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1、精选优质文档-倾情为你奉上DF4芯轴设计说明书一、零件图 1 零件的功用本零件为DF4机车轴箱拉杆的芯轴，其功用是用来支承转动零件只承受弯矩而不传递扭矩。2 零件工艺分析本零件为回转体零件，本零件共有两组加工表面，现分析如下：A. 以22孔为中心的加工表面这一组加工表面包括：两个22孔，两个粗糙度为Ra1.6m的1：10斜面，两个粗糙度为Ra6.3m的平面及相关圆角、倒角。B. 60的圆柱面的加工该圆柱面直径为60-0.2-0mm,长度为115-0.70-0.23b12mm，要求粗糙度为Ra0.8m。这两组加工面中，加工1：10斜面是整个零件加工中的关键工序，需重点考虑。两组加工面无特殊的位置
2、要求。对于这两组加工表面而言，可以先加工其中一组表面，然后借助于专用夹具加工另一组表面。二、工艺规程的设计1 确定毛坯的制造形式零件材料为45钢。考虑到列车在运行中要经常加速及正、反向行驶，零件在工作过程中则经常承受交变载荷及冲击性载荷，因此应该选用锻件，以使金属尽量不被切断，保证零件工作可靠。由于零件年产量5000件，已达大批生产水平，且零件的轮廓尺寸不大，故可以采用锻模成型。这从提高生产率、保证加工精度上考虑，也是应该的。2 基面的选择基面选择是工艺规程设计的重要工作之一。基面选择得正确与合理，可以使加工质量得以保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中就会问题百出，更有甚者，还会造成零件
3、大批报废，使生产无法正常进行。A. 粗基准的选择由于零件毛坯为阶梯轴。毛坯制造时，大小外圆有制造工艺导致的不同轴度误差。此时，选择小端外圆为粗基准面，先加工大端外圆，然后以车过的外圆为精基准面，加工小端外圆。这样可以保证小端外圆有足够的加工余量。B精基准的选择主要应该考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该对尺寸进行换算，这在以后还要专门计算，此处不再重复。3 制定工艺路线制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已确定为大批生产的条件下，可以考虑采用万能型机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外，还应当
4、考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。在本设计中，先加工60外圆，然后再以此为粗基准加工54外圆，易于保证足够的加工余量。铣平行平面和铣1：10斜度斜面，后者需要前者定位，且所使用的工装不同，因此，两者分成两个工序。因此，最后的工序确定如下：工序号内容设备0锻毛坯件5正火处理10打中心孔、车60外圆C620-1卧式车床15车54外圆，倒角2X45，倒圆角R2，其余棱角倒钝C620-1卧式车床20调质处理25修中心孔、磨60、54外圆30铣平行平面X53K铣床35粗铣、精铣1：10斜度斜面X53K铣床40钻2X22通孔Z3050钻床45钳工去除飞边毛刺50检查，入库以上工艺过程详见机械加工工艺过
5、程卡片。4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定DF4芯轴零件材料为45钢，硬度HB269-311，生产类型为大批生产，毛坯质量约5kg。采用在锻锤毛坯合模模锻毛坯。此法锻出的零件尺寸精度高，尺寸公差0.1mm-0.2mm，表面粗糙度为Ra12.5m，毛坯的纤维组织好、强度高，生产率较高，适于大批生产。根据上述原始资料及加工工艺，分别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：A. 外圆表面（60外圆）查表5-14（参考文献【5】，p115）得：粗车：直径余量2Z=3.6mm(2.3mm)，直径偏差-0.74mm查表5-21（参考文献【5】，p118）得：磨：2Z=0.4mmB.
6、外圆表面（54外圆）查表5-14（参考文献【5】，p115）得：粗车：直径余量2Z=3.6mm(2.3mm)，直径偏差-0.74mm查表5-15（参考文献【5】，p115）得：磨：2Z=0.4mmC. 外圆表面沿轴线长度方向的加工余量及公差查表2.2-13（文献【1】，p47）得：锻件质量为5kg，复杂形状系数为S1，材质系数取M1。同轴度错差为1mm，长度方向的偏差为-0.9+1.9mm。查表2.2-25（文献【1】，p54）得：水平方向的余量为1.7-2.2mm，取2.0mm。D. 平行平面查表5-45（文献【5】，p129）得：加工余量取Z=5.0mm 。E. 1：10斜度斜面查表5-4
7、5（文献【5】，p129）得：粗铣加工余量为4mm。半精铣：Z=1.0mmF. 2X22内孔查表2.3-8（文献【1】，p65）钻孔22：2Z=20mm。由于毛坯及以后的各道工序的加工都有加工公差，因此所规定的加工余量其实只是名义上的加工余量。实际上，加工余量有最大加工余量和最小加工余量之分。由于本设计规定的零件为大批生产，应该采用调整法加工，因此在计算最大、最小加工余量时，应按调整法的加工方式予以确定。中间大端：毛坯名义尺寸：60+2X2=64mm毛坯最小尺寸：64-0.9X2=62.2mm毛坯最大尺寸：64+1.9X2=67.8mm两头小端：毛坯名义尺寸：54+2X2=58mm毛坯最小尺寸
8、：58-0.9X2=56.2mm毛坯最大尺寸：58+1.9X2=61.8mm5 确定切削用量及基本工时A. 工序10：车60外圆 加工条件工件材料：45钢正火，b=600MPa，模锻加工要求：车60外圆，Ra6.3m机床：C620-1卧式车床刀具：刀片材料YT15，刀杆尺寸16X25mm2，k=90,0=15,0=12,r=0.5mm。 切削深度：单边余量Z=1.8mm，可一次切除。 进给量：查表1.4（文献【6】，p9），选用f=0.5r/min。 计算切削速度：查表1.27（文献【6】，p30）切削速度的计算公式为：vc=CvTmapxvfyvkv(m/min)其中：Cv=242,xv=0
9、.15,yv=0.35,m=0.2。修正系数kv查表1.28（文献【6】，p31）：kMv=0.69,ksv=0.8,kv=1.04，kkrv=0.81,kBv=0.97。经计算得：vc=55.7（m/min） 确定主轴转速ns=1000vcdw=1000X55.764=277r/min按机床选取n=305r/min所以实际切削速度v=dn1000=61.3r/min。 检验机床功率主切削力FC按表1.29（文献【6】，p37）所示公式计算Fc=CFcapxFcf yFcvcnFckFp其中：CFc=2795,xFc=1.0,yFc=0.75,nFc=-0.15。kMp=(b650) nF =
10、0.94, kkr=0.89所以Fc=2795X1.8X0.50.75X61.3-0.15X0.94X0.89=1349.83（N）切削时消耗的功率为PC=Fcvc6X104=1.38KW。由表1.30（文献【6】，p40）可知，C620-1主电机功率为7.8KW，当主轴转速为305r/min时。主轴传递的最大功率为5.9KW，所以机床功率足够，可以正常加工。 校验机床进给系统强度已知主切削力Fc=1349.83N，查表1.29（文献【6】，p37）得：径向切削力Fp=283.43（N），轴向切削力Ff=763.05（N）。取机床导轨与床鞍的摩擦系数=0.1，则切削力在纵向进给方向对进给机构的
11、作用力为F=Ff+（Fc+Fp）=763.05+0.1X(1349.83+283.43)=926.38（N）。由表1.30（文献【6】，p40）可知，进给机构可承受的最大纵向力为3530N，故机床的进给系统可正常工作。 切削工时t=l+l1+l2nf其中l=114，l1=3，l2=0。所以t=0.77（min）。B. 工序15：车54外圆ap=1.9mm，f=0.5r/min（表1.4，参考文献【6】，p9）经计算得：vc=69.03（m/min）ns=1000vcdw=1000X69.358=379.06r/min按机床说明书取n=380r/min，则此时v=69.20（m/min）切削工时
12、：其中l=50X2，l1=3，l2=0，所以t=0.54min。C. 工序25：【1】磨60外圆 加工条件工件材料：45钢调质处理，b=600MPa，模锻加工要求：磨60外圆，Ra0.8m机床：M120磨床 砂轮：GB46ZRA6P 确定进给量根据表1.7及M120机床进给量，选择轴向进给量mm/r,径向进给量mm/r。 确定切削速度v根据表1.10， n=24r/min 加工时间 【2】磨54外圆 加工条件工件材料：45钢调质处理，b=600MPa，模锻加工要求：磨54外圆，Ra0.8m机床：M120磨床 砂轮：GB46ZRA6P 确定进给量根据表1.7及M120机床进给量，选择轴向进给量m
13、m/r,径向进给量mm/r。 确定切削速度v根据表1.10， n=24r/min 加工时间 因为有两端，因而T=2T=42sD. 工序30、35：【1】铣平行平面 加工条件选用X53K铣床，机床功率为10KW。平面宽度31.3mm，加工余量5mm，可一次加工完，表面粗糙度Ra6.3m，选用YT15硬质合金刀片。查表3.1（文献【6】，p84），铣削深度ap=4mm，端铣刀直径d0=80mm，ae=60mm，齿数Z=4。为保证加工出零件图过渡处R2mm的圆弧，采用将刀头处磨出R2mm圆角的方法进行加工。 选择切削用量决定铣削深度ap 由于加工余量为5mm，可一次铣完，故ap=5mm。决定每齿进给
14、量fz 采用不对称端铣以提高进给量。查表3.5（文献【6】，p88）fz=0.09-0.18mm/z，由于采用不对称端铣，取fz=0.18mm/z。 选择铣刀磨钝标准及刀具寿命查表3.7-3.8（文献【6】，p88-89），铣刀刀齿后刀面最大磨损量为1.2mm，刀具寿命T=180min 决定铣削速度vc和每分钟进给量vf查表3.15（文献【6】，p95）：vct=137m/min，nt=349r/min，vft=223mm/min。各修正系数：KMv=KMn=1.0,KBv=Ksn=0.8故vc=vctkv=137X1.0X0.8=109.6m/min。 n=ntkv=349X1.0X0.8=
15、279.2。 vf=vftkvt=223X1.0X0.8=178.4mm/min根据机床说明书，选择nc=300r/min vfc=200mm/min。因此实际的铣削速度和每齿进给量为vc=75.36m/min，fzc=0.17mm/z。 校验机床功率查表3.23（文献【6】，p104），Pce近似为2.3KW，根据机床说明书，主轴允许的功率为10KW，故机床能正常工作。 计算基本工时tm=Lvf其中L=l+y+，l=54mm，查表3.26（文献【6】，p106），采用不对称安装，入切量及超切量y+=25mm。tm=0.395min。所以铣两平行平面的基本工时tm=0.79min。【2】铣1：
16、10斜度斜面 加工条件选用X53K铣床，机床功率为10KW。平面宽度32.6mm，加工余量5mm，表面粗糙度Ra3.2m，故采用粗铣加精铣。选用YT15硬质合金刀片。由于有斜度，采用专用夹具相对偏移的方法，以上工序所铣的平面为基准，对其进行加工。采用工序30的机床及刀具。 选择粗铣切削用量决定铣削深度ap 粗铣加工余量为4mm，可一次铣完，故ap=4mm。决定每齿进给量fz 采用不对称端铣以提高进给量。查表3.5（文献【6】，p88）fz=0.09-0.18mm/z，由于采用不对称端铣，取fz=0.18mm/z。 选择铣刀磨钝标准及刀具寿命查表3.7-3.8（文献【6】，p88-89），铣刀刀
17、齿后刀面最大磨损量为0.5mm，刀具寿命T=180min。 决定粗铣铣削速度vc和每分钟进给量vf查表3.15（文献【6】，p95）：vct=137m/min，nt=349r/min，vft=223mm/min。各修正系数：KMv=KMn=1.0,KBv=Ksn=0.8故vc=vctkv=137X1.0X0.8=109.6m/min。 n=ntkv=349X1.0X0.8=279.2。 vf=vftkvt=223X1.0X0.8=178.4mm/min根据机床说明书，选择nc=300r/min vfc=200mm/min。因此实际的铣削速度和每齿进给量为vc=75.36m/min，fzc=0.
18、17mm/z。 校验机床功率查表3.23（文献【6】，p104），Pce近似为2.3KW，根据机床说明书，主轴允许的功率为10KW，故机床能正常工作。 计算基本工时tm=Lvf其中L=l+y+，l=54mm，查表3.26（文献【6】，p106），采用不对称安装，入切量及超切量y+=25mm。tm=0.395min。 选择精铣切削用量决定铣削深度ap 半精铣加工余量为1mm，可一次铣完，故ap=1mm。决定每齿进给量fz查表3.5（文献【6】，p88）fz=0.09-0.18mm/z，取fz=0.10mm/z。要求达到表面粗糙度Ra1.6m时的每转进给量为0.5-1.0mm/r。 决定精铣铣削速
19、度vc和每分钟进给量vf查表3.15（文献【6】，p95）：vct=118m/min，nt=480r/min，vft=147mm/min。各修正系数：KMv=KMn=1.0,KBv=Ksn=0.8故vc=vctkv=118X1.0X0.8=94.4m/min。 n=ntkv=480X1.0X0.8=384。 vf=vftkvt=147X1.0X0.8=117.6mm/min根据机床说明书，选择nc=375r/min vfc=126mm/min。因此实际的铣削速度和每齿进给量为vc=96.46m/min，fzc=0.084mm/z。 计算基本工时tm=Lvf其中L=l+y+，l=54mm，查表3
20、.26（文献【6】，p106），采用对称安装，入切量及超切量y+=12mm。tm=0.5min。故铣1：10斜度斜面的总基本工时为0.5+0.395=0.895min。E. 工序40：钻2X22通孔 工艺要求：孔径d=22mm，孔深44mm，通孔，精度为H11-H12，用乳化液冷却。机床选用Z3050钻床。为提高生产效率，采用钻模配合加工。 选择钻头 选择高速钢麻花钻钻头，d0=22mm，采用双锥修磨横刃，查表2.1-2.2（文献【6】，p44-46）=30，0=12，2=118，21=70，b=4.5mm，=45 ,b=2.5mm，l=5mm。 选择切削用量1）按加工要求决定进给量： 查表2
21、.7（文献【6】，p50），f=0.39-0.47mm/r。由于l/d=2，故不需要修正。2）按钻头强度决定进给量：查表2.8（文献【6】，p51）钻头强度允许的进给量为f=1.11mm/r。3）按机床进给机构强度决定进给量：查表2.9（文献【6】，p52）f=0.90mm/r。从以上3个进给量可以看出，受限制的是工艺要求，其值f=0.39-0.47mm/r。根据机床说明书，选取0.4mm/r。由于是加工通孔，在孔即将钻穿时，钻头较易折断，故在孔即将钻穿时停止自动进给，采用手动进给。根据机床说明书可知，在进给量f=0.40mm/r时，机床可正常工作。 决定切削速度查表2.14（文献【6】，p5
22、5）加工属性为5类。查表2.13（文献【6】，p55）vt=12m/min。切削速度的修正系数为：ktv=1.0，kcv=1.0，kiv=0.85，ktv=1.0，故v=12X1.0X1.0X0.85=10.2m/min。ns=1000vcdw=150.55r/min。根据机床说明书，选取n=200r/min。因为所选转速比计算转速高，刀具寿命会有所下降，故将进给量降低一级，即f=0.30mm/r。根据机床说明书可知，此时机床可正常工作。 计算基本工时tm=Lnf其中L=l+y+，l=44mm，查表2.29（文献【6】，p106），入切量及超切量y+=10mm。tm=0.90min。最后，将以
23、上各工序切削用量、工时定额的计算结果，连同其他数据，一并填入机械加工工艺过程综合卡片。三、夹具设计本夹具将用于X53K铣床。刀具为端铣刀，为保证加工出零件图过渡处R2mm的圆弧，采用将刀头处磨出R2mm圆角的方法进行加工。1 问题的提出本夹具主要用来铣削芯轴1：10斜度的两个斜面，这两个端面的表面粗糙度要求Ra1.6m。采用粗铣加精铣即可实现。因此，在本道工序加工时，主要应考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度。而精度则不是主要考虑的问题。2 夹具的设计A. 定位基准的选择由零件图可知，所加工平面为1：10斜度斜面。需限制6个方向的自由度，完全定位。为了加工方便，采用相对位移的方式，通过夹具使被
24、加工表面与机床主轴垂直。因此选择上道工序中已加工完的表面粗糙度为Ra6.3m的平行平面和加工表面的对称面为主要定位基面。B. 切削力及夹紧力的计算刀具：选用端铣刀，80mm，z=4，B=32.6mm。查表3.28（文献【6】，p110）Fc=CF apxFcf yFcaeuF zd0qF n wF 其中：CF =788,xF =1.0,yF =0.75,uF =1.1,wF =0.2,qF =1.3。所以F=1415N。在计算切削力时，必须把安全系数考虑在内。安全系数K=K1K2K3K4。水平分力FH=1.1F=1556N;垂直分力FV0.3F=424.5N。其中：K1为基本安全系数1.5；K
25、2为加工性质系数1.1；K3为刀具钝化系数1.1；K4为断续切削系数1.1。所以F=KFH=3106.55N。为使整个夹具结构紧凑，决定选用联动夹紧机构。机构所提供的夹紧力F=4107.8N，远高于所需的3106.55N。因此夹具工作是可靠的。C. 定位误差分析夹具需限制5个自由度，其主要定位元件为平行平面和所加工表面的对称面。其中当所加工表面的对称面为未铣削平面时，其为一直径为54-0.1+0.1mm的圆弧；当所加工表面为已铣削平面时，为一Ra3.2m的1：10斜度斜面。以所加工表面的对称面为未铣削平面时为例计算定位误差。零件图纸规定两侧斜面关于54外圆对称，且二者最窄处距离的公差为0.2m
26、m。外圆的公差也为0.2mm。故以此为定位基准，可以满足设计要求。零件轴向公差要求0.2mm，夹具轴向定位元件的定位误差为0.03mm，可满足设计要求。D. 夹具与机床的连接 夹具与机床通过下方两个定位键定位，配合公差选用H7/f7。 完成定位后，通过夹具体两端的U型槽与机床的T型槽用T型螺栓进行连接。3 夹具原理及操作的简要说明本夹具为铣削轴端1：10斜面时使用，限制六个方向的自由度，为完全定位。为了加工方便，采用相对位移的方式，通过夹具使被加工表面与机床主轴垂直。因此选择上道工序中已加工完的表面粗糙度为Ra12.5m的平行平面和加工表面的对称面为主要定位基面。通过平压板进行夹紧，要铣削另一1：10斜面时，只需将工件翻转，放到夹具另一槽中即可。一次可以加工两个零件，大大提高了生产效率。【参考文献】1. 李益民.机械制造工艺设计简明手册M.北京：机械工业出版社,19942. 张建忠,朱瑛等.机械制造工艺学M.北京：国防工业出版社,20093. 李必文.机械精度设计与检测M.长沙：中南大学出版社,20114. 赵家齐.机械制造工艺学课程设计M.北京：机械工业出版社,19875. 孙本绪,熊万武.机械加工余量手册M.北京：国防工业出版社,19996. 艾兴,肖诗纲.切削用量简明手册M.北京：机械工业出版社,1994专心-专注-专业