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1、河南质量工程职业学院毕 业 设 计（论 文） 题 目花键轴的设计系 别机电工程系专 业机电一体化班 级09机电5班学生姓名*学 号*指导教师*定稿日期2012年3月15日河南质量工程职业学院毕业设计（论文）任务书专业班级09机电5班姓 名*学 号*指导教师*设计题目花键轴的设计主要设计内容 选择适当的材料且满足强度要求； 工艺路线的确定； 工序尺寸及公差确定； 切削用量及工时确定； 花键轴剖面图；主要技术指标和设计要求1.制订机械加工工艺规程的原则是:在一定的生产条件下,在保 证持量和生产进度的前提下,能获得最好的经济效益.制订工艺规 程时,应注意以下三方面的问题:(1) 技术上的先进性(2)
2、 经济上的合理性 (3) 有良的劳动条件,避免环境污染 2设计要求(1) 画出花键轴的结构设计图；(2) 花键轴的主要的主要加工工艺主要参考资料及文献1 互换性与测量技术/陈于萍、高晓康编著2版。北京，高等教育出版社，2005，7 （2008年重印）2 机械基础/隋冬杰、刘晓菡、王傲胜。上海，复旦大学出版社，2008，43 Auto CAD中文版实用教程/张晓坤、隋晓朋、张智广主编。北京，经济日报出版社。2008，94 工程力学/蒙晓影主编4版。大连，大连理工大学出版社。2008，4 （2009，1重印）5机械制图/石品德、潘周光、曹小荣主编北京。北京工业大学出版社。2007，10摘 要数控技
3、术（数字控制技术）在制造业的广泛运用，使当今的制造业生产面貌焕然一新，通过毕业设计能使我们熟练掌握数控加工零件的编程技术，掌握设计机床用夹具的基本原理和方法，能根据加工要求设计出相应的产品，提高结构设计能力。花键轴零件在现代生活中占据十分重要和不可忽视的地位，它的数控生产加工工艺对于我们熟练掌握运用数控编程等相关技术有很大的帮助。为此我在所学数控基础知识和原有的加工工艺设计基础上对花键轴零件的数控加工等工艺作出阐述，希望通过对此设计能使我们在数控技术应用和产品的加工方面得到一定的经验。本文详细的论述了数控加工技术在加工花键轴零件中的加工工艺，通过对被加工零件的工艺分析，道具选择，车削的工装，工
4、艺卡片的制订，数控编程时应注意的问题等运用数控技术加工花键轴零件，使自己在数控技术运用方面得到一次较为全面、系统的训练，基本上达到了灵活运用数控技术加工各种零件，掌握数控编程和数控机床操作的目的。关键词：机械制造，加工工艺，花键轴，数控编程AbstractCNC ( numerical control technology ) in the manufacturing industry is widely used, so that the manufacturing industry produces appearance to take on an altogether new aspec
5、t, through graduation design can make us master the NC machining programming technology, master the design of machine tool fixture for the basic principle and the method, according to the processing requirements and design the corresponding products, improve the ability of structural design.Spline s
6、haft parts in the modern life to occupy a very important position can not be ignored, the NC processing technology for us to master and use CNC programming and other related technology has a great help. For this I learned the basic knowledge and the original NC machining process design based on the
7、spline shaft parts CNC machining process described, hope that through this design can make us in numerical control technology application and product processing has some experience.This paper discusses in detail the numerical control machining technology in machining spline shaft parts processing te
8、chnology, through to the processing of parts of the process analysis, props, lathe tooling, process cards is formulated, NC programming problems should be paid attention to when using CNC spline shaft parts, make oneself in the numerical control technology application aspects a more comprehensive, s
9、ystematic training, basically achieve the flexible use of CNC technology in the processing of various parts, CNC programming and operation of NC machine tools for the purpose of.Key words: machinery manufacturing, processing, spline shaft, NC programming目 录 1零件图工艺性分析51.1零件结构功用分析51.2零件技术条件分析51.3零件结构工
10、艺性分析52.2毛坯余量确定72.3毛坯零件合图草图73机械加工工艺路线确定73.1加工方法分析确定93.2加工顺序的安排93.3定位基准选择103.4加工阶段的划分说明103.5主要机加工工序简图104工序尺寸及其.公差确定135切削用量及工时定额确定135.1粗车145.2半精车145.3粗铣花键146程序编写及程序说明157工艺设计总结168参考资料171零件图工艺性分析1.1零件结构功用分析跟据零件简图分析：该主轴零件的结构具有如下特点：从形状上看该工件为阶梯结构的花键轴，由于长度与直径之比L/D5，所以该工件属于钢性主轴。从表面加工类型看。主要加工表面有圆柱面、花键、单键槽、螺纹，属
11、于典型的加工表面，易加工。1.2零件技术条件分析1尺寸精度：两端轴段为，中间轴段为，花键外圆，健齿宽，键槽宽度键槽低与外圆母线的距离，花键轴总长左端面与花键左端的距离，花键左端与轴段右端面的距离。2位置精度：螺纹M241.5的左端面和的右端面相对于A、B两基面轴线的圆动误差为0.04mm。花键齿面相对于A、B两基面轴线的平行度误差为38:0.03mm,键槽与花键轴线的对称度误差为0.05mm。 3表面粗糙度：两端轴端外圆和、外圆为Ra=0.8um,花键齿面及其左端面、螺纹M241.5的左端面和的右端面为Ra=1.6um，M241.5的螺纹及花键右端面为Ra=3.2um,花键齿根圆为Ra=6.3
12、um,其余为Ra=6.3um。1.3零件结构工艺性分析零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用的要求的前提下，制造的可行性和经济性，它是评价零件结构设计优劣的主要技术经济指标之一。零件切削加工的结构工艺性涉及加工时的装夹、对刀、测量和切削效率等。结论：该轴结构较规则且为阶梯结构的花键轴，由于长度与直径之比L/D5，所以该工件属于钢行主轴。从表面加工类型看。主要加工表面有圆柱面、花键、单键槽、螺纹，属于典型的加工表面，采用一般的加工即可，但有些面表面精度要求较高，需进行磨削方可满足要求。在加工键槽和中心孔时，采用专用夹具定位和加紧，螺纹加工安排在半精加工后。轴类零件是常见的典型零件之一，其主要
13、功用是支持传动零部件（齿轮、皮带轮、离合器等），传递扭矩和承受载荷，就其功用可分为：主轴、异形轴和其它轴三类，主轴除支持齿轮或皮带轮、离合器外，还将旋转运动及扭转力矩通过主轴端部的夹具传给工件或刀具；异形轴可通过凸轮、偏心和曲拐部分将回转运动变为直线运动，其它轴则主要传递扭矩或承受载荷。从轴类零件的结构特性来看，它们是长度（L）大于直径（d）的回转体零件，若L/d12，通常称为刚性轴；而L/d12称为挠性轴，其被加工表面常有内外圆柱表面、圆锥面及花键、键槽、螺纹等。根据轴类零件的结构特点和精度要求，应选择合理的定位基准和加工方法进行加工。2轴类零件的材料和毛坯选择2.1毛坯类型轴类零件应根据不
14、同的工件条件和使用要求选用不同的材料。45号钢是轴类零件的常用材料，它价格便宜，经过调质（或正火）后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，局部淬火后在回火，表面硬度可达HRC4552。40Cr等合金钢结构钢适用于中等精度，而转速较高的轴类零件，具有较高的综合机械性能。轴承钢GCr15和弹簧钢Mn 可制造较高精度的轴。20CrMnTi、18CrMnTi、20Mn2B、20Cr等低碳合金钢含铬、锰钛和硼等元素，可用来制造在高速度、重载荷等条件下的轴类零件。 轴杆类零件是机械产品中支承传动件、承受载荷、传递扭矩和动力的常见典型零件，其结构特征是轴向（纵向）尺寸远大于径向（
15、横向）尺寸，包括各种传动轴、机床主轴、丝杆、光杆、偏心轮、凸轮轴、齿轮轴等。轴类零件最常用的毛坯是型材和锻件，对于某些大型的结构形状复杂的轴也可用铸件或焊接结构件。毛坯是用来加工各种工件的坯料，毛坯主要有：铸件，锻件，焊件，冲压件及型材等。根据轴类零件的特性：在传递力矩过程中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、冲击韧性、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，而且零件属于中批量生产，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
16、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。由于毛坯制造技术的限制，零件被加工表面的技术要求还不能从毛坯制造直接得到，因此毛坯上某些表面需要留一定的加工余量，通过机械加工达到零件的质量要求。查机械设计与制造工艺简明手册表10-8得：毛坯单边余量公差为3，L=176mm。各倒角R=1mm。 2.3毛坯零件合图草图3机械加工工艺路线确定方案I：5 锻件10 热处理 正火。15 车 粗车左端面及外圆各段，打中心孔。20 车 半精车左端外圆及倒角切退刀槽。25 车 车螺纹。30 车 粗车右端面及外圆各段，打中心孔。35 半 半精车右端外圆及倒角切退刀槽。40 热处理 局部淬火。42
17、修研 修研中心孔45 磨 磨各轴段外圆。50 铣 粗铣花键。55 铣 精铣花键。60 铣 铣键槽。62 铣 铣键槽65 磨 磨花键。68 磨 磨键槽70 清理 去毛刺。75 检验。80 入库。方案II：5 锻件10 热处理15 车 粗车左端面，打中心孔。20 车 粗车右端面，打中心孔。25 粗车 粗车右端外圆各部。30 粗车 粗车左端外圆各部。35 修研 修研两中心孔。40 半精车 左端外圆及倒角切退刀槽。45 半精车 右端外圆及倒角切退刀槽。50 精车 右端外圆及倒角切退刀槽。55 精车 左端外圆及倒角切退刀槽。60 半精车 螺纹。65 铣 粗铣花键。70 铣 半精铣花键。75 铣 精铣花键
18、。80 热处理 局部淬火。85 铣 铣键槽。90 修研 修研中心孔。95 磨 磨花键。100 磨 磨各轴段外圆。105 检验。110 入库。根据生产纲领，零件结构特点及技术要求条件和产品的发展情况等因素来综合考虑分析，对于数控机床零件的一般采用工序集中地原则（缩短辅助时间，而且易于保证加工表面之间的相互位置精度，并且减少了操作工人的人数和生产面积；缩短了工艺流程），所以对于内外圆柱面的加工选择方案I。3.1加工方法分析确定由于零件精度要求高，为使其达到要求，加工方法有粗车，半精车，磨削。 根据各表面加工要求各种加工方法所能达到的经济精度查表选择零件主要表面的加工方法。 外圆柱面：加工方案： 粗
19、车-半精车-磨削公差等级： IT11 IT9 IT7 粗糙度： 12.5 3.2 0.8花键宽：5加工方案： 粗铣-半精铣-磨削公差等级： IT11 IT9 IT8 粗糙度： 12.5 3.2 1.6外圆柱面：加工方案： 粗车-半精车-磨削公差等级： IT11 IT9 IT7粗糙度： 12.5 3.2 0.83.2加工顺序的安排车端面打中心孔车外圆车螺纹磨削-铣花键键槽加工工序的划分： 加工基准面 从图可知，先以两端面为开始工序进行加工这样就可以为后序的加工提供精基准。 划分加工阶段 该零件的加工质量要求较高，因此加工阶段划分为：粗加工、半精加工、磨削三个阶段。 次要表面可穿插在各阶段间进行加
20、工 在加工各短轴肩时，放在半精加工，这样能使加工阶段更加明显。热处理工序的划分：由于材料是20Cr,进行加工时工件易变形，为了提高它的加工性能，在加工锻造该零件前，要进行正火处理。由于该零件的花键加工精度高，使它的耐磨性高，因此要进行局部淬火。3.3定位基准选择（1）选择精基准：以两中心孔为精基准，采用两顶装夹定位，便于位置精度的保证。为后续加工提供精基准。（2）选择粗基准：以外圆柱面为粗基准。3.4加工阶段的划分说明 粗车左端面及外圆各段，打中心孔： 工序15半精车左端外圆及倒角切退刀槽： 工序20车螺纹： 工序25粗车右端面及外圆各段，打中心孔： 工序30半精车右端外圆及倒角切退刀槽： 工
21、序35磨各轴段外圆： 工序45粗铣花键。 工序50铣键槽： 工序603.5主要机加工工序简图15 车 粗车左端面及外圆各段，打中心孔。20 车 半精车左端外圆及倒角切退刀槽。25 车 车螺纹。30 车 粗车右端面及外圆各段，打中心孔。35 车 半精车右端外圆及倒角切退刀槽。45 磨 磨各轴段外圆。50 铣 粗铣花键。60 铣 铣键槽。4工序尺寸及其.公差确定基准重合时工序尺寸确定加工表面加工内容加工余量精度等级基本尺寸工序尺寸及其公差毛坯（）39粗车4mmIT11（）35半精车1.6mmIT9()33.4磨削0.4mmIT7()33加工表面加工内容加工余量精度等级基本尺寸工序尺寸及公差毛坯()
22、31粗车3mmIT11()28半精车1.6mmIT9（）26.4磨削0.4mmIT()265切削用量及工时定额确定5.1粗车选择切削深度：单边总余量为3，粗车工序中Ap=2留下0.8给半精车， 0.2给磨。选择进给量：考虑刀杆尺寸，工件直径及一定的切削深度，从表3-13中选f=0.5mm/r选择切割深度：根据工件材料20cr热处理（正火）及选定切削深度和进给量，从表319中选u=1.4m/s(85m/min)确定机床主轴转速：机床主轴转速n的计算值为n=1000v/3.1443=630r/min从表4.3-1机床轴箱标牌上查得实际的主轴的转速取710r/min故切削速度v=3.14dn/100
23、0=3.1443710/1000=1.6m/s（95.8m/min）计算切削工时：取切入长度I=2mm 切出长度I2=2mm则切削工时：tm=272=2+2/7100.5=25s5.2半精车选择切削深度：ap=1mm选择进给速度：根据工作材料及选定切削深度及进给量选取v=1.7m/s定机床主轴转速：n=10001.760/3.14(43-6)=877.9r/min从主轴箱表牌上查实际主轴转速取为900r/min计算切削工时：nf=76/9000.3=16.8min5.3粗铣花键定铣削深度：由于加工余量不大，故可一次走刀完成，择ac=zb0.7mm确定每齿进给量：af=0.1mm计算切削速度：根
24、据表3-27选刀具耐用度t=7.81000由表3-29确定cv=68.5,zv=0.25,xv=0.3,yv=0.2,uv=0.1,pv=0.1,m=0.2v=81.68s/min选定机床主轴转速n=1000v/3.14d=100081.68/3.14100=260r/min根据机床说明书选n=255r/min实际切削速度为v=3.14dn/1000=3.14/100=80.07m/min6程序编写及程序说明编程是零件加工的加工顺序，刀具运动轨迹的数据，工艺参数（主运动和进给运动速度，切削深度）以及辅助操作加工信息。N10 O0001程序号N20 T0101换1号刀，调用1号刀具补偿N30 M
25、03 S1000主轴正转，转速1000r/minN40 M08切削液开N50 G00 X30 Z5快速运动到循环起点N60 G71 U1 R1N70 G71 P80 Q170 UO.3 W0 N80 GOO X18循环程序第一段N90 G01 Z0 F0.15 S1000靠近工件N100 X20 Z-1倒角N110 Z-14车外圆N120 X24车右端面N130 X26 Z-15倒角N140 Z-59车外圆N150 X27车右端面N160 X33 Z-62倒角N170 G00 X100 Z100退刀，远离工件N180 T0202换2号刀调用2号刀具补偿N190 MO3 S500主轴正转，转速为
26、500/minN200 GOO X30 Z-14刀具运动到指定位置N210 G01 X19 F0.08切槽N220 X30退刀N230 Z-59 F0.2刀具运动到指定位置N240 X24 F0.08切槽N250 X40 F0.2退刀N260 G00 X100 Z100远离工件N270 M09切削液关N280 M05主轴停止N290 M30程序结束7工艺设计总结通过一段时间的总结，在老师的指导下、及我和组员们的共同协作下，我初步完成了零件的基本工艺设计，其中包括了零件的结构功用分析、技术分析、结构工艺性分析，毛坯的选择，机加工工艺路线的选择，工序尺寸及其公差确定，设备及其工艺装备设定，切削用量
27、及其工时定额的确等七大部分内容。每一个小标题所要求的内容，我都细心用心的分析、查书、计算最后得出结果。从中我收获了不少东西： 像余量的确定及计算、工序尺寸及其公差的确定、切削用量等，都可以在机械制造技术教程中查到。对于零件毛坯的选择及确定可以查书数控加工工艺设计，加工路线及顺序需要根据零件的性能及技术要求才能得出，这就要求我们対零件分析时细心注意精度要求、技术要求、表面质量要求等。很短的时间内，我巩固了以前学过的一些重要内容，如：机械制图、机械制造技术、公差中学过的知识，还对今年所学的数控化加工工艺中的知识掌握的更加牢靠。同时我深深的发现，自己对学过的东西很多时候都是“丢了芝麻忘了西瓜”，这次
28、翻书以后，才知道什么叫“书到用时方恨少”，真的是受益匪浅。当然了，这对我后面的设计也是有很大的帮助的。8参考资料1贾安东.焊接结构及生产设计.天津:天津大学出版社,19892王政.焊接工装夹具及变位机械.北京：机械工业出版社，20013陈焕明.焊接工装设计基础.北京：航空工业出版社，20044中国机械工程学会焊接学会.焊接手册（第2版）.北京：机械工业出版社，20015胡家秀.简明机械零件设计使用手册.北京：机械工业出版社，19996祖业发.现代机械制图.北京：机械工业出版社.20027许杏根等.简明机械设计手册.北京:机械工业出版社,19998曾乐.焊接工程学.北京：新时代出版社，19869
29、徐锦康 .机械设计. 北京：机械工业出版社，198810徐弘本.机床夹具设计手册.辽宁科学技术出本社，1998河南质量工程职业学院毕业设计（论文）评审表一（指导教师用）班级：09机电5班 姓名：* 学号：*评价内容具 体 要 求分值评分调查论证能独立查阅文献和调研；能提出并较好地论述课题的实施方案；有收集、加工各种信息及获取新知识的能力。10实验方案设计与实验技能能正确设计实验方案，独立进行实验工作。20分析与解决问题的能力能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题；能正确处理实验数据；能对课题进行理论分析，得出有价值的结论。20工作量、工作态度按期圆满完成规定的任务，工作量饱满，难度较大；工作
30、努力，遵守纪律；工作作风严谨务实。20质 量综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结构严谨合理；实验正确，分析处理科学；文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，书写工整规范，图表完备、整洁、正确；论文结果有应用价值。20创 新工作中有创新意识；对前人工作有改进或突破，或有独特见解。10成 绩100指导教师评语：指导教师签名： 年 月 日注：各专业可根据自己的具体情况，制定出适合本专业的毕业设计（论文）的具体要求和评分标准。河南质量工程职业学院毕业设计（论文）评审表二（评阅人用）班级：09机电5班 姓名：* 学号：*评价内容具体要求分值评分资料利用查阅文献有一定广泛性；有综合归纳资料的能
31、力和自己的见解。15论文质量综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结果严谨合理；实验正确，分析处理科学；文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，书写工整规范，图表完备、整洁、正确；论文结果有应用价值。50工作量、难度工作量饱满，难度较大。25创 新对前人工作有改进或突破，或有独特见解。10成 绩100评阅人评语： 评阅人签名： 年 月 日注：各专业可根据自己的具体情况，制定出适合本专业的毕业设计（论文）的具体要求和评分标准。河南质量工程职业学院毕业设计（论文）答辩情况记录（答辩委员会或答辩小组用）班级：09机电5班 姓名：* * 学号：* 答 辩 题 目对学生回答问题的评语正确基本正确经提示回答不正确未回答答辩委员会（或小组）评语：成绩： 答辩负责人签名： 年 月 日河南质量工程职业学院毕业设计（论文）总成绩评定表班 级09机电5班姓 名* 学 号 *设计（论文）题目花键轴的设计成 绩指导教师评分评阅人评分答辩评分总成绩系毕业设计（论文）领导小组审核意见：小组组长签名：年 月 日注：毕业设计（论文）总成绩中，指导教师评分占40%，评阅人评分占20%，答辩评分占40%。
