三相异步电动机输出轴的机械加工工艺的设计Word格式文档下载.docx
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谢词....................................................................................................................19
参考文献............................................................................................................20
摘要：
这篇毕业设计主要阐述的是一套关于3相异步电动机输出轴的机械加工工艺规程的设计方法。
在论文中,首先对3相异步输出轴作了简单的介绍,接着对输出轴进行了工艺分析,制定了工艺路线,阐述了输出轴的理论计算,最后,按照计算准则和设计理论设计了输出轴的机械加工工艺规程,该设计代表了输出轴设计的一般过程。
随着中国经济的快速发展，“中国制造”开始行销全球。
2006年，中国制造业的GDP增加值达到10956亿美元，首次在总量上超过日本，成为世界排名第二的制造大国；
2007年，中国制造业的GDP增加值达到13000亿美元。
陕西渭河工模具总厂是机械电子行业工模具专业生产企业。
从最初的研发试制到现在CAD/CAM的应用，设计和制造了许多典型的冷冲模具，在国内赢得了良好的声誉。
近年来，随着CAD/CAM的不断应用，此厂生产了大批的精密冲压模具，特别是多工位级进模和多工位传递模具，不论从设计上还是制造方面均可与进口模具相媲美。
此厂应用CAD/CAM技术起步较早，不但是在设计和加工上应用了CAD技术，同时在工艺参数上，特别是复杂零件的几何参数上也应用了CAD技术，被陕西省科技厅、国家科技部授予“CAD示范企业"
称号。
近10年来，在模具设计上已经全部采用了CAD技术，部分加工上也应用了CAM技术。
此厂模具设计应用平台硬件是美国SGI工作站，软件是美国EDS公司的UG软件，近年来又购进了"
电子图板"
设计软件。
CAD/CAM技术在此厂应用面比较广，但存在的不足主要有一点：
是由于软件引进较早，且一直没有升级。
关键词：
输出轴
第一章序言
毕业设计是在学完了三年课程所做的设计，在进行了生产实习的基础上进行的一个教学环节，它要求学生全面地综合运用本课程及有关先修课程的理论和实践知识，进行零件加工工艺规程的设计和机床夹具的设计。
随着计算机技术的发展，计算机辅助设计/计算机辅助制造（CAD/CAM）技术在工程设计、制造等领域中具有重要影响的高新技术。
CAD/CAM技术自动加工的实现对社会产生了巨大的经济效益。
在20世纪60年代初，麻省理工学院研究生发表了《人机对话图形通信》，推出了二维SKETCHPAD系统，系统允许设计者在图形显示器前操作光笔和键盘，同时可以在显示器上显示图形，由此为CAD/CAM技术提供了理论基础。
20世纪60年代到20世纪70年代中期是CAD/CAM技术走向成熟的阶段，随着计算机硬件的发展，三维几何软件也相应发展起来。
到了20世界90年代，CAD/CAM技术从单一的模式、单一的功能走向集成化和智能化。
使用CAD/CAM各子系统之间进行数据交换，从而出现了面向对象的技术、并行工程的思想、人工智能技术等。
我国CAD/CAM技术从20世纪70年代开始以来，经过不断的发展和推广使用，取得了良好的经济效益和社会效益。
我国CAD/CAM技术的应用大多以绘图设计为突破口，在硬件和软件升级方面不够到位。
在设计中，是基于Pro/Engineer这个软件来写的。
机械专业的学生，只有掌握好相关软件握的技术，才能更好地做好产品设计、加工的一体化，最终达到机械理论知识和实际操作的有机结合。
在Pro/Engineer这个软件中，尤其是Pro/EngineerWildfire的PRO/NC模块的应用，把自动编程技术表现的淋漓尽致。
。
在NC制造设置（包括NC机床定义、夹具设置、刀具设定等）、NC加工方法、NC序列设置、加工轨迹的演示、后置处理等都做了描述。
软件支撑是远远不能搞好加工的，先进的硬件设备对生产加工的效率是很重要的。
现代加工设备各式各样，品种繁多。
像车床、铣床、磨床、钻床、加工中心机床等。
为了减少人的体力劳动和自动化的生产，数控加工走向了我们，目前的数控机床广泛应用于加工行业当中。
数控设备的出现，使CAD/CAM技术得到了前所未有的发展，软/硬件得到了有机的结合。
在本设计中用的选用的卧式车床，它有许多的优点：
减少了装夹的次数；
减少了机床的数量，从而减少了生产空间；
缩短了生产周期等等。
我在加工的工艺性设计方面做了大量的分析，使整个加工过程清晰可见。
毕业设计使我能综合运用机械制造工艺学中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践经验知识，独立的分析和解决工艺问题，初步具备了设计一个中等复杂程度零件的工艺规程的能力和运用夹具设计的基本原理和方法，拟订夹具设计方案，完成夹具结构设计的能力，为未来从事的工作打下良好的基础。
第二章零件的分析
2.1零件的作用
图3-5所示为电动机动力输出装置中输出轴。
利用φ80mm孔与电动机主轴配合起定心作用。
用10-φ20mm销将动力传至该轴。
再由φ55mm处通过键将动力输出。
A,B是两段支轴颈。
如图2-1所示。
主要用于3相异步电动机。
如图2-2所示CT系列电磁调速异步电动机是一种恒转矩调速电动机，通过可控硅进行控制而达到均匀无级调速，具有速度稳定，使用方便，调速范围大，起动性能好的特点，广泛用于纺织、化工、造纸、电线、冶镏金我、塑料等行业，也可用于变转矩的离心水泵和风机上。
图2-1输出轴
图2-2三相异步电动机
2.2零件的工艺分析：
2.2.1分析、审查产品的零件图和装配图
制定工艺规程时，首先应分析零件图及该零件所在部件的装配图。
了解该零件在部件中的作用及零件的技术要求，找出其主要的技术关键，以便在拟定工艺规程时采取适当的措施加以保证。
2.2.2零件的结构工艺性分析
所谓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，其制造的可行性和经济性。
由图2-3所示得知：
其零件材料为45钢，调质处理200HBS，此为低碳钢具有较高的强度，耐磨性，耐热性及减振性适用于较大应力，要求耐磨的零件。
该零件的主要加工面为轴的表面和孔10-φ20mm的销。
轴的表面会直接影响配合的接触精度和密封。
键槽的平行度也直接影响配合的精度。
10-φ20mm销的精
图2-3输出轴
度要求很高也是该零件加工的关键所在。
该零件上的平行度为0．08，圆度为φ0。
05和圆跳读0。
04。
由参考文献中有关资料所得和机床所能达到的位置精度可知，上述技术要求是可以达到的，零件的工艺性是可行的。
第三章确定毛坯，画毛坯图
在拟订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很大影响。
毛坯的形状和尺寸越接近成品零件，机械加工的劳动量就越少，但毛坯制造的成本可能会越高。
由于原材料消耗的减少，会抵消或部分抵消毛坯成本的增加。
所以，应根据生产纲领、零件的材料、形状、尺寸、精度、表面质量及具体的生产条件等作综合考虑，以选择毛坯。
在毛坯选择时，应充分注意到采用新工艺、新技术、新材料的可能性，以降低成本、提高质量和生产率。
毛坯的种类包括：
铸件、锻件、型材、冲压件、冷或热压制件、焊接件等。
合理的选择毛坯，通常从下面几个方面综合考虑：
1、零件材料的工艺特性；
2、生产纲领的大小；
3、零件的形状和尺寸；
4、现有的生产条件。
根据零件材料确定此毛坯为锻件如图3-1所示，又拟定零件的生产纲领为6000/年。
锻造时应安排人工调质处理200HBS
参考文献＜1《机械加工工艺手册》＞表2。
3-7，该锻件的尺寸公差等级为IT7-13级加工精度要求高的地方：
例如：
粗，h10,IT9-IT10（6.3-3.2）,精，h8IT7-IT8,（1.6-0.8）.
图3-1零件毛坯
根据该零件的各加工精度要求，经过查《机械加工工艺手册》3—5得锻造的毛坯尺寸为各加工表面都留有加工余量4mm，因此为圆柱所以保留加工余量为8mm.。
表3-1零件工艺表
加工表面
基本尺寸
加工余量等级
加工余量数值
φ176
176mm
H
4（mm）
φ140
140mm
4
φ80+0.042/+0.012
80mm
G
φ50
50mm
φ75+0.023/+0.003
75mm
φ65+0.023/+0.003
65mm
φ60+0.065/+0.045
60mm
φ55+0.023/+0.003
55mm
16+0/-0.043
16mm
10-φ20-0.019/-0.042
20mm
2-φ8
8mm
2-B6/5
——
—
以上为各加工表面的总余量。
锻件直接锻造出此大概形状，参考文献（1《机械加工工艺手册》）表2.3-6。
用查表法确定各个加工的总余量如上图所示。
由参考文献（1《机械加工工艺手册》）2.3-9可得锻件主要尺寸的公差如下表所示：
表3-2主要毛坯尺寸及公差（mm）
主要面尺寸
零件尺寸
总余量
毛坯尺寸
公差CT
锻件的长度尺寸
244
8
252
锻件的宽度尺寸
184
各阶梯圆柱尺寸
φ55
4+4
63
3.2
凹槽尺寸
58
第四章工艺规程设计
4.1定位基准的选择：
粗基准的选择：
考虑到以下几点要求，选择零件的重要孔的毛坯孔和轴面作粗基准：
1、在保证各加工余量的前提下，使重要孔的加工余量尽量均匀；
2保证定位准确、夹紧可靠。
选择精基准的出发点是保证加工精度，特别是加工表面的相互位置精度，以及安装的方便可靠。
其选择的原则如下：
1、基准重合原则；
2、基准统一原则；
3、自为基准原则；
4、互为基准原则；
5、所选精基准应能保证工件定位准确稳定，装夹方便可靠，夹具结构简单适用。
精基准的选择：
加工输出轴，通过了解零件结构特点和加工精度要求，可以初步选定车各阶梯圆柱面时分别以不加工面为基准。
选定A面面积较大，定位比较稳定，夹紧方案比较简单，可靠，操作方便，使用夹具即可。
利用钻顶尖孔可以对精加工面进行自由度的限制确保加工达到要求精度。
4.2制定工艺路线
根据毛坯的结构特点，制订出如下工艺路线。
1粗车大端面，都以面积最大的阶梯圆柱面为定位基准，限制4个自由度加工大端面。
2粗车各阶梯圆柱面，以φ176为定位基准，限制其4个自由度，粗车小端面
3镗凹槽：
以最大面积圆柱面为基准在车床上镗出阶梯凹槽
4半精车各阶梯圆柱面
5铣键槽
6钻孔：
10-φ20-0.019/-0.042用设计出的夹具来加工
7钻孔：
2-φ8用设计出的夹具来加工
8精车各阶梯圆柱面
由于是单件小批量生产，故加工工艺采用工序集中原则
具体的工艺路线如下：
1锻造毛坯时效消除应力
2粗车外圆φ176大端面
3粗车外圆φ75+0.023/+o.oo3φ65+0.023/+0.003φ60+0.065/+0.045
4镗阶梯凹槽：
粗镗φ104φ80+0.042/+0.012φ50
半精镗φ80+0.042/+0.012
精镗φ80+0.042/+0.012
5半精车外圆φ75+0.023/+o.oo3φ65+0.023/+0.003φ60+0.065/+0.045φ55+0.023/+0.003
6铣键槽
钻10-φ20-0.019/-0.042
扩10-φ20-0.019/-0.042
铰10-φ20-0.019/-0.042
8钻孔2-φ8
9检验
10成品
4.3选择加工设备及刀，夹，量具
4.3.1机床的选择
本次设计所加工的零件是动力输出装置中的主要零件，加工工位较多，需工作台多次旋转才能完成加工零件，初步选择为卧式镗铣。
考虑加工工艺、设备的最佳加工对象、范围和价格等因素，根据所选零件进行选择。
如，加工两面以上的工件或在四周呈径向辐射状排列的孔系、面的加工，如各种箱体，应选卧式加工中心；
单面加工的工件，如各种板类零件等，宜选立式加工中心；
加工复杂曲面时，如导风轮、发动机上的整体叶轮等，可选五轴加工中心；
工件的位置精度要求较高，采用卧式加工中心。
在一次装夹中需完成多面加工时，可选择五面加工中心；
当工件尺寸较大时，如机床床身、立柱等，可选龙门式加工中心。
当然上述各点不是绝对的，特别是数控机床正朝着复合化方向发展，最终还是要在工艺要求和资金平衡的条件下做出决定。
4.3.2.参数选择
加工中心最主要的参数为工作台尺寸等，根据确定的零
件族的典型零件进行选择。
4.3.2.1工作台尺寸
这是加工中心的主参数，主要取决于典型零件的外廓尺寸、装夹方式等。
应选比典型零件稍大一些的工作台，以便留出安装夹具所需的空间，还应考虑工作台的承载能力，承载能力不足时应考虑加大工作台尺寸，以提高承载能力。
4.3.2.2坐标轴的行程
最基本的坐标轴是X、Y、Z，其行程和工作台尺寸有相应的比例关系。
工作台的尺寸基本上决定了加工空间的大小。
如个别工件的尺寸大于机床坐标行程，则必须要求工件的加工区处在机床的行程范围之内。
4.3.2.3主轴电动机功率与转矩
它反映了数控机床的切削效率，也从一个侧面反映了机床的刚性。
同一规格的不同机床，电动机功率可以相差很大。
应根据工件毛坯余量、所要求的切削力、加工精度和刀具等进行综合考虑。
4.3.2.4主轴转速与进给速度
需要高速切削或超低速切削时，应关注主轴的转速范围。
特别是高速切削时，既要有高的主轴转速，还要具备与主轴转速相匹配的进给速度
精度选择
4.3.3精度选择
机床的精度等级主要根据典型零件关键部位精度来确定。
主要是定位精度、重复定位精度、铣圆精度。
数控精度通常用定位精度和重复定位精度来衡量，特别是重复定位精度，它反映了坐标轴的定位稳定性，是衡量该轴是否稳定可靠工作的基本指标。
铣圆精度是综合评价数控机床有关数控轴的伺服跟随运动特性和数控系统插补功能的主要指标之一。
一些大孔和大圆弧可以采用圆弧插补用立铣刀铣削，不论典型工件是否有此需要，为了将来可能的需要及更好地控制精度，必须重视这一指标。
数控精度对加工质量有举足轻重的影响，同时要注意加工精度与机床精度是两个不同的概念。
将生产厂样本上或产品合格证上的位置精度当作机床的加工精度是错误的。
样本或合格证上标明的位置精度是机床本身的精度，而加工精度是包括机床本身所允许误差在内的整个工艺系统各种因素所产生的误差总和。
整个工艺系统的误差，原因是很复杂的，很难用线性关系定量表达。
在选型时，可参考工序能力kp的评定方法作为精度的选型依据。
一般说来，计算结果应大于1.33。
4.3.4.机床的刚度选择
刚度直接影响到生产率和加工精度。
加工中心的加工速度大大高于普通机床，电动机功率也高于同规格的普通机床，因此其结构设计的刚度也远高于普通机床。
刚性是机床质量的一个重要特征，但对选型而言，由用户对所选机床进行刚性评价尚无可借鉴的标准。
实际上用户在选型时，综合自己的使用要求，对机床主参数和精度的选择都包含了对机床刚性要求的含义。
订货时可按工艺要求、允许的扭矩、功率、轴力和进给力最大值，根据制造商提供的数值进行验算。
用于难切削材料加工的机床，应对刚性予以特殊关注。
这时为了获得机床的高刚性，往往不局限于零件尺寸，而选用相对零件尺寸大1至2个规格的机床。
4.3.5.工作台功能选择
卧式加工中心有回转工作台。
回转工作台有两种，用于分度的回转工作台和数控回转工作台。
用于分度的回转工作台的分度定位间距有一定的限制，而且工作台只起分度与定位作用，在回转过程中不能参与切削。
分度角有：
0.5°
times;
720、5°
72、3°
120和1°
360等，须根据具体工件的加工要求选择。
数控转台能够实现任意分度，作为B轴与其它轴联动控制。
但必须根据实际需要确定，以经济、实用为目的。
综合以上因素，机床选用型号CA6140卧式车床，机床的主要技术参数如下：
工作台面积mm800×
800
行程mm1250/1000/850
主轴转速rpm标准500／特殊800
主轴直径mm110
进给速度mm/min20、20、18/10
主轴电机kw22
刀库容量40
刀具选择方式固定
刀柄型式BT50
刀具长度mm550
刀具重量kg25
定位精度mm±
0.004
重复定位精度mm±
0.002
机床尺寸mm4165×
6510×
3530
4.3.6加工刀具的选择
加工中心使用的刀具为刀具组件，由刀具和刀柄两部分组成。
刀具部分和通用刀具一样，如铣刀、钻头、铰刀、镗刀等。
正确地选择和使用刀具对保证零件加工质量有着极其重要的作用。
加工中心成本昂贵，应注意选用高性能刀具，充分发挥机床的效率，降低加工成本，提高加工精度。
加工中心主轴转速较普通机床高1-2倍，且主轴输出功率较大。
因此数控机床用刀具应具有较高的耐用度和刚度，刀具材料抗脆性要好，且有良好的断屑性能和可调易更换等特点。
选择刀具材料时，一般尽可能选择硬质合金刀具，涂层刀具与立方氮化硼等刀具也广泛应用于加工中心，陶瓷刀具与金刚石刀具也开始在加工中心上运用。
4.3.7走刀路线的选择
走刀路线又称加工路线，是指数控机床、加工中心在加工过程中刀具相对于工件的运动轨迹。
走刀路线的确定非常重要，它与工件的加工精度和粗糙度直接相关。
走刀路线一确定，零件加工程序中各程序段的先后顺序也就确定了。
4.3.7.1点位控制及孔系加工走刀路线
对于点位控制机床，只要求定位精度高，定位过程快，刀具相对于零件的运动路线无关紧要。
为了充分发挥加工中心的工作效率，走刀路线应力求最短。
对于位置精度要求较高的孔系零件，精镗孔系时，特别要注意镗孔路线应与各孔的定位方向要一致。
4.3.7.2铣削平面的走刀路线
对于凹形槽封闭轮廓类零件，为了保证铣削凹形侧面时能达到图样要求的表面粗糙度，应一次走刀连续加工而成。
铣削外轮廓表面时铣刀的切入和切出点应沿零件轮廓曲线的延长线切向切入和切出零件表面，而不应沿法向直接切入零件，以免加工表面留下刀痕。
4.3.8工件的装夹与定位
加工中心是现代自动化加工单元。
正确的装夹工件，对充分发挥加工中心的高精度、高效率起着重要的作用。
加工中心加工采取工序集中原则，工件一次装夹，可连续、自动的完成铣削、钻削、扩孔、铰孔、镗孔及攻螺纹等粗、精加工，因此，工件的装夹需满足多刀、多面加工的要求。
4.3.8.1夹具的选择
在加工中心上，夹具的任务除了与普通机床夹具一样的定位、夹紧外，还要以各个方向的定位面为参考基准，确定工件编程的原点。
（1）夹具应具有高的刚度和高的定位精度。
（2）为切削刀具运动留下足够的空间。
（3）装卸方便快捷，辅助时间段。
（4）保证工件的最小夹紧变
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