CA6140车床输出轴.docx
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CA6140车床输出轴
广东工业大学华立学院
课程设计（论文）
课程名称机械制造技术基础
题目名称CA6140车床输出轴
学部（系）机电与信息工程学部
专业班级10机械设计制造及其自动化3班
学?
?
?
号
2012年12月28日
前言................................................................2
1.零件的工艺分析及生产类型的确定....................................2
1.1技术要求分析.................................................2
1.2零件的工艺分析...............................................2
2.选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯图................................3
2.1选择毛坯.....................................................3
2.2毛坯尺寸的确定...............................................3
3.选择加工方法，制定加工工艺路线....................................4
3.1定位基准的选择...............................................4
3.2零件表面加工方法的选择.......................................4
3.3制定艺路线...................................................5
4.工序设计..........................................................6
4.1选择加工设备与工艺装备.......................................6
4.2选择机床根据工序选择机床....................................6
4.3选用夹具.....................................................7
4.4选用刀具.....................................................7
4.5选择量具.....................................................7
4.6确定工序尺寸.................................................8
5.确定切削用量及基本工时...........................................10
5.1切削用量...................................................11
5.2基本时间....................................................15
6.结论............................................................16
输出轴加工工艺及夹具设计
摘 要：
机械制造业的发展对世界经济起着非常重要的作用，而机械加工工艺的编制是机械制造技术的重要组成部分和关键工作。
本文论述的是输出轴的加工工艺和夹具设计，着重于几个重要表面的加工，具有一定的尺寸、形状、位置要求，还有一些强度、表面粗糙度要求等，然而这些都会在文中得以体现。
关键词：
制造,输出轴,加工工艺,夹具
前言
机械制造工艺学课程设计是在我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业之后进行的。
这是我们进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的链接，也是一次理论联系实际训练。
因此，它在我们的大学学习生活中占有十分重要的地位。
就我个人而言，我希望能通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后参加祖国的现代化建设打下一个良好的基础。
我也相信通过课程设计能将零碎的知识点都联系起来，系统而全面的做好设计。
本次课程设计是机械制造工艺学这门课程的一个阶段总结，是对课堂中学习的基本理论和在生产实习中学到的实践知识的一个实际应用过程。
由于知识和经验所限，设计会有许多不足之处，所以恳请老师给予指导。
1.零件的工艺分析及生产类型的确定
1.1技术要求分析
题目所给定的零件车床输出轴，其主要作用，一是传递转矩，使车床主轴获得旋转的动力；二是工作过程中经常承受载荷；三是支撑传动零部件。
零件的材料为45钢，是最常用中碳调质钢，综合力学性能良好，淬透性低，水淬时易生裂纹。
综合技术要求等文件，选用铸件。
1.2零件的工艺分析
从材料上分析，零件的材料为45钢，是最常用中碳调质钢，综合力学性能良好，淬透性低，水淬时易生裂纹。
小型件宜采用调质处理，大型件宜采用正火处理。
其价格较便宜，经过调质或正火后可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，局部淬火后再回火，表面硬度可达52HRC-45HRC.
从零件图上看，该零件是典型的零件，结构比较简单，其主要加工的面有φ55、φ60、φ65、φ75、φ176的外圆柱面，φ50、φ80、φ104的内圆柱表面，10个φ20的通孔，图中所给的尺寸精度高，大部分是IT6级；粗糙度方面表现在键槽两侧面、φ80内圆柱表面为Ra3.2um,大端端面为Ra3.2um,其余为Ra12.5um，要求不高；位置要求较严格，表现在φ55的左端面、φ80内孔圆柱面对φ75、φ60外圆轴线的跳动量为0.04mm,φ20孔的轴线对φ80内孔轴线的位置度为φ0.05mm,键槽对φ55外圆轴线的对称度为.0.08mm；热处理方面需要调质处理，到200HBW，保持均匀。
通过分析该零件，其布局合理，方便加工，我们通过径向夹紧可保证其加工要求，整个图面清晰，尺寸完整合理，能够完整表达物体的形状和大小，符合要求。
2.选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯图
2.1选择毛坯
毛坯种类的选择决定与零件的实际作用，材料、形状、生产性质以及在生产中获得可能性，毛坯的制造方法主要有以下几种：
1、型材2、锻造3、铸造4、焊接5、其他毛坯。
根据零件的材料，推荐用型材或锻件，但从经济方面着想，如用型材中的棒料，加工余量太大，这样不仅浪费材料，而且还增加机床，刀具及能源等消耗，而锻件具有较高的抗拉抗弯和抗扭强度，冲击韧性常用于大载荷或冲击载荷下的工作零件。
本零件生产批量为中批量，所以综上所叙选择锻件中的模锻。
2.2毛坯尺寸的确定
毛坯（锻件）图是根据产品零件设计的，经查《机械加工工艺手册》《金属机械加工工艺人员手册》知精车-半精车-粗车各余量,从而可得毛坯余量<或查表得到>,见表１。
铸件的外圆角半径按表5-12确定，内圆角半径按5-13确定。
结果为：
外圆角半径：
；内圆角半径：
。
按表5-11，外模锻斜度
，内模锻斜度
。
下图为本零件的毛坯图。
图1毛坯图
3.选择加工方法，制定加工艺路线
3.1定位基准的选择
本零件为带孔的管状零件，孔是其设计基准（亦是装配基准和测量基准），为避免由于基准不重合而产生的误差，应选孔为定位基准，即遵守“基准重合”的原则。
工件在加工第一道或最初几道工序时，一般选毛坯上未加工的表面作为定位基准，这个是粗基准，该零件选用φ55外圆柱面作为粗基准来加工φ176外圆柱面和右端面。
以上选择符合粗基准的选择原则中的余量最小原则、便于装夹原则，在以后的工序中，则使用经过加工的表面作为定位基准，φ176的外圆柱面和右端面作为定位基准，这个基准就是精基准。
在选精基准时采用有基准重合，基准统一。
这样定位比较简单可靠，为以后加工重要表面做好准备。
3.2零件表面加工方法的选择
.加工阶段的划分
当零件的加工质量要求较高时,往往不可能用一道工序来满足要求,而要用几道工序逐步达到所要求的加工质量和合理地使用设备、人力,零件的加工过程通常按工序性质不同,可以分为粗加工,半精加工,精加工三个阶段。
①粗加工阶段：
其任务是切除毛坯上大部分余量，使毛坯在形状和尺寸上接近零件成品，因此，主要目标是提高生产率，去除内孔，端面以及外圆表面的大部分余量，并为后续工序提供精基准，如加工φ176、φ55、φ60、φ65、φ75外圆柱表面。
②半精加工阶段：
其任务是使主要表面达到一定的精加工余量，为主要表面的精加工做好准备，如φ55、φ60、φ65、φ75外圆柱面，φ80、φ20孔等。
③精加工阶段：
其任务就是保证各主要表面达到规定的尺寸精度，留一定的精加工余量，为主要表面的精加工做好准备，并可完成一些次要表面的加工。
如精度和表面粗糙度要求，主要目标是全面保证加工质量。
.基面先行原则
该零件进行加工时，要将端面先加工，再以左端面、外圆柱面为基准来加工，因为左端面和φ55外圆柱面为后续精基准表面加工而设定的，才能使定位基准更准确，从而保证各位置精度的要求，然后再把其余部分加工出来。
.先粗后精
即要先安排粗加工工序，再安排精加工工序，粗车将在较短时间内将工件表面上的大部分余量切掉，一方面提高金属切削效率，另一方面满足精车的余量均匀性要求，若粗车后留余量的均匀性满足不了精加工的要求时，则要安排半精车，以此为精车做准备。
.先面后孔
对该零件应该先加工圆柱表面，后加工孔，这样安排加工顺序，一方面是利用加工过的平面定位，稳定可靠，另一方面是在加工过的平面上加工孔，比较容易，并能提高孔的加工精度，所以对于输出轴来讲先加工φ75外圆柱面，做为定位基准再来加工其余各孔。
工序划分的确定
工序集中与工序分散：
工序集中是指将工件的加工集中在少数几道工序内完成每道工序加工内容较多，工序集中使总工序数减少，这样就减少了安装次数，可以使装夹时间减少，减少夹具数目，并且利于采用高生产率的机床。
工序分散是将工件的加工分散在较多的工序中进行，每道工序的内容很少，最少时每道工序只包括一简单工步，工序分散可使每个工序使用的设备，刀具等比较简单，机床调整工作简化，对操作工人的技术水平也要求低些。
综上所述：
考虑到工件是中批量生产的情况，采用工序分散
辅助工序的安排：
辅助工序一般包括去毛刺，倒棱角，清洗，除锈，退磁，检验等。
.热处理工序的安排
?
?
热处理的目的是提高材料力学性能，消除残余应力和改善金属的加工性能，热处理主要分预备热处理，最终热处理和内应力处理等，本零件CA6140车床输出轴材料为45钢，在加工过程中预备热是消除零件的内应力，在毛坯锻造之后。
最终热处理在半精车之后精车之前，按规范在840℃温度中保持30分钟释放应力。
3.3制定工艺路线
按照先加工基准面，先粗后精，基准统一等原则，该零件加工可按下述工艺路线进行
工序1?
?
?
粗车圆柱面φ176及端面。
工序2?
?
粗车圆柱面φ55、φ60、φ65和φ75和及台阶面。
工序3?
?
精车φ176外圆柱面及倒角。
工序4半精车圆柱面φ55、φ60、φ65和φ75和及台阶面。
工序5?
精车圆柱面φ55、φ60、φ65和φ75和及台阶面。
工序6?
倒角。
工序7?
粗镗内孔φ50、φ80、φ104。
工序8?
?
精镗内孔φ50、φ80、φ104。
工序9?
?
钻孔10×φ20。
工序10?
扩孔10×φ20。
工序11?
铰孔10×φ20。
工序12?
?
铣键槽16×10。
工序13?
?
钻斜孔2×φ8。
工序14?
?
去毛刺。
工序15?
?
终检。
4.工序设计
4.1选择加工设备与工艺装备
4.2选择机床,根据工序选择机床
（1）工序1、2、3、4和5是粗车和精车。
各工序的工步数不多，大批大量生产不要求很高的生产率，故选用卧式车床就能满足要求。
本零件外廓尺寸不大，选用最常用的CA6140型卧式车床，型号TYPECA6140，中心距750mm1000mm1500mm，床身上下最大回转直径￠400mm，马鞍内最大工作回转路径￠550mm，横拖板上最大回转直径￠214mm，主轴孔径￠52mm，主轴内锥孔MT6#，主轴速度级数16级，主轴速度范围20-1800r.p.m，公制螺纹（30种）0.45-20mm-5mm，径节螺纹160-4D.P，横拖板行程239mm小刀架行程150mm，尾坐套孔锥度MT5#，套筒行程120mm，主电机功率4/5.5KW，外形尺寸2350×1020×1250mm。
（2）工序7、8为镗削。
由于加工的零件外廓尺寸不大，又是回转体，故宜在车床上镗孔，选用C616A型卧式车床。
（3）工序12铣削。
工序工步简单，外廓尺寸不大，考虑本零件属成批大量生产，所选机床使用范围较广泛为宜，故可选常用用的X61W型铣床能满足加工要求。
（4）工序9、10和11是扩、钻、铰孔。
可采用专用的分度夹具在立式钻床上加工，故选用Z525。
4.3选用夹具
本零件除铣销，钻小孔等工序需要专用夹具外，其他各工序使用通用夹具即可。
前车销工序用三爪自定心卡盘和心轴。
4.4选用刀具
由于刀具材料的切削性能直接影响着生产率，工件的加工精度，已加工表面质量，刀具的磨损和加工成本，所以正确的选择刀具材料是加工工艺的一个重要部分，刀具应具有高刚度，足够的强度和韧度，高耐磨性，良好的导热性，良好的工艺性和经济性，抗粘接性，化学稳定性。
由于零件车床输出轴材料为45钢，推荐用硬质合金中的YT15类刀具，因为加工该类零件时摩擦严重,切削温度高,而YT类硬质合金具有较高的硬度和耐磨性,尤其具有高的耐热性,在高速切削钢料时刀具磨损小寿命长,所以加工45钢这种材料时采用硬质合金的刀具。
①．粗车外圆柱面：
刀具号为T0101，90°可转位车刀，圆弧半径为1，刀片型号为VCUM160408R-A4，刀具型号为PVJCR2525-16Q
②.半精车，精车外圆柱面：
刀具号为T0202，75°可转位车刀，圆弧半径为1，刀片型号为WNUM080304EL-A2，刀具型号为PCRC2020-16Q
③.钻头：
高速钢刀具刀具号为T0303，直径为φ30;刀具号T0404，直径为φ18
?
?
扩孔钻：
刀具号为T0505，直径为φ19.8;铰刀：
刀具号为T0606，直径为φ20
④.内孔车刀：
刀具号为T0707，93°内孔车刀，圆弧半径为1，刀片型号为TBUM080404R-04，?
刀具型号为PSUBR3215-16Q?
?
?
?
?
?
⑤.镗刀?
?
刀具号为T0808，刀杆长度为200.B×H＝16×25
⑥.粗铣键槽?
?
刀具号为T0909，精铣键槽?
?
刀具号为T1010
综上可做一刀具表如下：
加工表面?
?
?
刀具号?
?
?
刀具名称?
?
?
?
刀具参数?
?
?
刀片型号?
?
?
?
刀具型号
粗车外圆柱面?
T0101?
可转位车90°r=1?
VCUM160408R-A4?
PVJCR2525-16Q
半精，精车外圆柱面?
T0202可转位车刀75°r=1?
WNUM080304EL-A2?
?
PCRC2020-16Q
钻Φ30的孔?
?
T0303?
?
?
钻头?
?
?
?
Φ30?
?
?
?
钻φ18?
?
?
?
T0404?
?
?
?
钻头?
?
?
?
φ18?
?
?
?
扩φ19.8?
?
?
T0505?
?
?
?
扩孔钻?
?
?
φ19.8?
?
?
?
铰φ20?
?
?
?
T0606?
?
?
?
铰刀?
?
?
?
φ20?
?
?
?
车内孔?
?
?
?
T0707?
?
?
内孔车刀?
93°r=1?
BUM080404R-04?
PSUBR3215-16Q
镗Φ50的盲孔?
T0808?
?
?
?
镗刀?
?
?
?
200.B×H＝16×25?
?
?
?
粗铣键槽?
?
?
T0909?
?
?
铣刀?
?
?
?
Φ15.4?
?
?
?
精铣键槽?
?
?
T1010?
?
?
铣刀?
?
?
?
Φ16?
4.5选择量具
本零件属大批大量生产，一般配情况下尽量采用通用量具。
根据零件表面的精度要求、尺寸和形状特点，参考参考文献[4]》相关资料，选择如下：
读数值0.02、测量范围0～150游标卡尺，读数值0.01，测量范围0～150游标卡尺。
读数值0.01，测量范围50～125的内径千分尺，读数值0.01，测量范围50～125的外径千分尺，读数值0.01，测量范围50～125的内径百分表（表5-108）。
4.6确定工序尺寸
确定圆柱面的工序尺寸圆柱表面多次加工的工序尺寸只与加工余量有关。
前面已确定各圆柱面的总加工余量（毛坯余量），应将毛坯余量分为各工序加工余量，然后由后往前计算工序尺寸。
中间工序尺寸的公差按加工方法的经济精度确定。
本零件各圆柱表面的工序加工余量、工序尺寸及公差、表面粗糙度见下表：
表3外圆柱面φ176 轴段加工余量计算
Tab3
工序名称
工序间
余量/mm
工序
工序基本尺寸/mm
标注工序
尺寸公差/mm
经济精度/mm
表面粗糙度Ra/μm
精车
2
IT10
6.3
176
粗车
3
IT12
12.5
179
毛坯
±2
181
表4外圆柱面φ55轴段加工余量计算
Tab4
工序名称
工序间
余量/mm
工序
工序基本尺寸/mm
标注工序
尺寸公差/mm
经济精度/mm
表面粗糙度Ra/μm
精车
1.0?
IT6
1.6
55
半精车?
1.5
IT10?
3.2
56
粗车
2.5
IT12
6.3
57.5
毛坯
±2
60
表5-1φ60轴段加工余量计算
Tab5
工序名称
工序间
余量/mm
工序
工序基本尺寸/mm
标注工序
尺寸公差/mm
经济精度/mm
表面粗糙度Ra/μm
精车?
1.0?
IT6
1.6
60
半精车?
1.5
IT10
3.2
61
粗车
2.5
IT12
6.3
62.5
毛坯
±2
65
表5-2φ65轴段加工余量计算
Tab5
工序名称
工序间
余量/mm
工序
工序基本尺寸/mm
标注工序
尺寸公差/mm
经济精度/mm
表面粗糙度Ra/μm
精车?
1.0?
IT6
1.6
65
半精车?
1.5
IT10
3.2
66
粗车
2.5
IT12
6.3
67.5
毛坯
±2
70
表5-3φ75轴段加工余量计算
Tab5
工序名称
工序间
余量/mm
工序
工序基本尺寸/mm
标注工序
尺寸公差/mm
经济精度/mm
表面粗糙度Ra/μm
精车?
1.0?
IT6
1.6
75
半精车?
1.5
IT10
3.2
76
粗车
2.5
IT12
6.3
77.5
毛坯
±2
80
表5-4φ104内孔加工余量计算
Tab5
工序名称
工序间
余量/mm
工序
工序基本尺寸/mm
标注工序
尺寸公差/mm
经济精度/mm
表面粗糙度Ra/μm
精镗?
1.8
IT7
3.2
104
粗镗?
3.2
IT10
6.3
103.2
毛坯
±2
99
表5-5φ80内孔加工余量计算
Tab5
工序名称
工序间
余量/mm
工序
工序基本尺寸/mm
标注工序
尺寸公差/mm
经济精度/mm
表面粗糙度Ra/μm
精镗
1.5?
IT7
3.2
80
粗镗?
2.5
IT10
6.3
78.5
毛坯
±2
76
表5-6φ50内孔加工余量计算
Tab5
工序名称
工序间
余量/mm
工序
工序基本尺寸/mm
标注工序
尺寸公差/mm
经济精度/mm
表面粗糙度Ra/μm
精镗?
1.5
IT7
3.2
50
粗镗?
2.5
IT10
6.3
48.5
毛坯
±2
46
表6加工键槽
工序名称
工序余量
工序公差
工序尺寸公差
表面粗糙度
精铣
IT9
Φ16
1.6
粗铣
IT12
Φ12
3.2
5.确定切削用量及基本工时
切削用量包括背吃刀量
、进给量
和切削速度
。
确定顺序是确定
、
，再确定
。
本说明书选取工序1粗车外圆
为例确定其切削用量及基本时间。
5.1切削用量
功率Pc×η＞Pm，所以机床功率足够，实际取值为Vc=110.5m/min，n=200r/min，f=0.66mm/r.确定切削用量及功率的校核
?
?
Ⅰ.加工外圆柱面φ176
?
粗车：
查《机械加工工艺设计手册》P433得知：
f=0.8～1.2mm/r取f=0.81mm/r?
?
ap=2.5mm?
?
查《金属切削手册》知Vc=70～90m/min取Vc=80m/min则n=1000Vc/d=195.85r/min由CA6140说明书取n=125r/min
故实际切削速度：
?
?
Vc=nd/1000=200×3.14×187/1000=73.4m/min
校核功率：
Pc=Kc×ap×Vcf/60000=2305×2.5×0.81×73.4/60000=5.4Kw?
?
由于机床说明书查得Pc=7.5Kw，效率为0.8，机床功率Pn＜Pc，所以机床功率足够，实际取值为Vc=73.4m/min，n=125r/min，f=0.81mm/r
?
?
Ⅱ.加工外圆柱面φ55
粗车：
?
?
确定进给量f：
查《金属机械加工工艺人员手册》增订组编?
?
上海科学出版社表10-8知f=0.6～0.9mm/r结合CA6140说明书取f=0.71mm/rap=2.5mm?
?
查《金属切削手册》知Vc=70～90m/min取Vc=75m/min则n=1000Vc/d=341.22r/min由CA6140说明书取n=320r/min故实际切削速度Vc=nd/1000=320×3.14×70/1000=70.34m/min?
?
功率Pc=Kc×ap×Vc×0.71/60000=2305×2.5×70.34×0.66/60×1000=4.4Kw?
?
由于机床说明书查得Pc=7.5Kw，效率为0.8，机床功率Pn＜Pc，所以机床功率足够，实际取值为Vc=70.34m/min，n=320r/minf=0.71mm/r
半精车：
查《机械加工工艺设计手册》P433得知：
f=0.25～0.35mm/r取f=0.30mm/rap=0.9mm取Vc=120m/min
故n=1000Vc/d=660.04r/min圆整得n=660r/min?
?
功率Pc=Kc×ap×Vc×f/60000=2305×0.3×120/60000=1.24Kw
由于机床说明书查得Pc=7.5Kw，效率为0.75，机床功率Pn＜Pc，所以机床功率足够，实际取值为Vc=120m/min，n=660r/minf=0.3mm/r
精车：
查《机械制造工艺与机床夹具课程设计》表2-20知：
Vc=150～160m/min取Vc=160m/minf=0.18mm/r
ap=0.55mm
则n=1000Vc/d=908.29r/min圆整得n=910r/min?
?
功率Pc=Kc×ap×Vc×f/60000=2305×0.55×0.18×160/60000=0.6Kw?
?
由于机床说明书
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