花键传动轴设计说明书.docx

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花键传动轴设计说明书

航空制造工程学院

《机械制造工艺及装备》

课程设计说明书

专业：

机械设计制造及其自动化班级：

090314

姓名：

张建学号：

09031432

评分：

指导老师：

（签字）

2012年11月

机械制造工艺学课程设计任务书

课题:

传动轴花键轴机械加工工艺规程及夹具设计

内容：

1零件图1张

2.机械加工工艺过程综合卡片1张

3.夹具设计装配图1张

4.夹具设计零件图1张

5.课程设计说明书12张

班级：

09031432

姓名：

张建

2012年11月

一零件分析…………………

（1）

二工艺规程设计……………

（1）

三夹具设计………………（9）

四设计心得………………（10）

五参考文献………………（11）

一、零件的分析

（一）零件的作用

题目所给的零件是花键传动轴，为花键传动中的传动轴，起传动的

作用。

二、工艺规程设计

（一）确定毛坯的制造形式

选择锻件毛坯。

（二）基面的选择

（1）基准的选择：

该零件既是花键轴又是阶梯轴，其加工精度又要求较高，因此选中心孔B3/7.5做为设计和工艺基准。

（三）制定工艺路线

制定工艺路线的出发点,应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证,在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用万能性机床配以专用工卡具,并尽量使工序集中来提高生产率。

除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。

工艺路线方案：

工序一下料

工序二夹一端，车端面，见平即可，钻中心孔B3/7.5

工序三倒头装夹工件，车端面，保证总长175

工序四以中心孔定位装夹工件粗车外圆各部。

工序五去毛刺

工序六以两中心孔定位装夹工件。

精车,半精车各部尺寸，倒角

工序七一夹一顶装夹工件，粗，精铣花键

工序八热处理：

调质处理255—302HB

工序九按图样要求检查各部尺寸及精度。

（四）机械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸的确定

“花键传动轴”，零件材料为40MnB，硬度为255—302HB，毛坯质量

为6.37ｋｇ。

生产类型为小批量生产，锻造毛坯。

据以上原始资料及加工路线，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如下：

1.外圆表面延轴线方向长度方向的加工余量及公差（φ32内孔及端面）。

查《机械制造工艺设计简明手册》表2.2～2.5，取φ20，φ50端面长度余量均为2.5（均为双边加工）

车削加工余量为：

粗车1.5mm

半精车1mm

2.其他尺寸直接锻造得到

由于本设计规定的零件为大批量生产，应该采用调整加工。

因此在计算最大、最小加工余量时应按调整法加工方式予以确认。

（五）确立切削用量及基本工

工序一下棒料

1.加工条件

工件材料：

40MnB，σb=0.6GPa《机械工程材料》表5—6，255—302HB，型钢。

机床：

CR6150《工艺手册》表7—4

刀具：

W18Cr4V高速钢，牌号W18，硬度63—66HRC，

Ａ型机夹切断车刀：

ｈ=20ｍｍ，ｂ=22ｍｍ，Ｌ=125ｍｍ。

2.切削用量

1）切削深度因为是切断，所以ap=36ｍｍ。

《工艺手册》表11—29

2）进给量ｆ=0.20ｍｍ/ｒ《工艺手册》表11—29

3）查后刀面最大磨损及寿命

查《工艺手册》表11—25，后刀面最大磨损为0.4—0.6ｍｍ。

寿命T=60ｍｉｎ。

4）计算切削速度

由《机械加工工艺手册》表8·4—8，（以下称《工艺手册2》）得，

算得

=70ｍ/ｍｉｎ。

5）确定机床主轴转速

=319ｒ/ｍｉｎ。

按机床说明书（见《工艺手册》表4.2）,与319ｒ/ｍｉｎ相近的机床转速为360ｒ/ｍｉｎ,故选择360ｒ/ｍｉｎ的转速.Vf=ｆｎ=0.20×360=72ｍｍ/ｍｉｎ.所以实际切削速度为ｖ=79ｍ/ｍｉｎ.

6）计算基本工时

tm＝L/Vf=36/72=0.5ｍｉｎ.

工序二粗车端面，钻中心孔

1.加工条件

工件材料：

40MnB，σb=0.6GPa《机械工程材料》表5—6，24—38HRC，型钢。

加工要求：

粗车M24×1.5—8ｇ端面，钻中心孔。

机床：

CR6150《工艺手册》表7—4

刀具：

ＷＣ+Ｔｉ+Ｃ。

硬质合金钢车刀，牌号YT15，硬度78HRC，《工艺手册》表10—3。

45°端面铣刀尺寸；Ｌ=140ｍｍ，ｈ=25ｍｍ，ｂ=16ｍｍ。

《工艺手册》表10—99。

2.切削用量

1）切削深度：

ap=3ｍｍ《工艺手册》表11—26。

2）进给量：

ｆ=0.25ｍｍ/ｒ《工艺手册》表11—26。

3）查后刀面最大磨损及寿命

查《工艺手册》表11—25，后刀面最大磨损为1.0—1.4ｍｍ。

寿命T=60ｍｉｎ。

4）计算切削速度

由《工艺手册2》表8·4—8，得，

=138ｍ/ｍｉｎ.

5）确定机床主轴转速

=628ｒ/ｍｉｎ。

按机床说明书（见《工艺手册》表4.2）,

与628ｒ/ｍｉｎ相近的机床转速为600ｒ/ｍｉｎ.,故选择600ｒ/ｍｉｎ的机床.

所以实际切削速度为ｖ=120ｍ/ｍｉｎ.

Vf=ｆｎ=0.25×600=150ｍｍ/ｍｉｎ。

6）计算基本工时

tm＝L/Vf=36/150=0.24ｍｉｎ

查《工艺手册》表10—180，选用带护锥中心钻（B型）

ｄ=2.50ｍｍ，材料为高速钢。

主轴转速ｎ=628ｒ/ｍｉｎ，切削深度=10ｍｍ。

工序四粗车

1．加工条件

工件材料：

40MnB，σb=0.6GPa《机械工程材料》表5—6，24—38HRC，型钢。

加工要求：

粗车外圆各部。

机床：

CR6150《工艺手册》表7—4。

刀具：

ＷＣ+Ｔｉ+Ｃ。

硬质合金钢车刀，牌号YT15，硬度78HRC，《工艺手册》表10—3。

95°外圆车刀，Ｌ=140ｍｍ，ｈ=25ｍｍ，ｂ=16ｍｍ。

《工艺手册》表10—100。

2.切削用量

1）切削深度：

ap=3ｍｍ《工艺手册》表11—26。

2）进给量：

ｆ=0.75ｍｍ/ｒ《工艺手册》表11—26。

3）查后刀面最大磨损及寿命

查《工艺手册》表11—25，后刀面最大磨损为1.0—1.4ｍｍ。

寿命T=60ｍｉｎ。

4）计算切削速度

由《工艺手册2》表8·4—8，得，

=123ｍ/ｍｉｎ。

5）确定机床主轴转速

=612ｒ/ｍｉｎ。

根据机床选取ｎ=600ｒ/ｍｉｎ。

Vf=ｆｎ=0.75×600=450ｍｍ/ｍｉｎ。

所以实际切削速度为ｖ=120ｍ/ｍｉｎ。

粗车不同轴处的切削速度：

Vc2=∏ｄｎ/1000=90ｍ/ｍｉｎ。

Vc3=∏ｄｎ/1000=87ｍ/ｍｉｎ。

Vc4=∏ｄｎ/1000=69ｍ/ｍｉｎ。

Vc5=∏ｄｎ/1000=60ｍ/ｍｉｎ。

Vc6=∏ｄｎ/1000=49ｍ/ｍｉｎ。

6）计算基本工时

tm＝L/Vf=260/450=0.577ｍｉｎ。

工序六精车

1．加工条件

工件材料：

40MnB，σb=0.6GPa《机械工程材料》表5—6，24—38HRC，型钢。

加工要求：

精车各部尺寸，留磨削余量0.4ｍｍ，各处倒角C1，粗、精车螺纹

机床：

CR6150《工艺手册》表7—4。

刀具：

ＷＣ+Ｔｉ+Ｃ。

硬质合金钢车刀，牌号YT15，硬度78HRC，《工艺手册》表10—3。

95°外圆车刀，Ｌ=140ｍｍ，ｈ=25ｍｍ，ｂ=16ｍｍ。

《工艺手册》表10—100。

2.切削用量

1）切削深度：

ap=1.6ｍｍ，《工艺手册》表11—27。

2）进给量：

ｆ=0.14，《工艺手册》表11—27。

3）查后刀面最大磨损及寿命

查《工艺手册》表11—25，后刀面最大磨损为0.4—0.6ｍｍ。

寿命T=60ｍｉｎ

4）计算切削速度

由《工艺手册2》表8·4—8，得，

=198ｍ/ｍｉｎ。

5）确定机床主轴转速

=955ｒ/ｍｉｎ根据机床选取ｎ=900ｒ/ｍｉｎ

Vf=ｆｎ=0.14×900=126ｍｍ/ｍｉｎ。

所以实际切削速度为ｖ=176ｍ/ｍｉｎ。

精车不同轴处的切削速度：

=131ｍ/ｍｉｎ

=125ｍ/ｍｉｎ

=100ｍ/ｍｉｎ

=86ｍ/ｍｉｎ

=68ｍ/ｍｉｎ

6）计算基本工时

tm＝

=2ｍｉｎ

工序七磨削

1．加工条件

工件材料：

40MnB，σb=0.6GPa《机械工程材料》表5—6，24—38HRC，型钢。

加工要求：

以两孔定位装夹工件。

粗，精磨外圆各部至图样尺寸。

机床：

万能外圆磨床MW1420，表面粗糙度0.16ｕｍ，《工艺手册》表7—117。

选取陶瓷剂平行小砂轮，由《工艺手册》中磨料选择各表中，选择结果为

WA46KV6P20×4×6其含义为：

砂轮磨料为白刚玉，粒度为

，硬度为中软1级，陶瓷结剂，Ｄ=35ｍｍ，Ｈ=10ｍｍ，ｄ=6ｍｍ。

《工艺手册》表10—281

2.切削用量

根据《工艺手册》表11—172查得，

=0.0222ｍｍ/ｓｔ工件纵

向进给量

=0.5ｍｍ/ｒ，砂轮速度

=20ｍ/ｍｉ，转速

=1050ｒ/ｍｉｎ.

3、切削工时

当加工1个表面时

（见《工艺手册》表6.2-8）

式中

——加工面积

——单面加工余量0.2

——系数1.10

——工作台移动速度

——工作台往返一次砂轮轴向进给量

——工作台往返一次砂轮径向进给量

0.822min

工序八铣花键

1．加工条件

工件材料：

40MnB，σb=0.6GPa《机械工程材料》表5—6，24—38HRC，型钢。

加工要求：

一夹一顶装夹工件，粗，精铣花键

机床：

X62W

2.切削用量

选取铣刀类型及其参数：

根据花键轴参数，选取高速钢尖齿槽铣刀，其直径D=40，铣刀厚度L=18，齿数Z=16

选取每齿进给量af:

根据铣刀结构及其参数，加工性质和铣削宽度

ae=（120-112）/2=4mm

按表选取每齿进给量af=0.04mm/z

确定刀具耐久度T：

按表18。

2-14确定铣刀耐久度T=120min

选择切削速度V：

根据表18.2-14选取切削速度V，按条件D=40；

L=10-16；Z=16；T=120min和af=0.04mm/z，取V1=45m/min，又根据不同的加工条件进行修正计算。

按表18.2-19，工件硬度为255—302HB时，取Kmv=1.27，最后确定V=V1，Kmv=45×1.27=57.15m/min.

确定铣床主轴转速N

N=100V/∏D=1000×57.15/∏×100=181.91r/min

根据X62W型铣床说明书，选定N‘=190r/min

最后确定的切削速度为：

V=∏×100×190/1000=59.69r/min

确定每分钟进给量Vf

Vf=Af×Z×N‘=0.04×18×190=136.8mm/min

根据X62W铣床说明书，确定Vmm/min

校验机床电动机功率：

选取切削功率Pm=1.1kw,

按公式Pm≤η×Pe,则

1.1≤0.85×7.5

1.1＜6.375

所以满足要求

计算纵向工作台的工作行程长度：

L=l+L1+L2

花键长度l=95mm，则L1=21mm

取L2=3mm,L=400+21+3=424mm

（3）切削工时

计算机动时间：

Tm=LN/Vf=424×10/118=35.9min

三、夹具设计

夹具设计

1．定位基准的选择

出于定位简单和快速的考虑，选择中心孔B3/7.5为基准，即一端夹紧，另外一端顶住，使工件定位。

再使用快速螺旋夹紧机构进行夹紧。

2．切削力和卡紧力计算

铣削切削力的确定：

算得

=25.71N

注：

F——铣削力（N）；

——在高速钢（Ｗ18

4V）铣刀铣削时，考虑工件材料及铣刀类型的系数；

——铣削深度（ｍｍ），指铣刀刀齿切入和切出工件过程中，接触弧在垂直走刀方向平面中测得的投影长度；

——每齿进给量（ｍｍ）；

——铣刀直径（ｍｍ）；

——铣削宽度（ｍｍ）（指平行于铣刀轴线方向测得的切削层尺寸）；

——铣刀的齿数；

——用高速钢（Ｗ18

4V）铣刀铣削时，考虑工件材料机械性能不同的修正系数。

切削扭矩的确定：

=

=21.7N·ｍ

夹紧力的确定：

防止工件转动：

=

=1.30（N）

=

所以工件所需的实际切削力为42.54N。

3夹具设计及操作的简要说明

夹具的夹紧力不大，故使用手动夹紧。

为了提高生产力，使用快速螺旋夹紧机构。

设计心得

经过这次课程设计，对以前学习过的课程有了一定的复习，并在课程设计中发现了自己的不足之处，在以后的学习过程中可以加以弥补。

这次课程设计对我来说最大的作用是，为紧接下来的毕业设计打了一个基础，有了一次独立作业的机会，可以少犯一些错误，少走一些弯路。

在这次课程设计中，有以下体会；一是不能拖，要尽快做，按着进度一步一步做下去；二是对自己要严要求，不能随便搞一下。

三是要学会查资料，利用各种工具书，特别是手册。

四是整个设计过程应该是先紧后松，而不是倒过来。

五是要善于发现问题，与指导老师交流。

参考文献

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高等教育出版社，2007.5

[2].王忠.《机械工程材料》.-北京：

清华大学出版社，2007.9

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机械工业出版社2010.1

[4].邓文英，郭晓鹏.《金属工艺学》.上、下册.-5版.-北京：

高等教育出版社，2008.4

[5].王伯平.《互换性与测量技术》.-2版.-广州：

华南理工大学出版社，2009.8

[6].蔡兰.《机械零件工艺性手册》.-2版.-北京:

机械工业出版社，2006.12

[7].艾兴，肖诗纲.《切削用量简明手册》.-北京：

机械工业出版社

[8].梁国元.《电子机械设计与工艺简明手册》.西安电子科技大学出版社

[9].刘鸿文.《材料力学》I.-4版.-北京：

高等教育出版社，2004.1

[10].沈鸿.《机械加工工艺手册》1,2卷.-北京:

机械工业出版社，1991.1

[11].王先逵.《机械制造工艺学》.-2版.-北京:

机械工业出版社，2006.1