输出轴的工艺规程的制定.docx
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输出轴的工艺规程的制定
第一章前言（2
第二章工艺设计（3
§2.1确定生产类型（3
§2.2零件的工艺分析（5
§2.3零件的毛坯设计（8
§2.4拟定工艺路线（9
§2.5工序余量、工序尺寸、公差的确定（14
§2.6机床及工艺装备的确定（21
§2.7确定各工序的切削用量及时间定额（22
第三章夹具设计（41
§3.1概述（41
§3.2夹具的设计步骤（42
§3.3夹具分析（46
第四章参考文献及资料（47
第五章结束语（48
第一章前言
时光如箭,一转眼,两年的专升本函授即将结束。
现在我们面临毕业前的最后一次大的挑战,即毕业设计。
毕业设计是对我们毕业前的一次全面的、综合的检验。
检查我们两年的学习情况,是否在质和量上有了大的提高。
本人对待此次毕业设计,思想上就比较重视,希望通过此次毕业设计,能对三年来所学的专业基础课和专业课有一个好的总结,以便能更好地服务于教学。
当然,设计中不可避免会出现一些不足之处,恳切希望指导老师和答辩老师及时指出,本人将不胜感激。
随着科学技术的进步和发展,先进的、人工智能的设备不断涌现,在机械设计,设计和工艺安排方面有了较大的发展。
社会分工越来越细,生产方式也从粗放型向集约型发展。
为了适应我国农业经济体制改革和不断发展的需要,要求有性能优越的动力源带动机械作业。
拖拉机成为一种广泛的动力源被应用于各行各业中,本次毕业设计,就是以I38型动力输出轴进行的。
为此,本人深入工厂,调查研究,全面分析。
本次设计任务主要是:
输出轴的工艺规程的制定,和对花键部分的专用刀具设计,及对花键部分加工所需要的专用分度头设计。
本人尽可能选择最优方案,以提高经济效益。
本人要求完成:
（1动力输出轴的工艺规程。
（2花键部分加工需要的专用夹具设计。
随着科技的发展,计算机已进入了我们的学习和工作中,在本次设计中,我运用了CAD系统画出花键轴零件图、毛坯图、机加工工艺规程图、花键轴铣削花键时的液压自动专用分度头总装图,及分度头零件图,并利
用计算机写出毕业设计说明书。
尽量使图纸和说明书以最完美的状态出现在老师和同学们面前。
第二章工艺设计
§2.1确定生产类型
工件的生产类型
1.已知动力输出轴年产量10000.
该零件属重型机械.查资料[1]表1—3,得该产品的生产类型
为大批大量生产。
计算:
花键轴:
40Cr比重7.85×103kg/m3
体积:
v=（π×272×15+π×302×22+π×382×93+π×402×36+π×452×16.5+π×382×100/4=0.4×106mm3
质量:
m=vp=7.85×l03×0.4×106/109=3.14kg.
属轻型零件。
数量:
n=10000根
2、不同生产类型零件的加工工艺有较大的不同,只有深入了解到各种生产类型的
工艺特点才能制定出合理的工艺规程。
大批大量类型的工艺特点是:
①零件互换性:
大部分零件具有互换性,同时还保留钳工修配。
②毛坯的制造方法和加工余量:
广泛采用金属模机器造型,模锻或其它高效方
法,毛坯精度高,加工余量少。
③机床的布置形式:
部分采用通用机床,广泛采用高效专用机床及自动机床,
发展成组技术。
④工艺装备:
广泛采用专用高效夹具、复合刀具、专用量具或自动检测装置,
靠调整法达到精度要求。
⑤对工人要求:
对调整工人要求较高,对操作工人要求较低。
⑥工艺文件:
有工艺过程卡和工序卡,关键工序有调整卡和检验卡。
⑦成本:
较低。
⑧安装:
全部采用夹具,不需划线。
⑨生产周期:
长时期连续生产。
§2.2零件的工艺分析
一、了解零件的用途和工作条件
1.花键轴的功用是支承传动零件,承受载荷传递转矩,并保证一定的回转精度和平稳性,将柴油机的运动输出,并具有较高的导向性,定心精度高。
2.工作条件:
60匹马力以下的农用拖拉机动力输出轴在以下条件下工作:
①速度:
发动机额定功率工作时,每分钟转数为540±10r/mm。
②载荷:
有一定的冲击载荷。
③温度:
t≤250℃。
二、分析零件的技术要求
分析零件的结构特点:
主要部分:
①两段花键②两段轴颈
还有作轴承轴向定位的螺纹段。
1.Φ30的轴颈
其圆柱度公差为0.004mm,径向跳动为0.010mm,表面粗糙度Ra0.8,轴颈按IT6级精度制造。
2.Φ40的轴颈
其圆柱度误差为0.004mm,径向跳动为0.012mm,表面粗糙度Ra0.8,支承轴颈按IT6级制造.
动力输出轴的圆柱度将会影响到输出轴载荷的性质,而径向跳动会产生轴的同轴度误差,输出轴由于承受不必要的载荷而降低寿命。
3.花键的技术要求
花键的8个均布键提出了位置度为0.015mm,对花键表面提出淬硬层深度不小于1.2,硬度不低于HRC50的要求,外圆表面Ra6.3,IT8级精度.
花键的键齿主要起传递扭矩的作用,而花键传递的扭矩较大,为使8齿均匀承载,避免某个齿承载较大而损坏,从而降低其寿命,对8齿的位置提出较高要求.
花键的大径是内外花键配合的主要基准面,因此对它的表面粗糙度和尺寸精度有较
高的要求,以保证配合良好.
动力输出轴的花键部分常与配合键摩擦,产生磨损,因此应具有一定的耐磨性.
4.Φ45的光轴
这段轴表面粗糙度Ra0.8,径向跳动差为0.03mm,它与密封圈相配合.由于密封圈的作用是防止油液外泄和外部灰尘、杂质进入.因此Ra0.8要求适中,如果值太大,密封圈磨损加快,寿命低.为保证密封效果,故提出径向跳动为0.03mm的要求.
5.两端中心孔.
这两端的中心孔是整个轴在加工过程中的主要基准,虽无具体要求,但应该提出较高要求,否则基准精度不高,其它尺寸精度就难于保证,因此必须对其表面粗糙度严格控制.
6.M27×1.5,M40×1.5及其键槽,Φ25×3槽
这些表面的技术要求为Ra12.5,螺纹主要使Φ30,Φ40处所安装的轴承轴向固定,采用细牙,是防松作用.另外加工时,不能过分削弱花键轴的强度.键槽也起防松作用,对这些加工表面没有提高的要求.
7.右端60o的锥度
表面粗糙度为Ra12.5,作用是在安装时起导向作用,便于安装.
8.Φ14.5圆弧槽
表面粗糙度为Ra12.5,这段花键上所加工的槽,主要起轴向定位作用,装配时,在该槽中安装Φ14.5的销或螺钉,安装时起轴向定位作用,不需提出高要求.
9.两端面
由于这两面为非配合面,表面粗糙度为Ra12.5足够.
10.圆角和倒角.
对于倒角,主要作用是去表面毛刺和便于安装,对于圆弧,可要可不要,因为最终为局部淬火而非全面淬火,起不到防止应力集中（淬火产生的而开裂.
11.整个轴磨光后不应有裂纹,刀痕的加工缺陷,如果存在,轴在工作过程中出现应力集中,而导致失效,在加工完全后,最好能进行损伤处理。
主要加工表面:
Φ30、Φ40轴颈,花键和Φ45光轴.
次要加工表面:
螺纹等其它表面。
三、分析零件的结构工艺性
从零件图上看,该轴为中间粗,两端细的阶梯轴,因此轴上零件可分别从两端逐个安装,较方便。
这样的轴也便于加工,刚性较好,无需其它辅助设备就可在普通机床上粗加工出这样的轴。
该轴具有良好的结构工艺性。
该动力输出轴径向定位基准为轴线,而在实际加工过程中也是以由两端中心孔确定的作为加工基准,符合基准重合原则,加工中安排了先加工中心孔后加工外圆,符合先基准后其它加工面。
该动力输出轴的轴向定位有两个基准,一为右端面,另一为Φ45轴段的左轴的台阶面,便于加工。
综合分析后可知,该零件加工方便,在满足各方面的技术要求后,还应考虑经济、高效等因素。
四、绘制零件图（见图
B-B
C-C
旋转22.5°
2.磨加工后,轴表面不应有裂纹,黑点和刀痕3.未注倒角1.5X45°,锐角倒钝.
§2.3零件的毛坯设计
一、选材
该动力输出轴为大批大量生产,材料为40Cr,且工作时只承受扭矩（如传动轴,选用冷拉钢,并进行适当的热处理。
二、确定毛坯直径
以零件最粗处进行确定:
Φ45+各部分加工余量=Φ48.5
取毛坯直径为Φ50。
三、绘制毛坯图
§2.4拟定工艺路线
一、确定各个表面的加工方法
由前面的分析可知:
中心孔,Φ30、Φ40轴颈。
花键和Φ45光轴为主要加工面,其余为次要加工面。
现根据工厂内的现有设备,确定加工表面的加工方案。
1、主要加工面（Φ30、Φ40轴颈和Φ45光轴
分析A、B、C三种
A粗车——半精车——磨削
B粗车——半精车——粗磨——精磨
C粗车——半精车——精车——磨削——超精加工
由于动力输出轴为40Cr材料,而非有色金属,从加工理论上看,三种加工方法均可考虑,但
A类经济精度IT6——IT8级,表面粗糙度大于Ra1.6—6.3
B类经济精度IT5——IT7级,表面粗糙度大于Ra0.4—3.2
c类经济精度IT5级,表面粗糙度大于Ra0.1—0.8
综合现有设备及三种方法达到的经济精度,选B类比较合理。
这样既保证了加工要求,又可提高效益。
2.花键加工
A滚齿
B插齿
C粗铣—精铣
A类在滚齿机上能加工出花键齿来,能保证精度要求,但工厂内无此设备。
B类插齿加工由于插齿主运动为直线运动,既限制了刀具速度的提高,又降低了效率。
不允许。
C类用成型铣刀加工花键,分度精度由专用分度头来保证。
可行。
综合以上分析,选择C类方案。
3.中心孔
因为中心孔是工件在加工过程中的主要精度,必须对其提出较高要求,选择钻孔,
研磨中心孔来达到这样的要求。
4.两端面
由于其表面粗糙度为Ra12.5,所以选择粗铣。
5.M27×1.5螺纹及M40×1.5螺纹。
螺纹设IT8级精度设计,选择车削加工。
6.60短圆锥
表面粗糙度为Ra12.5,仅起导向作用,选择车削（宽刃成型车刀。
7.Φ14.5圆弧槽
该圆弧槽表面粗糙度Ra12.5,选择车削。
8.键槽
键槽作用:
防松作用,用盘铣刀铣削。
9.倒角
利用45偏刀车削。
二、工件的定位夹紧和定位基准的选择
粗基准:
以毛坯外圆作为加工的粗基准,保证加工余量均匀。
精基准:
根据基准重合原则和基准统一原则,以设计基准一两中心孔确定的轴线作为精基准。
加工时,以一固定顶尖一弹簧顶尖双顶尖的夹紧方式进行加工,以提高加工效率,防止粗加工切削力过大而打滑,同时考虑到加工节拍,故选择小进给量多次走刀。
半精加工和精加工时同时采用双顶尖和鸡心夹头,保证加工要求并符合基准统一原则。
三、加工阶段的划分
1.粗加工:
高效、快速地切削去掉大部分加工余量,比较接近于工件的形状。
2.半精加工:
调质后进行,再一次切除加工余量,将其它次要表面加工完毕及倒角。
3.精加工:
切去少量加工余量,修整淬火后出现的变形,保证加工要求,安排在热处理（淬火后进行。
四、制订工艺路线
考虑到加工精度,技术要求,加工批量,工厂设备及一些实际情况,制定了如下两种方案:
1.方案一
10铣两端面,钻中心孔
20车外圆（光一刀
30粗车Φ45、Φ40、Φ38、Φ30、Φ27外圆
40粗车Φ38外圆
50热处理（调质
60修研中心孔
70半精车Φ45、Φ40、Φ38、Φ30、Φ27外圆
80车Φ14.5圆弧槽,60圆锥
90粗铣花键
100精铣花键、倒角
110割Φ25×3槽、车螺纹
120铣键槽
130去毛刺
140花键表面淬火以达图纸要求
150粗磨各段外圆
160精磨各段外圆
170磁力探伤
180检查
190涂油包装入库
2.方案二
10铣两端面,钻中心孔
20粗车短头外圆Φ45、Φ38
30粗车长头外圆Φ40、Φ38、Φ30、Φ27
40调质处理
50修整中心孔
60半精车短头外圆,切割圆弧槽,倒300角。
（Φ38
70半精车长头外圆,切割退刀槽,车螺纹
80铣单键槽（M27×1.5
90铣单键槽（M40×1.5
100粗铣短头花键槽
110粗铣长头花键槽
120精铣长头花键槽
130精铣短头花键槽
140去锐边,修毛刺
150高频淬火
160修中心孔
170粗磨外圆表面Φ30
180粗磨外圆（短头Φ38
190粗磨外圆（长头Φ38
200粗磨外圆Φ40
210粗磨外圆Φ45
220精磨外圆表面Φ30
230精磨外圆表面（短头Φ38
240精磨外圆表面（长头Φ38
250精磨外圆表面Φ40
260精磨外圆Φ45
270探伤
280检验、包装、入库
3.两种工艺方案分析及优化。
综合以上两种工艺方案,方案一采用了工序集中原则,但粗加工时,粗基准选用了两次,这是不允许的。
方案二尽量采用工序分散的原则,符合大批大量加工要求,并且未出现同一粗基准使用两次的情况,其特点是基准统一,能保证中心孔在一直线上。
虽然方案二在半精车外圆时采用工序集中,但考虑到生产节拍和现有设备,也可以采用。
方案一一次装夹均加工多个表面,降低了生产率,这在大量生产中不合理。
两种方案都采用粗、精加工分开的原则,这点都正确。
综合以上分析,方案二合理,可行。
故采用它作为正式方案。
详见机械加工工序卡图。
§2.5工序余量、工序尺寸和公差的确定
一、径向尺寸加工余量、工序尺寸和公差的确定
1、主要加工表面
2、次要加工表面
键槽在加工时,由于设计基准与工序基准不重合,故必须确定工序尺寸,查得M27
的外径公差为Φ27
-0.268-0.032,M40的外径公差为Φ40
-0.268
-0.032。
Al=A0-d/2=23
-13.5=9.5
ESo=ESA1+Esd/2
ESA1=Eso-ESd/2=0.032+0=+0.032mm
EIo=EIA1+EId/2
EIA1=Eio-EId/2所以,Al=9.5-0.066+0.032
（2确定M40的A1
尺寸链为:
同理A0为封闭环。
Al,d/2为增环。
A
1
=36-20=16
d/2=20
-0.134
+0.032
ES
o=ES
AI
+ESd/2
ES
AI
=Eso-ESd/2=0+0.032=0.032mm
EIo=EI
Al
+EId/2
EI
Al
=EIo-EId/2=-0.2+0.134=-0.066mm
所以,A
1=16
-0.066
+0.032
二、轴向尺寸公差、工序尺寸的确定
因为在粗加工时,轴向留有1mm的加工余量,轴向基本尺寸改变,故无必要对其轴向工序尺寸和公差精确确定,而在半精加工时,对于轴向尺寸相当最终加工所保证的尺寸,有必要确定其轴向工序尺寸和公差。
现用跟踪法确定:
1.利用跟踪法从图中得到尺寸链。
2.解尺寸链。
以零件图得A
05,A
04
A
03
A
01
为自由公差,一般要求自由公差按IT12一IT18要求,
本人把A
05,A
04
按IT14级公差要求确定。
国标未注公差的极限偏差规定取值。
孔用H,
轴用h,长度用±1/2IT（即JS或Js。
得
A
05
=117±0.435mm
A
04
=36±0.3lmm
①解尺寸链（5
把封闭环A
05的尺寸公差T
05
按等公差原则并考虑到加工方法,经济精度及加工难易
程度分配工序尺寸A
1A
5
令T
1
=（±0.30mm
T
5=（±0.135mmA
1
=283±0.030mm,
A
5
=1664±0.135mm
按入体原则:
A
1=283.3
-0.60
0mm
A
5=166.235
-0.27
0mm
②解尺寸链（2
将封闭环按等公差原则,并考虑加工方法,经济精度和加工的难易程度,分配给工
序尺寸A
2,A
3
令T
2
=（±0.05mm
T
3
=（±0.05mm
则A
2
=15±0.05mm
A
3
=37±0.05mm
用计算法检验A
2
的极限偏差:
在该尺寸链中,A
02为封闭环,A
2
为减环,A
3
为增环。
ES
02=ES
3
-EI
2
EI
2=ES
3
-ES
02
=0.05-0=+0.05mm
EIo=ES
3-ES
2
ES
2=ES
3
-EI
02
=-0.05+0.20=+0.15mm
所以A
2=15
-0.05
+0.15mm
按入体原则:
A
3=37.05
-0.10
0mm
A
2=15.15
-0.10
0mm
③解尺寸链（1
图中A
1
不是有关尺寸链的公共环,所以根据图由前面计算结果得:
A1=283.3
-0.60
0mm
④解尺寸链（6
图中A
不是有关尺寸链的公共环,所以直接由图得
A
0=16.5
-0.20
0mm
⑤解尺寸链（3
图中A
03为封闭环,A
3
为减环,A
5
为增环
A
3
=37±0.05mm
A
5
=166±0.135mm
ES
03=ES
5
-EI
3
=0.135+0.05=+0.18/5mm
E1
03=E1
5
-ES
3
=-0.135-0.05=-0.185mm
所以A
03
=129±0.185mm
按入体原则:
A
03=129.185
-0.37
0mm
⑥解尺寸链（4
A
04为封闭环,A
4
为减环,A
5
为增环
A
04
=36±0.31mm
A
5
=166±0.135mm
ES
04=ES
5
-EI
4
EI
4=ES
5
-ES
04
=0.135-0.31=-0.175mm
EI
04=ES
5
-ES
4
ES
4=EI
5
-EI
04
=-0.135+0.31=+0.175mm
所以A
4
=130±0.175mm
按入体原则:
A
4=130.175
-0.35
0mm
§2.6机床及工艺装备的确定
在花键轴生产背景下,只有CA6140车床,XA6132铣床,MBl332磨床。
粗加工和半精加工包括螺纹,圆弧槽的加工,利用顶尖和鸡心夹头。
铣花键和两单键槽用专用分度头实现,加工精度取决于夹具的精度。
精加工全利用两项尖和鸡心夹头在磨床上进行,无其它辅助设施。
§2.7确定各工序的切削用量及时间定额工序20铣端面钻中心孔[3]表3-131.铣瑞面[3]表11-5
a
p
=2mm
f=0.61mm/r
v=1.5m/s=90m/min
ns=1000v/πd
w
=1000×90/3.14×50=573r/min
根据机床取n
w
=560r/min所以实际切削速度为:
v=πd
wn
w
/1000=3.14×50×560/1000=87.92m/min
切削工时:
由于轴的两端面需加工中心孔,故不必加工到中心。
可以取段φ6切入l
1
=3mm,
切出l
2
=0,l=50/2-6/2=25-3=22mm
tm=（l
1
+l/n
w
f=（3+22/560×0.61=0.074min
2.钻中心孔[3]表3-53
D=3mm.
则f=0.03mm/r
v=0.2m/s
ns=1000×0.2/πd
w
=1000×0.2/3.14×3.0=21.16r/s
=1269.8r/min
根据机床取n
w
=1120r/min所以实际切削速度:
v=πd
wn
w
/1000=3.14×3×1120/1000=10.55m/min
切削工时:
切入L
l
=2mm,l=10mm
tm=（L
l
+l/n
w
f=（2+10/1120×0.03=0.36min
1.粗车φ45外圆[1]表11-5
a
p
=1.5mm
f=0.6lmm/r
v=1.5m/s=90m/min
ns=1000×1.5/πd
w
=1000×1.5/3.14×50=9.55r/s
=573r/min
根据机床取n
w
=560r/min所以实际切削速度为:
v=πd
wn
w
/1000=3.14×50×560/1000=87.92m/min
切削工时:
切入l
1
=2mm,L=140mm
tm=（l
1
+L/n
w
f=（2+140/560×0.61=0.42min
2.粗车φ38外圆[3]表3-13
a
p
=3.5mm[1]表11-5f=0.61mm/r
v=1.5m/s=90m/min
ns=1000×1.5/πd
w
=1000×1.5/3.14×47=9.55r/s
=609.8r/min
根据机床取n
w
=560r/min所以实际切削速度为:
v=πd
wn
w
/1000=3.14×47×560/1000=82.6m/min
切削工时:
切入l
1
=2mm,L=99mm
tm=（l
1
+L/n
w
f=（2+99/560×0.61=0.296min
1.粗车φ40外圆[1]表11-5
a
p
=4mm
f=0.61mm/r
v=1.5m/s=90m/min
ns=1000×90/πd
w
=1000×90/3.14×50=9.55r/s
=573r/min
根据机床取n
w
=560r/min所以实际切削速度为:
v=πd
wn
w
/1000=3.14×50×560/1000=87.92m/min
切削工时:
切入l
1
=2mm,L=165mm
tm=（l
1
+L/n
w
f=（2+165/560×0.61=0.49min
2.粗车φ38外圆[3]表3-13
a
p
=1mm[1]表11-5f=0.61mm/r
v=1.5m/s=90m/min
ns=1000×90/πd
w
=1000×90/3.14×42=682r/min
根据机床取n
w
=710r/min所以实际切削速度为:
v=πd
wn
w
/1000=3.14×42×710/1000=93.63m/min
切削工时:
。
切入l
1
=2mm,L=129mm
tm=（l
1
+L/n
w
f=（2+129/710×0.61=0.3min
3.粗车φ30外圆[3]表3-13
a
p
=4mm[1]表11-5f=0.61mn/r
v=1.5m/s=90m/min
ns=1000×90/πd
w
=1000×90/3.14×40=716r/min
根据机床取n
w
=710r/min所以实际切削速度为:
v=πd
wn
w
/1000=3.14×40×710/1000=89.18m/min
切削工时:
切入l
1
=2mm,L=36mm
tm=（l
1
+L/n
w
f=（2+36/710×0.61=0.088min
4.粗车φ27外圆[3]表3-13
a
p
=1.5mm[1]表11-5f=0.61mm/r
v=1.5m/s=90m/
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