傳動軸零件的機(jī)械加工工藝規(guī)程與機(jī)床夾具設(shè)計

傳動軸零件的機(jī)械加工工藝規(guī)程與機(jī)床夾具設(shè)計,傳動軸零件的機(jī)械加工工藝規(guī)程與機(jī)床夾具設(shè)計,傳動軸,零件,機(jī)械,加工,工藝,規(guī)程,機(jī)床,夾具,設(shè)計 說明書 課題名稱： 傳動軸零件的機(jī)械加工工藝規(guī)程與機(jī)床夾具設(shè)計 班級： 姓名： 學(xué)號： 指導(dǎo)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(jié)構(gòu)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(zhǔn)選擇、加工方案、制定工藝路線 7 3.1定位基準(zhǔn)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(jī)床設(shè)備的選用 15 4.1機(jī)床設(shè)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(shè)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(shè)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(zhuǎn)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(biāo)系及編程原點 29 6.2加工程序編制 30 七、課程設(shè)計體會 35 八、參考資料 37 摘 要 傳動軸是組成機(jī)器零件的主要零件之一，一切做回轉(zhuǎn)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(jìn)行運動及動力的傳動，傳動軸常用于變速箱與驅(qū)動橋之間的連接。通過對該零件的圖樣進(jìn)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(zhǔn)的確定，和對該零件加工的各階段進(jìn)行了仔細(xì)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(guān)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(qiáng)度、扭轉(zhuǎn)強(qiáng)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(nèi)部組織均勻，強(qiáng)度比較好，重要的軸、大尺寸或階梯尺寸變化較大的軸，應(yīng)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(yīng)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(qiáng)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(xué)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(zhì)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(qiáng)度鑄鐵和球墨鑄鐵容易作成復(fù)雜的形狀，而且價廉，吸振性和耐磨性好，對應(yīng)力集中的敏感性較低，故常用于制造外形復(fù)雜的軸。軸的結(jié)構(gòu)如下圖1-4所示應(yīng)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(yīng)設(shè)計出砂輪越程槽，需車制螺紋的軸段應(yīng)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(yīng)該開在同一母線位置上。為便于裝配，軸端應(yīng)有倒角。軸肩高度不能妨礙零件的拆卸。對于階梯軸一般設(shè)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(xì)，符合強(qiáng)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(dá)到了0.8μm。零件的中心軸是設(shè)計基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)。 （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(diào)質(zhì)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(jī)械性能良好。該材料是優(yōu)質(zhì)碳素鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理之后具有良好的力學(xué)性能和切削加工性能。經(jīng)淬火加高溫回火后具有良好的綜合力學(xué)性能，具有較高的強(qiáng)度、較好的韌性和塑性。 （2）該軸式階梯軸，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度一般。根據(jù)表面粗糙度要求和生產(chǎn)類型，表面加工分為粗加工和精加工。加工時應(yīng)把精加工和粗加工分開，這樣經(jīng)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(yīng)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(qiáng)度和保證零件的內(nèi)應(yīng)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(dǎo)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(jié)構(gòu)工藝性 （1）結(jié)構(gòu)力求簡單、對稱，橫截面尺寸不應(yīng)該有突然地變化。 （2）應(yīng)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(zhuǎn)力矩,且載荷比較大。為增強(qiáng)它的抗扭強(qiáng)度和沖擊韌度，毛坯應(yīng)選用優(yōu)質(zhì)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(jīng)濟(jì)性以及設(shè)計對材料要求，本設(shè)計采用鋼。為提高經(jīng)濟(jì)性和生產(chǎn)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(yīng)采用先進(jìn)的工藝方法力求在可靠地保證質(zhì)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(chǎn)綱領(lǐng)可知此軸直徑相差不大且是小批量生產(chǎn)，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(yīng)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(yīng)該選擇60mm，毛坯長度應(yīng)選180mm，既毛坯尺寸為60mmX185mm。 三、傳動軸的基準(zhǔn)選擇、加工方案、制定工藝路線 3.1定位基準(zhǔn)的選擇 正確的選擇定位基準(zhǔn)是設(shè)計工藝過程中的一項重要的內(nèi)容，也是保證加工精度的關(guān)鍵，定位基準(zhǔn)分為精基準(zhǔn)和粗基準(zhǔn)，以下為定位基準(zhǔn)的選擇。 （1）粗基準(zhǔn)的選擇 粗基準(zhǔn)的選擇應(yīng)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(zhǔn)。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(zhǔn)，或用外圓表面和頂尖孔共同作為粗基準(zhǔn)。用外圓表面定位時，因基準(zhǔn)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(yīng)選該表面為粗基準(zhǔn)，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(zhǔn)選擇應(yīng)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(yīng)選用不加工表面為粗基準(zhǔn)，如果零件上有不需加工的表面，則應(yīng)選擇該面作粗基準(zhǔn)，以保證不加工表面與加工表面之間的相互位置精度。當(dāng)零件上有幾個不需加工的表面時，應(yīng)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(zhǔn)； 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(zhǔn)，選擇重要表面或加工余量最小的表面作為粗基準(zhǔn)，若工件所有表面都需加工，應(yīng)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(zhǔn)，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(zhǔn)，這是為了保證定位的準(zhǔn)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(zhǔn)； D、粗基準(zhǔn)應(yīng)避免重復(fù)使用，特別是主要定位基準(zhǔn)，因為粗基準(zhǔn)本身是毛坯面，精度和表面粗糙度很差，重復(fù)使用會導(dǎo)致加工表面產(chǎn)生較大的位置誤差。 依據(jù)以上原則本設(shè)計粗車時以外圓和兩端面為粗基準(zhǔn)。 （2）精基準(zhǔn)的選擇 選擇精基準(zhǔn)應(yīng)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(zhǔn)做精基準(zhǔn)，實現(xiàn)基準(zhǔn)重合，以免產(chǎn)生基準(zhǔn)不重合誤差； B、當(dāng)用一組精基準(zhǔn)定位可以較方便加工其它各表面時，應(yīng)盡可能多采用此組精基準(zhǔn)定位，實現(xiàn)基準(zhǔn)統(tǒng)一，減少工裝費用，避免基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換誤差； C、當(dāng)精基準(zhǔn)要求加工余量小而且均勻時，應(yīng)選擇加工表面自身為精基準(zhǔn)，實現(xiàn)自為基準(zhǔn)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(zhǔn)，反復(fù)加工原則； E、選擇定位準(zhǔn)確、穩(wěn)定、夾緊可靠，使夾具結(jié)構(gòu)簡單原則。 根據(jù)傳動軸的技術(shù)要求和裝配要求，應(yīng)選擇軸左端面Φ34.5和右端面Φ17為精基準(zhǔn)。零件上的很多表面都可以以兩端面作為基準(zhǔn)進(jìn)行加工。可避免基準(zhǔn)轉(zhuǎn)化誤差，也遵循基準(zhǔn)統(tǒng)一原則。兩端的中心軸線是設(shè)計基準(zhǔn)。選用中心軸線為定位基準(zhǔn)，可保證表面最后的加工位置精度，實現(xiàn)了設(shè)計基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)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(zhǔn)。 依據(jù)以上原則本設(shè)計精車時以兩側(cè)端面中心孔為精基準(zhǔn)。 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(jié)構(gòu)特點等因素選用相應(yīng)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(jìn)和發(fā)展、新加工方法的推廣以及毛坯制造新技術(shù)發(fā)展等。具有一定技術(shù)要求的加工表面，一般都不是只加工一次就能達(dá)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(dá)到規(guī)定的精度。而達(dá)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(yīng)注意如下幾個方面： 一、所選加工方法的經(jīng)濟(jì)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(yīng)。經(jīng)濟(jì)加工精度是指在正常加工條件下（采用標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備、工藝裝備和標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)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(yīng)。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(chǎn)類型相適應(yīng)。大批量生產(chǎn)時，應(yīng)采用高效率的機(jī)床設(shè)備和先進(jìn)的加工方法。如加工內(nèi)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(chǎn)條件相適應(yīng)。選擇加工方法不能脫離本廠現(xiàn)有設(shè)備狀況和工人技術(shù)水平。既要充分利用現(xiàn)有設(shè)備，也要注意不斷地對原有設(shè)備和工藝進(jìn)行技術(shù)改造，適應(yīng)生產(chǎn)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(jīng)濟(jì)高效地加工出來。所以，應(yīng)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(yīng)用，將幾種加工方法結(jié)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(zhì)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(zhì)量合理，劃分加工階段能合理地使用機(jī)床設(shè)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(hù)精加工過后的表面。 ②階段的劃分：傳動軸的加工質(zhì)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(chǎn)量。將Ⅰ和VII的精基準(zhǔn)的粗加工完成，可以保證后續(xù)工序都采用精基準(zhǔn)進(jìn)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(zhǔn)備，完成軸各表面的加工。在精加工階段，對各軸面軸表面進(jìn)行加工。使要求不高的面達(dá)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(jìn)行加工，使其達(dá)到規(guī)定的質(zhì)量要求。車削加工完成后則對鍵槽進(jìn)行銑削。 3.4加工順序的安排 （1）機(jī)械加工工序 ①按先基準(zhǔn)平面后其他的原則：機(jī)械加工工藝安排是總是先加工好定位基準(zhǔn)面，所以應(yīng)先安排為后續(xù)工序準(zhǔn)備好定為基準(zhǔn)。先加工精基準(zhǔn)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(nèi)，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(zhì)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(diào)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(jìn)行調(diào)質(zhì)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(qiáng)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(zhǔn)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(jī)床設(shè)備 刀具 量具 00 模鍛 10 粗車左右端面 CA6140 YT15 90° 游標(biāo)卡尺 20 粗車各外圓 CA6140 YT15 90° 游標(biāo)卡尺 30 調(diào)質(zhì)處理 40 半精車Ⅰ-III外圓、內(nèi)孔 CA6140 YT15 90° 游標(biāo)卡尺 50 半精車Ⅴ-Ⅶ外圓 CA6140 YT15 90° 游標(biāo)卡尺 60 校正 游標(biāo)卡尺 70 精車Ⅰ-III外圓，內(nèi)孔及螺紋 CA6140 YT15 90° YT15 45° 游標(biāo)卡尺 千分尺 80 精車Ⅴ-Ⅶ外圓， 倒角 CA6140 YT15 90° YT15 45° 游標(biāo)卡尺 千分尺 90 銑鍵槽 銑床X083 銑刀 游標(biāo)卡尺 100 淬火 110 精磨ⅢⅤ外圓 磨床M1412 細(xì)砂輪 游標(biāo)卡尺 千分尺 120 去毛刺 鉗工 130 檢查 游標(biāo)卡尺/千分尺 四、機(jī)床設(shè)備的選用 4.1機(jī)床設(shè)備的選用 機(jī)床選擇的原則： 一、機(jī)床的加工范圍應(yīng)與零件的尺寸相適應(yīng)； 二、機(jī)床的精度應(yīng)與工序要求的精度相適應(yīng)； 三、機(jī)床生產(chǎn)效率應(yīng)與零件的生產(chǎn)類型相適應(yīng)。 經(jīng)以上選用原則，又知生產(chǎn)類型是單件小批量生產(chǎn)，故加工設(shè)備采用砂輪切割機(jī)、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(jī) 二、本設(shè)計為小批量生產(chǎn)，不要求很高的生產(chǎn)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(shè)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(jī)床和通用機(jī)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(biāo)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(zhǔn)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(chǎn)品相對穩(wěn)定、批量較大的生產(chǎn)中采用各種專用夾具，可獲得較高的生產(chǎn)率和加工精度。除大批量生產(chǎn)之外，中小批量生產(chǎn)中也需要采用一些專用夾具，但在結(jié)構(gòu)設(shè)計設(shè)計時要進(jìn)行具體的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析； （2）組合夾具：組合夾具是一種模塊化的夾具。標(biāo)準(zhǔn)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(chǎn)準(zhǔn)備周期，元件能重復(fù)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(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化的可加工一定范圍內(nèi)不同工件的夾具，稱為通用夾具。其尺寸、結(jié)構(gòu)已經(jīng)規(guī)范化，而且具有一定的通用性，這類夾具適應(yīng)性強(qiáng)，可用于一定形狀和尺寸范圍內(nèi)的各種工件，價格便宜。其缺點是夾具精度不高，生產(chǎn)效率也比較低，較難裝夾。一般適用于單件小批量生產(chǎn)中。 選擇裝夾方法的要點： （1）盡可能的選擇箱體的設(shè)計基準(zhǔn)為精基準(zhǔn)；粗基準(zhǔn)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(qiáng)力切削時，定位基準(zhǔn)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(zhǔn)槽或基準(zhǔn)孔來定位并安裝到機(jī)床上，這可確保零件的工件坐標(biāo)系與機(jī)床坐標(biāo)系固定的尺寸關(guān)系，這是和普通機(jī)床的一個重要區(qū)別。 4.2.2 銑鍵槽夾具的設(shè)計特點 銑床夾具與其它機(jī)床夾具的不同之處在于：它是通過定位鍵在機(jī)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(shè)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(jié)構(gòu)尺寸已標(biāo)準(zhǔn)化，應(yīng)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(yīng)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(cè)設(shè)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(diào)整銑刀對夾具的相對位置，以便于進(jìn)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(zhǔn)，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(jié)構(gòu)尺寸已標(biāo)準(zhǔn)化。各種對刀塊的結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)工件的具體加工要求進(jìn)行選擇。 由于銑削時切削力較大，振動也大，夾具體應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度，還應(yīng)盡可能降低夾具的重心，工件待加工表面應(yīng)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(jī)械加工工藝手冊第2版第2卷》表2.1-79； ────背吃刀量； ────每齒進(jìn)給量； ────銑削寬度； ────銑刀直徑； ────主軸轉(zhuǎn)速。 由切削用量中得知其粗銑時主軸轉(zhuǎn)速n=3185r/min，=0.5=1，=20，=0.15mm/齒，查《機(jī)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(guān)系式，查《機(jī)械加工工藝裝備設(shè)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(chǎn)中應(yīng)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(fù)定位） 幾個定位支撐點重復(fù)限制一個自由度，稱為過定位。 A、一般情況下，應(yīng)該避免使用過定位。 通常，過定位的結(jié)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(chǎn)生變形，所以在一般情況下，過定位是應(yīng)該避免的。 B、過定位亦可合理應(yīng)用 雖然工件在夾具中定位，通常要避免產(chǎn)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(shè)計了一個定位裝置，夾緊機(jī)構(gòu)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(yīng)選去盡可能大的背吃刀量，其次在機(jī)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(jìn)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(zhuǎn)速、背吃刀量及進(jìn)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(jī)床的性能，最大限度提高生產(chǎn)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(guān)系。在制定切削用量時，應(yīng)首先選擇合理的刀具壽命，而合理的刀具壽命則應(yīng)根據(jù)優(yōu)化的目標(biāo)而定。一般分最高生產(chǎn)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(biāo)確定，后者根據(jù)工序成本最低的目標(biāo)確定。 選擇刀具壽命時可考慮如下幾點根據(jù)道具復(fù)雜程度、制造和磨刀成本來選擇。復(fù)雜和精度高的刀具壽命應(yīng)選的比單刃刀具高些。對于機(jī)夾可轉(zhuǎn)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(chǎn)效率，刀具壽命可選的低些，一般取15-30min對于裝刀、換刀和調(diào)刀比較復(fù)雜的多刀機(jī)床、組合機(jī)床與自動化加工刀具，刀具壽命應(yīng)選的高些，尤其保證刀具可靠性。車間內(nèi)某一工序的生產(chǎn)率限制了整個車間的生產(chǎn)率的提高時，該工序的刀具壽命要選的低些，當(dāng)某工序單位時間內(nèi)所分擔(dān)到的全廠開支較大時，刀具壽命也應(yīng)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(yīng)按零件精度和表面粗糙度來定。與普通機(jī)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(diào)整方便，這樣來滿足數(shù)控機(jī)床高效率的要求。數(shù)控機(jī)床上所選用的道具常采用適應(yīng)高速切削的刀具材料（如高速鋼、超細(xì)粒質(zhì)硬質(zhì)合金）并使用可轉(zhuǎn)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(yīng)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(gòu)成，如60度內(nèi)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(nèi)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(yīng)結(jié)合數(shù)控加工的特點（如加工路線、加工干涉等）進(jìn)行全面考慮，并應(yīng)兼顧刀尖本身的強(qiáng)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(nèi)螺紋刀60° ⑥銑刀D12 和D6 5.3設(shè)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(biāo)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(shè)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(shè)置在加工零件上，也可以設(shè)置在夾具上或機(jī)床上，為了提高零件的加工精度，對刀點應(yīng)盡量設(shè)置在零件的設(shè)計基準(zhǔn)或工藝基準(zhǔn)上。實際操作機(jī)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(zhǔn)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(xué)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(yīng)規(guī)定換刀點。所謂“換刀點”時指刀架轉(zhuǎn)動換刀時的位置，換刀點應(yīng)設(shè)在工件或夾具的外部，以換刀時不碰工件及其他部件為準(zhǔn)。 加工中，一般采用試切對刀法。首先對Z軸，當(dāng)?shù)蹲叩饺缦聢D時，進(jìn)入“刀具補(bǔ)償”→“刀偏表”→“試切直徑”，光標(biāo)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(dāng)?shù)蹲叩饺缦聢D時，主軸停，用卡尺測量d，，“刀具補(bǔ)償”→“刀偏表”→“試切長度”，光標(biāo)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(zhuǎn)速S/(r/min) 進(jìn) 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(zhuǎn)速、銑削深度與寬度、進(jìn)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(chǎn)率為主，但也應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)性和加工成本；半精加工和精加工時，應(yīng)在保證加工質(zhì)量的前提下，兼顧切削效率、經(jīng)濟(jì)性和加工成本。切削用量的因素包括： （1）機(jī)床 機(jī)床剛性、最大轉(zhuǎn)速、進(jìn)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(zhì)、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(zhuǎn)速(n)。硬質(zhì)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(jīng)驗，并根據(jù)實際情況，粗加工主軸轉(zhuǎn)速在400～1000r／min的范圍內(nèi)選取，精加工的主軸轉(zhuǎn)速在800～2000r／min的范圍內(nèi)選取。 (2)進(jìn)給速度粗加工時，為提高生產(chǎn)效率，在保證工件質(zhì)量的前提下，可選擇較高的進(jìn)給速度，一般取100～200mm／min。當(dāng)進(jìn)行切槽、切斷、車孔加工或采用高速鋼刀具進(jìn)行加工時，應(yīng)選用較低的進(jìn)給速度，一般在50～100mm／min的范圍內(nèi)選取。 精加工的進(jìn)給速度一般取粗加工進(jìn)給速度的1／2。刀具空行程的進(jìn)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(jī)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(jìn)給量為0.03mm 磨削橫向進(jìn)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(zhuǎn)速的確定 主軸轉(zhuǎn)速應(yīng)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(zhuǎn)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(zhì)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(chǎn)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(jī)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(chǎn)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(zhì)量和精度，并且減少水與鋁的化學(xué)反應(yīng)。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(biāo)系及編程原點 數(shù)控機(jī)床采用右手笛卡兒直角坐標(biāo)系，其基本坐標(biāo)軸為X、T、Z直角坐標(biāo)系，相對于每個坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)運動坐標(biāo)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(shè)置。 根據(jù)以上可以知道，編程坐標(biāo)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(biāo)系要使程序編制簡單。 2.編程原點應(yīng)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(zhuǎn)體零件的編程零點選在其加工面的回轉(zhuǎn)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(bǔ) Z0 直線插補(bǔ) X15W-1 倒角 Z-12 直線插補(bǔ) X17 直線插補(bǔ) Z-15 直線插補(bǔ) X20 直線插補(bǔ) Z-42 直線插補(bǔ) X26 直線插補(bǔ) X30W-2 倒角 W-31 直線插補(bǔ) X34 直線插補(bǔ) X38W-2 倒角 W-42 直線插補(bǔ) X53 直線插補(bǔ) X55W-1 倒角 W-15 直線插補(bǔ) N2X61 直線插補(bǔ) G0X100 退刀 Z100 退刀 M30 程序結(jié)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(bǔ) Z0 直線插補(bǔ) X34.5W-2 倒角 Z-35 直線插補(bǔ) X35 直線插補(bǔ) W-18 直線插補(bǔ) X53 直線插補(bǔ) X55W-1 倒角 N2X61 直線插補(bǔ) 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(bǔ) Z0 直線插補(bǔ) G01X20.5W-1.5 倒角 Z-20 直線插補(bǔ) X20 直線插補(bǔ) 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(jié)束，返回程序起始段 七、課程設(shè)計體會 在做本次課程設(shè)計的過程中，我感觸最深的當(dāng)數(shù)查閱大量的設(shè)計手冊了。為了讓自己的設(shè)計更加完善，更加符合工程標(biāo)準(zhǔn)，一次次翻閱機(jī)械設(shè)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(jī)械加工工藝過程的課程設(shè)計,充分調(diào)動了我的理論知識，同時大大增強(qiáng)了我的實踐能力。在課程設(shè)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(zhǔn)備工作；要熟悉零件的結(jié)構(gòu)特點,技術(shù)要求,所用材料,生產(chǎn)批量,該零件的作用和具體的生產(chǎn)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(guān)鍵,在擬定工藝路線時,要在綜合分析零件加工個表面基礎(chǔ)上,首先分析確定零件各個表面的定位基準(zhǔn),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(jìn)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(zhǔn)的選擇是基礎(chǔ),要學(xué)會對粗、精基準(zhǔn)選擇的條件進(jìn)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(zhǔn)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(guān)鍵,也是難點。 對傳動軸軸加工的工藝設(shè)計以及設(shè)計說明書的編寫,進(jìn)一步培養(yǎng)了我的分析、總結(jié)和表達(dá)的能力,鞏固、深化了在設(shè)計中所獲得的知識,讓我們更加貼近于生產(chǎn)實際,讓我更加清晰的看到了理論與實際在設(shè)計中的差別,通過設(shè)計使我能夠綜合、靈活、有條理地應(yīng)用機(jī)械制造方面的知識,熟練掌握機(jī)械加工工藝規(guī)程的制定,充分表達(dá)自己對工藝的理解和發(fā)現(xiàn)?？偟膩碚f，這次設(shè)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(xùn)練。提高了我的思考，解決問題創(chuàng)新設(shè)計的能力，為以后的設(shè)計工作打下較好的基礎(chǔ)。 八、參考資料 1、王先逵,機(jī)械制造工藝學(xué)(第2版),機(jī)械工業(yè)出版社. 2、黃如林,切削加工簡明使用手冊,化學(xué)工業(yè)出版社. 3、陳宏鈞,金屬切削技術(shù)基礎(chǔ)手冊,機(jī)械工業(yè)出版社. 4、徐學(xué)林,互換性與測量技術(shù)（第二版）,湖南大學(xué)出版社 5、鄧文英 宋力宏,金屬工藝學(xué)（第五版）,高等教育出版社. 37