设计输出轴零件的机械加工工艺规程及钻10×Ф20孔工序的专用夹具

机械制造技术课程设计

说明书

设计题目：设计输出轴零件的机械加工工艺规程及钻10

3Ф20孔工序的专用夹具

姓 名： 刘 宗 成 学 号： 140212107 班 级: 机电141 指导教师: 程雪利

河南机电高等专科学校 2016年11月11日

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目录

第1章 零件分析 .................................................................................... 3

1.1 零件作用分析 ............................................................................. 3 1.2 零件工艺分析 ............................................................................. 3 第2章 确定毛坯、画毛坯—零件合图 ................................................ 4 第3章 工艺规程设计 ............................................................................ 5

3.1定位基准的选择 .......................................................................... 5 3.2 制定工艺路线 ............................................................................. 5 3.3 选择加工设备及刀、夹、量具 ................................................. 8 3.4 加工工序设计 ........................................................................... 10 3.5 时间定额计算 ........................................................................... 14 3.6 填写机械加工工艺过程卡和机械加工工序卡 ....................... 14 第4章 钻10×Ф20孔工序专用夹具设计 ............................................ 15

4.1工件自由度分析及定位方案的确定 ........................................ 15 4.2 夹紧力的计算 ......................................................................... 15 4.3 定位误差的计算及定位精度分析 ......................................... 15 4.4 操作说明 ................................................................................. 16 设计心得体会 .......................................................................................... 17 参考文献 .................................................................................................. 18

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第1章 零件分析

1.1 零件作用分析

题目所给定的零件为输出轴，如图1-1所示，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 零件工艺分析

从图1-1上看，该零件是典型的轴类零件，结构比较简单，其主要加工的面有φ55、φ60、φ65、φ75、φ176的外圆柱面，φ50、φ80、φ104的内圆柱表面，10个φ20的通孔，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面、φ80内圆柱表面为Ra3.2um, φ55外圆柱面、大端端面为Ra1.6um, φ60、φ75外圆柱面为Ra0.8um，其余为Ra6.3um，要求不高；位置要求较严格，表现在φ55的左端面、φ80内孔圆柱面对φ75、φ60外圆轴线的跳动量为0.04mm, φ25孔的轴线对φ80内孔轴线的位置度为φ0.05mm,键槽对φ55外圆轴线的对称度为.0.08mm；热处理方面需要调质处理，到200HBW，保持均匀。 通过分析该零件，其布局合理，方便加工，我们通过径向夹紧可保证其加工要求，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。

图1-1零件图

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第2章 确定毛坯、画毛坯—零件合图

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。

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。材料为45钢，锻造时应安排人工调质处理229HBS。零件-毛坯图如图2-1。

图2-1 零件-毛坯图

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第3章 工艺规程设计

3.1定位基准的选择

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φ55外圆柱面作为粗基准来加工φ176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，φ176的外圆柱面和右端面作为定位基准，这个基准就是精基准。在选精基准时采用有基准重合，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。

3.2 制定工艺路线 3.2.1 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，一般我们按加工顺序来阐述加工方案：

加工表面 表面粗糙度 公差/精度等级 加工方法 φ176外圆柱面 Ra6.3 自由公差 粗车-半精车 φ55外圆柱表面 Ra1.6 IT6 粗车-半精车-精车 φ60外圆柱面 Ra0.8 IT6 粗车-半精车-精车 φ65外圆柱面 Ra1.6 IT6 粗车-半精车-精车 φ75外圆柱面 Ra0.8 IT6 粗车-半精车-精车 φ50内圆柱面 Ra6.3 自由公差 粗铣 φ80孔 Ra3.2 IT7 钻孔-车孔-铰孔 φ104孔 Ra6.3 自由公差 钻孔-车孔 φ20通孔 Ra3.2 IT7 钻孔-铰孔 左端 Ra6.3 粗车

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Φ55外圆柱面的切削速度计算和主轴转速选择

查表2-15（P75）得ap=2.5mm；vc取50-70m/min取50m/min，f=0.3-0.6mm/r取f=0.5mm/r计算n=1000vc/πd=1000*50/（3.14355）=289.5 r/min。查卧式车床转速表可得：n取n=320r/min。故实际切削速度vc=nπd/1000=55.3m/min。

同理可得Φ60外圆柱面的切削速度vc=πnd/1000=60.3m/min和主轴转速n=320r/min。

同理可得Φ65外圆柱面的切削速度vc=65.3m/min和主轴转速n=320r/min 同理可得Φ75外圆柱面的切削速度vc=58.9m/min和主轴转速n=250r/min。 Φ176外圆柱面的切削速度计算和主轴转速选择

查表2-15（P75）得ap=0.8mm；vc取80-100m/min取90m/min，f=0.08-0.3mm/r取f=0.1mm/r计算n=1000vc/πd=1000*90/（3.143176）=162.9r/min。查卧式车床转速表可得：n取n=160r/min。故实际切削速度vc=πnd/1000=88.4m/min Ⅱ 精车、半精车外圆柱面的切削速度和主轴转速选择

Φ55外圆柱面的切削速度计算和主轴转速选择

查表2-15（P75）得ap=0.8mm；vc取80-110m/min取100m/min，f=0.08-0.3mm/r取f=0.1mm/r计算n=1000vc/πd=1000*100/（3.14355）=579.0r/min。查卧式车床转速表可得：n取n=600r/min。故实际切削速度vc=πnd/1000=104m/min

Φ60外圆柱面的切削速度计算和主轴转速选择

查表2-15（P75）得ap=0.8mm；vc取80-110m/min取90m/min，f=0.08-0.3mm/r取f=0.1mm/r计算n=1000vc/πd=1000*90/（3.14360）=477.7r/min。查卧式车床转速表可得：n取n=500r/min。故实际切削速度vc=πnd/1000=94.2m/min 同理可得Φ65外圆柱面的切削速度vc=91.8m/min和主轴转速n=450r/min。 同理可得Φ75外圆柱面的切削速度vc=94.2m/min和主轴转速n=400r/min。 同理可得Φ80内圆柱面的切削速度vc=113m/min和主轴转速n=450r/min。

Ⅲ 粗车内圆柱面的切削速度计算和主轴转速选择 Φ50内圆柱面的切削速度计算和主轴转速选择

查表2-15（P75）得ap=2.5mm；vc取50-70m/min取60m/min，f=0.3-0.6mm/r取f=0.5mm/r计算n=1000vc/πd=1000*60/（3.14350）=382.2r/min。查卧式车床转速表可得：n取n=400r/min。故实际切削速度vc=πnd/1000=62.8m/min

同理可得Φ80内圆柱面的切削速度vc=62.8m/min和主轴转速n=250r/min

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同理可得Φ104内圆柱面的切削速度vc=65.3m/min和主轴转速n=200r/min 半粗车Φ80内圆柱面的切削速度计算和主轴转速选择

查表2-15（P75）得ap=1.5mm；vc取80-110m/min取90m/min，f=0.08-0.3mm/r取f=0.1mm/r计算n=1000vc/πd=1000*90/（3.14380）=358.3r/min。查卧式车床转速表可得：n取n=400r/min。故实际切削速度vc=πnd/1000=100m/min

Ⅳ 铣刀的铣削速度计算和主轴转速选择 查表可得铣削速度vc=π3d03n/1000 平面铣削

查表立式铣床主轴转速可得X52K的主轴转速可选为600r/min，查表可得圆柱形铣刀直径d0=50mm，代入公式计算可得粗铣键槽铣削速度vc=94.2m/min

粗铣键槽

查表立式铣床主轴转速可得X52K的主轴转速可选为950r/min，查表可得整体硬质合金直柄立铣刀直径d0=8mm，代入公式计算可得粗铣键槽铣削速度vc=23.9 m/min

精铣键槽

查表立式铣床主轴转速可得X52K的主轴转速可选为1500/min，查表可得整体硬质合金直柄立铣刀直径d0=8mm，代入公式计算可得粗铣键槽铣削速度vc=37.7 m/min

Ⅴ 磨削速度的计算及主轴转速选择

查表可得公式为v=π3d03n/60000，其中v指磨削时砂轮圆周速度、d0代表砂轮直径、n代表砂轮转速，查机床参数表可得MQ1350磨床的参数d0=600mm，n=900r/min，代入公式可得v=28.26m/s

故莫削速度v=28.26m/s，磨床主轴转速n=900r/min。

Ⅵ加工通孔Φ20

钻孔：钻φ19.8的底孔：

查表可得f=0.33～0.38mm/r，取f=0.36mm/r；Vc=0.96～1.13m/s取Vc=1m/s，取ap=6mm，故n=1000Vc/πd=1000360/（3.14319.8）=965.1r/min查表Z525机床参数可得：n=960r/min，故实际切削速度Vc=πdn/1000=96033.14319.8/1000=59.7r/min。

铰孔

查表可得f=0.3～0.65mm/r，取f=0.4mm/r；Vc=0.383～0.833m/s取

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Vc=0.6m/s，取ap=0.1mm，故n=1000Vc/πd=100030.6360/（3.14320）=573r/min查表Z525机床参数可得：n=545r/min，故实际切削速度Vc=πdn/1000=54533.14320/1000=34.2r/min。

3.4.2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：

1 外圆柱面φ176

工序名称 工序余量 工序公差 工序尺寸公差 表面粗糙度 粗车 5 IT12 φ176 6.3 毛坯 φ180 12.5 2 外圆柱面φ55

工序名称 工序余量 工序公差 工序尺寸公差 表面粗糙度 精车 1.0 IT6 φ55 1.6 半精车 1.1 IT10 φ55.2 3.2 粗车 15 IT12 φ55.7 6.3 毛坯 17.1 φ70 3 外圆柱面φ60

工序名称 工序余量 工序公差 工序尺寸公差 表面粗糙度 精车 1.0 IT6 φ60 1.6 半精车 1.1 IT10 φ60.2 3.2 粗车 10 IT12 φ60.7 6.3 毛坯 12.1 φ70 4 外圆柱面φ65

工序名称 工序余量 工序公差 工序尺寸公差 表面粗糙度 精车 1.0 IT6 φ65 1.6 半精车 1.1 IT10 φ65.2 3.2 粗车 5 IT12 φ65.7 6.3 毛坯 7.5 φ70 5 外圆柱面φ75

工序名称 工序余量 工序公差 工序尺寸公差 表面粗糙度

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精车 1.0 IT6 φ75 1.6 半精车 1.1 IT10 φ75.2 3.2 毛坯 7.5 φ80 6 内圆柱面φ80

工序名称 工序余量 工序公差 工序尺寸公差 表面粗糙度 车孔 47 IT12 φ77 6.3 钻孔 30 IT12 φ30 6.3 7 加工通孔φ20

工序名称 工序余量 工序公差 工序尺寸公差 表面粗糙度 铰 10 IT7 φ20 1.6 扩 9.9 IT9 φ19.8 3.2 钻 9 IT12 φ18 6.3 8 加工键槽

工序名称 工序余量 工序公差 工序尺寸公差 表面粗糙度 精铣 IT9 φ16 1.6 粗铣 IT12 φ15.6 3.2

3.5 时间定额计算

（1）确定粗车外圆φ55.7mm的基本时间。查表可得车外圆基本时间公式为：tj=i(l+l1+l2)/fn 。确定各项数据分别为L=80 L1=2 L2=0 f=0.5mm/r n=5.33r/s i=1。代入公式计算可得tj=30.77s。

（2）确定粗车外圆φ60.7mm的基本时间。查表可得车外圆基本时间公式：tj=i(l+l1+l2)/fn 。确定各项数据分别为L=22 L1=2 L2=0 f=0.5mm/r n=5.33r/s i=1。代入公式计算可得tj=9s。

（3）确定粗车外圆φ65.7mm的基本时间。查表可得车外圆基本时间公式：tj=i(l+l1+l2)/fn。 确定各项数据分别为L=25 L1=2 L2=0 f=0.5mm/r n=4.17r/s i=1。代入公式计算可得tj=10.13s。

3.6 填写机械加工工艺过程卡和机械加工工序卡

机械加工工艺过程卡和机械加工工序卡均参见附页

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第4章 钻103Ф20孔工序专用夹具设计

4.1工件自由度分析及定位方案的确定 4.1.1 工件自由度分析

该孔的加工工序需要的定位表面均已经加工完成，本工序需要保证尺寸包括孔距75外圆中心轴的尺寸为140和孔中心线对中心轴位置度为0.03，且孔轴线需垂直于端面。需限制的自由度包括X直线方向与转动方向自由度，以及Y轴直线方向以及转动方向自由度。

4.1.2 定位方案分析

1、定位方案一： Φ176端面和Φ80内孔圆柱销定位。端面限制自由度有Z轴直线方向自由度，内孔圆柱销限制X轴直线方向与转动方向以及Y轴直线方向与转动方向自由度。

2、定位方案二：Φ176的端面和Φ75外圆柱面定位，Φ80内孔圆柱销导向。端面限制自由度有Z轴直线方向自由度，外圆柱面限制X轴直线方向与转动方向以及Y轴直线方向与转动方向自由度。

其中定位方案一的基准轴线为Φ80内孔中心轴，与工艺要求不一致，而方案二的的定位方案与要求符合，故选用方案二定位。

4.2 夹紧力的计算

刀具：高速钢麻花钻，钻头直径为19.98mm 对刀及引导装置为钻套 钻孔时轴向力F=CFd0zFfyFKF

查表可得公式中Cf=600，zF=1，yF=0.7，KF为修正系数 KF=KXF3KXM3KVBF3KVBM=1.33313131=1.33， 所以F=600319.98130.270.731.33=6376N

4.3 定位误差的计算及定位精度分析

尺寸140的定位误差分析：工序基准为75外圆柱中心轴，与定位基准一致，不存在基准不重合误差，下面计算基础位置误差。

该工序的定位误差要求为孔中心轴与75轴中心轴的位置度为0.05。当工件

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