机械制造技术基础课程设计芯轴机械加工工艺及铣斜面夹具设计.docx

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机械制造技术基础课程设计芯轴机械加工工艺及铣斜面夹具设计

机械制造技术基础课程设计--芯轴机械加工工艺及铣斜面夹具设计

机械制造技术基础课程设计

说明书

设计题目：

芯轴机械加工工艺及铣斜面夹具设计

学院：

机电工程学院

专业：

机械设计制造及其自动化

班级：

机制10本一班

设计者：

赵永金

学号：

100611003

指导教师:

周太平

前言

机械制造技术基础课程设计是在我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业课之后进行的。

这是我们在进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的链接，也是一次理论联系实际的训练。

因此，它在我们的大学生活中占有十分重要的地位。

就我个人而言，我希望能听过这次课程设计对自己未来从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后参加祖国的现代化建设打下一个良好的基础。

一、课程设计任务书

设计题目：

“芯轴”零件机械加工工艺及64°、26°两斜面铣夹具设计

设计条件：

批量生产

设计内容：

1.产品零件图（一张，CAD图，打印）

2.产品毛坯图（锻造毛坯）（一张，CAD图打印）

3.机械加工工艺过程卡片（该零件完整的工艺过程，手写或打印）

4.机械加工工序卡片（所设计夹具对应的工序，一张，手写或打印）

5.夹具设计（装配图一张，主要零件图三张，全部为1：

1铅笔图）

6.工艺、夹具设计说明书（6000字以上，用专用纸撰写）

二、零件的分析

1.零件的作用

题目所给的零件是芯轴。

芯轴是回转类零件，主要用于和别的零件进行装配。

所以芯轴要有一定的配合精度以及表面接触强度，还有要有足够的刚度和耐磨性，以满足使用要求。

2.零件三维图

图1：

芯轴零件图

3.零件的工艺分析

该零件是轴类零件，形状不太复杂，尺寸精度要求比较高。

零件的主要技术要求分析如下：

（1）Φ35的外圆和Φ53的凹槽,都有很高的尺寸精度要求,主要是为了和其装配件很好的装配。

（2）在Φ77的外圆切了一个槽,槽的两面和Φ77的端面有一定的角度要求。

（3）在Φ77的端面上打了5个M8的螺纹孔,要注意他们的相互位置。

（4）在Φ77的端面和圆周面上铣90度的槽。

三、工艺规程设计

1.确定毛坯的制造形式

零件的材料为45钢.考虑到芯轴在工作过程中会受到一定的载荷,因此选择锻件,以使金属纤维不被切断,保证零件工作可靠.由于零件年产量为4000件,已达到大批生产的水平.而且零件的轮廓尺寸不大,故可采用模锻成型,这对于提高生产率,保证加工质量也是有利的。

2.基面的选择

基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。

基面选择的正确、合理，可以保证加工质量，提高生产效率。

否则，就会使加工工艺过程问题百出，严重的还会造成零件大批报废，使生产无法进行。

1）.粗基准的选择

对于一般的轴类零件而言，以外圆作为基准是完全合理的。

按照有关粗基准的选择原则（即当零件又不加工表面时，应以这些不加工的表面作为粗基准；若零件有若干个不加工表面时，则应以与加工要求相对位置精度较高的不加工表面作为粗基准），现在应为都要加工就要结合加工工艺来确定粗基准，现取Φ77的外圆作为粗基准，利用三爪卡盘装夹。

利用不完全定位来加工工件。

2）.精基准的选择

精基准的选择主要考虑基准重合的问题。

当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算。

3.工艺路线的制定

制定工艺路线的相互发点,应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度要求等技术能得到合理的保证.在生产纲领已确定为大批生产的条件下,可以采用万能机床配以专用夹具,并尽量使工序集中来提高生产率.除此以外,还应考虑经济效益,以便降低生产成本。

1）.工艺路线方案一:

工序1:

车端面,打中心孔,车Φ77的外圆表面，倒角。

工序2:

调头车另一端面,打中心孔,车Φ35+0.0160和Φ40的外圆，倒角。

工序3:

修研两端中心孔。

工序4:

半精车Φ35+0.0160的外圆表面并切槽。

工序5:

铣Φ53+0.0740的凹槽。

工序6：

钻Φ6的定位孔。

工序7:

铣90度的槽。

工序8：

钻M8螺纹的底孔,倒角，攻螺纹

工序9:

磨35+0.0160的外圆表面。

工序10：

终检。

工序11：

入库。

2）.工艺路线方案二：

工序1：

铣端面，打中心孔。

工序2：

掉头铣另一端面，打中心孔。

工序3：

车Φ35+0.0160和Φ40的外圆，掉头车Φ77的外圆。

工序4:

半精车Φ35+0.0160的外圆表面并切槽。

工序5：

钻M8螺纹的底孔，倒角，攻丝。

工序6:

铣Φ53+0.0740的凹槽。

工序7：

铣90度的槽。

工序8:

磨35+0.0160的外圆表面。

工序9：

终检。

工序10：

入库.

3）.工艺方案的比较与分析

上述两个工艺方案的特点在于：

方案一是在车床上用三爪卡盘装夹，车一端面再打中细孔，然后用顶尖顶住来车外圆再掉头加工另一端，以此为基准来完成后面的工序。

方案二则与之不同，是先铣削好两个端面，打中心孔，以此为基准来加工余下的工序。

经比较可见，先加工好一端面和它所在端的外圆，以此为基准来加工后面的工序，这是的位置和尺寸精度较易保证，并且定位也较方便。

在加工螺纹和铣凹槽的时候，方案一中的工序6、7、8，虽然只是在加工的先后顺序不同，这样的话可能会造成钻孔时的让刀。

故决定将方案二中的工序5、6、7移入方案一。

具体工艺过程如下：

工序1:

车端面,打中心孔,车Φ77的外圆表面，倒角。

工序2:

调头车另一端面,打中心孔,车Φ35+0.0160和Φ40的外圆，倒角。

工序3:

修研两端中心孔。

工序4:

半精车Φ35+0.0160的外圆表面并切槽。

工序5：

钻M8螺纹的底孔，倒角，攻丝。

工序6：

铣Φ53+0.0740的凹槽。

工序7：

铣90度的槽。

工序8:

磨35+0.0160的外圆表面。

工序9：

终检。

工序10：

入库

以上方案大致看来还是合理的。

但通过仔细考虑零件的技术要求以及可能的加工手段之后，发现仍有问题，主要表现在螺纹加工以后加工90°的槽的时候零件定位困难，且夹具设计麻烦价格高。

如果先加工90°的槽的话不但夹具设计简单而且加工成本较低。

还有在铣Φ53的凹槽是铣刀直径太大，买的话价格较高。

故先铣一个较小的槽后在用车刀车到相应的尺寸。

因此，最后的加工路线确定如下：

工序1:

车端面,打中心孔,车Φ77的外圆表面，倒角。

工序2:

调头车另一端面,打中心孔,车Φ35+0.0160和Φ40的外圆，倒角。

工序3:

修研两端中心孔。

工序4:

半精车Φ35+0.0160的外圆表面并切槽。

工序5：

钻钻Φ6的定位孔。

工序5：

铣90度的槽。

工序6：

钻M8螺纹的底孔，倒角，攻M8的螺纹。

工序7：

铣Φ30的槽。

工序8:

车Φ53+0.0740的凹槽。

工序9:

磨Φ35+0.0160的外圆表面。

工序10：

终检。

工序11：

入库。

以上工艺过程详见附表机械加工工艺过程卡片和附表机械加工工序卡片。

4.机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定

“芯轴”零件材料为45号钢，生产类型为大批生产，可采用在锻锤上合模模锻毛坯。

根据上述原始资料及加工工艺，分别确定个加工表面的机械加工余量工序尺寸及毛坯尺寸如下：

1）.外圆表面（Φ35、Φ40和Φ77）

查《机械制造工艺与机床夹具课程设计指导》（以下简称《课程设计指导》）表2-11，锻件轮廓尺寸（直径方向）为120～260mm之间，取精度为1级精度，可以查得：

Φ35、Φ40轴机械加工余量值规定为2.0～2.5mm，现取2.5mm；Φ77轴机械加工余量规定值为2.5～3.0mm，现取3.0mm。

2）.外圆表面沿轴线长度方向的加工余量

查《机械制造工艺设计手册》表7-2，Φ77轴端面需要加工，长度小于300mm，查得其加工余量为3mm；轴Φ35+0.0160的端面需要加工，长度小于300mm，查得其加工余量为2mm。

3）.M8螺纹孔

参照《机械制造工艺设计手册》表7-31确定M8螺纹的底孔直径为Φ7。

四、专用夹具设计

为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，通常需要设计专用夹具。

经过与指导老师协商，决定设计第五道工序——铣90度的槽的铣床夹具。

本夹具将用于X63卧式铣床。

刀具为一把高速钢镶齿三面刃铣刀，对工件两个成90度的槽进行加工。

1.设计主题

本夹具主要用来铣90度的槽，加工到工序时，后面的工序与本工序并没有多大的技术要求。

因此，在本道工序加工时，主要应考虑如何提高生产率，降低劳动强度，而精度则不是主要的问题。

2.夹具设计

1）.定位基准的选择

由零件图可知，所铣的成90度的两个面对零件的轴线是有角度要求的，为了使定位误差为零、所设计的夹具机构简单，这里就选用芯轴轴线为定位基准。

为了提高加工效率，缩短装卸工件的时间，采用开合V型块来夹紧工件。

2）.切削力及夹紧力的计算

切削刀具：

高速钢镶齿三面铣刀，Φ225mm,z=20,则

F=Cafaz/dn

式中，C=650,a=3.1,x=1.0,f=0.08mm,y=0.72,a=40mm（在加工面上测量的近似值）

n=0.86,d=225mm,q=0.86,w=0,z=20,

所以

F=650X3.1X0.08X40X20/225N=1456N

由于只用一把铣刀，F=F=1456N

水平分力：

F水=F水=1693N

垂直分力：

F垂=F垂=436.8N

考虑到加紧装置的结构及原理，可知加紧力就等于切削时的水平分力，

故：

Fn=F水=1693N

在计算切削力时，必须考虑安全系数，安全系数K=K1K2K3K4。

式中，K1——基本安全系数，K1=1.5；

K2——加工性质系数，K2=1.1；

K3——刀具钝化系数，K3=1.1；

K4——断续且需系数，K4=1.1。

3）.定位误差分析

由于铣90°槽是在轴的外圆加工之后就加工的，所以它在外圆的任何地方铣都行只要保证两个面成90°以及规定的尺寸就行，利用V型块定位。

因为定位基准和工序基准都位于芯轴的轴线，所以基准重合。

V型块具有对中性，所以基本位移误差位零。

4）.夹具设计及操作的简要说明

如前所述，在设计夹具时，为了提高劳动生产率，应着眼于缩短辅助时间，故选用开合V型块来夹紧工件，用螺栓固紧。

由于本工序所加工的表面质量不太高，只需粗铣就行了。

夹具上装有对刀块，可使夹具在一批零件加工之前与塞规配合使用很好地对刀；同时，夹具体有一个表面成一定的角度。

为的就是很方便的加工出所需的槽；而且，夹具体底面上的四个定位孔可使整个夹具在机床工作台上有一正确的安装位置，以利于铣削加工。

铣床夹具的装配图如下图所示：

图2：

芯轴铣90度槽夹具

五．设计心得体会

本学期的第3、4周是我们的机械制造技术基础课程设计周，在两周的课程设计之中，我深刻地意识到了本次设计所需要我们掌握的专业知识和实践应用技巧，是我在自己所学的专业领域变得更加成熟。

我们组设计的芯轴夹具以及对芯轴的机械加工工艺的分析，要求我们有产品的零件图、毛坯图、加工工艺过程卡、工序卡及夹具的装配图和部分零件图。

在零件图和毛坯图的设计中，我运用了常见的也是必须熟练掌握的CAD画图软件，再一次的温习CAD软件，使我对它有了进一步的了解，对它的使用也更加熟练，另外，在毛坯图的绘制过程中需要确定芯轴的加工余量，这又需要我去查一些资料，我想我们就要养成这样的习惯，要勤动手；在加工工艺过程卡以及加工工序卡的设计之中，我主要参考了教材中的内容，这使我对教材有了一个温故而知新感觉；在夹具的设计之中，我首先确定了加紧的基准面，然后根据所需要铣出的槽的角度，以使用简单方便快捷，成本不高为标准出发，利用SolidWorks三维绘图软件做出了夹具的三维模型，进行模拟仿真后确定最后的结构以及尺寸，并手工绘制了夹具的装配图和部分零件图，通过这些，我觉得提高了自己在设计之中的整体把握能力和分析能力，三维绘图软件和手工绘图的综合运用也让我重新体会总结了电脑绘图与手工绘图的异同和优缺点。

当然，在整个设计之中也向老师询问了和很多不知道的问题，老师的详细解答对我有极大地帮助，在整个小组中也体会到了小组成员要团结重要性。

总之，这次课程设计给了我很大的提高，同时也让我相信，在未来的学习、磨练的路途上，我会健硕成长，更加成熟！

参考文献：

[1]吴拓、方琼珊编.机械制造工艺与机床夹具课程设计指导.北京:

机械工业出版社,2005.11（2007.9重印））

[2]李益明主编.机械制造工艺设计简明手册.北京:

机械工艺出版社,1994）

[3]艾兴、肖诗刚主编.切削用量简明手册.北京:

机械工艺出版社,1994）

[4]哈尔滨工业大学、上海工业大学主编.机床夹具设计.上海:

上海科学技术出版社，1983）

[5]李洪主编.机械加工工艺手册.北京:

北京出版社,1990）

[6]王绍俊主编.机械制造工艺设计手册.北京:

机械工业出版社,1987）

[7]刘红普、张晓妍主编.机械加工技术。

北京：

中国人民大学出版社，2009）

[8]熊良山主编.机械制造技术基础.武汉：

华中科技大学出版社，2012）