输出轴的工艺规程的制定.docx
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输出轴的工艺规程的制定
目录
第一章 前言…………………………………………………2
第二章 工艺设计…………………………………………………3
§2.1 确定生产类型………………………………………3
§2.2 零件的工艺分析……………………………………5
§2.3 零件的毛坯设计……………………………………8
§2.4 拟定工艺路线………………………………………9
§2.5 工序余量、工序尺寸、公差的确定………………14
§2.6 机床及工艺装备的确定……………………………21
§2.7 确定各工序的切削用量及时间定额………………22
第三章夹具设计……………………………………………………41
§3.1 概述……………………………………………………41
§3.2 夹具的设计步骤………………………………………42
§3.3 夹具分析………………………………………………46
第四章 参考文献及资料……………………………………………47
第五章 结束语………………………………………………………48
第一章 前 言
时光如箭，一转眼，两年的专升本函授即将结束。
现在我们面临毕业前的最后一次大的挑战，即毕业设计。
毕业设计是对我们毕业前的一次全面的、综合的检验。
检查我们两年的学习情况，是否在质和量上有了大的提高。
本人对待此次毕业设计，思想上就比较重视，希望通过此次毕业设计，能对三年来所学的专业基础课和专业课有一个好的总结，以便能更好地服务于教学。
当然，设计中不可避免会出现一些不足之处，恳切希望指导老师和答辩老师及时指出，本人将不胜感激。
随着科学技术的进步和发展，先进的、人工智能的设备不断涌现，在机械设计，设计和工艺安排方面有了较大的发展。
社会分工越来越细，生产方式也从粗放型向集约型发展。
为了适应我国农业经济体制改革和不断发展的需要，要求有性能优越的动力源带动机械作业。
拖拉机成为一种广泛的动力源被应用于各行各业中，本次毕业设计，就是以I38型动力输出轴进行的。
为此，本人深入工厂，调查研究，全面分析。
本次设计任务主要是：
输出轴的工艺规程的制定，和对花键部分的专用刀具设计，及对花键部分加工所需要的专用分度头设计。
本人尽可能选择最优方案，以提高经济效益。
本人要求完成：
（1）动力输出轴的工艺规程。
（2）花键部分加工需要的专用夹具设计。
随着科技的发展，计算机已进入了我们的学习和工作中，在本次设计中，我运用了CAD系统画出花键轴零件图、毛坯图、机加工工艺规程图、花键轴铣削花键时的液压自动专用分度头总装图，及分度头零件图，并利
用计算机写出毕业设计说明书。
尽量使图纸和说明书以最完美的状态出现在老师和同学们面前。
第二章工艺设计
§2.1确定生产类型
工件的生产类型
1.已知动力输出轴年产量10000.
该零件属重型机械.查资料[1]表1—3，得该产品的生产类型
为大批大量生产。
计算：
花键轴：
40Cr比重7.85×103kg／m3
体积：
v=（π×272×15＋π×302×22＋π×382×93＋π×402×36＋π×452×16.5＋π×382×100）／4=0.4×106mm3
质量：
m=vp=7.85×l０3×0.4×106／109=3.14kg.
属轻型零件。
数量：
n=10000根
２、不同生产类型零件的加工工艺有较大的不同，只有深入了解到各种生产类型的工艺特点才能制定出合理的工艺规程。
大批大量类型的工艺特点是：
①零件互换性：
大部分零件具有互换性，同时还保留钳工修配。
②毛坯的制造方法和加工余量：
广泛采用金属模机器造型，模锻或其它高效方法，毛坯精度高，加工余量少。
③机床的布置形式：
部分采用通用机床，广泛采用高效专用机床及自动机床，发展成组技术。
④工艺装备：
广泛采用专用高效夹具、复合刀具、专用量具或自动检测装置，靠调整法达到精度要求。
⑤对工人要求：
对调整工人要求较高，对操作工人要求较低。
⑥工艺文件：
有工艺过程卡和工序卡，关键工序有调整卡和检验卡。
⑦成本：
较低。
⑧安装：
全部采用夹具，不需划线。
⑨生产周期：
长时期连续生产。
§2.2零件的工艺分析
一、了解零件的用途和工作条件
1.花键轴的功用是支承传动零件，承受载荷传递转矩，并保证一定的回转精度和平稳性，将柴油机的运动输出，并具有较高的导向性，定心精度高。
2.工作条件：
60匹马力以下的农用拖拉机动力输出轴在以下条件下工作：
①速度：
发动机额定功率工作时，每分钟转数为540±10r／mm。
②载荷：
有一定的冲击载荷。
③温度：
t≤250℃。
二、分析零件的技术要求
分析零件的结构特点：
主要部分：
①两段花键②两段轴颈
还有作轴承轴向定位的螺纹段。
1.Φ30的轴颈
其圆柱度公差为0.004mm，径向跳动为0.010mm，表面粗糙度Ra0.8，轴颈按IT6级精度制造。
2.Φ40的轴颈
其圆柱度误差为0.004mm，径向跳动为0.012mm，表面粗糙度Ra0.8，支承轴颈按IT6级制造.
动力输出轴的圆柱度将会影响到输出轴载荷的性质，而径向跳动会产生轴的同轴度误差，输出轴由于承受不必要的载荷而降低寿命。
3.花键的技术要求
花键的8个均布键提出了位置度为0.015mm，对花键表面提出淬硬层深度不小于1.2，硬度不低于HRC50的要求，外圆表面Ra6.3，IT8级精度.
花键的键齿主要起传递扭矩的作用，而花键传递的扭矩较大，为使8齿均匀承载，避免某个齿承载较大而损坏，从而降低其寿命，对8齿的位置提出较高要求.
花键的大径是内外花键配合的主要基准面，因此对它的表面粗糙度和尺寸精度有较高的要求，以保证配合良好.
动力输出轴的花键部分常与配合键摩擦，产生磨损，因此应具有一定的耐磨性.
4.Φ45的光轴
这段轴表面粗糙度Ra0.8，径向跳动差为0.03mm，它与密封圈相配合.由于密封圈的作用是防止油液外泄和外部灰尘、杂质进入.因此Ra0.8要求适中，如果值太大，密封圈磨损加快，寿命低.为保证密封效果，故提出径向跳动为0.03mm的要求.
5.两端中心孔.
这两端的中心孔是整个轴在加工过程中的主要基准，虽无具体要求，但应该提出较高要求，否则基准精度不高，其它尺寸精度就难于保证，因此必须对其表面粗糙度严格控制.
6.M27×1.5，M40×1.5及其键槽，Φ25×3槽
这些表面的技术要求为Ra12.5，螺纹主要使Φ30，Φ40处所安装的轴承轴向固定，采用细牙，是防松作用.另外加工时，不能过分削弱花键轴的强度.键槽也起防松作用，对这些加工表面没有提高的要求.
7.右端60o的锥度
表面粗糙度为Ra12.5，作用是在安装时起导向作用，便于安装.
8.Φ14.5圆弧槽
表面粗糙度为Ra12.5，这段花键上所加工的槽，主要起轴向定位作用，装配时，在该槽中安装Φ14.5的销或螺钉，安装时起轴向定位作用，不需提出高要求.
9.两端面
由于这两面为非配合面，表面粗糙度为Ra12.5足够.
10.圆角和倒角.
对于倒角，主要作用是去表面毛刺和便于安装，对于圆弧，可要可不要，因为最终为局部淬火而非全面淬火，起不到防止应力集中（淬火产生的）而开裂.
11.整个轴磨光后不应有裂纹，刀痕的加工缺陷，如果存在，轴在工作过程中出现应力集中，而导致失效，在加工完全后，最好能进行损伤处理。
主要加工表面：
Φ30、Φ40轴颈，花键和Φ45光轴.
次要加工表面：
螺纹等其它表面。
三、分析零件的结构工艺性
从零件图上看，该轴为中间粗，两端细的阶梯轴，因此轴上零件可分别从两端逐个安装，较方便。
这样的轴也便于加工，刚性较好，无需其它辅助设备就可在普通机床上粗加工出这样的轴。
该轴具有良好的结构工艺性。
该动力输出轴径向定位基准为轴线，而在实际加工过程中也是以由两端中心孔确定的作为加工基准，符合基准重合原则，加工中安排了先加工中心孔后加工外圆，符合先基准后其它加工面。
该动力输出轴的轴向定位有两个基准，一为右端面，另一为Φ45轴段的左轴的台阶面，便于加工。
综合分析后可知，该零件加工方便，在满足各方面的技术要求后，还应考虑经济、高效等因素。
四、绘制零件图（见图）
§2.3零件的毛坯设计
一、选材
该动力输出轴为大批大量生产，材料为40Cr，且工作时只承受扭矩（如传动轴），选用冷拉钢，并进行适当的热处理。
二、确定毛坯直径
以零件最粗处进行确定：
Φ45＋各部分加工余量=Φ48.5
取毛坯直径为Φ50。
三、绘制毛坯图
§2.4拟定工艺路线
一、确定各个表面的加工方法
由前面的分析可知：
中心孔，Φ30、Φ40轴颈。
花键和Φ45光轴为主要加工面，其余为次要加工面。
现根据工厂内的现有设备，确定加工表面的加工方案。
１、主要加工面（Φ30、Φ40轴颈和Φ45光轴）
分析A、B、C三种
A 粗车——半精车——磨削
B 粗车——半精车——粗磨——精磨
C 粗车——半精车——精车——磨削——超精加工
由于动力输出轴为40Cr材料，而非有色金属，从加工理论上看，三种加工方法均可考虑，但
A类经济精度IT6——IT8级，表面粗糙度大于Ra1.6—6.3
B类经济精度IT5——IT7级，表面粗糙度大于Ra0.4—3.2
c类经济精度IT5级，表面粗糙度大于Ra0.1—0.8
综合现有设备及三种方法达到的经济精度，选B类比较合理。
这样既保证了加工要求，又可提高效益。
2.花键加工
A滚齿
B插齿
C粗铣—精铣
A类在滚齿机上能加工出花键齿来，能保证精度要求，但工厂内无此设备。
B类插齿加工由于插齿主运动为直线运动，既限制了刀具速度的提高，又降低了效率。
不允许。
C类用成型铣刀加工花键，分度精度由专用分度头来保证。
可行。
综合以上分析，选择C类方案。
3.中心孔
因为中心孔是工件在加工过程中的主要精度，必须对其提出较高要求，选择钻孔，研磨中心孔来达到这样的要求。
4.两端面
由于其表面粗糙度为Ra12.5，所以选择粗铣。
5.M27×1.5螺纹及M40×1.5螺纹。
螺纹设IT8级精度设计，选择车削加工。
6.60短圆锥
表面粗糙度为Ra12.5，仅起导向作用，选择车削（宽刃成型车刀）。
7.Φ14.5圆弧槽
该圆弧槽表面粗糙度Ra12.5，选择车削。
8.键槽
键槽作用：
防松作用，用盘铣刀铣削。
9.倒角
利用45偏刀车削。
二、工件的定位夹紧和定位基准的选择
粗基准：
以毛坯外圆作为加工的粗基准，保证加工余量均匀。
精基准：
根据基准重合原则和基准统一原则，以设计基准一两中心孔确定的轴线作为精基准。
加工时，以一固定顶尖一弹簧顶尖双顶尖的夹紧方式进行加工，以提高加工效率，防止粗加工切削力过大而打滑，同时考虑到加工节拍，故选择小进给量多次走刀。
半精加工和精加工时同时采用双顶尖和鸡心夹头，保证加工要求并符合基准统一原则。
三、加工阶段的划分
1.粗加工：
高效、快速地切削去掉大部分加工余量，比较接近于工件的形状。
2.半精加工：
调质后进行，再一次切除加工余量，将其它次要表面加工完毕及倒角。
3.精加工：
切去少量加工余量，修整淬火后出现的变形，保证加工要求，安排在热处理（淬火）后进行。
四、制订工艺路线
考虑到加工精度，技术要求，加工批量，工厂设备及一些实际情况，制定了如下两种方案：
1.方案一
10 铣两端面，钻中心孔
20 车外圆（光一刀）
30 粗车Φ45、Φ40、Φ38、Φ30、Φ27外圆
40 粗车Φ38外圆
50 热处理（调质）
60 修研中心孔
70 半精车Φ45、Φ40、Φ38、Φ30、Φ27外圆
80 车Φ14.5圆弧槽，60圆锥
90 粗铣花键
100 精铣花键、倒角
110 割Φ25×3槽、车螺纹
120 铣键槽
130 去毛刺
140 花键表面淬火以达图纸要求
150 粗磨各段外圆
160 精磨各段外圆
170 磁力探伤
180 检查
190 涂油包装入库
2.方案二
10 铣两端面，钻中心孔
20 粗车短头外圆Φ45、Φ38
30 粗车长头外圆Φ40、Φ38、Φ30、Φ27
40 调质处理
50 修整中心孔
60 半精车短头外圆，切割圆弧槽，倒300角。
（Φ38）
70 半精车长头外圆，切割退刀槽，车螺纹
80 铣单键槽（M27×1.5）
90 铣单键槽（M40×1.5）
100 粗铣短头花键槽
110 粗铣长头花键槽
120 精铣长头花键槽
130 精铣短头花键槽
140 去锐边，修毛刺
150 高频淬火
160 修中心孔
170 粗磨外圆表面Φ30
180 粗磨外圆（短头）Φ38
190 粗磨外圆（长头）Φ38
200 粗磨外圆Φ40
210 粗磨外圆Φ45
220 精磨外圆表面Φ30
230 精磨外圆表面（短头）Φ38
240 精磨外圆表面（长头）Φ38
250 精磨外圆表面Φ40
260 精磨外圆Φ45
270 探伤
280 检验、包装、入库
3.两种工艺方案分析及优化。
综合以上两种工艺方案，方案一采用了工序集中原则，但粗加工时，粗基准选用了两次，这是不允许的。
方案二尽量采用工序分散的原则，符合大批大量加工要求，并且未出现同一粗基准使用两次的情况，其特点是基准统一，能保证中心孔在一直线上。
虽然方案二在半精车外圆时采用工序集中，但考虑到生产节拍和现有设备，也可以采用。
方案一一次装夹均加工多个表面，降低了生产率，这在大量生产中不合理。
两种方案都采用粗、精加工分开的原则，这点都正确。
综合以上分析，方案二合理，可行。
故采用它作为正式方案。
详见机械加工工序卡图。
§2.5工序余量、工序尺寸和公差的确定
一、径向尺寸加工余量、工序尺寸和公差的确定
1、主要加工表面
主要加工表面
工序名称
工序间余量mm
加工达到的
经济精度
工序间尺寸mm
各工序尺寸公差
Ra
Φ
45
外
圆
精磨
0.06
IT6
Ra0.8
45+0.06=45.06
Φ45-0.0390
0.8
粗磨
0.40
IT8
Ra1.6
45.06+0.4=45.46
Φ45.06-0.0390
1.6
半精车
1.54
IT9
Ra6.3
45.46+1.54=47
Φ45.46-0.0620
6.3
粗车
3.00
IT12
Ra12.5
47+3=50
Φ47-0.250
12.5
毛坯
一般精度
Φ50-1.0-0.4
Φ
40
外
圆
精磨
0.06
IT6
Ra0.8
40+0.06=40.06
Φ40-0.0080
0.8
粗磨
0.40
IT8
Ra1.6
40.06+0.4=40.46
Φ40.06-0.0390
1.6
半精车
1.54
IT9
Ra6.3
40.46+1.54=42
Φ40.46-0.0620
6.3
粗车
8.00
IT12
Ra12.5
42+8=50
Φ42-0.250
12.5
毛坯
一般精度
Φ50-1.0-0.4
Φ
38
外
圆
精磨
0.06
IT6
Ra0.8
38+0.06=38.06
Φ38-0.050-0.025
0.8
粗磨
0.40
IT8
Ra1.6
38.06+0.4=38.46
Φ38.06-0.0390
1.6
半精
车
1.54
IT9
Ra6.3
38.46+1.54=40
Φ38.46-0.0620
6.3
粗车
10.00
IT12
Ra12.5
40+10=50
Φ40-0.250
12.5
毛坯
一般
精度
Φ50-1.0-0.4
Φ
30
外
圆
精磨
0.06
IT6
Ra0.8
30+0.06=30.06
Φ30-0.065+0.0065
0.8
粗磨
0.40
IT8
Ra1.6
30.06+0.4=30.46
Φ30.06-0.0390
1.6
半精
车
1.54
IT9
Ra6.3
30.46+1.54=32
Φ30.46-0.0620
6.3
粗车
18.00
IT12
Ra12.5
32+18=50
Φ32-0.250
12.5
毛坯
一般
精度
Φ50-1.0-0.4
2、次要加工表面
键槽在加工时，由于设计基准与工序基准不重合，故必须确定工序尺寸，查得M27的外径公差为Φ27－0.268－0.032，M40的外径公差为Φ40－0.268－0.032。
（1）确定M27的A1。
尺寸链为：
Al和d／2为组成环，A0为封闭环，并且
Al＝A0－d／2＝23－13.5＝9.5
ESo＝ESA1＋Esd/2
ESA1＝Eso－ESd／2＝0.032＋0＝＋0.032mm
EIo＝EIA1＋EId/2
EIA1＝Eio－EId/2＝－0.2＋0.134＝－0.066mm
所以，Al＝9.5－0.066＋0.032
（2）确定M40的A1。
尺寸链为：
同理A0为封闭环。
Al，d／2为增环。
A1＝36－20＝16
d／2＝20－0.134＋0.032
ESo＝ESAI＋ESd／2
ESAI＝Eso－ESd／2＝0＋0.032＝0.032mm
EIo＝EIAl＋EId／2
EIAl＝EIo－EId／2＝－0.2＋0.134＝－0.066mm
所以，A1＝16－0.066＋0.032
二、轴向尺寸公差、工序尺寸的确定
因为在粗加工时，轴向留有1mm的加工余量，轴向基本尺寸改变，故无必要对其轴向工序尺寸和公差精确确定，而在半精加工时，对于轴向尺寸相当最终加工所保证的尺寸，有必要确定其轴向工序尺寸和公差。
现用跟踪法确定：
1.利用跟踪法从图中得到尺寸链。
2.解尺寸链。
以零件图得A05，A04，A03，A01为自由公差，一般要求自由公差按IT12一IT18要求，本人把A05，A04按IT14级公差要求确定。
国标未注公差的极限偏差规定取值。
孔用H，轴用h，长度用±1/2IT（即JS或Js）。
得
A05＝117±0.435mm
A04＝36±0.3lmm
①解尺寸链（5）
把封闭环A05的尺寸公差T05按等公差原则并考虑到加工方法，经济精度及加工难易程度分配工序尺寸A1A5
令T1＝（±0.30）mm
T5＝（±0.135）mmA1＝283±0.030mm，
A5＝1664±0.135mm
按入体原则：
A1＝283.3－0.600mm
A5＝166.235－0.270mm
②解尺寸链
（2）
将封闭环按等公差原则，并考虑加工方法，经济精度和加工的难易程度，分配给工序尺寸A2，A3
令T2＝（±0.05）mm
T3＝（±0.05）mm
则A2＝15±0.05mm
A3＝37±0.05mm
用计算法检验A2的极限偏差：
在该尺寸链中，A02为封闭环，A2为减环，A3为增环。
ES02＝ES3－EI2
EI2＝ES3－ES02＝0.05－0＝＋0.05mm
EIo＝ES3－ES2
ES2＝ES3－EI02＝－0.05＋0.20＝＋0.15mm
所以A2＝15－0.05＋0.15mm
按入体原则：
A3＝37.05－0.100mm
A2＝15.15－0.100mm
③解尺寸链
（1）
图中A1不是有关尺寸链的公共环，所以根据图由前面计算结果得：
A1＝283.3－0.600mm
④解尺寸链（6）
图中A0不是有关尺寸链的公共环，所以直接由图得
A0＝16.5－0.200mm
⑤解尺寸链（3）
图中A03为封闭环，A3为减环，A5为增环
A3＝37±0.05mm
A5＝166±0.135mm
ES03＝ES5－EI3＝0.135＋0.05＝＋0.18/5mm
E103＝E15－ES3＝－0.135－0.05＝－0.185mm
所以A03＝129±0.185mm
按入体原则：
A03＝129.185－0.370mm
⑥解尺寸链（4）
A04为封闭环，A4为减环，A5为增环
A04＝36±0.31mm
A5＝166±0.135mm
ES04＝ES5－EI4
EI4＝ES5－ES04＝0.135－0.31＝－0.175mm
EI04＝ES5－ES4
ES4＝EI5－EI04＝－0.135＋0.31＝＋0.175mm
所以A4＝130±0.175mm
按入体原则：
A4＝130.175－0.350mm
§2.6机床及工艺装备的确定
在花键轴生产背景下，只有CA6140车床，XA6132铣床，MBl332磨床。
粗加工和半精加工包括螺纹，圆弧槽的加工，利用顶尖和鸡心夹头。
铣花键和两单键槽用专用分度头实现，加工精度取决于夹具的精度。
精加工全利用两项尖和鸡心夹头在磨床上进行，无其它辅助设施。
§2.7确定各工序的切削用量及时间定额
工序20铣端面钻中心孔［3］表3－13
1.铣瑞面［3］表11－5
ap＝2mm
f＝0.61mm／r
v＝1.5m／s＝90m／min
ns＝1000v／πdw＝1000×90／3.14×50＝573r／min
根据机床取nw＝560r／min
所以实际切削速度为：
v＝πdwnw/1000＝3.14×50×560／1000＝87.92m／min
切削工时：
由于轴的两端面需加工中心孔,故不必加工到中心。
可以取段φ6切入l1＝3mm，切出l2＝0，l＝50／2－6／2＝25－3＝22mm
tm＝（l1＋l）／nwf＝（3＋22）／560×0.61＝0.074min
2.钻中心孔［3］表3－53
D＝3mm.
则f＝0.03mm／r
v＝0.2m／s
ns＝1000×0.2/πdw＝1000×0.2/3.14×3.0＝21.16r/s
＝1269.8r／min
根据机床取nw＝1120r／min
所以实际切削速度：
v＝πdwnw/1000＝3.14×3×1120／1000＝10.55m／min
切削工时：
切入Ll＝2mm，l＝10mm
tm＝（Ll＋l）／nwf＝（2＋10）／1120×0.03＝0.36min
工序30粗车短头外圆［3］表3－13
1.粗车φ45外圆［1］表11－5
ap＝1.5mm
f＝0.6lmm／r
v＝1.5m／s＝90m／min
ns＝1000×1.5／πdw＝1000×1.5／3.14×50＝9.55r／s
＝57
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