机械技术基础实训说明书和总结报告.pdf

机械加工工艺编制实训 题目：阶梯轴的工艺编制 学 校：专 业：班 级：学 号：学生姓名：指导老师：二零一零年十二月二十五 目录 一、序言 机械制造工艺课程设计是在我们完成了全部基础课、技术基础课、大部分专业课以及参加了生产实习之后进行的。这是我们在进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的复习，也是一次理论联系实际的训练，因此，它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。通过本次课程设计，应该得到下述各方面的锻炼：1 能熟练运用机械制造工艺设计中的基本理论以及在生产实习中学到的实践知识，正确地解决一个零件在加工中的定位、夹紧以及工艺路线安排、工艺尺寸确定等问题，保证零件的加工质量。2 提高结构设计的能力。通过设计夹具的训练，应当获得根据被加工零件的加工要求，设计出高效、省力、经济合理而且能保证加工质量的夹具的能力。3 学会使用手册及图表资料。掌握与本设计有关的各种资料的名称、出处、能够做到熟练运用。就我个人而言，通过这次设计，基本上掌握了零件机械加工工艺规程的设计，机床专用夹具等工艺装备的设计等。并学会了使用和查阅各种设计资料、手册、和国家标准等。最重要的是综合运用所学理论知识，解决现代实际工艺设计问题，巩固和加深了所学到的东西。并在设计过程中，学到了很多课堂上没有学到的东西。能够顺利的完成这次课程设计，首先得助于于老师的悉心指导，还有就是我们小组成员间合理的分工和小组成员们的努力。在设计过程中，由于对零件加工所用到的设备的基本性能和加工范围缺乏全面的了解，缺乏实际的生产经验，导致在设计中碰到了许多的问题。但在我们小组成员的共同努力下，我们通过请教老师和咨询同学，翻阅资料、查工具书，解决设计过程中的一个又一个的问题。在这个过程中，使我对所学的知识有了进一步的了解，也了解了一些设计工具书的用途，同时，也锻炼了相互之间的协同工作能力。在此，十分感谢老师的细心指导，感谢同学们的互相帮助。在以后的学习生活中，我将继续刻苦努力，不断提高自己。本说明书主要是齿轮轴的工艺规程和齿轮的专用夹具的设计说明,由于本身及小组成员能力水平有限，设计存在许多错误和不足之处，恳请老师给予指正，谢谢！二、设计题目：设计如图所示的轴类零件的机械加工工艺规程及装齿轮的专用夹具 （三）、轴设计任务 此项目的任务是设计这根轴，并且此轴主要的作用支承传动件齿轮、传递转矩、承受载荷，的作用及 设计任务及设计要求 要求编制一个轴零件的机械加工工艺规程，按照老师的设计，并编写设计说明书。具体内容如下：选择毛胚的制造方法，指定毛胚的技术要求。拟定轴的机械加工工艺过程。合理选择各工序的定位定位基准。确定各工序所用的加工设备。确定刀具材料、类型和规定量具的种类。确定一个加工表面的工序余量和总余量。确定一个工序的切削用量。确定工序尺寸，正确拟定工序技术要求。编写工艺文件。编写设计说明书。设计齿轮专用夹具装配图。四、零件的分析 1、有关轴零件的分析 根据轴类零件的功用和工作条件，其技术要求主要在以下方面：尺寸精度 轴类零件的主要表面常为两类：一类是与轴承的内圈配合的外圆轴颈，即支承轴颈，用于确定轴的位置并支承轴，尺寸精度要求较高，通常为 IT 5IT7此轴的尺寸精度要求为 IT7；另一类为与各类传动件配合的轴颈，即配合轴颈，与齿轮的配合其精度稍低，常为 IT6IT9，此轴也达到 IT7直径为 30，长度为 80 的外圆，精度为 7 级，上下偏差分别为 0，-0.013，其表面粗糙度为 0.8精度要求较高，需要磨才能达到精度要求；直径为 35，上下偏差分别为 0，-0.025，其表面粗糙度为 0.8，直径为 30 长度为 31的外圆，上下偏差分别为 0，-0.013，其精度要求较高，普通的机床无法达到所要求的精度，须至磨床加工才能达到要求 （2）、表面粗糙度 轴的加工表面都有粗糙度的要求，一般根据加工的可能性和经济性来确定。支承轴颈常为 0.21.6m，传动件配合轴颈为 0.43.2m。3*0.5 的退刀槽与左右直径为30 的外圆的中心轴线的垂直度为0.02，直径为35 的外圆与与左右直径为 30 的外圆的中心轴线的圆柱度为0.02，经过对以上加工表面的分析，我们可先选定粗基准，加工出精基准所在的加工表面，然后借助专用夹具对其他加工表面进行加工，保证它们的位置精度 其他 热处理及外观修饰等要求。（1）、设计的轴为阶梯实心轴，材料为45 号钢，淬火硬度为3540HRC，2.1、零件的结构特点 图 1 所示零件是轴，它属于台阶型轴类零件，由圆柱面、退刀槽和键槽等组成。；键槽是便于安装键，以传递转矩；从图所示的轴零件的支撑轴颈A、B 是装配基准，故对 A、B 两段轴颈的加工提出了很高的要求。主轴的支撑轴颈、配合轴颈、端面、等表面是轴的主要加工表面。其中支撑轴颈本身的尺寸精度、几何形状精度、相互位置精度和表面粗糙度尤为重要。2.2、加工工艺性 零件的技术要求不高，用车床、铣床和磨床就可以加工出来，精度要求一般是 7到 8 级，而且表面粗糙度要求也不太高，是一个较好加工的零件。2.3、确定零件毛坯 考虑到零件的经济性和综合性能要求，零件材料是 45 钢。零件年产量是大批量,而且零件加工的轮廓尺寸不大,在考虑提高生产率保证加工精度后可采用棒料。零件形状并不复杂，因此毛坯形状可以与零件的形状尽量接近，。毛坯尺寸通过确定加工余量后再决定。三、基准的选择 3.1、有关基准的选择说明 1、粗基准的选用原则 1、保证不加工表面与加工表面相互位置要求原则。当有些不加工表面与加工表面之间有相互位置要求时，一般不选择加工表面作为粗基准。2、保证各加工表面的加工余量合理分配的原则。应选择重要加工表面为粗基准。3、粗基准不重复使用的原则。粗基准的精度低，粗糙度数值大，重复使用会造成较大的定位误差，因此，同一尺寸方向的粗基准，通常只允许使用一次。2、精基准的选用原则 1、基准重合原则。尽可能使设计基准和定位基准重合，以减少定位误差。2、基准统一原则。尽可能使用同一定位基准加工个表面，以保证各表面的位置精度。如轴类零件常用两端顶尖孔作为统一的定位基准。3、互为基准原则。当两个加工表面间的位置精度要求比较高的时候，可用互为基准的原则反复加工。4、自为基准的原则。当要求加工余量小而均匀时，可选择加工表面作为自身的定位基准。3.1 基准的选择 定位的选择是工艺规程设计中重要的工作之一。定位选择得正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得宜提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正进行。粗基准的选择 因为轴类零件，执照“保证不加工表面与加工表面相互精度原则”的粗基准选择原则（即当零件有不加工表面时，应以这些不加工表面作为粗基准；若零件有若干个不 加工表面时则应与这些加工表面要求相对精度较高的不加工表面作为粗基准），所以对于本零件可以先以毛坯外圆作为粗基准，利用三爪卡盘夹紧左端 40 外圆可同时削除 五个自由度，再以 35外圆定位可削除 自由度。确定零件的定位基准 齿轮轴加工中，为了保证各主要表面的相互位置精度，选择定位基准时，应遵循基准重合、基准统一和互为基准等重要原则，并能在一次装夹中尽可能加工出较多的表面。在精加工之后，以直径为30 的左右端的外圆作为定位基准，经过修正精基准后加工合格的外圆 第四章 轴类零件的材料、毛坯及热处理 4.1、轴类零件的材料 常用 45 钢 4.2、轴类毛坯 常用圆棒料 4.3、轴类零件的热处理 一般的情况下轴在加工前，均需安排正火或退火处理，使钢材内部晶粒细化，消除锻造应力，降低材料硬度，改善切削加工性能。调质一般安排在粗车之后、半精车之前，以获得良好的物理力学性能。表面淬火一般安排在精加工之前，这样可以纠正因淬火引起的局部变形。精度要求高的轴，在局部淬火或粗磨之后，还需进行低温时效处理。此轴需要正火来提高硬度，在精工之后需要淬火使轴材料在获得较高硬度的同时，脆性增加，应力增加，耐磨性好，内部保持良好的韧性，抗冲击力强，整体变形较小，第五章 制定加工工艺路线 拟订零件的加工路线是制定工艺规程的总体布局，主要任务是选择各表面的加工方法，及定位基准，确定加工顺序，各工序采用的机床设备和工艺装备等。5.1齿轮轴加工工艺过程分析 齿轮轴加工工艺过程可划分为三个加工阶段，即粗加工阶段（包括车端面、加工顶尖孔、粗车外圆等）；半精加工阶段（铣键槽、等）；精加工阶段（包括精磨外圆等）。在机械加工工序中间尚需插入必要的热处理工序，这就决定了齿轮轴加工各主要表面总是循着以下顺序的进行，即粗车调质（预备热处理）精车淬火-回火（最终热处理）精磨。综上所述，齿轮轴主要表面的加工顺序安排如下：车端面-钻中心孔-外圆表面粗加工（以顶尖孔定位）倒角-调头车端面-钻中心孔-车端面-粗车外圆-倒角-精车外圆-倒角-调头精车外圆-倒角-铣键槽-热处理-磨外圆 当主要表面加工顺序确定后，就要合理地插入非主要表面加工工序。对齿轮轴来说非主要表面指的是键槽。这些表面加工一般不易出现废品，所以尽量安排在后面工序进行，主要表面加工一旦出了废品，非主要表面就不需加工了，这样可以避免浪费工时。但这些表面也不能放在主要表面精加工后，以防在加工非主要表面过程中损伤已精加工过的 对凡是需要在淬硬表面上加工的、键槽等，都应安排在淬火前加工。非淬硬表面上键槽等一般在外圆精车之后，精磨之前进行加工。齿轮轴中的键槽，如果安排在淬火之后，材料硬度增大，不易铣削键槽，如安排在磨削之后，这样精加工后残余应力所引起的变形和热处理后的变形，就会影响键的加工精度。表面加工方法的确定 轴的各表面加工方案 加工表面 尺寸精度等级 表 面 粗糙度 加工方案 备注 轴 的 左 端面 IT9 6.3 粗车-精车 表 4-4 轴 的 右 端面 IT9 6.3 粗车-精车 表 4-4 左 端 直 径30 的外圆 IT7 0.8 粗车精车磨 表 4-4 直径 35 的外圆 IT7 0.8 粗车精车磨 表 4-4 右 端 直 径30 的外圆 IT7 0.8 粗车精车磨 表 4-4 槽 3*0.5 IT9 6.3 粗车 表 4-4 5.2 加工阶段的划分：将轴的加工阶段划分为三个阶段：在粗加工阶段，首先要将粗基准即毛坯准备好，使后续的粗加工阶段的工序都可采用毛坯外圆定位加工;然后粗车端面、倒角、直径 35、30 的外圆以及调头，以直径为 35 的外圆为定位基准粗车左端面、外圆、倒角;在精加工阶段，完成各外圆表面的加工，使表面粗糙度达到 1.6，端面达到 6.3，在磨这一阶段，完成各表面的加工。使达到尺寸要求。5.3.工序的集中与分散 此轴采用工序集中的原则，运用工序集中原则使工件的装夹次数减少，不但可以缩短辅助时间，并且在一次装夹中加工了很多表面，有利于保证各个表面之间的相对位置精度要求。5.4 工序顺序的安排（1）、机械加工工艺安排如下：遵循“先基准后其他”先加工基准面 遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。遵循“先主后次”原则，先加工主要表面，-先加工精度要求高的外圆、表面，后加工退刀槽和键槽（2）热处理工序的安排 毛坯准备好之后，进行正火，提高毛坯材料的硬度。精车之后进行淬火，硬度 3540HRC（3）.辅助工序的安排如下:各表面精车之后，进行火候处理即淬火后，安排校正工件，使工件的轴线与磨床主轴的轴线重合，磨加工之后安排去毛刺、清洗、和终检工序。综上所述，该轴工序的安排顺序为：基准加工-主要表面粗加工及一些余量大的表面粗加工-主要表面精加工和次要表面加工-热处理-主要表面磨加工 5.5 确定工艺路线 在综合考虑上述工序顺序安排原则的基础上，确定轴的工艺路线如下：车端面-钻中心孔-外圆表面粗加工倒角-调头车端面-钻中心孔-车端面-粗车外圆-倒角-精车外圆-倒角-调头精车外圆-倒角-铣键槽-热处理-校正外圆-磨外圆-去毛刺-检验 5.6 机床设备、工装的选用 针对成批生产的工艺特征，选用设备及工艺装备按照通用、专用想结合的原则。各工序使用的机床设备、工装及工艺路线如下表所示。轴零件的工艺路线，使用的机床、工装 工序号 工 序 名 称及内容 机床设备 刀具 量具 1 粗 车 左 右端面 CA6140 45 度端面车刀 游标卡尺 2 粗 车 各 外圆 CA6140 90 度外圆车刀 游标卡尺 千分尺 3 精 车 各 外圆 CA6140 90 度外圆车刀 游标卡尺 千分尺 4 车退刀槽 CA6140 切断刀3*0.5 5 铣键槽 铣床 铣刀 游标卡尺 6 热处理 7 校 正 中 心线 外圆磨床 砂轮 8 磨 各 个 外圆 外圆磨床 砂轮 游标卡尺 千分尺 9 去毛刺 钳工台 平锉 10 检验 游标卡尺 千分尺 轴零件加工工序内容设计（1）轴零件加工余量、工序尺寸和公差的确定 下面仅以直径为 35 的外圆为例说明加工余量、工序尺寸和公差的确定方法、三爪卡盘夹持左端毛坯，粗车35 的外圆，保证工序尺寸 p1 双顶尖夹持工件，精车35 的外圆，保证尺寸 p2 双顶尖夹持工件，磨35 的外圆，保证尺寸 p3 根据加工过程的反方向向前推算，A、确定加工方案。查表 4-4 对于设计要求为 IT7 级，表面粗糙度为 Ra0.8 的外圆加工方法为：粗车-精车-磨 三道工序。B、用查表法确定加工余量。查阅有关手册，此外圆的加工总余量为 5mm，粗车的加工余量为 2mm，精车的加工余量为 1mm，磨削的加工余量为 0.5mm。C、计算各工序的基本尺寸，可将计算结果列入表中，分析时更清楚，列表时从最后一道工序向前排列。轴工序尺寸公差及偏差计算表 工序名工序余工序尺寸 工序公工序尺寸及偏差 称 量 差 磨 0.5 35.5-0.5=35 0.025 35 Ra0.8um 精车 1 36.5-1=35.5 0.039 35.5Ra1.6um 粗车 2 36.5 0.16 36.5Ra12.5um 毛坯 5 40（4）确定公差及偏差。粗车 IT12，公差值为 0.16；精车 IT8 公差值为 0.039；磨削 IT7，公差值为 0.025（2）切削用量、时间定额的计算(1).切削用量的计算 背吃刀量的确定 车35 由粗车、精车、磨等过程，粗车的背吃刀量为 2mm，精车的背吃刀量为 1mm 磨削的背吃刀量为 0.5mm 进给量的确定 粗车的背吃刀量为 2mm，由表 58 外圆车削速度参考表 可 知：ap=0.382.4,f=0.130.38mm/r,材 料 中 碳 钢（4560）可知：材料为 45 号钢，ap=2，f 取 0.20 mm/r,/精车：ap=1mm，f 取 0.25 mm/r,磨削：ap=0.5mm，f取 0.13 mm/r.切削速度的确定：粗车时切削速度（4560）取 50m/min，由公式 n=1000v/3.14d 可得主轴转速为 n=1000v/3.14d=1000*50m/min/3.14*40=398r/min 参照附表车床主轴转速，取转速 n=420 r/min，再代入上述公式重新计算，可求出此工序的实际切削速度为 v 为 V=3.14nd/1000=3.14*40*420/1000=52.752 r/min:精车：切削速度（4560）取 55m/min，由公式 n=1000v/3.14d 可得主轴转速为 n=1000v/3.14d=1000*55m/min/3.14*36.5=398r/min=480 r/min:参照附表车床主轴转速，取转速 n=550 r/min 代入 V=3.14nd/1000=3.14*36.5*550/1000=63.04r/min 磨削切削速度（4560）取 45m/min，由公式 n=1000v/3.14d 可得主轴转速为 n=1000v/3.14d=1000*45m/min/3.14*35.5=403r/min 参照附表车床主轴转速，取转速 n=1440 r/min，代入 V=3.14nd/1000=3.14*35.5*1440/1000=160.52r/min 填写机械加工工艺规程文件（详见附表1、2）夹具的设计 键的 加工余量、工序尺寸和公差的确定 加工方案示意图及工序尺寸链 Po 为 外圆精车后，铣键槽达到的尺寸，为封闭环，赋予一个向右的方向，则 A1、A2 为増环，A3 为减环 P0 的基本尺寸为 X X=30+17.75-17.5=30.25mm P0 上偏差 ES（X）ES（X）=ES（増环之和）-EI（减环之和）=0+0-（-0.0125）=0.0125 P0 下偏差 EI（X）EI（X）=EI（増环之和）-ES（减环之和）=-0.2-0.0195-0=-0.2195mm 最后求得 X=则 Po=参考文献【1】杜可可，机械制造技术基础课程设计指导.人民邮电出版社，2007【2】杨黎明，黄凯，机械零件设计手册.国防工业出版社，1986【3】沈梅，赵娟，机械识图与制图.化学工业出版社，2008【4】金属切削夹具设计手册【5】龚雯，陈则均，机械技术基础.高等教育出版社，2008