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文檔簡介
1、<p><b> 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)</b></p><p> 題 目:設(shè)計階梯軸的機(jī)械加工工藝規(guī)程</p><p> 院 、 系: 能環(huán)學(xué)院</p><p> 班 級: </p><p> 姓 名: </p><p> 學(xué)
2、 號: </p><p><b> 指導(dǎo)教師: </b></p><p> 2013年 12 月 </p><p><b> 序 言</b></p><p> 本課程設(shè)計是學(xué)生在學(xué)完機(jī)械制造工藝學(xué)課程的一個綜合性和實踐性很強(qiáng)的教學(xué)環(huán)節(jié),通過課程設(shè)計,能綜合運(yùn)用所學(xué)基本理論以及在生
3、產(chǎn)實習(xí)中學(xué)到的實踐知識進(jìn)行工藝及結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本訓(xùn)練,掌握機(jī)械制造過程中的加工方法、加工裝備等基本知識,提高學(xué)生分析和解決實際工程問題的能力,為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)及今后從事科學(xué)研究、工程技術(shù)工作打下較堅實的基礎(chǔ)。</p><p> 本次機(jī)械制造工藝學(xué)課程設(shè)計不僅僅能幫助我們利用已學(xué)的知識進(jìn)行設(shè)計,還培養(yǎng)了我們自己分析,獨(dú)立思考的能力。這次綜合性的訓(xùn)練,我在以下幾方面得到鍛煉:</p><p>
4、 提高結(jié)構(gòu)設(shè)計能力。通過設(shè)計零件的訓(xùn)練,獲得根據(jù)被加工零件的加工要求,設(shè)計出高效,省力,經(jīng)濟(jì)合理而能保證加工質(zhì)量的零件的能力。</p><p> 學(xué)會使用手冊以及圖表資料。掌握與本設(shè)計有關(guān)的各種資料的名稱,出處,能夠做到熟練的運(yùn)用。</p><p> 就我個人而言,我希望通過這次課程設(shè)計對自己未來將從事的工作進(jìn)行一次適應(yīng)性訓(xùn)練,從中鍛煉自己發(fā)現(xiàn)問題,分析問題和解決問題的能力,為今后參
5、加工作打下良好的基礎(chǔ)。</p><p><b> 一、零件的分析</b></p><p><b> 1.1 軸的作用</b></p><p> 軸的主要作用是支承回轉(zhuǎn)零件及傳遞運(yùn)動和動力。按照軸的承受載荷不同,軸可分為轉(zhuǎn)軸、心軸和傳動軸三類。工作中既承受彎矩又承受扭矩的軸成為轉(zhuǎn)軸,只承受彎矩的軸稱為心軸,只承受扭矩而
6、不承受彎矩的軸稱為傳動軸。</p><p> 1.2 軸的工藝分析</p><p> 該軸主要采用40Cr鋼能承受一定的載荷與沖擊。此軸為階梯軸類零件,尺寸精度,形位精度要求均較高。Φ21,φ22.5,φ24,Φ22.55為主要配合面,精度均要求較高,需通過磨削得到。軸線直線度為φ0.01,兩鍵槽有同軸度要求。在加工過程中須嚴(yán)格控制。</p><p> (1)
7、該軸采用合金結(jié)構(gòu)鋼40Cr,中等精度,轉(zhuǎn)速較高。經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后具有良好的綜合力學(xué)性能,具有較高的強(qiáng)度、較好的韌性和塑性。</p><p> ?。?)該軸為階梯軸,其結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度中等,其有多個過渡臺階,根據(jù)表面粗糙度要求和生產(chǎn)類型,表面加工分為粗加工、半精加工和精加工。加工時應(yīng)把精加工、半精加工和粗加工分開,這樣經(jīng)多次加工以后逐漸減少了零件的變形誤差。</p><p> (3)零件毛坯采用模
8、鍛,鍛造后安排正火處理。</p><p> ?。?)該軸的加工以車削為主,車削時應(yīng)保證外圓的同軸度。</p><p> ?。?)在精車前安排了熱處理工藝,以提高軸的疲勞強(qiáng)度和保證零件的內(nèi)應(yīng)力減少,穩(wěn)定尺寸、減少零件變形。并能保證工件變形之后能在半精車時糾正。</p><p> ?。?)同一軸心線上各軸孔的同軸度誤差會導(dǎo)致軸承裝置時歪斜,影響軸的同軸度和軸承的使用壽命
9、。在兩端面鉆中心孔進(jìn)行固定裝夾可以有效防止徑向圓跳動、保證其同軸度。</p><p><b> 零件圖如下</b></p><p> 軸的各表面粗糙度、公差及偏差見表一</p><p><b> 表一</b></p><p><b> 二、工藝規(guī)程設(shè)計</b></
10、p><p> 2.1 確定毛坯的制造形式</p><p> 階梯軸材料為40Cr鋼,要求強(qiáng)度較高,且工件的形狀比較簡單,毛坯精度低,加工余量大,因年產(chǎn)5000件,所以達(dá)到批量生產(chǎn)水平。綜上考慮,采用鍛件,其鍛造方法為模鍛,毛坯的尺寸精度要求為IT12以下。</p><p> 2.2 定位基準(zhǔn)的選擇</p><p> 正確的選擇定位基準(zhǔn)
11、是設(shè)計工藝過程中的一項重要的內(nèi)容,也是保證加工精度的關(guān)鍵,定位基準(zhǔn)分為精基準(zhǔn)和粗基準(zhǔn),以下為定位基準(zhǔn)的選擇。</p><p><b> 粗基準(zhǔn)的選擇。</b></p><p> ?。?) 粗基準(zhǔn)的選擇</p><p> 應(yīng)能保證加工面與非加工面之間的位置精度,合理分配各加工面的余量,為后續(xù)工序提供精基準(zhǔn)。所以為了便于定位、裝夾和加工,可選軸
12、的外圓表面為定位基準(zhǔn),或用外圓表面和頂尖孔共同作為定位基準(zhǔn)。用外圓表面定位時,因基準(zhǔn)面加工和工作裝夾都比較方便,一般用卡盤裝夾。為了保證重要表面的粗加工余量小而均勻,應(yīng)選該表面為粗基準(zhǔn),并且要保證工件加工面與其他不加工表面之間的位置精度。按照粗基準(zhǔn)的選擇原則,選擇次要加工表面為粗基準(zhǔn)。又考慮到階梯軸的工藝特點(diǎn),所以選擇φ30的外圓及一端面為粗基準(zhǔn)。</p><p><b> ?。?)精基準(zhǔn)的選擇<
13、/b></p><p> 根據(jù)軸的技術(shù)要求,軸的中心線為設(shè)計基準(zhǔn),也是測量基準(zhǔn),按照基準(zhǔn)重合原則及加工要求,應(yīng)選軸心線及一端面為精基準(zhǔn),其他各面都能以此為定位,從而也體現(xiàn)了基準(zhǔn)統(tǒng)一的原則。</p><p> 2.3 擬定軸的工藝路線</p><p> 2.3.1零件表面加工方法的選擇</p><p> 本零件的加工面有外圓、端
14、面、鍵槽等,材料為40Cr,參考有關(guān)資料,加工方法選擇如下:</p><p> 30 外圓面:為未注公差尺寸,表面粗糙度為Ra12.5µm,需進(jìn)行粗車、半精車。</p><p> 外圓面:公差等級為IT8,表面粗糙度為Ra1.6µm,需進(jìn)行粗車、半精車、精車。</p><p> 外圓面:公差等級為IT6,表面粗糙度為Ra1.6µm
15、需進(jìn)行粗車、半精車、精車、粗磨、精磨。</p><p> 端面:本零件端面為回轉(zhuǎn)體端面,尺寸精度都要求不高,表面粗糙度為Ra3.2µm,需進(jìn)行粗車、半精車。</p><p> 鍵槽:槽寬公差等級為IT7,槽深公差等級未注,表面粗糙度為Ra3.2µm,需采用三面刃銑刀,粗銑、半精銑</p><p> 2.3.2 工藝順序的安排</p&g
16、t;<p><b> (一)機(jī)械加工工序</b></p><p> ?。?)遵循先基準(zhǔn)平面后其他的原則:機(jī)械加工工藝安排是總是先加工好定位基準(zhǔn)面,所以應(yīng)先安排為后續(xù)工序準(zhǔn)備好定為基準(zhǔn)。先加工精基準(zhǔn)面,鉆中心孔及車表面的外圓。</p><p> ?。?)遵循先粗后精的原則:先安排粗加工工序,后安排精加工工序。先安排精度要求較高的各主要表面,后安排精加工。
17、</p><p> ?。?)遵循先主后次的原則:先加工主要表面,如車外圓各個表面,端面等。后加工次要表面,如銑鍵槽等。</p><p> (4)遵循外后內(nèi),先大后小原則:先加工外圓再以外圓定位加工內(nèi)孔,加工階梯外圓時先加工直徑較大的后加工直徑小的外圓。</p><p> ?。?)次要表面的加工:鍵槽等次要表面的加工通常安排在外圓精車或粗磨之后,精磨外圓之前。<
18、;/p><p> ?。?)對于軸右端及中間軸段加工質(zhì)量要求較高的表面,安排在后面,并在前幾道工序中注意形位公差,在加工過程中不斷調(diào)整、保證其形位公差。</p><p> ?。?)按照先面后孔的原則:先加工端面,再銑鍵槽。</p><p> (二)熱處理工序的安排</p><p> 在切削加工前宜安排正火處理,能提高改善軸的硬度,消除毛坯的內(nèi)應(yīng)
19、力,改善其切削性能。在粗加工后進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理,能提高軸的綜合性能。最終熱處理安排在半精車之后磨削加工之前。其能提高材料強(qiáng)度、表面硬度和耐磨性。在精加工之前安排表面淬火,這樣可以糾正因淬火引起的局部變形,提高表面耐磨性。</p><p> ?。ㄈ┹o助工序的安排</p><p> 在粗加工和熱處理后,安排校直工序。在半精車加工之后安排去毛刺和中間檢驗工序。在精加工之后安排去毛刺、清洗和終檢工
20、序。</p><p> 綜上所述,該軸的工序安排順序為: 下料——鍛造——預(yù)備熱處理。</p><p> 該軸的加工工序:車端面——粗車——調(diào)質(zhì)——半精車——精車——車端面——銑鍵槽——淬火——磨外圓——精磨——檢驗。</p><p> 2.3.3 加工階段的劃分</p><p> 該軸精度要求較高,其加工階段可劃分為粗加工、半精加工
21、、精加工階段。</p><p> 1、在粗加工階段,粗車外圓,以高生產(chǎn)效率去除毛坯余量。</p><p> 2、在半精加工階段,對外圓進(jìn)行半精車,銑鍵槽等,減小粗加工中留下的誤差,使加工面達(dá)到一定的精度,為精加工做好準(zhǔn)備。</p><p> 3、精加工階段,、30、外圓面表面粗糙度要求為Ra1.6µm,對其進(jìn)行精車以達(dá)到要求。而對于外圓面其公差等級為
22、IT6,表面粗糙度要求為Ra1.6µm安排粗磨、精磨。</p><p> 2.3.4 確定工藝路線</p><p> 根據(jù)以上的加工工藝過程的分析確定零件的工藝路線如表二</p><p><b> 表二</b></p><p> 2.4加工工序的設(shè)計</p><p> 2.4.
23、1 加工余量的確定</p><p><b> 加工余量見表三</b></p><p><b> 表三</b></p><p> 2.4.2毛坯尺寸及公差等級</p><p> 由工藝人員手冊可查得鍛件單邊余量厚度方向1.5-2mm,取2mm,水平方向為2.0-2.7mm,取2.5mm.鍛件質(zhì)
24、量小于1kg,長度等于120mm,取其上偏差+0.17mm,下偏差-0.08mm。鍛件厚度尺寸小于40mm,取其上偏差+0.12mm,下偏差-0.04mm。B/H<1,故取起偏角為5度。則鍛件毛坯長度尺寸為,直徑尺寸為。根據(jù)零件圖各部分的加工精度要求,鍛件的尺寸公差等級為8-12級,加工余量等級為普通級,故取IT=12級。</p><p> 2.4.3毛坯圖的繪制</p><p>
25、 根據(jù)零件圖可知該軸各加工表面的粗糙度至少為12.5µm。</p><p> 綜上,鍛件毛坯圖如下所示。</p><p> 2.5確定切削用量及基本工時</p><p> 確定切削用量的原則:首先應(yīng)選取盡可能大的背吃刀量,其次在機(jī)床動力和剛度允許的條件下,又滿足以加工表面粗糙度的情況下,選取盡可能大的進(jìn)給量。最后根據(jù)公式確定最佳切削速度。</
26、p><p> 1)工序30,粗車軸的左右端面</p><p> 該工序為兩個工步,工步1是以左邊定位。粗車右端面;工步2是以右邊定位,粗車左端面。由于這兩個工步是在一臺機(jī)床上經(jīng)一次走刀加工完成的,故其選用的切削用量相同。</p><p> 背吃刀量的確定:根據(jù)加工余量,工步1和工步2的背吃刀量都為0.5mm</p><p><b>
27、; ② 進(jìn)給量的確定:</b></p><p> 本設(shè)計采用的是硬質(zhì)合金車刀,工件材料是40Cr,查表取進(jìn)給量f=0.5mm/r</p><p> ?、?切削速度的計算:</p><p> 硬質(zhì)合金車刀切削40Cr時,取切削速度V為50m/min,根據(jù)公式,可得車床轉(zhuǎn)速n=1000×50/(×34)r/min=663r/min,
28、查表CA6140的主軸轉(zhuǎn)速范圍為10~1400,1400~1580(r/min),符合要求。</p><p> 2)工序40粗車及工序60半精車</p><p> ?、?該工序為工步1粗車和工步2半精車,則背吃刀量依次為</p><p> ap1=z=8.2mm,ap2=z=2.2mm</p><p> ?、诓楸淼?粗車 f1=0.81
29、mm/r,取Vc為60m/min,則n=796r/min</p><p> ③半精車取f2=0.4mm/r,Vc為90m/min,則n=1194r/min (n=1000Vc/d)</p><p> 3)工序40、60的過渡面部分 粗車——半精車尺寸為φ30的軸肩兩端面</p><p> 粗車軸段2與軸段1的過渡端面,其切削用量與上述結(jié)論類似,不再計算<
30、;/p><p> 4)工序90、100粗銑及半精銑鍵槽</p><p> 粗銑 取f=2mm/r Vc=60m/min n=118 r/min</p><p> 半精銑取f=0.8mm/r Vc=74m/min n=200 r/min</p><p> 5)工序120、130粗磨、精磨加工軸段1、4外圓面</p>&
31、lt;p> 查表取粗磨、精磨深度進(jìn)給量為分別為0.032mm,0.008mm</p><p> 工件的運(yùn)動速度為15m/min,18m/min</p><p> 背吃刀量等于磨削余量0.25mm及0.1mm</p><p><b> 6)其余工序</b></p><p> ①粗車加工時,取f=0.81mm
32、/r Vc=60m/min </p><p> ?、诎刖嚰庸r,取f=0.51mm/r Vc=90m/min </p><p> ③精加工時,取f=0.2mm/r Vc=120m/min 皆符合要求。</p><p><b> 三、機(jī)床設(shè)備的選用</b></p><p> 3.1各工序所用機(jī)床、夾具、刀
33、具、量具和輔具(表四,表五)</p><p><b> 表四</b></p><p><b> 表五</b></p><p> 3.2 機(jī)床設(shè)備的選用</p><p> 由以上的表四、五,結(jié)合零件軸的生產(chǎn)類型為大批量生產(chǎn),可以選用較高效率的專用機(jī)床和自動機(jī)床。根據(jù)該軸尺寸的大小要求,選用數(shù)控
34、車床CK6140,外圓磨床M1432,銑床X083。</p><p> 3.3 機(jī)床夾具設(shè)計</p><p> 1)刀具選擇 因為該傳動軸為階梯軸,所以選用90度角外圓車刀(車臺階)材料為YT15,45°刀(倒角)和切槽刀(切槽)。</p><p> 2)量具選擇 因為該軸最大長度為124,所以選用量程0-200,精度0.05游標(biāo)卡尺。各工
35、序具體所用工藝設(shè)備見下表 </p><p><b> 3)夾具選擇</b></p><p> 機(jī)床夾具的作用及分類:保證加工精度 夾具可準(zhǔn)確確定工件、刀具和機(jī)床之間的相對位置,可以保證加工精度。提高生產(chǎn)效率 夾具可快速地將工件定位和夾緊,減少輔助時間。減輕勞動強(qiáng)度 采用機(jī)械、氣動、液壓等夾緊機(jī)構(gòu),可以減輕工人的勞動強(qiáng)度。擴(kuò)大機(jī)床的工藝范圍 采用機(jī)床夾具
36、可使機(jī)床的加工范圍擴(kuò)大。機(jī)床夾具按應(yīng)用范圍分為:通用夾具、專用夾具、組合夾具。</p><p> 以工序40選擇夾具,根據(jù)零件的功用、特點(diǎn)及材料,可選擇三爪卡盤進(jìn)行零件的夾緊,定位基準(zhǔn)選軸的一個端面,定位元件選擇浮動頂尖即可定位。</p><p><b> 參考文獻(xiàn)</b></p><p> 【1】王先逵.機(jī)械制造工藝學(xué)[M].北京:機(jī)械
37、工業(yè)出版社,2006.</p><p> 【2】陳錫渠.金屬切削原理與工具[M].北京:北京大學(xué)出版社,2006.</p><p> 【3】葛金印.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)基本常識[M].北京:高等教育出版社,2004.</p><p> 【4】馬永杰.熱處理工藝方法600種[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2008.</p><p> 【5】鄧
38、文英.金屬工藝學(xué)[M].北京:高等教育出版社,2008.</p><p> 【6】徐學(xué)林.互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)[M]長沙:湖南大學(xué)出版社,2009.</p><p><b> 加工后零件的三維圖</b></p><p><b> 設(shè)計小結(jié)</b></p><p> 通過此次課程設(shè)計,讓我受益
39、非淺,不僅培養(yǎng)了我們發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的邏輯思維能力,更重要的是學(xué)會了熟悉運(yùn)用機(jī)械制造工藝學(xué)中的基本理論實際知識解決零件在加工中的定位,夾緊,以及工藝路線安排,工藝尺寸確定等問題保證加工質(zhì)量。通過這次軸的設(shè)計,讓我們從機(jī)械基礎(chǔ)到公差配合、從機(jī)械制圖、計算機(jī)繪圖到機(jī)床設(shè)備應(yīng)用,把機(jī)械制造過程中的各種知識綜合整理,又有了更高層次的理解和發(fā)現(xiàn)。</p><p> 在設(shè)計中,老師的細(xì)心指導(dǎo),讓我們了解了自己在
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