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機械制造技術基礎課程設計
課程設計說明書
設計題目：制定換擋軸的加工工藝，設計鉆Φ10錐孔的鉆床夾具
班 級：
學 號：
學生姓名：
指導教師：
系 主 任：
設計日期： 年11月28日至 年12月16日
目錄
任務設計書………………………………………………………………………1
課程設計說明書正文……………………………………………………………2
序言………………………………………………………………………………2
一、 零件分析……………………………………………… ………………2
二、 工藝規(guī)程設計………………………………………… ………………3
（一） 確定毛坯的制造形式……………………………… ………………3
（二） 基面的選擇……………………………………… …………………3
（三） 制定工藝路線……………………………………… ………………3
（四） 機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定………………………4
（五） 確定切削用量及毛坯尺寸的確定…………………………………4
三、 專用夾具設計…………………………………………………………8
（一） 設計主旨…………………………………………………………8
（二） 夾具設計…………………………………………………………9
四、 課程設計心得體會……………… …………………………………10
參考文獻………………………………………………………………………11
哈爾濱理工大學
機械制造技術基礎課程設計任務書
設計題目：制造換擋軸的加工工藝，設計鉆Φ10錐孔的鉆床夾具
設計要求：1、中批生產(chǎn)；
2、選用通用設備；
3、采用手動加緊機構；
設計內(nèi)容：1、繪制加工工件圖，計算機繪圖；
2、制定零件的加工工藝過程，填寫零件加工工藝過程卡一張和所有工序卡的工序卡。
3、制設計指定的工序夾具，繪制夾具全套圖紙；
4、編寫設計說明書一份，按照畢業(yè)論文的格式寫；
5、答辯時交全套夾具工程用圖紙、設計說明書、工藝過程卡和工序卡，并交電子文稿。
序言
機械制造技術基礎課程設計是在我們學完了大學的全部基礎課、技術基礎課以及大部分專業(yè)課之后進行的。這是我們在進行畢業(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(lián)系實際的訓練。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將從事的工作進行一次適應性訓練，從中鍛煉自己分析問題、解決問題的能力。
由于知識能力有限，設計有許多不足之處，懇請各位老師給予指教。
一、零件的分析
(一) 零件的作用
軸類零件是機器中常見的典型零件之一，主要用來傳遞旋轉(zhuǎn)運動和扭矩，支撐傳動零件并承受載荷，而且是保證裝在軸上的零件回轉(zhuǎn)精度的基礎。軸類零件是回轉(zhuǎn)體零件，一般來說其長度大于直徑。軸類零件的主要加工表面是內(nèi)、外旋轉(zhuǎn)表面，次要加工表面有鍵槽、花鍵、螺紋和橫向空等。
換擋軸的主要作用是傳遞轉(zhuǎn)矩，與撥叉相配合，用于換檔變速。
（二）零件的工藝分析
換擋軸主要有五組加工表面，他們相互之間有一定的位置關系。現(xiàn)分述如下：
1、 Φ8mm的徑向孔及Φ6mm孔為中心的加工表面。
這一組加工表面包括：Φ8mm的徑向孔，Φ6mm的空以及軸頂端的倒角。Φ8的徑向空與Φ6的孔相垂直。
2、 Φ10mm的錐孔為中心的加工表面。
這一組加工表面主要是 Φ10mm的錐孔
3、 鍵槽為中心的加工表面。
這一組加工表面主要是 平鍵鍵槽。
4、 花鍵為中心的加工表面。
這一組加工表面主要是 花鍵。
這四組加工表面之間有一定的位置關系，主要是：
（1） Φ6mm與Φ10mm錐孔在一天直線上，并與鍵槽相垂直。
（2） Φ8mm的徑向孔與Φ6mm的孔相垂直，Φ6mm的孔為通孔。
由以上分析可知，對于這四組加工表面而言，可以先加工其中一組表面，然后借助于專用夾具加工其他三組表面，并且保證他們之間的位置精度要求。
二、工藝規(guī)程設計
（一）確定毛坯的制造形式
零件材料為45號鋼?？紤]到變速箱在運行中要經(jīng)常加速及正、反向運動，零件在工作過程中經(jīng)常承受交變載荷及沖擊性載荷，因此應該選用鍛件，以使金屬纖維盡量不被切斷，保證零件工作可靠。由于零件中批生產(chǎn)，而且零件的輪廓尺寸不大，故可采用模鍛成型。這對于提高生產(chǎn)率、保證加工質(zhì)量也是有利的。
（二）基面的選擇
基面的選擇是工藝規(guī)程設計中的重要工作之一。幾面選擇得正確、合理，可以保證加工質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率。否則，就會使加工工藝過程問題百出，嚴重的還會造成零件大批報廢，使生產(chǎn)無法進行。
1、 粗基準的選擇
對于軸類零件而言，以外圓作為粗基準是比較合理的。
2、 精基準的選擇
精基準的選擇主要應該考慮基準重合的問題。當設計基準與工序基準不重合時，應該進行尺寸換算。
（三）制定工藝路線
制定工藝路線的出發(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(chǎn)綱領已確定為中批生產(chǎn)的條件下，可以采用萬能機床配以專用工夾具，并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。除此以外，還應該考慮經(jīng)濟效果，以便降低生產(chǎn)成本。
加工路線如下：
工序1：車端面及外圓Φ22mm，并倒角。普通車床和車床通用夾具，用頂尖輔助定位。
工序2：鉆Φ8mm的徑向孔。普通車床和車床通用夾具。
工序3：車端面及外圓Φ17.5mm。普通車床和車床通用夾具。
工序4：鉆Φ6mm的孔（兩個，間距38.5mm）。鉆床和專用夾具。
工序5：锪Φ10mm錐孔，鉆床和專用夾具，采用組合刀具。
工序6：銑底長30mm、兩端半徑20的鍵槽。銑床和專用夾具。
工序7：銑鍵槽。銑床和專用夾具。
工序8：熱處理高頻淬火，然后低溫回火。
工序9：粗磨外圓Φ22mm。磨床和專用夾具。
工序10：精磨外圓Φ22mm。磨床和專用夾具。
工序11：銑花鍵。銑床和專用夾具。
（四）機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定
換擋軸零件材料為45號鋼，硬度為HB217-255，生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn)，可采用在鍛錘上合模模鍛毛坯。
根據(jù)上述原始材料及加工工藝，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、 外圓表面（Φ22mm及Φ17.5mm）
考慮其加工長度為290.5mm，為簡化模鍛毛坯的外形，現(xiàn)在直接取其外圓表面直徑為Φ22mm，表面粗糙度值要求為Rz0.8μm（高頻淬火區(qū)為Rz0.4μm），要求高精加工，此時直徑加工余量2Z=1mm已能滿足加工要求。
2、 Φ8mm徑向孔
毛坯為實心，無精度要求。確定其工序尺寸及余量為：
鉆孔：Φ8mm
3、 Φ6mm的通孔
無精度要求。確定其工序尺寸及余量為：
鉆孔：Φ6mm
4、 Φ10mm的錐孔
位置要求：錐角為30i，確定其工序尺寸及余量為：
鉆孔Φ10mm錐孔
5、 銑鍵槽
銑鍵槽：長30mm，寬6mm，深2mm。
銑槽側(cè)成錐角
6、 銑花鍵
齒數(shù)：36
模數(shù)：0.472
壓力角：45°
分度園直徑：16.99mm
（五）確定切削用量及基本工時
工序1：車端面及外圓Φ22mm，并倒角。普通車床和車床通用夾具。本工序采用計算法確定切削用量。
1、加工條件
工件材料：45鋼正火，模鍛。
加工要求：粗車Φ22mm端面及外圓，表面粗糙度值為Rz0.4μm。
車床：CA6140臥式車床。
刀具：刀片材料為YT15，kr=90°，γo=15°，αo=8°rε=0.5mm。
2、計算切削用量
（?。┐周嚘?2mm端面。
1）確定端面最大加工余量：可以將加工余量確定為1mm。
2）確定進給量ｆ：根據(jù)《切削用量簡明手冊》（第三版）（以下簡稱《切削手冊》），確定
ｆ=0.18mm/r。
3）計算切削速度：按《切削手冊》，切削速度的計算公式為
vc=cvkv/Tmaxvpfyv
vc=242x1.44x0.8x1.04x0.81x0.97/(600.2x30.15x0.510.35)=108.6m/min
4）確定機床主軸轉(zhuǎn)速：
ns=1000vc/(лdw)=1000x108.6/(лx22)=531r/min
按機床說明書，與531r/min相接近的機床轉(zhuǎn)速為500 r/min 及560r/min，現(xiàn)在選取560r/min。所以實際切削速度v=114.35m/min。
5）計算切削工時：按《工藝手冊》，取
l=1mm
t=l/v=0.0092min
（2）粗車Φ22外園
1）背吃刀量：單邊余量Z=1mm。
2）進給量：根據(jù)《切削手冊》，
選用 f=1.0mm/r。
3）計算切削速度：根據(jù)《切削手冊》，
vc=116m/min。
4）確定主軸轉(zhuǎn)速：
ns=568r/min。
工序2：鉆Φ8mm的徑向孔。
1、 加工條件
工件材料：45號鋼正火，模鍛。
加工要求：鉆孔深55mm。
機床：普通車床。
刀具：鉆頭，尺寸：直徑Φ8mm，長65mm
2、 計算切削用量
（1）鉆Φ8mm的徑向孔
1） 確定徑向孔的最大加工余量：-0.5mm。
2） 確定進給量：根據(jù)《切削手冊》，
f=0.15mm/r。
3） 確定切削速度：按《切削手冊》，
vc=100.8m/ min。
4） 確定機床主軸轉(zhuǎn)速：
ns=532r/min。
工序3：車端面及外圓Φ17.5mm。
（1）粗車Φ17.5mm端面。
1）確定端面最大加工余量：可以將加工余量確定為1mm。
2）確定進給量ｆ：根據(jù)《切削用量簡明手冊》（第三版）（以下簡稱《切削手冊》），確定
ｆ=0.18mm/r。
3）計算切削速度：按《切削手冊》，切削速度的計算公式為
vc=cvkv/Tmaxvpfyv
vc=242x1.44x0.8x1.04x0.81x0.97/(600.2x30.15x0.510.35)=108.6m/min
4）確定機床主軸轉(zhuǎn)速：
ns=1000vc/(лdw)=1000x108.6/(лx22)=531r/min
按機床說明書，與531r/min相接近的機床轉(zhuǎn)速為500 r/min 及560r/min，現(xiàn)在選取560r/min。所以實際切削速度v=114.35m/min。
5）計算切削工時：按《工藝手冊》，取
l=1mm
t=l/v=0.0092min
（2）粗車Φ17.5mm外圓
1）背吃刀量：單邊余量Z=1mm。
2）進給量：根據(jù)《切削手冊》，選用
f=1.0mm/r。
3）計算切削速度：根據(jù)《切削手冊》，
vc=116m/min。
4）確定主軸轉(zhuǎn)速：
ns=568r/min。
工序4：鉆Φ6mm的孔（兩孔間距38.4mm）。
距頂端55mm的孔是通孔；距尾端197mm的孔是盲孔，孔深11mm。
1）確定徑向孔的最大加工余量：-0.5mm。
2）確定進給量：根據(jù)《切削手冊》，
f=0.15mm/r。
3）確定切削速度：按《切削手冊》，
vc=100.8m/ min。
4）確定機床主軸轉(zhuǎn)速：
ns=532r/min。
工序5：锪Φ10mm錐孔。
刀具為尖端直徑是Φ6mm，尾端直徑是Φ10mm，錐角是30°的錐形沉頭锪鉆。
1）確定徑向孔的最大加工余量：-0.5mm。
2）確定進給量：根據(jù)《切削手冊》，
f=0.15mm/r。
3）確定切削速度：按《切削手冊》，
vc=100.8m/ min。
4）確定機床主軸轉(zhuǎn)速：
ns=532r/min。
工序6：銑底長30mm、兩端半徑20的鍵槽。
1）確定進給量： 根據(jù)《切削手冊》：
f=0.15mm/z-1。
2）確定切削速度：根據(jù)《切削手冊》：
vc=20m/min。
3）計算切削時間：
t=l/s=30/333s=0.09s
工序7：銑鍵槽。
1）確定進給量： 根據(jù)《切削手冊》：
f=0.15mm/z-1。
2）確定切削速度：根據(jù)《切削手冊》：
vc=20m/min。
3）計算切削時間：
t=l/s=30/333s=0.09s
工序8：熱處理高頻淬火，然后低溫回火。
淬火是將工件加熱到Ac3（亞共析鋼）或Ac1（共析鋼和過共析鋼）以上30-50℃，保溫后快速冷卻，獲得馬氏體或（和）貝氏體組織的熱處理工藝。淬火需與適當?shù)幕鼗鸸に囅嗯浜希拍苁逛摼哂胁煌牧W性能，以滿足各類零件或工、模具的使用要求。
回火是指將工件淬硬后，在加熱到Ac1以下某一溫度，保溫后冷卻到室溫的熱處理工藝?；鼗鹨话阍诖慊鸷箅S即進行。淬火與回火常作為零件的最終熱處理。
回火可以減小和消除淬火時產(chǎn)生的應力和脆性，防止和減小工件變形和開裂；獲得所需的穩(wěn)定組織，保證工件在使用中形狀和尺寸不發(fā)生改變；獲得工件所要求的使用性能。
工序9：粗磨外圓Φ22mm。
1）確定最大加工余量：根據(jù)下一步精加工的需要，確定加工余量為0.2mm。
2）確定進給量：根據(jù)《切削手冊》確定
f=0.1mm/r
3)計算切削速度：按《切削手冊》，可計算
vc=108.6m/min
4)確定機床主軸轉(zhuǎn)速：
ns=532r/min
工序10：精磨外圓Φ22mm。
1）確定進給量：根據(jù)《切削手冊》確定
f=0.1mm/r
2)計算切削速度：按《切削手冊》，可計算
vc=108.6m/min
3)確定機床主軸轉(zhuǎn)速：
ns=532r/min
工序11：銑花鍵。
采用滾齒加工。
1）確定進給量：根據(jù)《切削手冊》
f=0.15mm/z
2）計算切削速度：按《切削手冊》
vc=20m/min。
3）確定機床主軸轉(zhuǎn)速：
ns=553r/min。
三、專用夾具設計
為了提高勞動生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動強度，通常需要設計專用夾具。
經(jīng)過與指導教師的協(xié)商，決定設計工序5鉆Φ10mm錐孔的鉆床夾具。本夾具將用于鉆床。刀具為錐形沉頭锪鉆，對工件的孔進行加工。
（一）設計主旨
本夾具主要用來锪Φ10mm錐孔，這個孔在加工中需要一定的技術要求。在加工到本道工序時，Φ6mm的直孔已經(jīng)加工好， Φ10mm的錐孔只需要在Φ6mm的直孔的基礎上進行锪鉆加工即可。本道工序不需要考慮精度問題，因此，本道工序加工時，主要應考慮如何提高勞動生產(chǎn)率，降低勞動強度。
（二）夾具設計
1、定位基準的選擇
有零件圖可知，Φ10mm錐孔與Φ6mm的直孔有位置要求，應在同一軸線上，其設計基準為軸的徑向中心線、并用Φ6mm的直孔輔助定位，為了使定位誤差為零，應該選擇以軸的徑向中心線定位，并用Φ6mm的直孔輔助定位的自動定心夾具。但這種自動定心夾具結(jié)構會過于復雜，所以這里選用軸身為主要定位基面。
鉆床夾具習慣上稱為鉆模，形式結(jié)構繁多。結(jié)合零件特點，這個零件比較適合用固定式鉆模。
為了提高加工精度，在立軸式鉆床安裝鉆模時，要先將裝在主軸上的鉆頭伸入鉆套中，以確定鉆模的位置，然后將其緊固。
2、軸向力及轉(zhuǎn)矩的計算
Ff=CFfdzFffyFfKFf
式中，CFf=2050, xFf=1.0, yFf=0.5, nFf=-0.4, 所以
Ff=1234N
Ff=CMcdzMcfMcKMc
式中，CFf=2050, xFf=1.0, yFf=0.5, nFf=-0.4, 所以
Ff=2234N
3、 夾緊力的計算
切削刀具：錐形沉頭锪鉆，尖端直徑是Φ6mm，尾端直徑是Φ10mm，錐角是30°。則：
F=CFaxFpfyFzanFez/(dqFonwF)
式中，CF=650, ap=3.1mm, xF=1.0, fz=0.08min, yF=0.72, ae=40mm, nF=0.86, do=290.5mm, qF=0.8, wF=0, z=20,所以
F=1432N
4、 定位誤差分析
（1）定位元件尺寸及公差的確定。
本夾具的主要定位元件是定位套和定位銷，該定位套和定位銷的尺寸與公差現(xiàn)規(guī)定與本零件在工作時與其相配的換擋軸的尺寸與公差相同。
（2）確定兩定位銷的中心距
有零件圖可知；Φ10mm錐孔與Φ6mm的直孔的中心距為38.5mm。
（3）確定定位銷直徑
圓柱銷的基本尺寸是對應孔的最小極限尺寸，其配合一般按g6或f7選取。
（4）計算定位誤差
加工尺寸Φ10mm錐孔的定位誤差，由于定位基準與工序尺寸重合，故ΔB=0.
5、夾具設計及操作的簡要說明
如前所述，在設計夾具時，為提高勞動生產(chǎn)率，應該首先著眼于機動夾緊，本道工序的鉆床夾具就選擇手動夾緊。本工序由于是粗加工，切削力較小，夾緊工件可以采用手動夾緊，這可以使夾具簡化，降低勞動強度，使操作簡便。
四、課程設計心得體會
緊張而又辛苦的三周課程設計結(jié)束了，當我快要完成老師下達給我的任務的時候，我仿佛經(jīng)過一次翻山越嶺，登上了高山之巔，頓感心曠神怡，眼前豁然開朗。
課程設計是我們專業(yè)課程知識綜合應用的實踐訓練，這是我們邁向社會、從事職業(yè)工作前一個必不可少的過程?！扒Ю镏惺加谧阆隆?，通過這次課程設計，我深深體會到這句千古名言的真正含義。我今天認真的進行課程設計，學會腳踏實地地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健的在社會大潮中奔跑打下堅實的基礎。
說實話，課程設計真是有點累。然而，當我已著手清理自己的設計成果，仔細回味這三個周的心路歷程，一種少有的成功喜悅即刻使我倦意頓消。雖然這是我剛學會走完的第一步，是我人生中一點小小的勝利，然而它令我感到自己成熟了許多，令我有一種“春眠方覺曉”的感悟。
通過課程設計，使我深深體會到，干任何事都必須耐心、細致。課程設計過程中，許多計算有時不免令我感到有些心煩意亂；有兩次因為不小心我計算出錯，只能好不情愿的重來。但一想起老師平時對我們的耐心教導，想到今后自己應當承擔的社會責任，想到世界上因為某些心小的失誤而出現(xiàn)的令世人震驚的事故，我不禁時刻提心自己，一定要養(yǎng)成一種高度負責、一絲不茍的良好習慣。這次課程設計使我在工作作風上得到一次難得的磨練。
短短的三周課程設計，使我發(fā)現(xiàn)了自己所掌握的知識是真正的如此匱乏，自己綜合應用所學的專業(yè)知識的能力是如此的不足，幾年來學習了那么多的課程，今天才知道自己并不會用。想到這里我真的有點心急了。老師卻對我說，這說明課程設計確實是你有了收獲了。老師的親切勉勵像春雨注入我的心田，使我更加自信了。
最后，我要衷心的感謝老師。使您的嚴厲批評喚醒了我，使您的敬業(yè)精神感動了我，是您的諄諄教導啟發(fā)了我，是您的殷切期望鼓舞了我。我感謝老師您今天又為我增添了一副堅硬的翅膀。
五、參考文獻
1、艾興，肖詩剛主編，切削用量簡明手冊。北京：機械工業(yè)出版社，1994
2、李益民主編，機械制造工藝設計簡明手冊。北京：機械工業(yè)出版社，1994
3、哈爾濱工業(yè)大學，上海工業(yè)大學主編，機床夾具設計。上海：上?？茖W技術出版社，1983
4、李洪主編。機械加工工藝手冊。北京：北京出版社，1990
5、王紹俊主編，機械制造工藝簡明手冊。北京：機械工業(yè)出版社，1987
6、趙家齊編，機械制造工藝學課程設計指導。北京: 機械工業(yè)出版社，1994