输出轴车外圆车床夹具设计说明书.docx
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输出轴车外圆车床夹具设计说明书
洛阳理工学院
课程设计说明书
学生姓名：
徐文涵
学号：
B12020826
学院：
机械学院
专业：
机械设计制造及其自动化
题目：
设计“输出轴”零件的车外圆工艺装备
指导教师：
康红艳
2016年3月3日
洛阳理工学院
机械制造技术基础课程设计任务书
内容：
1.零件图1张
2.夹具装备图1张
3.夹具体零件图1张
4.课程设计说明书1份
班级学号B12020826
学生徐文涵
指导老师康红艳
1.零件的分析··········4
2.毛坯的设计··········5
3.选择加工方法，制定工艺路线··6
4.夹具的设计··········19
5.设计心得···········20
6.参考文献···········20
一．零件的分析
1.1零件的作用
题目所给定的零件为输出轴，其主要作用，一是传递转矩，使主轴获得旋转的动力；二是工作过程中经常承受载荷；三是支撑传动零部件。
1.2零件的工艺分析
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,φ55外圆柱面、大端端面为Ra1.6um,φ60、φ75外圆柱面为Ra0.8um，其余为Ra6.3um，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,φ25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。
2．工艺规程的设计
2.1确定毛坯的制造形式
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。
二．毛坯的设计
1.选择毛坯
该零件材料为45钢。
考虑到零件在工作过程中经常承受交变载荷及冲击性载荷，因此应该选择锻件。
2.确定机械加工余量、毛坯尺寸和公差
（1）锻件公差等级普通级
（2）锻件质量mf
根据零件材料密度7.85g/㎝3零件的尺寸估算零件的成品质量为2.6kg估算mf为2.8kg。
该锻件质量Mn=π/4*18*18*24.4*7.85=4.8kg
（3）锻件的形状复杂系数s
S=mf/mn=2.6/4.8=0.54
由于0.54介于0.32和0.63之间，故该零件的复杂系数s属于s2
级
（4）锻件的材质系数M由于该零件材料为45钢，是碳的质量分数小于0.65%的碳素钢，故该锻件的材质系数为M1级
（5）零件的表面粗糙度由零件图可知除了φ60φ75的外圆表面为0.8和φ55的左端面为1.6和φ80的内孔为3.2之外其他的都是12，5
3.确定机械加工余量
根据锻件的质量、零件表面粗糙度、形状复杂系数查表5-9，由此查得单边余量在厚度方向为2.0至2.2。
水平方向也是这么多。
4.确定毛坯尺寸
上面查得的加工余量为表面粗糙度大于1.6的。
当表面粗糙度小于1.6的，余量应选择大一些。
零件尺寸
单面加工余量
锻件尺寸
偏差
φ
2.6
φ70.2
+1.7
-0.8
244
2.1
248.2
+2.1
-1.1
φ176
2.1
φ171.8
+1.5
-0.7
φ104
2.0
φ100
+1.5
-0.7
φ
2.0
φ76
+1.5
-0.7
φ50
2.1
φ45.8
+1.5
-0.7
30
2.1
34.2
+1.4
-0.6
φ
2.6
φ80.2
+1.5
-0.7
127
2.1
131.2
+1.9
-0.9
φ116
2.1
φ120.2
+1.9
-0.9
三．选择加工方法，制定工艺路线
1.基准的选择
工件在加工第一道或最初几道工序时，一般选毛坯上未加工的表面作为定位基准，这个是粗基准，该零件选用φ55外圆柱面作为粗基准来加工φ176外圆柱面和右端面。
以上选择符合粗基准的选择原则中的余量最小原则、便于装夹原则，在以后的工序中，则使用经过加工的表面作为定位基准，φ176的外圆柱面和右端面作为定位基准，这个基准就是精基准。
在选精基准时采用有基准重合，基准统一。
这样定位比较简单可靠，为以后加工重要表面做好准备。
2.零件表面加工方法的选择:
市场经济的前提下，一切都是为能创造出更多的财富和提高劳动率为目的，同样的加工方法的选择一般考虑的是在保证工件加工要求的前提下，译稿工件的加工效率和经济性，而在具体的选择上，一般根据机械加工资料和工人的经验来确定。
由于方法的多种多样，工人在选择时一般结合具体的工件和现场的加工条件来确定最佳的加工方案。
同样在该零件的加工方法的选择中，我们考虑了工件的具体情况，一般我们按加工顺序来阐述加工方案：
加工表面
表面粗糙度
公差/精度等级
加工方法
φ176外圆柱面
Ra6.3
自由公差
粗车-半精车
φ55外圆柱表面
Ra1.6
IT6
粗车-半精车-精车
φ60外圆柱面
Ra0.8
IT6
粗车-半精车-精车
φ65外圆柱面
Ra1.6
IT6
粗车-半精车-精车
φ75外圆柱面
Ra0.8
IT6
粗车-半精车-精车
φ50内圆柱面
Ra6.3
自由公差
粗铣
φ80孔
Ra3.2
IT7
钻孔-车孔-铰孔
φ104孔
Ra6.3
自由公差
钻孔-车孔
φ20通孔
Ra3.2
IT7
钻孔-铰孔
左端
Ra6.3
粗车
右端面
Ra1.6
粗车-精车
键槽
Ra3.2
IT9
粗铣-精铣
倒角
Ra6.3
三．定工艺路线
1、加工阶段的划分
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。
2、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。
3、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。
4、先面后孔
对该零件应该先加工平面，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CA6140车床输出轴来讲先加工φ75外圆柱面，做为定位基准再来加工其余各孔。
（2）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，并且利用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）、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CA6140车床输出轴材料为45钢，在加工过程中预备热是消除零件的内应力，在毛坯锻造之后。
最终热处理在半精车之后精车之前，按规范在840℃温度中保持30分钟释放应力。
（4）、拟定加工工艺路线
根据以上各个零部件的分析以及加工工艺确定的基本原则，可以初步确定加工工艺路线，具体方案如下：
方案一
1
备料
锻造毛坯
2
热处理
退火（消除内应力）
3
车
粗、精车右端面钻中心孔
4
车
粗φ176外圆柱面倒角
5
车
粗车各外圆柱面留半精车、精车余量，左端面
6
热处理
调质
7
车
半精车、精车各外圆柱面到要求倒角
8
车
钻φ30的底孔，车φ104，车φ80孔留镗孔余量
9
车
镗φ80孔到要求，倒角
10
车
倒角
11
铣
铣φ50、钻、扩、铰φ20到要求
12
铣
铣键槽
13
去毛刺
14
检验
方案二
1
备料
锻造毛坯
2
热处理
退火（消除内应力）
3
车
初车右端面，φ176外圆柱面φ104φ80φ50内孔半精车以上表面。
加工中心孔
4
车
初车左端面及各外圆表面，加工左端端面中心孔
5
热处理
调质处理
6
车
精车φ80内孔
7
车
精车左端面及各外圆表面
8
磨
磨削φ60φ75外圆表面
9
钻
钻10*φ20孔，再绞10*φ20孔
10
铣
铣键槽
11
去毛刺
去除所有的毛刺
12
检验
检验零件
方案三
1
备料
锻造毛坯
2
热处理
退火（消除内应力）
3
数控铣
铣端面钻中心孔
4
车
车大端外圆
5
车
车φ55外圆表面
6
车
车φ60外圆表面
7
车
车φ65外园表面
8
车
车φ75外园表面
9
车
车内孔
10
铣
铣φ50、钻、扩、铰φ20到要求铣键槽
11
倒角
12
去毛刺
13
检验
综上所述：
三个工艺方案的特点在于工序集中和工序分散和加工顺序，从零件本身来考虑，由于轴类零件在切削加工时易产生弯曲变形，如采用工序分散，在加工时零件的位置精度无法保证，为了同时保证零件图示的圆跳动要求，所以采用方案二。
（5）、加工路线的确定
确定刀具走刀路线主要是提高生产效率，正确的加工工艺程序，在确定走刀路线时主要考虑以下几个方面：
1、应能保证零件的加工精度和表面粗糙度
2、应使走刀路线最短，减少刀具空行程时间，提高加工效率
3、应使数值计算简单，程序段数量少，以减少编程工作量
具体加工路线见走到路线图。
（6）、加工设备的选择
①、工序三采用CA6140普通车床，车床的参数如下：
型号TYPECA6140，中心距750mm1000mm1500mm，床身上下最大回转直径￠400mm，马鞍内最大工作回转路径￠550mm，横拖板上最大回转直径￠214mm，主轴孔径￠52mm，主轴内锥孔MT6#，主轴速度级数16级，主轴速度范围20-1800r.p.m，公制螺纹（30种）0.45-20mm（30种），英制螺纹（30种）40-0.875t.p.i（30种），模数螺纹0.125-5mm，径节螺纹160-4D.P，横拖板行程239mm小刀架行程150mm，尾坐套孔锥度MT5#，套筒行程120mm，主电机功率4/5.5KW，外形尺寸2350×1020×1250mm
②、工序7、8、9采用数控车床CK7150A，车床参数如下：
8工位电动转塔刀架，可实现自动换刀，数控装置：
FANUCOI，最大回转直径590mm，最大加工直径500mm，最大加工长度1000mm，主轴转速范围30-2000RMP/min，主轴电机功率7.5KW，主要精度X定位精度≤0.016mm,Z定位精度≤0.025mm,X重复定位精度≤0.007mm,Z重复定位精度≤0.01mm
工序11、12采用X51，铣床的参数如下：
型号X51,主轴孔锥度7:
24,主轴孔径25mm。
主轴转速65～1800r/min。
工作台面积（长×宽）1000×250。
工作台最大行程:
纵向（手动/机动）620mm,横向手动190mm、机动170mm，升降手动370mm、机动350mm。
工作台进给量:
纵向35～980mm/min、横向25～765mm/min、升降12～380mm/min。
工作台快速移动速度:
纵向2900mm/min、横向2300mm/min、升降1150mm/min。
工作台T型槽数:
槽数3、宽度14、槽距50。
主电机功率7.5KW。
（7）、刀具的选择
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数控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CA6140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。
①、粗车外圆柱面：
刀具号为T0101，90°可转位车刀，圆弧半径为1，刀片型号为VCUM160408R-A4，刀具型号为PVJCR2525-16Q
②、半精车，精车外圆柱面：
刀具号为T0202，75°可转位车刀，圆弧半径为1，刀片型号为WNUM080304EL-A2，刀具型号为PCRC2020-16Q
③钻头：
高速钢刀具刀具号为T0303，直径为φ30;刀具号T0404，直径为φ18
扩孔钻：
刀具号为T0505，直径为φ19.8;铰刀：
刀具号为T0606，直径为φ20
④内孔车刀：
刀具号为T0707，93°内孔车刀，圆弧半径为1，刀片型号为TBUM080404R-04，刀具型号为PSUBR3215-16Q
⑤镗刀刀具号为T0808，刀杆长度为200.B×H＝16×25
⑥粗铣键槽刀具号为T0909，精铣键槽刀具号为T1010，
综上可做一刀具表如下：
加工表面
刀具号
刀具名称
刀具参数
刀片型号
刀具型号
粗车外圆柱面
T0101
可转位车刀
90°r=1
VCUM160408R-A4
PVJCR2525-16Q
粗车外圆柱面
T0101
可转位车刀
90°r=1
VCUM160408R-A4
PVJCR2525-16Q
半精，精车外圆柱面
T0202
可转位车刀
75°r=1
WNUM080304EL-A2
PCRC2020-16Q
钻Φ30的孔
T0303
钻头
Φ30
钻φ18
T0404
钻头
φ18
扩φ19.8
T0505
扩孔钻
φ19.8
铰φ20
T0606
铰刀
φ20
车内孔
T0707
内孔车刀
93°r=1
BUM080404R-04
PSUBR3215-16Q
镗Φ50的盲孔
T0808
镗刀
200.B×H＝16×25
粗铣键槽
T0909
铣刀
Φ15.4
精铣键槽
T1010
铣刀
Φ16
四．加工余量，工序尺寸，及其公差的确定
根据各资料及制定的零件加工工艺路线，采用计算与查表相结合的方法确定各工序加工余量，中间工序公差按经济精度选定，上下偏差按入体原则标注，确定各加工表面的机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸如下：
1）外圆柱面φ176
工序名称工序余量工序公差工序尺寸公差表面粗糙度
粗车2.2IT12φ1766.3
2工序名称工序余量工序公差工序尺寸公差表面粗糙度
精车1.0IT6φ551.6
半精车1.1IT10φ563.2
粗车15IT12φ57.96.3
毛坯17.1φ70
3）外圆柱面φ60
工序名称工序余量工序公差工序尺寸公差表面粗糙度
精车1.0IT6φ601.6
半精车1.1IT10φ613.2
粗车10IT12φ62.96.3
毛坯12.1φ70
4外圆柱面φ65
工序名称工序余量工序公差工序尺寸公差表面粗糙度
精车1.0IT6φ651.6
半精车1.1IT10φ663.2
粗车5IT12φ67.96.3
毛坯7.5φ70
5外圆柱面φ75
工序名称工序余量工序公差工序尺寸公差表面粗糙度
精车1.0IT6φ751.6
半精车1.1IT10φ763.2
粗车5IT12φ77.96.3
毛坯7.5φ80
6内圆柱面φ80
工序名称工序余量工序公差工序尺寸公差表面粗糙度
镗车3IT7φ801.6
车孔47IT12φ776.3
钻孔30IT12φ306.3
7加工通孔φ20
工序名称工序余量工序公差工序尺寸公差表面粗糙度
铰10IT7φ201.6
扩9.9IT9φ19.83.2
钻9IT12φ186.3
8加工键槽
工序名称工序余量工序公差工序尺寸公差表面粗糙度
精铣IT9φ161.6
粗铣IT12φ123.2
2.5确定切削用量及功率的校核
Ⅰ加工外圆柱面φ176
粗车：
查《机械加工工艺设计手册》得知：
f=0.8～1.2mm/r取f=0.81mm/rap=2.5mm
查《金属切削手册》知Vc=70～90m/min取Vc=80m/min则n=1000Vc/d=195.85r/min由CA6140说明书取n=125r/min
故实际切削速度：
Vc=nd/1000=200×3.14×187/1000=73.4m/min
校核功率：
Pc=Kc×ap×Vcf/60000=2305×2.5×0.81×73.4/60000=5.4Kw由于机床说明书查得Pc=7.5Kw，效率为0.8，机床功率Pn＜Pc，所以机床功率足够，实际取值为Vc=73.4m/min，n=125r/min，f=0.81mm/r
Ⅱ加工外圆柱面φ55
粗车：
确定进给量f：
查《金属机械加工工艺人员手册》增订组编上海科学出版社表10-8知f=0.6～0.9mm/r结合CA6140说明书取f=0.71mm/rap=2.5mm查《金属切削手册》知Vc=70～90m/min取Vc=75m/min则n=1000Vc/d=341.22r/min由CA6140说明书取n=320r/min故实际切削速度Vc=nd/1000=320×3.14×70/1000=70.34m/min实际取值为Vc=70.34m/min，n=320r/minf=0.71mm/r
半精车：
查《机械加工工艺设计手册》P433得知：
f=0.25～0.35mm/r取f=0.30mm/rap=0.9mm取Vc=120m/min
故n=1000Vc/d=660.04r/min圆整得n=660r/min
精车：
查《机械制造工艺与机床夹具课程设计》表2-20知：
Vc=150～160m/min取Vc=160m/minf=0.18mm/r
ap=0.55mm
则n=1000Vc/d=908.29r/min圆整得n=910r/min
Ⅲ加工外圆柱面φ60
粗车：
d=70确定进给量f：
查《金属机械加工工艺人员手册》增订组编上海科学出版社表10-8知f=0.6～0.9mm/r取f=0.71查《金属切削手册》知Vc=70～90m/min取Vc=75m/min则n=1000Vc/d=341.2r/min由CA6140说明书取n=320r/min故实际切削速度Vc=nd/1000=320×3.14×70/1000=70.34m/min取ap=2.5mm
半精车：
查《机械加工工艺设计手册》P433得知：
f=0.4～0.5mm/r取f=0.45ap=0.9mm再查外圆切削数据表知：
Vc=1.667～2.17m/s取Vc=1.8m/s则n=1000Vc/d=546.8r/min圆整得n=550r/min则Vc=nd/1000=510×3.14×62.9/1000=100.7m/min
精车：
查《机械加工工艺设计手册》表9-16知：
f=0.13～0.18mm/r取f=0.15mm/r
再查外圆切削数据表知：
Vc>1.67m/s取Vc=120m/min则n=1000Vc/d=1000×120/3.14×61.1=625.5r/min圆整得n=630r/min
取ap=0.55mm故实际切削速度：
Vc=nd/1000=630×3.14×61.1/1000=120.87m/min
Ⅳ加工外圆柱面65
粗车：
确定进给量f：
查《金属机械加工工艺人员手册》增订组编上海科学出版社表10-8知f=0.6～0.9mm/r取f=0.71mm/r
查《金属切削手册》知Vc=70～90m/min取Vc=75m/min则n=1000Vc/d=341.2r/min由CA6140说明书取n=320r/min故实际切削速度Vc=nd/1000=70.34m/min取ap=2.5mm
半精车：
查《机械加工工艺设计手册》P433得知：
f=0.4～0.5mm/r取f=0.45mm/r
再查外圆切削数据表知：
Vc=1.667～2.17m/s
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