传动轴花键轴零件的工艺及夹具设计.docx

1、传动轴花键轴零件的工艺及夹具设计目录课程设计说明书正文 1一 零件的分析，并进行结构工艺性审查 11.1 零件的作用 22.2 零件的结构特点 23.3 确定主要、次要加工表面及其加工方法 2二 生产纲领和生产类型，确定工艺的基本特征 2三 确定毛坯的制造形式以及绘制毛坯图 3四 拟定工艺路线 3（一）基准的选择 3(二) 确定表面的加工方法以及加工余量 4（三）制定工艺路线 5（四）工艺设备的选择 6（五）填写工艺过程卡 7五 确立切削用量及基本工序 71 工序一 下棒料 72 工序二 夹一端车端面，钻中心孔B3/7.5并铰中心孔 83 工序三 掉头装夹，车端面，保证总长170mm 94 工

2、序四 以中心孔定位装夹工件。粗车外圆各部分。去毛刺 105 工序五 半精车45、51外圆，精车40外圆，并倒角 116 工序六 以中心孔定位装夹工件，精车35外圆 127 工序七 一夹一顶装加工件，铣花键 138 工序八 热处理：调制处理淬火，淬硬深度1.52.5 HRC30 149 工序九 以两中心孔定位装夹工件，粗磨，精磨 1510 工序十 按图样要求检查各部尺寸及精度并入库 1611 填写机械加工工序卡片 16六 夹具的设计 166.1确定设计方案 176.2确定夹具的结构方案，绘制结构草图。 176.3审查方案与改进设计 186.4夹具的精度分析： 186.5夹具的精度验算 196.6

3、夹具体零件的设计 196.7铣花键的对刀： 206.8加紧机构设计 216.9操作夹具动作说明 21七 课程设计心得体会 21参考文献 22一 零件的分析，并进行结构工艺性审查零件的分析包括零件结构及其工艺性分析和零件的技术要求的分析该零件是轴类零件，外圆柱面和内孔需要在普通车床上进行车削。同时它也是花键轴，键槽部分需要用铣床铣出。零件的技术要求分析是制订工艺规程的重要环节。主要包括三方面的内容：（1）精度分析，包括被加工表面的尺寸精度、形状精度和相互位置精度的分析。（2）表面粗糙度及其他表面质量要求的分析。（3）热处理要求和其他方面要求（如动平衡、去磁等）的分析。首先进行精度分析，题目中的花

4、键轴有两个同轴度的要求，精度比较高，需要比较精密的夹具去装夹零件加工;花键槽侧面还有一个平行度要求，不仅要求有一定的装夹精度，还要一定的机床和刀具精度。而花键槽的高度精度很高，需要特殊加工才能满足，如外圆磨削。其余尺寸用普通车床就可满足。然后进行表面粗糙度及其他表面质量要求的分析。可以看出的是花键轴中花键槽的表面粗糙度要求比较高，达到0.8，其余大都是3.2，这需要先在普通车床上进行粗车、半精车、精车，最后通过外圆磨削实现。最后进行热处理要求和其他方面要求的分析。这个花键轴的花键槽部分需要淬硬深度为1.52.5，硬度要HRC30，这要考虑需要进行表面淬火，需要注意的是选择淬火的时机，需要将淬火

5、安排在合适的工序中1.1 零件的作用题目所给的零件是花键传动轴，起传动的作用。2.2 零件的结构特点花键轴的键槽部分有硬度要求，键槽部分和35光轴的精度要求较高，因此在半精车后应先铣键槽，将键槽部分调质处理后，最后粗磨和精磨键槽部分和35光轴。3.3 确定主要、次要加工表面及其加工方法38键槽部分和35光轴部分为主要加工表面，在经过粗车和半精车后需要调质处理再粗磨和精磨；其他的加工表面为次要加工表面，经过粗车、半精车和精车。二 生产纲领和生产类型，确定工艺的基本特征零件的生产纲领N=Qn(1+a%+b%)=324（件）式中 -产品的生产纲领Q=300（件）； -每台车床中该零件的数量n=1；

6、-备品的百分率a%=5%； -废品的百分率b%=3%。生产类型为大批量生产，毛坯制造方法为自由锻，其精度中等，加工余量中等;用部分通用机床和部分高生产率机床；先采用三爪卡盘粗加工，后以中心孔和内孔定位精加工；较多采用专用夹具。三 确定毛坯的制造形式以及绘制毛坯图毛坯的选择不仅影响毛坯制造的工艺、设备及制造费用，而且对零件机械加工工艺、生产率和经济性也有很大影响。选择毛坯要从机械加工和毛坯制造两个方面综合考虑，以求得到最佳效果。确定毛坯的主要任务是：根据零件的技术要求、结构特点、材料、生产纲领等方面的要求、合理地确定毛坯的种类、毛坯的制造方法、毛坯的尺寸等。根据零件要求和生产要求应选择锻件毛坯。

7、锻件适用于强度要求高、形状比较简单的零件毛坯。锻造方法有自由锻和模锻两种。自由锻毛坯精度低、加工余量大、生产率低，适用于单件小批量生产以及大型零件毛坯。模锻毛坯精度高、加工余量小、生产率高、但成本也高，适用于大批大量生产的中小型零件毛坯。根据生产批量和技术要求，应选择自由锻毛坯进行加工材料是40MnB结构合金钢，选择锻件毛坯，制造方法是自由锻，毛坯形状为圆柱形。确定余量：查金属机械加工工艺人员手册表528，在轴线长度方向和轴向直径的毛坯余量均为41mm。四 拟定工艺路线（一）基准的选择基准的选择包括粗基准和精基准的选择：粗基准的选择应考虑两个问题：一是保证主要加工面有足够而均匀的加工余量和各待

8、加工表面有足够的加工余量；二是保证加工面与不加工面之间的相互位置精度。1 为了保证加工面与不加工面之间的位置要求，应选不加工面为粗基准。2 合理分配各加工面的加工余量a. 为了保证各加工面都有足够的加工余量，应选择毛坯余量最小的面位粗基准。b. 为了保证重要加工面的加工余量均匀，应选重要加工面为粗基准。c. 粗基准的选择应尽可能使工件上个加工表面总的金属切除量最小。3 粗基准应避免重复使用，在同一尺寸方向上通常只允许使用一次。4 选作粗基准的表面应平整光洁，要避开锻造飞边和铸造浇冒口、分型面、毛刺等缺陷，以保证定位准确，夹紧可靠。精基准的选择 选择精基准时，重点是考虑如何减小工件的定位误差、保

9、证工件的加工精度，同时也要考虑工件的装夹方便可靠，夹具结构简单，使零件的制造较为经济、容易。应遵循的原则：1 基准重合原则2 基准统一原则3 自为基准原则4 互为基准原则根据此花键轴的要求，该零件既是花键轴又是阶梯轴，其加工精度又要求较高，以此选中心孔B3/7.5做为设计和工艺基准。(二)确定表面的加工方法以及加工余量38键槽部分先粗车后半精车（加工余量1mm），粗铣和精铣键槽，经调质处理后粗磨（加工余量0.6mm）、精磨（加工余量0.4mm）。35光轴部分先粗车后半精车（加工余量1mm），最后粗磨（加工余量0.6mm）、精磨（加工余量0.4mm）；其他表面依次粗车、半精车（加工余量1mm）和

10、精车（加工余量0.5mm）即可。以上工序余量由查表法获得（查金属机械加工工艺人员手册），由于本设计规定的零件为小批量生产，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。（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，在生产纲领已经确定的情况下，可以考虑采用万能型机床配以专用工卡具，并尽量使工序集中起来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量降低。工艺路线的拟定是工艺规程制订过程中的关键阶段，是工艺规程制订的总体设计，其主要任务包括加工方法的确定、加工顺序的安排、工序集中与分散等内容。

11、1. 加工方法的选择应考虑因素：1 按经济精度选择加工方法。工件材料的性质工件的形状和尺寸生产类型生产率和经济性具体生产条件特殊要求2. 加工阶段的划分工艺过程分为四个加工过程：1 粗加工阶段2 半精加工阶段3 精加工阶段4 光整加工阶段因为工件既是阶梯轴又是花键轴，根据工件形状和位置精度，应选择粗车半精车精车粗铣花键精铣花键调制处理外圆磨削因为工件是大批量的，而且有一定的位置精度，因此应工序分散3. 加工顺序的安排（1） 机械加工工序的安排原则1 基面先行先粗后精先主后次先面后孔次要表面可穿插在各阶段进行加工安排加工顺序还要考虑车间设备布置情况（2） 热处理工序的安排1 预备热处理。包括退火

12、、正火和调制处理，时效处理。最终热处理。包括淬火、渗碳淬火、渗氮、氰化处理根据已知的生产资料，并查阅特种机械加工技术和金属切削工艺学先拟定出两种方案：方案一：粗车半精车粗磨（除了35光轴部分和38键槽部分需要磨削外，其他外圆精车即可）精磨；方案二：粗车半精车精车精细车（只有35光轴部分和38键槽部分需要精细车即金刚车）。制定工艺路线的出发点是：保证质量；表面成形；经济性好；高生产率；减小消耗。而以上两种方案均能达到零件图所要求的公差和粗糙度，虽然方案二的尺寸精度比方案一高，但是方案二的成本高于方案一;综合考虑两种方案的经济性和生产率，应该选择方案一。在生产纲领已经确定的情况下，可以考虑采用万能

13、型机床配以专用工卡具，并尽量使工序集中起来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量降低，方案一的具体工艺路线如下：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，并铰中心孔；工序三 掉头装夹，车端面，保证总长170mm；工序四 以中心孔定位装夹工件。粗车外圆各部分。去毛刺；工序五 半精车45外圆、51外圆，精车40外圆，并倒角；工序六 以中心孔定位装夹工件，精车35外圆；工序七 一夹一顶装加工件，铣花键；工序八 调制处理淬火，淬硬深度1.52.5。HRC30；工序九 中心孔定位装夹工件，粗磨，精磨；工序十 检查各部分尺寸并入库。（四）工艺设备的选择 机床

14、的选择：参考金属机械加工工艺人员手册选择机床型号，铣床万能卧式升降台铣床 ，车床CR6150 型普通车床，磨MMB1312 万能磨床。刀具的选择：参考金属切削工艺学选择刀具，车刀W18Cr4V高速钢，牌号W18和硬质合金钢车刀，牌号YT15；砂轮陶瓷剂平行小砂轮；铣刀高速钢尖齿槽铣刀。夹具的选择：三爪卡盘，中心孔及内孔定位夹具。（五）填写工艺过程卡现在已经确定了工艺路线并选定了工艺装备，检查上述内容无误后，可填写工艺过程卡，（工艺过程卡见附表）。 五 确立切削用量及基本工序1 工序一 下棒料（1）加工条件：工件材料：40MnB,b=0.6GPa机械工程材料表5-6，255-302HB，型钢。机

15、床：CR6150工艺手册表7-4刀具：W18Cr4V高速钢，牌号W18,硬度63-66HRC,A型机夹切断刀：h=20mm,L=125mm.（查阅金属切削与刀具）。（2）切削用量：1）切削深度：因为是切断，所以ap=36mm（金属机械加工工艺人员手册表1129）。2）进给量：f=0.20mm/r（金属机械加工工艺人员手册表11-29）。3）查后刀面最大磨损及寿命：查金属机械加工工艺人员手册表11-25，后刀面最大磨损为0.40.6mm，寿命T=60min。4）计算切削速度：由金属机械加工工艺人员手册得：Vc Cv/Tm apxv f yv算得： Vc 70 m/min5）确定机床主轴转速：ns

16、1000 Vc /dw319r/min。按机床说明书，与319r/min相近的机床转速为360 r/min，故选360 r/min的转速。Vffn0.2036072mm/min。所以实际切削速度为v79 mm/min。6） 计算基本工时tmL/Vf36/720.5min 2 工序二 夹一端车端面，钻中心孔B3/7.5并铰中心孔（1）加工条件：工件材料：40MnB, b0.6GPa 机械工程材料，2438HRC，型钢。加工要求：粗车M241.58g端面，钻中心孔机床：CR6150 工艺手册刀具：硬质合金钢车刀，牌号YT15，硬度78HRC，（金属机械加工工艺人员手册表103）；45端面车刀尺寸：

17、L140mm,h25mm,b16mm（金属机械加工工艺人员手册表1099）；选用带护锥中心钻（B型），d2.50mm，材料为高速钢（查金属机械加工工艺人员手册表10180），主轴转速n628r/min，切削深度df=10mm。（2）加工要求：车45端面，然后倒头装夹，车38端面，保证总长170mm，钻中心孔。（3）切削用量1）切削深度: ap3mm 金属机械加工工艺人员手册表1126。2）进给量: f0.25mm/r 金属机械加工工艺人员手册表1126。3）查后刀面最大磨损及寿命：查金属机械加工工艺人员手册表1125，后刀面最大磨损为1.01.4mm。寿命T60min。4）计算切削速度：由金属

18、机械加工工艺人员手册2表8.48，得Vc Cv/Tm apxv f yv138m/min5）确定机床主轴转速：ns1000 Vc /dw628r/min按机床说明书与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，v120m/min，Vffn0.25600150mm/min6） 计算基本工时 tmL/Vf36/1500.24min查工艺手册表10180，选用带护锥中心钻（B型） d2.50mm，材料为高速钢。主轴转速n628r/min，切削深度df=10mm。3 工序三 掉头装夹，车端面，保证总长170mm（1）加工条件：工件材料：40MnB

19、, b0.6GPa 机械工程材料，2438HRC，型钢。机床：CR6150 工艺手册刀具：WCTiC，硬质合金钢车刀，牌号YT15，硬度78HRC（金属机械加工工艺人员手册表103）；95外圆车刀，L=140mm，h=25mm，b=16mm（金属机械加工工艺人员手册表10100）。（2）加工要求：粗车外圆各部要保证留有足够的余量，。（3）切削用量：1）切削深度：ap =3mm（金属机械加工工艺人员手册表1126）。2）进给量：f=0.75mm/r（金属机械加工工艺人员手册表1126）。3) 查后刀面最大磨损及寿命:后刀面最大磨损为1.01.4mm，寿命T60min（查金属机械加工工艺人员手册表

20、1125）。4）计算切削速度：由金属机械加工工艺人员手册2表8.48，得：Vc Cv/Tm apxv f yv123m/min确定机床主轴转速：ns1000 Vc /dw612r/min根据机床选取n612r/min；Vffn0.75600450mm/min所以实际切削速度为：v120m/min。粗车不同轴处的切削速度：Vc2=dn1000=90m/min，Vc3=dn1000=87m/minVc4=dn1000=69m/min，Vc5=dn1000=60m/minVc6=dn1000=49m/min计算基本工时：tmL/Vf170/4500.378min4 工序四 以中心孔定位装夹工件。粗车

21、外圆各部分。去毛刺1. 加工条件工件材料：40MnB, b0.6GPa 机械工程材料，2438HRC，型钢。加工要求：粗车外圆各部。机床：CR6150 工艺手册刀具：WCTiC。硬质合金钢车刀，牌号YT15，硬度78HRC，工艺手册表103。95外圆车刀，L=140mm，h=25mm，b=16mm。工艺手册表10100。2. 切削用量1） 切削深度：ap =3mm 工艺手册表11262） 进给量：f=0.75mm/r 工艺手册表11263） 查后刀面最大磨损及寿命查工艺手册表1125，后刀面最大磨损为1.01.4mm。寿命T60min。4） 计算切削速度由工艺手册2表8.48，得Vc Cv/T

22、m apxv f yv123m/min5） 确定机床主轴转速ns1000 Vc /dw612r/min。根据机床选取n612r/min。Vffn0.75600450mm/min。所以实际切削速度为v120m/min。 粗车不同轴处的切削速度：Vc2=dn1000=90m/min。Vc3=dn1000=87m/min。 Vc4=dn1000=69m/min。Vc5=dn1000=60m/min。 Vc6=dn1000=49m/min。6） 计算基本工时 tmL/Vf260/4500.577min。5 工序五 半精车45、51外圆，精车40外圆，并倒角（1）加工条件：工件材料：40MnB, b0.

23、6GPa 机械工程材料，2438HRC，型钢。机床：CA6140（ 查金属机械加工工艺人员手册）刀具：WCTiC，硬质合金钢车刀，牌号YT15，硬度78HRC（金属机械加工工艺人员手册表103）；95外圆车刀，L=140mm，h=25mm，b=16mm。（查金属机械加工工艺人员手册表10100）。（2）加工要求：精车各部尺寸，即除了35光轴部分和38键槽部分其他的外圆尺寸，还有各处倒角。（3）切削用量：1）切削深度：ap =1.6mm（查金属机械加工工艺人员手册表1127）；2）进给量：f=0.14mm/r（金属机械加工工艺人员手册表1127）。3）查后刀面最大磨损及寿命：后刀面最大磨损为0.

24、40.6mm，寿命T60min（查金属机械加工工艺人员手册表1125）。4）计算切削速度：由金属机械加工工艺人员手册2表8.48，得Vc Cv/Tm apxv f yv198m/min确定机床主轴转速：ns1000 Vc /dw955r/min（根据机床选取n900r/min）Vffn0.14900126mm/min所以实际切削速度为，v176m/min5）精车不同轴处的切削速度： Vc2=dn1000=131m/min，Vc3=dn1000=125m/min， Vc4=dn1000=100m/min，Vc5=dn1000=86m/min， Vc6=dn1000=68m/min。6）计算基本工

25、时tm =L/Vf=2min6 工序六 以中心孔定位装夹工件，精车35外圆1 加工条件：工件材料：40MnB, b0.6GPa 机械工程材料，2438HRC，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 工艺手册刀具：WCTiC。硬质合金钢车刀，牌号YT15，硬度78HRC，工艺手册表103。95外圆车刀，L=140mm，h=25mm，b=16mm。工艺手册表10100。2 切削用量1) 切削深度：ap =1.6mm 工艺手册表11272) 进给量：f=0.14mm/r 工艺手册表11273) 查后刀面最大磨损及寿命查工艺手册表1125，后

26、刀面最大磨损为0.40.6mm。寿命T60min。4）计算切削速度由工艺手册2表8.48，得Vc Cv/Tm apxv f yv198m/min5） 确定机床主轴转速ns1000 Vc /dw955r/min。根据机床选取n900r/min。Vffn0.14900126mm/min。所以实际切削速度为v176m/min。精车不同轴处的切削速度： Vc2=dn1000=131m/min。Vc3=dn1000=125m/min。 Vc4=dn1000=100m/min。Vc5=dn1000=86m/min。 Vc6=dn1000=68m/min。6） 计算基本工时tmL/Vf2min。7 工序七

27、一夹一顶装加工件，铣花键1. 加工条件 工件材料：40MnB, b0.6GPa 机械工程材料，2438HRC，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18.214确定铣刀耐久度T=120min选取切削速度V：根据表18.214选取切削速度V，按条件D=40；L=1016；Z=16：T=120m

28、in和af=0.04mm/z，取V1=45m/min，有根据不同的加工条件进行修正计算。按表18.219，工件硬度为255302HB时，取Km=1.27，最后确定V=V1，KmV=451.27=57.15m/min。确定铣床主轴转速NN=100V/D=100057.15/100=181.91r/min根据X62W型铣床说明书，选定N=190 r/min最后确定的切削速度为： V=100190/1000=59 r/min确定每分钟进给量Vf: Vf=AfZN=0.0418190=136.8 mm/min。根据X62W铣床说明书，确定V效验机床电动机功率：选取切削功率Pm=1.1kw按公式PmPe

29、，则 1.10.857.5 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，则L=400+21+3=424mm。3. 切削工时计算机动时间：Tm=LN/Vf=42410/118=35.9min。8 工序八 热处理：调制处理淬火，淬硬深度1.52.5 HRC30（1）加工条件：工件材料为40MnB, b0.6GPa（查模具材料及表面处理表5-6），2438HRC。（2）要求：对38键槽部分进行调质处理后达到HRC30，要求在粗磨和精磨之后淬硬深度达到1.52.5mm（这一步很重要，调质处理决定了花键轴工作部位的机械性能）（3）计算：此时的调质处理是在磨削之前进行，由于粗磨和精磨后的要保证淬硬深度H=1.52.5mm，其工序基准和设计基准不重合，要保证零件的淬硬深度达到1.52.5mm，所以要计算出此时的淬硬深度h（其中粗磨加工余量为0.6mm，精磨加工余量为0.4mm）。如下图尺寸链图5-1，尺寸h为封闭环：由特种机械加工技术公式1-1和1-4计算过程如下：基本尺寸：h+19=19.5+1.5，则：h=2mm上 偏 差： es=1+0.0150.05=1.01mm下 偏 差：ei= -0