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偏心轴的工艺规程与设计


西南石油大学 机械制造工艺学

课程设计说明书
设计题目:设计“偏心轴”零件的机械加工工艺规程及 工艺装备(生产纲领:小批量生产)

班 专

级: 业:

设计者: 指导教师:

设计日期:2016 年 6 月 15 日至 2016 年 6 月 26 日

r /> 西南石油大学 机械制造工艺课程设计任务书
设计题目:设计“偏心轴”零件的机械加工工艺规程及工艺装 备(生产纲领:小批量生产)
设计内容; 1. 产品零件图 2. 产品毛坯图 3. 机械加工工艺过程卡片 4. 机械加工工序卡片 5. 家具设计装配套 6. 家具设计零件图 7. 课程设计说明书

1张 1张 1份 1套 1份 1~2 张 1份

班 专

级: 业:

设计者: 指导教师:

设计日期:2016 年 6 月 15 日至 2016 年 6 月 26 日

一、 序言
机械制造工艺学课程设计是我们学完了大学的全部基础课程 ,技术基础课以及 大部分专业课之后进行的。这是我们在进行毕业设计前对所学各课程的一次深入的 综合性连接,也舍一次理论联系实际的训练。因此,它在我们对大学学习生活中占 有十分重要的地位。 就我个人而言,我希望通过这次课程设计对自己未来将从事的工作惊醒一次试 验性的训练,为今后参加祖国的现代化建设打下一个良好的基础。 由于能力所限,设计上有许多不足之处,恳请各位老师给予指导。 偏心零件的加工是机械加工中的难点,对于象偏心轴承、凸轮等偏大心零件的 加工目前普遍采用三爪、 四爪卡盘, 在普通机床上加工。 随着科学技术的不断发展, 对偏大心零件的需求越来越多,精度也越来越高,因此对该类偏心夹具的需求也相 应的增加,其应用前景广阔。 偏心轴类零件是常见的典型零件之一。按轴类零件结构形式不同,一般可分为光轴 偏心、阶梯轴偏心和异形偏心轴等;或分为实心偏心轴、空心偏心轴等。它们在机 器中同样用来支承齿轮、带轮等传动零件,以传递转矩或运动。 台阶偏心轴的加工工艺较为典型,反映了偏心轴类零件的大部分内容与基本规律下 面就介绍一种偏心轴常用的加工工艺。

二、拟订加工工艺
图 A1 所示是常见的偏心轴零件。它属于台阶轴类偏心轴,由圆柱面、轴肩、 退刀槽、键槽等组成。轴肩一般用来确定安装在轴上零件的轴向位置,各环槽的作 用是使用零件装配里有一个正确的位置,并使加工中磨削外圆或车螺纹时退刀方便: 键槽用于安装键,以传递转矩。 根据工作性能与条件,该传动轴图样(图 A1)规定了主要轴颈 M、 N,,外圆 P、 Q 以及轴肩 H、 I 有较高的尺寸、 位置精度和较小的表面粗糙度值, 并有热处理要求。 这些要求必须在加工中给予保证。

1

(一) 、零件图样分析

M

N

O

P

图 A1

(二)零件作用分析 题目所给订的零件是偏心轴 ,其作用是调节轴与轴之间的偏心 距。 (三) 、零件的工艺分析
偏心轴有两组加工表面,它们相互间有一定的位置要求,先分析如下: 1、直径为 12 的孔是中心加工表面。 这一组表面加工包括

(四) 、确定毛坯
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 φ 30mm 的热轧圆钢作毛坯。

(五) 、确定主要表面的加工方法
传动轴大都是回转表面,主要采用车削与外圆磨削成形。由于该传动轴的主要 表面 M、N、 P、Q 的公著等级(IT6)较高,表面粗糙度 Ra 值(Ra=1.6 um)较小,故车削后还需磨削 外圆。 表面的加工方案(参考表 A-3)可为;
2

粗车→精车→磨削。

(六) 、确定定位基准
合理地选择定位基准,对于保证零件的尺寸和位置度有着定性的作用。出于该 传动轴的几个主要配合表面(Q、P、N、M)及轴肩面(H、G)对基准轴线 A-B 均有径向 圆跳动和端碰圆跳动的要求,它又魁实心轴,并且还有特殊的偏心的要求,所以应 选择两端中心孔为基准采用顶尖装加上特制的卡罐的装夹法,以保证零件的技术要 求。 粗基准采用热轧圆钢的毛坯外圆。中心孔加工采用在车床上用双顶尖装夹,三 爪夹紧卡罐旋转,卡罐夹住热轧圆钢的毛坯外圆,车端面、钻中心孔。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,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。由于偏心,这里需加上一个特 殊的装置-卡罐,将卡罐装在轴的两端,卡罐偏心方向应一致,通过卡罐的槽与轴的 扁 10H7/h6 的配合, 控制了偏心的方向: 通过调节卡罐上的压紧螺钉可调节偏心量; 使卡罐的端面与轴的台阶面压紧,保证轴的中心与卡罐中心平行。

(七) 、划分阶段
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。该偏心轴 加工和普通传动轴加工一样划分为三个阶段:粗车(粗车外圆、钻中心孔等),半精 车(半精车各处外圆、台阶和修研中心孔及次要表面等) ,粗、精磨(粗、精磨各处 外圆) 。不一样的是加工偏心部分时候需以 A 基准两端外圆用表测量,调整卡罐上的 螺钉, 调整至不同的偏心量, 车削各偏心外圆至尺寸各阶段划分大致以热处理为界。

(八) 、热处理工序安排
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。该轴要求调质处理,并安排粗车各外圆之后,半精车各外圆之前。 综合上述分析,传动轴的工艺路线如下: 下料→粗车端面和外圆→在轴的两端均留工艺夹头→粗车精车工艺夹头→钻中 空心→调整卡罐上螺钉→粗车各外圆→调质→修研中心空→半精车各外圆,车槽, 倒角→划键槽加工线→铣键槽→修研中心空→磨削→检验。

(九) 、加工尺寸和切削用量
创定州磨削余量可取 0.5mm,半精车余量可选用 1.5mm。加工尺寸可由此而定,
3

见该轴加工工艺的工序内容。 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。

(十) 、拟定工艺过程
定位精基准面中心孔应在粗加工之前加工,在调质后和磨削之前各需安排一次 研修中心孔的工序。调质之后研修中心空为消除中心孔的热处理变形和氧化皮,磨 削之前研修中心孔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,还要考虑次要表面的加工。在半 精加工Φ 20mm、Φ 16mm、φ 14mm 及φ 12mm 外圆时,应车到图样规定的尺寸,同时加 工出各退刀槽、倒角:键槽应在半精车以后以及磨削之前铣削加工出来,这样可保 证铣健槽时有较精确的定位基准,又可避免在精磨后铣键槽时破环已精加工的外圆 表面。 在拟定工艺过程时,应考虑检验工序的安排、检查项目及检验方法的确定。 综上所述,所确定的该传动轴加工工艺过程见表 A1 偏心轴机械加工工艺卡

产品 赣西学院 机械加工工艺卡 名称 零件 名称 偏心 轴

图号

A1 第一 页 φ 30mmX 160mm

共一页

毛坯种类

圆钢

材料牌号

45 钢

毛坯尺 寸 工具

序 号 1

工 种 下 料 车

工 步

工序内容

设备

夹具

刀具

量具

φ 30mmX160mm 三爪自定心卡盘夹持毛坯 外圆 1 车端面见平,粗车外圆

2

C6140 C6140
4

三爪 粗车刀

卡盘 2 钻中心孔, 用尾座顶尖顶住 中心孔 粗车外圆, 车工艺夹头 (在 3 轴 的 两 端 均 留 φ 12mm 长 C6140 20mm 的工艺夹头 4 粗 车 φ 20mm 外 圆 至 φ 22mm,长 120mmm 装夹卡罐, 调整螺丝至合适 5 的偏心量, 粗车偏心φ 16mm C6140 外圆至φ 18mm,长 42mm 卸下卡罐,三爪装夹 粗 车 φ 12mm 外 圆 至 φ 14mm,长 14mm 调头, 三爪自定心卡盘夹特 另一端工艺夹头 车另一端面, 保证加上工艺 夹头后总长 160mm 钻中心孔, 用尾座顶尖顶住 中心孔 粗 车 φ 16mm 外 圆 至 φ 18mm,长 23mm 检验 调质处理 234~237HBS 修研两端中心孔 双顶尖加上卡罐装夹好零 件 C6140 C6140 C6140 三爪 卡盘 三爪 90 度外 游 标 卡 卡盘 圆车刀 尺 C6140 三爪 中 心 钻 卡盘 φ 2mm 三爪 90 度外 游 标 卡 卡盘 圆车刀 尺

三爪 90 度外 游 标 卡 卡盘 圆车刀 尺

特制 90 度外 游 标 卡 卡罐 圆车刀 三爪 卡盘 尺

6

C6140

三爪 90 度外 游 标 卡 卡盘 圆车刀 尺

C6140

三爪 90 度外 游 标 卡 卡盘 圆车刀 尺 长度卡 尺

7

8

9 10 3 4 5 热 钳 车

5

调整卡罐螺丝至合适偏心 1 量,半精车偏心φ 16mm 外 C6140 圆φ 16.5mm,长 28mm 卸下卡罐,三爪装夹 2 半 精 车 φ 12mm 外 圆 至 φ 12.5mm,长 14mm 半 精 车 φ 20mm 外 圆 至 φ 20.5mm,长 53mm 调头, 三爪自定心卡盘夹特 另一端工艺夹头 4 半 精 车 φ 16mm 外 圆 至 φ 16.5mm,长 23mm 半精车 2mmX0.5mm 退刀槽 半 精 车 φ 14mm 外 圆 至 φ 14.5,长 4.5mm C6140

特制 卡罐

精车刀

百分表

三爪 卡盘 三爪 卡盘 三爪 卡盘 三爪 卡盘 三爪 卡盘 三爪 卡盘 三爪 卡盘

精车刀

百分表

3

C6140

精车刀

百分表

C6140

精车刀

百分表

C6140

精车刀

百分表

5

C6140

精车刀

6

C6140

精车刀

百分表

7 8 6 铣 1 2 9 10 钳 磨 1 2 3 4 5

倒外角 1mmX45 度,共 3 处 C6140 检验 用 V 形虎钳装夹, 按线找正 铣键槽φ 5X16mm 检验 修研两端中心孔 磨外圆 N 至尺寸 磨轴肩面 H 磨外圆 Q 至尺寸 磨轴肩面 I 磨外圆 P 至尺寸 车床 外 圆 磨床 磨床 磨床 磨床
6

精车刀

百分表

立铣

V 形 虎钳

砂轮 砂轮 砂轮 砂轮 砂轮

千分表 千分表 千分表 千分表 千分表

6 7 8

磨外圆 M 至尺寸 磨外圆Φ 14mm 至尺寸 检验

磨床 磨床

砂轮 砂轮

千分表 千分表

表 A1

三、确定夹具零件图及部分零件设计 (一) 、设计卡盘零件
利用均布在卡盘体上的活动卡爪和卡罐,把工件夹紧在机床上。卡盘一般由卡 盘体、活动卡爪和卡爪驱动机构 3 部分组成。卡盘体直径最小为 65 毫米,最大可达 1500 毫米,中央通孔,以便通过工件或棒料;背部有圆柱形或短锥形结构,直接或 通过法兰盘与机床主轴端部相联接。通过特制的卡罐在卡爪上组装成特制的夹具总 图,用来加工一定范围内偏心轴,卡罐的偏心和轴的偏心方向相反,用来抵消偏心 量。

工序 2 车偏心轴 P,N 两旋转面的夹具总图

(二) 、设计卡盘中卡罐的零件图

7

图 2:卡罐

(三) 、确定零件工艺整个工装
1.首先将 A 基准的所有外圆加工好, 在轴的两端均留&200mm 长 25mm 的工艺夹头, 要求夹头与 A 基准同轴且台阶面与 A 基准垂直。 2.将轴的两端夹头铣成 10h6,见图 1,要求扁与 A 基准中心对称且两端平行。 3.工装制作:卡罐两件,如图 2 所示,要求槽 10H7 与中心孔 B5 对称,槽的端 面与中心孔垂直。 4.将卡罐装在轴的两端,卡罐偏心方向应一致,通过卡罐的槽与轴的扁 10H7/h6 的配合,控制了偏心的方向:通过调节卡罐上的压紧螺钉可调节偏心量:使卡罐的端 面与轴的台阶面压紧,保证轴的中心与卡罐中心平行。 5.在车床上用双顶尖装夹,三爪夹紧卡罐旋转,以A基准两端外圆用表测量, 调整卡罐上的螺钉,调整至不同的偏心量,车削各偏心外圆至尺寸。 6.当偏心轴加工完后切去两端工艺夹头。 此种加工方法简便、可靠,避免了原有加工方法的繁琐(镗床打中心孔) ,可应 用于要求方向一致的多个偏心的偏心加工。

小结
偏心轴的机械加工工艺规程设计及夹具设计中,我们要根据生产批量和生产实 际情况,工序的安排采用了工序集中和工序分散相结合的办法,并且设计了一条自 动化生产线。当按工序集中原则组织过程时,还普遍的采用了自动化程度较高的高 效机床和工艺装备。这样大大地提高了生产率。
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参考文献
[1]、肖智清 [2]、金大鹰 [3]、王先逵 主编.机械制造基础.机械工业出版社,2003; 主编.机械制图-2.机械工业出版社区,2008; 主编.机械制造工艺学.机械工业出版社,2003;

[4]、林党养主编.AutoCAD2008 机械绘图.人民邮电出版社,2009; [5]、黄森彬 [6]、刘越 [7]、刘文剑 [8]、肖继德 主编.机械设计基础.机械工业出片社,2001; 主编.机械制造技术.化学工业出版社,2003; 主编.夹具工程师设计手册.黑龙江科技出版社,1992; 主编.机床夹具设计.机械工业出版社,2003;

致谢
时间如梭, 转眼就要毕业了, 千言万语不知道如何表达。 随着毕业设计的结束, 大学生活也即将画上圆满的句号。 我们也即将离开这个培养我们, 教育我们的母校, 想象大学几年的生活和进步,心中有太多的感激和不舍。 首先, 要感谢我的指导老师——胡涛红, 他对我的毕业设计给予了很多的帮助, 使我能成功的完成毕业设计!在此,对胡涛红老师的指导和关怀致以最诚挚的感谢 和最崇高的敬意! 其次,感谢这三年来,学校对我的关心与培养,感谢各位老师对我的栽培与照 顾,也感谢同窗陪我度过这短暂而美好的三年。 最后再一次真诚的说一声:谢谢!谢谢老师!谢谢同学!谢谢母校!

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