傳動軸零件的機械加工工藝規(guī)程與機床夾具設計

傳動軸零件的機械加工工藝規(guī)程與機床夾具設計,傳動軸零件的機械加工工藝規(guī)程與機床夾具設計,傳動軸,零件,機械,加工,工藝,規(guī)程,機床,夾具,設計 說明書 課題名稱： 傳動軸零件的機械加工工藝規(guī)程與機床夾具設計 班級： 姓名： 學號： 指導老師： 2013 年 月 日 目 錄 摘 要 1 Abstract 2 一、傳動軸的工藝性分析 3 1.1 傳動軸的工作原理 3 1.2零件圖樣分析 4 1.3零件的工藝分析 5 1.4審查零件的結構工藝性 5 二、選擇毛坯的制造方式 6 2.1毛坯的選擇 6 2.2確定毛坯的尺寸 6 三、傳動軸的基準選擇、加工方案、制定工藝路線 7 3.1定位基準的選擇 7 3.2零件表面加工方法的確定 9 3.3加工階段的劃分 11 3.4加工順序的安排 12 3.5傳動軸工藝路線的確定 13 四、機床設備的選用 15 4.1機床設備的選用 15 4.2工藝裝備及夾具的選用 15 4.2.1 選擇夾具 16 4.2.2 銑鍵槽夾具的設計特點 17 4.2.3 銑削力及夾緊力的計算 18 4.3定位原理的幾種情況 20 五、確定工序的刀具及切削用量 21 5.1選擇數(shù)控刀具的原則 21 5.2刀具的選擇 22 5.3設置對刀點和換刀點 23 5.4車削用量的選擇 24 5.5銑削用量的選擇 25 5.6磨削外圓面 26 5.7主軸轉速的確定 27 5.8冷卻液的選擇 28 六、數(shù)控加工程序的編制 29 6.1確定編程坐標系及編程原點 29 6.2加工程序編制 30 七、課程設計體會 35 八、參考資料 37 摘 要 傳動軸是組成機器零件的主要零件之一，一切做回轉運動的傳動零件（例如：齒輪，蝸輪等）都必須安裝在傳動軸上才能進行運動及動力的傳動，傳動軸常用于變速箱與驅動橋之間的連接。通過對該零件的圖樣進行分析到選取制作該零件毛坯的材料，再對該零件的表面的加工方法的確定及定位基準的確定，和對該零件加工的各階段進行了仔細的劃分及一些其他因素（熱處理，加工尺寸和切削用量）的安排，最后擬定了工藝過程。 關鍵詞：傳動軸;加工工藝;加工尺寸;切削用量 Abstract Shaft is composed of the main parts of the machine parts, all made rotary motion transmission parts (such as: gears, worm, etc.) must be installed on the transmission shaft to carry out the movement and force transmission, drive shaft commonly used in the transmission and drive axle the connection between. Through to the analysis of the components that make pattern selection of materials, the blank of the parts of the surface processing method and the locating datum, and for the machining of various stages were carefully and some other factors (heat treatment processing, size and cutting dosages), finally the process. Key words：Shaft, Processing,Size,Cutting dosages 一、傳動軸的工藝性分析 1.1 傳動軸的工作原理 軸上的兩個齒輪或是帶輪均置于箱體外，作用是傳遞動力，所以材料具有較高的抗彎強度、扭轉強度。 軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。鋼軸的毛坯多數(shù)用軋制圓鋼和鍛件，鍛件的內部組織均勻，強度比較好，重要的軸、大尺寸或階梯尺寸變化較大的軸，應采用鍛制毛坯，對直徑較小的軸，可直接用圓鋼加工。由于碳鋼比合金鋼價廉，對應力集中的敏感性較低，同時也可以用熱處理的辦法提高耐磨性和抗疲勞強度，故軸采用碳鋼制造最廣泛，其中最常用的是鋼。不重要或低速輕載的軸以及一般傳動的軸也可以使用Q235、Q275等碳鋼制造。合金鋼比碳鋼具有更高的力學性能和更好的淬火性能。因此，在傳遞大動力，并要求減小尺寸與質量，提高軸的耐磨性，以及處于高溫條件下工作的軸，常采用合金鋼。高強度鑄鐵和球墨鑄鐵容易作成復雜的形狀，而且價廉，吸振性和耐磨性好，對應力集中的敏感性較低，故常用于制造外形復雜的軸。軸的結構如下圖1-4所示應便于加工與裝配。形狀力求簡單，階梯軸的級數(shù)盡可能少，而且各段直徑不易相差太大。軸上需磨削的軸段應設計出砂輪越程槽，需車制螺紋的軸段應有退刀槽。軸上各圓角、倒角、砂輪越程槽以及退刀槽等尺寸盡可能統(tǒng)一，同一軸上的各個鍵槽應該開在同一母線位置上。為便于裝配，軸端應有倒角。軸肩高度不能妨礙零件的拆卸。對于階梯軸一般設計成兩端小中間大的形狀，以便于零件從兩端裝拆。 1.2零件圖樣分析 （1）該零件軸段的安排是呈階梯型，中間粗兩端細，符合強度外形原則，便于安裝和拆卸。其加工精度要求較高，要有較高的形位公差，表面粗糙度最高達到了0.8μm。零件的中心軸是設計基準和工藝基準。 （2）Φ35+0.002 -0.003和Φ30+0.017 -0.002為軸承配合，所以保證兩軸承的同軸度為0.01mm （3）零件的材料為45鋼。 （4）調質處理，表面硬度為HB220-250。 （5）Φ35+0.002 -0.003和Φ30+0.017 -0.002為軸承配合，所以軸表面的精度，配合要求較高，Ra為0.8μm。 （7）軸端加工出1x45°和2 x45°倒角，是為了便于裝配。 1.3零件的工藝分析 （1）零件的毛坯材料為45，是典型的軸用材料，綜合機械性能良好。該材料是優(yōu)質碳素鋼，經調質處理之后具有良好的力學性能和切削加工性能。經淬火加高溫回火后具有良好的綜合力學性能，具有較高的強度、較好的韌性和塑性。 （2）該軸式階梯軸，其結構復雜程度一般。根據(jù)表面粗糙度要求和生產類型，表面加工分為粗加工和精加工。加工時應把精加工和粗加工分開，這樣經多次加工以后逐漸減少零件的變形誤差。 （3）此零件的毛坯為模鍛件，外形不需要加工。 （4）該軸的加工以車削和磨削為主，車削時應保證外圓的同軸度。 （5）在精車前安排了熱處理工藝，以提高軸的疲勞強度和保證零件的內應力減少，穩(wěn)定尺寸、減少零件變形。并能保證工件變形之后能在半精車時糾正。 （6）同一軸心線上各軸孔的同軸度誤差會導致軸承裝置時歪斜，影響軸的同軸度和軸承的使用壽命。所以在車削和磨削過程中，要保證其同軸度。 1.4審查零件的結構工藝性 （1）結構力求簡單、對稱，橫截面尺寸不應該有突然地變化。 （2）應有合理的模面和圓角半徑 （3）45剛具有良好的鍛性 二、選擇毛坯的制造方式 2.1毛坯的選擇 因為傳動軸在工作過程中要承受沖擊載荷、扭轉力矩,且載荷比較大。為增強它的抗扭強度和沖擊韌度，毛坯應選用優(yōu)質中碳鋼。采用模鍛方法制造毛坯。 2.2確定毛坯的尺寸 軸的材料主要是碳鋼和合金鋼，考慮經濟性以及設計對材料要求，本設計采用鋼。為提高經濟性和生產率，對這種碳鋼材料制成的零件，尤其需要重視精化毛坯，盡量減小加工余量，節(jié)約金屬和加工工時。還應采用先進的工藝方法力求在可靠地保證質量的前提下，減少切削加工工序的數(shù)目和工序成本。由零件圖和生產綱領可知此軸直徑相差不大且是小批量生產，所以宜采用棒料。由于帶臺階的軸最大直徑接近于中間部分，應按最大直徑選擇毛坯直徑。由零件圖則可知最大直徑接近中間部分，尺寸為55mm，則零件的長度與基本尺寸之比為n=l/d=180/555。棒料毛坯直徑應該選擇60mm，毛坯長度應選180mm，既毛坯尺寸為60mmX185mm。 三、傳動軸的基準選擇、加工方案、制定工藝路線 3.1定位基準的選擇 正確的選擇定位基準是設計工藝過程中的一項重要的內容，也是保證加工精度的關鍵，定位基準分為精基準和粗基準，以下為定位基準的選擇。 （1）粗基準的選擇 粗基準的選擇應能保證加工面與非加工面之間的位置精度，合理分配各加工面的余量，為后續(xù)工序提供精基準。所以為了便于定位、裝夾和加工，可選軸的外圓表面為粗基準，或用外圓表面和頂尖孔共同作為粗基準。用外圓表面定位時，因基準面加工和工件裝夾都比較方便，一般用卡盤裝夾。為了保證重要表面的粗加工余量小而均勻，應選該表面為粗基準，并且要保證工件加工面與其它不加工表面之間的位置精度。 為使所有加工表面都有足夠的加工余量和保證各加工表面對不加工表面具有一定的位置精度，粗基準選擇應遵守以下原則： A、為保證不加工表面與加工表面之間的位置要求應選用不加工表面為粗基準，如果零件上有不需加工的表面，則應選擇該面作粗基準，以保證不加工表面與加工表面之間的相互位置精度。當零件上有幾個不需加工的表面時，應選擇與加工表面之間相互位置精度要求較高的表面作粗基準； B、為保證工件某重要表面的余量均勻，選擇該表面為粗基準，選擇重要表面或加工余量最小的表面作為粗基準，若工件所有表面都需加工，應選擇工件上的重要表面或加工余量最小的表面作為粗基準，可使各加工表面都有足夠的加工余量，并使重要表面的余量均勻； C、選擇較為平整光潔、面積較大的表面作粗基準，這是為了保證定位的準確，夾緊牢靠。不宜選擇有澆口、冒口、飛邊的表面和分型面等作粗基準； D、粗基準應避免重復使用，特別是主要定位基準，因為粗基準本身是毛坯面，精度和表面粗糙度很差，重復使用會導致加工表面產生較大的位置誤差。 依據(jù)以上原則本設計粗車時以外圓和兩端面為粗基準。 （2）精基準的選擇 選擇精基準應叢整個工藝過程考慮如何保證工件的尺寸精度與位置精度，并使裝夾方便可靠。其選擇原則如下： A、用工序基準做精基準，實現(xiàn)基準重合，以免產生基準不重合誤差； B、當用一組精基準定位可以較方便加工其它各表面時，應盡可能多采用此組精基準定位，實現(xiàn)基準統(tǒng)一，減少工裝費用，避免基準轉換誤差； C、當精基準要求加工余量小而且均勻時，應選擇加工表面自身為精基準，實現(xiàn)自為基準原則； D、為獲得均勻的加工余量或較高的位置精度，可遵循互為基準，反復加工原則； E、選擇定位準確、穩(wěn)定、夾緊可靠，使夾具結構簡單原則。 根據(jù)傳動軸的技術要求和裝配要求，應選擇軸左端面Φ34.5和右端面Φ17為精基準。零件上的很多表面都可以以兩端面作為基準進行加工。可避免基準轉化誤差，也遵循基準統(tǒng)一原則。兩端的中心軸線是設計基準。選用中心軸線為定位基準，可保證表面最后的加工位置精度，實現(xiàn)了設計基準和工藝基準的重合。由于兩軸面的精加工工序要求余量小且均勻，可利用其自身作為基準。 依據(jù)以上原則本設計精車時以兩側端面中心孔為精基準。 3.2零件表面加工方法的確定 根據(jù)零件的加工要求和零件的結構特點等因素選用相應的加工方法。選用加工方法時，還要考慮到現(xiàn)有加工方法的改進和發(fā)展、新加工方法的推廣以及毛坯制造新技術發(fā)展等。具有一定技術要求的加工表面，一般都不是只加工一次就能達到圖樣要求的，對于精密零件的主要表面往往要通過幾次加工才能逐步達到規(guī)定的精度。而達到同一精度要求所采用的加工方法有多種方案可供選擇，但在選擇某一表面的加工方法時，一般總是首先選定它的最佳加工方法，然后再逐一選定各前道工序的加工方法。但是，無論何種加工表面，在考慮它的加工時，都應注意如下幾個方面： 一、所選加工方法的經濟精度及表面粗糙度要與加工表面的精度要求和表面粗糙度要求相適應。經濟加工精度是指在正常加工條件下（采用標準的設備、工藝裝備和標準技術等級的工人、不延長加工時間）所能保證的加工精度。 二、所選加工方法要能確保加工面的幾何形狀精度和表面間相互位置精度的要求。某些加工方法如拉削、珩磨、超精加工等，一般不能提高加工面的位置精度，而只能提高加工面的尺寸精度、形狀精度及降低表面粗糙度的要求。 三、加工方法要與零件材料的可加工性相適應。如硬度很低而韌性較高的金屬材料（如非鐵金屬）一般不宜采用磨削方法加工，而淬火鋼、耐熱鋼因硬度高則最好采用磨削加工方法。 四、加工方法要與生產類型相適應。大批量生產時，應采用高效率的機床設備和先進的加工方法。如加工內孔和平苗時，可采用拉床和拉刀；軸類零件加工可采用半自動液壓仿形車床和常規(guī)加工方法。 五、加工方法要與企業(yè)現(xiàn)有生產條件相適應。選擇加工方法不能脫離本廠現(xiàn)有設備狀況和工人技術水平。既要充分利用現(xiàn)有設備，也要注意不斷地對原有設備和工藝進行技術改造，適應生產的發(fā)展。 六、幾種加工方法要互相配合。對精度高和表面粗糙度小的表面，若單獨采用某一種加工方法，都難以經濟高效地加工出來。所以，應根據(jù)零件表面的具體要求，考慮各種加工方法的特點以及應用，將幾種加工方法結合起來，逐步地完成零件表面的加工。 根據(jù)零件圖上各表面的加工要求以及材料性質等因素，以車削加工為主，由于Φ35+0.02 -0.003和Φ30+0.017 -0.002的粗糙度Ra為0.8μm，Φ38+0.035 -0.018和Φ20+0.017 -0.002的粗糙度Ra為1.6μm采用磨削加工。 傳動軸各表面的具體加工方法如表3-1 表3-1加工方法 加工表面 尺寸及偏差（mm） 公差及精度等級 表面粗糙度Ra（μm） 加工方法 主軸Ⅰ軸面 Φ34.5 IT12 6.3 粗車—半精車—精車 主軸Ⅱ軸面 Φ35+0.02 -0.003 IT6 0.8 粗車—半精車—精車— 粗磨—精磨 主軸Ⅲ軸面 Φ55 IT12 6.3 粗車—半精車—精車 主軸Ⅳ軸面 Φ38+0.035 -0.018 IT6 1.6 粗車—半精車—精車— 粗磨—精磨 主V軸軸面 Φ30+0.017 -0.002 IT6 0.8 粗車—半精車—精車— 粗磨—精磨 主軸VI軸面 Φ20+0.017 -0.002 IT7 1.6 粗車—半精車—精車— 粗磨—精磨 主軸VII軸面 Φ17 IT12 6.3 粗車—半精車—精車 3.3加工階段的劃分 ①劃分的原因：保證加工質量合理，劃分加工階段能合理地使用機床設備，便于熱處理工序的安排，便于及時發(fā)現(xiàn)毛坯的缺陷，保護精加工過后的表面。 ②階段的劃分：傳動軸的加工質量要求較高，其中表面粗糙度要求最高為Ra 0.8μm，另外幾處圓跳動也有較高的位置精度要求。精加工方案的確定，可將加工階段分為粗加工，半精加工，精加工，精密加工階段等幾個階段。粗加工階段主要是為了切除各加工表面上的大部分余量，提高生產量。將Ⅰ和VII的精基準的粗加工完成，可以保證后續(xù)工序都采用精基準進行定位加工，從而保證其它表面的精度要求，粗車左右端面。在半精加工階段，是為各主要表面的精加工做準備，完成軸各表面的加工。在精加工階段，對各軸面軸表面進行加工。使要求不高的面達到精度和表面粗糙度要求，在精密加工階段對有特殊要求的表面II、IV、V、VI軸面進行加工，使其達到規(guī)定的質量要求。車削加工完成后則對鍵槽進行銑削。 3.4加工順序的安排 （1）機械加工工序 ①按先基準平面后其他的原則：機械加工工藝安排是總是先加工好定位基準面，所以應先安排為后續(xù)工序準備好定為基準。先加工精基準面，然后車表面外圓。 ②按先粗后精的原則：先安排粗加工工序，后安排精加工工序。先安排精度要求較高的各主要表面，后安排精加工。 ③按先主后次的原則:先加工主要表面，如車外圓各個表面，端面等。后加工次要表面，如銑鍵槽等。 ④先外后內，先大后小原則：加工階梯外圓時先加工直徑較大的后加工直徑小的。 ⑤次要表面的加工安排：鍵槽等次要表面的加工通常安排在外圓精車或粗磨之后，精磨外圓之前。 ⑥對于Φ35+0.02 -0.003和Φ30+0.017 -0.002加工質量要求較高的表面，安排在后面精磨，并在前幾道工序中注意形位公差，在加工過程中不斷調整、保證其形位公差。 ⑦先面后孔原則：先加工端面，再加工孔。 （2）熱處理工序的安排 在粗加工后進行調質處理，能提高軸的綜合性能。最終熱處理安排在銑鍵槽之后粗磨之前。這樣能夠提高材料強度、表面硬度和耐磨性。 （3）輔助工序的安排 在粗加工和熱處理后，安排校直工序。在半精車加工之后安排去毛刺和中間檢驗工序。在精加工之后安排去毛刺、清洗和終檢工序。 綜上所述，該軸的工序安排順序為：鍛造——基準加工——主要表面粗加工——熱處理——主要表面半精加工——主要表面的精加工——車孔——銑鍵槽——淬火——精磨——去毛刺——檢驗。 3.5傳動軸工藝路線的確定 根據(jù)以上的加工工藝過程的分析確定零件的工藝路線如表3-2 表3-2的工藝路線 工序號 工序名稱 機床設備 刀具 量具 00 模鍛 10 粗車左右端面 CA6140 YT15 90° 游標卡尺 20 粗車各外圓 CA6140 YT15 90° 游標卡尺 30 調質處理 40 半精車Ⅰ-III外圓、內孔 CA6140 YT15 90° 游標卡尺 50 半精車Ⅴ-Ⅶ外圓 CA6140 YT15 90° 游標卡尺 60 校正 游標卡尺 70 精車Ⅰ-III外圓，內孔及螺紋 CA6140 YT15 90° YT15 45° 游標卡尺 千分尺 80 精車Ⅴ-Ⅶ外圓， 倒角 CA6140 YT15 90° YT15 45° 游標卡尺 千分尺 90 銑鍵槽 銑床X083 銑刀 游標卡尺 100 淬火 110 精磨ⅢⅤ外圓 磨床M1412 細砂輪 游標卡尺 千分尺 120 去毛刺 鉗工 130 檢查 游標卡尺/千分尺 四、機床設備的選用 4.1機床設備的選用 機床選擇的原則： 一、機床的加工范圍應與零件的尺寸相適應； 二、機床的精度應與工序要求的精度相適應； 三、機床生產效率應與零件的生產類型相適應。 經以上選用原則，又知生產類型是單件小批量生產，故加工設備采用砂輪切割機、普通車床、數(shù)控車床、銑床及磨床，具體安排如下： 一、下料用砂輪切割機 二、本設計為小批量生產，不要求很高的生產率，故選用臥式車床就能滿足要求，零件的外廓尺寸不大，此段工序精度要求不高，選用最常用的CA6140臥式車床即可。 四、零件需銑鍵槽，鍵槽需要粗銑、精銑，本設計采用X083型萬能銑床。 五、工序15采用M1412型磨床。 在本方案中，選用較高效率的專用機床和通用機床。根據(jù)該軸尺寸的大小要求，選用臥式銑床CA6140，外圓磨M1412，銑床X083。 4.2工藝裝備及夾具的選用 在本方案中，所用的刀具有通用道具和特殊刀具，量具有游標卡尺、卡尺、螺紋環(huán)規(guī)等。另外還要用到夾具。采用三爪卡片卡盤裝夾。 4.2.1 選擇夾具 在確定裝夾方案時，只需根據(jù)已選定的加工表面和定位基準確定工件的定位夾緊方式，并選擇合適的夾具。 （1）專用夾具：一般在產品相對穩(wěn)定、批量較大的生產中采用各種專用夾具，可獲得較高的生產率和加工精度。除大批量生產之外，中小批量生產中也需要采用一些專用夾具，但在結構設計設計時要進行具體的技術經濟分析； （2）組合夾具：組合夾具是一種模塊化的夾具。標準的模塊元件具有較高的精度和賴磨性，可組裝成各種夾具。夾具用完可拆卸，清洗后可留、待組裝新的夾具。由于使用組合夾具可縮短生產準備周期，元件能重復多次使用并具有減少專用夾具數(shù)量等優(yōu)點； （3）通用夾具：已經標準化的可加工一定范圍內不同工件的夾具，稱為通用夾具。其尺寸、結構已經規(guī)范化，而且具有一定的通用性，這類夾具適應性強，可用于一定形狀和尺寸范圍內的各種工件，價格便宜。其缺點是夾具精度不高，生產效率也比較低，較難裝夾。一般適用于單件小批量生產中。 選擇裝夾方法的要點： （1）盡可能的選擇箱體的設計基準為精基準；粗基準的選擇要保證重要表面的加工余量均勻，使不加工表面的尺寸、位置符合圖紙的要求，且便于裝夾； （2）加工中心高速強力切削時，定位基準要有足夠的接觸面積和分布面積，以承受大的切削力且定位移動可靠； （3）夾具本身要以加工中心工作臺上的基準槽或基準孔來定位并安裝到機床上，這可確保零件的工件坐標系與機床坐標系固定的尺寸關系，這是和普通機床的一個重要區(qū)別。 4.2.2 銑鍵槽夾具的設計特點 銑床夾具與其它機床夾具的不同之處在于：它是通過定位鍵在機床上定位，用對刀裝置決定銑刀相對于夾具的位置。 A、床夾具的安裝 銑床夾具在銑床工作臺上的安裝位置，直接影響被加工表面的位置精度，因而在設計時必須考慮其安裝方法，一般是在夾具底座下面裝兩個定位鍵。定位鍵的結構尺寸已標準化，應按銑床工作臺的T形槽尺寸選定，它和夾具底座以及工作臺T形槽的配合為H7/h6、H8/h8。兩定位鍵的距離應力求最大，以利提高安裝精度。 作為定位鍵的安裝是夾具過兩個定位鍵嵌入到銑床工作臺的同一條T 形槽中，再用T 形螺栓和墊圈、螺母將夾具體緊固在工作臺上，所以在夾具體上還需要提供兩個穿T形螺栓的耳座。如果夾具寬度較大時，可在同側設置兩個耳座，兩耳座的距離要和銑床工作臺兩個T形槽間的距離一致。 B、銑床夾具的對刀裝置 銑床夾具在工作臺上安裝好了以后，還要調整銑刀對夾具的相對位置，以便于進行定距加工。為了使刀具與工件被加工表面的相對位置能迅速而正確地對準，在夾具上可以采用對刀裝置。對刀裝置是由對刀塊和塞尺等組成，其結構尺寸已標準化。各種對刀塊的結構，可以根據(jù)工件的具體加工要求進行選擇。 由于銑削時切削力較大，振動也大，夾具體應有足夠的強度和剛度，還應盡可能降低夾具的重心，工件待加工表面應盡可能靠近工作臺，以提高夾具的穩(wěn)定性，通常夾具體的高寬比H/B≤1～1.25為宜。 4.2.3 銑削力及夾緊力的計算 （1）銑削力的計算 該零件銑外輪廓時的銑削力為，其計算公式如下： 公式（4.1） 式中： ────圓周銑削力（N）； ────銑削條件改變時銑削力修正系數(shù)； 、、、、、的值見《機械加工工藝手冊第2版第2卷》表2.1-79； ────背吃刀量； ────每齒進給量； ────銑削寬度； ────銑刀直徑； ────主軸轉速。 由切削用量中得知其粗銑時主軸轉速n=3185r/min，=0.5=1，=20，=0.15mm/齒，查《機械加工工藝手冊第2版第2卷》表2.1-78得知，=2450，=1.1，=0.8，=0.9，=0.1，=1.1，代入公式4.1計算銑削力 526.16N。 精銑時的切削力與鉆孔時的切削力均小于粗銑時的切削力，故只要夾緊力能滿足粗銑時的切削力即可滿足其它精銑與鉆孔的切削力。 （2）夾緊力的計算 根據(jù)切削力與夾緊力的關系式，查《機械加工工藝裝備設計手冊》得知K=2.34，故=2.34×526.16≈1231.21N。 4.2.3 夾具裝配草圖 圖4.3 夾具裝配圖 4.3定位原理的幾種情況 (1)完全定位 工件的六個自由度全部被限制，它在夾具中只有唯一的位置，稱為完全定位。 （2）部分定位 工件定位時，并非所有情況下都必須使工件完全定位。在滿足加工要求的條件下，少于六個支撐點的定位稱為部分定位。 在滿足加工要求的前提下，采用部分定位可簡化定位裝置，在生產中應用很多。如工件裝夾在電磁吸盤上磨削平面只需限制三個自由度。 （3）過定位（重復定位） 幾個定位支撐點重復限制一個自由度，稱為過定位。 A、一般情況下，應該避免使用過定位。 通常，過定位的結果將使工件的定位精度受到影響，定位不確定可使工件（或定位件）產生變形，所以在一般情況下，過定位是應該避免的。 B、過定位亦可合理應用 雖然工件在夾具中定位，通常要避免產生“過定位”，但是在某些條件下，合理地采用“過定位”，反而可以獲得良好的效果。這對剛性弱而精度高的航空、儀表類工件更為顯著。 此傳動軸里單獨的設計了一個定位裝置，夾緊機構為M12的螺桿螺栓和壓板，如下圖所示, 五、確定工序的刀具及切削用量 確定切削用量的原則：首先應選去盡可能大的背吃刀量，其次在機床動力和剛度允許的條件下，又滿足以加工表面粗糙度的情況下，選取盡可能大的進給量。最后根據(jù)公式確定最佳切削速度。 數(shù)控編程時，編程人員必須確定每道工序的切削用量，并以指令的形式寫入程序中。切削用量包括主軸轉速、背吃刀量及進給速度等。對于不同的加工方法，需要選用不同的切削用量。切削用量的選擇原則是：保證零件加工精度和表面粗糙度，充分發(fā)揮刀具切削性能，保證合理的刀具耐用度；并充分發(fā)揮機床的性能，最大限度提高生產率，降低成本。 5.1選擇數(shù)控刀具的原則 刀具壽命與切削用量有密切的關系。在制定切削用量時，應首先選擇合理的刀具壽命，而合理的刀具壽命則應根據(jù)優(yōu)化的目標而定。一般分最高生產率刀具壽命和最低成本刀具壽命兩種，前者根據(jù)單件工時最少的目標確定，后者根據(jù)工序成本最低的目標確定。 選擇刀具壽命時可考慮如下幾點根據(jù)道具復雜程度、制造和磨刀成本來選擇。復雜和精度高的刀具壽命應選的比單刃刀具高些。對于機夾可轉位刀具，由于換到時間短，為了充分發(fā)揮其切削性能，提高生產效率，刀具壽命可選的低些，一般取15-30min對于裝刀、換刀和調刀比較復雜的多刀機床、組合機床與自動化加工刀具，刀具壽命應選的高些，尤其保證刀具可靠性。車間內某一工序的生產率限制了整個車間的生產率的提高時，該工序的刀具壽命要選的低些，當某工序單位時間內所分擔到的全廠開支較大時，刀具壽命也應選的低些。大件精加工時，為保證至少完成一次走刀，避免切削時中途換刀，刀具壽命應按零件精度和表面粗糙度來定。與普通機床加工方法相比，數(shù)控加工對刀具提出了更高的要求，不僅需要剛性好、精度高，而求要求尺寸穩(wěn)定，耐用度高斷和排性能同時要求安裝和調整方便，這樣來滿足數(shù)控機床高效率的要求。數(shù)控機床上所選用的道具常采用適應高速切削的刀具材料（如高速鋼、超細粒質硬質合金）并使用可轉位刀片。 5.2刀具的選擇 數(shù)控車削刀常用的一般分成型車刀、尖形車刀、圓弧形車刀三類。成型車刀也稱樣板車刀，其加工零件的輪廓形狀完全由車刀刀刃的形狀和尺寸決定。數(shù)控車削加工中，常見的成型車刀有小半徑圓弧車刀、非矩形車槽刀和螺紋刀等。在數(shù)控加工中，應盡量少用或不用成型車刀。尖形車刀是以直線形切削刃為特征的車刀。這類車刀的刀尖由直線型主副切削刃構成，如60度內外圓車刀、左右端面車刀、切槽（切斷）車刀及刀尖倒棱很小的各種外圓和內孔車刀。尖形車刀幾何參數(shù)（主要是幾何角度）的選擇方法與普通車削時基本相同，但應結合數(shù)控加工的特點（如加工路線、加工干涉等）進行全面考慮，并應兼顧刀尖本身的強度。 ①外圓車刀：60°外圓粗車刀 ②外圓車刀：60°外圓精車刀 ③麻花鉆 ④鏜孔刀 ⑤內螺紋刀60° ⑥銑刀D12 和D6 5.3設置對刀點和換刀點 刀具究竟從什么位置開始移動到指定的位置呢？所以在程序執(zhí)行的一開始，必須確定刀具在工件坐標系下開始運動的位置，這一位置即為程序執(zhí)行時刀具相對與工件運動的起點，所以稱程序起始點或起刀點。此起始點一般通過對刀來確定，所以，該點又稱對刀點。在編制程序時，要正確選擇對刀點的位置。對刀點設置原則是：便于數(shù)值處理和簡化程序編制。易于找正并在加工過程中便于檢查，引起的加工誤差小。對刀點可設置在加工零件上，也可以設置在夾具上或機床上，為了提高零件的加工精度，對刀點應盡量設置在零件的設計基準或工藝基準上。實際操作機床時，可以通過手工對刀操作把刀具的刀位點放到對刀點上，即“刀位點”與“對刀點”的重合，所謂“刀位點”是指刀具定位基準點，車刀的刀位點為刀尖或刀尖圓弧中心。用手動對到操作，對刀精度較低，且效率低。而有些工廠采用光學對刀鏡、對刀儀、自動對刀裝置等，以減少對刀時間，提高對刀精度。加工過程中需要換刀時，應規(guī)定換刀點。所謂“換刀點”時指刀架轉動換刀時的位置，換刀點應設在工件或夾具的外部，以換刀時不碰工件及其他部件為準。 加工中，一般采用試切對刀法。首先對Z軸，當?shù)蹲叩饺缦聢D時，進入“刀具補償”→“刀偏表”→“試切直徑”，光標移動到刀具所在到位號，輸入所測d的值→按“測量”，此時X軸就對好了，如圖5-1 圖5-1 再對Z軸，當?shù)蹲叩饺缦聢D時，主軸停，用卡尺測量d，，“刀具補償”→“刀偏表”→“試切長度”，光標移動到刀具所在刀位號，輸入所測L的值，→按“測量”，此時Z軸就對好了，如圖5-2。 圖5-2 5.4車削用量的選擇 主軸轉速S/(r/min) 進 給 量 F/(mm/r) 吃 刀 量 F/(mm/r) 背 吃 刀 量 ap/mm 粗車端面 600 150 1 1.5 精車外圓及端面 1200 100 0.05 0.2 鉆孔 300 100 0.1 0 粗鏜孔 800 150 1 1.5 精鏜孔 1000 100 0.05 0.2 車螺紋 600 —— —— —— 5.5銑削用量的選擇 數(shù)控切削用量即切削參數(shù)包括主軸轉速、銑削深度與寬度、進給量、行距、殘留高度、層高等。對于不同的加工方法，需要選擇不同的切削用量。切削用量是加工過程中重要的組成部分，合理選擇切削用量的原則是：粗加工時，一般以提高生產率為主，但也應考慮經濟性和加工成本；半精加工和精加工時，應在保證加工質量的前提下，兼顧切削效率、經濟性和加工成本。切削用量的因素包括： （1）機床 機床剛性、最大轉速、進給速度等； （2）刀具 刀具長度、刃長、刀具刃口、刀具材料、刀具齒數(shù)、刀具直徑等； （3）工件 毛坯材質、熱處理性能等； （4）裝夾方式 壓板、臺鉗、托盤等； （5）冷卻情況 油冷、水冷、氣冷等。 (1)主軸轉速(n)。硬質合金刀具材料切削鋼件時，切削速度v取80～220m／min，根據(jù)公式n=1000v／πD及加工經驗，并根據(jù)實際情況，粗加工主軸轉速在400～1000r／min的范圍內選取，精加工的主軸轉速在800～2000r／min的范圍內選取。 (2)進給速度粗加工時，為提高生產效率，在保證工件質量的前提下，可選擇較高的進給速度，一般取100～200mm／min。當進行切槽、切斷、車孔加工或采用高速鋼刀具進行加工時，應選用較低的進給速度，一般在50～100mm／min的范圍內選取。 精加工的進給速度一般取粗加工進給速度的1／2。刀具空行程的進給速度一般取G00速度，或在G01時選取F120～1500mm／min。 背吃刀量(aP)背吃刀量根據(jù)機床與刀具的剛性及加工精度來確定，粗加工的背吃刀量一般取2～5mm(直徑量)，精加工的背吃刀量等于精加工余量，精加工余量一般取0.2～0.5mm(直徑量)。 5.6磨削外圓面 查表取磨削縱向進給量為0.03mm 磨削橫向進給量為0.01mm 工件的運動速度為20m/min， 背吃刀量等于磨削余量0.1mm 5.7主軸轉速的確定 主軸轉速應根據(jù)允許的切削速度和工件的（或刀具）的直徑來選擇，其計算公式為： （公式5-1） 公式中： 為切削速度，單位為m/min由刀具的耐用度決定； n為主軸的轉速，單位為r/min； D為銑刀的直徑，單位為mm。 切削速度的選取如表5-2所示: 表5-2 銑削時切削速度 工件材料 硬度/HBS 切削速度/(m/min) 高速鋼銑刀 硬質合金銑刀 鋼 <225 18~42 66~150 225~325 12~36 54~120 325~425 6~21 36~75 鑄鐵 <190 21~36 66~150 190~260 9~18 45~90 160~320 4.5~10 21~30 鋁 70~120 100~200 200~400 由于每把刀計算方式相同，現(xiàn)選取粗、精銑平面Ф12的立銑刀為例說明其計算過程。 根據(jù)切削原理可知，切削速度的高低主要取決于被加工零件的精度、材料、刀具的材料和刀具耐用度等因素。 從理論上講，切削速度的值越大越好，因為這不僅可以提高生產率，而且可以避免生成積屑瘤的臨界速度，獲得較低的表面粗糙度值。但實際上由于機床、刀具等的限制，綜合考慮： 取粗銑時=200m/min 精銑時=150m/min 代入5-2式中： = 1000 ×200/（3.14×12） = 1000×150/（3.14×12） =1326r/min =3980r/min 5.8冷卻液的選擇 為了刀具和工件的溫度，不僅要減少切削熱的產生，而且要改善散熱條件，使用切削液可以有效的降低溫度還可以防止切削層金屬的變形。減少切削與刀具前面的摩擦和工件與刀具后面的摩擦，現(xiàn)有冷卻液分為：水溶液、乳化液和切削油三大類。根據(jù)零件材料和刀具材料分析，為了得到較高的表面質量和精度，并且減少水與鋁的化學反應。所以選取10％乳化液效果較好。 冷卻液表5-3如下所示： 表5-3 冷卻液主要成分及作用 冷卻液名稱 主要成分 主要作用 水溶液 水、防銹添加劑 冷卻 乳化液 水、油、乳化悸 冷卻、潤滑、防銹 切削油 礦物油、動植物油、極壓油添加劑或油性 潤滑 六、數(shù)控加工程序的編制 6.1確定編程坐標系及編程原點 數(shù)控機床采用右手笛卡兒直角坐標系，其基本坐標軸為X、T、Z直角坐標系，相對于每個坐標軸的旋轉運動坐標為A、B、C。 編程原點也稱工件原點，一般用G92或G54-G59（對于數(shù)控鏜銑床）和G50（對于數(shù)控車床）設置。 根據(jù)以上可以知道，編程坐標系及編程原點的選擇要滿足以下幾個方面的要求： 1.所選的編程原點及坐標系要使程序編制簡單。 2.編程原點應選在容易找正，并在加工過程中便于檢查的位置。 3.引起的加工誤差小。 4.一般回轉體零件的編程零點選在其加工面的回轉軸線與端面交點處。 6.2加工程序編制 左端加工仿真效果圖 %1234 程序名 M03T0101S1200 啟動主軸，1號刀 G0X60Z2 快速定位 G71U1R1P1Q2X0.5Z0.1F150 外圓車削循環(huán) N1G01X13F120 直線插補 Z0 直線插補 X15W-1 倒角 Z-12 直線插補 X17 直線插補 Z-15 直線插補 X20 直線插補 Z-42 直線插補 X26 直線插補 X30W-2 倒角 W-31 直線插補 X34 直線插補 X38W-2 倒角 W-42 直線插補 X53 直線插補 X55W-1 倒角 W-15 直線插補 N2X61 直線插補 G0X100 退刀 Z100 退刀 M30 程序結束，返回程序起始段 右端加工仿真效果圖 %4567 程序名 M03S1200T0101 起動主軸 G0X60Z3 快速定位 G71U1R1P1Q2X0.5Z0.1F150 外圓車削循環(huán) N1G01X30.5F120 直線插補 Z0 直線插補 X34.5W-2 倒角 Z-35 直線插補 X35 直線插補 W-18 直線插補 X53 直線插補 X55W-1 倒角 N2X61 直線插補 G0X100 快速退刀 Z100 快速退刀 M03T0202S1000 換鏜孔刀 G0X20Z1 快速定位 G01X23.5F150 直線插補 Z0 直線插補 G01X20.5W-1.5 倒角 Z-20 直線插補 X20 直線插補 G0Z100 快速退刀 M03T0303S600 換刀，車螺紋 G0X18Z1 快速定位 G82X20.8Z-15F1.5 螺紋車削 X21.3 螺紋車削 X21.6 螺紋車削 X21.8 螺紋車削 X22 螺紋車削 X22 螺紋車削 G0Z100 快速退刀 M30 程序結束，返回程序起始段 七、課程設計體會 在做本次課程設計的過程中，我感觸最深的當數(shù)查閱大量的設計手冊了。為了讓自己的設計更加完善，更加符合工程標準，一次次翻閱機械設計手冊是十分必要的，同時也是必不可少的。這次對傳動軸的機械加工工藝過程的課程設計,充分調動了我的理論知識，同時大大增強了我的實踐能力。在課程設計的過程中我深深地體會到: 首先必須充分做好工藝編制的前期準備工作；要熟悉零件的結構特點,技術要求,所用材料,生產批量,該零件的作用和具體的生產條件,這些方面直接決定了零件的加工工藝規(guī)程。 其次工藝路線的擬定是關鍵,在擬定工藝路線時,要在綜合分析零件加工個表面基礎上,首先分析確定零件各個表面的定位基準,加工方法,加工順序和加工階段的劃分,然后再提出初步的加工工藝方案,并進行分析比較,最終確定一個合理的工藝方案。這其中,定位基準的選擇是基礎,要學會對粗、精基準選擇的條件進行判斷和綜合分析,對加工工序順序的安排要始終考慮先加工基準面在加工其他表面,先加工平面在加工孔,先加工主要表面后加工次要表面,先安排粗加工工序后安排精加工工序的原則,來擬定工藝路線。相對來說工藝路線的擬定是關鍵,也是難點。 對傳動軸軸加工的工藝設計以及設計說明書的編寫,進一步培養(yǎng)了我的分析、總結和表達的能力,鞏固、深化了在設計中所獲得的知識,讓我們更加貼近于生產實際,讓我更加清晰的看到了理論與實際在設計中的差別,通過設計使我能夠綜合、靈活、有條理地應用機械制造方面的知識,熟練掌握機械加工工藝規(guī)程的制定,充分表達自己對工藝的理解和發(fā)現(xiàn)?？偟膩碚f，這次設計使我在基本理論的綜合運用及正確解決實際問題等方面得到了一次較好的訓練。提高了我的思考，解決問題創(chuàng)新設計的能力，為以后的設計工作打下較好的基礎。 八、參考資料 1、王先逵,機械制造工藝學(第2版),機械工業(yè)出版社. 2、黃如林,切削加工簡明使用手冊,化學工業(yè)出版社. 3、陳宏鈞,金屬切削技術基礎手冊,機械工業(yè)出版社. 4、徐學林,互換性與測量技術（第二版）,湖南大學出版社 5、鄧文英 宋力宏,金屬工藝學（第五版）,高等教育出版社. 37