轴零件的机械加工工艺规程及夹具设计.docx
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轴零件的机械加工工艺规程及夹具设计
毕业设计说明书
专 业 机械制造及自动化
班 级：
姓 名：
学 号：
指导老师：
目 录
第一部分 工艺设计说明书……………………………………………………………………………2
第二部分 第XX号工序夹具设计说明书……………………………………………………………3
第三部分 第XX号工序刀具设计说明书……………………………………………………………
第四部分 第XX号工序量具设计说明书……………………………………………………………
第五部分 毕业设计体会………………………………………………………………………………
第六部分参考资料……………………………………………………………………………………
第一部分 工艺设计说明书
1.零件图工艺性分析
1.1零件结构功用分析
从传动轴的受力分析可知，它受扭转一弯曲复合作用力，由于其承受中等载荷，工作又较平稳，冲击力很小，所以可采用优质碳素结构钢的45号钢，坯料用热轧圆钢。
为了改善组织、提高力学性能，坯料要经过正火热处理
1.2零件技术条件分析
外圆尺寸精度：
φ30k6，φ30f7两节，φ25k6，φ20h6，及M24X1.5的螺纹；
外圆形状位置精度：
要求为φ30f7两轴节相对φ30k6，φ20h6，φ25k6
φ30f7两轴节表面需高频淬火；
外圆表面质量：
φ30k6，φ30f7两节，φ25k6，φ20h6的表面质量要求Ra均为0.8um，
其它面Ra为12.5um
1.3零件结构工艺性分析
轴的锻件强度较高，形状比较简单，外轮廓尺寸不大，在轴径φ30k6，φ30f7两节，φ25k6，φ20h6，及M24X1.5的螺纹上均开有键槽，且轴两端带有B型中心孔。
结论：
轴的结构较规则，在加工键槽和B型中心孔时，采用专用夹具定位和夹紧，螺纹加工安排在半精加工后，精加工前进行。
2.毛坯选择
2.1毛坯类型
在传递力矩过程时要承受很强的冲击力和很大的交变载荷,要求材料应有较高的强度、冲击韧度、疲劳强度和耐磨性,而且其轮廓形状不复杂,故采用锻件；
零件尺寸不大，而且零件属于批量生产,故采用模锻。
2.2毛坯余量确定
毛坯的形状和尺寸越接近成品零件，即毛坯精度越高，则零件的机械加工劳动量越少，材料消耗越少，可充分提高劳动生产率，降低成本，但是毛坯制造费用会提高，在确定毛坯时，应根据机械加工和毛坯制造两方面考虑。
2.2.1
1）.锻件公差等级：
由该零件的功能和技术确定其锻件公差等级为普通级；
2）.锻件质量Mf：
根据锻件成品质量1.94g估算；
3）.分析锻件形状复杂系数s：
S=Mf/Mn
该零件为圆形，假设其最大直径φ37长为375则在：
Mn=π/4d2hρ
S=Mf/Mn=Vf/Vn=229712.195mm
/316300.05mm
=0.726
由于0.726介于0.63和1之间，故该零件的形状复杂系数S属S1级。
4）.锻件材质系数M：
由于该零件材料为45钢，是碳的质量分数小于0.65%的碳素钢，故该锻件的材质系数属M1级；
5）.零件表面粗糙度由零件图知，除φ30k6，φ30f7两节，φ25k6，φ20h6的表面质量Ra为0.8um
外，其余各加工表面Ra为12.5um；
2.2.2初步确定机加工余量及毛坯尺寸，初选毛坯尺寸公差
根据毛坯尺寸公差，锻件质量，材质系数，形状复杂系数，初步确定本零件毛坯尺寸允许偏差，
根据锻件质量，零件表面粗糙度，形状复杂系数查参考书[1]中表5-9，由此查得单边余量：
零件
尺寸
初选厚度方向
单边加工余量
初选水平方向
单边加工余量
确定厚度方向
单边加工余量
确定水平方向
单边加工余量
初选
锻件尺寸
偏差
φ30k6
1.7——2.2
2.0——2.5
2
φ34
+1.2-0.6
φ30f7两节
1.7——2.2
2.0——2.5
2
φ34
+1.2-0.6
φ29
1.7——2.2
2.0——2.5
2
φ34
+1.2-0.6
φ25k6
1.7——2.2
2.0——2.5
2
φ29
+1.1-0.5
φ24
1.7——2.2
2.0——2.5
2
φ29
+1.1-0.5
115
1.7——2.2
2.0——2.5
2.5
115
+1.4-0.6
φ20h6
1.7——2.2
2.0——2.5
2
φ24
+1.1-0.5
32
1.7——2.2
2.0——2.5
2.5
33
+1.2-0.6
φ33
1.7——2.2
2.0——2.5
2
φ37
+1.2-0.6
370
1.7——2.2
2.0——2.5
2.5
375
+1.7-0.8
5
1.7——2.2
2.0——2.5
2.5
10
+1.1-0.5
2.2.3验证上述余量是否满足要求
计算同上得，锻件形状复杂系数s=S=Mf/Mn=Vf/Vn=229712.195mm
/316300.05mm
=0.726
，S属于S1级；查表得，机械加工余量与上述相同，满足要求。
2.3毛坯－零件合图草图
3．机加工工艺路线确定
3.1加工方法分析确定
（1）φ30k6外圆------→粗车（IT12级，Ra12.5um）------→半精车（IT9级，Ra3.2um）------→铣键槽（IT9级，Ra12.5um）------→粗磨（IT8级，Ra0.8um）------→精磨（IT6级，Ra0.8um）
（2）φ25k6外圆------→粗车（IT12级，Ra12.5um）------→半精车（IT9级，Ra3.2um）------→铣键槽（IT9级，Ra12.5um）------→粗磨（IT8级，Ra0.8um）------→精磨（IT6级，Ra0.8um）
（3）φ20h6外圆------→粗车（IT12级，Ra12.5um）------→半精车（IT9级，Ra3.2um）------→铣键槽（IT9级，Ra12.5um）------→粗磨（IT8级，Ra0.8um）------→精磨（IT6级，Ra0.8um）
（4）φ30f7外圆------→粗车（IT12级，Ra12.5um）------→半精车（IT9级，Ra3.2um）------→热处理（φ30f7两节外圆表面局部高频淬火）------→磨削（IT7级，Ra0.8um）
（5）2M24X1.5螺纹------→粗车（IT12级，Ra12.5um）------→半精车（IT9级，Ra3.2um）------→铣键槽（IT9级，Ra12.5um）------→车螺纹（配螺母）
3.2加工顺序的安排
铣端面钻中心孔保证总长370mm，粗车各外圆和台阶端面，半精车各段外圆和切各段3X0.5退刀槽，
加工φ30k6，φ25k6，φ20h6，及φ24各段的键槽，随后车M24X1.5的螺纹，局部热处理φ30f7两节表面进行高频淬火，最后粗精磨φ30k6，φ25k6，φ20h6外圆及φ30f7两节外圆表面，保证表面质量Ra为0.8um。
3.3定位基准选择
3.3.1粗基准的选择：
粗车时以外圆和两侧端面为粗基准；
3.3.2精基准的选择：
以两侧端面中心孔为精基准定位。
3.4加工阶段的划分说明
加工阶段分为：
粗加工阶段为工序3、5、10；半精加工阶段为工序15，20，25，30；精加工阶段为工序35，40；
方案讨论：
M24X1.5的螺纹加工安排在半精加工后，精加工前进行，故放到半精加工阶段来实现。
3.5主要机加工工序简图
工序3.铣左端面，钻中心孔
工序5.铣右端面，钻中心孔
工序10.粗车各段外圆及端面
工序15半精车各段外圆及端面
工序20铣φ30k6，φ25k6，φ20h6，φ24各段外圆的键槽
工序25.车M24X1.5的螺纹
工序30.φ30f7两节外圆表面需高频淬火hrc40-45
工序35.粗磨φ30k6，φ25k6，φ20h6，φ30f7两节，各段外圆
工序40精磨φ30k6，φ25k6，φ20h6，各段外圆
工序45去毛刺；
工序50检验；
工序55入库.
4.工序尺寸及其公差确定
4.1工序尺寸确定
加工表面
工序余量（双边）
工序尺寸及公差
表面粗糙度/um
粗
半精
粗磨
精磨
粗
半精
粗磨
精磨
粗
半精
粗磨
精磨
φ30k6外圆
2.6
1.0
0.3
0.1
φ31.4150-0.39
φ30.4150-0.062
φ30.1150-0.025
φ30.0150-0.013
Ra12.5
Ra3.2
Ra0.8
Ra0.8
φ25k6外圆
2.6
1.0
0.3
0.1
φ26.4150-0.33
φ25.4150-0.052
φ25.1150-0.021
φ25.0150-0.013
Ra12.5
Ra3.2
Ra0.8
Ra0.8
φ20h6外圆
2.6
1.0
0.3
0.1
φ21.40-0.33
φ20.40-0.052
φ20.10-0.021
φ200-0.013
Ra12.5
Ra3.2
Ra0.8
Ra0.8
φ30f7外圆
2.6
1.0
0.3
φ31.380-0.46
φ30.380-0.052
φ29.980-0.021
Ra12.5
Ra3.2
Ra0.8
加工表面
工序余量（双边）
工序尺寸及公差
表面粗糙度/um
粗车
半精车
半精车
粗车
半精车
半精车
粗车
半精车
半精车
φ29
2.6
1.0
1.4
φ31.40-0.46
φ30.40-0.062
φ290-0.052
Ra12.5
Ra3.2
Ra3.2
φ24
2.6
1.0
1.4
φ26.40-0.33
φ25.40-0.052
φ240-0.052
Ra12.5
Ra3.2
Ra3.2
115
1.5
（单边）
1.0
（单边）
1140-0.54
1150-0.54
Ra12.5
Ra3.2
32
1.5
（单边）
1.0
（单边）
310-0.39
320-0.39
Ra12.5
Ra3.2
5
1.5
（单边）
1.0
（单边）
60-0.18
50-0.18
Ra12.5
Ra3.2
370
2.5
3700-0.89
Ra12.5
4.2轴向尺寸的工序尺寸链图
5.设备及其工艺装备确定
5.1选择机床和夹具
1）.工序03、05是铣端面和钻中心孔，可采用专用夹具在X53K铣床上加工；
2）.工序10、15、25是粗车、半精车、车螺纹各工序的工步数不多，成批生产，不要求很高的生产率，故选用卧式车床能够满足使用要求，又由于要求的精度较高，表面粗糙度值较小，需选用较精密的车床才能满足要求，因此选用C620-1，使用通用夹具（两顶尖）装夹；
3）工序20是铣键槽，可采用专用夹具在立式铣床上加工，故选X53K；
4）工序40，45是磨削外圆，使用专用磨床夹具，选用卧式磨床M1432；
5.2选择刀具
1）工序03、05在铣床上加工，一般都选用硬质合金端铣刀；
2）工序10、15、25在车床上加工，一般都选用硬质合金车刀，加工刚质零件采用YT类硬质合金，粗加工用YT5，半精加工用YT15，为了提高生产率及经济性，选用90度车刀，螺纹车刀和镗刀，切槽刀宜选用高速钢；
3）工序20铣键槽，零件要求铣切宽度分别为5h9，6h9，8h9故所选直柄键槽铣刀分别为5e8GB/T1112.1-1997，6e8GB/T1112.1-1997，8e8GB/T1112.1-1997；
5.3选择量具
本零件属于成批生产，一般采用通用量具
工序
加工面尺寸
尺寸公差
选择量具
粗加工外圆
φ31.4
0.39
读数值0.02，测量范围0—150游标卡尺
φ26.4
0.33
粗加工轴向尺寸
116
0.54
33
0.39
6
0.18
半精加工轴向尺寸
115
0.54
32
0.39
5
0.18
半精加工外圆
φ30.4
0.062
读数值0.01，测量范围75—100外径千分尺
φ25.4
0.052
φ20.4
0.052
粗，精磨外圆
φ30k6
0.013
选用单头双限卡规（GB6322—86）
φ25k6
0.013
φ20h6
0.013
φ30f7
0.021
6．切削用量及工时定额确定
工序10（参考书[1]）
本道工序为粗车（车台阶面和外圆）已知加工材料为45钢，6b=670mpa，锻件有外皮，机床为CA6140，工件采用两顶尖装夹。
（1）.确定粗车外圆φ33的切削用量，所选刀具为YT5硬质合金车刀，刀杆尺寸BXH=16mmX25mm
刀片厚为4.5mm，根据[1]表5-113，选择刀具几何角度Λs=00，γo=120，αo=60αo’=40
κr=900，κr’=100，γε=0.8mm
a.确定被吃刀量ap粗车双边余量为2.6mm，则ap=1.3mm
b.确定进给量f根据表5-114在粗车钢料，刀杆尺寸16X25mm，ap〈3mm，工件直径在20—40mm时f=0.3—0.5mm/r，按C620-1车床的进给量f=0.33mm/r
确定的进给量尚需满足机床进给机构的强度要求，故需进行校验：
根据表5-55，C620-1车床进给机构允许的进给力Fmax=3530N
根据表5-123，当钢料6b=570—670mpa，ap〈2mm，f〈0.75mm/r，κr=450，V=65m/min时，进给力Ff=760N。
Ff的修正系数为Kr。
Ff=1.0，KΛsFf=1.0，KkTFf=1.17故实际进给力为Ff=760X1.17=889.2N
Ff〈Fmax，所选的进给量f=0.33mm/r可用。
C.选择车刀磨钝标准及耐用度根据表5-119，车刀后刀面最大磨损量取1m，车刀的耐用度为T=60min。
d.确定切削速度V
根据表5-120，当用YT5硬质合金车刀加工6b=600--700mpa，钢料ap〈3mm，f〈0.75mm/r，V=109m/min切削速度的修正系数为Ksv=0.8,Ktv=0.65,KKTv=0.81,KTv=1.0,Kmv=Kkv=1.0故，V109X0.8X0.81=45.9m/min，n=1000v/3.14d=1000X45.9/3.14X37=395.1r/min
按C620-1车床的转速，选择n=380r/min，则实际切削速度V=44.1m/min
e.校验机床功率：
由表5-125，当6b=580—970mpa，HBS=166—277，ap〈2mm，f〈0.75mm/r，V=44.1m/min时，Pc=1.7KW
切削功率的修正系数为KTrPc=1.13,KkrPc=1.17，Kr。
Pc=KMPc=KkPc=1.0，KSPc=0.8，KtPc=0.65，故实际切削时的功率为Pc=0.72KW
根据表5-29，当n=120r/min时，机床主轴允许功率PE=5.9KW，Pc〈PE，故所选切削用量在C620-1车床上进行最后确定的切削用量为：
ap=1.3mm，f=0.33mm/r，V=44.1m/min，n=380r/min。
（2）.确定粗车外圆φ31.4mm及台阶面的切削用量，采用车外圆φ33的刀具加工这些表面，加工余量皆可一次走刀切除，车外圆φ31.4mm的ap=1.3mm，f1=0.33mm/r，台阶面的ap=1.5mm，f2=0.30mm/r，主轴转速与车外圆φ33的转速相同。
（3）.确定粗车外圆φ26.4mm及台阶面的切削用量，采用车外圆φ33的刀具加工这些表面，加工余量皆可一次走刀切除，车外圆φ26.4mm的ap=1.3mm，f1=0.33mm/r，台阶面的ap=1.5mm，f2=0.30mm/r，主轴转速与车外圆φ33的转速相同。
（4）.确定粗车外圆φ21.4mm及台阶面的切削用量，采用车外圆φ33的刀具加工这些表面，加工余量皆可一次走刀切除，车外圆φ21.4mm的ap=1.3mm，f1=0.33mm/r，台阶面的ap=1.5mm，f2=0.30mm/r，主轴转速与车外圆φ33的转速相同。
基本时间
（1）确定粗车外圆φ33的基本时间，根据表2-21车外圆基本时间：
Tj1=（L+L1+L2+L3）*i/nf，
L=7.5mm,L1=ap/tankr+（2--3）,kr=900,L1=2mm,L2=0,L3=0,f=0.33mm/r，n=380r/min,i=1
Tj1=7.5+2/0.33*380=4.5s
（2）确定粗车外圆φ31.4的基本时间，根据表2-21车外圆基本时间：
Tj2=（L+L1+L2+L3）*i/nf，
L=250mm,L1=ap/tankr+（2--3）,kr=900,L1=2mm,L2=0,L3=0,f1=0.33mm/r，f2=0.30mm/r，n=380r/min,i=1
Tj2=（250+2）/0.33*380+（2.5+2）/0.30*380=122.97s
（3）确定粗车外圆φ26.4的基本时间，根据表2-21车外圆基本时间：
Tj3=（L+L1+L2+L3）*i/nf，
L=83mm,L1=ap/tankr+（2--3）,kr=900,L1=2mm,L2=0,L3=0,f1=0.33mm/r，f2=0.30mm/r，n=380r/min,i=1
Tj3=（83+2）/0.33*380+（2.5+2）/0.30*380=43.04s
（4）确定粗车外圆φ21.4的基本时间，根据表2-21车外圆基本时间：
Tj4=（L+L1+L2+L3）*i/nf，
L=29.5mm,L1=ap/tankr+（2--3）,kr=900,L1=2mm,L2=0,L3=0,f1=0.33mm/r，f2=0.30mm/r，n=380r/min,i=1
Tj4=（29.5+2）/0.33*380+（2.5+2）/0.30*380=17.44s
确定工序10的基本时间：
Tj=Tj1+Tj2+Tj3+Tj4=（4.5+122.97+43.04+17.44）s=187.95s
第二部分 第20号工序夹具设计说明书
1.工序尺寸精度分析
工序加工要在轴φ25.40-0.052的外圆表面上铣键槽保证尺寸20.50-0.52，键槽宽为6h9mm；无其它技术要求，该工序在立式铣床上加工，零件属中批量生产。
2.定位方案确定
理论上限制自由度分析：
槽宽由定尺寸刀具保证；保证槽深应限制：
x移动、y转动;保证键槽长度应限制：
x移动；保证键槽对称度应限制：
y移动,z转动；
综合结果限制：
x移动、y移动、y转动、z转动,z移动；
实际上限制自由度分析：
V形块定位φ30.40-0.052限制：
y移动、z移动、y转动、z转动，大头端面用定位销定位限制：
x移动；
综合结果实际限制：
x移动、y移动、y转动、z转动、z移动；
3.定位误差分析计算
工件采用V形块定位，对称度分析：
基准不重合误差为：
jb=0.02mm，基准位移误差为：
Δdb=0
则：
△dw=△jb+△db=0.02mm
对尺寸20.50-0.52分析：
基准不重合误差为：
jb=0.02+0.026=0.046mm
基准位移误差为：
Δdb=0.707T（d）=0.707X0.062=0.044mm
则：
△dw=△jb+△db=0.09mm
由于T=0.52mm，T/3=0.173mm,即△dw≤T/3，故该夹具能够满足加工要求.
4.夹紧方案及元件确定
本套夹具采用铰链压板夹紧；
工件在加工时所受的力主要是切削力F，由机床夹具设计手册表1-2-7得切削力的计算公式：
Fx=667Ds
Kp=667x7x700
x650/726≈1083N
实际所需加紧力与计算加紧力之间的关系为：
（K由表1-2-2查得为1.15）
F=KFx=1.15X1083==1245.45N
5.夹具总装草图
第三部分 第10号工序刀具设计说明书
1.工序尺寸精度分析
粗车轴各段外圆保证尺寸φ33，φ31.4，φ26.4，φ21.4公差等级为IT12。
2.刀具类型确定
此道工序保证的尺寸精度要求不高可用游标卡尺测量，属粗加工，因此可用90度外圆车刀。
3.刀具设计参数确定（数据来源参考书[3]）
序号
项目
数据来源或公式计算
采用值
1
车刀外行
表2-6、2-7
焊接式900强力外圆车刀
2
刀片材料
YT5
刀杆材料
45钢
3
几何角度
表2-8、2-9
Λs=00γo=120αo=60
αo’=40κr=900κr’=100
γε=0.8mm
4
断削参数
前面型式
表2-11、2-12（f=0.33mm/r）
带倒棱曲面圆弧卷削槽前面
Ln=8.5m,γo1=-200br1=0.6qn=9.3
5
过渡刃
表2-13（ap=1.3mm）
直线过渡刃Kre=450bε=1
6
刀片型号
表2-3
A420
L=20,B=12,C=7,R=12.5,r=1e=0.8
7
车刀外型
结构尺寸
表2-1、2-2、2-5
BxH=20x30L=150
M=8（900弯头车刀）
8
刀槽
型式
表2-4
Sinrj=ln/2qn=8.5/2x9.6=0.443
Γc=γo-γj=120-18.30
Hc=H+（1~2）-cCosαo/Cos（
αo+γc）
=30+1-7Cos5/Cos（
50+6.30）=31-7x1/1=24
Bc=B-C*tg（αo+γc）
=12-7tg（60+5.30）=10.6
Lc=L-CCosαo/Cos（
αo+γc）*tgαo’
=20-7.Cos5/Cos（
60+5.30）*tg5
=20-7x0.08=19.4
Γj=18.30
Γc=5.30
Hc=24mm
Bc=10.6mm
Lc=19.4mm
4.刀具工作草图
第四部分 第40号工序量具设计说明书
1.工序尺寸精度分析
对轴外圆φ30k6选基孔制，首先确定被测轴的极限偏差，查[4]公差书第三章极限与配合标准得φ30k6的上偏差es=-0.009mm,下偏差ei=-0.025mm。
公差等级为IT6。
2.量具类型确定
轴的外圆φ30k6的量具用
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