输出轴加工工艺说明书.doc
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输出轴加工工艺说明书
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姓名
设计起止日期
设计题目：
输出轴加工工艺说明书
设计任务（主要技术参数）：
编制如图所示零件的加工工艺。
工作任务：
1.设计输出轴的（年产量5000件）机械加工工艺规程，填写机械加工工序卡片；
2.设计说明书1份。
指导教师评语：
成绩：
签字：
年月日
课程设计任务书
目录
引言.........................................................1
1、输出轴工艺分析.................................................2
1.1输出轴的作用..................................................2
1.2输出轴的结构特点、工艺，表面技术要求分..................................2
2、确定毛坯.......................................................4
2.1选择毛坯材料...................................................4
2.2毛坯的简图.....................................................4
3、工艺路线的确定.................................................5
3.1基准的选择....................................................5
3.2加工方法的选择.................................................5
3.3加工顺序的安排.................................................6
3.4加工设备的选择.................................................11
3.5刀具的选择.....................................................12
3.6加工余量，工序尺寸，及其公差的确定......................................13
4、确定切削用量....................................................16
5、时间定额的计算..................................................18
致谢...............................................................21
参考文献...........................................................22
引言
所谓机械加工工艺规程，是指规定产品或零部件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件。
生产规模的大小、工艺水平的高低以及解决各种工艺问题的方法和手段都要通过机械加工工艺规程来体现。
因此，机械加工工艺规程的设计是一项十分重要而又非常严肃的工作。
制订机械加工工艺规程的原则是：
在一定的生产条件下，在保证持量和生产进度的前提下，能获得最好的经济效益。
制订工艺规程时，应注意以下三方面的问题：
1、技术上的先进性
2、经济上的合理性
3、有良的劳动条件，避免环境污染
通过本次课程设计能获得综合运用过去所学过的全部课程进行机械制造工艺及结构设计的基本能力，为以后做好毕业设计、走上工作岗位进行一次综合训练和准备。
它要求学生全面地综合运用本课程及有关选修课程的理论和实践知识，进行零件加工工艺规程的设计。
22
1、输出轴工艺分析
1.1输出轴的作用
输出轴主要应用在动力输出装置中，是输出动力的主要零件之一。
其主要作用是传递转矩，使主轴获得旋转的动力，其工作中要承受较大的冲击载荷和扭矩。
因此，该零件需具有足够的耐磨性和抗扭强度。
1.2输出轴的结构特点、工艺，表面技术要求分
图1-1输出轴
从图示零件分析，该输出轴结构简单，属于阶梯轴类零件。
主要由有φ55、φ60、φ65、φ75、φ176的外圆柱面、φ50、φ80、φ104的内圆柱表面和10个φ20的孔和一个16的键槽组成。
为了保证输出轴旋转是的速度，表面粗糙度有较高的要求，外圆的粗糙度要求都为Ra1.25um,内圆的粗糙度为Ra2.5um，其余为Ra20um。
形位精度也比较高，为了外圆和外面零件的配合后受力均匀，φ55，φ60的外圆的径向跳动量小于0.04mm，φ80的跳动量小于0.04mm，φ20孔的轴线的跳动量小于0.05mm，为了保证键槽和键的配合，键槽对φ55外圆的对称度为0.08mm。
由于输出轴在工作中要承受较大的冲击载荷和扭矩，为了增强耐磨性和抗扭强度，要对输出轴进行调质处理，硬度为200HBS。
2、确定毛坯
2.1选择毛坯材料
毛坯的种类有很多，如1、型材2、锻造3、铸造，由于该输出轴要承受较大的冲击载荷和扭矩，为了增强其刚性和韧性，所以要选择锻件做为毛坯。
如选用棒料，由于生产类型为中批，从经济上考虑，棒料要切削的余量太大，浪费材料。
2.2毛坯的简图
图1-2输出轴简图
3、工艺路线的确定
3.1基准的选择
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加工方法的选择
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。
同样在该零件的加工方法的选择中，我们考虑了工件的具体情况，一般我们按加工顺序来阐述加工方案：
表1-1各表面加工方法
加工表面
表面粗糙度
公差/精度等级
加工方法
φ176外圆柱面
Ra12.5
自由公差
粗车
φ55外圆柱面
Ra1.6
IT6
粗车-半精车-精车
φ60外圆柱面
Ra0.8
IT6
粗车-半精车-精车
φ65外圆柱面
Ra12.5
自由公差
粗车-半精车-精车
φ75外圆柱面
Ra0.8
IT6
粗车-半精车-精车
φ50内圆柱面
Ra12.5
自由公差
车孔
φ80孔
Ra3.2
IT7
车孔-精车
φ104孔
Ra6.3
自由公差
车孔
φ20通孔
Ra3.2
IT7
钻孔-铰孔
φ8通孔
Ra12.5
自由公差
钻孔
左端
Ra12.5
自由公差
右端面
Ra3.2
粗车-精车
键槽
Ra3.2
IT9
粗铣-精铣
倒角
Ra12.5
3.3加工顺序的安排
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，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。
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、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。
4、先面后孔
（1）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。
（2）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）、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，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。
（4）、拟定加工工艺路线
根据以上各个零部件基本原则，可以初步确定加工工艺路线，具体方案如下：
表1－2设计方案一
序号
工序名称
机床设备
刀具
量具
1
锻造
2
正火
回火炉
3
粗车φ176轴端面，加工φ50孔深40，φ80孔深23，加工φ104孔深10，并倒角，钻中心孔，精车φ176轴各端面和φ80孔
C620
硬质合金刀
游标卡尺
4
车φ55端面并加工中心孔，精车φ55至φ75轴段，精加工该轴端留少量磨削余量
C620
硬质合金刀
游标卡尺
5
钻2－φ8孔
Z3025
高速钢麻花钻
游标卡尺
6
钻10－φ20孔
Z3025
高速钢麻花钻
游标卡尺
铰10－φ20孔
高速钢铰刀
7
铣削键槽
X52K
高速钢立铣刀
游标卡尺
8
去毛刺
钳工台
9
调质处理200HBS
回火炉
10
磨削φ55至φ75轴段
M1420
磨外圆砂轮
游标卡尺
11
清洗
12
检验
表1－3设计方案二
序号
工序名称
机床设备
刀具
量具
1
锻造
2
热处理
回火炉
3
粗车φ176轴端面，加工φ50孔深40，φ80孔深23，加工φ104孔深10，并倒角，钻中心孔
C620
硬质合金刀
游标卡尺
4
粗车φ55端面并加工中心孔，粗车φ55至φ75轴段并倒角
C620
硬质合金刀
游标卡尺
5
精车φ55至φ75轴段，留少量磨削余量
C620
硬质合金刀
游标卡尺
6
精车φ176轴端面与φ80孔
C620
硬质合金刀
游标卡尺
7
钻10－φ20孔
Z3025
高速钢麻花钻
游标卡尺
8
铰10－φ20孔
Z3025
高速钢铰刀
游标卡尺
9
钻2－φ8孔
Z3025
高速钢麻花钻
游标卡尺
10
铣削键槽
X52K
高速钢立铣刀
游标卡尺
11
去毛刺
钳工台
12
热处理调质200HBS
回火炉
13
磨削φ55至φ75各轴段达到尺寸要求
M1420
磨外圆砂轮
游标卡尺
14
清洗
15
检验
表1－4设计方案三
序号
工序名称
机床设备
刀具
量具
1
锻造
2
热处理
回火炉
3
粗车φ176端各面及倒角，加工φ50孔深40，φ80孔深23，加工φ104孔深10，并倒角，钻中心孔
C620
硬质合金刀
游标卡尺
4
粗车φ55端面并加工中心孔，粗车φ55至φ75轴段并倒角
C620
硬质合金刀
游标卡尺
5
精车φ176轴端面与φ80孔
C620
硬质合金刀
游标卡尺
6
精车φ55至φ75轴段，留少量磨削余量
C620
硬质合金刀
游标卡尺
7
钻10－φ20孔及钻2－φ8孔
Z3025
高速钢麻花钻
游标卡尺
8
铰10－φ20孔
Z3025
高速钢铰刀
游标卡尺
9
铣削键槽
X52K
高速钢立铣刀
游标卡尺
10
去毛刺
钳工台
11
热处理调质200HBS
回火炉
12
磨削φ55至φ75各轴段达到尺寸要求
M1420
磨外圆砂轮
游标卡尺
13
清洗
14
检验
综上所述：
三个工艺方案的特点在于工序集中和工序分散和加工顺序，从零件本身来考虑，由于轴类零件在切削加工时易产生弯曲变形，如采用工序分散，在加工时零件的位置精度无法保证，为了同时保证零件图示的圆跳动要求，所以采用方案一。
（5）、加工路线的确定
确定刀具走刀路线主要是提高生产效率，正确的加工工艺程序，在确定走刀路线时主要考虑以下几个方面：
1、应能保证零件的加工精度和表面粗糙度
2、应使走刀路线最短，减少刀具空行程时间，提高加工效率
3、应使数值计算简单，程序段数量少，以减少编程工作量
具体加工路线见走到路线图。
3.4加工设备的选择
1、采用C620普通车床，车床的参数如下：
型号TYPEC620，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（30种），英制螺纹（30种）40-0.875t.p.i（30种），模数螺纹0.125-5mm，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、采用X52K，铣床的参数如下：
型号X52K,主轴孔锥度7:
24,主轴孔径25mm。
主轴转速65～1800r/min。
工作台面积（长×宽）1000×250。
工作台最大行程:
纵向（手动/机动）620mm,横向手动190mm、机动170mm，升降手动370mm、机动350mm。
工作台进给量:
纵向35～980mm/min、横向25～765mm/min、升降12～380mm/min。
工作台快速移动速度:
纵向2900mm/min、横向2300mm/min、升降1150mm/min。
工作台T型槽数:
槽数3、宽度14、槽距50。
主电机功率7.5KW。
3、采用钻床Z3025作为加工设备。
主要基数参数:
最大钻孔直径35mm;主轴端面至工作台的距离0～750mm，主轴最大行程325mm;主轴孔莫氏圆锥4号主轴转数范围68～1100r/min。
4、万能外圆磨床M1420
3.5刀具的选择
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数控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CA6140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粗铣键槽刀具号为T0909，精铣键槽刀具号为T1010
表1-5刀具一览
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
可转位车刀
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
93°r=1
BUM080404R-04
PSUBR3215-16Q
钻φ8
T0707
钻头
φ8
粗铣键槽
T0909
铣刀
Φ15.4
精铣键槽
T1010
铣刀
Φ16
3.6加工余量，工序尺寸，及其公差的确定
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如下：
1）外圆柱面φ176
工序名称
工序余量
工序公差
工序尺寸公差
表面粗糙度
粗车
11
IT12
φ176
6.3
毛坯
φ187
2）外圆柱面φ55
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
1.0
IT6
φ55
1.6
半精车
1.1
IT10
φ56
3.2
粗车
15
IT12
φ57.9
6.3
毛坯
φ70
3）外圆柱面φ60
工序名称
工序余量
工序公差
工序尺寸公差
表面粗糙度
精磨
0.2
IT6
Φ60
0.8
精车
0.8
IT6
Φ60.2
1.6
半精车
1.9
IT10
Φ61
3.2
粗车
7.1
IT12
Φ62.9
6.3
毛坯
φ70
4）外圆柱面φ65
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
1.0
IT6
Φ65
1.6
半精车
1.9
IT10
Φ66
3.2
粗车
2.1
IT12
Φ67.9
6.3
毛坯
φ70
5）外圆柱面φ75
工序名称
工序余量
工序公差
工序尺寸公差
表面粗糙度
精磨
0.2
IT6
Φ75
0.8
精车
0.8
IT6
Φ75.2
1.6
半精车
1.9
IT10
Φ76
3.2
粗车
2.1
IT12
Φ77.9
6.3
毛坯
Φ80
6）内圆柱面φ80
工序名称
工序余量
工序公差
工序尺寸公差
表面粗糙度
铰孔
0.2
IT7
Φ80
1.6
扩孔
49.8
IT12
Φ79.8
6.3
车孔
IT12
Φ30
6.3
7）加工通孔φ20
工序名称
工序余量
工序公差
工序尺寸公差
表面粗糙度
铰孔
0.2
IT7
Φ20
1.6
扩孔
1.8
IT9
Φ19.8
3.2
钻孔
IT12
Φ18
6.3
8）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
4
IT9
Φ16
1.6
粗铣
IT12
Φ12
3.2
4、确定切削用量
4.1切削用量的计算
工序1中分为6个工序，由于这6个工步在同一台机床上加工完成的，因此所用规定的切削速度v和进给量f。
4.2背吃刀量的确定
工步1的背吃刀量ap取为Z1，Z1等于右端面毛坯总量减去工序2的量，即Z3=3-1=2mm；而工步2的背吃刀量ap2取为Z3=1mm依次ap3=3mm；工步4的背吃刀量为ap4=40mm；工步5的背吃刀量为ap5=1mm；工步6的背吃刀量为ap6=10mm。
4.3进给量的确定
由于使用C620机床，查文献[5]中表4－1得到该机床功率为7.5KW，工件、夹具系统刚度为中等条件选取，该工序进给量f=1.0mm/r,工步2中选用硬质合金车刀其f=0.1～0.3mm/r,所以取f=0.3mm/r。
4.4车削速度的计算
1工步1切削速度取v=110m/min，根据公式可求得该工序转速=200r/min。
再带入公式可求出实际切削速度==110m/min。
2工步2切削速度取v=120m/min，根据公式可求得该工序转速=217r/min。
再带入公式可求出实际切削速度==120m/min。
3工步3切削速度取v=73m/min，根据公
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