課程設計：設計階梯軸的機械加工工藝規(guī)程

1、機械制造技術(shù)基礎題 目：設計階梯軸的機械加工工藝規(guī)程院 、 系： 能環(huán)學院班 級： 10熱動2班姓 名： 學 號： 指導教師： 2013年 12 月 序 言 本課程設計是學生在學完機械制造工藝學課程的一個綜合性和實踐性很強的教學環(huán)節(jié)，通過課程設計，能綜合運用所學基本理論以及在生產(chǎn)實習中學到的實踐知識進行工藝及結(jié)構(gòu)設計的基本訓練，掌握機械制造過程中的加工方法、加工裝備等基本知識，提高學生分析和解決實際工程問題的能力，為后續(xù)課程的學習及今后從事科學研究、工程技術(shù)工作打下較堅實的基礎。 本次機械制造工藝學課程設計不僅僅能幫助我們利用已學的知識進行設計，還培養(yǎng)了我們自己分析，獨立思考的能力。這次綜合性

2、的訓練，我在以下幾方面得到鍛煉：（1） 提高結(jié)構(gòu)設計能力。通過設計零件的訓練，獲得根據(jù)被加工零件的加工要求，設計出高效，省力，經(jīng)濟合理而能保證加工質(zhì)量的零件的能力。（2） 學會使用手冊以及圖表資料。掌握與本設計有關(guān)的各種資料的名稱，出處，能夠做到熟練的運用。就我個人而言，我希望通過這次課程設計對自己未來將從事的工作進行一次適應性訓練，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。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

3、心軸，只承受扭矩而不承受彎矩的軸稱為傳動軸。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0.01，兩鍵槽有同軸度要求。在加工過程中須嚴格控制。（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，表面加工分為粗加工、半精加工和精加工。加工時應把精加工、半精加工和粗加工分開，這樣經(jīng)

4、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，車削時應保證外圓的同軸度。（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。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

5、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)程設計2.1 確定毛坯的制造形式階梯軸材料為40Cr鋼，要求強度較高，且工件的形狀比較簡單，毛坯精度低，加工余量大，因年產(chǎn)5000件，所以達到批量生產(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 定位基準的選擇正確的選擇定位基準是設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，定位基準分為精基準和粗基準，以下為定位基準的選擇。粗基準的選擇。（1） 粗基準的選擇

6、應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。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，或用外圓表面和頂尖孔共同作為定位基準。用外圓表面定位時，因基準面加工和工作裝夾都比較方便，一般用卡盤裝夾。為了保證重要表面的粗加工余量小而均勻，應選該表面為粗基準，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。按照粗基準的選擇原則，選擇次要加工表面為粗基準。又考慮到階梯軸的工藝特點，所以選擇30的外圓及一端面為粗基準。（2）精基準的選擇 根據(jù)軸的技術(shù)要求，軸的中心線為設計基準，也是測量基準，按照基準重合原則及加工要求，應選軸心線及一端面為精基準，

7、其他各面都能以此為定位，從而也體現(xiàn)了基準統(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Ra12.5m，需進行粗車、半精車。外圓面：公差等級為IT8，表面粗糙度為Ra1.6m，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Ra3.2m，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R

8、a3.2m，需采用三面刃銑刀，粗銑、半精銑2.3.2 工藝順序的安排（一）機械加工工序（1）遵循先基準平面后其他的原則：機械加工工藝安排是總是先加工好定位基準面，所以應先安排為后續(xù)工序準備好定為基準。先加工精基準面，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

9、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正火處理，能提高改善軸的硬度，消除毛坯的內(nèi)應力，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

10、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驗。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，為精加工做好準備。3、精加工階段，、30、外圓面表面粗糙度要求為Ra1.6m，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

11、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

12、持長122；倒角1X45調(diào)頭車另一端面保持全長120；倒角1X45度，車槽深0.390粗銑鍵槽銑兩個寬為7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檢驗表二2.4加工工序的設計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8.7

13、25.3（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（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2.5mm.鍛件質(zhì)量小于1kg，長度等于120mm，取其上偏

14、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/H1,故取起偏角為5度。則鍛件毛坯長度尺寸為，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為8-12級，加工余量等級為普通級，故取IT=12級。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12.5m。綜上，鍛件毛坯圖如下所示。 2.5確定切削用量及基本工時確定切削用量的原則：首先應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

15、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：本設計采用的是硬質(zhì)合金車刀，工件材料是40Cr，查表取進給量f0.5mm/r 切削速度的計算：硬質(zhì)合金車刀切削40Cr時，取切削速度V為50m/min，根據(jù)公式，可得車床轉(zhuǎn)速n=100050/（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

16、車 該工序為工步1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=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

17、序120、130粗磨、精磨加工軸段1、4外圓面 查表取粗磨、精磨深度進給量為分別為0.032mm，0.008mm 工件的運動速度為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，取f=0.81mm/r Vc=60m/min 半精車加工時，取f=0.51mm/r Vc=90m/min 精加工時，取f=0.2mm/r Vc=120m/min 皆符合要求。三、機床設備的選用3.1各工序所用機床、夾具、刀具、量具和輔具（表四，表五）表四表五3.2 機床設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床和自動機床。

18、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 機床夾具設計1）刀具選擇 因為該傳動軸為階梯軸，所以選用90度角外圓車刀（車臺階）材料為YT15，45刀（倒角）和切槽刀（切槽）。2）量具選擇 因為該軸最大長度為124，所以選用量程0-200，精度0.05游標卡尺。各工序具體所用工藝設備見下表 工序號機床設備刀具量具10游標卡尺2030CK614090刀游標卡尺40CK614090刀游標卡尺5060CK614090刀游標卡尺70CK614090刀游標卡尺80CK614090刀游標卡尺90銑床X083銑刀游標卡尺100銑床X083銑刀游標卡尺110120

19、M1432砂輪130M1432砂輪140游標卡尺 3）夾具選擇 機床夾具的作用及分類：保證加工精度 夾具可準確確定工件、刀具和機床之間的相對位置，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，減少輔助時間。減輕勞動強度 采用機械、氣動、液壓等夾緊機構(gòu)，可以減輕工人的勞動強度。擴大機床的工藝范圍 采用機床夾具可使機床的加工范圍擴大。機床夾具按應用范圍分為：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、特點及材料，可選擇三爪卡盤進行零件的夾緊，定位基準選軸的一個端面，定位元件選擇浮動頂尖即可定位。機械加工工藝過程卡片產(chǎn)品型號零件圖號產(chǎn)品名稱階梯軸零件名稱階梯軸

20、共1頁 第1頁材 料 牌 號Cr40毛 坯 種 類鍛件毛坯外形尺寸124x每毛坯件數(shù)1每 臺 件 數(shù)1 工序號工序名稱工 序 內(nèi) 容車間工段設 備工 藝 裝 備工 時準終單件10模鍛毛坯鍛造加工游標卡尺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 游標卡尺40粗車粗車軸段3外圓，以其端面為基準面，依次粗車軸段1、2外圓；調(diào)頭再以軸段3右端面為基準粗車軸段4、5；粗車各退刀槽CK6140游標卡尺50熱處理調(diào)質(zhì)60半精車以軸段3外圓為基準依次半精車軸段1、2外圓；半精車槽深0.5的2個；調(diào)頭再以軸段3外圓為基準半精車軸段4、5外圓；半精車槽深0.5。CK6140游標卡尺7

21、0精車用調(diào)整法找正以頂尖中心線為基準精車軸段1；精車軸段2;調(diào)頭精車軸段4；精車軸段5；CK6140游標卡尺80車端面車端面保持長122；倒角1X45調(diào)頭車另一端面保持全長120；倒角1X45度，車槽深0.3CK6140游標卡尺90粗銑槽銑兩個寬為7的鍵槽銑床X083銑刀 游標卡尺100半精銑槽半精銑兩個鍵槽銑床X083銑刀 游標卡尺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檢驗游標卡尺設計（日 期）校對（日期）審核（日期）標準化（日期）會簽（日期）標記處數(shù)更改文件號簽字日期機械加工工序卡片產(chǎn)品型號零件圖號產(chǎn)品名稱階梯軸零件名稱階梯軸共1頁第1頁車間工序號工序名稱材 料 牌 號40粗車cr40毛 坯 種 類毛坯外形尺寸每毛坯可制件數(shù)每 臺 件 數(shù)鍛件124x11設備名稱設備型號設備編號同時加工件數(shù)數(shù)控車床CK61401夾具編號夾具名稱切削液三爪卡盤工位器具編號工位器具名稱工序工時 (分)準終單件工步號工步內(nèi)容工藝裝備主軸轉(zhuǎn)速r/min切削速度m/min進給量mm/r切削深度mm進給次數(shù)工步工時10粗車軸段3，Ra=12.5 um游標卡尺796600.8141機動輔助20粗車軸段1、2，Ra=1.6 um游標卡尺796600.8111.5、1