CA6140车床输出轴的加工工艺设计.docx
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CA6140车床输出轴的加工工艺设计
目录一·零件的工艺设计……………………………………………………………………………4
（一）零件的工艺分析……………………………………………………………………………4
（二）选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯图…………………………………………………5
（三）选择加工方法，制定加工艺路线…………………………………………………………6
二·工序设计……………………………………………………………………………………13
（一）选择机床根据工序选择机床………………………………………………………………13
（二）选用夹具………………………………………………………………………………………14
（三）选用刀具………………………………………………………………………………………14
（四）选用量具………………………………………………………………………………………14
（五）确定工序尺寸…………………………………………………………………………………14
三·夹具设计……………………………………………………………………………………17
（一）定位方案……………………………………………………………………………………17
（二）分度设计……………………………………………………………………………………18
（三）切削力和夹紧力的计算…………………………………………………………………18
四·确定切削用量及基本工时…………………………………………………………………19
（一）切屑用量……………………………………………………………………………………19
（二）基本工时……………………………………………………………………………………20
五·设计总结……………………………………………………………………………………21
六·参考文献……………………………………………………………………………………22
一、零件的工艺设计
（一）、零件的工艺分析
1．零件结构功用分析
该零件车床输出轴，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。
2．零件技术条件分析
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。
3．零件结构工艺性分析
该零件结构比较简单，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。
所以该零件在基准选择和加工工艺路线安排上有较高的要求。
4．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
毛坯的选择和拟定毛坯图是制定工艺规程的最初阶段工作之一，也是一个比较重要的阶段，毛坯的形状和特征（硬度，精度，金相组织等）对机械加工的难易，工序数量的多少有直接影响，因此，合理选择毛坯在生产占相当重要的位置，同样毛坯的加工余量的确定也是一个非常重要的问题。
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．确定毛坯尺寸，设计毛坯图
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>,见表１。
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：
r=2内圆角半径：
R=2。
按表5-11，外模锻斜度α=5。
，内模锻斜度α=7。
。
下图为本零件的毛坯图：
（三）、选择加工方法，制定加工艺路线
1．零件加工方法选择
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。
2．加工顺序的安排
该零件为轴类零件，先铣端面并打中心孔，以两中心孔为定位基准粗加工大端和小端各部，因为钻孔会引起大端面变形，所以先安排钻孔，再热处理去内应力。
然后半精加工，精加工大端和小端各部，达到尺寸和精度要求，最后钻斜孔和铣键槽。
3．定位基准选择
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”的原则。
具体而言，即选孔及一端面作为精基准。
由于本零件全部表面都需要加工，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。
表1机械加工工艺过程卡片
福建电力职业技术学院
机械加工工艺过程卡片
产品型号
零件图号
产品名称
输出轴
零件名称
输出轴
共
2
页
第
1
页
材料牌号
毛坯种类
锻件
毛坯外形尺寸
每毛坯件数
每台件数
备注
工序号
工名
序称
工序内容
车
间
工
段
设备
工艺装备
工时
准终
单件
00
车
粗车圆柱面φ176及端面
CA6140
YT15硬质合金车刀，游标卡尺，外经千分尺
05
车
粗车圆柱面φ60、φ65和φ75及台阶面。
CA6140
YT15硬质合金车刀，游标卡尺，外经千分尺
10
车
精车φ176外圆柱面及倒角。
CA6140
YT15硬质合金车刀，游标卡尺，外经千分尺
15
车
半精车圆柱面φ55、φ60、φ65和φ75及台阶面。
CA6140
YT15硬质合金车刀，游标卡尺，外经千分尺
20
车
精车圆柱面φ55、φ60、φ65和φ75及台阶面，倒角。
CA6140
YT15硬质合金车刀，游标卡尺，外经千分尺
25
镗
粗镗内孔φ50、φ80、φ104。
C616A
镗刀，内径千分尺，三爪自定心卡盘
30
镗
半精镗内孔φ50、φ80、φ104。
C616A
镗刀，内径千分尺，三爪自定心卡盘
35
钻
钻中心孔。
Z525
中心钻，内径千分尺
设计（日期）
校对（日期）
审核（日期）
标准化（日期）
会签（日期）
标记
处数
更改
文件号
签字
日期
标
记
处数
更改
文件号
签字
日期
表2机械加工工艺过程卡片
福建电力职业技术学院
机械加工工艺过程卡片
产品型号
零件图号
产品名称
零件名称
输出轴
共
2
页
第
2
页
材料牌号
毛坯种类
毛坯外形尺寸
每毛坯件数
每台件数
备注
工
序
号
工序名称
工序内容
车
间
工
段
设备
工艺装备
工时
准终
单件
40
铰
钻，扩，铰孔10×φ20。
Z525
麻花钻，内径千分尺
45
铣
铣键槽16×50。
X61W
铣刀，专用夹具，游标卡尺
50
钻
钻斜孔2×φ8。
Z525
麻花钻，内径千分尺
55
去
去毛刺。
60
检
终检。
70
75
80
设计（日期）
校对（日期）
审核（日期）
标准化（日期）
会签（日期）
标记
处数
更改
文件号
签字
日期
标
记
处数
更改
文件号
签字
日期
4.机加工工序简图
00、粗车圆柱面φ176及端面。
05、粗车圆柱面φ60、φ65和φ75及台阶面。
10、精车φ176外圆柱面及倒角。
15、半精车圆柱面φ55、φ60、φ65和φ75及台阶面。
20、精车圆柱面φ55、φ60、φ65和φ75及台阶面，倒角。
25、粗镗内孔φ50、φ80、φ104。
30、半精镗内孔φ50、φ80、φ104。
35、钻中心孔。
40、钻，扩，铰孔10×φ20。
45、铣键槽16×10。
50、钻斜孔2×φ8。
二、工序设计
（一）、选择机床根据工序选择机床
1.工序00、05、10、15和20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25、30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C616A型卧式车床。
3.工序45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X61W型铣床能满足加工要求。
4.工序35、40和50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Z525。
（二）、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。
（三）、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。
（四）、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《机械制造技术基础课程设计指南》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。
（五）、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：
表3外圆柱面φ176 轴段加工余量计算
工序名称
工序间
余量/mm
工序
工序基本尺寸/mm
标注工序
尺寸公差/mm
经济精度/mm
表面粗糙度Ra/μm
精车
2
IT10
6.3
176
粗车
3
IT12
12.5
179
毛坯
±2
181
表4外圆柱面φ55轴段加工余量计算
工序名称
工序间
余量/mm
工序
工序基本尺寸/mm
标注工序
尺寸公差/mm
经济精度/mm
表面粗糙度Ra/μm
精车
1.0
IT6
1.6
55
半精车
1.5
IT10
3.2
56
粗车
2.5
IT12
6.3
57.5
毛坯
±2
60
表5φ60轴段加工余量计算
工序名称
工序间
余量/mm
工序
工序基本尺寸/mm
标注工序
尺寸公差/mm
经济精度/mm
表面粗糙度Ra/μm
精车
1.0
IT6
1.6
60
半精车
1.5
IT10
3.2
61
粗车
2.5
IT12
6.3
62.5
毛坯
±2
65
表5φ65轴段加工余量计算
工序名称
工序间
余量/mm
工序
工序基本尺寸/mm
标注工序
尺寸公差/mm
经济精度/mm
表面粗糙度Ra/μm
精车
1.0
IT6
1.6
65
半精车
1.5
IT10
3.2
66
粗车
2.5
IT12
6.3
67.5
毛坯
±2
70
表5φ75轴段加工余量计算
工序名称
工序间
余量/mm
工序
工序基本尺寸/mm
标注工序
尺寸公差/mm
经济精度/mm
表面粗糙度Ra/μm
精车
1.0
IT6
1.6
75
半精车
1.5
IT10
3.2
76
粗车
2.5
IT12
6.3
77.5
毛坯
±2
80
表5φ104内孔加工余量计算
工序名称
工序间
余量/mm
工序
工序基本尺寸/mm
标注工序
尺寸公差/mm
经济精度/mm
表面粗糙度Ra/μm
精镗
1.8
IT7
3.2
104
粗镗
3.2
IT10
6.3
103.2
毛坯
±2
99
表5φ80内孔加工余量计算
工序名称
工序间
余量/mm
工序
工序基本尺寸/mm
标注工序
尺寸公差/mm
经济精度/mm
表面粗糙度Ra/μm
精镗
1.5
IT7
3.2
80
粗镗
2.5
IT10
6.3
78.5
毛坯
±2
76
表5φ50内孔加工余量计算
工序名称
工序间
余量/mm
工序
工序基本尺寸/mm
标注工序
尺寸公差/mm
经济精度/mm
表面粗糙度Ra/μm
精镗
1.5
IT7
3.2
50
粗镗
2.5
IT10
6.3
48.5
毛坯
±2
46
三、夹具设计
四、本夹具是第11道工序钻
通孔的专用夹具。
刀具为直柄麻花钻8-LGB/T6135.3－1996。
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：
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