表面。这里的主要表面是指基准面，主要工作面。次要表面是指键槽、内孔等其他表面。次要表面和主要表面之间

往往有相互位置要求。因此，在主要表面达到一定的精度之后，再以主要表面定位加工次要表面。

工艺路线安排如下：

⒈工序05备料、模锻。

⒉工序10用三爪卡盘定位φ55回转体表面，粗车φ176外圆和粗铣φ176端面。

⒊工序15用三爪卡盘定位φ176回转体表面,并且粗铣φ55端面和粗车φ55、φ

60、φ65、φ75的回转体表面。

⒋工序20 用三爪卡盘定位φ55回转体表面，半精车φ55、φ60、φ65、φ75、φ176的外圆。

⒌工序25 用三爪卡盘定位φ55回转体表面，粗磨φ65、φ75的外圆表面。

⒍工序30 用三爪卡盘定位φ55回转体表面，粗车、半精车过度锥面。

⒎工序35 以轴的回转轴线为基准，粗镗内孔φ50、φ80、φ104。

⒏工序40 以轴的回转轴线为基准，半精镗内孔φ50、φ80、φ104。

⒐工序45 以φ80孔的中心线为基准，钻、扩、铰孔10×φ20。

⒑工序50 钻斜孔2×φ8。

⒒工序55 以轴的回转轴线为基准，粗铣键槽。

⒓工序60 热处理：调质处理硬度为200-230HBW。

⒔工序65 精车φ65、φ75的外圆及锥面。

⒕工序70 用三爪卡盘定位φ55回转体表面，精磨φ65、φ75的外圆表面。

⒖工序75 以轴的回转轴线为基准，精铣键槽，用三爪卡盘定位φ55回转体表面，精铣φ176端面；用三爪卡盘定位φ176回转体表面, 精铣φ55端面。

⒗工序80 去毛刺、清洗、检验。

四.工序设计

1.选择加工设备与工艺装备

选择机床根据工序选择机床

选择加工设备及选择机床类型。由于已经根据零件的形状、精度特点，选择了加工方式，机床的类型也随之确定。至于机床的型号，取决于现场的设备情况。最终选择的机床，其经济精度应与零件表面的设计要求相适应，初步选定的机床如下：工序10、15、60、80中进行的操作分别是粗铣φ176端面、铣φ55端面、粗铣键槽、精铣键槽，精铣φ176端面，精铣φ55端面，用的设备是X53T立式铣床。

工序50中钻、扩、铰孔10×φ20，工序55中钻斜孔2×φ8，选用Z3025摇臂钻床。

其余工序如加工端面和外圆，都可以在CA6140卧式车床进行。

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.选择量具

本零件属大批大量生产，一般配情况下尽量采用通用量具。根据零件表面的精度要求、尺寸和形状特点，参考参考文献[4]》相关资料，选择如下：读数值0.02、测量范围0～150游标卡尺，读数值0.01、测量范围0～150游标卡尺。读数值0.01、测量范围50～125的内径千分尺，读数值0.01、测量范围50～125的外径千分尺，读数值0.01、测量范围50～125的内径百分表。

5.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：

⑴外圆柱面φ176轴段加工余量计算

⑵外圆柱面φ55轴段加工余量计算

⑶φ60轴段加工余量计算

⑷φ65轴段加工余量计算

⑸φ75轴段加工余量计算

⑹φ104内孔加工余量计算

⑺φ80内孔加工余量计算

⑻φ50

内孔加工余量计算

五.确定切削用量及基本工时

切削用量包括背吃刀量p a 、进给量f 和切削速度v 。确定顺序是确定p a 、f ，再确定v 。本说明书选取工序1粗车外圆m m 55φ为例确定其切削用量及基本时间。

1.切削用量

本工序为粗车。已知加工材料为45钢，锻件，有外皮；机床为CA6140型卧式

车床，工件装夹在三爪自定心卡盘中。 确定m m 55φ外圆的切削用量。

所选刀具为YT15硬质合金可转位车刀，根据表5-112，由于CA6140机床的中心高为200mm ，故选用刀杆尺寸B ×H=16mm ×25mm ，刀片厚度为4.5mm 。根据表5-133，选择车刀几何形状为卷槽带倒棱型前刀面，前角?=120γ，后角?=60α、主偏角?=90γκ、,副偏角?=10γκ、刃倾角?=0s λ、刀尖圆弧半径mm 8.0=εγ。 ⑴确定背吃刀量p a 由于粗车双边余量为2.5mm ，则p a ＝2.25mm 。

⑵确定进给量f 根据表5-114，在粗车钢件、刀杆尺寸为mm mm 2516?、mm a p 3≤、工件直径为mm 100~60时，r mm f /9.0~5.0=。按CA6140机床的进给量选择

r mm f /65.0=。确定的进给量尚需满足机床进给强度的要求，故需进行校验。

根据表5-55，CA6140机床进给机构允许的进给力N F 3530max =。

根据表5-123，当钢材MPa b 670~570=σ、mm a P 0.2≤、r mm f /75.0≤，

?≤45r κ，min /65m v = (预计)时，进给力N F f 760=。

F f 的修正系数为0.10=f F k γ，0.1=f s F k λ，17.1=f F k k γ,故实际进给力为

N N F f 2.88917.1760=?=，由于max F F f ≤，所选的r mm f /65.0=可用。

⑶选择车刀磨钝标准及耐用度 根据表5-119，车刀后刀面最大磨损量取为1mm ，可转位车刀耐用度min 60=T 。

⑷确定切削速度v 根据表5-120，当用YT15硬质合金车刀加工钢材时，

mm a P 0.2≤，r mm f /75.0≤时，切削速度min /97m v =。

切削速度的修正系数为8.0=sv κ，65.0=tv κ，81.0=Tv κκ，0.1=Tv κ，0.1==v Mv κκκ表2-9。则有：min /9.40min /81.065.08.097m m v =???=

切削用量包含切削速度、进给量及背吃刀量三项，确定方法是先确定背吃刀量、进

给量，最后确定切削速度。不同的加工性质，对切削加工的要求是不一样的。因此，在选择切削用量时，考虑的侧重点也不同。

粗加工时，一般优先选用尽可能大的背吃刀量，其次选择较大的进给量，最后根据刀具的耐用度情况选择合适的切削速度。

精加工时，一般选择小得背吃刀量和进给量，从而尽可能的提高切削速度。 ⑴粗车φ55＋0.028－0.003外圆的切削用量

本工序为粗车外圆φ55，机床采用最常用的CA6140卧式车床。 已知：加工材料：4５钢，MPa 600b =σ，锻件，有外皮； 工件尺寸：坯件D=60㎜，车削后D=57.5㎜，加工长度80=l ㎜； 加工要求：车削后表面粗糙度a R 6.3μm 。 根据《机械加工工艺手册》表 7-4

选用的刀具为YT5牌号硬质合金车刀，选择的参数为：

主偏角?=60r κ，副偏角?=10'r κ，后角?=6o α，前角?=12o γ，刃倾角?=0s λ，刀尖圆弧半径mm r 0.1=ε。

选择切削用量： 确定背吃刀量a p

由于粗加工的余量为2.5mm,可以再一次走刀内完成，故a p =2.5/2=1.25mm 。 确定进给量f

由于零件本次加工的加工余量小，根据《机械加工工艺手册》表1.1-47及《机械制造工艺学课程设计指导书》表5-42，取f=0.51mm/r 。 选择车刀磨钝标准和耐用度

根据《机械制造工艺学课程设计指导书》表5-40，后刀面最大磨损限度取1.1mm,

刀具的耐用度为T=60 Min 。

确定切削速度v 和工作台每分钟进给量V f

本零件的材料为45钢，MPa 600b =σ，a p =1.25mm ，f=0.51mm/r ，根据《机械制造工艺学课程设计指导书》表5-32对车削速度进行修正：根据刀具的耐用度T=60min,得修正系数K Tv =1.0；根据工件材料的强度，得修正系数K Mv =1.0；根据毛坯状态得修正系数K sv =0.8；刀具的材料为YT5，得修正系数为：K tv =0.65;此处为车削，得修正系数K Kv =1.0；得修正系数为主偏角为60o 得修正系数为K KrV =0.92。 所以，K Tv =1.0，K Mv =1.0，K sv =0.8 ，K tv =0.65，K Kv =1.0，K KrV =0.92 切削速度的公式为V=C v /(T m ×a p Xv ×f yv )

根据《机械制造工艺学课程设计指导书》表5-43，取数值： C v =291，Xv=0.15，yv=0.2,m=0.2。

V=C v /(T m ×a p Xv ×f yv )×K Tv ×K Mv ×K sv ×K tv ×K Kv ×K KrV 所以带入数据后可算得V=67.92 m/min

转速n=1000V/πd=1000×67.92/π×60=360.32 r/min

根据《机械制造工艺学课程设计指导书》表5-44,取CA1640机床的主轴转速选择320 r/min ，则实际切削速度为

V=πdn/1000=π×60×320/1000=60.32 m/min

检验机床功率

根据《机械制造工艺学课程设计指导书》表5-45,查得切削力Fz 和切削功率Pm 的计算公式如下：

F z =C Fz ×a p xFz ×f yFz ×V nFz ×K Fz (N) Pm= FzV/60×1000 （KW ）

式中，C Fz=2650,x Fz=1.0, y Fz=0.75，n Fz,=-0.15，K Fz = K TFz×K MFz×K KrFz×K r.Fz，

根据《机械制造工艺学课程设计指导书》表5-32得：与刀具耐用度有关的修正系数K TFz= 1.0；与工件材料有关的系数K MFz =1.0；与主偏角有关的修正系数K KrFz =0.94；与前角有关的修正系数K r.Fz =1.10。因此总的修正系数为

K Fz = K TFz×K MFz×K KrFz×K r.Fz =1.034

所以,切削力为

F z =2650×1.251.0×0.510.75×60.32-0.15×1.034=1118.5 N

切削功率为

Pm =1118.5×60.32/60×1000KW =1.124 KW

根据《机械加工工艺手册》，查得CA1640卧式车床主动机功率P E =7.5 KW ，因为Pm＜P E,故上述切削用量可用。最后确定的切削用量为：

a p=1.25mm；

f=0.51mm/r

V=60.32 m/min （n=320 r/min）

⑵半精车φ55＋0.028－0.003外圆的切削用量

本工序为半精车外圆φ55，原来的直径为57.5㎜，车削后D=56㎜机床采用最常用的CA6140卧式车床。

根据《机械加工工艺手册》表7-4

选用的刀具为YT15牌号硬质合金车刀，选择的参数为：

主偏角Kr=45o,副偏角K, r=10o,前角γ。=10o，刃倾角λs=-5o，后角α。=6o，车刀刀尖圆弧半径rε=0.6mm。

选择切削用量：