最新CA6140车床输出轴设计.docx
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最新CA6140车床输出轴设计
目录
第一节零件分析
一、零件的功用分析..............................1
二、零件的工艺分析...............................1
第二节机械加工工艺规程制订
一、确定生产类型.................................2
二、确定毛坯制造形式.............................2
三、选择定位基准.................................2
四、选择加工方法.................................3
五、制订工艺路线.................................5
六、确定加工余量及毛坯尺寸.......................5
七、工序设计.....................................7
八、确定切削用量和基本时间.......................12
第一节零件分析
1、零件的功用分析
题目所给的零件为输出轴，其主要作用，一是传递转矩，使得主轴获得旋转的动力；二是工作过程中承受载荷；三是支撑传动零部件。
图中所示为输出轴的零件图。
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，应采用锻造。
2、零件的工艺分析
零件的结构工艺性是指设计的零件在满足使用要求的前提下，其中制造的可行性和经济性。
从零件图上看，该零件是典型的轴类零件，加工的面有ø55、ø60、ø65、ø75、ø176的外圆柱表面，ø50、ø80、ø104的内圆柱表面，
的通孔，
的斜孔。
图中所含的尺寸精度高，大部分在IT6级；粗糙度的方面表现在键槽的两侧面、ø80的内圆柱表面和
的内圆柱表面Ra3.2um，ø55外圆柱面、大端面Ra1.6um，ø60、ø75外圆柱为Ra0.8um，其余为Ra6.3um。
位置要求严格的表现在ø55的左端面、ø80的内孔圆柱对圆柱ø75和ø60外圆轴线的跳动量0.04mm，
孔的轴线对ø80内孔轴线的位置度为ø0.05mm，键槽对ø55外圆轴线的对称度为0.08mm；热处理方面需要调质处理到200HBV。
通过分析该零件，布局合理，方便加工，我们通过径向夹紧可以保证加工要求，尺寸完整合理，能够表达物体形状和大小，符合要求。
第二节机械加工工艺规程制订
一、确定生产类型
根据图中已知，输出轴为45号钢，该输出轴可以看做一个独立的一部分，属于轻型零件。
该生产年产量为5000台/年，则该零件的年生产纲领为：
可见，输出轴的年生产纲领为5350件/年。
根据质量计算公式可以计算出输出轴的质量为15.7kg，以及生产纲领和生产类型的关系可以确定该输出轴零件为大批生产。
二、确定毛坯的制造形式
由该零件的功用及机床的工作状况可知，该输出轴作为传递转矩，使得主轴获得旋转的动力、承受载荷。
如果使用型材的棒料，加工的余量比较大，不仅浪费材料，而且增加机床和道具的磨损。
而且锻件具有抗拉抗弯和抗扭强度，冲击韧性常用于大载荷和冲击载荷条件下，因此设计选用既能满足要求，价格又相对低廉，材料为45钢，选取模锻制造，然后人工调质处理200HBS。
三、选择定位基准
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。
1、粗基准选择
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ø55外圆柱面作为粗基准来加工ø176外圆柱面和右端面。
因此，在这里ø55为粗基准，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。
2、精基准选择
在下步工序中，则使用经过加工的表面作为定位基准，ø176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。
4、选择加工方法
在市场的前提下，一切为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保证工件加工要求的前提下，还有使工件的加工方法和经济性。
在具体选择上，一般根据工人经验和机械加工资料确定。
由于方法各种各样，工人在选择时一般结合具体的工件和现场的加工条件确定加工方案。
一、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ø176、ø55、ø60、ø65、ø75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ø55、ø60、ø65、ø75外圆柱面，ø80、ø20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。
.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ø55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ø75外圆柱面，作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：
考虑到工件是大批量生产的情况，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。
.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。
5、制订工艺路线
在综合考虑上工序顺序安排原则的基础上，如下为工艺路线：
工序号
工序内容
1
锻造
2
粗车圆柱面ø176及端面
3
粗车圆柱面ø55、ø60、ø65和ø75及台阶面
4
精车φ176外圆柱面及倒角
5
半精车圆柱面φ55、φ60、φ65和φ75和台阶面
6
调质处理200HBW
7
精车圆柱面φ55、φ60、φ65、φ75、台阶面和倒角
8
粗镗内孔φ50、φ80、φ104
9
精镗内孔φ50、φ80、φ104
10
钻孔10×φ20
11
扩孔10×φ20
12
铰孔10×φ20
13
铣键槽16×5×50
14
钻斜孔2×φ8
15
去毛刺
16
终检
6、确定加工余量及毛坯尺寸
1．改锻件的尺寸公差等级IT7-13级，加工精度要求高的地方，h10，IT9-IT10（6.3-3.2）:
精h8IT7-IT8（1.6-0.8）。
根据该零件的各加工精度要求，经过查表得锻造毛坯尺寸
加工表面
基本尺寸
加工余量数值
Ø80+0.042/+0.012
76mm
4mm
Ø50
46mm
4mm
Ø104
99mm
5mm
Ø55+0.023/+0.003
60mm
5mm
Ø60+0.065/+0.045
65mm
5mm
Ø65+0.023/+0.003
70mm
5mm
Ø75+0.023/+0.003
80mm
5mm
Ø176
181mm
5mm
锻件直接锻造大概形状，用查表发确定各加工的余量。
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,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：
；内圆角半径：
。
按表5-11，外模锻斜度
，内模锻斜度
。
下图为本零件的毛坯图。
7、工序设计
根据工序选择机床
（1）工序2、3、4、5、7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，型号TYPECA6140，中心距750mm，1000mm，1500mm，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8、9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13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10、11、12、14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。
选用夹具
本零件除铣削，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。
前车削工序用三爪自定心卡盘和心轴。
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。
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半精车及精车外圆柱面：
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ø30;刀具号T0404，直径为ø18
④扩孔钻：
刀具号为T0505，直径为ø19.8。
铰刀：
刀具号为T0606，直径为ø20
⑤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
⑥镗刀：
刀具号为T0808，刀杆长度为200.B×H＝16×25
⑦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90°r=1 VCUM160408R-A4 PVJCR2525-16Q
半精及精车外圆柱面 T0202可转位车刀75°r=1 WNUM080304EL-A2 PCRC2020-16Q
钻ø30的孔 T0303 钻头 ø30
钻ø18 T0404 钻头 ø18
扩ø19.8 T0505 扩孔钻 ø19.8
铰ø20 T0606 铰刀 ø20
车内孔 T0707 内孔车刀 93°r=1 BUM080404R-04 PSUBR3215-16Q
镗ø50的盲孔 T0808 镗刀 200.B×H＝16×25
粗铣键槽 T0909 铣刀 ø15.4
精铣键槽 T1010 铣刀 ø16
选择量具
本零件属大批大量生产，一般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，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（表5-108）。
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：
外圆柱面ø176 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
178
毛坯
±2
181
外圆柱面ø55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
ø60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
ø65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
ø75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
ø104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
ø80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
ø50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
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
2
IT9
ø16
1.6
粗铣
5
IT12
ø12
3.2
8、确定切削用量和基本时间
功率Pc×η＞Pm，所以机床功率足够，实际取值为Vc=110.5m/min，n=200r/min，f=0.66mm/r.确定切削用量及功率的校核
Ⅰ.加工外圆柱面ø176
粗车：
查《机械加工工艺设计手册》P433得知：
f=0.8～1.2mm/r取f=0.81mm/r Ap=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=nπd/1000=200×3.14×187/1000=73.4m/min
校核功率：
Pc=Kc×Ap×Vc×f/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ø55
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=nπd/1000=320×3.14×70/1000=70.34m/min 功率Pc=Kc×Ap×Vc×0.71/60000=2305×2.5×70.34×0.66/60×1000=4.4Kw 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=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
功率Pc=Kc×Ap×Vc×f/60000=2305×0.3×120/60000=1.24Kw
由于机床说明书查得Pc=7.5Kw，效率为0.75，机床功率Pn＜Pc，所以机床功率足够，实际取值为Vc=120m/min，n=660r/minf=0.3mm/r
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 功率Pc=Kc×Ap×Vc×f/60000=2305×0.55×0.18×160/60000=0.6Kw 由于机床说明书查得Pc=7.5Kw，效率为0.75，机床功率Pn＜Pc，所以机床功率足够，实际取值为Vc=160m/min，n=910r/minf=0.18mm/r
Ⅲ.加工外圆柱面ø60
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=nπd/1000=320×3.14×70/1000=70.34m/min取Ap=2.5mm .
校核功率Pc=Kc×Ap×Vc×f/60000=2305×2.5×70.34×0.71/60000=4.8Kw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=70.34m/min，n=400r/minf=0.71mm/r
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=nπd/1000=510×3.14×62.9/1000=100.7m/min 功率Pc=Kc×Ap×Vc×f/60000=2305×0.9×0.45×100.7/60000=1.57Kw 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=100.7m/min，n=510r/min，f=0.45mm/r
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
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