机械机床毕业设计28X62W铣床主轴设计.docx

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机械机床毕业设计28X62W铣床主轴设计

毕业设计（论文）说明书

题目铣床动力头主轴设计

学生

系别机电工程系

专业机械设计制造及其自动

班级机制

学号

指导教师

摘要

本书为X62w铣床主轴工艺规程及钻4-M12、2-M6的夹具设计说明书，是根据《机械制造工艺及专用夹具设计指导》上的设计过程和步骤编写的，本书的主要内容包括：

零件的分析，工艺规程设计，夹具设计，设计体会，参考资料等。

编写本书时，力求符合设计要求，详细说明了X62w铣床主轴的设计步骤，以及每个参数的具体计算。

如：

零件的分析，工艺路线的制定，切削用量及基本工时的计算。

本书在编写过程中，得到了指导老师和同学的大力支持和热情的帮助，在此表示忠心的感谢。

由于编者的水平有限，书中难免有错误和欠妥之处，恳请读者批评指正。

Abstract

第1章绪论

第2章零件的分析

2.1零件的作用

题目所给的零件是X62w铣床的主轴，它夹持刀具直接参加切削运动。

因此，它的回转精度对零件的加工质量和铣床的生产率有较大的影响。

主轴前端的圆锥孔用于安装铣刀，其精度要求较高。

Φ65K5和Φ40h7轴分别安装轴承，起支承作用。

为了提高耐磨性，在前端95mm处进行淬硬至HRC48-53。

主轴前端的两键槽安装键,带动铣刀转动，防止铣刀松动。

Φ17h10通孔内安装螺杆，起拉杆作用。

由于主轴组件要做轴向移动，传动齿轮安装在Φ55js6上，与主轴靠双键传递扭矩。

2.2零件的工艺分析

X62w铣床的主轴共有3组加工表面，它们之间有一定的位置要求，具体分述如下：

1、以Φ65k5和Φ40h7为中心的加工表面。

这一组加工表面包括：

主轴的所有外圆及倒角、退刀槽、越程槽、两端面、锥孔及通孔Φ17h10。

2、以Φ55js6为中心的加工表面。

主要包括：

Φ55js6上的两对称键槽。

3、以锥孔为中心的加工表面。

主要包括：

4-M12，2-M6螺纹孔及前端键槽。

这3组加工表面之间有着一定的位置要求，具体如下：

前端面、锥孔、Φ88.88外圆与Φ65k5，Φ40h7的圆跳动公差为0.007mm；

后端面与Φ65k5，Φ40h7的圆跳动公差为0.1mm；

Φ40h7与Φ65k5，Φ40h7的圆跳动公差为0.005mm；

Φ40h11与Φ65k5，Φ40h7的圆跳动公差为0.05mm；

Φ55js6与Φ65k5，Φ40h7的圆跳动公差为0.02mm；

通孔Φ17h10与Φ65k5，Φ40h7的同轴度公差为0.03mm；

Φ22与Φ65k5，Φ40h7的同轴度公差为0.3mm

4、对称键槽对Φ55中心线的对称度公差为0.05mm。

5、4--M12相对内锥孔中心的位置度公差为0.15mm；

前端键槽与内锥孔中心的对称度公差为0.06mm。

由以上分析可知，对于这3组加工表面而言，可以先加工其中一组表面，然后再借助专用夹具加工其他两组表面，并保证它们之间的位置精度要求。

第3章工艺规程设计

3.1确定毛坯的制造形式

根据零件的工作情况，零件的材料为40Cr，由于零件为空心的阶梯轴，要承受较大的循环载荷、冲击载荷等，所以毛坯形式采用锻件，其晶粒细小，较均匀、致密，可以保证零件的工作可靠，由于零件为中批生产，为了提高生产率，保证加工质量，故采用模锻成型。

3.2基准的选择

粗基准的选择。

由于该零件为普通的轴类零件，故选外圆为粗基准。

精基准的选择，选轴前端的圆锥孔和后端孔倒角作为精基准。

3.3工艺路线的制订

制定工艺路线的出发点，应使零件的几何形状精度、尺寸精度、位置精度等技术要求得到保证。

在生产纲领成批生产的条件下，可以考虑采用通用机床和专用夹具尽量使工序集中而提高生产率，除此还应考虑，经济效果使成本最低。

3.3.1工艺路线方案一：

工序一：

热处理（正火）

工序二：

车端面，钻中心孔，粗车各外圆

工序三：

热处理（调质）

工序四：

半精车各外圆

工序五：

钻通孔Φ17

工序六：

车锥孔

工序七：

车Φ22、Φ25.3孔及其倒角

工序八：

铣前端键槽至图纸要求

工序九：

钻4-M12，2-M6螺纹底孔

工序十：

攻4-M12，2-M6螺纹

工序十一：

精车各外圆、车退刀槽和越程槽，并倒角

工序十二：

前95mm处淬硬至HRC48-53

工序十三：

铣对称键槽至图纸要求

工序十四：

粗磨外圆Φ65、Φ40

工序十五：

粗磨端面

工序十六：

粗磨锥孔

工序十七：

车螺纹M45

工序十八：

精磨外圆Φ65、Φ40至图纸要求

工序十九：

精磨端面至图纸要求

工序二十：

精磨Φ22孔至图纸要求

工序二十一：

精磨锥孔至图纸要求

工序二十二：

钳工

工序二十三：

检验

3.3.2工艺方案路线二

工序一：

热处理（正火）

工序二：

车端面，钻中心孔，粗车各外圆

工序三：

热处理（调质）

工序四：

半精车各外圆

工序五：

钻Φ22、Φ25.3，钻扩通孔Φ17

工序六：

车Φ22、Φ25.3孔及其倒角

工序七：

车锥孔

工序八：

铣前端键槽至图纸要求

工序九：

钻4-M12，2-M6螺纹底孔

工序十：

攻4-M12，2-M6螺纹

工序十一：

精车各外圆、车退刀槽和越程槽，并倒角

工序十二：

前95mm处淬硬至HRC48-53

工序十三：

铣对称键槽至图纸要求

工序十四：

粗磨锥孔

工序十五：

车螺纹M45

工序十六：

粗精磨外圆Φ65、Φ40至图纸要求

工序十七：

粗精磨端面至图纸要求

工序十八：

精磨Φ22孔至图纸要求

工序十九：

精磨锥孔至图纸要求

工序二十：

钳工

工序二十一：

检验

经分析比较，方案二更容易把深孔Φ17加工出来，故采用方案二。

3.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定

该零件的材料为40Cr，硬度为HB220--250，生产类型为中批生产，

采用在锻锤上合模模锻生成毛坯。

根据上述原始资料及加工工艺，用查表法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。

为简化模锻毛坯的外形，取直径为Φ55、Φ45、Φ42、Φ40的毛坯尺寸与Φ65相同。

3.4.1毛坯直径的确定

毛坯直径的确定，查《机械制造工艺手册》以下简称《工艺手册》表1-27

名义直径（mm）表面加工方法直径余量（mm）

Φ88.88粗车2.6

半精车0.5

精车0.3

Φ65粗车2.2

半精车0.45

精车0.3

粗磨0.1

精磨0.06

毛坯直径的确定：

工件直径Φ88.88，公差为0.015，机械加工总余量为：

2×（2.6+0.5+0.3）＝2×3.4

∴毛坯尺寸为Φ95.695mm。

工件直径Φ65，公差0.013，机械加工总余量：

2×（2.2+0.45+0.3+0.1+0.06）＝2×3.11

∴毛坯尺寸为Φ71.233mm

∴取毛坯直径为Φ96mm，Φ72mm。

3.4.2毛坯长度L的确定

毛坯长度L的确定：

查《工艺手册》表（1-52）可知

Φ88.88的长度方向的加工余量为2.0

mm

∴L1=37

mm

Φ65及以后的外圆长度方向的加工余量为3.25

mm

∴L2＝403.25

∴总长L＝37

+403.25

=440.25

mm

模锻斜度为7°。

查（《工艺手册》表1-51）

3.4.3毛坯过渡圆角的确定

毛坯过渡圆角的确定查（《工艺手册》表1-51）

取L1段过渡到L2段的毛坯圆角半径R＝5mm

∴毛坯的内圆角半径取R＝5mm，外圆角半径取2mm。

3.5加工余量的确定

加工余量的确定：

查表《工艺手册》表1--27

加工表面余量

Φ88.88外圆

精车Φ88.88

mm2Z＝0.60mm

半精车Φ89.48mm2Z＝1.0mm

粗车Φ91.48mm2Z＝5.52mm

毛坯Φ96mm

Φ65外圆

精磨Φ65

mm2Z＝0.12mm

粗磨Φ65.12mm2Z＝0.20mm

精车Φ65.32mm2Z＝0.60mm

半精车Φ65.92mm2Z＝0.90mm

粗车Φ66.82mm2Z＝5.18mm

毛坯Φ72mm

Φ55外圆

精车Φ55±0.095mm2Z＝0.60mm

半精车Φ55.6mm2Z＝0.90mm

粗车Φ56.5mm2Z＝10.32mm

已粗车至Φ66.82mm

M45×1.5外圆

精车Φ45mm2Z＝0.60mm

半精车Φ45.6mm2Z＝0.90mm

粗车Φ46.5mm2Z＝10.00mm

已粗车Φ56.5mm

Φ42外圆

精车Φ42

mm2Z＝0.60mm

半精车Φ42.6mm2Z＝0.90mm

粗车Φ43.5mm2Z＝3.00mm

已粗车Φ46.5mm

Φ40外圆

精磨Φ40

mm2Z＝0.12mm

粗磨Φ40.12mm2Z＝0.20mm

精车Φ40.32mm2Z＝0.60mm

半精车Φ40.92mm2Z＝0.90mm

粗车Φ41.82mm2Z＝1.68mm

已粗车至Φ42.92mm

内孔Φ25.3

钻孔Φ23mm

粗车Φ25.3

mm2Z＝2.3mm

内孔Φ22

钻孔Φ20mm

粗车Φ21.3mm2Z＝1.5mm

精车Φ21.8mm2Z＝0.50mm

精磨Φ22

mm2Z＝0.2mm

通孔Φ17

钻孔Φ16mm

扩孔Φ17mm2Z＝1mm

内锥孔（7:

24）

底孔Φ25.3mm

粗车Φ43.58mm2Z＝18.2mm

精车Φ44.18mm2Z＝0.60mm

粗磨Φ44.38mm2Z＝0.20mm

精磨Φ44.5mm2Z＝0.12mm

3.6确定切削用量及基本工时

工序二：

车端面，钻中心孔，粗车各外圆（如未特别注明，本工序相关数据的出示《切削用量手册》的车削用量选择）

3.6.1车端面

（1）、加工条件

工作材料：

40Cr钢正火，σb＝0.735GPa，模锻。

加工要求：

车两端面，打中心孔，粗车各外圆表面

机床：

C620-1卧式车床

刀具：

刀片材料YT15，刀杆尺寸16×25mmKr＝90°,r0＝10°,

α。

＝12°,λs＝0°,rε＝1.0mm.

（2）、计算切削用量

a、粗车Φ88.88端面，用计算法

切削深度：

加工总余量＝2.0mm，留余量0.5mm，单边余量0.75mm，一次走刀，ap＝0.75mm

进给量：

根据表4选f＝0.6-0.9mm/r。

按C620-1机床说明书选f=0.52mm/r表26

计算切削速度：

见表21

根据表10，车刀耐用度t＝60min

V＝（

1-m×Tm×apxv×fyv）×Kv

式中Cv=242，xv＝0.15，yv＝0.35，m＝0.20

Kv＝KMv×Ktv×Kkrv×Ksv×KTv×KKv

其中Ktv＝1.0（表21-6），Kkrv＝0.81（表21-7），KSV＝0.8（表21-5），

KTv＝1.0（表11），KKv＝1.24（表21-9），KMv＝0.637/σb

＝0.637/0.735＝0.87（表21-1）

∴v=（242/601-0.2×36000.2×0.750.15×0.520.35）×0.87×1.0×0.81

×0.8×1.0×1.24＝1.623m/s

确定机床主轴转速：

ns＝1000v/πdw＝1000×1.623/（3.14×96）＝5.38r/s（323r/min）

按C620-1机床说明书（表26），与323r/min相近的机床转速为305r/min

及370r/min，现选nw＝370r/min，所以实际切削速度

V＝nW×dw×π/1000＝370×96×3.14/1000＝111.53r/min（1.86r/s）

切削工时《工艺手册》表7-1：

T左＝L＋l1＋l2/n×f式中L＝96/2＝48，l1＝4，l2＝0

∴T左＝48+4+0/0.52×370＝0.27min（16.2s）

T右＝L＋l1＋l2/n×f，式中L＝96-72/2＝12，l1＝4，l2＝0

∴T右＝12+4+0/0.52×370＝0.083min（5s）

b、车Φ40端面：

切削深度：

加工总余量＝3.25mm，留余量0.5mm，单边余量2.75mm，一次走刀，ap＝2.75mm

主轴转速和进给量：

为了提高生产率，在不影响加工质量的情况下，取与车Φ88.882端面时的主轴转速和进给量。

即n＝760r/min，f＝0.52mm/r。

所以实际切削速度:

V＝πdwns/1000＝3.14×72×370/1000＝83.65m/min（1.394m/s）

切削工时《工艺手册》表7-1：

T＝L＋l1＋l2/n×f，式中L＝72/2＝36，l1＝4，l2＝0

T＝36＋4＋0/0.52×370＝0.21min（12.6s）

3.6.2车外圆

粗车Φ88.88外圆。

要求校验机床功率及进给强度

切削深度：

单边余量Z＝2.76mm，一次走刀。

ap＝2.76mm，

进给量：

查表4，f＝0.6-0.9mm/r。

按机床说明书取f=0.6mm/r。

计算切削速度：

按表21

V＝（

1-m×Tm×apxv×fyv）×Kv，式中Cv=242，xv＝0.15，yv＝0.35，m＝0.20，Kv＝KMv×Ktv×Kkrv×Ksv×KTv×KKv

其中Ktv＝1.0（表21-6），Kkrv＝0.81（表21-7），KSV＝0.8（表21-5），

KTv＝1.0（表11），KKv＝1.0（表21-9），KMv＝0.637/σb

＝0.637/0.735＝0.87（表21-1）

V＝（242/601-0.2×36000.2×2.760.15×0.60.35）×0.87×1.0×0.81

×0.8×1.0×1.0＝1.03m/s（61.8m/min）

确定主轴转速：

ns＝1000v/πdw＝1000×61.8/3.14×96＝205.02r/min

按机床选取n＝230r/min，所以实际切削速度

V＝nW×dw×π/1000＝3.14×96×230/1000＝69.33m/min（1.16m/s）

校验机床功率：

由表22中查得：

Pm＝FzV×10-3KW,式中Fz可由表13查出，当

σb＝0.569-0.951GPa，ap＜2.0mm，f≤0.6mm/r，

V＜1.66m/s时，Fz＝2350N，切削力Fz的修正系数为KKrFz＝0.89，

Kr0Fz＝1.0（表22-3）

故Fzc＝2350×0.89=2091.5N

∴Pmc＝FzV×10-3＝2091.5×1.16×10-3＝2.43kw,按机床说明书，当n＝230r/min时，机床主轴允许功率PE＝5.9kw，因Pmc＜PE

故所选切削用量可在C620-1车床上进行。

校验机床进给系统强度：

根据C620-1机床说明书，其进给机构允许走刀力Fmax3530N,由表16，当σb＝0.669-0.794GPa，ap＜2.8mm，

f＜0.75mm/r，V＜1.66m/s，Kr＝90°时，走刀力Fxc＝760N。

切削时Fx的修正系数为Kr0Fx＝1.0，KλsFx＝1.0，KKrFx＝1.17（表22-3）

故实际走刀力为Fxc＝760×1.0×1.0×1.17＝889.2N，则所选

f＝0.6mm/r的进给量可用。

切削工时《工艺手册》表7-1：

T＝L＋l1＋l2/n×f，式中L＝35.5，l1＝4，l2＝3

∴T＝35.5+4+3/230×0.6＝0.31min（18.6s）

考虑到该零件台阶面较多，如若各台阶面都采用不同的转速和不同的进给量，则效率不高，故在不影响加工质量的情况下，粗车该轴时，采用主轴转速230r/min，粗车进给量f＝0.6mm/r。

粗车Φ65外圆

切削深度：

单边余量2.59mm，一次走刀，ap＝2.59mm

进给量f=0.6mm/r

主轴转速n=230r/min，所以实际切削速度

V＝nW×dw×π/1000=3.14×72×230/1000=52m/min（0.87m/s）

切削工时：

T＝L＋l1＋l2/n×f，式中L＝400.5，l1＝4，l2＝0

∴T＝400.5+4/230×0.6=2.93min

粗车Φ55外圆

切削深度：

单边余量5.16mm，一次走刀，ap＝5.16mm

进给量f=0.6mm/r

主轴转速n=230r/min，所以实际切削速度

V＝nW×dw×π/1000=3.14×66.82×230/1000

=48.26m/min（0.804m/s）

切削工时：

T＝L＋l1＋l2/n×f，式中L＝336.5，l1＝4，l2＝0

∴T＝336.5+4/230×0.6=2.47min

粗车Φ45外圆

切削深度：

单边余量5mm，一次走刀，ap＝5mm

进给量f=0.6mm/r

主轴转速n=230r/min，所以实际切削速度

V＝nW×dw×π/1000=3.14×56.5×230/1000=40.8m/min（0.68m/s）

切削工时：

T＝L＋l1＋l2/n×f，式中L＝250.5，l1＝4，l2＝0

∴T＝250.5+4/230×0.6=1.84min

粗车Φ42外圆

切削深度：

单边余量1.50mm，一次走刀，ap＝1.50mm

进给量f=0.6mm/r

主轴转速n=230r/min，所以实际切削速度

V＝nW×dw×π/1000=3.14×46.5×230/1000=33.6m/min（0.56m/s）

切削工时：

T＝L＋l1＋l2/n×f，式中L＝215.5，l1＝4，l2＝0

∴T＝215.5+4/230×0.6=1.59min

粗车Φ40外圆

切削深度：

单边余量0.84mm，一次走刀，ap＝0.84mm

进给量f=0.6mm/r

主轴转速n=230r/min，所以实际切削速度

V＝nW×dw×π/1000=3.14×43.5×230/1000=31.42m/min（0.524m/s）

切削工时：

T＝L＋l1＋l2/n×f，式中L＝115.5，l1＝4，l2＝0

∴T＝115.5+4/230×0.6=0.866min

工序四：

半精车各外圆（如未特别注明，本工序相关数据的出示《切削手册》的车削用量选择）

半精车Φ88.88外圆

选择刀具：

刀片材料YT15，刀杆尺寸16×25mmKr＝45°r0＝10°，α。

＝7°，λs＝3°rε＝1.0mm

切削深度ap＝0.5mm

进给量：

因表面粗糙度Ra=6.3，rε=1.0mm。

查表6，f=0.55～0.65mm。

按机床说明书取f=0.55mm。

计算切削深度：

根据表21

Vc=（Cv/601-mTmapXvfyv）×Kv，式中Cv=242，Xv=0.15，yv=0.35，m=0.2。

Kv＝KMv×Ktv×Kkrv×Ksv×KTv×KKv。

其中KMv=0.637/0.735=0.87，

Ktv=1.0，Kkrv=1.0，Ksv=0.8，KTv=1.0，KKv=1.0

∴Vc=（242/601-0.2×36000.2×0.50.15×0.550.35）×0.87×1.0×1.0

×0.8×1.0×1.0＝1.70m/s（102m/min）

确定主轴转速：

ns＝1000v/πdw＝1000×102/3.14×90.48＝359r/min

按机床选取n＝370r/min，所以实际切削速度

V＝nW×dw×π/1000

＝3.14×90.48×370/1000

＝105.12m/min（1.75m/s）

校验机床功率：

由表22中查得：

Pm＝FzV×10-3KW，式中Fz可由表13查出，当

σb＝0.569-0.951GPa，ap＜2.0mm，f＜0.6mm/r，V＜3.0m/s时，

Fz＝1470N，切削力Fz的修正系数为KKrFz＝1.0，Kr0Fz＝1.0（表22-3），故Fzc＝1470N

∴Pmc＝FzV×10-3＝1470×1.75×10-3＝2.573kw

按机床说明书，当n＝370r/min时，机床主轴允许功率PE＝6.4kw，

因Pmc＜PE，故所选切削用量可在C620-1车床上进行。

校验机床进给系统强度：

根据C620-1机床说明书，其进给机构允许走刀力Fmax=3530N

由表16，当σb＝0.669-0.794GPa，ap＜2.0mm，f＜0.75mm/r，

V＜2.58m/s，Kr＝45°时，走刀力Fxc＝630N。

切削时Fx的修正系数为Kr0Fx＝1.0，KλsFx＝1.0，KKrFx＝1.0（表22-3），故实际走刀力Fxc＝630N。

则所选f＝0.6mm/r的进给量可用。

切削工时《工艺手册》表7-1：

T＝L＋l1＋l2/n×f，式中L＝35.5，l1＝4，l2＝3

∴T＝35.5+4+3/370×0.55＝0.21min（12.6s）

考虑到该零件台阶面较多，如若各台阶面都采用不同的转速和不同的进给量，则效率不高，故在不影响加工质量的情况下，半精车该轴时，采用主轴转速n=370r/min，进给量f＝0.55mm/r。

半精车Φ65外圆

切削深度ap＝0.45mm

进给量：

因表面粗糙度Ra=0.8，rε=1.0mm。

为了保证质量，查表6，f=0.2～0.3mm，按机床说明书取f=0.25mm/r。

计算切削速度：

根据表21

Vc=（Cv/601-mTmapXvfyv）×Kv，式中Cv=291，Xv=0.15，yv=0.2，m=0.2。

Kv＝KMv×Ktv×Kkrv×Ksv×KTv×KKv。

其中KMv=0.637/0.735=0.87，

Ktv=1.0，Kkrv=1.0，Ksv=0.8，KTv=1.0，KKv=1.0

∴Vc=（291/601-0.2×36000.2×0.450.15×0.250.35）×0.87×1.0

×1.0×0.8×1.0×1.0＝2.21m/s（132.6m/min）

确定主轴转速：

ns＝1000v/πdw＝1000×132.6/3.14×66.82＝632r/min

按机床选取n＝610r/min，所以实际切削速度

V＝nW×dw×π/1000

＝3.14×66.82×610/1000

＝127.99m/min（2.13m/s）

切削工时：

T＝L＋l1＋l2/n×f，式中L＝64，l1＝4，l2＝0

∴T＝64+4+0/610×0.25＝0.446min（26.76s）

半精车Φ55

切削深度ap＝0.45mm

进给量与主轴转速：

与Φ88.88相同，即f=0.55mm/r，n=370r/min,

所以实际切削速度

V＝nW×dw×π/1000

＝3.14×56.5×370/1000

＝65.642m/min（1.1m/s）

切削工时：

T＝L＋l1＋l2/n×f，式中L＝86，l1＝4，l2＝0

∴T＝86+4+0/370×0.55＝0.44min（26.54s）

半精车Φ45

切削深度ap＝0.45mm

进给量与主轴转速：

与Φ88.88相同，即f=0.55mm/r，n=370r/min

所以实际切削速度

V＝nW×dw×π/1000

＝3.14×46.5×370/1000

＝54m/min（0