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1、机械加工工艺课程第一次作业：动力轴加工工艺设计与三维造型设计动力轴加工工艺设计与三维造型设计说明书2012年3月5号目 录1.计算生产纲领，确定生产类型(4)2.零件分析(5)3.1零件图分析(5)2.2零件的材料及其力学性能(5)3、毛胚的分析(6)3.1毛坯的选择(6)3.2毛坯图的设计(6)4、工艺路线的拟定(7)4.1定位基准的选择(7)4.2加工方法的确定(8)5.加工顺序安排(9)5.1工序的安排(9)5.1.1加工阶段的划分(9)5.1.2先粗后精(9)5.2工序划分的确定(9)5.3热处理工序的安排(9)5.4拟定加工工艺路线(10)5.5加工路线的确定(11)5.6加工设备的
2、选择(11)5.7刀具的选择(12)6.工艺设计(12)6.1加工余量，工序尺寸，及其公差的确定(12)7.三维造型设计过程(14)7.2三维造型六图. . (18)8.设计小结.(21)9、参考文献.(22)机械制造工艺设计任务书设计题目 ： 设计动力轴的机械加工加工工艺规程设计内容及要求： 一、已知条件零件名称：动力轴；生产纲领：5000件/年；材料：45钢，棒料（2M，3M，4M自选），热轧3元/公斤，冷轧3.5元/公斤；车削：粗车10元/小时，半精车15元/小时，精车20元/小时；铣削：20元/小时；磨削：30元/小时；钳工：10元/小时；其它：5元/小时；热处理：5元/件次；发蓝：0
3、.5元/件；未注形位公差，按A级（GB1184-80）；未注尺寸公差，按IT12（GB1804-79）。二、要求1、编制动力轴零件加工工艺设计说明书（超过3000字），其中附件：零件图纸（国标）；工艺过程卡（P134，图卡独立）；工序卡（P136，图卡合一）；检验卡（图卡合一）。2、每组提交1份电子文稿，1份书面文稿，其中图、卡有小组每个成员的签字，以备答辩。3、参考书目：机械制造技术、机械制造技术课程设计、机械制造工艺设计简明手册、机械设计手册（第一分册）、金属机械加工工艺人员手册。三、限制条件热轧棒料，16轴端（安装滚动轴承）。1、计算生产纲领，确定生产类型零件生产纲领可按下式计算。 N=
4、Qn(1+)(1+) 式中：N-零件的生产纲领（件/台） ； Q-产品的年产量（台/件）； n-每台产品中，该零件的数量（件/台）； -零件的备品率； -零件的平均废品率；每个厂零件的备品率和平均废品率都不一样，本次作业设定Q=5000件，零件的备品率和平均废品率就选1.5N=Qn(1+)(1+)=5000X1(1+0.015)(1+0.015)=5152（个）生产纲领和生产类型的关系表11生产类型零件的年生产纲领（件/年）重型零件（30kg以上）中型零件（4-30kg）轻型零件（4kg以下）单件生产小批生产中批生产大批生产大量生产1000500050000经查表生产类型是大批生产 2、零件分
5、析2.1零件图分析1了解零件的功用及技术要求这零件为动力轴，其主要作用，一是传递转矩，二是工作过程中经常承受载荷；三是支撑传动零部件。熟悉用途、性能及工作条件，明确被加工零件在产品中的位置和功用，审查图样的完整性和正确性2分析零件的结构工艺性 零件的结构工艺分析主要应考虑以下几个方面： （1）零件的尺寸公差、形位公差和表面粗糙度的要求应经济合理； （2）各加工表面的几何形状应尽量简单； （3）有相互位置要求的表面应尽量在一次装夹中加工； 零件材料：45钢。切削加工性良好，无特殊加工问题，故加工中不需要采用特殊工艺措施。刀具选择范围较大，高速钢或YT类硬质合金均能胜任。刀具几何参数可根据不同刀具
6、类型通过相关表格查取。零件组成表面：两端面，外圆及其台阶面，键槽，退刀槽，倒角，圆角。主要表面分析：20和16外圆表面用于支承传动件，为零件的配合面及工作面。主要技术条件：20外圆精度要求，28外圆精度要求，16外圆精度要求：粗糙度要求Ra0.8。它是零件上主要的基准，外圆保持基本的同轴关系，键槽亦与之对称。零件的总体特点：为较典型的细长轴，内外表面、同轴度精及垂直度度要求比较高。2.2零件的材料及其力学性能零件的材料为45钢，是最常用中碳调质钢，综合力学性能良好，淬透性低，水淬时易生裂纹。小型件宜采用调质处理，大型件宜采用正火处理。其价格较便宜，经过调质或正火后可得到较好的切削性能，而且能获
7、得较高的强度和韧性等综合机械性能，局部淬火后再回火，表面硬度可达220HRC-250HRC.3、毛坯的分析毛坯的选择和拟定毛坯图是制定工艺规程的最初阶段工作之一，也是一个比较重要的阶段，毛坯的形状和特征（硬度，精度，金相组织等）对机械加工的难易，工序数量的多少有直接影响，因此，合理选择毛坯在生产占相当重要的位置，同样毛坯的加工余量的确定也是一个非常重要的问题。3.1毛坯的选择毛坯种类的选择决定与零件的实际作用，材料、形状、生产性质以及在生产中获得可能性，毛坯的制造方法主要有以下几种：1、型材2、锻造3、铸造4、焊接5、其他毛坯。根据零件的材料，推荐用型材或锻件，但从经济方面着想，如用型材中的棒
8、料，加工余量太大，这样不仅浪费材料，而且还增加机床，刀具及能源等消耗，而锻件具有较高的抗拉抗弯和抗扭强度，冲击韧性常用于大载荷或冲击载荷下的工作零件。本零件生产批量为中批量，所以综上所叙选择棒料。按照零件特点，可选棒料。根据标准，比较接近并能满足加工要求，可选30mm，242mm。3.2毛坯图的设计毛坯图是根据产品零件设计的，经查机械加工工艺手册金属机械加工工艺人员手册知精车-半精车-粗车各余量,从而可得毛坯余量.4、工艺路线拟定 4.1定位基准的选择 基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面的选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，甚至
9、还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。（1）粗基准的选择底面A是零件的主要设计基准，也比较适合作零件上众多表面加工的定位基准。（2）精基准的选择根据基准重合和互为基准原则，选用设计基准作为精基准,当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算。设定底面为静基准。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28外圆柱面作为粗基准来加工。20外圆零件上主要的基准，两端外径应与之保持基本的同轴关系，键槽亦与之对称。根据基准统一原则，加工阶梯轴时，以20外圆定位基准，这样，在同一定位基准下加工的各档外圆表面及端面容易保证较高的位置精度，如圆跳动、
10、同轴度、垂直度等。采用同一定位基准，还可以使各工序的夹具结构简单化，便于设计制造。4.2加工方法的确定 在市场经济的前提下，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和我们学校的具体加工条件，一般我们按加工顺序来阐述加工方案：41加工表面表面粗糙度公差/精度等级加工方法28外圆柱面Ra0.8IT6粗车-
11、半精车-磨削20外圆柱面Ra6.3IT6粗车-半精车-磨削16外圆柱面Ra6.3IT6粗车左右端面Ra6.3IT12粗车-半精车键槽侧面Ra6.3 底面 0.8IT12粗铣倒角 Ra6.3IT6粗车-半精车退刀槽Ra6.3IT6粗车圆角Ra6.3IT12粗车-半精车去毛刺Ra6.3IT12锉5、加工顺序的安排 5.1工序的安排5.1.1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。粗加工阶段：其任务是切除毛坯上大部分余量，使毛坯在
12、形状和尺寸上接近零件成品，因此，主要目标是提高生产率，去除端面，退刀槽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28、20、16外圆柱表面。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28、20、16外圆柱面等。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。5.1.2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，另一方面满足磨削的余
13、量均匀性要求，若粗车后留余量的均匀性满足不了磨削加工的要求时，则要安排半精车，以此为磨削做准备。5.2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的安排：辅助工序一般包括去毛刺
14、及锐边，倒角，检验等。5.3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，热处理主要分预备热处理，最终热处理和内应力处理等，本零件动力轴材料为45钢，在加工过程中，由于留有较大余量，所以不需要预备热消除零件的内应力，在毛坯锻造之后。粗车之后半精车之前，按规范在840温度中保持30分钟释放应力。5.4拟定加工工艺路线根据以上各个零部件的分析以及加工工艺确定的基本原则，可以初步确定加工工艺路线：下料粗车热处理半精车磨削铣削钳工终检表面处理。具体方案如下：51工序号工序名称工序内容10、下料切30棒料，长242mm20、 粗车粗车端面见光粗车粗车28外径，长度1
15、36，留半精车及磨削余量直径方向2，至30，倒角达图粗车粗车16外径，长度70，留半精车及磨削余量直径方向1，至17，倒角达图粗车粗车20外径，长度达图，留半精车及磨削余量直径方向1，至21，圆角达图30、热处理 调质HRC220-25040、 半精车半精车28外径及台阶面，长度达图，磨削余量直径方向0.4，至28.4，倒角达图半精车半精车20外径，至20到长度36，在长度36的地方切退刀槽4.5x1.2半精车半精车16外径，至16到长度70，在长度70的地方切退刀槽4.5x1.250、铣铣键槽60、 磨磨28外圆，20外圆，16外圆。长度达图70、钳工去毛刺及锐边80、检验 成品检验90、表
16、面处理发兰5.5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5.6加工设备的选择、工序10、15采用CA6140普通车床，车床的参数如下：型号TYPE CA6140，中心距750mm 1000 mm 1500 mm，床身上下最大回转直径400 mm，马鞍内最大工作回转路径550 mm，横拖板上最大回转直径214mm，主轴孔径52 mm，主轴内锥孔MT6#，主轴速度级数16级，主轴速度
17、范围20-1800r.p.m，公制螺纹（30种）0.45-20 mm（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235010201250mm、工序30采用X5020AXQ5020A，铣床的参数如下：型号X5020AXQ5020A；工作台面尺寸：宽（mm）200250，长（mm）900；工作台最大承重（Kg）：150；工作台后边至垂直导轨面距离（mm）：75265；50240；工作台最大行程：:纵向50
18、0mm、横向190mm、垂向360mm。工作台进给量级数：无级；工作台进给速度范围：纵向（mm/min）：12800；横向（mm/min）：8565；垂向（mm/min）：4268；工作台T型槽数:槽数3、宽度14、槽距50。主轴端规格（7：24）：No。40；主轴转速级数：12；主轴转速范围（r/min）：401800；主轴轴向移动距离（mm）： ；主轴端面至工作台面距离（mm）：40400；主轴轴线至垂直导轨距离（mm）：280；立铣头最大回转角：正负45；主电机功率：3KW。电动机总功率：3.79KW；机床外形尺寸长875mm宽870mm高1633mm；、工序20采用M114W，磨床的参
19、数如下：型号M114W，磨削工件直径4140mm，磨削工件最大长度180；350 mm，工件最大重量8；10Kg，中心高80 mm.头架顶尖莫氏锥度：4号；头架主轴转速（r/min）：200、300、400、510、600、1020；头架回转角度：90；砂轮架回转角度：180；砂轮尺寸（mm）（外径宽度内径）：（160250）2075；砂轮主轴转速（r/min）：2667、3340；工作台最大移动量（mm）：300；400；工作台移动速度（mm/min）2006000（无级），工作台最大回转角度：顺时针7，逆时针5。顶尖孔莫氏锥度：2号；顶尖套移动量（mm）：15；砂轮轴电动机功率（KW）1.
20、5；头架电动机功率（KW）：0.6。5.7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。、端面：端面车刀：45可转位车刀：T01、
21、粗车外圆柱面：刀具号为T02，90偏刀，圆弧半径为1，刀片型号为TNMM160408ER，刀具型号为PTGNR2020-16、半精车外圆柱面：刀具号为T03，75可转位车刀，圆弧半径为1，刀片型号同上，刀具型号同上、切槽刀， 刀具号T04 、磨削 砂轮、粗铣键槽 刀具号为T06，精铣键槽 刀具号为T06，综上可做一刀具表如下：52加工表面刀具号刀具名称刀具参数刀片型号刀具型号车端面T0245偏刀粗车外圆柱面T01190偏刀90r=1TNMM160408ERPTGNR2020-16半精车外圆柱面T01275偏刀75r=1TNMM160408ERPTGNR2020-16退刀槽T09 T084mm、
22、6mm切槽刀WA80KV30磨削砂轮粗铣T05铣刀12、86、工艺设计6.1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：61加工表面表面粗糙度公差/精度等级加工方法余量28外圆柱面Ra0.8IT6粗车-半精车-磨削30-28.4 -2820外圆柱面Ra6.3IT6粗车-半精车-磨削21-21.4 -2016外圆柱面Ra6.3IT6粗车-半精车-磨削17-17.4 -16键槽侧面Ra6.3底面 0.8IT12粗铣左右端
23、面Ra6.3IT12粗车倒角Ra6.3IT12半精车退刀槽Ra6.3IT12半精车圆角Ra6.3IT12粗车-半精车去毛刺Ra6.3IT12锉7、三维造型设计过程1,、拉伸1：画一个20的圆，长度为31.5mm。如图：71动力轴拉伸1图71动力轴拉伸12、拉伸2：画一个18.8的圆，长度为4.5mm。如图：72动力轴拉伸272动力轴拉伸23、拉伸3：画一个28的圆，长度为136mm。如图：73动力轴拉伸373动力轴拉伸34、拉伸4：画一个14.8的圆，长度为4.5mm。如图：74动力轴拉伸474动力轴拉伸45、拉伸5：画一个16的圆，长度为65.5mm。如图：75动力轴拉伸575动力轴拉伸56
24、、倒角1：在16的圆上倒角，为C1。如图：76动力轴倒角1 在20的圆上倒角，为C1。如图：77动力轴倒角1在28的圆上倒角，为C1。如图：78动力轴倒角176动力轴倒角77动力轴倒角178动力轴倒角17、拉伸6：在28的圆上做一个平面，在平面上画出宽4mm长40mm的键槽，去除材料，深8mm。如图：79动力轴拉伸679动力轴拉伸68、螺纹：在20的圆上做一个螺纹。如图：710动力轴螺纹1如图：710动力轴螺纹17.2三维造型六视图图711动力轴主视图 图712动力轴俯视图 图713动力轴后视图图714动力轴左视图图715动力轴右视图 图716动力轴仰视图9.设计小结 这次课程设计，由于理论知
25、识的不足，再加上平时没有什么设计经验，一开始的时候有些手忙脚乱，不知从何入手。在老师的谆谆教导，和同学们的热情帮助下，使我找到了信心。现在想想其实课程设计当中的每一天都是很累的，其实正向老师说得一样，机械设计的课程设计没有那么简单。经过分析零件、在设计时通过查阅资料使得了解的知识面更广、范围更大，在查阅时了解有关机械方面的书，从而切实地感受到机械行业的范围涉及面之广，它能指导实际，理论知识有待实际的检验。经过这次课程设计，让我巩固了以前所学的知识它的全面性和系统性，使我对机械加工产生了更进一步的兴趣，并让我主观上认识了加工过程中如何找定位，也为我以后的工作打下了很好的基础。这篇课程设计虽然已经
26、完成了，但由于本人缺少实际经验，在实际利用中次设计肯定还存在不少的问题，需要改进。希望老师能给我提点意见和建议从而切实地感受到机械行业的范围涉及面之广，它能指导实际，理论知识有待实际的检验，理论知识与实际操作是相辅相。并且对以前所学知识的一个初审.通过这次课程设计，进一步巩固和深化所学的理论知识，弥补以前单一理论教学的不足，为以后的设计打好基础，短短的几天，学到了很多自己以前不懂的知识。 参 考 文 献1王先逵.机械制造工艺学（第二版）M.北京：机械工业出版社，20072李益民.机械制造工艺设计简明手册M.北京：机械工业出版社，19983李晓沛.简明公差标注应用手册M.上海：上海科技技术出版社，20054郑建中.互换性与测量技术M.浙江：浙江大学出版社，20045杨黎明.机械零部件选用与设计M.北京：国防工业出版社，20076王道宏.机械制造技术M.浙江：浙江大学出版社，20047吴雄彪.机械制造技术课程设计M.浙江：浙江大学出版社，20058于骏一.机械制造技术基础M.北京：机械工业出版社，20049艾心，肖诗纲.切削用量简明手册M.北京：机械工业出版社，199310许德珠.机械工程材料（第二版）M.北京：高等教育出版社，200111孟玲琴.机械设计基础（第二版）M.北京理工大学出版社，2009第 22 页 共22 页
