矩形齿花键轴加工工艺及铣花键夹具设计全套图纸.docx

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矩形齿花键轴加工工艺及铣花键夹具设计全套图纸

前言

地方及周边地区的快速发展需要越来越多的实用型应用型人才。

高等职业教育根据“必须、够用”原则培养出一大批能把科学发现转化应用技术，把产品设计转化为工艺流程，把宏观决策转化为微观管理的技术型和管理型的人才。

正是在这种背景下，我们为全面提升自身的知识结构、能力结构和素质结构进行此次毕业设计。

全套图纸加153893706

毕业设计是继专业基础课程如机械制造工艺学、工程力学、机械设计、公差与技术测量等之后，并在一定生产实习的基础上进行的一个教学环节，要求我们综合运用所学知识，根据零件的结构特点和产品的加工要求，进行加工工艺规程和夹具的设计。

机床夹具是保证机械产品质量高、数量多、成本的一种极重要的工艺装备。

其主要作用是：

可靠地保证工件的加工质量，提高加工效率，减轻劳动强度，充分发挥和扩大机床的工艺性能。

机床夹具设计是工艺装备设计的重要组成部分。

一个好的设计，应能稳定地保证工件的加工质量，生产效率高，成本低，排屑方便，操作安全、省力，制造、维护容易等其衡量指标。

本人设计的课题是矩形齿花键轴铣花键设计。

通过本次毕业设计，我能够综合的运用机械制造工艺学中的基本知识和理论,结合生产实习中的实践知识,独立地分析和解决工艺问题,已初步具备设计一定复杂程度的零件的工艺规程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,并熟悉和运用相关手册、图表等技术资料及编写技术文件等技能的一次综合训练的机会,为今后从事的工作打下良好的基础。

作为一名高职院校的学生，我深知自己知识、能力和经验的不足,正是这种不足让我在今后的工作中更加谦虚谨慎、脚踏实地、不断进步，敬请各位老师多多指教。

设计者：

2008年5月

一、零件的工艺分析----------------------------------------------------（4）

二、毛坯的选择--------------------------------------------------------（4）

三、基准的选择--------------------------------------------------------（5）

四、拟定机械加工工艺路线----------------------------------------------（5）

五、确定机械加工余量、工序尺寸及公差----------------------------------（8）

六、选择机床及工艺装备------------------------------------------------（8）

七、确定且学用量及基本工时--------------------------------------------（9）

八、铣花键夹具设计----------------------------------------------------（14）

结论--------------------------------------------------------------（19）

致谢--------------------------------------------------------------（20）

参考文献----------------------------------------------------------（21）

要求：

材料为45钢大批量生产

技术要求：

调质处理28～32HRC

一、零件的工艺分析

1、零件的功用、结构及特点

该零件是及其中常见的零件，也是重要零件。

某主要功用是支撑住传动零件和传动转矩。

该零件是旋转类零件，其长度大于直径，其加工表面为外圆柱面、矩形花键、键槽，该零件是以φ20的轴安装在孔上，并以键槽与孔定位，起传动作用。

矩形8×6+00.03花键轴主要工作中永受一定力。

因此，要求一定强度、刚度、韧度。

2、主要加工表面及其要求

1矩形花键轴两端面对公共轴心线的圆跳动公差为0.03mm，表面粗糙度Ra为1.6um

2花键外圆φ36

对公共轴心线，圆跳动公差为0.04mm，表面粗糙度Ra为3.2um

3φ25+00.03mm外圆（两处），对公共轴心线圆跳动公差为0.04mm，表面粗糙度Ra为1.6um

4φ20+00.03mm外圆，对公共轴心线圆跳动公差为0.04mm，表面粗糙度Ra为3.2um

5键槽的宽度为6+00.03mm，深度为1.8mm，表面粗糙度Ra为3.2um

二、毛坯的选择

1、确定毛坯的类型，制造方法和尺寸及其公差

1因零件材料为45钢，属于大批量生产，所以毛坯选用自由锻造成形

2自由锻件尺寸公差等级为CT15（见参考文献[1]中3-1①）其余加工量及公差符合（JB249、2-1986）其余加工余量为3—5级。

2、确定毛坯的技术要求

1调质处理28～32HRC，使轴的整体具有较好的综合能力

2未注倒角C0.5

3、绘制毛坯图如图：

三、基准的选择

该零件圆中较多尺寸及形位公差是以两中心孔及其端面为设计基准的。

因此必须首先加工处两中心孔B2.5/8及其端面，为后续工序作为基准。

根据粗精基准选择原则，确定加工表面的基准加工表3-1所示：

表3-1加工表面的基准

序号

加工标准

基准选择

1

B2.5/8中心孔及其两端面

轴外圆柱表面（粗基准）

2

矩形花键轴外圆及倒角车槽

两中心孔B2.5/8

3

矩形花键8x6+00.03

两中心孔B2.5/8

4

键槽6+00.03

两中心孔B2.5/8

四、拟定机械加工工艺路线

1、确定各表面的加工方法

根据各加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求，选定以下加工方法：

矩形花键轴的两端面加工方法为车削，B2.5/8孔的加工方法为钻，该轴外圆加工方法为车削，该倒角加工方式为车削，其花键加工方法为铣削，键槽的加工方法为铣削。

具体方法如下：

1矩形花键轴两端面为φ25+00.03，公差等级IT12，表面粗糙度Ra为6.3um（见参考文献[1]表4-2及表4-5）需要进行粗车。

2钻中心孔B2.5/8可直接采用麻花钻（2.5/8钻头）钻削。

3车矩形花键轴外圆车槽：

倒角的表面粗糙度Ra为3.2cm～1.6cm，公差等级为IT8见参考文献[1]表4-2需粗车、精车才能达到要求。

4矩形花键8x

mm，且保证小径φ

mm其表面粗糙度Ra为3.2cm。

公差等级为IT12，见参考文献表4-2需粗铣—精铣。

5键槽宽度φ6+00.03mm其表面粗糙度Ra为3.2cm，公差等级为IT9见参考文献[1]表4-2只需粗铣即可。

2、拟定加工工艺路线

加工方案有以下两种，分别如表4-1和表4-2所示：

表4-1加工方案一

工序号

工序名称

工序内容

加工基准

工艺装备

10

下料

棒料φ40x200

锯床

20

粗车

夹一端车端面，见平即可，钻中心孔B2.5/8

外圆

车床

30

粗车

倒立装夹工件，车端面，保证总长190mm钻中心孔B2.5/8

外圆

车床

40

粗车

以两中心孔定位装置装夹工作粗车外圆各部留加工余量2mm，长度方向各留加工余量2mm

中心孔

车床

50

热处理

调质处理28～32HRL

60

精车

以两中心孔定位装夹工件，精车各部尺寸切槽2xφ18mm,切槽3xφ23mm（两处）倒角C2。

及C0.5。

以及钻中心孔B2.5/8

中心孔

车床

70

粗铣

一夹一顶装夹工件精铣花键

8xφ

mm留加工余量1mm

中心孔

车床

80

精铣

一夹一顶装夹工件精铣花键

8xφ

mm保证以小径φ

mm

中心孔

铣床

90

划线

划φ6+00.03mm键槽线

100

精铣

一夹一顶装夹工件精铣键槽

φ6+00.03mm保证尺寸1mm　　

中心孔

铣床

110

精铣

一夹一顶装夹工件精铣键槽

φ6+00.03mm保证尺寸18.2mm

中心孔

铣床

120

清洗

130

检验

表4-2加工方案二

工序号

工序名称

工序内容

加工基准

工艺设备

10

下料

棒料φ40x200

锯床

20

粗铣

同时铣两端，钻中心孔B2.5/8

外圆

专用机床

30

粗车

以两中心孔定位粗车外圆各部孔留加工余量2mm，长度方向留加工余量2mm

中心孔

车床

40

粗车

以两中心孔定位粗车另一端加工余量2mm，长度方向各留加工余量2mm

中心孔

车床

50

热处理

调质处理28～32HRL

60

精车

以两中心孔定位装夹工件，精车一端切槽3xφ23mm倒角C2。

及C0.5。

中心孔

车床

70

精车

以两中心孔定位装夹车槽另一端面，各部尺寸切槽2xφ18mm,切槽3xφ23mm倒角C2。

及C0.5

中心孔

车床

80

粗铣

一夹一顶装夹工件精铣花键8x

mm留加工余量1mm

中心孔

铣床

90

精铣

一夹一顶装夹工件精铣花键8x

mm保证小径φ

mm

中心孔

铣床

100

划线

划φ6+00.03mm键槽线

110

粗铣

一夹一顶装夹工件粗铣键槽φ6+00.03mm留加工余量1mm

中心孔

铣床

120

精铣

一夹一顶装夹工件精铣键槽φ6+00.03mm留加工余量18.2mm

中心孔

铣床

130

清洗

140

检验

3、工艺路线方案的分析与比较

①方案一

按工序集中原则，车外圆、车槽、车倒角，在同一台车床上完成，其优点是工艺路线短，减少工件装夹次数，易保证表面间的未知精度。

需要车床数量少，减少工件在工序间的运输，减少附注时间和准备终结时间。

②方案二

按工序分散原则，组织工序先在专用机床上，同时铣两端面，钻中心孔。

其车一端外圆，车槽倒角在一台车床上，而另一端面外圆、车槽、车倒角在另一台车床上。

其优点是所需设备和工艺装备数目多，缺点是工艺路线长，增加工件装夹次数。

由于该零件形状规则，加工面集中适用单件小批量生产，看采用普通车床铣床等。

尽量使工序集中以保证质量的要求，考虑选择方案一更为合理。

五、确定机械加工余量、工序尺寸及公差

加工余量可采用查表修正法确定，确定工序尺寸的一般方法是：

由加工表面的最后工序网前推算，最后工序的工序尺寸按零件图样的要求标注，当无基准转换时，同一表面多次加工的工序尺寸，只与工序加工余量有关，当基准不重合时，工序尺寸用工艺尺寸链解算。

中间工序尺寸按“单项入体”原则标准，但毛坯和孔的距尺寸公差带一般取双向对称布置。

中间工序尺寸的公差可以相应的加工经济精度表中查得。

该零件工序无基准转换各表加工均用同意基准重合，查各种表面加工余量表，分别确定各加工表面的加工余量、工序尺寸及公差，如表5-1所示：

表5-1机械加工余量及工序尺寸

工序号

工序内容

单边余量/mm

工序尺寸/mm

表面粗糙度Ra/mm

20

车一端端面

5

195

6.3

30

倒头车另一端端面

5

190

6.3

40

粗车外圆台阶φ

2

φ

6.3

粗车外圆台阶φ25+00.03

4.5

φ27+00.03

6.3

粗车外圆台阶φ20+00.03

1.5

φ22+00.03

6.3

50

精车外圆台阶φ

1

φ360-0.1

3.2

精车外圆台阶φ25+00.03

1

φ25+00.03

1.6

精车外圆台阶φ20+00.03

1

φ20+00.03

3.2

切槽3xφ23

1

φ23

6.3

切槽2xφ18

1

φ18

6.3

倒角2.2x45。

。

2

φ

3.2

倒角0.7x45。

1

φ25+00.03φ20+00.03

1.6

3.2

60

粗铣花键

2.5

φ

6.3

70

精铣花键

0.5

φ

3.2

80

粗铣花键

2.5

φ5+00.03

6.3

90

精铣花键

0.5

φ6+00.03

3.2

六、选择机床及工艺装备

1、选择机床

1工序10

由于要求是棒料零件，为里达到φ40x200棒料，选用锯床加工切割合适。

2工序20、30、40、60

粗车两端面、钻两中心孔及粗车、粗车外圆、切槽、倒角时，为提高效率，减少装卸时间适用CA6140型普通卧式车床比较合适，由于中心孔精度不用考虑，选麻花钻即可。

3工序70、80、100、110

铣花键、键槽时，由于单件小批量生产，即选用卧式铣床XA6132铣比较合适。

2、选择刀具

该零件无特殊形状表面，小批量生产，一般采用通用或标准刀具，车床上粗车面用P10外圆车刀钻孔用粗直柄∝。

麻花钻查参考文献[1]中表5-28知，其直径范围0.10～0.35在外圆用P10外圆车刀，切槽用切槽车刀，其直径为1mm。

倒角用P1045度倒角倒，铣矩形花键

mm。

查参考文献[1]中表5-40①所示，用三面刀铣刀，且铣刀直径为90～110mm。

查参考文献[1]中5-44所示d=100mm.孔径D=32mm。

z=6，Z=18。

铣键槽6+00.03mm。

查参考文献[1]表5-40①所示，用粗齿i面刀，且铣刀直径90～170mm。

查表5-44所示d=100mm。

孔径D=32mm。

宽度L=6，齿数Z=18。

3、选择夹具

该零件加工工序20、30、40、60采用三爪卡盘，其余工序用顶尖。

4、选择量具

⑴选择车端面，钻中心孔B2.5/8量具

其端面尺寸未注公差。

按IT14要求，其为25的标准公差T为0.52mm，查参考文件机械制造技术课程设计指导中5-56①，计算其不确定度，允许值n1=0.029mm。

查参考文件机械制造技术课程设计指导中表5-57①分度值，0.02mm游标卡尺，其确定数值V=0.02mm。

u

⑵车外圆、切槽及倒角

外圆尺寸公差T=0.13mm，按参考文献[1]表5-56①中计算器基本确定度允许值u1=0.009mm,根据参考文献[1]表5-59①选用分度值0.02mm/0～200mm游标卡尺。

⑶铣矩形花键

其键尺寸

mm，其公差T=0.01mm。

查参考文献[1]中表5-59①可选用值0.02mm/0-200mm的游标卡尺。

⑷铣键槽

其键槽尺寸槽宽6+00.03mm。

查参考文献[1]中表5-56和5-59均可选用分度值0.02mm/0～200mm的游标卡尺。

根据生产类型和满足被加工零件的技术要求，结合工厂现有的生产条件，各工序所选用的机床和工艺装置如表6-1所示：

表6-1机床和工艺装备选择

工序号

工序内容

机床设备和工艺装备

10

车端面

钻中心孔

XA6140型卧式车床、P10端面车刀、0～200mm/0.02mm游标卡尺、ø2.5mm标准麻花钻、

20

粗车、精车

外圆切槽及倒角

C336-1回轮式转工基车床、P10端面车刀、P10切槽刀

P1045。

倒角刀、0～200mm/0.02mm游标卡尺

30

粗铣、精铣

矩形花键

XA6132型卧式铣床、P10花键铣刀、0～200mm/0.02mm游标卡尺

40

粗铣、精铣

键槽

XA6132型卧式铣床、P10三面铣刀

0～200mm/0.02mm游标卡尺

七、确定切削用量及基本工时

工序20和30

粗车矩形花键轴两端面

1、确定背吃刀量ap

端面总加工余量为10mm,一次走刀加工ap=2.5mm

2、确定进给量f

查参考文献[1]表5-102得f=0.4～0.5mm/r,查参考文献[1]表5-5根据机床横向进给量,取f=0.45mm/r

3、确定切削速度Vc

查参考文献[1]表5-109和表5-110得:

Cv=242,Xi=0.15,Yv=0.35,m=0.20修整Km=1.0,Khv=1.24,Khv=0.9,Kkrv=0.81,Ktv=1.0,刀具寿命选T=60min,所以

Vc=CvKv/TmapXvfYv=（242×1×1.24×0.9×0.81×1/600.2×2.50.15×0.450.35）m/min=110.3m/min

4、确定机床主轴转速n

n=1000Vc/πd=1000×110.3/（π×40）=878.2r/min

查参考文献[1]表5-5相近较小的机床转速为n=710r/min,所以实际的切削速度Vc=89.2m/min

5、计算基本时间TJ:

切削加工长度L=40mm,端面车刀选用主偏角Kr=90°,背吃刀量ap=2.5,查参考文献表5-138和表5-139得:

L1=（ap/tanKr）+（2～3）=3mm,L2=（3～5）mm=4mm,L3=5mm;

L=（d-d1/2）+L1+L2+L3=40/2+3+4+5=32mm

TJ=L×i/nf=32×2/900×0.45=0.16min

6、确定辅助时间Tf

查参考文献[1]表5-153得:

装夹工件的时间为0.8min,启动机床的时间为0.02min,启动调节切削液的时间为0.05min,取量具并测量尺寸的时间为0.5min,共计Tf=1.37min.

工序40

粗车外圆台阶φ

mm,φ

mm,φ2

mm

1、粗车外圆台阶φ3

mm

1.1、确定背吃刀量ap

一次走刀量ap=2mm

1.2、确定进给量f

查参考文献[1]表5-102得f=0.4～0.5mm/r,查参考文献[1]表5-5根据机床的横向进给量,取f=0.4mm/r

1.3、确定切削速度Vc

查参考文献[1]表5-109和P136表5-110,查得Cv=242,Xv=0.15,Yv=0.35,m=0.20,修整系Kmv=1.0,Khv=1.24,Khv=0.9,Kkrz=0.81,Kw=1.0;刀具寿命选T=60min,所以

Vc=（Cv/TmapXvfYv）Kv=1.0×1.24×0.9×0.81×1.0×242/600.2×20.150.40.35=124.5m/min

1.4、确定主轴转速n

n=1000Vc/πd=1000×124.5/π×36=1101.4r/min

查参考文献[1]表5-5查、相近较小的机床转速为n=900r/min,所以实际的切削速度Vc=101.7m/min

1.5计算基本时间TJ

切削加工长度L=100,外圆车刀选用主偏角Kr=90°,背吃刀量ap=2,查参考文献[1]表5-138和表5-139得:

L1=（ap/tanKr）+（2～3）=3mm,L2=（3～5）mm=4mm,L3=5mm;

L=L+L1+L2+L3=100+3+4+5=112mm

TJ=（L/nf）i=112/0.4×900=0.31min

1.6、辅助时间Tf

查参考文献[1]表5-152得,装夹工件的时间为0.8min,启动机床时间为0.02min,启动调节切削液的时间为0.05min,取量具并测量尺寸时间为0.5min,共计Tf=1.37min

2、粗车外圆台阶φ2

mm

方法同上:

背吃刀量ap=1.5mm,选进给量f=0.4mm/r,机床转速n=1400r/min,切削速度Vc=109.9m/min,基本时间TJ=0.22min,辅助时间Tf=0.57min

3、粗车外圆φ2

mm

方法同上:

背吃刀量ap=1.5mm,选进给量f=0.4mm/r,机床转速n=1400r/min,切削速度Vc=87.9m/min,基本时间TJ=0.075min,辅助时间Tf=0.57min

工序60

精车外圆台阶φ

mm,φ

mm,φ

mm及切槽2mm×φ18mm，3mm×φ23mm,倒角C2、C0.5

1、精车外圆台阶φ36

mm

1.1、确定背吃刀量ap

一次走刀量ap=1mm

1.2、确定进给量f

查参考文献[1]表5-102得f=0.4～0.5mm/r,查参考文献[1]表5-5根据机床的横向进给量,取f=0.4mm/r

1.3确定切削速度Vc

查参考文献[1]表5-109和表5-110,查得Cv=242,Xv=0.15,Yv=0.35,m=0.20,修整系数Kmv=1.0,Khv=1.24,Khv=0.9,Kkrz=0.81,Kw=1.0;刀具寿命选T=60min,所以

Vc=（Cv/TmapXvfYv）Kv=1.0×1.24×0.9×0.81×1.0×242/600.2×10.15×0.40.35=132.0m/min

1.4、确定主轴转速n:

n=1000Vc/πd=1000×132.0/π×36=1167.8r/min

查参考文献[1]表5-5查得相近较小的机床转速为n=1120r/min,所以实际的切削速度Vc=126.6m/min

1.5、计算基本时间TJ

切削加工长度L=100,车刀选用主偏角Kr=90°,背吃刀量ap=1,查参考文献[1]表5-138和表5-139得:

L1=（ap/tanKr）+（2～3）=3mm,L2=（3～5）mm=4mm,L3=5mm

L=L+L1+L2+L3=100+3+4+5=112mm

TJ=（L/nf）i=112/1120×0.4×1=0.25min

1.6、辅助时间Tf

查参考文献[1]表5-152得,装夹工件的时间为0.8min,启动机床时间为0.02min,启动调节切削液的时间为0.05min,取量具并测量尺寸时间为0.5min,共计Tf=1.37min

1、车外圆台阶φ25+0.030mm

方法同上,背吃刀量ap=1mm,进给量f=0.4mm/r.机床转速n=1120r/min,切削速度Vc=87.9m/min,基本时间TJ=0.092min,辅助时间Tf=0.57min

2、车外圆台阶φ20+0.030mm

方法同上,背吃刀量ap=1mm,进给量f=0.4mm/r,机床转速n=1120r/min,切削速度Vc=70.3m/min,基本时间TJ=0.094min,辅助时间Tf=0.57min

3、切槽3mm×φ23mm

方法同上:

背吃刀量ap=1mm,进给量f=0.4mm/r.机床转速n=1400r/min,切削速度Vc=101.1m/min,基本时间TJ=0.02min,辅助时间Tf=0.57min

4、切槽2mm×φ18mm

方法同上:

背吃刀量ap=1mm,进给量f=0.4mm/r.机床转速n=1400r/min,切削速度Vc=79.1m/min,基本时间TJ=0.014min,辅助时间Tf=0.57min

5、倒角C2、C0.5

取n=760r/min,基本时间TJ=0.03min,辅助时间Tf=0.08min,切削速度Vc=40.6m/min,进给量f=0.4mm/r,背吃刀量ap=1mm

工序70

粗铣矩形花键8×

mm

1、确定背吃刀量ap

一次走刀量ap=2.5mm

2、确定进给量f

查参考文献[1]表5-143得粗铣时每进给量f=afz=（0.06～0.08）×18=（1.08～1.44）mm/r=1.20mm/r

3、确定切消速度Vc

查参考文献[1]表5-124得Vc=（20～40）m/min=30m/min

4、确定主轴转速n

n=1000Vc/