階梯軸的加工工藝

1、平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院階梯軸的加工工藝班級：姓名：學(xué)號：成績：目錄1 零件的工藝分析· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 62 生產(chǎn)綱領(lǐng)的計算與生產(chǎn)類型的確定· · · · · · 103 確定毛坯、繪制毛坯圖· · · &#

2、183; · · · · · · · · · · · · · 114 擬定軸的工藝路線· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 125 選擇加工設(shè)備及工藝裝備· · · · &#

3、183; · · · · · · · · · 166 加工工序設(shè)計· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 177 加工后零件的三維圖· · · · ·

4、 · · · · · · · · · · · · · · 248 設(shè)計小結(jié)· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 

5、3; · · 26摘要我國社會主義現(xiàn)代化要求機械制造工業(yè)為國民經(jīng)濟個部門的技術(shù)進步，技術(shù)改造提供先進高效的技術(shù)裝備，他首先要為我國正在發(fā)展的產(chǎn)業(yè)包括農(nóng)業(yè)，重工業(yè)， 輕工業(yè)以及其他的產(chǎn)業(yè)提供質(zhì)量優(yōu)良先進的技術(shù)設(shè)備，同時還要為新材料新能源機械工程等新技術(shù)的生產(chǎn)和應(yīng)用提供基礎(chǔ)設(shè)備。隨著科學(xué)技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)的飛速發(fā)展，國民經(jīng)濟個部門迫切需要各種各樣質(zhì)量優(yōu)、 性 能 好、 效率高、 能 耗 低、 價格 廉 的機械產(chǎn)品。其中產(chǎn)品設(shè)計 師決定產(chǎn)品性能，質(zhì)量水平市場競爭力和經(jīng)濟效益的重要環(huán)節(jié)，因此采用數(shù)控加工就成了首選，因為他工作效率高，質(zhì)量好，加工精度高一 零件的工藝分析1、軸的用途：軸是

6、組成機器的主要零件之一。一切作回轉(zhuǎn)運動的傳動零件（如齒輪、蝸桿登），都必須安裝在軸上才能進行運動及動力的傳遞。因此軸的主要作用是支承回轉(zhuǎn)零件及傳遞運動和動力。按照軸的承受載荷不同，軸可分為轉(zhuǎn)軸、心軸和傳動軸三類。工作中既承受彎矩又承受扭矩的軸成為轉(zhuǎn)軸，只承受彎矩的軸稱為心軸，只承受扭矩而不承受彎矩的軸稱為傳動軸。該軸主要采用40Cr 鋼能承受一定的載荷與沖擊。此軸為臺階類零件，尺寸精度，形位精度要求均較高。 16， 18， 17 為主要配合面，精度均要求較高，需通過磨削得到。軸線直線度為 0.01 ，兩鍵槽有同軸度要求。在加工過程中須嚴(yán)格控制。2、技術(shù)要求：軸通常是由支承軸頸支承在機器的機架或

7、箱體上，實現(xiàn)運動傳遞和動力傳遞的功能。支承軸頸表面的精度及其與軸上傳動件配合表面的位置精度對軸的工作狀態(tài)和精度有直接的影響。其技術(shù)要求包括以下內(nèi)容：尺寸精度軸 段 1，2，4，5 為 主 要 配 合 面 ， 尺 寸 精 度 要 求 較 高 。2. 形狀精度該軸公共軸線的直線度公差為。 其圓度及圓柱度無特殊要求，但應(yīng)控制在尺寸公差范圍內(nèi)。3. 位置精度 零件對位置精度要求較低，無特別要求。故可按一般規(guī)定普通精度軸的配合軸徑對支承軸徑的徑向圓跳動取為0.010.03mm。4. 表面粗糙度具有配合要求的各軸頸表面粗糙度為1.6 m，軸肩側(cè)面表面粗糙度為3.2 m，鍵槽底面粗糙度要求較低，為3.2 m

8、，側(cè)面為3.2 m。其余為12.5 m.5. 熱處理 : 鍛造后應(yīng)對毛坯安排正火處理, 為消除內(nèi)應(yīng)力粗加工之后安排退火處理，為改善材料的力學(xué)物理性質(zhì)半精加工之后，精加工之前安排調(diào)質(zhì)處理（850 油淬加520持續(xù)2 小時回火）。零件圖一軸的表面粗糙度、形狀和位置精度要求與表面粗糙度要求見表一加工表面尺寸及偏差（ mm）公差及精度 等級表面粗糙度Ra（m）形位公差軸段1IT61.6軸線直線度為軸段2IT81.6軸線直線度為軸段2 端面3.2軸段322未注12.5軸線直線度為軸段3 端面3.2軸段4IT61.6軸線直線度為軸段4 端面3.2軸段516未注1.6軸線直線度為鍵槽2IT73.2鍵槽5IT

9、73.2表一3、審查軸的工藝性：1. 結(jié)構(gòu)工藝軸類零件為其長度大于直徑的回轉(zhuǎn)體類零件，是機器中的主要零件之一。其主要功能是支承傳動件（齒輪、帶輪、離合器等）和傳遞扭矩。本次設(shè)計中的軸為階梯軸，其主要表面元素為圓柱面及鍵槽。該軸軸段2 與齒輪配合，通過平鍵以傳遞扭矩，軸段1 及軸段 4 與滾動軸承配合，軸段 5 連接半聯(lián)軸器，將扭矩輸出。（零件圖見圖一所示）2. 加工工藝（ 1）該軸采用合金結(jié)構(gòu)鋼40Cr，中等精度，轉(zhuǎn)速較高。經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后具有良好的綜合力學(xué)性能，具有較高的強度、較好的韌性和塑性。（ 2）該軸為階梯軸，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度中等，其有多個過渡臺階，根據(jù)表面粗糙度要求和生產(chǎn)類型，表面加工分為

10、粗加工、半精加工和精加工。加工時應(yīng)把精加工、半精加工和粗加工分開，這樣經(jīng)多次加工以后逐漸減少了零件的變形誤差。3）零件毛坯采用自由鍛，鍛造后安排正火處理。（ 4）該軸的加工以車削為主，車削時應(yīng)保證外圓的同軸度。（ 5）在精車前安排了熱處理工藝，以提高軸的疲勞強度和保證零件的內(nèi)應(yīng)力減少，穩(wěn)定尺寸、減少零件變形。并能保證工件變形之后能在半精車時糾正。（ 6）同一軸心線上各軸孔的同軸度誤差會導(dǎo)致軸承裝置時歪斜，影響軸的同軸度和軸承的使用壽命。在兩端面鉆中心孔進行固定裝夾可以有效防止徑向圓跳動、保證其同軸度。三 確定毛坯、繪制毛坯圖1、選擇毛坯：零件材料為40Cr鋼，要求強度較高，且工件的形狀比較簡單

11、，毛坯精度低，加工余量大，生產(chǎn)類型為單件小批量生產(chǎn)。綜上考慮，采用鍛件，其鍛造方法為自由鍛，毛坯的尺寸精度要求為IT12以下。2、 確定毛坯的尺寸公差1、毛坯尺寸由工藝人員手冊可查得鍛件單邊余量厚度方向1.5-2mm，取2mm，水平方向為2.0-2.7mm，取1 .5mm.鍛件質(zhì)量小于1kg，長度小于120mm，取其上偏差+0.17mm，下偏差-0.08mm。鍛件厚度尺寸小于40mm，取其上偏差+0.12mm，下偏差-0.04mm。 B/H<1,故取起偏角為5 度。則鍛件毛坯長度尺寸為，直徑尺寸為。2、毛坯公差等級根據(jù)零件圖各部分的加工精度要求，鍛件的尺寸公差等級為8-12 級，加工余量

12、等級為普通級，故取 IT=12 級。3、零件表面粗糙度根據(jù)零件圖可知該軸各加工表面的粗糙度至少為12.5 m。綜上，鍛件毛坯圖如下所示。四 擬定軸的工藝路線1、定位基準(zhǔn)的選擇正確的選擇定位基準(zhǔn)是設(shè)計工藝過程中的一項重要的內(nèi)容，也是保證加工精度的關(guān)鍵，定位基準(zhǔn)分為精基準(zhǔn)和粗基準(zhǔn)，以下為定位基準(zhǔn)的選擇。粗基準(zhǔn)的選擇（ 1） 粗基準(zhǔn)的選擇應(yīng)能保證加工面與非加工面之間的位置精度，合理分配各加工面的余量，為后續(xù)工序提供精基準(zhǔn)。 所以為了便于定位、裝夾和加工，可選軸的外圓表面為定位基準(zhǔn)，或用外圓表面和頂尖孔共同作為定位基準(zhǔn)。用外圓表面定位時，因基準(zhǔn)面加工和工作裝夾都比較方便，一般用卡盤裝夾。為了保證重要表

13、面的粗加工余量小而均勻，應(yīng)選該表面為粗基準(zhǔn)，并且要保證工件加工面與其他不加工表面之間的位置精度。按照粗基準(zhǔn)的選擇原則，選擇次要加工表面為粗基準(zhǔn)。又考慮到階梯軸的工藝特點，所以選擇 22 的外圓及一端面為粗基準(zhǔn)。（ 2）精基準(zhǔn)的選擇根據(jù)軸的技術(shù)要求，軸的中心線為設(shè)計基準(zhǔn)，也是測量基準(zhǔn)，按照基準(zhǔn)重合原則及加工要求，應(yīng)選軸心線及一端面為精基準(zhǔn)，其他各面都能以此為定位，從而也體現(xiàn)了基準(zhǔn)統(tǒng)一的原則。2、零件表面加工方法的選擇本零件的加工面有外圓、端面、鍵槽等，材料為40Cr，參考有關(guān)資料，加工方法選擇如下22 、16 外圓面：為未注公差尺寸，表面粗糙度為Ra1.6 m，需進行粗車、半精車、精車。外圓面：

14、公差等級為IT8，表面粗糙度為Ra1.6 m，需進行粗車、半精車、精車。外圓面： 公差等級為IT6， 表面粗糙度為Ra1.6m 需進行粗車、半精車、 精車、 粗磨、精磨。端面：本零件端面為回轉(zhuǎn)體端面，尺寸精度都要求不高，表面粗糙度為Ra3.2 m，需進行粗車、半精車。鍵槽：槽寬公差等級為IT7，槽深公差等級未注，表面粗糙度為Ra3.2 m，需采用三面刃銑刀，粗銑、半精銑3、工藝順序的安排（一）機械加工工序（ 1）遵循先基準(zhǔn)平面后其他的原則：機械加工工藝安排是總是先加工好定位基準(zhǔn)面，所以應(yīng)先安排為后續(xù)工序準(zhǔn)備好定為基準(zhǔn)。先加工精基準(zhǔn)面，鉆中心孔及車表面的外圓。（ 2）遵循先粗后精的原則：先安排粗

15、加工工序，后安排精加工工序。先安排精度要求較高的各主要表面，后安排精加工。（ 3）遵循先主后次的原則: 先加工主要表面，如車外圓各個表面，端面等。后加工次要表面，如銑鍵槽等。（ 4）遵循外后內(nèi)，先大后小原則：先加工外圓再以外圓定位加工內(nèi)孔，加工階梯外圓時先加工直徑較大的后加工直徑小的外圓。（ 5）次要表面的加工：鍵槽等次要表面的加工通常安排在外圓精車或粗磨之后，精磨外圓之前。（ 6）對于軸右端及中間軸段加工質(zhì)量要求較高的表面，安排在后面，并在前幾道工序中注意形位公差，在加工過程中不斷調(diào)整、保證其形位公差。（ 7）按照先面后孔的原則：先加工端面，再銑鍵槽。（二）熱處理工序的安排在切削加工前宜安排

16、正火處理，能提高改善軸的硬度，消除毛坯的內(nèi)應(yīng)力，改善其切削性能。在粗加工后進行調(diào)質(zhì)處理，能提高軸的綜合性能。最終熱處理安排在半精車之后磨削加工之前。其能提高材料強度、表面硬度和耐磨性。在精加工之前安排表面淬火，這樣可以糾正因淬火引起的局部變形，提高表面耐磨性。（三）輔助工序的安排在粗加工和熱處理后，安排校直工序。在半精車加工之后安排去毛刺和中間檢驗工序。在精加工之后安排去毛刺、清洗和終檢工序。綜上所述，該軸的工序安排順序為：下料鍛造預(yù)備熱處理加工工序 : 車端面粗車調(diào)質(zhì)半精車精車車端面銑鍵槽淬火磨外圓精磨檢驗4、加工階段的劃分該軸精度要求較高，其加工階段可劃分為粗加工、半精加工、精加工階段。1

17、、在粗加工階段，粗車外圓，以高生產(chǎn)效率去除毛坯余量。2、在半精加工階段，對外圓進行半精車，銑鍵槽等，減小粗加工中留下的誤差，使加工面達到一定的精度，為精加工做好準(zhǔn)備。3、精加工階段，、22、16 外圓面表面粗糙度要求為Ra1.6 m，對其進行精車以達到要求。 而對于外圓面其公差等級為IT6， 表面粗糙度要求為Ra1.6m 安排粗磨、精磨。5、確定工藝路線根據(jù)以上的加工工藝過程的分析確定零件的工藝路線如表三工序號工序名稱工序內(nèi)容10自由鍛毛坯鍛造加工20熱處理正火30車端面車斷頭及端面保證端面尺寸，鉆中心孔；調(diào)頭車另一端面，鉆中心孔；40粗車粗車軸段3 外圓，以其端面為基準(zhǔn)面，依次粗車軸段1、

18、2外圓；調(diào)頭再以軸段 3 右端面為基準(zhǔn)粗車軸段4、 5；粗車各退刀槽50熱處理調(diào)質(zhì)60半精車以軸段3外圓為基準(zhǔn)依次半精車軸段1、 2 外圓；半精車槽深0.5的 2 個；調(diào)頭再以軸段3外圓為基準(zhǔn)半精車軸段4、 5 外圓；半精車槽深0.5.70精車用調(diào)整法找正以頂尖中心線為基準(zhǔn)精車軸段1；精車軸段2; 調(diào)頭精車軸段4；精車軸段5；80車端面車端面保持長82；倒角 1X45調(diào)頭車另一端面保持全長80；倒角1X45度，車槽深0.390粗銑鍵槽銑兩個寬為5 的鍵槽100半精銑鍵槽半精銑兩個鍵槽110熱處理表面淬火120粗磨粗磨軸段1；調(diào)頭粗磨軸段4130精磨精磨軸段4；調(diào)頭精磨軸段1140檢驗表三六 加

19、工工序設(shè)計1、確定工序尺寸(1) 對軸段 3 外圓表面，加工工藝路線僅為粗車，由工序 40 組成。 可得粗車余量為4mm。取粗車的經(jīng)濟精度公差等級IT11 ，查表可確認(rèn)其公差值為0.13mm。將上面數(shù)據(jù)填入下表工序名稱工序余量(mm)加工 經(jīng)濟精度 ( mm)表面 粗糙度 Ra( m)工序 基本尺寸 (mm)尺 寸、公差 (mm)鍛造IT1224粗車4IT1112.522表五( 2)對軸段2 外圓表面加工工藝路線為：粗車半精車精車。由工序40、 60、 70組成，查表可得工序余量：精車余量為0.3mm,半精車余量為1.5mm，修正后的粗車余量為6.2mm。總加工余量為8mm。計算各項工序尺寸：

20、精車后達到圖紙上的尺寸，其表面粗糙度為Ra1.6 m。精車前尺寸：18+0.3=18.3mm半精車前尺寸：18.3+1.5=19.8mm粗車前尺寸：19.8+6.2=26mm按照各工序所得到的經(jīng)濟精度所對應(yīng)的值精車的經(jīng)濟精度公差等級IT8，其公差值T1=0.027mm。半精車的經(jīng)濟精度公差等級IT9，其公差值T2=0.043mm。粗車的經(jīng)濟精度公差等級為IT11 ，其公差值T3=0.11mm。將上面的數(shù)據(jù)填入下表：工序名稱工序余量(mm)加工 經(jīng)濟精度 ( mm)表面 粗糙度 Ra( m)工序 基本尺寸 (mm)尺寸、公差 (mm)精車0.3IT81.618半精 車1.5IT93.218.3粗

21、車6.2IT1112.519.8鍛造IT1226表六用計算法對精車徑向的工序量Z2 進行分析：查表Z2=0.3mm，則半精車的基本尺寸為A2=18+0.3=18.3mm。半精加工工序的經(jīng)濟加工精度等級達到IT9 級。確定公差值為0.043mm,所以A1=( 18.3 ± 0.02) mm。( 3)軸段 1、 4 外圓面。 其加工路線為粗車半精車精車粗磨精磨。 由工序40、 60、 70、 120、 130 組成，據(jù)查到的加工余量得精磨余量為0.1 ，粗磨為0.25，精車為0.25，半精車為2.2 ，經(jīng)修正后的粗車余量為6.2 。確定總加工余量為9。計算各工序尺寸：精磨前：17+0.1

22、=17.1粗磨前：17.1+0.25=17.35精車前：17.35+0.25=17.6半精車之前：17.6+2.2=19.8粗車前：19.8+6.2=26按照加工方法能達到的經(jīng)濟精度給各工序尺寸確定公差, 查工藝手冊可知每道工序的經(jīng)濟精度所對應(yīng)的值為：取精磨的經(jīng)濟精度公差等級為IT6，其公差值為T1=0.011mm。取粗磨的經(jīng)濟精度公差等級為IT7，其公差值為T1=0.018mm。取精磨的經(jīng)濟精度公差等級為IT8，其公差值為T1=0.027mm。取半精車的經(jīng)濟精度公差等級IT9，其公差值為T2=0.043mm。取粗車的經(jīng)濟精度公差等級IT11 ，其公差值為T3=0.11mm。其數(shù)據(jù)如下表工序名

23、稱工序余量(mm)加工 經(jīng)濟精度 ( mm)表面 粗糙度 Ra( m)工序 基本尺寸 (mm)尺 寸、公差 (mm)精 磨0.1IT61.617粗 磨0.25IT71.617.1精0.25IT83.217.3車5半 精車2.2IT96.417.6粗 車6.2IT1112.519.8鍛 造IT1226表七現(xiàn) 用 計 算 法 對 精 磨 徑 向 的 工 序 量 進 行 分 析 ： 查 表 得Z1=0.1mm。 則 粗 磨 基 本 尺 寸 為A2=17+0.1=17.1mm，粗磨加工工序的經(jīng)濟加工精度等級為IT7 級?？纱_認(rèn)其公差值0.018mm，故取A1=( 17.1 ± 0.02) m

24、m。( 4)對軸段5 外圓表面，加工工藝路線為：粗車半精車精車。由工序40、 60、 70組成。查工藝手冊得各加工余量：精車余量為0.3 ，半精車為1.5 ，經(jīng)修正后的粗車余量為8.2。確定總加工余量為10 。精車前：16+0.3=16.3半精車之前：16.3+1.5=17.8粗車前：17.8+8.2=26取精車的經(jīng)濟精度等級為IT8，公差值為T1=0.027mm。取半精車的經(jīng)濟精度等級為IT9，公差值為T2=0.043mm。取粗車的經(jīng)濟精度等級為IT11 ，公差值為T1=0.11mm。將以上數(shù)據(jù)填入表格工序 名稱工序余量(mm)加工 經(jīng)濟精度 ( mm)表面 粗糙度 Ra( m)工序 基本尺

25、寸 (mm)尺 寸、公差 (mm)精車0.3IT61.616半精 車1.5IT83.216.3粗車8.2IT1112.517.8鍛造IT1226表八5)對于鍵槽，可確定工藝路線：粗銑半精銑。4.5mm。查工藝手冊可知半精銑的加工余量為1.5mm，且總加工余量為6mm，則粗銑余量為取半精銑的經(jīng)濟精度公差等級為IT7，其公差值為T1=0.039mm。粗銑的經(jīng)濟精度公差等級為IT11 ，其公差值為T2=0.16mm。將以上數(shù)據(jù)填入表格工序名稱工序余量(mm)加工 經(jīng)濟精度 ( mm)表面 粗糙度 Ra( m)工序 基本尺寸 (mm)尺 寸、公差 (mm)半精 銑1.5IT73.25粗銑4.5IT11

26、12.56.5鍛造IT1211表九綜合以上可得加工余量表為：加工表面工 序名稱工 序余量工序尺寸度等級精3軸段車粗4 221IT11、 4軸段外圓精磨半0.1（+0.0055-0.0055 ）17，IT6面磨粗50.2 17.1 （-0.018 ）0，IT7車精50.2 17.35（ 0，-0.027 ）IT8精車半2.2 17.6（-0.043 ）0，IT9車粗6.2 17.8（-0.11 ）0，1IT1軸段2 外圓面車精0.318（ +0.021 ， -0.007 ）IT8半1.5 18.3（0，IT9精車-0.043 ）車粗6.2 19.8（ 0，-0.11 ）IT11軸段5 外圓面車精

27、0.316IT8精車半1.516.3（0,-0.043）IT9車粗8.217.8（0,-0.011）IT11鍵槽精銑半1.5（5 0， -0.01 ）IT7銑粗4.56.5 （0 ，-0.075 ）IT11表十2、確定工序的切削用量確定切削用量的原則：首先應(yīng)選取盡可能大的背吃刀量，其次在機床動力和剛度允許的條件下， 又滿足以加工表面粗糙度的情況下，選取盡可能大的進給量。最后根據(jù)公式確定最佳切削速度。1）工序30，粗車軸的左右端面該工序為兩個工步，工步1 是以左邊定位。粗車右端面；工步2 是以右邊定位，粗車左端面。由于這兩個工步是在一臺機床上經(jīng)一次走刀加工完成的，故其選用的切削用量相同。背吃刀量的確定：根據(jù)加工余量，工步1 和工步 2 的背吃刀量都為0.5mm 進給量的確定：本設(shè)計采用的是硬質(zhì)合金車刀，工件材料是40