機(jī)械制造工藝學(xué)(階梯軸的工藝規(guī)程)

1、萊蕪職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械制造工藝學(xué)綜合實(shí)訓(xùn)題 目：階梯軸機(jī)械加工工藝規(guī)程編制系 別：機(jī)電工程系 專 業(yè)：機(jī)電一體化技術(shù) 班 級(jí)：13級(jí)高職機(jī)電3班 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 成 績(jī)： 2015年6 月 機(jī)械制造工藝學(xué)綜合實(shí)訓(xùn)任務(wù)書20142015 學(xué)年第 二 學(xué)期 機(jī)電工程系： 機(jī)電一體化技術(shù) 專業(yè) 2013級(jí)高職機(jī)電3班 課程名稱： 機(jī)械制造工藝學(xué) 設(shè)計(jì)題目： 軸的加工工藝規(guī)程的編制 1、 設(shè)計(jì)的主要任務(wù)如圖所示為減速器輸出軸，批量500件，材料45鋼。試編制其加工工藝規(guī)程。2、 完成期限： 自 2015年 6 月 15 日 至 2015 年 6 月22 日共 1 周指導(dǎo)教師（簽字）： 年

2、 月 日系（教研室）主任（簽字）： 年 月 日目 錄序 言1一. 零件的分析 41.1 軸的作用 41.2 軸的工藝分析 41.3 軸的零件圖 5二、工藝規(guī)程設(shè)計(jì)62.1確定毛坯的制造形式 62.2定位基準(zhǔn)的選擇 62.3擬定軸的工藝路線 72.4加工工序的設(shè)計(jì) 102.5確定切削用量及基本工時(shí) 11三、機(jī)床的設(shè)備選擇123.1機(jī)床設(shè)備選擇123.2工藝設(shè)備選用123.3各工序所用機(jī)床、夾具、刀具、量具和輔具13參考文獻(xiàn) 16零件三維圖 16工藝卡片 17工序卡片 18設(shè)計(jì)總結(jié) 19序 言 本課程綜合實(shí)訓(xùn)是學(xué)生在學(xué)完機(jī)械制造工藝學(xué)課程的一個(gè)綜合性和實(shí)踐性很強(qiáng)的教學(xué)環(huán)節(jié)，通過實(shí)訓(xùn)，能綜合運(yùn)用所學(xué)

3、基本理論以及在生產(chǎn)實(shí)習(xí)中學(xué)到的實(shí)踐知識(shí)進(jìn)行工藝及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本訓(xùn)練，掌握機(jī)械制造過程中的加工方法、加工裝備等基本知識(shí)，提高學(xué)生分析和解決實(shí)際工程問題的能力，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)及今后從事科學(xué)研究、工程技術(shù)工作打下較堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 本次機(jī)械制造工藝學(xué)綜合實(shí)訓(xùn)不僅僅能幫助我們利用已學(xué)的知識(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)，還培養(yǎng)了我們自己分析，獨(dú)立思考的能力。這次綜合性的訓(xùn)練，我在以下幾方面得到鍛煉：（1） 提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力。通過設(shè)計(jì)零件的訓(xùn)練，獲得根據(jù)被加工零件的加工要求，設(shè)計(jì)出高效，省力，經(jīng)濟(jì)合理而能保證加工質(zhì)量的零件的能力。（2） 學(xué)會(huì)使用手冊(cè)以及圖表資料。掌握與本設(shè)計(jì)有關(guān)的各種資料的名稱，出處，能夠做到熟練的運(yùn)用。就我

4、個(gè)人而言，我希望通過這次課程設(shè)計(jì)對(duì)自己未來將從事的工作進(jìn)行一次適應(yīng)性訓(xùn)練，從中鍛煉自己發(fā)現(xiàn)問題，分析問題和解決問題的能力，為今后參加工作打下良好的基礎(chǔ)。一、零件的分析1.1 軸的作用軸的主要作用是支承回轉(zhuǎn)零件及傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。按照軸的承受載荷不同，軸可分為轉(zhuǎn)軸、心軸和傳動(dòng)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(dòng)軸。1.2 軸的工藝分析該軸主要采用40Cr鋼能承受一定的載荷與沖擊。此軸為階梯軸類零件，尺寸精度，形位精度要求均較高。21，22.5，24，22.55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

5、鍵槽有同軸度要求。在加工過程中須嚴(yán)格控制。（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(qiáng)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(gè)過渡臺(tái)階，根據(jù)表面粗糙度要求和生產(chǎn)類型，表面加工分為粗加工、半精加工和精加工。加工時(shí)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）零件毛坯采用模鍛，鍛造后安排正火處理。（4）該軸的加工以車削為主，車削時(shí)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(qiáng)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

6、車時(shí)糾正。（6）同一軸心線上各軸孔的同軸度誤差會(huì)導(dǎo)致軸承裝置時(shí)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(jìn)行固定裝夾可以有效防止徑向圓跳動(dòng)、保證其同軸度。零件圖如下軸的各表面粗糙度、公差及偏差見表一加工表面尺寸及偏差（mm）公差及精度等級(jí)表面粗糙度Ra（µm）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330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5未注1.6軸線直線度為鍵槽2IT73.2鍵槽5IT73.2表一二、工藝規(guī)程設(shè)計(jì)2.1 確定毛坯的制造形式階梯軸材料為40Cr鋼，要求

7、強(qiáng)度較高，且工件的形狀比較簡(jiǎn)單，毛坯精度低，加工余量大，因年產(chǎn)5000件，所以達(dá)到批量生產(chǎn)水平。綜上考慮，采用鍛件，其鍛造方法為模鍛，毛坯的尺寸精度要求為IT12以下。2.2 定位基準(zhǔn)的選擇正確的選擇定位基準(zhǔn)是設(shè)計(jì)工藝過程中的一項(xiàng)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(shí)，因基準(zhǔn)面加工和工作裝夾都比較方便，一般用卡盤裝夾。

8、為了保證重要表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(diǎn)，所以選擇30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(jì)基準(zhǔn)，也是測(cè)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。2.3 擬定軸的工藝路線2.3.1零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： 30 外圓面：為未注公差尺寸，表面粗糙度為Ra12.5&

9、#181;m，需進(jìn)行粗車、半精車。外圓面：公差等級(jí)為IT8，表面粗糙度為Ra1.6µm，需進(jìn)行粗車、半精車、精車。 外圓面：公差等級(jí)為IT6，表面粗糙度為Ra1.6µm需進(jìn)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Ra3.2µm，需進(jìn)行粗車、半精車。 鍵槽：槽寬公差等級(jí)為IT7，槽深公差等級(jí)未注，表面粗糙度為Ra3.2µm，需采用三面刃銑刀，粗銑、半精銑。2.3.2 工藝順序的安排（一）機(jī)械加工工序（1）遵循先基準(zhǔn)平面后其他的原則：機(jī)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

10、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(gè)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(shí)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(duì)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

11、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(jìn)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(qiáng)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(yàn)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?yàn)椋?下料鍛造預(yù)備熱處理。 該軸的加工工序: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

12、驗(yàn)。2.3.3 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、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(duì)外圓進(jìn)行半精車，銑鍵槽等，減小粗加工中留下的誤差，使加工面達(dá)到一定的精度，為精加工做好準(zhǔn)備。3、精加工階段，、30、外圓面表面粗糙度要求為Ra1.6µm，對(duì)其進(jìn)行精車以達(dá)到要求。而對(duì)于外圓面其公差等級(jí)為IT6，表面粗糙度要求為Ra1.6µm安排粗磨、精磨。2.3.4 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二工序號(hào)工序名稱工序內(nèi)容10模鍛毛坯鍛造加工20熱處理正火30車端面車斷頭及

13、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、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(gè)；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(zhǎng)122；倒角1X45調(diào)頭車另一端面保持全長(zhǎng)120；倒角1X45度，車槽深0.390粗銑鍵槽銑兩個(gè)寬為7的鍵槽100半精銑鍵槽半精銑兩個(gè)鍵槽110熱處理表面淬火

14、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(yàn)表二2.4加工工序的設(shè)計(jì)2.4.1 加工余量的確定 加工余量見表三加工表面工序名稱工序余量工序尺寸精度等級(jí)軸段3粗車430IT11軸段1、4外圓面半精磨0.122.5（+0.0055，-0.0055）IT6粗磨0.2522.6（0，-0.018）IT7精車0.2522.85（0，-0.027）IT8半精車2.223.1（0，-0.043）IT9粗車8.725.3（0，-0.11）IT11軸段2外圓面精車0.324（+0.012，+0.001）IT8半精車1.524.3（0，-0.043）IT9粗車8.225.8（

15、0，-0.11）IT11軸段5外圓面精車0.321(0,-0.01)IT8半精車1.521.3(0,-0.043)IT9粗車8.222.8(0,-0.011)IT11鍵槽半精銑1.57.5（0，-0.03）IT7粗銑69（0，-0.075）IT11表三2.4.2毛坯尺寸及公差等級(jí)由工藝人員手冊(cè)可查得鍛件單邊余量厚度方向1.5-2mm，取2mm，水平方向?yàn)?.0-2.7mm，取2.5mm.鍛件質(zhì)量小于1kg，長(zhǎng)度等于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(zhǎng)

16、度尺寸為，直徑尺寸為。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(jí)為8-12級(jí)，加工余量等級(jí)為普通級(jí)，故取IT=12級(jí)。2.4.3毛坯圖的繪制根據(jù)零件圖可知該軸各加工表面的粗糙度至少為12.5µm。綜上，鍛件毛坯圖如下所示。 2.5確定切削用量及基本工時(shí)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(jī)床動(dòng)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(jìn)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?yàn)閮蓚€(gè)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(gè)工步是在一臺(tái)機(jī)床上經(jīng)一次走刀加工完成的

17、，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(jìn)給量的確定：本設(shè)計(jì)采用的是硬質(zhì)合金車刀，工件材料是40Cr，查表取進(jìn)給量f0.5mm/r 切削速度的計(jì)算：硬質(zhì)合金車刀切削40Cr時(shí)，取切削速度V為50m/min，根據(jù)公式，可得車床轉(zhuǎn)速n=1000×50/（×34）r/min=663r/min，查表CA6140的主軸轉(zhuǎn)速范圍為101400，14001580（r/min），符合要求。2）工序40粗車及工序60半精車 該工序?yàn)楣げ?粗車和工步2半精車，則背吃刀量依次為ap1=z=8.2mm，ap2=z=2.2mm查表得 粗車 f1

18、=0.81mm/r，取Vc為60m/min，則n=796r/min半精車取f2=0.4mm/r，Vc為90m/min，則n=1194r/min (n=1000Vc/d)3）工序40、60的過渡面部分 粗車半精車尺寸為30的軸肩兩端面粗車軸段2與軸段1的過渡端面，其切削用量與上述結(jié)論類似，不再計(jì)算4）工序90、100粗銑及半精銑鍵槽 粗銑 取f=2mm/r Vc=60m/min n=118 r/min 半精銑取f=0.8mm/r Vc=74m/min n=200 r/min5）工序120、130粗磨、精磨加工軸段1、4外圓面 查表取粗磨、精磨深度進(jìn)給量為分別為0.032mm，0.008mm 工件

19、的運(yùn)動(dòng)速度為15m/min，18m/min 背吃刀量等于磨削余量0.25mm及0.1mm6）其余工序粗車加工時(shí)，取f=0.81mm/r Vc=60m/min 半精車加工時(shí)，取f=0.51mm/r Vc=90m/min 精加工時(shí)，取f=0.2mm/r Vc=120m/min 皆符合要求。三、機(jī)床設(shè)備的選用3.1各工序所用機(jī)床、夾具、刀具、量具和輔具（表四，表五）表四表五3.2 機(jī)床設(shè)備的選用由以上的表四、五，結(jié)合零件軸的生產(chǎn)類型為大批量生產(chǎn)，可以選用較高效率的專用機(jī)床和自動(dòng)機(jī)床。根據(jù)該軸尺寸的大小要求，選用數(shù)控車床CK6140，外圓磨床M1432,銑床X083。3.3 機(jī)床夾具設(shè)計(jì)1）刀具選擇

20、因?yàn)樵搨鲃?dòng)軸為階梯軸，所以選用90度角外圓車刀（車臺(tái)階）材料為YT15，45°刀（倒角）和切槽刀（切槽）。2）量具選擇 因?yàn)樵撦S最大長(zhǎng)度為124，所以選用量程0-200，精度0.05游標(biāo)卡尺。各工序具體所用工藝設(shè)備見下表 工序號(hào)機(jī)床設(shè)備刀具量具10空壓機(jī)游標(biāo)卡尺20熱處理設(shè)備30CK614090°刀游標(biāo)卡尺40CK614090°刀游標(biāo)卡尺50熱處理設(shè)備60CK614090°刀游標(biāo)卡尺70CK614090°刀游標(biāo)卡尺80CK614090°刀游標(biāo)卡尺90銑床X083銑刀游標(biāo)卡尺100銑床X083銑刀游標(biāo)卡尺110熱處理設(shè)備120M1432

21、砂輪130M1432砂輪140游標(biāo)卡尺 3）夾具選擇 機(jī)床夾具的作用及分類：保證加工精度 夾具可準(zhǔn)確確定工件、刀具和機(jī)床之間的相對(duì)位置，可以保證加工精度。提高生產(chǎn)效率 夾具可快速地將工件定位和夾緊，減少輔助時(shí)間。減輕勞動(dòng)強(qiáng)度 采用機(jī)械、氣動(dòng)、液壓等夾緊機(jī)構(gòu)，可以減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。擴(kuò)大機(jī)床的工藝范圍 采用機(jī)床夾具可使機(jī)床的加工范圍擴(kuò)大。機(jī)床夾具按應(yīng)用范圍分為：通用夾具、專用夾具、組合夾具。 以工序40選擇夾具，根據(jù)零件的功用、特點(diǎn)及材料，可選擇三爪卡盤進(jìn)行零件的夾緊，定位基準(zhǔn)選軸的一個(gè)端面，定位元件選擇浮動(dòng)頂尖即可定位。機(jī)械加工工藝過程卡片產(chǎn)品型號(hào)零件圖號(hào)產(chǎn)品名稱階梯軸零件名稱階梯軸共1頁(yè) 第

22、1頁(yè)材 料 牌 號(hào)Cr40毛 坯 種 類鍛件毛坯外形尺寸124x每毛坯件數(shù)1每 臺(tái) 件 數(shù)1 工序號(hào)工序名稱工 序 內(nèi) 容車間工段設(shè) 備工 藝 裝 備工 時(shí)準(zhǔn)終單件10模鍛毛坯鍛造加工游標(biāo)卡尺20熱處理正火30車端面車端面鉆中心孔，掉頭另一端鉆中心孔CK6140 游標(biāo)卡尺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、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CK6140游標(biāo)卡尺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(gè)；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。CK6140游標(biāo)卡尺70精車用調(diào)

23、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；CK6140游標(biāo)卡尺80車端面車端面保持長(zhǎng)122；倒角1X45調(diào)頭車另一端面保持全長(zhǎng)120；倒角1X45度，車槽深0.3CK6140游標(biāo)卡尺90粗銑槽銑兩個(gè)寬為7的鍵槽銑床X083銑刀 游標(biāo)卡尺100半精銑槽半精銑兩個(gè)鍵槽銑床X083銑刀 游標(biāo)卡尺110熱處理表面淬火120粗磨粗磨軸段1；調(diào)頭粗磨軸段4M1432130精磨精磨軸段4；調(diào)頭精磨軸段1M1432140檢驗(yàn)游標(biāo)卡尺設(shè)計(jì)（日 期）校對(duì)（日期）審核（日期）標(biāo)準(zhǔn)化（日期）會(huì)簽（日期）標(biāo)記處數(shù)更改文件號(hào)簽字日期機(jī)械加工工序卡片產(chǎn)品型號(hào)零件圖號(hào)產(chǎn)品名稱階梯軸零件名稱階梯軸共1頁(yè)第1頁(yè)車間工序號(hào)工序名稱材 料 牌 號(hào)40粗車cr40毛 坯 種 類毛坯外形尺寸每毛坯可制件數(shù)每 臺(tái) 件 數(shù)鍛件124x11設(shè)備名稱設(shè)備型號(hào)設(shè)備編號(hào)同時(shí)加工件數(shù)數(shù)控車床CK61401夾具編號(hào)夾具名稱切削液三爪卡盤工位器具編號(hào)工位器具名稱工序工時(shí) (分)準(zhǔn)終單件工步號(hào)工步內(nèi)容工藝裝備主軸轉(zhuǎn)速r/min切削速度m/min進(jìn)給量mm/r切削深度mm進(jìn)給次數(shù)工步工時(shí)10粗車軸段3，Ra=12.5 um游標(biāo)