轴的机械加工工艺规程及铣方块的夹具设计.docx
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轴的机械加工工艺规程及铣方块的夹具设计
摘要……………………………………………………………1
一.零件的分析
1.零件的作用…………………………………………………2
2.零件的工艺分析……………………………………………2
二.工艺规程设计…………………………………………2
1.确定毛坯的制造形式………………………………………2
2.基准的选择…………………………………………………2
3.工艺路线的制定……………………………………………3
4.机械加工余量的确定………………………………………3
5.加工余量的确定……………………………………………4
6.确定切削用量及基本工时………………………………20
三.夹具设计………………………………………………21
四.设计体会…………………………………………………23
五.参考资料…………………………………………………24
摘要
首先，本人设计的零件为轴，它的作用是起到传动作用，传动力的方向和轴力。
轴的样式很多，应用的也很广泛，不过本人对于自己设计的轴经过了解，根据零件的形状、尺寸精度、生产的经济效益等各方面的详细分析其加工工艺，采用多工序，机床加工。
通过对零件的分析，此轴要求精度高，工序适当集中，要求光滑，所以选用的工具和尺寸要量得准。
对轴的夹具设计也要求也高,因为精度和公差要求高,表面更要采用磨床磨削。
最后对零件进行校核。
以便达到零件精度的要求。
关键词：
传动作用、轴力、广泛、工序、磨床、夹具、校核、
Outputshaftdesign
Abstract:
First,Idesignedcomponentsfortheshaft,anditsroleistodrive,Chuandynamicdirectionandaxialforce.Axisofmanyforms,theapplicationisveryextensive,butIowndesignfortheshaftthroughunderstanding,underpartsoftheshape,dimensionalaccuracy,cost-effectiveproductionareassuchasadetailedanalysisofitsmanufacturingprocesses,multi-process,machineprocessing.Partoftheanalysis,accuracyofthisaxis,theappropriateconcentrationprocessesrequiresmooth,Sousethetoolsandsizetomeasurethepotential.Ontheshaftfixturedesignrequirements,becauseaccuracyandtolerance,tousemoresurfacegrinderdrilled.Finally,thepartsarechecked.Tomeettherequirementsofprecisionparts.
Keyword:
transmission,axle,extensive,processes,machines,fixture,Verification
一零件的分析
.零件的工艺分析
主轴共有2组加工表面，它们之间有一定的位置要求，具体分述如下：
1.以Φ32k5为中心的加工表面。
这一组加工表面包括：
主轴的所有外圆及倒角、退刀槽、方块、锥孔与键槽。
2.以Φ50js6为中心的加工表面。
主要包括：
Φ50js6上的键槽。
这2组加工表面之间有着一定的位置要求，具体如下：
Φ50js6与Φ32k5，圆跳动公差为0.04mm；
2.对称键槽对Φ50中心线的对称度公差为0.05mm。
由以上分析可知，对于这2组加工表面而言，可以先加工其中一组表面，然后再借助专用夹具加工其他两组表面，并保证它们之间的位置精度要求。
二零件的材料分析:
零件材料的选用是非常重要的，选材不当制成的零件不能满足使用要求，过早损伤和破坏产生不良影响或经济效益差等。
机械零件选材的一般原则是：
首先满足使用性能的要求，同时兼顾工艺性、经济性和环保性。
对于轴类零件的选材应具有以下几点要求：
1.优良的综合力学性能，即要求有高的强度和韧性，以防止由于过载和冲击而引起的变形和断裂。
2.高的疲劳极限，防止疲劳断裂。
3.良好的耐磨性。
4.在特殊条件工作时，还应有特殊要求。
本零件的材料是45号钢，它属于低淬透性合金调质钢，其力学性能是：
MPa,
MPa,
J。
其化学成分是：
碳含量0.37%～0.45%，铬含量0.8%～1.1%，锰含量0.17%～0.37%，硫含量0.5%～0.8%，其中碳含量过高、过低均不能满足经调质后获得良好综合力学性能的要求，主加元素为铬，在配以硫、锰等合金元素，其作用是提高淬透性，强化铁素体和细化晶粒，因此，此钢的热处理变形小，废品率低，因而降低了工艺成本。
其热处理特点是：
当原始组织为珠光体时，预先热处理可采用正火或退火处理;该类钢最终热处理均采用淬火后在500-650℃的高温回火工艺，即调质处理工艺，调质处理可使材料具有良好的综合力学性能。
二.工艺规程设计
（一）确定零件的生产类型和生产纲领
生产类型是指企业（或车间，工段，班组，工作地）生产专业化程度的分类，一般分为大量生产，成批生产和单件生产三种类型。
它可根据生产纲领和产品及零件的特征或工作地每月担负的工序数来具体划分。
生产纲领是指在计划期内应当生产的产品产量和进度计划。
计划期常定为一年，所以生产纲领也称年产量。
零件的生产纲领要计入备品和废品的数量，其计算式为：
N=Qn（1+α）（1+β）
N—零件的年产量（件/年）
Q—产品的年产量（台/年）
n—每台产品中，该零件的数量（件/台）
α—备品的百分率
β—废品的百分率
其中Q＝500n＝1α＝5%β＝2%所以N=500
（1+5%）（1+2%）=535.5即536（件/年）
由上所述，查《机械制造工艺学》中表1-3知该零件为中批生产。
确定零件毛坯的制造形式
毛坯是根据零件所要求的形状,工艺尺寸等方面而制成的供进一步加工使用的生产对象。
毛坯种类的选择不仅影响着毛坯制造的工艺装备及制造费用，对零件的机械加工工艺装备及工具的消耗，工时定额计算有很大影响。
毛坯的种类
常用的毛坯种类有：
铸件、锻件、型材、焊接件、冷压件等。
1.铸件:
适用于形状复杂的毛坯。
2.锻件:
适用与零件强度较高,形状较简单的零件。
尺寸大的零件因受设备限制，故一般用自由锻；中、小型零件可选模锻；形状复杂的刚质零件不宜用自由锻。
3.型材：
热轧型材的尺寸较大、精度低，多用作一般零件的毛坯；冷轧型材尺寸较小、精度较高，多用于毛坯精度要求较高的中小零件，适用于自动机床加工。
4.焊接件:
对于大件来说,焊接件简单方便,特别是单件小批生产可大大缩短生产周期,但焊接后变形大,需经时效处理。
5.冷压件：
适用于形状复杂的板料零件,大多用于中小零件的大批量生产。
毛坯种类的选择
选择毛坯种类需考虑的因素有以下几点：
1.根据图纸规定的材料及机械性能选择毛坯。
2.根据零件的功能选择毛坯。
3.根据生产类型选择毛坯。
4.根据具体生产条件选择毛坯。
毛坯的形状和尺寸的选择
确定毛坯的形状与尺寸的步骤是：
首先选取毛坯加工余量和毛坯公差，其次将毛坯加工余量叠加在零件的相应加工表面上，从而计算出毛坯尺寸，最后标注毛坯尺寸与公差。
其总的要求是：
减少“肥头大耳”，实现少屑或无屑加工。
因此，毛坯形状要力求接近成品形状，以减少机械加工的劳动量。
根据零件的工作情况，本零件的材料为45，由于零件为阶梯轴，要承受较大的循环载荷、冲击载荷等，所以毛坯形式采用锻件，其晶粒细小，较均匀、致密，可以保证零件的工作可靠，由于零件为中批生产，为了提高生产率，保证加工质量，故采用模锻成型。
（二）.基准的选择
粗基准的选择。
由于该零件为普通的轴类零件，故选外圆为粗基准。
精基准的选择，选轴前端的圆锥孔和后端孔倒角作为精基准。
（三）.工艺路线的制订
制定工艺路线的出发点，应使零件的几何形状精度、尺寸精度、位置精度等技术要求得到保证。
在生产纲领成批生产的条件下，可以考虑采用通用机床和专用夹具尽量使工序集中而提高生产率，除此还应考虑，经济效果使成本最低。
1.工艺路线方案一：
工序一：
热处理（正火）
工序二：
车端面，钻中心孔，粗车各外圆
工序三：
热处理（调质）
工序四：
半精车各外圆
工序五：
精车各外圆、车退刀槽并倒角
工序六:
铣四方块
工序七：
钻Φ7
工序八：
磨外圆Φ32、Φ50
工序九：
车螺纹M22
工序十：
精磨外圆Φ32、Φ50至图纸要求
工序十一：
钳工
工序十二：
检验
2.工艺方案路线二
工序一：
热处理（正火）
工序二：
车端面，钻中心孔，粗车各外圆
工序三：
热处理（调质）
工序四：
半精车各外圆
工序五：
钻Φ7
工序六:
铣四方块
工序七：
精车各外圆、车退刀槽并倒角
工序八：
车螺纹M22
工序九：
磨外圆Φ32、
工序十：
精磨外圆Φ32、Φ50至图纸要求
工序十一：
钳工
工序十二：
检验
经分析比较，方案二更容易保证零件图纸的技术要求，故采用方案二。
（四）.机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定
该零件的材料为45，硬度为HB220--250，生产类型为中批生产，
采用在锻锤上合模模锻生成毛坯。
根据上述原始资料及加工工艺，用查表法分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸。
为简化模锻毛坯的外形，取直径为Φ27、M22的毛坯尺寸与Φ32相同。
1.毛坯直径的确定，查《机械制造工艺手册》以下简称《工艺手册》表1-27
名义直径（mm）表面加工方法直径余量（mm）
Φ50粗车2.6
半精车0.5
精车0.3
粗磨0.1
精磨0.06
Φ32粗车2.2
半精车0.45
精车0.3
粗磨0.1
精磨0.06
毛坯直径的确定：
工件直径Φ50，公差为0.86，机械加工总余量为：
2×（2.6+0.5+0.3+0.1+0.06）＝2×3.56
∴毛坯尺寸为Φ57.12mm。
工件直径Φ32，公差0.055，机械加工总余量：
2×（2.2+0.45+0.3+0.1+0.06）＝2×3.11
∴毛坯尺寸为Φ38.22mm
∴取毛坯直径为Φ58mm，Φ39mm。
2.毛坯长度L的确定：
查《工艺手册》表（1-52）可知
Φ50的长度方向的加工余量为2.0
mm
∴L1=72
mm
Φ32及以后的外圆长度方向的加工余量为3.25
mm
∴L2＝238.25
模锻斜度为7°。
查（《工艺手册》表1-51）
3.毛坯过渡圆角的确定查（《工艺手册》表1-51）
取L1段过渡到L2段的毛坯圆角半径R＝5mm
∴毛坯的内圆角半径取R＝5mm，外圆角半径取2mm。
（五）.加工余量的确定：
查表《工艺手册》表1--27
加工表面余量
Φ50外圆
精磨Φ50mm2Z＝0.12mm
粗磨Φ50.12mm2Z＝0.20mm
精车Φ50.88
mm2Z＝0.60mm
半精车Φ51.48mm2Z＝1.0mm
粗车Φ53.48mm2Z＝5.52mm
毛坯Φ54mm
Φ32外圆
精磨Φ32mm2Z＝0.12mm
粗磨Φ32.12mm2Z＝0.20mm
精车Φ32.32mm2Z＝0.60mm
半精车Φ32.92mm2Z＝0.90mm
粗车Φ33.82mm2Z＝5.18mm
毛坯Φ39mm
M22×1.5外圆
精车Φ22mm2Z＝0.60mm
半精车Φ22.6mm2Z＝0.90mm
粗车Φ23.5mm2Z＝8.50mm
已粗车Φ32mm
Φ27外圆
精车Φ27mm2Z＝0.60mm
半精车Φ27.6mm2Z＝0.90mm
粗车Φ28.5mm2Z＝3.50mm
已粗车Φ32mm
（六）.确定切削用量及基本工时
工序车端面，钻中心孔，粗车各外圆：
（如未特别注明，本工序相关数据的出示《切削用量手册》的车削用量选择）
1.车端面
（1）.加工条件
工作材料：
45钢正火，σb＝0.735GPa，模锻。
加工要求：
车两端面，打中心孔，粗车各外圆表面
机床：
C620-1卧式车床
刀具：
刀片材料YT15，刀杆尺寸16×25mmKr＝90°,r0＝10°,
α。
＝12°,λs＝0°,rε＝1.0mm.
（2）.计算切削用量
a.粗车Φ50端面，用计算法
切削深度：
加工总余量＝2.0mm，留余量0.5mm，单边余量0.75mm，一次走刀，ap＝0.75mm
进给量：
根据表4选f＝0.6-0.9mm/r。
按C620-1机床说明书选f=0.52mm/r表26
计算切削速度：
见表21
根据表10，车刀耐用度t＝60min
V＝（
1-m×Tm×apxv×fyv）×Kv
式中Cv=242，xv＝0.15，yv＝0.35，m＝0.20
Kv＝KMv×Ktv×Kkrv×Ksv×KTv×KKv
其中Ktv＝1.0（表21-6），Kkrv＝0.81（表21-7），KSV＝0.8（表21-5），
KTv＝1.0（表11），KKv＝1.24（表21-9），KMv＝0.637/σb
＝0.637/0.735＝0.87（表21-1）
∴v=（242/601-0.2×36000.2×0.750.15×0.520.35）×0.87×1.0×0.81
×0.8×1.0×1.24＝1.623m/s
确定机床主轴转速：
ns＝1000v/πdw＝1000×1.623/（3.14×96）＝5.38r/s（323r/min）
按C620-1机床说明书（表26），与323r/min相近的机床转速为305r/min
及370r/min，现选nw＝370r/min，所以实际切削速度
V＝nW×dw×π/1000＝370×96×3.14/1000＝111.53r/min（1.86r/s）
切削工时《工艺手册》表7-1：
T左＝L＋l1＋l2/n×f式中L＝96/2＝48，l1＝4，l2＝0
∴T左＝48+4+0/0.52×370＝0.27min（16.2s）
T右＝L＋l1＋l2/n×f，式中L＝96-72/2＝12，l1＝4，l2＝0
∴T右＝12+4+0/0.52×370＝0.083min（5s）
b.车Φ32端面：
切削深度：
加工总余量＝3.25mm，留余量0.5mm，单边余量2.75mm，一次走刀，ap＝2.75mm
主轴转速和进给量：
为了提高生产率，在不影响加工质量的情况下，取与车Φ50端面时的主轴转速和进给量。
即n＝760r/min，f＝0.52mm/r。
所以实际切削速度:
V＝πdwns/1000＝3.14×72×370/1000＝83.65m/min（1.394m/s）
切削工时《工艺手册》表7-1：
T＝L＋l1＋l2/n×f，式中L＝72/2＝36，l1＝4，l2＝0
T＝36＋4＋0/0.52×370＝0.21min（12.6s）
2.车外圆
粗车Φ50外圆。
要求校验机床功率及进给强度
切削深度：
单边余量Z＝2.76mm，一次走刀。
ap＝2.76mm，
进给量：
查表4，f＝0.6-0.9mm/r。
按机床说明书取f=0.6mm/r。
计算切削速度：
按表21
V＝（
1-m×Tm×apxv×fyv）×Kv，式中Cv=242，xv＝0.15，yv＝0.35，m＝0.20，Kv＝KMv×Ktv×Kkrv×Ksv×KTv×KKv
其中Ktv＝1.0（表21-6），Kkrv＝0.81（表21-7），KSV＝0.8（表21-5），
KTv＝1.0（表11），KKv＝1.0（表21-9），KMv＝0.637/σb
＝0.637/0.735＝0.87（表21-1）
V＝（242/601-0.2×36000.2×2.760.15×0.60.35）×0.87×1.0×0.81
×0.8×1.0×1.0＝1.03m/s（61.8m/min）
确定主轴转速：
ns＝1000v/πdw＝1000×61.8/3.14×96＝205.02r/min
按机床选取n＝230r/min，所以实际切削速度
V＝nW×dw×π/1000＝3.14×96×230/1000＝69.33m/min（1.16m/s）
校验机床功率：
由表22中查得：
Pm＝FzV×10-3KW,式中Fz可由表13查出，当
σb＝0.569-0.951GPa，ap＜2.0mm，f≤0.6mm/r，
V＜1.66m/s时，Fz＝2350N，切削力Fz的修正系数为KKrFz＝0.89，
Kr0Fz＝1.0（表22-3）
故Fzc＝2350×0.89=2091.5N
∴Pmc＝FzV×10-3＝2091.5×1.16×10-3＝2.43kw,按机床说明书，当n＝230r/min时，机床主轴允许功率PE＝5.9kw，因Pmc＜PE
故所选切削用量可在C620-1车床上进行。
校验机床进给系统强度：
根据C620-1机床说明书，其进给机构允许走刀力Fmax3530N,由表16，当σb＝0.669-0.794GPa，ap＜2.8mm，
f＜0.75mm/r，V＜1.66m/s，Kr＝90°时，走刀力Fxc＝760N。
切削时Fx的修正系数为Kr0Fx＝1.0，KλsFx＝1.0，KKrFx＝1.17（表22-3）
故实际走刀力为Fxc＝760×1.0×1.0×1.17＝889.2N，则所选
f＝0.6mm/r的进给量可用。
切削工时《工艺手册》表7-1：
T＝L＋l1＋l2/n×f，式中L＝35.5，l1＝4，l2＝3
∴T＝35.5+4+3/230×0.6＝0.31min（18.6s）
考虑到该零件台阶面较多，如若各台阶面都采用不同的转速和不同的进给量，则效率不高，故在不影响加工质量的情况下，粗车该轴时，采用主轴转速230r/min，粗车进给量f＝0.6mm/r。
粗车Φ32外圆
切削深度：
单边余量2.59mm，一次走刀，ap＝2.59mm
进给量f=0.6mm/r
主轴转速n=230r/min，所以实际切削速度
V＝nW×dw×π/1000=3.14×72×230/1000=52m/min（0.87m/s）
切削工时：
T＝L＋l1＋l2/n×f，式中L＝400.5，l1＝4，l2＝0
∴T＝400.5+4/230×0.6=2.93min
粗车Φ22外圆
切削深度：
单边余量0.84mm，一次走刀，ap＝0.84mm
进给量f=0.6mm/r
主轴转速n=230r/min，所以实际切削速度
V＝nW×dw×π/1000=3.14×43.5×230/1000=31.42m/min（0.524m/s）
切削工时：
T＝L＋l1＋l2/n×f，式中L＝115.5，l1＝4，l2＝0
∴T＝115.5+4/230×0.6=0.866min
工序：
半精车各外圆（如未特别注明，本工序相关数据的出示《切削手册》的车削用量选择）
半精车Φ50外圆
选择刀具：
刀片材料YT15，刀杆尺寸16×25mmKr＝45°r0＝10°，α。
＝7°，λs＝3°rε＝1.0mm
切削深度ap＝0.5mm
进给量：
因表面粗糙度Ra=6.3，rε=1.0mm。
查表6，f=0.55～0.65mm。
按机床说明书取f=0.55mm。
计算切削深度：
根据表21
Vc=（Cv/601-mTmapXvfyv）×Kv，式中Cv=242，Xv=0.15，yv=0.35，m=0.2。
Kv＝KMv×Ktv×Kkrv×Ksv×KTv×KKv。
其中KMv=0.637/0.735=0.87，
Ktv=1.0，Kkrv=1.0，Ksv=0.8，KTv=1.0，KKv=1.0
∴Vc=（242/601-0.2×36000.2×0.50.15×0.550.35）×0.87×1.0×1.0
×0.8×1.0×1.0＝1.70m/s（102m/min）
确定主轴转速：
ns＝1000v/πdw＝1000×102/3.14×90.48＝359r/min
按机床选取n＝370r/min，所以实际切削速度
V＝nW×dw×π/1000
＝3.14×52.48×370/1000
＝105.12m/min（1.75m/s）
校验机床功率：
由表22中查得：
Pm＝FzV×10-3KW，式中Fz可由表13查出，当
σb＝0.569-0.951GPa，ap＜2.0mm，f＜0.6mm/r，V＜3.0m/s时，
Fz＝1470N，切削力Fz的修正系数为KKrFz＝1.0，Kr0Fz＝1.0（表22-3），故Fzc＝1470N
∴Pmc＝FzV×10-3＝1470×1.75×10-3＝2.573kw
按机床说明书，当n＝370r/min时，机床主轴允许功率PE＝6.4kw，
因Pmc＜PE，故所选切削用量可在C620-1车床上进行。
校验机床进给系统强度：
根据C620-1机床说明书，其进给机构允许走刀力Fmax=3530N
由表16，当σb＝0.669-0.794GPa，ap＜2.0mm，f＜0.75mm/r，
V＜2.58m/s，Kr＝45°时，走刀力Fxc＝630N。
切削时Fx的修正系数为Kr0Fx＝1.0，KλsFx＝1.0，KKrFx＝1.0（表22-3），故实际走刀力Fxc＝630N。
则所选f＝0.6mm/r的进给量可用。
切削工时《工艺手册》表7-1：
T＝L＋l1＋l2/n×f，式中L＝35.5，l1＝4，l2＝3
∴T＝35.5+4+3/370×0.55＝0.21min（12.6s）
考虑到该零件台阶面较多，如若各台阶面都采用不同的转速和不同的进给量，则效率不高，故在不影响加工质量的情况下，半精车该轴时，采用主轴转速n=370r/min，进给量f＝0.55mm/r。
半精车Φ30外圆
切削深度ap＝0.45mm
进给量：
因表面粗糙度Ra=0.8，rε=1.0mm。
为了保证质量，查表6，f=0.2～0.3mm，按机床说明书取f=0.25mm/r。
计算切削速度：
根据表21
Vc=（Cv/601-mTmapXvfyv）×Kv，式中Cv=291，Xv=0.15，yv=0.2，m=0.2。
Kv＝KMv×Ktv×Kkrv×Ksv×KTv×KKv。
其中KMv=0.637/0.735=0.87，
Ktv=1.0，Kkrv=1.0，Ksv=0.8，KTv=1.0，KKv=1.0
∴Vc=（291/601-0.2×36000.2×0.450.15×0.250.35）×0.87×1.0
×1.0×0.8×1.0×1.0＝2.21m/s（132.6m/min）
确定主轴转速：
ns＝1000v/πdw＝1000×132.6/3.14×34.82＝632r/min
按机床选取n＝610r/min，所以实际切削速度
V＝nW×dw×π/1000
＝3.14×34.82×610/1000
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