KCSJ-12 蝸桿加工工藝及銑鍵槽夾具設計【含CAD圖紙、工序卡、說明書】

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課程設計(論文) 題　目: 蝸桿的機械加工工藝規(guī)程及工藝夾具設計 目錄 1. 引言 1 2　工藝規(guī)程設計 1 2.1 零件的分析 1 2.1.1 零件的作用 1 2.1.2 零件的工藝分析 1 2.2 工藝規(guī)程設計 2 2.2.1 確定毛坯的制造形式 2 2.2.2 基面的選擇 3 2.2.3 制定工藝路線 3 2.2.4 機械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的確定 5 2.2.5 確定切削用量 7 3 夾具設計 14 3.1 工序尺寸精度分析 14 3.2 定位方案確定 14 3.3 定位元件確定 14 3.4 定位誤差分析計算 15 3.5夾緊方案及元件確定 16 3.6 夾具總裝草圖 16 參考文獻 17 致謝 18 I 1. 引言 機械制造技術基礎課程設計是在學完了機械制造技術基礎后的教學環(huán)節(jié)，它一方面 要求學生通過設計能獲得綜合運用過去所學過的全部課程進行工藝及結構設計的基本能力，另外，也為以后做好畢業(yè)設計進行一次綜合訓練和準備。學生應當通過機械制造技術基礎課程設計在下述各方面得到鍛煉： 1.能熟練運用機械制造技術基礎課程中的基本理論以及在生產實習中學到的實踐知識，正確的解決一個零件在加工中的定位，夾緊以及工藝路線安排、工藝尺寸確定等問題，保證零件的加工質量。 2.提高結構設計能力。學生通過設計夾具的訓練，應當獲得根據被加工零件的加工要求，設計出高效、省力、既經濟合理又能保證加工質量的夾具的能力。 3.學會使用手冊及圖表資料。掌握與本設計有關的各種資料的名稱出處、能夠做到熟練運用。[3] 2　工藝規(guī)程設計 2.1 零件的分析 2.1.1 零件的作用 題目說給定的零件是ZA蝸桿軸，位于傳動系統中，一般與蝸輪配合使用。主要作用是用于空間交錯的兩軸間傳遞運動和動力的傳動機構。零件上有兩個的軸段，用于與軸承內圈相配合，其支承作用。零件上有帶鍵槽的的軸頭用于與聯軸器相連接傳遞運動和動力。 2.1.2 零件的工藝分析 蝸桿軸這個零件從P108頁[1]零件圖上可以看出，它一共有四組加工表面，而這四組加工表面之間有一定的位置要求，現將這三組加工表面分述如下： 1.以兩端中心孔為中心的加工表面 這一組的加工表面包括：兩端中心孔以及端面和倒角的加工。其中主要加工表面為兩端中心孔，這要是因為中心孔的軸線要用作后面加工的定位和工序基準。 2.以軸頭外圓面為中心的加工表面 這一組的加工表面包括：軸段外圓面、一個的鍵槽、軸段外圓面。其中主要加工表面為軸段外圓面、一個的鍵槽，這是用來連接聯軸器的。 3.以兩個軸段外圓面為中心的加工表面 這一組的加工表面包括：兩個軸段的外圓面及左邊倒角、右邊定位軸肩。其主要加工表面為兩個軸段的外圓面，這是用來與軸承內圈配合用于支承的。 4.以分度圓直徑為的ZA蝸桿螺旋面為中心的加工表面 這一組的加工表面包括：分度圓直徑為的ZA蝸桿螺旋面、軸段外圓面及兩側的退刀槽。主要加工表面為分度圓直徑為的ZA蝸桿螺旋面，這是用來與蝸輪配合用于傳遞運動和動力的。 這四組加工表面之間有著一定的位置要求，主要是： 軸頭外圓面，兩個軸段外圓面，軸段外圓面把兩端中心孔軸線A—B作為公共基準，有圓跳動要求。 鍵槽兩側面相對于公共基準A—B有對稱度要求。 由以上分析可知，對于這四組加工表面而言，我們可以先加工兩端中心孔這一組加工表面，然后以其軸線為基準，借助夾具進行其他三組表面的加工，并且保證它們之間的形狀精度要求。 2.2 工藝規(guī)程設計 2.2.1 確定毛坯的制造形式 零件材料為45鋼，考慮到蝸桿在傳動過程中收到的振動，載荷，受力等方面的影響，因此應該選用鍛件，以便使金屬纖維盡量不被切斷，保證零件工作可靠，由于零件產量為中大批生產，而且零件的輪廓尺寸不大，可以采用模鍛成型，這從提高生產率，保證加工精度上考慮，也是應該的。 2.2.2 基面的選擇 基面選擇是工藝規(guī)程設計中的重要工作之一。基面選擇得正確與合理，可以使加工質量得到保證，生產率得以提高。否則，加工工藝過程中會問題百出，更有甚者，還會造成零件的大批報廢，使生產無法正常進行。[3] （1）粗基準的選擇 對于一般的軸類零件而言，以外圓作為粗基準是完全合理的。但對于本零件來說，所有表面都需要加工，按照有關粗基準的選擇原則，選取最大外圓面作為粗基準。 （2）精基準的選擇 主要應該考慮基準重合的問題。設計基準，工序基準，定位基準相重合，可以減少定位誤差和基準不重合引起的誤差，因此選擇兩中心孔的公共中心線作為精基準。 2.2.3 制定工藝路線 制定工藝路線得出發(fā)點,應當是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術要求能得到合理的保證。在生產綱領已確定為大批生產的條件下,可以考慮采用萬能性機床配以專用工夾具,并盡量使工序集中來提高生產率。除此之外，還應當考慮經濟效果，以便使生產成本盡量下降。 1.工藝路線方案一 工藝一：鍛造 工藝二：去飛邊 工藝三：銑端面，打中心孔 工藝四：粗車外圓，以中心軸線為精基準。 工藝五：半精車外圓，倒角，車退刀槽 工藝六：銑鍵槽 工藝七：車螺紋 工藝八：粗磨外圓 工藝九：精磨軸頸及軸頭，螺紋面 工藝十：研磨螺紋面 工藝十一：去毛刺 工藝十二：檢驗入庫 2.工藝路線方案二 工藝一：鍛造 工藝二：去飛邊 工藝三：銑端面，打中心孔 工藝四：粗車外圓，倒角，車退刀槽 工藝五：半精車外圓面 工藝六：銑鍵槽 工藝七：粗磨無粗糙度要求外圓面 工藝八：粗磨，精磨軸頸，軸頭 工藝九：車螺紋 工藝十：粗磨，精磨螺紋面 工藝十一：研磨螺紋面 工藝十二：去毛刺 工藝十三：檢驗入庫 3.工藝路線方案的比較與分析 上述兩個工藝路線方案的特點在于：方案一對于整個蝸桿軸一起加工，減少裝夾次數，同時在加工過程中有效防止了加工產生的應力對后加工工序的影響；方案二對不同部位進行粗、半精、精加工，不能對一臺機床進行連續(xù)運用。綜合比較選擇工藝路線方案一。 工藝一：鍛造 工藝二：去飛邊 工藝三：以作外圓面為粗基準車端面，打中心孔。選擇六角車床 工藝四：粗車蝸桿軸所有外圓面，以中心孔軸線為精基準。選擇普通車床 工藝五：半精車外圓，倒角，車退刀槽，以中心孔軸線為精基準。選擇普通車床 工藝六：銑鍵槽，選擇兩個外圓面作為基準，選擇普通立式銑床，采用專用夾具。 工藝七：車螺紋，選擇兩個外圓面作為基準，選擇普通車床，采用專用夾具。 工藝八：粗磨軸頭外圓面，兩個軸段外圓面，軸段外圓面及螺紋面，以兩中心孔軸心線為基準。采用普通磨床。 工藝九：精磨軸頭外圓面，兩個軸段外圓面，軸段外圓面及螺紋面，以兩中心孔軸心線為基準。采用普通磨床。 工藝十：研磨螺紋面 工藝十一：去毛刺 工藝十二：檢驗入庫 考慮到本零件在結構上的特點，顯然上述方案還有一些欠考慮之處。例如加工與軸承配合軸段的定位軸肩時，定位軸肩在模鍛上不易直接加工出來，采用車床加工更合適，因此，這應該列為單獨的一道工序。綜合考慮，工藝路線方案為： 工藝一：鍛造 工藝二：去飛邊 工藝三：以作外圓面為粗基準車端面，打中心孔。選擇六角車床 工藝四：粗車蝸桿軸所有外圓面，以中心孔軸線為精基準。選擇普通車床 工藝五：車制兩個定位軸肩，以及兩個軸段退刀槽，以中心孔軸線為精基準。選擇普通車床 工藝六：調制 工藝七：半精車外圓，控制軸線方向的各個軸段的長度。以中心孔軸線為精基準。選擇普通車床 工藝八：倒角 工藝九：銑鍵槽，選擇兩個外圓面作為基準，選擇普通立式銑床，采用專用夾具。 工藝十：車螺紋，選擇兩個外圓面作為基準，選擇普通車床，采用專用夾具。 工藝十一：淬火 工藝十二：粗磨軸頭外圓面，兩個軸段外圓面，軸段外圓面及螺紋面，以及磨制過渡圓角，以兩中心孔軸心線為基準。采用普通磨床。 工藝十三：精磨軸頭外圓面，兩個軸段外圓面，軸段外圓面及螺紋面，以兩中心孔軸心線為基準。采用普通磨床。 工藝十四：研磨螺紋面 工藝十五：去毛刺 工藝十六：檢驗入庫 2.2.4 機械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的確定 蝸桿零件材料為45鋼，硬度為217~255HBS，生產類型為中、大批生產，采用普通模鍛，精度IT13。 根據原始資料及加工工藝，分別確定各加工表面的機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下： 1.軸段外圓面 這段軸表面粗糙度為1.6,需要粗車，半精車，粗磨，半精磨加工。直徑加工余量為2Z=7mm。 2. 軸段沿軸線長度方向的加工余量 長度余量取4mm，模鍛斜度為5。 3．直徑25軸段外圓面 這段軸無表面粗糙度要求，需要粗車，半精車，直徑加工余量為2Z=7mm。 4直徑25軸段沿軸線長度方向的加工余量 長度余量取3.5mm，模鍛斜度為5，外圓角為R4。 5.外圓表面（直徑30及直徑36及直徑30） 考慮外圓表面直徑30加工長度為18,與其連接的外圓表面直徑為36mm且加工長度為7，為簡化模鍛毛坯的外形，現直接根據外圓面直徑36取毛坯直徑，此段需粗車，半精車。直徑加工余量為2Z=7mm。 6外圓表面（直徑30及直徑36及直徑30）沿軸線長度方向的加工余量 長度余量取3.5mm，模鍛斜度為5，外圓角為R4 7.蝸桿外圓面直徑60 這段軸表面粗糙度為0.8，需要粗車，半精車，粗磨，半精磨，粗研加工。直徑加工余量為2Z=10mm。 8. 蝸桿外圓面直徑60沿軸線長度方向的加工余量 長度余量取3.5mm，模鍛斜度為20，外圓角為R6。 9外圓表面（及直徑36及直徑30） 考慮到與直徑30連接的外圓表面直徑為36mm且加工長度為7，為簡化模鍛毛坯的外形，現直接根據外圓面直徑36取毛坯直徑，此段需粗車，半精車。直徑加工余量為2Z=7mm。 10外圓表面（及直徑36及直徑30）沿軸線長度方向的加工余量 長度余量取4mm，模鍛斜度為5，外圓角為R6。 2.2.5 確定切削用量 1） 車外圓面 工步號 工步內容 加工余量（mm） 基本尺寸 經濟精度 01 粗車左端面 2 27 IT12 02 粗車右端面 2 43 IT12 03 粗車27外圓面 2 27 IT12 04 粗車?32端面 2 32 IT12 05 粗車?32外圓面 2 32 IT12 06 粗車?43端面 2 43 IT12 07 粗車?43外圓面 2 43 IT12 08 粗車?39外圓面 2.5 39 IT12 09 粗車?70左端面 2 70 IT12 10 粗車?70外圓面 3 70 IT12 11 粗車?70右端面 2 70 IT12 12 粗車?43左端面 2 43 IT12 13 粗車?43外圓面 2 43 IT12 14 粗車?39外圓面 2.5 39 IT12 15 半精車左端面 1.6 23 IT10 16 半精車右端面 1.6 34 IT10 17 半精車?23外圓面 1.38 23 IT10 18 半精車?28端面 1.5 28 IT10 19 半精車?28外圓面 1.5 28 IT10 20 半精車?34端面 1.5 34 IT10 21 半精車?34外圓面 1.6 34 IT10 22 半精車?39外圓面 1.5 39 IT10 23 半精車?34外圓面 2 34 IT10 24 半精車?64左端面 1.5 64.5 IT10 25 半精車?64外圓面 1.6 64 IT10 26 半精車?60.8右端面 1.5 60.8 IT10 27 半精車?34外圓面 2 34 IT10 28 半精車?39外圓面 1.5 39 IT10 29 半精車?34外圓面 1.8 34 IT10 30 粗磨左端面 0.4 21.4 IT8 31 粗磨右端面 0.4 30.4 IT8 32 粗磨?30.4外圓面 0.2 30.4 IT8 33 粗磨?60.8外圓面 0.25 60.8 IT8 34 粗磨?20.24外圓面 0.12 20.24 IT8 35 精磨?60.3外圓面 0.15 60.3 IT6 2) 銑鍵槽 銑刀：直柄鍵槽銑刀 （根據GB/T1112.1-1997）d=6mm，l=10mm，L=45mm 采用一次行程銑鍵槽，=3.5mm，垂直切入時 =14mm/min，縱向切入時=47mm/min。 3） 蝸桿螺紋 刀具：選螺紋刀，材料硬質合金 取f=5mm/r,兩次粗加工的加工余量=4mm，半精加工的加工余量= 1.6mm ，粗磨加工余量=0.25mm，精磨加工余量=0.15mm。 4） 工藝三：以作外圓面為粗基準車端面，打中心孔 本工序采用計算方法 1.加工條件 工件材料：45鋼正火，，模鍛 加工要求：車端面，打中心孔 機床：普通車床C620-1 刀具：刀具材料 YT15，刀桿尺寸16×25mm2 ， ， ， ， ，刀尖半徑 中心鉆：帶護錐的中心孔刀具，基本尺寸為d=4mm 2.計算切削用量 1）粗車右端面 (1)選擇背吃刀量。根據已知條件，單邊余量Z=2mm，所以取=2mm。 (2)選擇進給量。查表得，f=0.4mm/r。 (3)選擇切削速度。工件材料為熱軋45剛，由表知，當=2mm，f=0.4mm/r時，=100m/min。 (4)確認機床主軸轉速 =1000v/=100043=740.6r/min 從機床主軸箱標牌上查得，實際主軸轉速為680r/min，故實際切削速度 /1000=3.14 (5)校驗機床功率。由表知，單位切削力查表其它切削條件修正系數為1，故主切削力 =2305N 切削功率=2124.3/60000KW=3.25KW， 由機床說明書知，普通車床C620-1主電動機功率為7.62KW，取機床效率=0.8，則=3.25kW/0.8=4.06KW所以機床效率夠用。 2）粗車左端面 (1)選擇背吃刀量。根據已知條件，單邊余量Z=2mm，所以取=2mm。 (2)選擇進給量。查表得，f=0.3mm/r。 (3)選擇切削速度。工件材料為熱軋45剛，由表知，當=2mm，f=0.3mm/r時，=100m/min。 (4)確認機床主軸轉速 =1000v/=100027=1179.5r/min 從機床主軸箱標牌上查得，實際主軸轉速為1000r/min，故實際切削速度 /1000=3.14 (5)校驗機床功率。由表知，單位切削力查表其它切削條件修正系數為1，故主切削力 =2305N 切削功率=1659.6/60000KW=2.35KW， 由機床說明書知，普通車床C620-1主電動機功率為7.62KW，取機床效率=0.8，則=2.35kW/0.8=2.93KW所以機床效率夠用 3）粗車的外圓面 (1)選擇背吃刀量。根據已知條件，肩軸采用一次切削，另兩個外圓面采用二次切削，取=2mm。 (2)選擇進給量。查表得，f=0.4mm/r。 (3)選擇切削速度。工件材料為熱軋45剛，由表知，當=2mm，f=0.4mm/r時，=100m/min。 (4)確認機床主軸轉速 =1000v/=100043=740.6r/min 從機床主軸箱標 牌上查得，實際主軸轉速為680r/min，故實際切削速度 /1000=3.14 (5)校驗機床功率。由表知，單位切削力查表其它切削條件修正系數為1，故主切削力 =2305N 切削功率=2124.3/60000KW=3.25KW， 由機床說明書知，普通車床C620-1主電動機功率為7.62KW，取機床效率=0.8，則=3.25kW/0.8=4.06KW所以機床效率夠用。 4）粗車的外圓面 (1)選擇背吃刀量。根據已知條件，單邊余量Z=2.3mm，所以取=2.3mm。 (2)選擇進給量。查表得，f=0.5mm/r。 (3)選擇切削速度。工件材料為熱軋45剛，由表知，當=2.3mm，f=0.5mm/r時，=100m/min。 (4)確認機床主軸轉速 =1000v/=100070=454.96r/min 從機床主軸箱標牌上查得，實際主軸轉速為500r/min，故實際切削速度 /1000=3.14 (5)校驗機床功率。由表知，單位切削力查表其它切削條件修正系數為1，故主切削力 =2305N 切削功率=2958.23/60000KW=5.419KW， 由機床說明書知，普通車床C620-1主電動機功率為7.62KW，取機床效率=0.8，則=5.419kW/0.8=6.77KW所以機床效率夠用。 5）粗車?32外圓面 (1)選擇背吃刀量。根據已知條件，單邊余量Z=2mm，所以取=2mm。 (2)選擇進給量。查表得，f=0.3mm/r。 (3)選擇切削速度。工件材料為熱軋45剛，由表知，當=2mm，f=0.3mm/r時，=100m/min。 (4)確認機床主軸轉速 =1000v/=100032=995r/min 從機床主軸箱標牌上查得，實際主軸轉速為1000r/min，故實際切削速度 /1000=3.14 (5)校驗機床功率。由表知，單位切削力查表其它切削條件修正系數為1，故主切削力 =2305N 切削功率=1659.6/60000KW=2.77KW， 由機床說明書知，普通車床C620-1主電動機功率為7.62KW，取機床效率=0.8，則=2.77kW/0.8=3.46KW所以機床效率夠用 2）粗車?27外圓面 (1)選擇背吃刀量。根據已知條件，單邊余量Z=2mm，所以取=2mm。 (2)選擇進給量。查表得，f=0.3mm/r。 (3)選擇切削速度。工件材料為熱軋45剛，由表知，當=2mm，f=0.3mm/r時，=100m/min。 (4)確認機床主軸轉速 =1000v/=100027=1179.5r/min 從機床主軸箱標牌上查得，實際主軸轉速為1000r/min，故實際切削速度 /1000=3.14 (5)校驗機床功率。由表知，單位切削力查表其它切削條件修正系數為1，故主切削力 =2305N 切削功率=1659.6/60000KW=2.35KW， 由機床說明書知，普通車床C620-1主電動機功率為7.62KW，取機床效率=0.8，則=2.35kW/0.8=2.93KW所以機床效率夠用 3 夾具設計 3.1 工序尺寸精度分析 本工序加工鍵槽，保證軸肩與鍵槽右端的長度為16，和外圓到鍵槽底部的距離43.5及鍵寬16該工序在X6132機床上加工，零件屬于中批量生產。 3.2 定位方案確定 根據工件的加工要求，該工件必須限制工件的六個自由度，現根據加工要求來分析其必須限制的自由度數目及基準選擇的合理性。 （1） 為了保證43.5必須限制Z向的移動及X向的轉動。 （2） 為了保證16和槽面的對稱度必須保證Z向的轉動，X向的移動，Y向的轉動。 （3） 為了保證軸肩與鍵槽右端的長度為16，必須限制Y向的移動。 3.3 定位元件確定 綜上分析：為了限制六個自由度，其中的Z移動Z轉動X移動X轉動用兩個V型塊限制，Y移動由右端V型塊上帶有一擋塊擋在的右端面限制，Y的轉動由的外圓柱面上的夾緊力限制。 3.4 定位誤差分析計算 注：V型塊夾角α=90°。 基準位移誤差： 工件以外圓柱面在V型塊定位，由于工件定位面外圓直徑有公差δD，因此對一批工件來說，當直徑由最小D－δD變大到D時，工件中心（即定位基準）將在V型塊的對稱中心平面內上下偏移，左右不發(fā)生偏移，即工件由變大到,其變化量（即基準位移誤差Δ）從圖（a）中的幾何關系退出： ΔY== 基準不重合誤差： 從圖（b）中設計基準與定位基準不重合，假設定位基準不動，當工件直徑由最小D－δD變到最大D時，設計基準的變化量為，即基準不重合誤差ΔB=。 從圖(c)中可知，設計基準為工件的下母線。即，上述方向由a到a′與定位基準變到的方向相反，故其定位誤差ΔD是ΔY與ΔB之差. ΔD=ΔY－ΔB=－=0.207δD=0.207×0.01=0.00207 ΔD=0.00207＜T 即滿足要求 3.5夾緊方案及元件確定 工件在定位時為了保證定位的精度需要在外圓面上加個壓板。 3.6 夾具總裝草圖 見CAD圖紙 17 參考文獻 [1] 熊良山 嚴曉光 張福潤. 機械制造技術基礎[M].武漢：華中科技大學出版社，2007年3月 [2] 柯建宏. 機械制造技術基礎課程設計[M]. 武漢：華中科技大學出版社，2008年8月 [3] 趙家齊. 機械制造工藝學課程設計指導書[M].北京：機械工業(yè)出版社，1982年11月 [4] 王伯平.互換性與測量技術基礎[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004年4月 [5] 吳宗澤 羅圣國.機械設計課程設計設計手冊[M].北京：高等教育出版社，2006年5月 致謝 在這次課程設計當中，遇到不少問題。都是請教何老師才得以解決，當然也少不了周圍同學的指點和幫助。在此，向這些關心和幫助我們的同學表示衷心的感謝。