输出轴加工工艺及夹具设计说明书
《机械制造工程学》课程设计说明书
输出轴 零件的机械加工工艺规程及机床夹具总体方案设计
专业 机械设计制造及其自动化 班级 T813-3 组号__3___
姓名 陈开元 学号 20080130317
姓名 黄林忠 学号 20080130316
姓名 孙淑波 学号 20080130323
姓名 黄清泉 学号 20080130321
姓名 唐旭峰 学号 20080130318
指导教师 向雄方 成绩 __________
教研室 机械制造
2010～2011学年 第2学期
2011年 9月5日 ～ 2011年 9月24日
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输出轴加工工艺及夹具设计说明书
课程设计的目的
机械制造工程学课程设计是在学完了机械制造工程学等课程，并进行了生产实习的基础上进行的一个教学环节，它要求学生全面地综合运用本课程及其有关先修课程的理论和实践知识，进行零件加工工艺规程的设计和机床夹具的设计。其目的在于：
(1)培养学生运用机械制造工程学及相关课程(工程材料与热处理、机械设计、公差与技术测量等)的知识，结合生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决零件机械加工工艺问题，初步具备设计一个中等复杂程度零件的工艺规程的能力。（第一阶段：完成一个零件的机械加工工艺规程的设计）
(2)能根据被加工零件的技术要求，运用机床夹具设计的基本原理和方法，学会拟订机床夹具设计方案，完成夹具结构设计，提高结构设计能力。（第二阶段：完成一套专用机床夹具的总体设计方案）
(3)培养学生熟悉并运用有关手册、规范、图表等技术资料的能力。 (4)进一步培养学生识图、制图、运算和编写技术文件等基本技能。
课程设计任务书
题 目：设计______________零件的机械加工工艺规程及机床夹具设计
内 容：1、绘制零件图 （按1︰1的比例） 1张
2、绘制毛坯图 （按1︰1的比例） 1张 3、填写零件机械加工工艺规程卡片 1套 （包括：机械加工工艺过程卡片1套，机械加工工序卡片1套） 4、机床夹具总体方案图 1张 5、编写零件课程设计说明书 1份
原始资料：零件图样1张；零件生产纲领为10000件/年；每日1班。
课程设计的具体内容：（1）明确本次课程设计的任务。
（2）绘制零件工作图一张（按1︰1的比例）。 （3）对零件进行结构工艺性分析。 （4）拟订零件机械加工工艺路线。
（5）绘制零件的毛坯图一张（按1︰1的比例）。 （6）填写零件机械加工工艺卡一份
（7）编写零件机械加工工艺设计说明书一份。 （8）绘制机床夹具总体方案图一张。
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目录
前言…………………………………………………………………………………4 1、零件的工艺分析及生产类型的确定……………………………………………4 技术要求分析………………………………………………………………………4 零件的工艺分析………………………………………………………………………4
2、选择毛坯、确定毛坯尺寸、设计毛坯图………………………………………5 选择毛坯………………………………………………………………………………5 毛坯尺寸的确定………………………………………………………………………5
3、选择加工方法、制定加工工艺路线……………………………………………6 定位基准的选择………………………………………………………………………6 零件表面加工方法的选择……………………………………………………………7 制定工艺路线…………………………………………………………………………8
4、工序设计……………………………………………………………………………8 确定工序尺寸…………………………………………………………………………12
5、确定切削用量及基本工时…………………………………………………………12 切削用量………………………………………………………………………………18 基本工时…………………………………………………………………………………47
6、夹具设计……………………………………………………………………………48 定位夹紧方案……………………………………………………………………………48 切削力和夹紧力的计算………………………………………………………………49
7参考书目………………………………………………………………………………50
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前 言
机械制造技术基础课程设计所选定的题目为输出轴零件的加工工艺及夹具设计，结合机械制造技术基础及大学四年专业相关课程，完成了对输出轴从零件毛坯到零件成品的加工过程分析和工艺安排。包括零件各工作表面的加工选择，机床、刀具、定位、夹紧；并对其中某些关键加工工序做了夹具设计，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。
零件的工艺分析以及生产类型的确定
工艺分析：
输出轴零件材料为45钢，用于输出扭矩，承受扭转、交变载荷。
热处理为调质200HBS，即淬火+高温回火，目的是降低硬度，便于切削加工，同时消除或减少内应力，使零件达到较高的综合力学性能，考虑安排在粗加工之后，半精加工之前。
该输出轴是由轴类和盘类零件组合而成的回转体零件。
主要加工表面有?55、?60、?65、?75的外圆、?80内孔和10??20法兰孔、 键槽、大小端面。次要表面有过渡锥面、2??8油孔、?50、?104内孔。
轴颈各外圆精度等级均为IT6，有形位公差，且?60、?75外圆尺寸遵循包容要求。原尺寸
+0.021+0.021+0.021公差等级为非标准公差，查文献【2】附录3-4修正为?55+0.021+0.002、?60+0.002、?65+0.002、?75+0.002。原标注粗糙度为12.5修正为0.16。
精度等级为IT7，有位置度要求。原尺寸公差等级为非标准公差，查文献【2】?80的内孔，附录3-4修正为?80+0.040+0.010。
零件图中斜面与2??8油孔轴线不垂直，便于钻孔将斜面角度改为45? 生产类型的确定：
查文献【1】表6-3零件生产纲领为10000件/年，输出轴为中型零件，故确定生产类型为大批量生产。
选择毛坯、确定毛坯尺寸、绘制毛坯图
毛坯的选择：
经过对零件的工艺分析，零件材料为45钢，由于输出轴外圆由?55到?176尺寸变化较大，采用棒料作为毛坯切削量太大，浪费时间和材料。另外，该零件的生产类型为大批量生产，采用模锻可提高生产率又可大大减少加工余量，以实现节省材料和减少后续加工，降低成本。
因此，确定毛坯为锻件。采用锤上模锻，分模面为中心轴线所在的平面。 毛坯尺寸及公差的确定：
1确定锻件公差等级为普通级。 ○
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2零件成品质量由CATIA软件计算其质量约为9.608kg,估算锻件质量m为13kg。 ○f3零件为轴类，设其最大直径为?182，长度为250。则毛坯包络体的质量为○?13.197mn=?D2?L???51.06kg，S?mf/mn=?0.258,介于0.16至0.32之间。故该零件
451.06的形状复杂系数为S3。
4锻件材质为45钢，为含碳量小于65%的碳素钢，故选用M级。 ○15各轴颈外圆粗糙度为0.16，10??20法兰孔内表面粗糙度为3.2，?80内孔为3.2其○
余均大于12.5。
6由锻件质量、零件表面粗糙度、形状复杂系数查文献【3】表5-25。确定厚度（直径○
方向）单边余量为2.5?3.2，选取3。水平方向2.5?3.5，选取3，查文献【3】表5-24锻件内孔直径的机械加工单边余量?50内孔单边余量为3.0，?50、?104内孔单边余量为2.5。
7查文献【3】表5-16得毛坯各尺寸公差为：?61?2.7、?66+2.7、?71?2.7、○?0.9?0.9?0.9
3.0?3.8?3.4?2.7+2.7?81?、?75?1.6、?46?1.6 ?1.0、?182?1.2、?122?1.1、?36?0.9、?43?0.9、?99?1.8毛坯图：
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选择加工方法、制定加工工艺路线
定位基准的选择：
精基准的选择 根据输出轴的装配要求，选择两顶尖中心孔作为定位精基准，中心孔作为设计基准，用其作为定位基准既符合基准重合，又符合基准统一。当零件的外圆精加工后可以以外圆为精基准加工法兰孔，由于半精加工利用中心孔加工的外圆同心度非常高，以外圆作为基准加工出来的孔的同轴度也很高。
粗基准的选择 工件为回转体，属于轴类零件，一般情况下以外圆作为粗基准，保证定位准确夹紧可靠，利用外圆加工出中心孔。
零件表面加工方法的选择： 加工阶段的划分
粗加工阶段：其任务是切除毛坯上大部分余量，使毛坯在形状和尺寸上接近零件成品，因此，主要目标是提高生产率，去除内孔，端面以及外圆表面的大部分余量，并为后续工序提供精基准，如加工φ55、φ60、φ65、φ75、φ176外圆柱表面。
半精加工阶段：其任务是使主要表面达到一定的精加工余量，为主要表面的精加工做好准备，如φ55、φ60、φ65、φ75外圆柱面，φ80内孔、10??20法兰孔等。
精加工阶段：其任务就是保证各主要表面达到规定的尺寸精度，并可完成一些次要表面的加工。如精度和表面粗糙度要求，主要目标是全面保证加工质量，如各轴颈外圆精磨。
热处理工序的安排:热处理的目的是提高材料力学性能，消除残余应力和改善金属的加工性能。热处理主要分:预备热处理，最终热处理和内应力处理等。本零件输出轴材料为45钢，加工前进行正火预备热处理是在毛坯锻造之后消除零件的内应力。粗加工之后，为消除因加工变形残余内应力，同时降低材料的硬度，获得零件材料较高的综合力学性能，采用调质处理。
加工表面 φ55端面 φ176端面 φ55外圆柱表面 φ60外圆柱面 φ65外圆柱面 φ75外圆柱面 φ176外圆柱面 φ50孔 φ80孔 φ104孔 φ20通孔 键槽
工艺路线的确定：
表面粗糙度 Ra3.2 Ra3.2 Ra0.16 Ra0.16 Ra0.16 Ra0.16 Ra3.2 Ra12.5 Ra3.2 Ra12.5 Ra3.2 Ra3.2 公差/精度等级 IT7 IT7 IT6 IT6 IT6 IT6 IT8 IT11 IT7 IT11 IT7 IT8 加工方法 粗铣-精铣 粗铣-精铣 粗车-半精车-粗磨-精磨 粗车-半精车-粗磨-精磨 粗车-半精车-粗磨-精磨 粗车-半精车-粗磨-精磨 粗车-半精车 粗镗 粗镗-半精镗-精镗 粗镗 钻孔-扩孔-粗铰-精铰 粗铣-精铣 6
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基面先行原则 该零件进行加工时，同时铣两端面打中心孔，再以中心轴线为基准来加工，因为两端面和?75外圆柱面为后续精基准表面加工而设定的，才能使定位基准更准确，从而保证各位置精度的要求，然后再把其余部分加工出来。
先粗后精原则 我们先安排粗加工工序，再安排精加工工序，粗加工将在较短时间内将工件表面上的大部分余量切掉，一方面提高金属切削效率，另一方面满足精车的余量均匀性要求，若粗加工后留余量的均匀性满足不了精加工的要求时，则要安排半精加工。
先面后孔原则 对该零件应该先加工圆柱表面，后加工孔，这样安排加工顺序，一方面是利用加工过的平面定位，稳定可靠，另一方面是在加工过的平面上加工孔，比较容易，并能提高孔的加工精度，所以对于输出轴来讲先加工φ75外圆柱面，做为定位基准再来加工其余各孔。
工序划分的确定 工序集中与工序分散：工序集中是指将工件的加工集中在少数几道工序内完成每道工序加工内容较多，工序集中使总工序数减少，这样就减少了安装次数，可以使装夹时间减少，减少夹具数目，并且利于采用高生产率的机床。故工序分散是将工件的加工分散在较多的工序中进行，每道工序的内容很少，最少时每道工序只包括一个简单工步，工序分散可使每个工序使用的设备，刀具等比较简单，机床调整工作简化，对操作工人的技术水平也要求低些。考虑到该零件的生产类型为大批量生产，设计工艺路线是我们主要考虑工序集中，将粗精加工尽量安排在一个工序中。
工艺方案的比较： 工艺方案一：（仅锻出?50孔毛坯） 1、备料 2、精锻
3、粗车小头端面打中心孔 4、粗车各台阶面
5、掉头粗车大头端面 6、调质200HBS
7、半精车小头端面及各台阶面 8、铣键槽
9、掉头钻扩铰10??20法兰孔 10、粗镗台阶孔 11、半精镗?80孔 12、半精车大头端面 13、打大头端面中心孔 14、钻2??8油孔 15、精车四个台阶面 16、倒角
17、精铣大小头端面
工艺方案二：（锻出各阶梯孔毛坯） 1、备料 2、精锻
3、预备热处理
4、铣两端面打中心孔 5、粗车各外圆及锥面
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6、热处理 7、修研中心孔
8、半精车各外圆及锥面 9、倒角去毛刺切槽 10、粗镗三阶梯孔
11、半精镗、精镗?80孔 12、钻、扩、铰、精铰?20孔 13、钻2??8油孔 14、粗铣、精铣键槽 15、精铣两端面 16、修研中心孔
17、粗磨?55、?60、?65、?75外圆 18、精磨?55、?60、?65、?75外圆
工艺方案三（锻出各阶梯孔毛坯） 1、备料 2、锻造 3、热处理
4、铣端面钻大端中心孔 V型块+挡板 5、粗车?55外圆 三爪自定心卡盘+顶尖 6、钻小端中心孔 三爪自定心卡盘
7、粗车?60、?65、?75、?176外圆 鸡心夹头+双顶尖 8、热处理 9、修研中心孔
10、半精车?176外圆 鸡心夹头+双顶尖
11、半精车?55、?60、?65、?75外圆 鸡心夹头+双顶尖 12、粗镗各阶梯孔 三爪自定心卡盘 13、半精镗精镗?80孔 三爪自定心卡盘 14、钻、扩、铰、精铰?20法兰孔 专用夹具 15、精铣两端面 V型块+挡板 16、修研中心孔
17、粗磨?55、?60、?65、?75外圆 双顶尖 18、精磨?55、?60、?65、?75外圆 双顶尖 确定方案二为最终方案。
加工余量、切削用量及基本工时的确定
各工序加工余量的确定：
0.021?55??0.002外圆
工序名称 供需间余量/mm 工序间 表面粗糙度经济精度/mm Ra/μm 8 工序间尺寸/mm 工序间 尺寸、公差表面粗糙/mm 度Ra/μm
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精磨 0.1 IT6 0.16 55 ?550-0.019 0.16 粗磨 半精车 粗车 锻造
0.021?60??0.002外圆
0.4 1.1 4.4 IT7 IT8 IT11 1.25 3.2 16 55+0.1=55.1 55.1+0.4=55.5 55.5+1.1=56.6 56.6+4.4=61 ?55.10?0.030 ?55.50?0.046 1.25 3.2 16 ?56.60?0.190 ?1.8 ?61?1.8 工序间 工序名称 供需间余量/mm 0.1 0.4 经济精度/mm IT6 IT7 表面粗糙度Ra/μm 0.16 1.25 工序间 表面粗糙工序间尺寸/mm 尺寸、公差度Ra/μ/mm m 60 60+0.1=60.1 精磨 粗磨 ?600?0.019 ?60.10?0.030 ?60.50?0.046 ?61.60?0.1900.16 1.25 半精车 粗车 锻造 0.021?65??0.002外圆
1.1 4.4 IT8 IT11 3.2 16 60.1+0.4=60.5 60.5+1.1=61.6 61.6+4.4=66 3.2 16 ?1.8 工序间 ?66?1.8 工序名称 供需间余量/mm 经济精度/mm IT６ IT７ IT８ IT１１ 表面粗糙度Ra/μm ０．１６ １．２５ ３．２ １６ 工序间尺寸/mm 精磨 粗磨 半精车 粗车 锻造 0.021?75??0.002外圆
０．１ ０．４ １．１ ４．４ ６５ ６５＋０．１＝６５．１ ６５．１＋０．４＝６５．５ ６５．５＋１．１＝６６．６ ６６．６＋４．４＝７１ 工序间尺寸工序间 表面粗尺寸、公差糙度/mm Ra/μm ０．１?650 ?0.019６ ?65.10?0.030 １．２５ ３．２ １６ ?65.50?0.046 ?66.60?0.190?71?1.8 ?1.8 工序间 9 工序名称
供需间余量工序间
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/mm 精磨 粗磨 0.1 0.4 经济精度/mm IT６ IT７ 表面粗糙度Ra/μm ０．１６ １．２５ /mm ７５ ７５＋０．１＝７５．１ ７５．１＋０．４＝７５．５ ７５．５＋１．１＝７６．６ ７６．６＋４．４＝８1 尺寸、公差/mm 表面粗糙度Ra/μm ０．１６ １．２５ ?750?0.019 ?75.10?0.030半精车 1.1 IT８ ３．２ ?75.50?0.046３．２ 粗车 4.4 IT１１ １６ ?76.60?0.190?81?1.8 １６ 锻造 ?1.8 过渡锥面 工序名称 半精车 粗车 锻造 供需间余量/mm 1.0 5.0 工序间 经济精度表面粗糙/mm 度Ra/μm IT8 IT11 3.2 1.6 工序间尺寸/mm 82~116 （82~116）+1=（83~117） （83~117）+5=（88~122） 工序间 尺寸、公差/mm ?820?0.054表面粗糙度Ra/μm 3.2 1.6 ~?1160?0.054 0 ?830?0.22~?116?0.22?1.8 （88~122）?1.8 ?176外圆
工序名称 半精车 粗车 锻造 供需间余量/mm 1.0 5.0 工序间 表面粗糙度经济精度/mm Ra/μm 3.2 IT８ IT１１ １６ 工序间尺寸/mm 1 7 6 1 7 6 +1 =1 7 7 1 7 7 + 5 = 1 8 2 工序间 尺寸、公差表面粗糙度/mm Ra/μm ?17603.2 ?0.063 ?1770?0.25?182?1.8 １６ ?1.8 ?55小头端面
工序名称 精铣 粗铣 锻造 供需间余量/mm 1.0 2.0 工序间 表面粗糙度经济精度/mm Ra/μm IT7 1.6 IT11 16 工序间尺寸/mm 244 244+1 =245 245+2 =247 工序间 尺寸、公差表面粗糙度/mm Ra/μm 0244?0.046 1.6 2450?0.29247?1.8 16 ?1.8 工序间 经济精度/mm IT7 ?176大头端面
工序名称 精铣
供需间余量/mm 1.0 表面粗糙度Ra/μm 1.6 10 工序间尺寸/mm 247 工序间 尺寸、公差/mm 2470?0.046表面粗糙度Ra/μm 1.6
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粗铣 锻造 13??80?0.010孔 工序名称 ?0.0402.0 IT11 16 247+1 =248 248+2 =250 2480?0.29250?1.8 16 ?1.8 供需间余量/mm 0.5 1.5 3 工序间 表面粗糙经济精度度Ra/μ/mm m IT7 IT9 IT11 3.2 6.3 12.5 工序间 工序间尺寸/mm 80 80-0.5=79.5 79.5-1.5=78 78-3=75 尺寸、公差/mm ?0.030?800 ?0.074?79.50 ?0.190?780 表面粗糙度Ra/μm 3.2 6.3 12.5 精镗 半精镗 粗镗 锻造 0.02030??20??0.041孔
?1.6 1.6?75??1.6 工序名称 精铰 粗铰 扩孔 钻孔 17??50孔 工序名称 粗镗 锻造 10??104孔 工序名称 粗镗 锻造 供需间余量/mm 0.06 0.14 1.8 18 工序间 表面粗糙经济精度/mm 度Ra/μm IT7 IT8 IT10 IT11 3.2 6.3 10 12.5 工序间尺寸/mm 20 20-0.06=19.94 19.94-0.14=19.8 19.8-1.8=18 工序间 尺寸、公差表面粗糙度/mm Ra/μm ?0.021?200 ?0.033?19.940 ?0.084?19.80 ?0.130?180 供需间余量/mm 4 工序间 表面粗糙度经济精度/mm Ra/μm IT11 12.5 工序间 经济精度/mm IT11 表面粗糙度Ra/μm 12.5 工序间尺寸/mm 50 50-4=46 工序间 尺寸、公差表面粗糙度/mm Ra/μm ?50 12.5 1.6?46??1.6 ?1.6 供需间余量/mm 5 工序间尺寸/mm 104 104-5=99 工序间 尺寸、公差/mm 表面粗糙度Ra/μm 12.5 ?104 1.8?99??1.8 ?1.8 50?5?160?0.043键槽
工序名称 精铣 粗铣
供需间余量/mm ２ ３．５ 工序间 表面粗糙度经济精度/mm Ra/μm IT８ IT１１ ３．２ １６ 11 工序间尺寸/mm 50 50+2=52 工序间 表面粗糙度尺寸、公差/mm Ra/μm 500?0.25 520?0.16 ３．２ １６
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52+3.5=55.5 550?0.046
切削用量及基本工时：
0.021?55??0.002外圆
已知：
加工材料：４５钢，?b?600MPa，锻件，有外皮；
工件尺寸：坯件D?61㎜，车削后D?55㎜，加工长度l?80㎜； 加工要求：车削后表面粗糙度Ra
粗车
（１）选择机床 CA6140，双顶尖定位 （２）选择刀具
⑴选择直头焊接式外圆车刀（可转位）
⑵根据书目【4】表1.1，由于CA6140车床的中心高200㎜（表1.31），故选刀杆尺寸B?H=16㎜?25㎜，刀片厚度4.5㎜
⑶根据书目【4】表1.2，粗车带外皮的锻件毛坯，选择YT5牌号硬质合金车刀
⑷车刀几何形状 由书目【4】 表1.3，选择选择卷屑槽带倒棱前刀面，?r?60?，?r'?10?，?o?6?，?o?12?，?s?0?，r??1.0mm （３）选择切削用量 ⑴确定切削深度ap
由于粗加工余量仅为4.4㎜，
ap=4.4/2=2.2㎜
⑵确定进给量f
根据书目【4】表1.4，f=0.5~0.9 ㎜/r,按CA6140车床说明书，选择f=0.86㎜/r 确定的进给量尚需满足车床进给机构强度的要求，故需进行校验。根据CA6140车床说明书，
CA6140 机床进给机构允许的进给力 F max?? 3530N 。根据书目【4】表1.21，当钢的强度?b?570~670MPa ，
?c?65m/min ap?2.4㎜，f?1.8 ㎜/r，?r?45?，（预计）时，进给力为Ff?1070?。 根据书目【4】表1.29-2，切削时Ff的修正系数为K?oFf?1.0，K?sFf?1.0，K?rFf?1.11，
故实际进给力为
Ff?1071?1.11?1188.8?，由于 F f?? Fmax，故所选的f=0.86㎜/r可用。
⑶选择车刀磨钝标准及寿命
由书目【4】表1.9，车刀后刀面最大磨损量取为 1mm，可转位车刀耐用度 T?? 60 min
⑷确定切削速度 ?c
?b?570~670MPa，ap?3 根据书目【4】表1..10，YT5牌号硬质合金车刀加工钢材，
12
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㎜，f?0.97㎜/r，?t?109m/min
切削速度修正系数为?t??0.65，??r??0.92，?s??0.8，????1.0，????1.0，????1.0，故
?c= ?t???=109 ?0.65?0.92?0.8=52.1 m/min
1000?c1000?52.1 则n==?272r/min,由CA6140车床说明书，选择n=250r/min,则
?D3.14?61实际切削速度为
?Dn3.14?61?250 ?c=?m/min?47.8m/min
10001000 ⑸校验机床功率
根据书目【4】表1.24，当?b?580~970MPa， ap?2.4㎜，f?0.96㎜/r，?c? 57m/min，?c?2.9kW.切削功率的
修正系数 为根据书目【4】表1.92-2，??r?c???rFc?0.94，????c????Fc?1.0，故
?c?2.9?0.91?2.7kW,根据CA6140
?c??E， 车床说明书， 车床主电动机功率???7.5kW，故所选之切削用量可在CA6140
车床上进行
综上：ap=2.2㎜，f=0.86㎜/r，?c=47.8m/min，n=250r/min
（4）计算基本工时
L tm?，式中L?l?y??，l?80mm,根据书目【4】表1.26，车削时的入切量及超切
nf量y???3.8mm，则L?80?3.8mm?83.8mm，
L83.8 tm??min?0.39min
nf250?0.86半精车
（1）选择刀具
车道形状、刀杆尺寸及刀片厚度均与粗车相同。半精车的刀片牌号为YT150，车刀几何形状为
?r?45?，?r'?5?，?o?8?，?o?12?，?s?3? ，r??1.0mm （2）选择切削用量 ⑴确定切削深度ap ap=1.1/2=0.55㎜
⑵确定进给量f
半精加工进给量主要受加工表面粗糙度的限制。根据书目【4】表1.6，当表面的粗糙度为
Ra?3.2?m,r??1.0mm,??50m/min(预计)时，f?0.3~0.35mm/r。根据CA6140车床说明书，
选择f?0.3mm/r
⑶选择车刀磨钝标准及寿命
由书目【4】表1.9，车刀后刀面最大磨损量取为 0.4mm，可转位车刀耐用度 T?? 60 min
⑷确定切削速度 ?c
13
输出轴加工工艺及夹具设计说明书
ap?1.4?b?570~670MPa， 根据书目【4】表1..10，YT15牌号硬质合金车刀加工钢材，
㎜，
f?0.38㎜/r，?t?176m/min.切削速度的修正系数均为1.0，故?c=176m/min.则
1000?c1000?176 n==r/min?990.3r/min，根据CA6140车床说明书，选择
?D3.14?56.6n=900r/min.
?Dn3.14?56.6?900 实际切削速度为 ?c??m/min?159.95m/min?160m/min
10001000 ⑸校验机床功率
根据书目【4】表1.24，当?b?580~970MPa， ap?2.0㎜，f?0.3㎜/r，?c? 162m/min，?c?2.4kW.
根据CA6140车床说明书，车床主电动机功率???7.5kW，?c??E，故所选之切削用量可在CA6140车床上进行
综上:ap=0.55㎜，f=0.3㎜/r，?c=160m/min，n=900r/min （3）计算基本工时
L tm?，式中L?l?y??，l?80mm,根据书目【4】表1.26，车削时的入切量及超切
nf量y???2mm，
L82 则L?80?2mm?82mm，tm??min?0.3min
nf900?0.3粗磨
（1）选择机床
外圆磨床?1320?，双顶尖定位 （2）选择磨具
选择平形砂轮，根据?1320?外圆磨床说明书，选取砂轮尺寸为 砂轮直径ds?400mm,砂轮宽度bs?40mm， 砂轮磨削速度?s?35m/s，取?s?30m/s
（3）选择磨削方法
采用纵向磨法 砂轮运动为旋转和横进给，工件运动为旋转和纵向往复 （4）确定被吃刀量ap(fr)
工件直径为dw?55.5mm，根据书目【7】表5.5-8，选择工件速度为?w?18m/min，
fa?(0.5~0.8）bs?(0.5~0.8)?40?20~32mm/r,
选择fa?20mm/r，ap?0.0157mm/单行程。由表5.5-8，修正系数为
?1?1.25，?2?1.0，
故ap?0.0157?1.25mm/单行程?0.0196mm/单行程?0.02mm/单行程
纵向进给量fa?20mm/r （5）确定砂轮转速ns
?dsns ?s?，式中?s?砂轮速度m/s，ds?砂轮直径mm,ns?砂轮转速r/min，则
60?10001000?60?s1000?60?30?r/min?1433r/min ns??ds3.14?400
14
输出轴加工工艺及夹具设计说明书
（6）确定工件转速nw
?dwnw ?w?，式中?w?工件转速m/min,dw?工件直径mm,nw?工件转速r/min，则
10001000?w1000?18 nw??r/min?103r/min，
?dw3.14?55.5（7）转速比q
?30?60?100 一般外圆磨转速比q?60~150，q?s??w18（8）确定轴向进给量?f
fanw20?103,式中?f?外圆磨削轴向进给速度m/min，?f?m/min?2.06m/min 10001000（9）确定磨削力Ft
?f?????? Ft?CFa?p?s?wfabs，根据书目【7】表5.1-2，
??0.5，??0.5，??0.5，??0.5，??0.5，CF?21
Ft?21?0.020.5?30?0.5?180.5?200.5?400.5???65?? （10）功率校验
F??65?30 磨削功率??ts?，?W?1.95?W，砂轮电机输出功率?h??10001000?m?0.65~0.85,取?m?0.7， 则?h?1.95?W?2.78?W，根据?1320?外圆磨床说明书，0.7?E?4.98?W,因?E??h,故所选磨床满求 足功率要 (11)计算基本工时
Lz?b40 ?j?b，由书目【5】表6.2-9，??1.1,L?l?s?80?mm?60mm，
nfaap22 则?j?Lzb?60?0.2?1.1?min?0.32min
nwfaap103?20?0.02综上：a??0.02mm/单行程，ns?1433r/min,nw?103r/min,fa?20mm/r,?f?2.06m/min 精磨
（1）磨床、磨具、磨削方法均与粗磨相同 （2）确定被吃刀量ap(fr)
工件直径为dw?55.5mm，根据书目【7】表5.5-8，?w?20~40m/min，选择工件速度为?w?29m/min，
fa?(0.5~0.8）bs?(0.4~0.6)?40?16~24mm/r,ap?0.0049mm/单行程，由表5.5-8，修正系数为
选
择
fa?20mm/r，
?1?0.5，?2?0.95，故 ap?0.0049?0.5?0.95mm/单行程?0.0023mm/单行程 纵向进给量fa?20mm/r （3）确定砂轮转速ns
?dsns ?s?，式中?s?砂轮速度m/s，ds?砂轮直径mm,ns?砂轮转速r/min，则
60?1000
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输出轴加工工艺及夹具设计说明书
1000?60?s1000?60?30?r/min?1433r/min
?ds3.14?400（4）确定工件转速nw
?dwnw ?w?，式中?w?工件转速m/min,dw?工件直径mm,nw?工件转速r/min，则
10001000?w1000?29 nw??r/min?167.6r/min
?dw3.14?55.1（5）转速比q
?30?60?62 一般外圆磨转速比 q?60~150，q?s??w29（6）确定轴向进给量?f
ns?fanw20?167.6,式中?f?外圆磨削轴向进给速度m/min，?f?m/min?3.35m/min 10001000（7）确定磨削力Ft
?f?????? Ft?CFa?p?s?wfabs，根据书目【7】表5.1-2，
??0.5，??0.5，??0.5，??0.5，??0.5，CF?21，则 Ft?21?0.00230.5?30?0.5?290.5?200.5?400.5???28?? （8）功率校验
F?28?30? 磨削功率??ts?，?W?0.84?W，砂轮电机输出功率?h??10001000?m?0.65~0.85,取?m?0.7，
0.84 则?h??W?1.2?W，根据?1320?外圆磨床说明书，
0.7?E?4.98?W,因?E??h,故所选磨床满足功率要求 （9）计算基本工时
Lz? ?j?b，由书目【5】表6.2-9，??1.4，
nfaap L?l?Lzb?60?0.05?1.4bs40?min?0.545min ?80?mm?60mm，则?j?nwfaap167.6?20?0.002322综上:a??0.0023mm/单行程，ns?1433r/min,nw?167.6r/min,fa?20mm/r,?f?3.35m/min
?60?0.021?0.002外圆
粗车
（1）选择机床 CA6140，双顶尖定位 （2）选择刀具
⑴选择直头焊接式外圆车刀（可转位）
⑵根据书目【4】表1.1，由于CA6140车床的中心高200㎜（表1.31），故选刀杆尺寸B?H=16㎜?25㎜，刀片厚度4.5㎜
⑶根据书目【4】表1.2，粗车带外皮的锻件毛坯，选择YT5牌号硬质合金车刀
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输出轴加工工艺及夹具设计说明书
⑷车刀几何形状 根据书目【4】 表1.3，选择选择卷屑槽带倒棱前刀面，?r?60?，?r'?10?，?o?6?，?o?12?，?s?0?，r??1.0mm （3）选择切削用量 ⑴确定切削深度ap
由于粗加工余量仅为4.4㎜，可在一次走刀内切完，故ap=4.4/2=2.2㎜
⑵确定进给量f
根据书目【4】表1.4，f=0.5~0.9 ㎜/r,按CA6140车床说明书，选择f=0.86㎜/r 确定的进给量尚需满足车床进给机构强度的要求，故需进行校验。根据CA6140车床说明书，
CA6140 机床进给机构允许的进给力 F max?? 3530N 。根据书目【4】表1.21，当钢的强度?b?570~670MPa ，
?c?65m/min ap?2.4㎜，f?1.8 ㎜/r，?r?45?，（预计）时，进给力为Ff?1070?。 根据表1.29-2，切削时Ff的修正系数为K?oFf?1.0，K?sFf?1.0，K?rFf?1.11，故实
际进给力为
Ff?1071?1.11?1188.8?，由于 F f?? Fmax，故所选的f=0.86㎜/r可用。
⑶选择车刀磨钝标准及寿命 由书目【4】表1.9，车刀后刀面最大磨损量取为 1mm，可转位车刀耐用度 T?? 60 min ⑷确定切削速度 ?c 根据书目【6】表5-2，?c?50~65m/min,选择?c?55m/min，则1000?c1000?55n??r/mi?n26.3r5/mi，n
?D3.14?66 根据 CA6140车床说明书，选择n?250r/min，则实际切削速度为 ?Dn3.14?66?250?c??m/min?51.83m/min，
10001000 ⑸校验机床功率
根据书目【4】表1.24，当?b?580~970MPa， ap?2.4㎜，f?0.96㎜/r，?c? 57m/min，?c?2.9kW.
切削功率的修正系数为?t??0.65，??r??0.92，?s??0.8，????1.0，????1.0，????1.0，故
?c?2.9?0.91?2.7kW,根据CA6140车床说明书， 车床主电动机功率???7.5kW，
?c??E，故所选
之切削用量可在CA6140车床上进行 （4）计算基本工时
L tm?，式中L?l?y??，l?22mm,根据书目【4】表1.26，车削时的入切量及超切
nf量y???3.8mm，则L?22?3.8mm?25.8mm，
L25.8 tm??min?0.12min
nf250?0.86综上：ap=2.2㎜，f=0.86㎜/r，?c=51.8m/min，n=250r/min 半精车
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输出轴加工工艺及夹具设计说明书
（1）选择刀具
车刀形状、刀杆尺寸及刀片厚度均与粗车相同。半精车的刀片牌号为YT150，车刀几何形状为
?r?45?，?r'?5?，?o?8?，?o?12?，?s?3? ，r??1.0mm （2）选择切削用量 ⑴确定切削深度ap ap=1.1/2=0.55㎜
⑵确定进给量f
半精加工进给量主要受加工表面粗糙度的限制。根据书目【4】表1.6，当表面的粗糙度为
Ra?3.2?m,r??1.0mm,??50m/min(预计)时，f?0.3~0.35mm/r。根据CA6140车床说明书，
选择f?0.3mm/r
⑶选择车刀磨钝标准及寿命 由书目【4】表1.9，车刀后刀面最大磨损量取为 0.4mm，可转位车刀耐用度 T?? 60 min
⑷确定切削速度 ?c 根据书目【6】表5-2，YT15牌号硬质合金车刀加工碳素钢，硬度?20~025?0?S(?b?57~067M0P)a，
ap?0.3~2mm，f?0.1~0.3mm/r，?t?110~130m/min，选取?t?115m/min,则 n=则
实际切削速度为 ?c??Dn3.14?61.6?560?m/min?108.4m/min 10001000~970MPa1000?c1000?115=根据CA6140车床说明书，选择n=560r/min,r/min?594.3r/min，?D3.14?61.6 ⑸校验机床功率
80 根据书目【4】表1.24，当?b?5?c?2.4kW.
?c? 162m/min，， ap?2.0㎜，f?0.3㎜/r，
根据CA6140车床说明书，车床主电动机功率???7.5kW，?c??E，故所选之切削用量
可在CA6140车床上进行 （3）计算基本工时
L tm?，式中L?l?y??，l?22mm,根据书目【4】表1.26，车削时的入切量及超切
nf量y???2mm，则L?22?2mm?24mm，
L24 tm??min?0.143min
nf250?0.86综上:ap=0.55㎜，f=0.3㎜/r，?c=108.4m/min，n=560r/min 粗磨
（1）选择机床
外圆磨床?1320?，双顶尖定位
（2）选择磨具
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输出轴加工工艺及夹具设计说明书
选择平形砂轮，根据?1320?外圆磨床说明书，选取砂轮尺寸为 砂轮直径ds?400mm,砂轮宽度bs?40mm， 砂轮磨削速度?s?35m/s，取?s?30m/s
（3）选择磨削方法
采用纵向磨法 砂轮运动为旋转和横进给，工件运动为旋转和纵向往复 （4）确定被吃刀量ap(fr)
工件直径为dw?60.5mm，根据书目【7】表5.5-8，选择工件速度为?w?18m/min，
fa?(0.5~0.8）bs?(0.5~0.8)?40?20~32mm/r,
选择fa?20mm/r，ap?0.0157mm/单行程。由表5.5-8，修正系数为
?1?1.25，?2?1.0，
故ap?0.0157?1.25mm/单行程?0.0196mm/单行程?0.02mm/单行程
纵向进给量fa?20mm/r （5）确定砂轮转速ns
?dsns ?s?，式中?s?砂轮速度m/s，ds?砂轮直径mm,ns?砂轮转速r/min，则
60?10001000?60?s1000?60?30?r/min?1433r/min ns??ds3.14?400（6）确定工件转速nw
?dwnw ?w?，式中?w?工件转速m/min,dw?工件直径mm,nw?工件转速r/min，则
10001000?w1000?18?r/min?94.75r/min， nw??dw3.14?60.5（11）转速比q
?30?60?100 一般外圆磨转速比q?60~150，q?s??w18（12）确定轴向进给量?f
fanw,式中?f?外圆磨削轴向进给速度m/min100020?94.75?f?m/min?1.895m/min
1000（13）确定磨削力Ft
?f?，
????? Ft?CFa?p?s?wfabs，根据书目【7】表5.1-2，
??0.5，??0.5，??0.5，??0.5，??0.5，CF?21
Ft?21?0.020.5?30?0.5?180.5?200.5?400.5???65?? （14）功率校验
F??65?30 磨削功率??ts?，?W?1.95?W，砂轮电机输出功率?h??10001000?m?0.65~0.85,取?m?0.7， 则?h?
1.95?W?2.78?W0.7，根据?1320?外圆磨床说明书，
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输出轴加工工艺及夹具设计说明书
?E?4.98?W,因?E??h,故所选磨床满足功率要求
(11)计算基本工时
Lz?b40 ?j?b，由书书目【5】表6.2-9，??1.1,L?l?s?22?mm?2mm，
nfaap22 则?j?Lzb?2?0.2?1.1?min?0.012min
nwfaap94.75?20?0.02综上：a??0.02mm/单行程，ns?1433r/min,nw?94.75r/min,fa?20mm/r,?f?1.895m/min 精磨
（1）磨床、磨具、磨削方法均与粗磨相同 （2）确定被吃刀量ap(fr)
工件直径为dw?60.1mm，根据书目【7】表5.5-8，?w?20~40m/min，选择工件速度为?w?29m/min，
fa?(0.5~0.8）bs?(0.4~0.6)?40?16~24mm/r,ap?0.0049mm/单行程，由表5.5-8，修正系数为
选择
fa?20mm/r，
?1?0.5，?2?0.95，故 ap?0.0049?0.5?0.95mm/单行程?0.0023mm/单行程 纵向进给量fa?20mm/r （3）确定砂轮转速ns
?dsns ?s?，式中?s?砂轮速度m/s，ds?砂轮直径mm,ns?砂轮转速r/min，则
60?10001000?60?s1000?60?30?r/min?1433r/min ns??ds3.14?400（4）确定工件转速nw
?dwnw ?w?，式中?w?工件转速m/min,dw?工件直径mm,nw?工件转速r/min，则
10001000?w1000?29?r/min?153.67r/min nw??dw3.14?60.1（5）转速比q
?30?60?62 一般外圆磨转速比 q?60~150，q?s??w29（6）确定轴向进给量?f
fanw,式中?f?外圆磨削轴向进给速度m/min100020?153.67?f?m/min?3.07m/min
1000（7）确定磨削力Ft
?f?，
????? Ft?CFa?p?s?wfabs，根据书目【7】表5.1-2，
??0.5，??0.5，??0.5，??0.5，??0.5，CF?21，则 Ft?21?0.00230.5?30?0.5?290.5?200.5?400.5???28?? （8）功率校验
20
输出轴加工工艺及夹具设计说明书
由于加工余量不大，故可在一次走刀内切完，则ap?3.5mm
⑶确定每齿进给量fz
粗铣键槽采用粗齿，选齿数??3，根据书目【8】表2.1-72，当aw?20mm,d??16mm时，fz?0.06~0.05mm/z， 选取fz?0.06mm/z
⑷选择铣刀磨钝标准及刀具寿命 根据书目 表2.1-75，当d??15mm时，铣刀后刀面最大磨损量为0.30~0.50mm,选取最大磨损量为0.40mm，
根据表2.1-76，当d??25mm时，选择刀具寿命??60min ⑸确定铣削速度?
d16 根据书目【8】表2.1-93，当??60min，??,aw?16mm,ap?10mm时，
z3??21m/min,铣削功率为?m?0.44?W，
1000?1000?21?r/min?418r/min，根据X51铣床说明书， 铣削速度???d?n，则n??d?3.14?161000选择n?380r/min，则
?d?n3.14?16?380 实际切削速度为???r/min?19.09r/min
10001000 ⑹确定进给速度?f
?f?fn?fz?n?0.06?3?380mm/min?68.4mm/min，根据X51铣床说明书，选择
?f?65mm/min （4）确定铣削力Fc Fc?xFyFuFCFapafawd?qFnwF?Fc，根据书目【8】表2.1-78，
CF?637,xF?1.0,yF?0.72,uF?0.86,wF?0,qF?1.1，铣削力修正系数为
??v?1.0,?M??1.0,?M?M?1.0,?S??1.0,?T??1.0,????1.0,????1.0,?apv?1.0,?appm?1.0,????1.0,?y?? 则?Fc?1.0， Fc?xFyFuFCFapafawd?nqFwF?Fc637?3.51.0?0.060.72?15.40.86???146.28? 1.1161、校验机床功率
F?146.28?19.09 ?c?c??W?2.79?W，根据X51铣床说明书，机床主轴允许的功率
10001000为?E?4.5?0.75?3.375?W，
?c??E，因此所选择的切削用量可以采用 2、计算基本工时
l?dap?l150?16?305?1??min?0.592min ?j?fMcfMc65综上：aw?15.4mm,ap?3.5mm,fz?0.06mm/z,??19.09m/min,?f?65mm/min,n?380r/min 精铣
46
输出轴加工工艺及夹具设计说明书
（1）机床、刀具均与粗铣相同 （2）选择切削用量 ⑴确定铣削宽度aw
键槽宽b?16mm，取铣削宽度aw?16mm ⑵确定被吃刀量ap
由于加工余量不大，故可在一次走刀内切完，则ap?2mm
⑶确定每齿进给量fz
精铣采用细齿选齿数??6，根据书目【8】表2.1-72，当aw?20mm,d??16mm时，fz?0.06~0.04mm/z，选取fz?0.04mm/z ⑷选择铣刀磨钝标准及刀具寿命 根据书目 表2.1-75，当d??15mm时，铣刀后刀面最大磨损量为0.20~0.25mm,选取最大磨损量为0.25mm，
根据表2.1-76，当d??25mm时，选择刀具寿命??60min ⑸确定铣削速度?
d16 根据书目【8】表2.1-93，当??60min，??,aw?16mm,ap?10mm时，
z6??24m/min,铣削功率为?m?0.73?W，
1000?1000?24?r/nmi?74.7r/nmi， 铣削速度???d?n，则n?根据X51铣床说明书，?d?3.14?161000选择n?490r/min，则
?d?n3.14?16?490 实际切削速度为???r/min?24.6r/min
10001000 ⑹确定进给速度?f
?f?fn?fz?n?0.04?6?490mm/min?117.6mm/min，根据X51铣床说明书，选择
?f?105mm/min （4）确定铣削力Fc Fc?xFyFuFCFapafawd?qFnwF?Fc，根据书目【8】表2.1-78，
CF?637,xF?1.0,yF?0.72,uF?0.86,wF?0,qF?1.1，铣削力修正系数为
??v?1.0,?M??1.0,?M?M?1.0,?S??1.0,?T??1.0,????0.8,????1.0,?apv?1.0,?appm?1.0,????1.0,?y?? 则?Fc?1.0， Fc?xFyFuFCFapafawd?nqFwF?Fc637?21.0?0.040.72?160.86??0.8??64.5? 1.1163、校验机床功率
F?64.5?24.6 ?c?c??W?1.58?W，根据X51铣床说明书，机床主轴允许的功率为
10001000?E?4.5?0.75?3.375?W，
?c??E，因此所选择的切削用量可以采用 4、计算基本工时
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输出轴加工工艺及夹具设计说明书
?j?l?dap?l150?16?2?1??min?0.285min fMcfMc130综上：aw?16mm,ap?2mm,fz?0.04mm/z,??24.6m/min,?f?105mm/min,n?490r/min
夹具设计
定位夹紧方案的确定：
选择对10??20孔的加工来设计专用夹具
专用夹具定位元件为一个固定V形块和一个支撑板，共限制了5个自由度，定位面为?75轴颈外圆和小头端面，定位基准即为轴心线；夹紧元件为一个活动V形块，采用螺柱螺母来提供夹紧力。
定位误差分析：
⑴确定设计基准与定位基准
工件以?75外圆的圆柱面为定位面，在V形块上定位此时定位基准是外圆轴线。由零件图可知?20孔的设计基准亦为外圆轴线。 ⑵确定定位误差
?dw??jb??jw，由于定位基准与设计基准重合，故基准不重合误差为?jb?0，根据书目6表3-1，基准位移误差为 ?jw??d2sin?式中?75轴颈公差?d?0.019，V形块夹角??90?， cos?，
2?，一次同时加工5个孔，与5个孔相对应的?角分别为??0?，??36?，??72?，??108
0.019??144?，??180?，其定位误差分别为?dw??jw? mm??0.013mm,2?sin45?dw?0.011mm,?dw?0.004mm,?dw?0.004mm,?dw?0.011mm,?dw?0.013mm.
切削力和夹紧力的计算：
由《机械加工工艺手册——钻削、扩削、铰削加工》表3.4-10，钻孔时， 轴向力：F?cFd0f转矩：M?cmd0fzmzFyFkF；
ymkm
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由《机械加工工艺手册——钻削、扩削、铰削加工》表3.4-10：cF?600,zF?1.0,yF?0.7；
cm?0.305,zm?2.0,ym?0.8；
由《机械加工工艺手册——钻削、扩削、铰削加工》表3.4-11：kF?km?1.0 所以 F?cFd0f M?cmd0fzmzFyFkF=600?181.0?0.20.7?1.0?3500.6N
ymkm=0.305?182?0.20.8?1.0?27.3N?m
查《金属切削机床夹具设计手册》表3-21：为防止工件在切削扭矩?的作用
k?sin下大打滑而转动所需的夹紧力Q1??2 ，为防止工件在轴向力F作用
z2Rf1下打滑而轴向移动所需的夹紧力Q2?对Q1：
kFZsin2f2?2
查《金属切削机床夹具设计手册》表3-19：取工件与V形块在圆周方向的摩擦系数：f1?0.8； K0?1.5，K1?1.2，K2?1.5，K3?1.0，K4?1.3，K5?1.0，K6?1.5 故 安全系数 K=K0K1K2K3K4K5K6?1.5?1.2?1.5?1.0?1.3?1.0?1.5?5.265
k?sinQ1??5.265?27.3?sin452=?1.69??,因一次同时加工2个孔，故所需
75?0.82Rf1?总夹紧力为Q?2Q1?3.38??，故单个螺母需要提供的夹紧力为Q?Q1/2?0.845?? 单个螺栓所受拉力为： F?Q11.69??0.845?? 22查《金属切削机床夹具设计手册》表3-25，选择六角螺母，其尺寸规格为： GB/T 897-1988 M24，提供的夹紧力为Q?851N，满足要求。查《机械制图》表， 选取配套双头螺栓的代号为：GB/T 897-1988 M24X110.
对于夹具轴向受力，由于工件底下有垫块支承，故V形块沿轴向方向受力（即Q2）可忽略不计。 校验螺栓许用夹紧力及夹紧扭矩：
根据《金属切削机床夹具设计手册》表3-26，Q许?2316?，?许?12.6??，故符合要求 校核螺钉强度：
查《机械设计》表5-8：?s?640mpa，Sp?1.5，S??4 所以[?]??sS???640640??a?160??a，?p?s???a?426.67??a。 4Sr1.5 49
输出轴加工工艺及夹具设计说明书
挤压强度条件为?p?FF?[?p],剪切强度条件为???[?]，
?2d?Lmind?4?27.3???252.78? l108??Fl，故单个螺钉所受载荷为F?由挤压条件d??F252.78?mm?0.12mm，由剪切条件
[?p]Lmin426.67?5d??4F??[?]4?252.78mm?1.42mm，故选取螺钉为内六角螺钉，
3.14?160其尺寸规格为：GB/T 70.1-2000 M24X100.
参考文献
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