機械制造工藝學課程設計-- 軸的設計

1、<p><b>　　課程設計任務書</b></p><p>　　2012—2013 學年第 一 學期</p><p>　　機械工程 學院（系、部）機械設計與制造及自動化 專業(yè) 機設1003班級 </p><p>　　課程名稱： 機械制造工藝學

2、 </p><p>　　設計題目： 軸的設計 </p><p>　　完成期限：自 2012年 12 月 19 日 至 2013 年 1 月10 日共 3 周</p><p>　　指導教師（簽字）：

3、 年 月 日</p><p>　　系（教研室）主任（簽字）： 年 月 日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　一、概述······

4、·······························5</p><p>　　二、生產(chǎn)綱領的計算與

5、生產(chǎn)類型的確定···········7</p><p>　　三、軸的工藝分析···················&

6、#183;·········8</p><p>　　四、選擇毛坯、確定毛坯尺寸····················9<

7、;/p><p>　　五、工藝規(guī)程的設計···························10</p><p>　　六、加工

8、設備及工藝裝備························13</p><p>　　七 、加工工序設計······

9、;·······················14</p><p>　　八、課程設計總結(jié)········

10、······················16</p><p>　　九 、致謝·········

11、3;···························18</p><p>　　十、參考文獻····&

12、#183;······························18</p><p><b>　　一

13、 概述</b></p><p>　　機械制造技術基礎課程設計，是以切削理論為基礎、制造工藝為主線、兼顧工藝裝備知識的機械制造技術基本能力的培養(yǎng)；是綜合運用機械制造技術的基本知識、基本理論和基本技能，分析和解決實際工程問題的一個重要教學環(huán)節(jié)；是對學生運用所掌握的“機械制造技術基礎”知識及相關知識的一次全面訓練。</p><p>　　機械制造技術基礎課程設計，是以機械制造工藝及工藝

14、裝備為內(nèi)容進行的設計。即以所選擇的一個中等復雜程度的中小型機械零件為對象，編制其機械加工工藝規(guī)程，并對其中某一工序進行機床專用夾具設計。 </p><p><b>　　一、課程設計的目的</b></p><p>　　機械制造技術基礎課程設計是作為未來從事機械制造技術工作的一次基本訓練。通過課程設計培養(yǎng)學生制定零件機械加工工藝規(guī)程和分析工藝問題的能力，以及設計機床夾具的

15、能力。在設計過程中，學生應熟悉有關標準和設計資料，學會使用有關手冊和數(shù)據(jù)庫。</p><p>　　1、能熟練運用機械制造技術基礎課程中的基本理論以及在生產(chǎn)實踐中學到的實踐知識，正確地解決一個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，保證零件的加工質(zhì)量。</p><p>　　2、學會使用手冊、圖表及數(shù)據(jù)庫資料。掌握與本設計有關的各種資料的名稱、出處，能夠做到熟練運用。&l

16、t;/p><p>　　3.進一步提高計算、制圖能力，能比較熟練地查閱和使用各種技術資料，如有關的國家標準、手冊、圖冊、規(guī)范等</p><p>　　4.在設計過程中培養(yǎng)學生嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L和獨立的工作能力。</p><p>　　就我個人而言，我希望能通過這次課程設計對自己未來將從事的工作進行一次適應性訓練，從中鍛煉自己分析問題、解決問題的能力，為今后參加祖國的建設打下一個良

17、好的基礎。</p><p>　　由于能力所限，設計尚有許多不足之處，懇請各位老師給予批評指正。</p><p>　　二．生產(chǎn)綱領的計算與生產(chǎn)類型的確定</p><p>　　機械加工的工藝規(guī)程的詳細程度與生產(chǎn)類型有關，不同的生產(chǎn)類型由產(chǎn)品的生產(chǎn)綱領來區(qū)別。</p><p><b>　　1.生產(chǎn)類型的確定</b></p

18、><p>　?。?）零件的生產(chǎn)類型是指企業(yè)生產(chǎn)專業(yè)化程度的分類，它對工藝規(guī)程的制定具有決定性的影響。機械制造的生產(chǎn)類型一般分為大量生產(chǎn)、成批生產(chǎn)和單件生產(chǎn)，成批生產(chǎn)分為大批生產(chǎn)、中批生產(chǎn)、和小批生產(chǎn)。產(chǎn)量越大生產(chǎn)專業(yè)化程度越高。按重型機械、中型機械、和輕型機械的年生產(chǎn)量列出了不同的生產(chǎn)類型的規(guī)范如表1</p><p>　　表1 各種生產(chǎn)類型的規(guī)范</p><p>　　(

19、2)生產(chǎn)類型的劃分要考慮生產(chǎn)綱領還得考慮產(chǎn)品本身的大小及其結(jié)構的復雜性。</p><p><b>　　2.生產(chǎn)綱領的計算</b></p><p>　　（1）生產(chǎn)綱領是產(chǎn)品的年生產(chǎn)量。生產(chǎn)綱領的大小對生產(chǎn)組織和零件加工工藝規(guī)程起著很重要的作用，它決定了各工序所需的專業(yè)化和自動化的程度以及所選用的工藝方法和工藝裝備。</p><p>　?。?）零件

20、的生產(chǎn)綱領的計算方式</p><p>　　N=Qn(1+α%)(1+β%)</p><p>　　結(jié)合所給圖，確定為單件小批量生產(chǎn)。</p><p><b>　　三．軸的工藝分析</b></p><p><b>　　1.軸的作用</b></p><p>　　題目所給定的零件軸，

21、其主要作用，一是傳遞轉(zhuǎn)矩，使車床主軸獲得旋轉(zhuǎn)的動力；二是工作過程中經(jīng)承受載常荷；三是支撐傳動零部件。</p><p><b>　　2.軸的工藝分析</b></p><p>　?。?）從零件圖上看，該軸是典型的軸，結(jié)構比較簡單，軸段的安排是呈階梯型，中間粗兩端細，符合強度外形原則，便于安裝和拆卸。</p><p>　?。?）主要加工的面有φ15

22、、φ16、φ17、φ21的外圓柱面。</p><p>　　（3）圖中可以看出零件的尺寸精度高，大部分是IT7級；粗糙度方面表現(xiàn)在軸的小端圓柱面，外圓柱表面為Ra1.5um,小端端面為Ra1.6um,越程槽處端面和錐孔表面Ra3.2um其余為Ra12.5um，要求比較高；</p><p>　?。?）熱處理方面需要調(diào)質(zhì)處理，到HRC28-30，保持均勻。最后還要進行表面氧化處理</p&g

23、t;<p>　?。?）零件的材料是40Cr。</p><p>　?。?）軸端加工出45°倒角是為了便于裝配。</p><p>　　四．選擇毛坯、確定毛坯尺寸</p><p><b>　　一、選擇毛坯：</b></p><p>　　零件材料為40Cr鋼，要求強度較高，且工件的形狀比較簡單，毛坯精度低

24、，加工余量大，生產(chǎn)類型為單件小批量生產(chǎn)。綜上考慮，采用鍛件，其鍛造方法為自由鍛，毛坯的尺寸精度要求為IT12以下。</p><p><b>　　確定毛坯的尺寸公差</b></p><p><b>　　1、毛坯尺寸</b></p><p>　　由工藝人員手冊可查得，鍛件毛坯長度尺寸為，直徑尺寸具體如下圖。</p>

25、<p><b>　　2、毛坯公差等級</b></p><p>　　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><b>　　3、零件表面粗糙度</b></p><p>　　根據(jù)零件圖可知該軸各加工表面的粗糙度至少為12.5µ

26、m。</p><p>　　綜上，鍛件毛坯圖如下所示。</p><p>　　五．工藝規(guī)程的設計 </p><p><b>　　1定為基準的選擇</b></p><p><b>　?。?）粗基準的選擇</b></p><p>　　粗基準的選擇應能保證加工面與非加工面之間的位

27、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。所以為了便于定位、裝夾和加工，可選軸的外圓表面為定為基準，或用外圓表面和頂尖孔共同作為定為基準。用外圓表面定位時，因基準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，應選該該零件小端軸面為粗基準。</p><p><b>　?。?）精基準的選擇</b></p><p>　　為了避

28、免基準重合誤差，考慮工藝基準與設計基準和各工序基準的統(tǒng)一，以及盡可能在一次裝夾中加工較多的工作表面，所以在主軸精加工的全部工序中（二端錐孔面本身加工時除外）均采用二中心孔位定位基準。軸中心深孔鉆出以后，遠中心孔消失，需要采用錐堵，借以重新建立定位基準（二端中心孔）。</p><p>　　2 零件表面加工方法的確定</p><p>　　根據(jù)零件圖表各表面得加工要求，以及材料性質(zhì)等各因素該軸為

29、階梯軸，該軸的各表面具體的加工方法如表2</p><p><b>　　3加工順序的安排</b></p><p><b>　?。?）機械加工工序</b></p><p>　　1.按先基準平面后其他的原則：機械加工工藝安排是總是先加工好定位基準面，所以應先安排為后續(xù)工序準備好定為基準。先加工精基準面，鉆中心孔及車表面的外圓。&

30、lt;/p><p>　　2.按先粗后精的原則：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。</p><p>　　3.按先主后次的原則: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，如鉆孔等。</p><p>　　4.先外后內(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。&l

31、t;/p><p>　　5.先面后孔原則：先加工端面，再鉆孔。</p><p>　　（2）熱處理工序的安排</p><p>　　在切削加工前宜安排正火處理，豈能提高改善軸的硬度，消除毛坯的內(nèi)應力，改善其切削性能。在粗加工后進行調(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，這樣能提高材料強度、表面硬度和耐磨性。</p><p>　　在粗加

32、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、清洗和終檢工序。</p><p>　　綜上所述，該軸的工序安排順序為：</p><p>　　下料——鍛造——預備熱處理——車端面——粗車——銑鍵槽——調(diào)質(zhì) </p><p>　　——車端面——半精車——淬火 ——粗磨——檢驗</p><p&g

33、t;　　4該軸工藝路線的確定</p><p>　　六 選擇加工設備及工藝裝備</p><p><b>　　一、機床設備的選用</b></p><p>　　零件軸的生產(chǎn)類型為小批量生產(chǎn)，可以選用較高效率的專用機床和通用機床。根據(jù)該軸尺寸的大小要求，選用臥式車床CA6140，外圓磨床M1412,銑床X083。</p><p>

34、;<b>　　二、工藝裝備的選用</b></p><p><b>　　1）刀具選擇</b></p><p>　　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</p><p>　　45°刀（倒角）和切槽刀（切槽）</p><p><b>　　2）量具選擇&

35、lt;/b></p><p>　　因為該軸最大長度為355，所以選用量程0-400，精度0.02游標卡尺。各工序具體所用工藝設備見下表 </p><p><b>　　七 加工工序設計</b></p><p>　　一、機械加工余量、工序尺寸的確定</p><p>　　本零件各圓柱表面的工序加工余量、工序尺寸及公

36、差、表面粗糙度見下表：</p><p>　　外圓柱面φ15　軸段加工余量計算</p><p>　　外圓柱面φ16軸段加工余量計算</p><p>　　Φ15軸段加工余量計算</p><p><b>　　鍵槽加工余量計算</b></p><p>　　二、確定工序的切削用量</p>&l

37、t;p>　　確定切削用量的原則：首先應選取盡可能大的背吃刀量，其次在機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，選取盡可能大的進給量。最后根據(jù)公式確定最佳切削速度。</p><p>　　1）工序20，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床上經(jīng)一次走刀加工完成的，

38、故其選用的切削用量相同。</p><p><b>　　背吃刀量的確定：</b></p><p>　　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>　　② 進給量的確定：</b></p><p>　　本設計采用的是硬質(zhì)合金車刀，工件材料是40Cr，查表取進給量f＝0.5

39、mm/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/（×24）r/min=663r/min，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25.30.粗

40、車及工序50.55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=6.2mm， ap2=z=2.2mm</p><p>　?、诓楸淼?粗車 f1=0.81mm/r，取Vc為60m/min，則n=796r/min</p><p>　?、郯刖?，取f2=0.4mm/r，Vc為

41、90m/min，則n=1194r/min (n=1000Vc/d)</p><p><b>　　3）工序過渡面部分</b></p><p>　　粗車——半精車尺寸為φ21的軸肩兩端面</p><p>　　粗車軸段φ16和φ15與軸段φ17和φ16的過渡端面</p><p>　　其切削用量與上述結(jié)論類似，不再計算<

42、/p><p>　　4）工序35、40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75、80粗磨、</p><p>　　查表取粗磨深

43、度進給量為分別為0.032mm，</p><p>　　工件的運動速度為15m/min，</p><p>　　背吃刀量等于磨削余量0.25mm</p><p><b>　　6）其余工序</b></p><p>　　①粗車加工時，取f=0.81mm/r Vc=60m/min </p><p>　　

44、②半精車加工時，取f=0.51mm/r Vc=90m/min </p><p><b>　　皆符合要求。</b></p><p><b>　　八、課程設計總結(jié)</b></p><p>　　通過這次機械制造工藝課程設計，使我進一步地理解了所學過的理論知識及具體運用了這些知識。</p><p>　　

45、這次課程設計，也使自己對工藝人員所從事的工作有了親身的體驗，學會了查圖表、資料、手冊等工具書。通過實例對工藝規(guī)程的編制和切削用量的選擇計算等做了一次練習。運用機械制造工藝學及有關課程（工程材料與熱處理、機械設計、互換性與測量技術、金屬切削原理與刀具等）的知識，結(jié)合生產(chǎn)實踐中學到的知識，也學會分析和解決工藝問題，初步具備設計一個中等程度零件的工藝規(guī)程的能力。</p><p>　　根據(jù)被加工零件的技術要求，運用夾具設

46、計的基本原理和方法，擬訂夾具設計方案，完成夾具結(jié)構設計，初步具備了設計出高效、省力、經(jīng)濟合理并能保證加工質(zhì)量的專用夾具的能力。</p><p>　　通過這次課程設計，也進一步使自己的識圖、制圖、運算和編寫技術文件等基本技能有了更大的提高。通過這次課程設計使我受益匪淺，為我今后的學習與工作打下一個堅實而良好的基礎</p><p><b>　　致謝</b></p&g

47、t;<p>　　在課程設計過程中，感謝指導老師xx老師的指導，以及溝通交流的各位學長，由于你們的指導和點撥，讓我在這次設計中少走許多彎路。 同時，感謝同組同學的相互幫組和團結(jié)一致的工作，正因為我們齊心協(xié)力的努力、相互支持、相互鼓勵，這次課程設計才順利的按時完成。 此外，感謝室友在畫圖方面的幫助和指導。 謝謝你們!</p><p><b>　　參考文獻</b>&

48、lt;/p><p>　　【1】《切削用量簡明手冊》 機械工業(yè)出版社 艾興 肖詩綱 主編</p><p>　　【2】《機械制造工藝設計指導》 機械工業(yè)出版社 王棟 主編</p><p>　　【3】《機械制造工藝學》 清華大學出版社 王先奎 主編</p><p>　　【4】《互換性與技術測量》 中國計量出版社 廖念釗等 主編</p