机械制造工艺课程设计报告

机械制造工艺课程设计

说 明 书

题 目 名 称： 锥齿轮轴的工艺课程设计 专 业： 机械工程及自动化 班 级： 2008060404 学号 200806040422 学 生 姓 名： 严天富 指导教师姓名： 日 期： 2011-12-28 ---2012-1- 4 评 定 成 绩：

机电工程系

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机械制造工艺课程设计说明书

指导教师评语

从课程设计工作态度、工作量，说明书结构、数据处理、论点论据，工艺过程卡片、工序卡片

内容和格式，图纸质量及存在不足的综合评语：

指导教师评阅成绩（按五级评分）：

指导教师: （签名）

年 月 日

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目录

一：第1章 零件的分析

1.1零件的作用 1.2 零件的工艺分析

二：工艺规程设计

2.1 确定毛坯的制造形式 2.2 基准的选择 2.3 指定工艺路线 2.3.1 加工方法的选择 2.3.2 加工顺序的安排

2.3.3 加工设备的选择及刀具的选择 2.4 加工余量，工序尺寸，及其公差的确定 2.5 确定切削用量及功率的校核

三：夹具设计 四：设计心得 五：参考文献

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第1章 零件的分析

1.1 零件的作用

这个题目所给定的零件为输出轴，其主要作用，一是传递转矩，使主轴获得旋转的动力；二是工作过程中经常承受载荷；三是支撑传动零部件。 1.2 零件的工艺分析

从零件图片上看，该零件是典型的零件，结构比较简单，其主要加工的面有Φ45，Φ52，Φ55，Φ45，Φ55，Φ69，的外圆柱面，图中所给的尺寸精度高，大部分是IT6级；粗糙度方面表现在键槽两侧，Φ45圆柱表面Ra1.6um，Φ52，Φ55圆柱表面Ra0.8um, 倒角的表面粗糙度值为Ra25um,其余圆柱表面，两端面都为Ra6.3um，要求不高。位置要求比较严格，齿轮轮齿外表面对轴心线的圆跳动公差为0.015mm

右端面对轴

心线的圆跳动公差为0.015mm；热处理方面需要正火，到220-250HBS,保持均匀。通过分析该零件，起布局合理，方便加工，我们通过径向加紧可保证起加工要求，整个图面清晰，尺寸完整合理。能够完整表达物体的形状和大小，符合要求。

第二章．工艺规程的设计

2.1 确定毛坯的制造形式

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

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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的影响，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。

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一下几种：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，如用型材中的棒料，加工余量太大，这样不仅浪费材料，而且还增加机床，刀具以及能源等小号，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。 2.2、基准的选择

工件在加工第一道或最初记到工序时，一般选毛坯上未加工的便面作为定位基准，这个是粗基准，该零件选用Φ56外圆柱作为粗基准来加工Φ75外圆柱面和右端面。以上选择符合粗基准的选择原则中的余量最小原则，便于装夹原则。在以后的工序中，则使用经过加工的表面作为定位基准，Φ75的外圆柱面和右端作为定位基准，这个基准就是精基准。在选精基准时采用基准重合，基准统一，这样定位比较简单可靠，为以后加工重要表面做好准备。 2.3 制定工艺路线

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2.3.1加工方法的选择：

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效率为目的，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，一般根据加工资料和工人经验来确定，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，我们考虑工件的具体情况，一般我们按加工顺序阐述加工方案。 加工表面 右端面 左端面 Φ69Φ55mm Φ45mm Φ52mm 键槽 锥齿 倒角 表面粗糙度 Ra6.3 Ra1.6 Ra6.3 Ra0.8 Ra1.6 Ra0.8 Ra3.2 Ra6.3 Ra6.3 公差/精度等级 自由公差 IT6 自由公差 IT6 IT6 IT6 IT9 自由公差 自由公差 加工方法 粗车 粗车-精车 粗车 粗车-精车 粗车-精车 粗车-精车 粗铣-精铣 粗刨 粗车 2.3.2 加工顺序的安排 分析零件图可以得到该零件的加工顺序安排如下。加工顺序遵循以下原则： 1、 粗加工-（半精加工）-精加工

2、 基面先行原则（才能使定位基准更准确，从而保证各位置的精度要求）

3、 配合相应的热处理，才能去除材料的力学性能，消除残余应力改善金属加工性能。 然后得到这个零件的加工工艺路线如下 工序工序名工序内容 工序装备 号 称 1 下料 锯床 棒料Φ60350mm 2 3 4 锻造 热处理 粗车 锻造尺寸为Φ56mm290mm+Φ75正火 夹Φ56mm290mm一端，粗车右端，车端面，见平即65mm CA6140 5 粗车 可，车外圆至Φ72mm,长62mm,转中心孔A5/10.6 倒头夹Φ72mm外圆（中间工艺尺寸）并按外圆赵正，CA6140 5

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6 精车 车左端，车端面，保总长345mm,车外圆至Φ56mm与Φ72mm接刀，转中心孔A5/10.6 以两中心孔定位装夹工件，精车右端齿轮部分锥面CA6140 保角度20 度04分。大段外圆尺寸为mm CA6140 7 精车 倒头，以两中心孔定位装夹工件，精车左端各部，Φ外圆留磨量0.5mm,mm两处外圆留磨量0.5（两处尺寸要求一致）。车72度09分（齿部左端面），保证尺寸（60mm）.车圆角R5,Φ60mm, 尺寸留磨余量0.3。车Φ52和Φ45，两处至图样要求倒角245。 8 9 划线 铣 划以两处Φmm键槽线 mm(工艺尺寸相同的磨量)定位，按mm至图样尺寸，Y236 X51组合夹具 线赵正，装夹工件，铣键槽保证与轴线对称 10 刨齿 以Φmm轴径定位装夹工件，精刨齿11 12 热处理 磨 m=3.5,z=19至图样尺寸要求 调质处理 以两中心孔定位装夹工件，磨两处Φ处mm至图样要求尺寸。 mm ，两 M1432 13 14 检验 入库 按图样要求检验各部尺寸及精度 入库 2.3.3加工设备的选择和加工刀具的选择 加工设备：

1.根据自己的加工零件的要求选择采用CA6140普通车床. 2.根据零件要求采用X51铣床加工键槽。 3.根据齿轮的要求用Y236滚齿机滚齿 4．根据零件要求选择磨床M1432磨零件 刀具选择：

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1． 粗车外圆柱面：刀具号为T0101，90°可转位车刀，圆弧半径为1，刀片型号为

VCUM160408R-A4,刀具型号为PVJCR2525-16Q.

2． 精车外圆柱面：刀具号为T0202，75°可转位车刀，圆弧半径为1,刀片型号为

WNUM080304EL-A2，刀具型号为PCRC2020-16Q 3． 粗铣键槽：刀具号为T0303， 4． 精铣键槽：刀具号为T0404 5． 刨 齿：刀具号为T0505 综合科做成刀具表如下： 加工表面 刀具号 刀具名称 刀具参数 粗车外圆柱面 T0101 精车外圆柱面 T0202 粗铣键槽 精铣键槽 刨 齿 T0303 T0404 T0505 可转位车刀 90°，r=1 可转位车刀 90°，r=1 铣刀 铣刀 刨齿刀 Φ13.5 Φ14 2.4 加工余量，工序尺寸，及其公差的确定

根据资料及指定的零件加工工艺路线，采用计算和查表结合的方法确定各个工序的加工余量，中间工序公差按经济精度选定，上下偏差按入体原则标注，确定各加工便面的机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸如下： 外圆柱面Φ69 工序名称 精车 粗车 毛坯 外圆柱面Φ55 精车 毛坯 外圆柱面Φ52 精车 1.0 IT6 Φ52 0.8 1.0 IT6 Φ55 Φ56 0.8 工序余量 1.0 6 8.1 工序公差 IT9 IT12 工序尺寸公差 Φ69 Φ71.9 Φ75 表面粗糙度 3.2 6.3 1

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3.2 粗车 毛坯 外圆柱面Φ45 精车 粗车 毛坯 锥面 粗车 毛坯 加工键槽 精铣 粗铣 4 6.1 IT10 Φ54.9 Φ56 1.0 10 12.1 IT7 IT10 Φ45 Φ47.9 Φ56 1.6 3.2 IT12 大头Φ69，角度20 Φ69 6.3 IT9 IT12 Φ14 Φ13.5 1.6 3.2 2.5确定切削用量及功率的校核

切削用量(ap、f、v)选择是否合理，对于能否充分发挥机床潜力与刀具切削性能，实现优质、高产、低成本和安全操作具有很重要的作用。

粗车时，首先考虑选择一个尽可能大的背吃刀量ap，其次选择一个较大的进给量f ，最后确定一个合适的切削速度v。增大背吃刀量ap 可使走刀次数减少，增大进给量f有利于断屑，因此根据以上原则选择粗车切削用量对于提高生产效率，减少刀具消耗，降低加工成本是有利的。

精车时，加工精度和表面粗糙度要求较高，加工余量不大且较均匀，因此选择精车切削用量时，应着重考虑如何保证加工质量，并在此基础上尽量提高生产率。因此精车时应选用较小（但不太小）的背吃刀量ap和进给量f，并选用切削性能高的刀具材料和合理的几何参数，以尽可能提高切削速度v。 1．背吃刀量ap的确定 在工艺系统刚度和机床功率允许的情况下，尽可能选取较大的背吃刀量，以减少进给次数。当零件精度要求较高时，则应考虑留出精车余量，其所留的精车余量一般比普通车削时所留余量小，常取0.1～0.5㎜。 2．进给量f（有些数控机床用进给速度Vf） 进给量f的选取应该与背吃刀量和主轴转速相适应。在保证工件加工质量的前提下，可以选择较高的进给速度（2000㎜/min以下）。在切断、车削深孔或精车时，应选择较低的进给速度。当刀具空行程特别是远距离“回零”时，可以设定尽量高的进给速度。 粗车时，一般取f=0.3～0.8㎜/r，精车时常取f=0.1～0.3㎜/r，切断时f=0.05～0.2㎜/r。 3．主轴转速的确定 （1）光车外圆时主轴转速 光车外圆时主轴转速应根据零件上被加工部位的直径，并按零件和刀具材料以及加工性质等条件所允许的切削速度来确定。 切削速度除了计算和查表选取外，还可以根据实践经验确定。需要注意的是，交流变频调速的数控车床低速输出力矩小，因而切削速度不能太低。 切削速度确定后，用公式n =1000 vc/πd计算主轴转速n（r/min）。表5-9为硬质合金外圆车刀切削速度的参考值。 如何确定加工时的切削速度，除了可参考表5-6列出的数值外，主要根据实践经验进行确定。

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表5-6 硬质合金外圆车刀切削速度的参考值 ap/㎜ (0.3,2] (2,6] （6,10] 热处理状态 f/（ ㎜.r-1） (0.08,0.3] (0.3,0.6] （0.6,1） vc（m.min-1） 热轧 热轧 调质 热轧 调质 退火 HBS＜190 HBS=190-225 140-180 130-160 100-130 100-130 80-110 90-120 90-120 80-110 200-250 300-600 100-180 100-120 90-110 70-90 70-90 50-70 60-80 60-80 50-70 10-20 120-180 200-400 80-150 70-90 60-80 50-70 50-70 40-60 50-70 50-70 40-60 90-120 150-200 60-100 工件材料 低碳钢、易切钢 中碳钢 合金结构钢 工具钢 灰铸铁 高锰钢 铜及铜合金 铝及铝合金 铸铝合金（wsi13%） 注：切削钢及灰铸铁时刀具耐用度约为60min。 （2）车螺纹时主轴的转速 在车削螺纹时，车床的主轴转速将受到螺纹的螺距P（或导程）大小、驱动电机的升降频特性，以及螺纹插补运算速度等多种因素影响，故对于不同的数控系统，推荐不同的主轴转速选择范围。大多数经济型数控车床推荐车螺纹时的主轴转速n(r/min)为： n ≤（1200/P）－k (5-1) 式中 P——被加工螺纹螺距，㎜； k——保险系数，一般取为80。 此外，在安排粗、精车削用量时，应注意机床说明书给定的允许切削用量范围，对于主轴采用交流变频调速的数控车床，由于主轴在低转速时扭矩降低，尤其应注意此时的切削用量选择。 外圆柱面Φ69 精车 粗车 外圆柱面Φ55 精车 1.0 0.5 3

工序余量 1.0 6 切削深度ap/㎜ 进给量f/（ ㎜.r-1） 切削速度Vc 0.5mm 3 0.1 0.5 95 60 0.1 95 成都理工大学机械制造工艺课程设计

外圆柱面Φ52 精车 粗车 外圆柱面Φ45 精车 粗车 1.0 10 0.5 5 0.1 0.8 95 45 1.0 4 0.5 2 0.1 0.5 95 60 1. 外圆柱面Φ69：切削速度确定后，用公式n =1000 vc/πd计算主轴转速n（r/min） 粗加工：n=254.7（r/min）,切削深度ap/㎜=3mm,进给量f/（ ㎜.r-1）=0.5,

Vc=60m/min , Pn=KcapVcf/60000= 3.45kw由于机床说明书查得Pc=7.5kw,效率为0.8，机床功率Pn精加工：n=432.2（r/min）切削深度ap/㎜=0.5mm,进给量f/（ ㎜.r-1）=0.1, Vc=95m/min , Pn=KcapVcf/60000= 0.18kw由于机床说明书查得Pc=7.5kw,效率为0.75，机床功率Pn2. 外圆柱面Φ55: 切削速度确定后，用公式n =1000 vc/πd计算主轴转速n（r/min） 精加工：n=540.2（r/min）切削深度ap/㎜=0.5mm,进给量f/（ ㎜.r-1）=0.1, Vc=95m/min , Pn=KcapVcf/60000= 0.18kw由于机床说明书查得Pc=7.5kw,效率为0.75，机床功率Pn3. 外圆柱面Φ52：切削速度确定后，用公式n =1000 vc/πd计算主轴转速n（r/min） 粗加工：n=341.4（r/min）切削深度ap/㎜=2mm,进给量f/（ ㎜.r-1）=0.5,

Vc=60m/min , Pn=KcapVcf/60000= 2.3kw由于机床说明书查得Pc=7.5kw,效率为0.8，机床功率Pn精加工：n=570.8（r/min）切削深度ap/㎜=0.5mm,进给量f/（ ㎜.r-1）=0.1, Vc=95m/min , Pn=KcapVcf/60000= 0.18kw由于机床说明书查得Pc=7.5kw,效率为0.75，机床功率Pn4. 外圆柱面Φ45: 切削速度确定后，用公式n =1000 vc/πd计算主轴转速n（r/min） 粗加工：n=255.9（r/min）切削深度ap/㎜=5mm,进给量f/（ ㎜.r-1）=0.8,

Vc=45m/min , Pn=KcapVcf/60000= 5.91kw由于机床说明书查得Pc=7.5kw,效率为

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0.8，机床功率Pn精加工：n=657.8（r/min）切削深度ap/㎜=0.5mm,进给量f/（ ㎜.r-1）=0.1, Vc=95m/min , Pn=KcapVcf/60000= 0.18kw由于机床说明书查得Pc=7.5kw,效率为0.75，机床功率Pn5. 加工两端面：查《机械制造工艺与机床夹具课程设计指导》得到：

粗车：f=0.66mm/r ，ap=2mm ， Vc=108m/min n=1000V/πd=190（r/min），切削深度ap/㎜=2mm,进给量f/（ ㎜.r-1）=0.66,

Vc=108m/min , Pn=KcapVcf/60000= 5.47kw由于机床说明书查得Pc=7.5kw,效率为0.8，机床功率Pn精车：f=0.41mm/r ，ap=0.5mm ，Vc=120m/min， n=1000V/πd=217（r/min），切削深度ap/㎜=0.5mm,进给量f/（ ㎜.r-1）=0.,41,

Vc=120m/min , Pn=KcapVcf/60000= 0.94kw由于机床说明书查得Pc=7.5kw,效率为0.75，机床功率Pn6. 铣键槽：查《机械制造工艺与机床夹具课程设计指导》得到： 粗铣：fz=0.12/r ,ap=5mm, Vc=90m/min, n=1000Vc/π

d=955.4r/min ,

Vf=n*fz=114.6mm/r，切削深度ap/㎜=5mm,进给量f/（ ㎜.r-1）=0.12,

Vc=90m/min , Pn=KcapVcf/60000=2.07 kw由于机床说明书查得Pc=7.5kw,效率为0.75，机床功率Pn精铣：fz=0.10/r, ap=2mm, Vc=150m/min, n=1000Vc/πVf=n*fz=119.4mm/r，切削深度ap/㎜=2mm,进给量f/（ ㎜.r-1）=0.1,

Vc=150m/min , Pn=KcapVcf/60000= 1.15kw由于机床说明书查得Pc=7.5kw,效率为0.75，机床功率Pnd=1194.2r/min,

第三章 夹具设计

1.定位夹紧方案的确定：

选择对键槽的加工来设计专用夹具

专用夹具定位元件为一个固定V形块和一个支撑板，共限制了5个自由度，定位面为45轴颈外圆和小头端面，定位基准即为轴心线；夹紧元件为一个活动V形块，采用螺柱螺母来提供夹紧力。

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2、定位误差分析：

⑴确定设计基准与定位基准

工件以45外圆的圆柱面为定位面，在V形块上定位此时定位基准是外圆轴线。由零件图可知键槽的设计基准亦为外圆轴线。 ⑵确定定位误差

dwjbjw，由于定位基准与设计基准重合，故基准不重合误差为jb0，根据书目

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表

3-1，基准位移误差为 jwd2sin2cos，式中

一次加工键槽。 45轴颈公d差0.019，V形块夹角90，3.切削力和夹紧力的计算：

由《机械加工工艺手册——钻削、扩削、铰削加工》表3.4-10，钻孔时， 轴向力：FcFd0zFf转矩：Mcmd0zmfyFkF；

ymkm

由《机械加工工艺手册——钻削、扩削、铰削加工》表3.4-10：cF600,zF1.0,yF0.7；

cm0.305,zm2.0,ym0.8；

由《机械加工工艺手册——钻削、扩削、铰削加工》表3.4-11：kFkm1.0 所以 FcFd0zFf Mcmd0zmfyF.6N kF=600181.00.20.71.03500ymkm=0.3051820.20.81.027.3Nm

查《金属切削机床夹具设计手册》表3-21：为防止工件在切削扭矩的作用

ksin2 ，为防止工件在轴向力F作用

z下大打滑而转动所需的夹紧力Q12Rf1下打滑而轴向移动所需的夹紧力Q2对Q1：

kFZsin2f22

查《金属切削机床夹具设计手册》表3-19：取工件与V形块在圆周方向的摩擦系数：

f10.8；

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K01.5，K11.2，K21.5，K31.0，K41.3，K51.0，K61.5 故 安全系数 K=K0K1K2K3K4K5K61.51.21.51.01.31.01.55.265

ksinQ12=5.26527.3sin451.69,因一次加工一个键槽，故所需故单个螺母2Rf1750.8需要提供的夹紧力为QQ1/20.845 单个螺栓所受拉力为： FQ11.690.845 22查《金属切削机床夹具设计手册》表3-25，选择六角螺母，其尺寸规格为： GB/T 897-1988 M24，提供的夹紧力为Q851N，满足要求。查《机械制图》表， 选取配套双头螺栓的代号为：GB/T 897-1988 M24X110.

对于夹具轴向受力，由于工件底下有垫块支承，故V形块沿轴向方向受力（即Q2）可忽略不计。

校验螺栓许用夹紧力及夹紧扭矩：

根据《金属切削机床夹具设计手册》表3-26，Q许2316，许12.6，故符合要求

校核螺钉强度：

查《机械设计》表5-8：s640mpa，Sp1.5，S4 所以[]sS640640a160a，psa426.67a。 4Sr1.5挤压强度条件为pFF[p],剪切强度条件为[]，

dLmind2427.3Fl，故单个螺钉所受载荷为F252.78

l108F252.78mm0.12mm，由剪切条件

[p]Lmin426.675由挤压条件dd4F4252.78mm1.42mm，故选取螺钉为内六角螺钉， []3.141607

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其尺寸规格为：GB/T 70.1-2000 M24X100.

第三章 课程设计心得

为期两个星期的课程设计已经接近尾声，回顾整个过程，我在老师的指导下，取得了可喜的成绩，使理论与实践更加接近，加深了理论知识的理解，强化了生产实习中的感性认识。

本次课程设计主要经历了两个阶段：第一阶段是机械加工工艺规程设计，第二阶段是专用夹具设计。第一阶段我们运用了基准选择、切削用量选择计算、机床选用、时间定额计算等方面的知识；夹具设计的阶段运用了工件定位、夹紧机构及零件结构设计等方面的知识。

通过此次设计，使我们基本掌握了零件的加工过程分析、工艺文件的编制、专用夹具设计的方法和步骤等。学会了查相关手册、选择使用工艺装备等等。

总的来说，这次设计，使我们在基本理论的综合运用及正确解决实际问题等方面得到了一次较好的训练。提高了我们的思考、解决问题创新设计的能力，为以后的设计工作打下了较好的基础。

由于能力所限，设计中还有许多不足之处，恳请各位老师、同学们批评指正！ 第四章 参考文献

1. 《机械制造工艺学》 王启平 主编 哈尔滨工业大学 2005年 2.《机械制造工艺学课程设计指导书》 赵家齐 机械工业出版社 2007年 3．还有网上很多资料，机械加工工艺的网站。

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