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1、机械制造工艺学课程设计题 目：阶梯轴夹具设计学 号：姓 名： 亚 玲教 学 院：机械工程学院专业班级：12级机械本科班指导教师：闫 化 锦完成时间： 2015年7月10日 教务处制 / 阶梯轴夹具设计 亚玲 专业班级：12级机械设计制造与其自动化学号： 指导教师：闫化锦摘 要：轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一。它在机械中主要用于支承齿轮、带轮、凸轮以与连杆等传动件，以传递扭矩。按结构形式不同，轴可以分为阶梯轴、锥度心轴、光轴、空心轴、曲轴、凸轮轴、偏心轴、各种丝杠等轴的长径比小于5的称为短轴，大于20的称为细长轴，大多数轴介于两者之间；轴用轴承支承，与轴承配合的轴段称为轴颈。轴颈是轴的装
2、配基准，它们的精度和表面质量一般要求较高。根据零件的结构与其功能，运用定位夹紧的知识完成了夹具设计。关键词：轴类零件，轴颈，夹具目 录摘 要：I目 录II1、前言- 1 -2、工艺规程的设计- 1 -2.1、零件的工艺分析与生产类型的确定- 1 -2.1.1、技术要求分析- 1 -2.1.2、零件的工艺分析- 2 -2.2、选择毛坯- 2 -2.3、定位基准的选择- 3 -2.4、拟定工艺路线- 3 -2.5、确定加工尺寸和切削用量- 4 -2.6、拟定工艺过程- 4 -3、夹具的设计- 7 -3.1、确定工件的定位方案，选择定位元件- 7 -3.1.1、六点定位原理- 7 -3.1.2、应用
3、定位原理几种情况- 8 -3.1.3、确定要限制的自由度- 8 -3.1.4、计算定位误差- 9 -3.2 确定其他夹具和装置- 11 -3.2.1、铣床夹具- 11 -3.3.2 车床夹具- 12 -参考文献- 13 -致 - 14 -展 望- 15 -1、前言机械制造工艺学课程设计是在我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以与大部分专业之后进行的。这是我们进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的，也是一次理论联系实际训练。因此，它在我们的大学学习生活中占有十分重要的地位。就我个人而言，我希望能通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从锻炼自己分析问题、解决问题的能
4、力，为今后参加工作打下一个良好的基础。我也相信通过课程设计能将零碎的知识点都联系起来，系统而全面的做好设计。本次课程设计是机械制造工艺学这门课程的一个阶段总结，是对课堂中学习的基本理论和在生产实习中学到的实践知识的一个实际应用过程。由于知识和经验所限，设计会有许多不足之处，所以恳请老师给予指导。2、工艺规程的设计2.1、零件的工艺分析与生产类型的确定2.1.1、技术要求分析题目所给定的零件车床输出轴，其主要作用，一是传递转矩，使车床主轴获得旋转的动力；二是工作过程中经常承受载荷；三是支撑传动零部件。零件的材料为45钢，是最常用中碳调质钢，综合力学性能良好，淬透性低，水淬时易生裂纹。综合技术要求
5、等文件，选用铸件。2.1.2、零件的工艺分析从零件图上看，该零件是典型的零件，结构比较简单，其主要加工的面有20、32、40、25、35的外圆柱面，图中所给的尺寸精度高，大部分是IT6级；粗糙度方面表现在键槽两侧面、20的粗糙度为Ra0.8，大端端面为Ra0.8um,其余为Ra3.2um，要求不高；热处理方面需要调质处理，到200HBW，保持均匀。 通过分析该零件，其布局合理，方便加工，我们通过径向夹紧可保证其加工要求，整个图面清晰，尺寸完整合理，能够完整表达物体的形状和大小，符合要求。2.2、选择毛坯轴类零件应根据不同的工作条件和使用要求选用不同的材料并采用不同的热处理规（如调质、正火、淬火
6、等），以获得一定的强度、韧性和耐磨性。 45钢是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过调质（或正火）后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达4552HRC。40Cr等合金结构钢适用于中等精度而转速较高的轴类零件，这类钢经调质和淬火后，具有较好的综合机械性能。轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn，经调质和表面高频淬火后，表面硬度可达5058HRC，并具有较高的耐疲劳性能和较好的耐磨性能，可制造较高精度的轴。精密机床的主轴（例如磨床砂轮轴、坐标镗床主轴）可选用38CrMoAIA氮化钢。这种钢经调质和表面氮化后，不仅能获得很高的表面硬度，而且能保持较软的芯部，因
7、此耐冲击韧性好。与渗碳淬火钢比较，它有热处理变形很小，硬度更高的特性。该传动轴材料为45钢，因其属于一般传动轴，故选45钢可满足其要求。本例传动轴属于中、小传动轴，并且各外圆直径尺寸相差不大，故选择45mm的热轧圆钢作毛坯。2.3、定位基准的选择（1） 合理地选择定位基准，对于保证零件的尺寸和位置精度有着决定性的作用。由于该传动轴的几个主要配合表面与轴肩面对基准轴线A-B均有径向圆跳动和端面圆跳动的要求，它又是实心轴，所以应选择两端中心孔为基准，采用双顶尖装夹方法，以保证零件的技术要求。（2） 粗基准采用热轧圆钢的毛坯外圆。中心孔加工采用三爪自定心卡盘装夹热轧圆钢的毛坯外圆，车端面、钻中心孔。
8、但必须注意，一般不能用毛坯外圆装夹两次钻两端中心孔，而应该以毛坯外圆作粗基准，先加工一个端面，钻中心孔，车出一端外圆；然后以已车过的外圆作基准，用三爪自定心卡盘装夹(有时在上工步已车外圆处搭中心架)，车另一端面，钻中心孔。如此加工中心孔，才能保证两中心孔同轴。2.4、拟定工艺路线对精度要求较高的零件，其粗、精加工应分开，以保证零件的质量。该传动轴加工划分为三个阶段：粗车(粗车外圆、钻中心孔等)，半精车(半精车各处外圆、台阶和修研中心孔与次要表面等)，粗、精磨(粗、精磨各处外圆)。各阶段划分大致以热处理为界。轴的热处理要根据其材料和使用要求确定。对于传动轴，正火、调质和表面淬火用得较多。该轴要求
9、调质处理，并安排在粗车各外圆之后，半精车各外圆之前。2.5、确定加工尺寸和切削用量（1） 传动轴磨削余量可取0.5mm，半精车余量可选用1.5mm。加工尺寸可由此而定，见该轴加工工艺卡的工序容。 （2）车削用量的选择，单件、小批量生产时，可根据加工情况由工人确定；一般可由机械加工工艺手册或切削用量手册中选取。2.6、拟定工艺过程定位精基准面中心孔应在粗加工之前加工，在调质之后和磨削之前各需安排一次修研中心孔的工序。调质之后修研中心孔为消除中心孔的热处理变形和氧化皮，磨削之前修研中心孔是为提高定位精基准面的精度和减小锥面的表面粗糙度值。拟定传动轴的工艺过程时，在考虑主要表面加工的同时，还要考虑次
10、要表面的加工。在半精加工35mm和40mm外圆时，应车到图样规定的尺寸，同时加工出各退刀槽和倒角；键槽应在半精车后以与磨削之前铣削加工出来，这样可保证铣键槽时有较精确的定位基准，又可避免在精磨后铣键槽时破坏已精加工的外圆表面。 在拟定工艺过程时，应考虑检验工序的安排、检查项目与检验方法的确定。综上所述，所确定的该传动轴加工工艺过程见下表。表2-1 加工40外圆柱表面工序名称工序余量工序公差工序尺寸公差表面粗糙度精车1IT6400.8半精车1.5IT741.53.2粗车1.5IT12433.2毛坯45表2-2 加工35外圆柱表面工序名称工序余量工序公差工序尺寸公差表面粗糙度精车1IT6350.8
11、半精车1.1IT10360.8粗车1.9IT1237.13.2毛坯40表2-3 加工32外圆柱表面工序名称工序余量工序公差工序尺寸公差表面粗糙度精车1IT6320.8半精车1.1IT1033.10.8粗车1.5IT1234.63.2毛坯35表2-4 加工25外圆柱表面工序名称工序余量工序公差工序尺寸公差表面粗糙度精车1IT6250.8半精车1.1IT1026.10.8粗车3.8IT1227.23.2毛坯32表2-5 加工20外圆表面工序名称工序余量工序公差工序尺寸公差表面粗糙度精车1IT6200.8半精车1.5IT1021.50.8粗车2.5IT12233.2毛坯25表2-6 铣键槽工序名称工
12、序余量工序公差工序尺寸公差表面粗糙度精铣IT9350.8粗铣IT12353.2表2-7 机械加工工艺过程卡片加工工艺过程卡产品型号图号零件名称阶梯轴文件编号材料名称45数量材料规格产品名称工步号工序名称工序容车间工段设备1备料锻造毛坯2热处理退火（消除应力）3普车粗车各圆柱面以与右端面，留半精车、精车余量车床CA6132A1500三爪卡盘4普车粗精车左端面车床CA6132A1500三爪卡盘5普车粗车45外圆柱面，倒角车床CA6132A1500三爪卡盘6热处理调制7数控车半精车右端面各圆柱面倒角要求车床CJK6140A750三爪卡盘8数控车精车右端面圆柱面，倒角要求车床CJK6140A750三爪
13、卡盘9数控车倒角车床CJK6140A750三爪卡盘10铣铣键槽铣床X51分度头11去毛刺12检验3、夹具的设计3.1、确定工件的定位方案，选择定位元件除槽宽80.018mm由铣刀保证外，本夹具要保证槽底面与35面的距离其它要求未注公差，因此只需计算上述加工要求的定位误：图3-1所示夹紧装置，要求设计铣槽工序用的铣床夹具。根据工艺规程，在铣槽之前其它各表面均已加工好，本工序的加工要：槽宽80.018mm，槽深3mm，槽底面与轴心线平行。图3-1 夹紧装置3.1.1、六点定位原理当工件在不受任何条件约束时，其位置是任意的不确定的。设工件为一理想的钢体，并以一个空间直角坐标作为参照来观察钢体的位置变动。由理论力学可知，在空间处于自由状态的钢体，具有六个自由度，即沿着X、Y、Z三个坐标轴的移动和绕着这三个坐标轴的转动，如图所示。用X、Y、Z和X、Y、Z分别表示沿三个坐标轴的移动和绕着这三个坐标轴转动的自由度。六个自由度是工件在空间位置不确定的最高程度。定位的任务，就是要限制工件的自由度。在夹具中，用分别适当的与工件接触的六个支撑点，来限制工件六个自由度的原理，称为六点定位原理。3.1.2、应用定位原理几种情况（1）完全定位工件的六个自由度全部被限制，它在夹具中只有唯一的位置，称为完全定位。（2）部分定位工件定位时，并非所
