K317-輸出軸銑鍵槽夾具設計(軸長380)【三維UG模型】
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《機械制造技術》課程設計說明書
級 專業(yè) 班級
設計題目:輸出軸加工工藝及夾具設計
設計成員:
指導教師:
二零一九年 月 日
前言..............................................3
一、 設計任務......................................4
二、工藝性分析.....................................6
2.1零件的作用.................................6
三、工藝規(guī)程設計...................................6
3.1、零件的選擇.................................6
3.2、毛坯的選擇.................................6
3.3、基準的選擇.................................7
3.4、制定工藝路線...............................7
3.5、確定機械加工余量...........................9
四、專用夾具設計..................................13
4.1、定位基準的選擇............................13
4.2、定位元件的設計............................13
4.3、夾緊元件的設計............................14
4.4、局部裝配圖...............................15
4.5、局部裝配圖.................................15
四、參考文獻......................................17
前言
機械設計制造工藝學課程設計是我們在學完了大學的全部基礎課、技術設計課以及大部分專業(yè)之后進行的。這是我們進行畢業(yè)設計之前對所學各課程的一次深入的綜合性的鏈接,也是一次理論聯系設計訓練。因此,它在我們的大學學習生活中占有十分重要的地位。就我個人而言,我希望能通過這次課程設計對自己未來從事的工作進行一次適應性訓練,從鍛煉自己分析問題、解決問題的能力,為今后參加祖國現代化建設打下一個良好的基礎。我相信通過設計能將零碎的知識點都聯系起來,系統(tǒng)而全面的做好設計。
本次課程設計時機械制造工藝學這門課程的階段總結,是對課堂中學習的基本理論和生產中學到的實踐知識的一個應用過程。由于知識和經驗所限,設計會有許多不足之處,所以懇請老師給予指導。
1、 設計任務
設計課題:輸出軸銑鍵槽夾具設計
設計要求: (1)零件毛坯圖 1張
(2)機械加工工藝過程卡片 1張
(3)機械加工主要工序的工序卡片 1張
(4)夾具裝配圖 1張
(5)夾具零件圖 1張
(6)設計說明書 1份
名稱:輸出軸
生產批量:大批量
材料:45鋼
要求設計此工件的專用夾具,簡圖如下:
零件三維圖
二、工藝性分析
2.1零件的作用
題目所給的零件車床輸出軸,其主要作用,一是傳遞轉矩,使車床主軸獲得旋轉的動力;二是工作過程中經常承受載荷;三是支撐傳動零部件。
零件毛坯圖
2.2零件的工藝分析
從零件圖上看,該零件是典型的零件,結構比較簡單,代表了一般傳動軸的結構其主要加工的面有φ54mm,φ60mm,φ70mm,φ80mm,φ88mm,全部為外圓面。其中,兩個φ60mm的同軸度公差為φ0.02mm,Φ54.44mm與φ60mm的同軸度公差為φ0.02mm,Φ80mm與φ60mm的同軸度公差為φ0.02mm,保留兩端中心孔,調質處理28~32HRC,材料為45鋼。材料的三處軸段粗糙度為1.6,其余粗糙度為12.5,滿足加工要求。
通過分析該零件,其布局合理,方便加工,我們通過徑向夾緊可保證其加工要求,整個圖面清晰尺寸完整合理,能夠完整表達物體的形狀和大小,符合要求。
三、工藝規(guī)程設計
3.1、零件的選擇
零件的材料為45鋼,是最常用中碳調質鋼,綜合力學性能良好,淬透性低,水淬時易生裂紋。綜合技術要求等文件,選用鑄件。
3.2、毛坯的選擇
3.2.1毛坯的選擇及制造方法
根據對零件的分析,可選用45鋼作為毛坯的材料。當載荷較大時可選用40Cr鋼制造,對于高精度、高尺寸穩(wěn)定性及耐磨性的主軸,可選用38CrMoAlA鋼來制造,本設計中選擇偶5鋼作為毛坯材料。
毛坯的獲得方式很多種,如型材、鍛造、鑄造。如選用棒料,由于生產類型為中等-較大批量生產,從經濟上考慮,棒料要切削的余量太大,浪費材料,鍛件的力學性能好,強度好,可在輸出軸承受較大的沖擊載荷和扭矩保證其剛性和韌性滿足要求,所以要選擇鍛件作為毛坯。
考慮到工件時大批量生產的情況,采用工序集中的劃分方式,采用高生產率的機床,可使總工序數減少,這樣就減少了安裝次數,可以是裝甲時間減少,減少夾具次數。
3.3、基準的選擇
3.3.1、粗基準的選擇
由于此零件為軸類零件,為了保證精度,所以選擇外圓作為粗基準面。首先選用三爪卡盤自動找正原理,夾緊。以外圓粗基準,加工外圓、端面。
3.3.2、精基準的選擇
精基準的選擇對一個零件加工完成后的精度非常重要,此零件選用兩端面作為精基準,加工外圓。
1 在粗加工時為了提高零件的剛度,可采用軸的外圓表面作為定位基準,即φ80,左段φ70臺階的外圓表面;
2 考慮到φ54.4左φ60和φ80軸線右邊φ60的同軸度要求,又由于基準重合原則,而且根據技術要求。保留中心孔,所以在半精加工和精加工中宜采用中心孔為定位基準;
3.3.3、確定的工件尺寸及公差
3.4、制定工藝路線
3.4.1工藝路線方案一:
1 下料:棒料φ90mm×400mm;
2 熱處理:調質處理28--32HRC;
3 車加工:夾左端面,見平即可,鉆中心孔B2.5粗車右端各部,φ88mm見圓即可,其余均留精加工余量3mm;
4 車加工:倒頭裝夾工件,車端面保證總長380mm,鉆中心孔B2.5粗車外圓各部,留精加工余量3mm,與工序3加工部分相接;
5 精車:夾左端,頂右端,精車右端各部,其中φ60mm×32mm、φ80mm×78mm處分別留磨削余量0.8mm;
6 精車:倒頭,一夾一頂精車另一端各部,其中φ54.4mm×85mm、φ60mm×77mm處分別留磨削余量0.8mm;
7 磨床:用兩頂尖裝夾工件,磨削φ60mm兩處,φ80mm至圖樣要求尺寸;
8 磨床:倒頭,用兩頂尖裝夾工件,磨削φ60mm兩處,φ80mm之圖樣要求尺寸;
9 劃線:劃兩處鍵槽線;
10 銑加工:銑18mm鍵槽兩處;
11 檢驗:按圖樣檢查各部尺寸精度;
12 入庫:涂油入庫;
3.4.2工藝路線方案二:
1) 下料 棒料φ90mm×400mm;
2) 車加工 夾左端,車右端面,見平即可。鉆中心孔B2.5,粗車各端各部φ88見圓即可,其余均留余量3mm;
3) 車加工 倒頭裝夾工件,車端面保證總長380mm,鉆中心孔B2.5,粗車外圓各部,留精加工余量3mm;
4) 精車 夾左端,頂右端,精車右端各部,其中φ60mm×35mm、φ80mm×78mm處分別留磨削余量0.8mm;
5) 精車 倒頭,一頭一頂精車另一端各部,其中φ54mm×85mm、φ60mm×77mm處分別留磨削余量0.8mm;
6) 磨加工 用兩頂尖裝夾工件,磨削φ60mm兩處,φ80mm至圖樣要求尺寸;
7) 磨加工 倒頭,用兩頂尖裝夾工件,磨削φ54mm×85mm至圖樣要求尺寸;
8) 劃線 劃兩鍵槽線;
9) 銑加工 銑φ18mm鍵槽兩處;
10) 熱處理 調制處理28-32HRC;
11) 檢驗 按圖樣檢查各部尺寸精度;
12) 入庫 油封入庫;
3.4.3、兩個個工藝方案的比較與分析
以上便是對此零件的的加工工序,上述兩個工藝方案的特點在于:方案一實現熱處理,調質處理,然后再加工輸出軸的各部尺寸。方案二則相反,先加工輸出軸各部尺寸,然后熱處理,兩種方案比較可以看出,方案一先熱處理可以使加工更加精確,減少了加工誤差,不受熱處理影響尺寸,方案二選擇先加工后熱處理,零件加工受到了熱處理影響,使零件尺寸產生變形,故而先加工后熱處理這種方案不合理,然而對于方案一和方案二比較,方案一的工序4和工序5與方案二的剛好相反,方案一的先精車一頭后另一頭,更不合理,方案二的工序5和6這樣的順序更加合理,因為先車后精車相對于垂直誤差之類的更小,而方案一,加工導致形位誤差更加嚴重,因此綜上所述最后的加工路線:
1 下料 棒料φ90mm×400mm;
2 熱處理 調質處理28-32HRC;
3 車加工 夾左端,車右端面,見平即可,鉆中心孔B2.5,粗車各端各部φ88見圓即可,其余均留加工余量3mm;
4 車加工 倒頭裝夾工件,車端面保證總長380mm,鉆中心孔B2.5,測設外圓各部,留精加工余量3mm;
5 精車加工 夾左端,頂右端,精車右端各部,其中φ60mm×35mm、φ80mm×78mm處分別留磨削余量0.8mm;
6 精車加工 倒頭,一頭一頂精車另一端各部,其中φ54mm×85mm、φ60mm×77mm處分別留磨削余量0.8mm;
7 磨車加工 用兩頂裝夾工件,磨削φ60mm兩處,φ80mm至圖樣尺寸;
8 磨床加工 倒頭,用兩頂尖裝夾工件,磨削φ54mm×85mm至圖樣尺寸;
9 劃線 劃兩鍵槽線;
10 銑加工 銑φ18mm鍵槽兩處;
11 檢驗 按圖樣尺寸檢查各部尺寸精度;
12 入庫 油封入庫;
除此之外我們還需要進行對零件的加工集中和加工分散進行考慮。
工序集中:就是將零件的加工集中在少數幾道工序中完成,每道工序加工內容多,工藝路線短。
3.4.4、加工路線的特點
1 可以采用高效機床和工藝裝備,生產率高;
2 減少了設備數量以及操作工人人數和占地面積,節(jié)省人力、物力;減少了工件安裝次數,利于保證表面間的位置精度;
3 采用的工裝設備結構復雜,調整維修較困難,生產準備工作量大。
工序分散就是將零件的加工分散到很多道工序內完成,每道工序加工的內容少,工藝路線很長。
其主要特點是設備和工藝裝備比較簡單,便于調整,容易適應產品的變換,對工人的技術要求較低;
可以采用最合理的切削用量,減少機動時間;
所需設備和工藝裝備的數目多,操作工人多,占地面積大。
工序集中或分散的程度,主要取決于生產規(guī)模。一般情況下,單件小批生產時,采用工序集中,在一臺普通機床上加工出盡量多的表面;批量生產時,采用工序分散。
3.5、機械加工余量、工序尺寸
3.5.1、各工序確定切削用量及基本工時
1) 下料,棒料φ90mm×400mm;
2) 熱處理,調質處理使工件硬度達到28-32HRC,查看相關熱處理手冊,調制處理應該是淬火+高溫回火,剛健的淬火溫度應該是A3+(30-50℃),加熱時間t=0.5×90×2=90min,保溫時間應該比加熱時間長1/5左右。工件的高溫回火溫度加熱溫度通常為560-600℃,揮霍時間一般定在一個小時左右,就能使工件硬度達到28-32HRC;
3) 夾左端,車右端面,見平即可。鉆中心孔B2.5,粗車各端各部φ88見圓即可,其余均留精加工余量3mm;
1.車右端面,已知棒料長度400mm,直徑為90mm,車削端面見平即可,由于表面粗糙度要求為12.5,故為粗加工即可,由于最大加工余量Zmax=90-88=2mm??梢砸淮涡约庸?,加工長度設置在380mm。進給量f根據《切削用量簡明手冊》,表1.4,當刀桿尺寸為16mm×25mm,ap≤3mm以及工件直徑為60mm,f=0.5-0.7mm/r,按車床說明書取f=0.5mm/r;選用機床主軸轉速n=900r/min;計算切削速度 切削速度的計算公式為Vc=nΠd/1000,所以Vc=254m/min;加工時間t=0.84min
2.粗車φ80外圓,L=67+20+35=122mm,留3mm精加工余量,最大加工余量Zmax=88-80-3=5mm。由于粗糙度要求為12.5,故可一次性加工,同理單邊余量Z=2.5mm,進給量f=0.5mm/r;計算切削速度 切削速度的計算公式為Vc=nΠd/1000,所以Vc=226m/min;加工時間t=0.27min
3.粗車φ70外圓,L=20+35=55mm,留3mm精加工余量,最大加工余量Zmax=83-70-3=10mm,單向切削深度Z=5mm,進給量f=0.5mm/r;確定主軸轉速n=900r/min;Vc=198m/min;t=0.12min
4.粗車φ60外圓,l=35mm,留3mm精加工余量,最大加工余量Zmax=73-60-3=10mm,單向切削深度Z=5mm,進給量f=0.5mm/r;確定主軸轉速n=900r/min;Vc=170m/min;t=0.08min
4)倒頭裝夾工件,車端面保證總長380mm,鉆中心孔B2.5,粗車外圓各部,留精加工余量3mm,與工序3相接;
1.粗車φ70外圓,l=77+75+85=237mm留3mm精加工余量,最大加工余量Zmax=88-70-3=15mm,單向切削深度z=7.5mm,進給f=0.5mm/r;確定主軸轉速n=900r/min;Vc=198m/min;t=0.53min
2.粗車φ60外圓,l=77+85=162mm,留3mm精加工余量,最大加工余量Zmax=73-60-3=10mm,單向切削深度z=5mm,進給量f=0.5mm/r;確定主軸轉速n=900r/min;Vc=170m/min;t=0.36min
3.粗車φ54.4外圓,l=85mm,留3mm精加工余量,最大加工余量Zmax=63-54.4-3=5.6mm,單向切削深度Z=2.8mm,進給量f=0.5mm/r;確定主軸轉速n=900r/min;Vc=154m/min;t=0.19min
5)夾左端,頂右端,精車右端各部,其中φ60mm×35mm、φ80mm×78mm處分別留磨削余量0.8mm;
1.精車φ80外圓,l=67mm留0.8mm磨削余量,最大加工余量Zmax=83-80-0.8=2.2mm單向切削深度z=1.1mm,進給量f=0.5mm/r;確定主軸轉速n=900r/min;Vc=226m/min;t=0.15min
2.精車φ70外圓,l=20mm不留切削余量,最大加工余量Zmax=73-70=3mm,單向切削深度Z=1.5mm,進給量f=0.5mm/r;確定主軸轉速n=900r/min;Vc=198m/min;t=0.04min
3.精車φ60外圓,L=5mm,留0.8mm磨削余量,最大加工余量Zmax=63-60-0.8=2.2mm,單向切削深度Z=1.1mm進給量f=0.5mm/r;確定主軸轉速n=900r/min;Vc=170m/min;t=0.01min
4.精車φ70倒角,倒角C1,轉速為68r/min,手動進給。
6)倒頭,一頭一頂精車另一端各部,其中φ54mm×85mm、φ60mm×77mm處分別留磨削余量0.8mm。
1.精車φ70外圓,l=75mm,不留切削余量,最大加工余量Zmax=88-70=18mm,單向切削深度Z=9mm,進給量f=0.5mm/r;確定主軸轉速n=900r/min;Vc=198m/min;t=0.17min
2.精車φ60外圓,l=7mm,留0.8mm磨削余量,最大加工余量Zmax=63-60-0.8=2.2mm,單向切削深度Z=1.1mm,進給量f=0.5mm/r;確定主軸轉速n=900r/min;Vc=170m/min;t=0.02min
3.精車φ54.4外圓,l=85mm,留0.8mm磨削余量,最大加工余量Zmax=57.4-54.4-0.8=2.2mm,單向切削深度Z=1.1mm,進給量f=0.5mm/r;確定主軸轉速n=900r/min;Vc=154m/min;t=0.19min
4.精車φ70、φ60、φ54.4倒角,倒角C1轉速68r/min,手動進給。
7)用兩頂尖裝夾工件,磨削φ60mm兩處,φ80mm至圖樣要求尺寸。
1.磨削φ80mm,L=78mm,至圖樣要求,選擇砂輪,見《工藝手冊》第三章磨料選擇各表,結果為WA46KV6P350A*40*127.
切削用量的選擇,砂輪轉速n=1670r/min,V=35m/s,
軸向進給量fa=0.5B=20mm,工件速度Vw=10m/min,徑向進給量fr=0.015mm,切削工時,當加工一個表面,T1=(見《工藝手冊》表6.2-8)公式中L=78mm,b=80mm,Zb=0.4mm,K=1.1,t1=4.576min。
2.磨削φ60mm,l=35mm,至圖樣要求
選擇砂輪,見《工藝手冊》第三章中磨料為中軟1級,陶瓷結合劑,6號組織平型砂輪,其尺寸為350*40*127.
切削用量的選擇,砂輪轉速n=1670r/min,V=35m/min,軸向進給量fa=0.5B=20mm,工件速度Vw=10m/min,徑向進給量fr=0.015mm。
切削工時,當加工一個表面時,T1=(見《工藝手冊》表6.2-8)公式中L=35mm,b=60mm,Zb=0.4mm,K=1.1,t1=1.54min
3.磨削φ60mm,L=77mm,至圖樣要求,
選擇砂輪,見《工藝手冊》第三章中磨料選擇各表,結果為WA46KV6O350*40*127.
其含義:砂輪磨料為白剛玉,粒度為46,硬度為中軟1級,陶瓷結合劑,6號組織平型砂輪,其尺寸為350*40*127.
切削用量的選擇,砂輪轉速n=1670r/min,V=35m/s,軸向進給量fa=0.5B=20mm、工件速度Vw=10m/min,徑向進給量fr=0.015mm。
切削工時,當加工一個表面時,T1=(見《工藝手冊》表6.2-8)公式L=77mm,b=60mm,Zb=0.4mm,K=1.1,
即t=3.388min。
8)倒頭,用兩頂尖裝夾工件在,磨削φ54mm×85mm至圖樣要求尺寸
磨削φ54.4l=85mm,至圖樣要求,選擇砂輪,見《工藝手冊》第三章中磨料選擇各表,結果為WA46KV6P350×40×127
其含義:砂輪磨料為白剛玉,粒度為46,硬度為中軟1級,陶瓷結合劑,6號為平型砂輪,其尺寸350*40*127.
切削用量的選擇:砂輪轉速n=1670r/min,V=35m/s.軸向進給量f=0.5B=20mm、工件速度vw=10m/min
a
徑向進給量f=0.015mm。
切削工時,當加工一個表面時,T1=(見《工藝手冊》表6.2-8)公式中L=85mm,b=54.4mmZb=0.4mm,K=1.1,即t1=3.39min。
9)劃兩鍵槽線
10)銑φ18mm鍵槽兩處
粗銑軸上兩個鍵槽,保證尺寸18mm,47.5mm,73mm,fz=0.08mm/r
切削速度:參考有關手冊,確定v=0.45m/s,即v=27m/min,采用高速鋼鑲齒三面刃銑刀,dw=225mm,齒數z=5,則主軸轉速n=38 r/min;
現采用x63臥式銑床,取進給量為2mm/r;
1 銑B-B中的鍵槽,銑刀的行程為l+L1+L2=6.9+73+6.9=86.8mm機動工時為tm=0.23min
2 銑A-A的鍵槽,銑刀的行程為l+L+L2+=7+67+7=81mm,機動工時為tm=0.21min;
3 按圖樣檢查各部尺寸精度
11)油封入庫
四、專用夾具設計
為了提高勞動生產率,保證加工質量,降低勞動強度,需要設計專用夾具。
4.1、定位基準的選擇
輸出軸的定位基面是外圓,定位基準是軸線,選擇長“半圓孔”做定位元件,且長半圓孔可以限制四個自由度。
4.2、定位元件的設計
4.2.1、定位元件視圖
采用V型塊對輸出軸進行定位,相比較簡單。如下圖所示
左視圖
俯視圖
4.2.2、切削力與夾緊力的計算:
A-A處切削力計算:根據上述轉速為38r/min,進給量為2mm/r,選用切削速度為100mm/min等相關數據計算得到
進給力約為14883N;
徑向力約為15784N;
主切削力為45099N;
由于工件屬于是采用V型塊定位,根據機床夾具設計手冊表1-2-11得,夾緊力計算公式為
Wk=KFsin(α/2)/2Rμ1
式中Wk——實際所需夾緊力
K—安全系數,取2.5
α——彈簧夾頭的半錐角
μ1——工件與夾具支承面的摩擦系數,取1.6
則所需夾緊力 Wk=682.68N
B- B處根據上述轉速為38r/min,進給量為2mm/r,選用切削速度為100mm/min等相關數據計算得到
進給力約為13387N;
徑向力約為14198N;
主切削力為40566N;
則所需夾緊力 Wk=612.72N
4.3、夾緊元件的設計
我對輸出軸采用的夾緊元件是A型鉸鏈壓板,在和V型塊的組合使用狀態(tài)下對輸出軸起固定夾緊作用。如下圖所示:
俯視圖
主視圖
4.4、局部裝配圖
由于專用夾具設置是為了輸出軸上的銑槽使用,兩處鍵槽所用夾緊裝置是一樣的,這里只顯示一處,如下圖:
一處夾緊裝置顯示
4.5、裝配圖
夾具體【藍】零件【黃】其余零件【綠】
四、參考文獻
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5.馬福昌編金屬切削原理與應用山東:山東科技出版社;
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