批量生产传动轴突缘叉加工工艺及铣两端面夹具设计[保证尺寸118mm]-凸缘叉

批量生产传动轴突缘叉加工工艺及铣两端面夹具设计[保证尺寸118mm]-凸缘叉,保证尺寸118mm,批量,生产,传动,轴突,加工,工艺,端面,夹具,设计,保证,尺寸,118,mm,凸缘 `广东海洋大学2005届本科生课程设计 机械制造技术基础 课程设计说明书 题目：CA10B传动轴突缘叉的机械加工工艺规程制订及 钻四孔工序专用夹具的设计 姓 名： 刘磊 专业年级：2010级机械设计制造及其自动化2班 院 系： 职 业 教 育 学 院 指导老师： 冯 涛 完成日期： 2013.6.11 目 录 序言……………………………………………………………3 一、零件的分析……………………………………………………………4 1.1.零件的作用………………………………………………………4 1.2.零件的工艺分析…………………………………………………4 二、工艺规程设计…………………………………………………………5 2.1 确定毛坯的制造形式……………………………………………5 2.2基面的选择………………………………………………………5 2.3制定工艺路线……………………………………………………5 2.3.1工艺路线方案一………………………………………………5 2.3.2工艺路线方案二………………………………………………6 2.3.3工艺方案的比较与分析………………………………………6 2.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定…………………7 2.5确定切削用量及基本工时………………………………………9 三.夹具设计………………………………………………………………19 3.1问题的提出………………………………………………………19 3.2夹具设计…………………………………………………………19 3.2.1定位基准的选择………………………………………………20 3.2.2切削力及夹紧力计算…………………………………………20 3.2.3定位误差分析…………………………………………………21 3.2.4夹具设计及操作的简要说明…………………………………21 四.参考文献………………………………………………………………21 五.心得体会………………………………………………………………22 序 言 机械制造工艺学课程设计是在我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业课之后进行的。这是我们在进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习,也是一次理论联系实际的训练。因此，它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。就我个人而言，我希望能通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后参加祖国的“四化”建设打下一个良好的基础。由于能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指导。 一、零件的分析 1．1零件的作用 题目所给的零件是解放牌汽车底盘传动轴上的突缘叉，它位于传动轴的端部。主要作用是传递扭矩，使汽车获得前进的动力。零件的两个叉头部位上有两个φ39的孔，用以与轴与十字轴相连，起联轴节的作用。 1．2零件的工艺分析 CA10B传动轴上的突缘叉共有两处加工表面，其间有一定位置要求，分述如下： 1. 以φ39为中心的加工表面 这一组加工表面包括：φ39的孔及其倒角，尺寸为118的与两个孔φ39相垂直的平面，还有在平面上的4个M8螺孔。其中，主要加中表面为φ39的两个孔。 2. 以φ95为中心的止口表面 这一组加工表面包括：φ95止口外圆环表面，及其上下两个端面。 这两组表面有一定的位置度要求： φ39两孔的同圆度公差为0.01； φ39两孔端面与φ39两孔中心联线的垂直度公差为0.1； φ39两孔中心联线与φ95止口端面的平行度公差为0.2； φ39两孔端面与φ95止口端面基准中心的对称度为0.15. 由上面分析可知，加工时应先加工一组表面，再以这组加工后表面为基准加工另外一组。 二、工艺规程设计 2．1确定毛坯的制造形式 零件材料为45钢。考虑到汽车在运行中要经常加速及正、反行驶，零件在汽车行驶过程中经常承受交变载荷及冲击性载荷，因此应该选用锻件，以使金属纤维尽量不被切断，保证零件工作可靠。由于零件年产量为5000件，已达大批生产的水平，而且零件的轮廓尺寸不大，故可采用模锻成型。这有利提高生产率、保证加工精度。 2．2基面的选择 基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得正确与合理可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中回问题百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，是生产无法正常进行。 2．2．1粗基准的选择。根据保证加工表面加工余量合理分配的原则，如果要求保证工作某重要表面加工余量均匀时，应选择该表面的毛坯面作为粗基准，现选取叉口作为粗基准，利用一圆环支承这两个叉耳作主要定位面，限制5个自由度，再以一定位销限制剩下的1个自由度，达到完全定位,然后进行铣削。 2．2．2精基准的选择。主要应该考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门计算，此处不再重复。 2．3制定工艺路线 制定工艺路线得出发点,应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证,在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用万能性机床配以专用工卡具,并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。 2.3.1工艺路线方案一 工序一 粗铣Φ39mm两耳孔外端面 工序二 粗车φ95止口三个面及其倒角 工序三 钻四个孔φ16mm及其倒角 工序四 钻ø39mm两耳孔 工序五 扩ø39mm两耳孔及倒角 工序六 精车φ95止口三个面及其倒角 工序七 精、细镗孔φ39及其倒角 工序八 磨φ39孔上两端面 工序九 钻螺纹底孔4-M8mm 工序十 攻螺纹4-M8 工序十一 去毛刺 工序十二 清洗 工序十三 终检 2.3.2工艺路线方案二 工序一 粗、精车φ95止口三个面及其倒角 工序二 粗铣Φ39mm两耳孔外端面 工序三 钻四个孔φ16mm及其倒角 工序四 钻4个M8的螺纹孔 工序五 攻螺纹4-M8 工序六 钻ø39mm两耳孔 工序七 扩ø39mm两耳孔及倒角 工序八 精、细镗孔φ39及其倒角 工序九 磨φ39耳孔上两端面 工序十 去毛刺 工序十一 清洗 工序十二 终检 2.3.3工艺方案的比较与分析 上述两个工艺方案的特点在于：方案一是先加φ39孔上两端面；而方案二则是先加工φ95止口三个面及其倒角。两比较可以看出，先加工φ39孔上两端面，是以止口平面的内孔及平面为定位的，能够保证工作某重要表面加工余量均匀，保证对称度、平行度要求，且定位及装夹都比较方便。再之，方案二钻螺纹孔在钻φ39孔之前，很容易受到钻大孔时的作用力而变形。综合考虑以上步骤，最后的加工路线确定如下: 工序一 粗铣φ39两孔上两端面,以止口平面和Φ39两孔外表面定位,选用X63卧式铣床加工。 工序二 粗车φ95止口三个面及其倒角, 以Φ39两孔上两端面及其V型表面和止口面定位,选用C620-1加工。 工序三 钻法兰盘四个孔φ16mm， 选用Z535立式钻床及专用夹具加工，以止口定位。 工序四 钻孔φ39，以止口定位，选用选用Z535立式钻床及专用夹具加工。 工序五 扩孔φ39及其倒角，以止口定位，选用选用Z535立式钻床及专用夹具加工。 工序六 精车φ95止口三个面，以φ39两孔及其外端面定位,选用C620-1加工。 工序七 精、细镗孔φ39及其倒角，以止口定位，选用T716A型卧式金刚镗床及专用夹具加工。 工序八 磨Φ39mm两耳孔外端面。 工序九 钻叉部4个M8的螺纹底孔并倒角，选用Z535立式钻床及专用夹具加工，以止口定位。 工序十 攻螺纹4-M8。 工序十一 去毛刺。 工序十二 清洗。 工序十三 终检。 2.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 “CA10B解放牌汽车传动轴突缘叉”，零件材料为45钢，硬度163～196HB，毛坯重量约为2.5kg,生产类型大批量，模锻毛坯。 据以上原始数据及加工路线，分别确定各家工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下： 1.φ95mm止口平面的加工余量及公差 (1) 查《机械制造工艺设计简明手册》表2.2-10中公式知,估算得锻件复杂系数S2,且零件表面粗糙度Ra为6.3,查《机械制造工艺设计简明手册》表2.2-25，可得止口的加工余量为1.7～2.2,现取Z=2mm。则得Φ95端面的加工余量为Z1=2+（33-31.5）=3.5mm，Φ95止口台肩的加工余量为Z2=2+（105-95）/2=7mm，Φ105端面的加工余量为Z3=2+（33-29）=5mm，查《机械制造工艺设计简明手册》表2.2-14得其极限偏差为mm. (2) 查《机械加工余量手册》表5-25，可得端面精加工余量为1.6mm (3) Φ95止口台肩粗车加工余量为7-1.6=5.4mm，Φ95端面粗车加工余量为3.5mm，Φ105端面粗车加工余量为5-1.6=3.4mm。 加工表面 加工内容 加工余量 精度等级 工序尺寸 表面粗糙度 工序公差 Φ95端面 粗车 3.5 IT11 31.5 50 0.22 Φ95止口台肩 粗车 5.4 IT11 Φ96.6 50 0.22 精车 1.6 IT8 Φ95 6.3 0.054 Φ105端面 粗车 3.4 IT11 30.6 50 0.22 精车 1.6 IT7 29 6.3 0.054 2. 两内孔φ39 mm (耳孔) 毛坯为实心，不冲出孔，孔公差为0.027-（-0.010）=0.037mm，IT=8，两内孔精度要求界于查《机械加工余量手册》表5-17，确定工序尺寸及余量为： 钻孔：φ37mm 2Z=12mm 扩孔：φ38.7mm 2Z=1.7mm 精镗：φ38.9mm 2Z=0.2mm 细镗：φ39mm 2Z=0.1mm 加工表面 加工内容 加工余量 精度等级 工序尺寸 表面粗糙度 工序公差 φ39 钻孔 25 IT11 φ25 0.16 钻孔 12 IT11 φ37 50 0.16 扩孔 1.7 IT10 φ38.7 6.3 0.10 精镗 0.2 IT8 φ38.9 6.3 0.062 细镗 0.1 IT7 φ39 6.3 0.039 3.φ39二孔外端面加工余量及公差（φ20，φ50端面）。 (1)查《机械制造工艺设计简明手册》表2.2-10中公式知,估算得锻件复杂系数S2，材质系数取M1, 按《机械制造工艺设计简明手册》表2.2-25,则二孔外端面的单边加工余量为1.7-2.2,现取Z=2mm.锻件的公差,按《机械制造工艺设计简明手册》表2.2-14,锻件偏差为mm. (2)查《机械加工余量手册》表5-27，可得磨削余量:单边Z=0.2,磨削公差0.039mm. (3)铣削余量:铣削的公称余量(单边)为: Z=2.0-0.2=1.8mm 铣削公差：现规定本工序（粗铣）的加工精度为IT11级，因此可知本工序的加工公差为0.22mm。 所以φ39二孔外端面加工余量及公差如下： 加工表面 加工内容 加工余量 精度等级 工序尺寸 表面粗糙度 工序公差 118mm 毛坯 2 122 2.0 粗铣 1.8 IT11 118.4 6.3 0.22 磨削 0.2 IT8 118 6.3 0.039 2.5确定切削用量及基本工时 工序一：粗铣Φ39mm两端面 1.加工条件 工件材料：45钢 加工要求：粗铣Φ39mm两端面，粗糙度为Ra6.3 机床：X62卧式铣床（查《机械制造工艺设计简明手册》表4.2－8）。 刀具：镶齿套式铣刀，D=80mm, d=27,L=36mm,齿数为10（查《机械制造工艺设计简明手册》表3.1－37） 2.计算切削用量 粗铣Φ39mm的端面，最大的加工余量为2mm, 1）进给量：据《金属切削速查速算手册》表5－7，0.08mm/z～0.15mm/z 现取0.12mm/z 2）切削速度：确定39.2m/min.(《指导教材》表5－9) 采用高速钢镶齿铣刀，80mm，齿数为10。则 1000/=159（r/min） 现采用X62卧式铣床，根据机床使用说明书（《机械制造工艺设计简明手册》表4.2－39），取 150r/min,故实际切削速度为 ==37.68(m/min) 当150r/min时，工作台的每分钟进给量应为 =0.12×10×150＝180（mm/min） 查（《机械制造工艺设计简明手册》表4－40），取=190mm/min, 3. 切削工时： 查《机械制造工艺设计简明手册》表6.2-7知： 由于是粗铣，故整个铣刀刀盘不必铣过整个工件，可得出铣刀的行程mm,则机动工时为 t==120/190*=0.63min 工序二：粗车φ95止口三个面及其倒角 1.加工条件： 工件材料：45钢，碳钢的强度为163～196HBS、模锻。 加工要求：粗车φ95止口三个面及其倒角 机床：C620-1卧式车床（查《机械制造工艺设计简明手册》表4.2－7） 刀具：成形车刀（查《机械制造工艺设计简明手册》表3.1－1） 刀片材料：W18Cr4V 2.计算切削用量 1）背吃刀量: 由前面已知毛坯的加工余量为7mm，所以最大加余量为8.2mm,粗加工余量为5.4mm,据《指导教程》表5-2,当材料为碳钢时粗车.取,一次加工。 2）进给量：据《金属切削速查速算手册》表5-29,当材料为碳钢时粗车=0.5-0.7mm/r.取=0.7mm/r 3）切削速度：按《金属切削速查速算手册》表5-37,当材料为碳钢时粗车的速度为60-75m/min,取v=72m/min. 3.确定机床主轴转速： 4.切削工时：按《机械制造工艺设计简明手册》表6.2－1知: mm 5.粗车止口的倒角 由于对倒角的精度要求不高，所以只需一次走刀 工序三：钻法兰盘四个孔Φ16mm 由于对内孔的表面的精度要求很低，并且根据经济精度要求，所以可采用一次钻孔。 1.加工条件： 工件材料：45钢，碳钢的强度为163～196HBS、模锻。 加工要求：钻孔Φ16mm，粗糙度为Ra=50. 机床：Z535机床（查《机械制造工艺设计简明手册》表4.2－14）。 刀具：高速钢麻花钻刀具（查《机械制造工艺设计简明手册》表3.1－5）。 2.计算切削用量 1）进给量： 根据《金属切削速查速算手册》表5-56，当碳钢的强度为为0.52-0.70Gpa,Φ16mm时，0.12～0.20mm/r。由于本零件在加工Φ16mm孔时属于低刚度零件，故进给量应乘系数0.75，则 (0.12～0.20)×0.75=0.09～0.15mm/r 根据Z535机床说明书（《机械制造工艺设计简明手册》表4.2－16），现取0.11mm/r 2）切削速度： 根据《指导教程》表5－22，查得切削速度20mm/min。所以 ==530r/min 根据机床说明书（《机械制造工艺设计简明手册》表4.2－15），取530r/min,故实际切削速度为 =20mm/min 3）计算工时： 按《机械制造工艺设计简明手册》表6.2－5知: 12mm 9mm 3mm ==0.41min 所以加工4个法兰盘孔时间为： T=0.41*4=1.64min 工序四：钻φ39mm二耳孔。 1.加工条件： 工件材料：45钢，碳钢的强度为163～196HBS、模锻。 加工要求：钻孔Φ12. 机床：Z535机床（查《机械制造工艺设计简明手册》表4.2－14）。 刀具：莫氏柄麻花钻钻头（查《机械制造工艺设计简明手册》表3.1－6）。 2.确定进给量： 根据《金属切削速查速算手册》表5-31,当钢的硬度<800Mpa, =φ25mm时=0.4-0.6mm/r.由于本零件在加工孔的时属于低刚度零件,故进给量应乘以系数0.75,则=(0.4-0.6)×0.75=0.3-0.45(mm/r) 根据机床说明书（《机械制造工艺设计简明手册》表4.2－16,现取=0.28mm/r. 3.切削速度： 根据《指导教程》表5-22，切削速度为：18-25m/min,取v=20m/min.所以 根据机床说明书（《机械制造工艺设计简明手册》表4.2－15）,取=250r/min,故实际切削速度为: =19.6r/min 4.切削工时： 按《机械制造工艺设计简明手册》表6.2－5知: l=27mm =17mm =3mm Tm1==0.56min 以上为钻一个孔时的机动时间.故本工序的机动时间为 Tm=2Tm1=2*0.6=1.2min 工序五：扩φ39mm二耳孔及倒角。 一. 扩φ39mm二耳孔 1.加工条件： 工件材料：45钢，碳钢的强度为163～196HBS、模锻。 加工要求：扩孔Φ12. 机床：Z535机床（查《机械制造工艺设计简明手册》表4.2－14）。 刀具：套式扩孔钻（查《机械制造工艺设计简明手册》表3.1－10）。 2 .确定进给量f： 根据《金属切削速查速算手册》表5-31,当材料为碳钢 =φ37mm时可得=0.9-1.2mm/r.由于本零件在加工孔的时属于低刚度零件,故进给量应乘以系数0.75,则=(0.9-1.2)×0.75=0.675-0.9(mm/r) 根据机床说明书《机械制造工艺设计简明手册》表4.2－16,现取=0.9mm/r. 3 .切削速度： 根据《指导教程》表5-24，切削速度为：v=56m/min.所以 根据机床说明书《机械制造工艺设计简明手册》表4.2－15,取=500r/min,故实际切削速度为: =58.09r/min 4.切削工时： 按《机械制造工艺设计简明手册》表6.2－5知: =19mm =9mm =3mm ==0.07min 以上为钻一个孔时的机动时间.故本工序的机动时间为 Tm=2Tm1=2*0.07=0.14min 二.倒角2双面 采用锪钻。 为缩短辅助时间，取倒角时的主轴转速与扩孔时相同： n=482r/min 工序六 :精车φ95止口三个面 1. 加工条件 加工要求：精车φ95止口三个面 工件材料：45钢，碳钢的强度为163～196HBS、模锻。 机床：C620-1卧式车床（查《机械制造工艺设计简明手册》表4.2－14） 刀具：硬质合金车刀（查《机械制造工艺设计简明手册》表3.1－1） 刀片材料：W18Cr4V 2.计算切削用量 1）背吃刀量:由前面已知：精加工余量为1.6mm,据《指导教程》表5-2,当材料为碳钢时精车.取, 2）进给量：据《指导教程》表5-2,当材料为碳钢时粗车=0.1-0.3mm/r.取=0.2mm/r 3）切削速度：按《指导教程》表5-2,当材料为碳钢时粗车的速度为60-75m/min,取v=120 m/min 3.确定机床主轴转速 4.切削工时，按《机械制造工艺设计简明手册》表6.2－1知: mm 工序七：精、细镗φ39mm二孔及其倒角 一. 精镗φ39mm二孔及其倒角 1.加工条件： 工件材料：45钢，碳钢的强度为163～196HBS、模锻。 加工要求：精镗φ39mm二孔. 机床：T716A镗床（查《机械制造工艺设计简明手册》表4.2－25）。 刀具：YT30镗刀（查《机械制造工艺设计简明手册》表3.1－20）。 2.背吃刀量：精镗孔至φ38.9mm,单边余量Z=0.1mm,一次镗去全部余量, 3.进给量: 由 《机械制造工艺设计简明手册》表4.4－5查知： 取=0.1mm/r 4.切削速度：根据《机械制造工艺设计简明手册》表4.4－6,确定金刚镗床的切削速度为v=100m/min,则 由于T716A金刚镗床主轴转速为无级调速,故以上转速可以作为加工时使用的转速. 5.切削工时: 按《机械制造工艺设计简明手册》表6.2－1知: 加个一个孔时 l=19mm =3mm =5mm =3mm ==0.37(min) 所以加工两个孔时的机动时间为 =0.37*2=0.74(min) 6.辅助时间tf的计算 辅助时间tf与基本时间之间的关系tf=（0.15～0.2），取tf=0.17j，则该工序的辅助时间分别为： tf=2×0.74×0.2min=0.256min 所以总时间为：t=+ tf=0.74+0.256min=1.536min 二.细镗φ39mm二孔及其倒角 1.加工条件： 工件材料：45钢，碳钢的强度为163～196HBS、模锻。 加工要求：细镗φ39mm二孔及其倒角. 机床：T716A镗床。 刀具：YT30镗刀。 2.细镗孔至φ39mm.由于细镗与精镗孔共享一个镗杆,利用金刚镗床同时对工件精、细镗孔，故切削用量及加工时均与精镗相同 v=100m/min t=0.74min 工序八：磨Φ39mm二孔端面，保证尺寸118mm 1.选择砂轮：见《机械制造工艺设计简明手册》表3.2－1到表3.2－11选择各表，结果为 WA46KV6P35040127 其含义为：砂轮磨料为白刚玉，粒度为，硬度为中软1级，陶瓷结合剂，6号组织，平型砂轮，其尺寸为35040127 (DBd)。 2.切削用量的选择： 见《机械制造工艺设计简明手册》表4.2－32知： 选择磨床为M7130型号。 砂轮转速r/min(见机床说明书)，m/s。 轴向进给量mm（双行程） 工件速度m/min 径向进给量mm/双行程 3.切削工时： 按《机械制造工艺设计简明手册》表6.2－8知: 当加工1个表面时 式中 加工长度73mm； 加工宽度，68mm； 单面加工余量，0.2mm； 系数，1.10； 工作台移动速度（m/min）； 工作台往返一次砂轮轴向进给时（mm）； 工作台往返一次砂轮径向进给量（mm） 当加工两端面时 工序九：钻螺纹底孔4-Φ8mm. 1.加工条件： 工件材料：45钢，碳钢的强度为163～196HBS、模锻。 加工要求：钻螺纹底孔4-Φ8mm. 机床：Z535机床（查《机械制造工艺设计简明手册》表4.2－14）。 刀具：直柄麻花钻（查《机械制造工艺设计简明手册》表3.1－5）。 2.计算切削用量： 1）进给量： 根据《指导教程》表5－22，当碳钢的强度为为0.52-0.70Gpa,Φ6.7mm时，0.10～0.20mm/r。由于本零件在加工Φ6.7mm孔时属于低刚度零件，故进给量应乘系数0.75，则　　 (0.10～0.20)×0.75=0.09～0.15mm/r　　　　 根据Z535机床说明书（《机械制造工艺设计简明手册》表4.2－16），现取0.11mm/r 2）切削速度： 根据《指导教程》表5－22，查得切削速度=12m/min。所以 ==570r/min 根据机床说明书（《机械制造工艺设计简明手册》表4.2－15），取530r/min,故实际切削速度为 ==13.3m/min 3.计算工时： 按《机械制造工艺设计简明手册》表6.2－5知: 24mm 9mm 3mm ==0.6min 所以加工2个螺纹孔时间为： T=0.6*2=1.2min 工序十:攻M8螺纹孔（取螺距为1mm） 1.加工条件： 工件材料：45钢，碳钢的强度为163～196HBS、模锻。 加工要求：攻螺纹底孔4-Φ8mm. 机床：Z535机床（查《机械制造工艺设计简明手册》表4.2－14）。 刀具：丝锥。 2.切削用量： 1）进给量： 因为螺距为1mm，所以1mm/r. 2）切削速度： 根据《指导教程》表5－38查得：9.0m/min. 主轴转速：×1000=×1000=287r/min 按《机械制造工艺设计简明手册》表4.2－15选取机床Z535转速为275r/min,则8.6m/min。 3.机动工时： 按《机械制造工艺设计简明手册》表6.2－14知: 10mm 9mm 0mm ==0.15min 所以加工2个螺纹孔时间为： T=0.15*2=0.3min 三、夹具设计 为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。 经过与指导老师协商，决定设计第三道工序——钻四个孔φ16mm及其倒角。本夹具将用于Z535机床。刀具为高速钢麻花钻刀具。 3.1问题的提出 本夹具主要用来钻四个孔φ16mm及其倒角，在本道工序加工时，主要应考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度，而精度则不是主要问题。 3.2夹具设计 四、参考文献 1 邹青主编.机械制造技术基础课程设计指导教程.北京:机械工业出版社,2004 2 袁哲俊主编.金属切削刀具.上海:上海科学技术出版社,1991 3 (美)Hiram E.Grant.夹具—非标准夹紧装置.北京:机械工业出版社,1985 4 马贤智主编.实用机械加工手册.沈阳:辽宁科学技术出版社,2002 5 李益民主编.机械制造工艺设计简明手册.机械工业出版社,1994 6 孙本绪主编.机械加工余量手册.国防工业出版社,1999 7 陈宏钧主编.编金属切削速查速算手册. 机械工业出版社，2003 五、心得体会 机械设计课程设计是我们机械类专业学生第一次较全面的机械设计训练，是机械设计和机械设计基础课程重要的综合性与实践性环节。通过这次机械设计课程的设计，综合运用了机械设计课程和其他有关先修课程的理论，结合生产实际知识，培养分析和解决一般工程实际问题的能力，并使所学知识得到进一步巩固、深化和扩展。 在设计过程中我们发现了许多在学习和应用知识的不足之出，尤其锻炼了我们结合实际综合考虑问题的思路和解决问题的能力。我深刻体会到基础知识必须要扎实才能有更好的学习和创造性的思维。 对我来说,收获最大的是方法和能力.那些分析和解决问题的方法与能力.在整个过程中,我发现像我们这些学生最最缺少的是经验,没有感性的认识,空有理论知识,有些东西很可能与实际脱节.总体来说,我觉得做这种类型的作业对我们的帮助还是很大的,它需要我们将学过的相关知识都系统地联系起来,从中暴露出自身的不足,以待改进.有时候,一个人的力量是有限的,合众人智慧,我相信我们的作品会更完美!。 最后，我们衷心的感谢老师的大力指导和帮助！还有在设计过程中支持和帮助过我的各位同学 20 机 械 制 造 工 艺 学 课 程 设 计 说 明 书 设计题目 设计“传动轴突缘叉（CA10B解放牌汽车）”零件的机械加工工艺规程及工艺装备（年产量为4000件） 设 计 者 吴栋荫 AP0808326 指导老师 耿爱农 五邑大学 机电工程学院教研室 2011年3月8日 五邑大学 机械制造工艺学课程设计任务书 题目：设计“传动轴突缘叉（CA10B解放牌汽车）”零件的机械加工工艺规程及工艺装备（年产量为4000） 内容：1、零件图 1张 2、毛坯图 1张 3、机械加工工艺过程综合卡片 1张 4、工艺装备主要零件图 1张 5、课程设计说明书 1份 班 级 AP08083 学 生 吴 栋 荫 指导教师 耿 爱 农 2011年3 月8 序言 机械加工工艺过程，是规定零件机械加工工艺过程和操作方法的重要工艺文件。它不仅是企业生产中的重要技术文件，也是机械制造过程中用于知道生产、组织、加工和管理工作的基本依据。 这是我们在进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性复习，也是一次理论联系时机的训练，因此，它对我们工科学生具有重大意义。 由于能力以及实践能力有限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指教。 一、零件的分析 （一）零件的作用 传动轴突缘叉（CA10B解放牌汽车）是10B解放牌汽车传动轴上一个比较复杂的作用，他位于传动轴的中部。主要作用是稳定轴，还有传递扭矩，使扭矩传递获得成功。零件的两个叉头处有两个零件孔φ39（+0.027 -0.010）mm，用此安装滚针轴承并与十字轴相连，起链接作用。 （二）零件的工艺分析 传动轴突缘叉共有两组加工表面，它们之间有一定的位置要求现分述如下： 1、以φ39孔为中心的加工表面 这一组加工表面包括：φ39（+0.027 -0.010）mm的孔及其倒角，尺寸为118mm的与两个孔φ39（+0.027 -0.010）mm相垂直的平面，还有在平面上的四个M8螺孔。起重，主要加工表面为φ39（+0.027 -0.010）mm的两个孔。 2、以R43孔为中心的加工表面 这一组加工表面包括：φ95（0 -0.107mm）的轴和左平面上的四个φ16的孔。 这两组加工表面之间有着一定的位置要求，主要是： （1）φ39二孔外端面对φ39孔垂直度公差为0.1mm； （2）四孔对φ95外圆中心线的位置度偏差为φ0.1mm； （3）φ39孔对φ95有垂直度公差为0.1mm，及对称度偏差为0.15mm； （4）φ95外圆面对对断面有平行度偏差为0.2mm， 由上分析可知，对于这两组加工表面而言，可以先加工其中一组表面，然后借助于专用夹具加工另一组表面，并且保证他们之间的位置精度要求。 二、 工艺规程设计 （一）确定毛坯的制作形式 零件材料为45钢。考虑到汽车在运行中经常加速及正反向行驶，零件在工作过程中对经常承受交变载荷及冲击载荷，因此应该选锻件，使金属纤维尽量不被切断保证零件工作可靠。由于零件年产量为4000件，质量小于100kg，属于轻型零件已经到中批生产的水平，而且零件的底部轮廓尺寸不大，故可采用模锻成型。这从提高生产效率，保证加工精度上考虑也是应该的。 （二）基面的选择 基面选择是工艺规程设计中的主要工作之一。基面选择得正确与合理，可以便加工质量得到保证，生产效率得到提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有深者，更选成零件报废。 1）粗基准的选择。 有关粗基准的选择原则，先选取部分两个孔φ39mm的不加工外轮廓表面的粗基准，利用一组共两个v形块支承这两个孔φ39mm的外轮廓作主要定位面，以消除上下左右四个轴度，再利用一对自动定心的扎紧，夹住在孔φ95外圆柱面上，用以消除z方向两个自由度，达到全定位。 2）精基准的选择。 主要应该考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算。 （三）、制定工艺路线 制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状，尺寸精度及位置等技术要求能合理地保证。在生产纲领已确定为中批生产的条件下，可以采用万能性能机床配专用工线，并尽量使工序集中来提高生产率，而且还有考虑到经济成本，尽量合理地制造锻件，降低成本。 1.工艺路线方案一 工序Ⅰ 粗车外圆φ95（不到尺寸） 工序Ⅱ 半精工外圆φ95，保证φ950-0.07 工序Ⅲ 铣倒角4X2，并铣其端面 工序Ⅳ 钻孔4Xφ16，并倒角4X45o 工序Ⅴ 粗车左端面，保证尺寸64.5mm 工序Ⅵ 粗铣端面孔φ39mm 工序Ⅶ 钻、扩φ39孔及倒角 工序Ⅷ 精细镗φ39二孔 工序Ⅸ 精铣φ39二孔端面，保证尺寸118 工序Ⅹ 钻叉部四个M8的螺纹底孔并倒角 工序Ⅺ 攻螺纹4XM8 工序Ⅻ 去毛刺并终检 2.工艺路线方案二 工序Ⅰ 车外圆φ95和4X2倒角 工序Ⅱ 钻孔4Xφ16，并倒角0.5X45o 工序Ⅲ 扩孔φ43 工序Ⅳ 粗铣端面孔φ39mm 工序Ⅴ 钻、扩φ39孔及倒角 工序Ⅵ 精细镗φ39二孔 工序Ⅶ 磨φ39二孔端面，保持尺寸118 工序Ⅷ 钻叉部四个M8的螺纹底孔并倒角 工序Ⅸ 攻螺纹4XM8 工序Ⅹ 终检 3、工艺方案的比较与分析 上述两个工艺方案的特点在于：方案一是以右端为基准加工孔4xφ6，然后加工φ39孔端面，而方案二则是先加工外圆φ95，后与方案一相似。两者比较而言，方案一工序少，夹具少，但很难保持加工质量和精度，而方案二中的精车φ95超过了精度，不够经济。至此，讨论确立最优方案如下： 工序Ⅰ 车外圆φ95和4X2倒角 工序Ⅱ 钻孔4Xφ16，并倒角0.5X45o 工序Ⅲ 扩孔φ43 工序Ⅳ 粗铣端面孔φ39mm 工序Ⅴ 钻、扩φ39孔及倒角 工序Ⅵ 精细镗φ39二孔 工序Ⅶ 磨φ39二孔端面，保持尺寸118 工序Ⅷ 钻叉部四个M8的螺纹底孔并倒角 工序Ⅸ 攻螺纹4XM8 工序Ⅹ 终检 （四）机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 1.两内孔φ39+.027-0.01（叉部） 毛坯为实心，不冲出孔。两内孔精度要求界于IT7~IT8之间，参照《工艺手册》表2.3-9及表2.3-12确定工序尺寸及余量为： 钻孔：φ25mm 钻孔；φ37mm 2Z=12mm 扩孔：φ38.7mm 2Z=1.7mm 精镗：φ38.9mm 2Z=0.2mm 细镗：φ39+0.027-0.1mm 2Z=0.1mm 2. φ390.027-0.01mm二孔外端面的加工余量（加工余量的计算长度为1180-0.07mm） （1）按照《工艺手册》表2.2-25，取加工精度F2，锻件复杂系数S3，锻件重6kg，则二孔外端面的单边加工余量为2.0~3.0mm，去Z=2mm。锻件的公差按《工艺手册》表2.2-14，材质系数去M1，复杂系数S3，则锻件的偏差为+1.3-0.7mm。 （2）磨削用量：单边0.2mm（见《工艺手册》表2.3-21），磨削公差即零件公差-0.07mm。 （3）铣削余量：铣削的公称余量（单边）为 Z=20.-0.2=1.8mm 铣削公差：现规定本工序（粗铣）的加工精度为IT11级，因此可知本工序的加工公差为-0.22mm。 由于毛坯及以后各道工序（或工步）的加工都有加工工差，因此所规定的加工余量其实只是名义上的加工余量。实际上，加工余量有最大加工余量及最小加工余量之分。 由于本设计规定的零件为大批生产，应该采用调整发加工，因此在计算最大、最小加工余量时，应按调整法加工方式予以确定。 φ39二孔外端面尺寸加工余量和工序间余量及公差分布见图 由图可知： 毛坯名义尺寸： 118+2X2=122mm 毛坯最大尺寸： 122+1.3X2=124.6mm 毛坯最小尺寸： 118-0.7X2=118.4mm 粗铣后最大尺寸： 118+0.2X2=118.4mm 粗铣后最小尺寸： 118.4-0.22=118.18mm 磨后尺寸与零件图尺寸应符合，即1180-0.07mm 最后，将上述计算的工序间尺寸及公差整理成表 （五）确定切削用量及基本工时 工序Ⅰ 半精车外圆φ950-0.107。 粗车基本尺寸为φ97，选用c620-1车床。 半精车φ95mm外圆。 切削深度 单边余量1mm，课二次切除。 进给量 根据《切削手册》表1.6.选用0.5mm/r. 计算切削速度 见《切削手册》表1.27.（取T=60MIN, ap=0.5,f=0.5mm/r） 切削速度=242/600.2*0.50.15*0.50.35*1.44=217m/min 确定主轴的转速： 按机床选取n=760r/min 所以实际切削速度 切削工时 l=2， l1=4，l2=0 走刀两次（由表6.2-1查得） 所以T=it=2*(（l+ l1+ l2）/n*f)=(2*6)/760*0.5=0.032min　 工序Ⅱ：钻，扩底孔φ43mm，选用机床：转塔车床c365L。 1）钻孔φ25mm f=0.41mm/r v=12.25m/min （见切削手册表2.7和表2.14，按5类加工性考虑） 按机床选取nw=136r/min（按工艺手册表4.2-2） 所以实际切削速度 切削工时 t= l+ l1+ l2）/n*f=（150+10+4）/136*0.41=3min 其中 切入l=150mm l1=10mm l2=4mm 2）钻孔φ41mm 根据有关资料介绍，利用钻头进行扩钻时，其进给量与切削速度与钻同样尺寸的实心孔时的进给量与切削速度之关系为 f=(1.2-1.8)f钻 v=（0.5-0.3333）v钻 式中f钻 v钻——加工实心孔时的切削用量 现已知 f钻=0.56mm/min v钻=19.25m/min（见切削手册表2.7 和 2.13） 并令 f=1.35f钻=0.76m/min v=0.4v钻=707m/min ns=1000v/3.14D=59r/min 按机床选取 nw=58r/min 所以实际切削速度为 切削工时 l=150mm l1=7mm l2=2mm t= l+ l1+ l2）/n*f=3.55min 3）扩底孔φ43mm 根据切削手册表2.10规定，差得扩孔钻扩φ43mm孔时的进给量，并根据机床规格选 f=1.24mm/r 根据有关资料扩钻孔时的切削速度为 v=0.4v钻 其中v钻为用钻头钻同样尺寸实心孔时的切削速度。故v=0.4v钻=0.4*19.25=7.7m/min ns=1000v/3.14D=57r/min 按机床选取nw=58r/min 取l1=3mm l2=1.5mm t= l+ l1+ l2）/n*f=2.14min 工序Ⅳ：粗铣φ39mm二孔端面，保证尺寸118.4（0，-0.22）mm fz=0.08mm/齿 切削速度：参考有关手册，确定v=0.45m/s即27m/min。 采用高速钢镶齿三面刃铣刀，dw=225mm，齿数z=20。则 ns=1000v/πdw=38（r/min） 现采用X63卧式铣床，根据机床使用说明书，去nw=37.5r/min，故实际切削速度为 V=πdwnw/1000=π×225×37.5/1000=26.5（m/min） 当nw=37.5r/min时，工作台的每分钟进给量fm=fznw=0.08×20×37.5=60（mm/min） 查机床说明书，刚好有fm=60m/min，故直接选用该值。 切削工时：由于是粗铣，故整个铣刀刀盘不必铣过整个工件，利用作图法，可得出铣刀的行程l+l1+l2=105mm，则机动工时为 tm=l+ l1+ l2/fm=105/60=1.75（min） 工序Ⅵ：钻、扩φ39mm二孔及倒角。 1. 钻孔φ25mm 确定进给量f：根据手册，当钢的σb<800MPa，d0=φ25时，f=0.39~0.47mm/r。由于本零件在加工φ25mm孔时属于低刚度零件，故进给量应乘系数0.75，则 f=（0.39~0.47）×0.75=0.29~0.35（mm/r） 根据Z535机床说明书，现取f=0.25mm/r。 切削速度：根据手册差得切削速度v=18m/min。所以 ns=1000v/πdw=229(r/min) 根据机床说明书，取nw=195r/min,故实际切削速度为 v=πdwnw/1000=15.3(m/min) 切削工时 l=19mm l1=9mm l2=3mm tm1= (l+ l1+ l2)/nwf=0.635(min) 以上为钻一个孔时的机动时间。故本工序的机动工时为 tm=tm1×2=0.635×2=1.27（min） 2、扩钻φ37mm孔 利用φ37mm的钻头对φ25mm的孔进行扩钻。根据有关手册的规定，扩钻的切削用量可根据钻孔的切削用量选取 f=(1.2~1.8)f钻=（1.2~1.8）×0.65×0.75 =0.585~0.87（mm/r） 根据机床说明书，选取f=0.57mm/r v=(1/2~1/3)v钻=(1/2~1/3)×12 =6~4（m/min） 则主轴转速为n=51.6~34r/min并按机床说明书取nw=68r/min。 实际切削速度为v=πdwnw/1000=7.9(m/min) 切削工时（一个孔）：l=19mm，l1=6mm，l2=3mm T1=(19+6+3)/nwf=0.72(min) 3、扩孔φ38.7mm 采用刀具：φ38.7专用扩孔钻。 进给量：f=(0.9~1.2)×0.7=0.63~0.84（mm/r） 查机床说明书，取f=0.72mm/r。 机床主轴转速：取n=68r/min，则其切削速度v=8.26m/min。 机动工时 l=19mm, l1=3mm, l2=3mm t=19+3+3/nf=0.51(min) 当加工两个孔时 tm=0.51×2=1.02（min） 4、倒角2×45°双面 采用90°锪钻。 为缩短辅助时间，取倒角时的主轴转速与扩孔时相同： N=68r/min 手动进给。 工序Ⅶ：精，细镗φ39-0.010+0.027二孔，选用机床：T740金刚镗床。 1)精镗孔至φ38.9mm，单边余量z=0.　1mm，一次镗去余量全部，ap=0.1mm 进给量 根据有关手册，确定金刚镗床的切削速度为v=100m/min,则 由于T740金刚镗床主轴转速为无级调速，故以上转速可以作为加工时使用的转速。 切削工时：当加工一个孔时 l=19mm， l1=3mm，l2=4mm t= （l+ l1+ l2）/n*f=0.32min 所以加工两个孔的时间为t=0.64min 2）细镗孔至φ39-0.010+0.027。由于细镗与精镗孔共用一个镗杆，利用金刚镗床同时对工件精，细镗孔，故切削用量及工时均与精镗相同 ap=0.05mm f=0.1mm/r n=816m/r v=100m/min t=0.64min 工序Ⅷ：磨φ39二孔端面，保证尺寸118-0.070mm 1）选择砂轮。见(工艺手册)第三章磨料选择各表，结果为 WA46KV6P350*40*127 其含义为：砂轮磨料为白刚玉，沙度为46#，硬度为中软一级，陶瓷结合剂，6号组织，平型砂轮，其尺寸为350*40*127（D*B*d）。 2）切削用量的选择。砂轮转速n=1500r/min（见机床说明书），v=27.5m/s。轴向进给量fa=0.5B=20mm 工件速度vw=10m/min 径向进给量fr=0.015mm/双行程 3）切削工时。当加工一个表面时 t=2LbzbK/1000vfafr (见工艺手册表6.2-8) 式中L——为加工长度73mm b——加工宽度68mm zb——单面加工余量0.2mm K——系数1.10 v——工作台移动速度 fa——工作台往返一次砂轮轴向进给量 fr——工作台往返一次砂轮径向进给量 t=2*73*68*1.1/1000*10*20*0.015=3.64min 加工两端面时 t=3.64*2=7.28min 工序Ⅸ：钻螺纹底孔4-φ6.7mm并倒角120°。 f=0.2×0.50=0.1(mm/r) v=20m/min ∴ ns=1000v/πD=950（r/min） 按机床取nw=960r/min，故v=20.2m/min。 切削工时（四个孔） l=19mm l1=3mm l2=1mm tm=4×(l+ l1+ l2)/nwf =0.96（min） 倒角仍取n=960r/min。手动进给。 工序Ⅹ：攻螺纹4—M8mm 由于公制螺纹M8mm与锥螺纹Rcl/8外径相差无几，故切削用量一律按加工M8选取 V=0.1m/s=6m/min ns=238r/min 按机床选取nw=195r/min 则v=4.9m/min 机动时 l=19mm， l1=3mm，l2=3mm 攻M8孔 t=2*(（l+ l1+ l2）/n*f)=25*2*4/195=1.02min 钻16孔夹具设计 （一） 定位基准的选择 由零件图可知，用轴定位并用压板夹紧。保证它六个自由度的定位。 （二） 切削力及夹紧力的计算 切削刀具：高速钢麻花钻头，则 式中：＝23.5mm， f＝0.41mm/r，（） 计算结果 = 8397.352N 选用压板压紧，实际加紧力N应为 式中，和是夹具定位面及加紧面上的摩擦系数，＝＝0.5。 压板用螺母拧紧，由《机床夹具设计手册》表1-2-23得螺母拧紧力 根据杠杆原理压板实际加紧力为 此时已大于所需的1460N的夹紧力，故本夹具可安全工作。 （三） 定位误差分析 定位元件尺寸及公差确定。 (1) 夹具的主要定位元件为一孔轴和一压板，轴与面配合。 （2） 工件的工序基准为端面和圆柱面，故端面的平面度和圆柱面的援助度对定位误差影响最大.则其定位误差为： Td=Dmax-Dmin 本工序采用一平面，一 圆柱和矩形块定位，工件始终平面，而定位块的偏角会使工件自重带来一定的平行于夹具体底版的水平力，因此，工件在定位块正上方呦倾斜，进而使加工位置有一定转角误差。但是，由于加工是自由公差，故应当能满足定位要求。 （四）夹具设计及操作的简要说明 如前所述，在设计夹具时，应该注意提高劳动生产率避免干涉。应使夹具结构简单，便于操作，降低成本。提高夹具性价比。本道工序为钻床夹具选择了压板和压紧螺钉夹紧方式。本工序为钻孔，切削力大，所以选用夹紧力大一些装置就能达到本工序的要求。 本夹具的最大优点就是结构紧凑,承受较大的夹紧力。 （五） 参考文献 [1]赵家齐主编 机械制造工艺学课程设计指导书。北京：机械工业出版社 [2]东北重型机械学院，洛阳农业机械学院编。机床夹具设计手册 上海：上海科学技术出版社 [3] 艾兴，肖诗纲主编。切削用量手册 北京：机械工业出版社 [4] 金属切削手册 上海：上海科学文化技术出版社 本次课程设计小结、体会 1) 此时为期三个星期的课程设计即将结束了，在这段时间里受益非浅。在刚拿到这个课题时，的确心里很没底，看这零件图不知从和落手，在指导老师的指导下，经过几天的认真分析和查有关资料才有了点头绪。随着对零件图的全面理解，设计工作也全面展开，在本次设计过程中我也大量查阅了 与此次设计的有关课程书：如机械制图、机械设计基础、机械制造技术、数控机床等。在设计过程中只凭教科书是不够的，我还大量查看一些有关设计的参考书和资料。本次设计的在部分零件的加工工序中，采用了自动加工，从而也提高了生产的效率和质量 2) 在设计当中也考虑到了专用夹具，而本次的专用夹具有其优点：定位准确，夹紧较稳定可靠，夹具操作方便，成本低等特点。但也有相应的缺点：夹紧力需要靠经验和控制来协调，否则不是夹紧力过大，引起箱体的局部变形，就是夹紧力过小，导致工件不够稳定和准确，这两种情况均影响加工精度和质量，而且在拧紧压板时必须同时施力，以此来保证工件受力均匀，夹紧可靠。除此之外，意义也重大。 3) 此次课程设计是我们所许的理论知识和实践知识的一次实地验证，培养我们综合运用已学理论知识和技能、分析问题、解决问题的能力。通过编制工艺规程和拟定工艺路线，使我们科学的理解，提高产品的生产率 、经济性、社会性得以统一。通过了本次的设计，感觉自己对所学知识的重要性，也发现自己学的知识在综合运用能力还差得远，但总体在完成这次上也有了一点进步，使所学的知识和实践知识融合在一起，也在处理问题上有了提高，同时也巩固了所学的知识和技能，为今后参加工作及进一步学习奠定了基础。总而言之，由于我的专业基础比较差，实践经验太小，实践和理论知识结合不够紧密，错误和不足之处肯定很多，请各位老师批评和指正。最后，由衷的向担任我本次毕业设计的指导老师，感谢你们的耐心教导，谢谢!