输出轴CA6140车床设计说明书Word文档格式.docx
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粗糙度方面表现在键槽两侧面、φ80内圆柱表面为Ra3.2um,φ55外圆柱面、大端端面为Ra1.6um,φ60、φ75外圆柱面为Ra0.8um，其余为Ra6.3um，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,φ25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。
1.3确定零件的生产类型
题目给出，该输出轴材料为45钢。
根据公式质量公式，可计算输出轴重量为15.7kg，查表可知，输出轴属于重型零件，则该零件的生产类型为中批量生产。
2确定毛胚、绘制毛胚简图
2.1选择毛胚
毛坯的选择和拟定毛坯图是制定工艺规程的最初阶段工作之一，也是一个比较重要的阶段，毛坯的形状和特征（硬度，精度，金相组织等）对机械加工的难易、工序数量的多少有直接影响。
因此，合理选择毛坯在生产占相当重要的位置，同样毛坯的加工余量的确定也是一个非常重要的问题。
在毛坯选择时，应充分注意到采用新工艺、新技术、新材料的可能性，以降低成本、提高质量和生产率。
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，毛坯的种类包括：
铸件、锻件、型材、冲压件、冷或热压制件、焊接件等。
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。
材料为45钢，锻造时应安排人工调质处理200HBS。
2.2确定毛胚的机械加工余量和尺寸公差
2.2.1毛胚的机械加工余量
由表2-1至表2-5可知，可确定毛胚的尺寸公差及机械加工余量。
该锻件的尺寸公差等级为IT7-13级。
加工精度要求高的地方，例如：
粗，h10,IT9-IT10（6.3-3.2）；
精，h8IT7-IT8,（1.6-0.8）。
根据该零件的各加工精度要求，经过查表得锻造的毛坯尺寸为各加工表面都留有加工余量4mm，因此为圆柱所以保留加工余量为8mm。
表2-1加工余量
加工表面
基本尺寸
加工余量等级
加工余量数值
φ80+0.042/+0.012
75mm
G
5mm
φ65+0.023/+0.003
65mm
φ60+0.065/+0.045
60mm
10mm
φ55+0.023/+0.003
55mm
15mm
197
197mm
H
3mm
锻件直接锻造出此大概形状，用查表法确定各个加工的总余量如上图所示。
2.2.2毛胚的尺寸公差
锻件主要尺寸的公差如下表所示：
表2-2主要毛坯尺寸及公差（mm）
主要面尺寸
零件尺寸
总余量
毛坯尺寸
公差CT
锻件的长度尺寸
127
3
130
4
30
33
3.6
锻件的宽度尺寸
φ176
——
各阶梯圆柱尺寸
φ55
15
70
3.2
————
φ60
10
φ65
5
φ75
80
2.2.3加工余量、工序尺寸和工差的确定
根据各资料及制定的零件加工工艺路线，采用计算与查表相结合的方法确定各工序加工余量，中间工序公差按经济精度选定，上下偏差按入体原则标注，确定各加工表面的机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸总结如下：
1）外圆柱面φ55（毛坯17.1φ70）
工序名称工序余量工序公差工序尺寸公差表面粗糙度
精车1.0IT6φ551.6
半精车1.1IT10φ563.2
粗车15IT12φ57.96.3
2）外圆柱面φ60（毛坯12.1φ70）
精车1.0IT6φ601.6
半精车1.1IT10φ613.2
粗车10IT12φ62.96.3
3）外圆柱面φ65（毛坯7.5φ70）
精车1.0IT6φ651.6
半精车1.1IT10φ663.2
粗车5IT12φ67.96.3
4）外圆柱面φ75（毛坯7.5φ80）
精车1.0IT6φ751.6
半精车1.1IT10φ763.2
粗车5IT12φ77.96.3
5）加工通孔φ20
铰10IT7φ201.6
扩9.9IT9φ19.83.2
钻9IT12φ186.3
6）加工键槽
精铣IT9φ161.6
粗铣IT12φ123.2
2.2.3绘制零件毛坯简图
图2-1零件毛坯图
3拟定零件的工艺路线
3.1定位基准的选择
3.1.1精基准的选择
选择精基准的出发点是保证加工精度，特别是加工表面的相互位置精度，以及安装的方便可靠。
其选择的原则如下：
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；
5、所选精基准应能保证工件定位准确稳定，装夹方便可靠，夹具结构简单适用。
精基准的选择：
加工输出轴，通过了解零件结构特点和加工精度要求，可以初步选定车各阶梯圆柱面时分别以不加工面为基准。
选定A面面积较大，定位比较稳定，夹紧方案比较简单，可靠，操作方便，使用夹具即可。
利用钻顶尖孔可以对精加工面进行自由度的限制确保加工达到要求精度。
3.1.2粗基准的选择
粗基准的选择：
考虑到以下几点要求，选择零件的重要孔的毛坯孔和轴面作粗基准：
1、在保证各加工余量的前提下，使重要孔的加工余量尽量均匀；
2保证定位准确、夹紧可靠。
3.2表面加工方法的确定
市场经济的前提下，一切都是为能创造出更多的财富和提高劳动率为目的，同样的加工方法的选择一般考虑的是在保证工件加工要求的前提下，译稿工件的加工效率和经济性，而在具体的选择上，一般根据机械加工资料和工人的经验来确定。
由于方法的多种多样，工人在选择时一般结合具体的工件和现场的加工条件来确定最佳的加工方案。
根据输出轴零件图上的各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，确定加工件各表面的加工方法，如下表所示：
表3-1加工方案
尺寸精度等级
表面粗糙度
Ra/um
加工方案
φ55外圆柱表面
IT6
1.6
粗车-半精车-精车
φ60外圆柱面
0.8
φ75外圆柱面
φ50内圆柱面
自由公差
6.3
粗铣
φ80孔
IT7
钻孔-车孔-铰孔
钻孔-车孔
φ20通孔
钻孔-铰孔
Φ8斜孔
钻孔
左端面
粗车
右端面
粗车-精车
键槽
IT9
粗铣-精铣
倒角
3.3工序的安排
3.3.1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。
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。
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。
3.3.2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。
3.3.3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。
3.3.4先面后孔
对该零件应该先加工平面，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CA6140车床输出轴来讲先加工φ75外圆柱面，做为定位基准再来加工其余各孔。
3.4工序顺序的安排
3.4.1机械加工工序
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，并且利用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。
3.4.2热处理工序
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。
3.5确定工艺路线
在综合考虑上述工序顺序安排原则的基础上，下表列出了输出轴的工艺路线。
表3-2输出轴的工艺路线
工序号
工序名称
工序内容
1
锻造
锻造毛胚
2
热处理
正火（消除内应力）
铣削
铣两端面,并打中心孔
车削
粗车外轮廓
调质220～240HBS
6
钳工
修研两端中心孔
7
钻削
大端面钻Ф50mm孔
8
大端面打中心孔
9
镗削
粗镗Ф80mm、Ф104mm的孔
精车A、B、C各台阶面，倒角1×
45°
11
精镗Ф80mm孔，孔口倒角1×
12
扩孔
钻扩铰10-Ф20mm孔，孔口倒角1×
13
钻2-Ф8mm孔
14
划键槽加工线
15
铣键槽
16
钳去毛刺
17
去毛刺
去除全部毛刺
18
终检
按零件图样要求全面检查
3.6选择加工设备及刀、夹、量具
由于生产类型大批生产，故加工设备宜以通用机床为主，辅以少量专用机床，其生产方式为以通用机床及专用夹具为主，辅以少量专用机床的流水生产线，工件在各机床的的装卸及各机床间的传送均由工人完成。
车各外圆时，多是用车床完成，夹紧方案为专用车夹具及三爪卡盘定位。
铣键槽也可以用车床完成。
只有钻孔10-φ20-0.019/-0.042和孔2-φ8时要求工人自己设计夹具在钻床上完成，量具选用游标卡尺即可。
工序12钻孔10-φ20-0.019/-0.042，孔倒角为1*45度要分钻，扩，铰三道工序才能达到φ20-0.019/-0.042的要求所以选用角铢式钻床夹具。
选用锥柄麻花钻，锥柄扩孔复合钻，扩孔是倒角。
选用锥柄机用铰刀，专用夹具。
快换夹头，游标卡尺。
工序13钻孔2-φ8选用人工设计夹具锥柄麻花钻一次性加工完毕。
4零件加工设计
表4-1粗车外圆进给量查表结果
粗车外圆
Ap（mm）
F（mm/r）
V（mm/r）
0.5
38
0.4
44
半精车外圆φ75
0.7
31
精车外圆φ75
以上f为进给量ap为深度v是速度
粗车外圆φ75时同上可得：
38=∏×
75n→n≈115
∴取n=126∴v=3.14×
75×
126=29mm/r
粗车外圆φ65时38=3.14×
65n→n≈186
65×
126=25mm/r
粗车外圆φ60时38=3.14×
60n→n≈201
∴取n=287∴v=3.14×
60×
287=54mm/r
粗车外圆φ55时44=3.14×
55n→n≈254
55×
287=49mm/r
半精加工外圆φ75时31=3.14×
75n→n≈131
半精加工外圆φ65时31=3.14×
65n→n≈151
126=25mm/r
半精加工外圆φ60时31=3.14×
60n→n≈164
126=23mm/r
半精加工外圆φ55时31=3.14×
55n→n≈179
126=21mm/r
精加工外圆φ75时44=3.14×
75n→n≈186
精加工外圆φ65时44=3.14×
65n→n≈215
∴取n=215∴v=3.14×
215=43mm/r
精加工外圆φ60时44=3.14×
60n→n≈233
287=54mm/r
精加工外圆φ55时44=3.14×
55n→n≈254
钻孔10-φ20-0.019/-0.042：
通过计算可得
粗钻n=1000r/minf=0.3mm/rv=24m/minap=3.5mm/r
扩孔n=630r/minf=0.3mm/rv=15.6m/minap=0.45mm/r
铰孔n=1000r/minf=0.3mm/rv=15.8m/minap=0.05mm/r
镗孔φ50φ80+0.042/+0.012φ104
粗镗时ap=2.75v=0.4m/sf=0.2mm/r
N=1000v/∏d
∴n1=1000×
24/3.14×
50r/m=152r/min
∴n2=1000×
80r/m=95r/min
∴n3=1000×
104r/m=75r/min
半精镗φ80+0.042/0.0ap=2.05v=1.2m/sf=0.12mm/r
∴n=1000×
72/3.14×
80r/m=286r/min
精镗φ80+0.042/0.012时ap=0.25v=1.8m/sf=0.05mm/r
108/3.14×
80r/m=429r/min
5夹具设计
夹具是一种能够使工件按一定的技术要求准确定位和牢固夹紧的工艺装备，它广泛地运用于机械加工，检测和装配等整个工艺过程中。
在现代化的机械和仪器的制造业中，提高加工精度和生产率，降低制造成本，一直都是生产厂家所追求的目标。
正确地设计并合理的使用夹具，是保证加工质量和提高生产率，从而降低生产成本的重要技术环节之一。
同时也扩大各种机床使用范围必不可少重要手段。
本次的设计的夹具是第13道工序---2-φ8的斜孔粗钻该夹具使用于Z302钻床。
5.1计算夹紧力并确定螺杆的直径
查表可知，因为夹具的夹紧力与切削方向相反，实际所需要夹紧力F夹与切削力F之间的关系
F夹=KF
式中K为安全系数，当夹紧力与切削力方向相反时，取K=3
当前面的计算可知
F夹=KF=3×
2616=7848N
查表，从强度考虑，因为一个M10的螺栓能承受3924N的许用夹紧力，所以用M10的螺栓完全能满足强度要求。
但是从夹具的刚度及整体结构的对称性考虑，这里选用M16的螺栓。
5.2对称精度的分析
2-Φ8mm孔是在一次装夹下完成加工的，它们之间的位置精度由钻模套保证。
查表，取公差等级的1/4，即夹具尺寸公差为±
0.125mm。
同理，Φ14的孔，故取夹具钻模板上相应的钻套孔相距76±
0.013mm
查表可取：
衬套与夹具体模板的配合为H7/r6
钻套，扩孔套和铰套与衬套的配合为H7/g6
钻，扩孔时刀具与导套内孔的配合F8/h6
5.3确定夹具方案
这道工序所加工的两个孔为斜孔与水平面夹角为30度两孔对称分布，在加工时应使此两孔的中心线与水平面垂直工件与夹具体底座成45度。
根据工件的结构特点看，装夹方案如下图。
如图所示：
用两个凸台夹住零件，V型块限制其自由度，用螺栓将V型块固定在凸台上。
夹具体的钻模板设计为铰链式钻模板并且带有特殊钻套，以有利于对工件的加工夹紧机构为移动式压板，置于斜孔两侧不会影响孔的加工。
具体的图形布局方案见夹具装配图。
图5-1夹具装配
6设计心得
本次的《机械制造工艺》课程设计，使我能综合运用机械制造工艺学中的基本理论，并能结合生产实习中学到的实践经验知识，独立的分析和解决工艺问题，初步具备了设计一个中等复杂程度零件（输出轴）的工艺规程的能力和学到了夹具设计的基本原理和方法，拟订夹具设计方案，完成夹具结构设计的能力，培养了我的熟悉并运用有关手册、规范、图表等技术资料的能力，进一步培养了我的识图、制图、图表和编写技术文件等基本技能，提高了我的思考、解决问题以及创新设计的能力，为以后的设计工作打下了较好的基础。
在这次设计中我遇到不少难以解决的问题，比如：
夹具的设计问题、CAXA的绘图问题以及说明书的编写问题。
通过对这些问题的认识，我知道自己的一些薄弱环节；
也通过解决这些问题，我更进一步的对所学专业知识的巩固加深。
而这些问题让我又重新温习了书本上的内容，我明白了不论什么时候不管干什么事总是离不开书本，不管什么时候从书上我们总可以找得到我们想要的东西。
书上的东西永远是基础的，而基础正是向更深的领域迈进，没有这个基础我们永远都不会享受到成功的喜悦。
所谓“温故而知新”，在这些知识的基础上还明白了许多课本所未涉及的知识，令人振奋！
在这三周里，通过老师的细心指导，在同学的积极帮助和我的不懈努力下，我完成了这个重要的课程设计。
本次的课程设计，老师要求得很严格，很感谢老师对我们辛勤的辅导，也感谢帮助我的同学们。
7参考文献
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[6]田春霞主编.数控加工工艺.北京：
机械工业出版社，2006
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[8]黄云清主编.公差配合与测量技术.北京：
机械工业出版社，2001
[9]司乃钧，许德珠主编.热加工工艺基础.高等教育出版社，1991
[10]秦国华、张卫红主编《机床夹具的现代设计方法》航空工业出版社2006
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