CA6140车床输出轴机械制造工艺与夹具课程设计.docx
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CA6140车床输出轴机械制造工艺与夹具课程设计
机械制造技术基础
课程设计说明书
设计题目
专业班级
姓名
学号
指导老师刘呈呈
成绩评定等级
评阅签字
评阅日期
湖北文理学院理工学院机械与汽车工程系
年月
序言
一零件图分析
1.1零件的作用
1.2零件的材料及其力学性能
1.3零件的结构工艺分析
二工艺规程设计
2.1确定毛胚的制造形式
2.1.1毛坯的选择
2.1.2毛坯图分析
2.2基准的选择
2.2.1定位基准的选择
2.2.2加工方法的确定
2.3工序的安排
2.4拟定加工工艺路线
2.5加工设备的选择
2.6刀具的选择
2.7机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定
基本时间
其余工步切削用量及基本工时计算从略
三专用夹具设计
3.1制定艺路线
3.2机床、夹具、刀具、量具的选择
3.3确定工序尺寸
四、夹具设计
4.1定位方案
4.2分度设计
4.3切削力和夹紧力的计算
序言
机械制造技术基础课程设计是我们完成本专业教学计划的一个极为重要的实践性教学环节，是使我们综合运用所学过的基本课程，基本知识与基本技能去解决专业范围内的工程技术问题而进行的一次基本训练。
我们在完成课程设计的同时，也培养了我们正确使用技术资料，国家标准，有关手册，图册等工具书，进行设计计算，数据处理，编写技术文件等方面的工作能力，也为我们以后的工作打下坚实的基础，所以我们要认真对待这次综合能力运用的机会！
其主要目的是：
1.培养学生综合分析和解决本专业的一般工程问题的独立能力，拓宽和深化所学的知识。
2.培养学生树立正确的设计思想，设计思维，掌握工程设计的一般程序，规范和方法。
3.培养学生正确的使用技术知识，国家标准，有关手册，图册等工具书，进行设计计算，数据处理，编写技术文件等方面的工作能力和技巧。
4.培养学生进行调整研究，面向实际，面向生产，向工人和工程技术人员学习的基本工作态度，工作作风和工作方法。
一零件图分析
1.1零件的作用
题目所给定的零件为CA6140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。
1.2零件的材料及其力学性能
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。
小型件宜采用调质处理，大型件宜采用正火处理。
其价格较便宜，经过调质或正火后可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，局部淬火后再回火，表面硬度可达52HRC-45HRC.
1.3零件的结构工艺分析
由零件图可知:
该零件是典型的轴类零件，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3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。
二工艺规程设计
2.1毛坯图分析
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>,
2.2基准的选择
2.2.1定位基准的选择
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。
2.2.2加工方法的确定
考虑到工件的具体情况和我们学校的具体加工条件，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孔
Ra3.2
IT7
钻孔-铰孔
左端面
Ra6.3
自由公差
粗车
右端面
Ra1.6
自由公差
粗车
键槽
Ra3.2
IT9
粗铣-精铣
倒角
Ra6.3
自由公差
2.3工序的安排
（1）、加工阶段的划分
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。
2.4拟定加工工艺路线
由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如下：
方案一
1
备料
锻造毛坯
2
热处理
退火（消除内应力）
3
普车
粗、精车右端面钻中心孔
4
普车
粗φ176外圆柱面倒角
5
普车
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
数控车
半精车、精车各外圆柱面到要求倒角
8
数控车
钻φ30的底孔，车φ104，车φ80孔留镗孔余量
9
数控车
镗φ80孔到要求，倒角
10
数控车
倒角
11
数控铣
铣φ50、钻、扩、铰φ20到要求
12
数控铣
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
普车
粗车各圆柱面留半精车、精车余量以及左端面
4
普车
粗、精车右端面钻中心孔
5
普车
粗车φ176外圆柱面倒角
6
热处理
调质
7
数控车
半精车左端各圆柱面到要求
8
数控车
精车左端台阶到要求并倒角
9
数控车
钻φ30的底孔，车φ104，车φ80孔留镗孔余量
10
数控车
铰φ80孔到要求，倒角
11
数控车
倒角
12
铣
铣φ50、钻、扩、铰φ20到要求
13
铣
铣键槽
14
去毛刺
15
检验
综上所述：
两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。
2.5加工设备的选择
工序三采用CA6140普通车床
工序7、8、9采用数控车床CK7150A
工序11、12采用X51，
2.6刀具的选择
加工表面
刀具名称
刀具参数
粗车外圆柱面
可转位车刀
90°
半精，精车外圆柱面
可转位车刀
75°
钻Φ30的孔
钻头
Φ30
钻φ18孔
钻头
φ18
扩φ19.8
扩孔钻
φ19.8
铰φ20
铰刀
φ20
车内孔
内孔车刀
镗Φ50的盲孔
镗刀
粗铣键槽
铣刀
Φ15.4
精铣键槽
铣刀
Φ16
2.7机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定
（1）加工余量，工序尺寸，及其公差的确定
由计算与查表得:
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
5
IT12
φ176
6.3
毛坯
φ187
外圆柱面φ55
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
1.0
IT6
φ55
1.6
半精车
1.1
IT10
φ56
3.2
粗车
15
IT12
φ57.9
6.3
毛坯
17.1
φ70
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
1.0
IT6
Φ60
1.6
半精车
1.1
IT10
φ61
3.2
粗车
10
IT12
Φ62.9
6.3
毛坯
12.1
φ70
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
1.0
IT6
Φ65
1.6
半精车
1.1
IT10
φ66
3.2
粗车
5
IT12
Φ67.9
6.3
毛坯
7.5
φ70
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
1.0
IT6
Φ75
1.6
半精车
1.1
IT10
Φ76
3.2
粗车
5
IT12
Φ77.9
6.3
毛坯
7.5
Φ80
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
3
IT7
Φ80
1.6
车孔
47
IT12
Φ77
6.3
钻孔
30
IT12
Φ30
6.3
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
10
IT7
Φ20
1.6
扩
9.9
IT9
Φ19.8
3.2
钻孔
9
IT12
Φ18
6.3
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
IT9
Φ16
1.6
粗铣
IT12
Φ12
3.2
（2）确定切削用量
加工外圆柱面φ176:
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=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
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》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，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：
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
加工外圆柱面φ60：
粗车：
d=70确定进给量f：
f=0.6～0.9mm/r取f=0.71，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，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：
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，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：
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，校核功率Pc=Kc×ap×Vc×f/60000=2305×0.55×120.87×0.15/60000=0.38Kw，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=120.87m/min，n=630r/min，f=0.15mm/r
加工外圆柱面65
粗车：
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，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=320r/min，f=0.71mm/r
半精车：
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取Vc=1.8m/s则n=1000Vc/d=506.55r/min圆整得n=510r/min，取ap=0.9mm，Vc=nd/1000=510×3.14×67.9/1000=108.7m/min，功率Pc=Kc×ap×Vc×f/60000=2305×0.9×108.7×0.45/60000=1.7Kw，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=108.7m/min，n=510r/minf=0.45mm/r
精车：
f=0.13～0.18mm/r取f=0.18mm/r，再查外圆切削数据表知：
Vc>1.67m/s取Vc=120m/min则n=1000Vc/d=578.2r/min 圆整得n=580r/min故实际切削速度：
Vc=nd/1000=580×3.14×66.1/1000=120.38m/min，ap=0.55mm校核功率Pc=Kc×ap×Vc×f/60000=2305×0.55×0.18×120.38/60000×1000=0.46Kw，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=120.38m/min，n=580r/minf=0.18mm/r
加工外圆柱面φ75
粗车：
确定进给量f：
查《金属机械加工工艺人员手册》表10-8知f=0.6～0.9mm/r取f=0.71mm/，查《金属切削手册》知Vc=70～90m/min取Vc=75m/min则n=1000Vc/d=298.56r/min由CA6140说明书取n=320r/min故实际切削速度Vc=nd/1000=80.384m/min，取ap=2.5m校核功率：
Pc=Kc×ap×Vc×f/60000=2305×2.5×80.384×0.71/60000=5.5Kw，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=80.384m/min，n=320r/min，f=0.71mm/r
半精车：
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取Vc=1.8m/s 则n=1000Vc/d=1000×108/3.14×77.9=441.5r/min,圆整得n=450r/min,取ap=0.9mm，Vc=nd/1000=450×3.14×77.9/1000=110m/min,校核功率Pc=Kc×ap×Vc×f/60000=2305×0.9×110×0.45/60000=1.7Kw 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=110m/min，n=450r/minf=0.45mm/r
精车：
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=1000×120/76.1×3.14=502.2r/min圆整得n=500r/min故实际切削速度：
Vc=nd/1000=500×3.14×76.1/1000=119.48m/minap=0.55mm校核功率Pc=Kc×ap×Vc×f/60000=2305×0.55×119.48×0.15/60000=0.39Kw，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=119.48m/min，n=500r/minf=0.15mm/r
加工内圆柱面φ80
钻孔：
ap=d/2=15mm取f=0.35mm/r；Vc=0.33m/s故n=1000Vc/d=1000×0.33×60/3.14×30=210.2r/min圆整得n=210r/min故实际切削速度：
Vc=nd/1000=210×3.14×30/1000=19.8m/min，校核功率Pc=Kc×ap×Vc×f/60000=2305×15×30.6/60×1000=3.99Kw，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=19.8m/min，n=210r/min，f=0.35mm/r
车孔：
f=0.35～0.40mm/r，Vc=0.833～1.666m/s取f=0.35mm/rVc=0.85m/s；故n=1000Vc/d=1000×0.85×60/3.14×74=219.5r/min由CA6140说明书取n=200r/min故实际切削速度Vc=nd/1000=200×3.14×74/1000=46.5m/min，取ap=3mm,校核功率Pc=Kc×ap×Vc×f/60000=2305×3×46.5×0.35/60000=1.9Kw，根据机床说明书查得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=46.5m/min，n=200r/minf=0.35mm/r
钻孔：
f=0.3mm/r ap=1.5mm n=549r/min Vc=nd/1000=×3.14×80/1000=138m/min，功率Pc=Kc×ap×Vc×0.001/60=2305×1.5×138/60×1000=7.9Kw，根据机床说明书查得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=138m/min，n=560r/minf=0.3mm/r
镗孔：
查《金属机械加工工艺人员手册》 ap=3mm；S=0.30～0.50mm/r取S=0.3mm/r取Vc=0.65m/s则n=1000Vc/d=1000×0.65×60/d=155r/min由CA6140说明书取n=160/min故实际切削速度Vc=nd/1000=160×3.14×80/1000=40.2m/min根据机床说明书查得Pc=7.5Kw，效率为0.8，功率Pc=Kc×ap×Vc×S/60000=2305×3×40.2×0.4/60000=1.85Kw机床功率Pn＜Pc，所以机床功率足够，实际取值为Vc=
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