机械制造工艺学轴的设计课程设计.docx
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机械制造工艺学轴的设计课程设计
湖南工业大学
课程设计
资料袋
机械工程学院（系、部）2012~2013学年第1学期
课程名称机械制造工艺学指导教师邓根青职称
学生姓名王维专业班级机械设计1002学号
题目轴的设计
成绩起止日期2012年_12_月28日〜2013年1月日
目录清单
序号
材料名称
资料数量
备注
1
课程设计任务书
1
2
课程设计说明书
1
3
课程设计图纸
13
张
4
5
6
湖南工业大学课程设计任务书
2012-2013学年第一学期
机械工程学院（系、部）机械设计与制造及自动化专业机设1002班级
课程名称：
机械制造工艺学
设计题目：
轴的设计
完成期限：
自2012年12月28日至2013年月13_日共_2_周
内
容
及
任
务
一、设计的主要技术参数
二、设计任务
根据零件图对零件进行工艺分析，编制工艺文件。
三、设计工作量
1根据零件图对零件进行工艺分析
2计算零件的生产纲领，确定生产类型
3确定毛坯的种类和制造方法
4确疋毛坯的尺寸和公差
5拟定加工路线
6确头各工序的加工余里，计算工序尺寸和公差
7选择各工序的机床设备及刀具、量具等工艺装备
8确定各工序的切削用量
9编制工艺文件
进
度安排
起止日期
工作内容
2012年12月28日~2012年12月30
日
零件的工艺分析
2012年12月31日~2013年12月12
日
工艺规程设计以及制作工艺卡
2013年12月13日~2013年12月13
日
整理、排版说明书以及准备答辩
参
考
资
料
【1】王先逵•机械制造工艺学[M]•北京：
机械工业出版社，2006.
【2】陈锡渠.金属切削原理与工具[M].北京：
北京大学出版社，2006.
【3】葛金印.机械制造技术基础基本常识[M].北京：
高等教育出版社，2004.
【4】马永杰.热处理工艺方法600种[M].北京：
化学工业出版社，2008.
【5】邓文英.金属工艺学[M].北京：
高等教育出版社，2008.
指导教师（签字）：
年月日
系（教研室）主任（签字）：
年月日
起止日期：
机械制造工艺学
课程设计说明书
轴的设计
2012年12月28日至2013年1月13日
学生姓名王维
班级机设1002
学号
成绩
机械工程学院
2013年1月13日
、八
前言
本课程设计是学生在学完机械制造工艺学课程的一个综合性和实践性很强的教学环节，通过课程设计，能综合运用所学基本理论以及在生产实习中学到的实践知识进行工艺及结构设计的基本训练，掌握机械制造过程中的加工方法、加工装备等基本知识，提高学生分析和解决实际工程问题的能力，为后续课程的学习及今后从事科学研究、工程技术工作打下较坚实的基础。
本次机械制造工艺学课程设计不仅仅能帮助我们利用已学的知识进行设计，还培养了我们自己分析，独立思考的能力。
这次综合性的训练，我在以下几方面得到锻炼：
（1）、运用机械制造工艺学课程中的基本原理以及在生产实习中学到的实践知识，正确地
解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及工艺路线安排，工艺尺寸确定等问题，保证零件的加工质量。
（1）提高结构设计能力。
通过设计零件的训练，获得根据被加工零件的加工要求，设计出高效，省力，经济合理而能保证加工质量的零件的能力。
（2）学会使用手册以及图表资料。
掌握与本设计有关的各种资料的名称，出处，能够做到熟练的运用。
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进行一次适应性训
练，从中锻炼自己发现问题，分析问题和解决问题的能力，为今后参加工作打下良好的基
由于个人水平亟待提高，设计尚有许多不足之处，恳请老师给予指教，本人将表示真
诚的感谢！
第一章零件的工艺分析6
第二章生产纲领的计算与生产类型的确定10
第三章确定毛坯、绘制毛坯图11
第四章拟定轴的工艺路线12
第五章选择加工设备及工艺装备16
第六章加工工序设计17
第七章加工后零件的三维图24
第八章参考资料25
第九章设计小结26
第十章致谢27
第一章零件的工艺分析
、轴的用途：
轴是组成机器的主要零件之一。
一切作回转运动的传动零件（如齿轮、蜗杆登），都必须安装在轴上才能进行运动及动力的传递。
因此轴的主要作用是支承回转零件及传递运动和动力。
按照轴的承受载荷不同，轴可分为转轴、心轴和传动轴三类。
工作中既承受弯矩又承受扭矩的轴成为转轴，只承受弯矩的轴称为心轴，只承受扭矩而不承受弯矩的轴称为传动轴。
该轴主要采用40Cr钢能承受一定的载荷与冲击。
此轴为台阶类零件，尺寸精度，形
位精度要求均较高。
①14,也5,也6为主要配合面，精度均要求较高，需通过磨削得到。
轴线直线度为©，两键槽有同轴度要求。
在加工过程中须严格控制。
二、技术要求：
轴通常是由支承轴颈支承在机器的机架或箱体上，实现运动传递和动力传递的功能。
支承轴颈表面的精度及其与轴上传动件配合表面的位置精度对轴的工作状态和精度有直接的影响。
其技术要求包括以下内容：
1.尺寸精度
轴段1，2，4，5为主要配合面，尺寸精度要求较高。
2.形状精度
该轴公共轴线的直线度公差为0.01。
其圆度及圆柱度无特殊要求，但应控制在尺寸公差范围内。
3.位置精度
零件对位置精度要求较低，无特别要求。
故可按一般规定普通精度轴的配合轴径对
支承轴径的径向圆跳动取为~。
4.表面粗糙度
具有配合要求的各轴颈表面粗糙度为卩m,轴肩侧面表面粗糙度为卩m,键槽底面粗糙度要求较低，为ym,侧面为^m。
其余为^m.
5.热处理:
锻造后应对毛坯安排正火处理，为消除内应力粗加工之后安排退火处理，
为改善材料的力学物理性质半精加工之后，精加工之前安排调质处理（850C油淬加520C持
续2小时回火）。
零件图一
轴的表面粗糙度、形状和位置精度要求与表面粗糙度要求见表
加工表面
尺寸及偏差
公差及精度
表面粗糙度
形位公差
（mm）
等级
Ra（pm）
轴段1
①14
未注
轴线直线度为°.°1
轴段2
IT8
轴线直线度为0-01
轴段2端面
轴段3
20
未注
轴线直线度为0-01
轴段3端面
轴段4
IT6
轴线直线度为0.01
轴段4端面
轴段5
IT6
轴线直线度为0.01
键槽2
IT7
键槽5
IT7
表
、审查轴的工艺性:
1.结构工艺
轴类零件为其长度大于直径的回转体类零件，是机器中的主要零件之一。
其主要功能是支承传动件（齿轮、带轮、离合器等）和传递扭矩。
本次设计中的轴为阶梯轴，其主要表面元素为圆柱面及键槽。
该轴轴段4与齿轮配合，通过平键以传递扭矩，轴段2及轴段5与滚动轴承配合，轴段1连接半联轴器，将扭矩输出。
（零件图见图一所示）
2.加工工艺
（1）该轴采用合金结构钢40Cr,中等精度，转速较高。
经调质处理后具有良好的综合力学性能，具有较高的强度、较好的韧性和塑性。
（2）该轴为阶梯轴，其结构复杂程度中等，其有多个过渡台阶，根据表面粗糙度要求和生产类型，表面加工分为粗加工、半精加工和精加工。
加工时应把精加工、半精加工和粗加工分开，这样经多次加工以后逐渐减少了零件的变形误差。
（3）零件毛坯采用自由锻，锻造后安排正火处理。
（4）该轴的加工以车削为主，车削时应保证外圆的同轴度。
（5）在精车前安排了热处理工艺，以提高轴的疲劳强度和保证零件的内应力减少，稳定尺寸、减少零件变形。
并能保证工件变形之后能在半精车时纠正。
（6）同一轴心线上各轴孔的同轴度误差会导致轴承装置时歪斜，影响轴的同轴度和轴承的使用寿命。
在两端面钻中心孔进行固定装夹可以有效防止径向圆跳动、保证其同轴度。
第二章生产纲领的计算与生产类型的确定
机械加工的工艺规程的详细程度与生产类型有关，不同的生产类型由产品的生产纲领
来区别。
1•生产类型的确定
（1）零件的生产类型是指企业生产专业化程度的分类，它对工艺规程的制定具有决定性的
影响。
机械制造的生产类型一般分为大量生产、成批生产和单件生产，成批生产分为大批生产、中批生产、和小批生产。
产量越大生产专业化程度越高。
按重型机械、中型机械、和轻型机械的年生产量列出了不同的生产类型的规范如表1
表1各种生产类型的规范
生产类型
零件的年生产纲领/件/年
重型机械
中型机械
轻型机械
单件生产
<5
<20
<100
小批生产
5〜100
20〜200
100〜500
中批生产
100〜300
200〜500
500〜5000
大批生产
300〜1000
500〜5000
5000〜50000
大量生产
>1000
>5000
>50000
2.生产纲领的计算
（1）生产纲领是产品的年生产量。
生产纲领的大小对生产组织和零件加工工艺规程起着很重要的作用，它决定了各工序所需的专业化和自动化的程度以及所选用的工艺方法和工艺装备。
（2）零件的生产纲领的计算方式
N=Qn（1+a%+阱）
结合生产实际：
零件的备品率a%和零件的平均废品率阱分别取4%和6%,假定产品的年产量Q要求为200件/年，每台产品中该零件的数量为1件/台。
所以综合以上数据代入上式中得：
N=220件
（3）由零件尺寸可知其属于轻型零件,生产类型为小批量生产。
第三章确定毛坯、绘制毛坯图
一、选择毛坯：
零件材料为40Cr钢,要求强度较高,且工件的形状比较简单,毛坯精度低,加工余量大,生产类型为单件小批量生产。
综上考虑,采用锻件,其锻造方法为自由锻,毛坯的尺寸精度要求为IT12以下。
二、确定毛坯的尺寸公差
1、毛坯尺寸
由工艺人员手册可查得锻件单边余量厚度方向，取4mm,水平方向为，取.锻件质量小
24
0.12
0.04mm。
于1kg,长度小于120mm,取其上偏差+，下偏差。
锻件厚度尺寸小于40mm,取其上偏差
2、毛坯公差等级
根据零件图各部分的加工精度要求,锻件的尺寸公差等级为8-12级,加工余量等级为普通级,故取IT=12级。
3、零件表面粗糙度
根据零件图可知该轴各加工表面的粗糙度至少为卩m。
综上,锻件毛坯图如下所示。
第四章拟定轴的工艺路线
一、定位基准的选择
正确的选择定位基准是设计工艺过程中的一项重要的内容,也是保证加工精度的关键,定
位基准分为精基准和粗基准,以下为定位基准的选择。
粗基准的选择
（1）粗基准的选择
应能保证加工面与非加工面之间的位置精度,合理分配各加工面的余量,为后续工序
提供精基准。
所以为了便于定位、装夹和加工,可选轴的外圆表面为定位基准,或用外圆
表面和顶尖孔共同作为定位基准。
用外圆表面定位时，因基准面加工和工作装夹都比较方
便，一般用卡盘装夹。
为了保证重要表面的粗加工余量小而均匀，应选该表面为粗基准，并且要保证工件加工面与其他不加工表面之间的位置精度。
按照粗基准的选择原则，选择次要加工表面为粗基准。
又考虑到阶梯轴的工艺特点，所以选择梓4的外圆及一端面为粗
基准。
（2）精基准的选择
根据轴的技术要求，轴的中心线为设计基准，也是测量基准，按照基准重合原则及加工要求，应选轴心线及一端面为精基准，其他各面都能以此为定位，从而也体现了基准统一的原则。
二、零件表面加工方法的选择
本零件的加工面有外圆、端面、键槽等，材料为40Cr，参考有关资料，加工方法选择如下
20、14外圆面：
为未注公差尺寸，表面粗糙度为卩m，需进行粗车、半精车、精车。
IT8，表面粗糙度为卩m，需进行粗车、半精车、精车。
公差等级为
粗磨、精磨
端面：
本零件端面为回转体端面，尺寸精度都要求不高，表面粗糙度为1m,需进行粗
车、半精车。
键槽：
槽宽公差等级为IT7，槽深公差等级未注，表面粗糙度为im,需采用三面刃铣刀，
粗铣、半精铣
三、工艺顺序的安排
（一）机械加工工序
（1）遵循先基准平面后其他的原则：
机械加工工艺安排是总是先加工好定位基准面，所以应先安排为后续工序准备好定为基准。
先加工精基准面，钻中心孔及车表面的外圆。
（2）遵循先粗后精的原则：
先安排粗加工工序，后安排精加工工序。
先安排精度要求较高的各主要表面，后安排精加工。
（3）遵循先主后次的原则：
先加工主要表面，如车外圆各个表面，端面等。
后加工次要表面，如铣键槽等。
（4）遵循外后内，先大后小原则：
先加工外圆再以外圆定位加工内孔，加工阶梯外圆时先加工直径较大的后加工直径小的外圆。
（5）次要表面的加工：
键槽等次要表面的加工通常安排在外圆精车或粗磨之后，精磨外圆之前。
（6）对于轴右端及中间轴段加工质量要求较高的表面，安排在后面，并在前几道工序中注意形位公差，在加工过程中不断调整、保证其形位公差。
（7）按照先面后孔的原则：
先加工端面，再铣键槽。
（二）热处理工序的安排
在切削加工前宜安排正火处理，能提高改善轴的硬度，消除毛坯的内应力，改善其切削
性能。
在粗加工后进行调质处理，能提高轴的综合性能。
最终热处理安排在半精车之后磨
削加工之前。
其能提高材料强度、表面硬度和耐磨性。
在精加工之前安排表面淬火，这样可以纠正因淬火引起的局部变形，提高表面耐磨性。
（三）辅助工序的安排
在粗加工和热处理后，安排校直工序。
在半精车加工之后安排去毛刺和中间检验工序。
在精加工之后安排去毛刺、清洗和终检工序。
综上所述，该轴的工序安排顺序为：
下料——锻造——预备热处理
加工工序:
车端面——粗车——调质——半精车——精车——车端面——铣键槽—
—淬火——磨外圆——精磨——检验
四、加工阶段的划分
该轴精度要求较高，其加工阶段可划分为粗加工、半精加工、精加工阶段。
1、在粗加工阶段，粗车外圆，以高生产效率去除毛坯余量。
2、在半精加工阶段，对外圆进行半精车，铣键槽等，减小粗加工中留下的误差，使加
工面达到一定的精度，为精加工做好准备
吓I
3、精加工阶段，、』、14外圆面表面粗糙度要求为卩m,对其进行精车以达到要求。
而对于；「1'「「・外圆面其公差等级为IT6，表面粗糙度要求为卩m
安排粗磨、精磨。
五、确定工艺路线
根据以上的加工工艺过程的分析确定零件的工艺路线如表三
工序号
工序名称
工序内容
10
自由锻
毛坯锻造加工
20
热处理
正火
30
车端面
车断头及端面保证端
面尺寸，钻中心孔；调头车
另一端面，钻中心孔；
40
粗车
粗车轴段3外圆，以其端面为基准面，依次粗车轴段1、2外圆；调头再以轴段3右端面为基准粗车轴段4、5;粗车各退刀槽
50
热处理
调质
60
半精车
以轴段3外圆为基准依次半精车轴段1、2外圆；半精车槽深的2个；调头再以轴段3外圆为基准半精车轴段4、5外圆；半精车槽深•
70
精车
用调整法找正以顶尖中心线为基准精车轴段1；精车轴段2;调头精车轴段4;精车轴段5；
80
车端面
车端面保持长82；倒角1X45调头车另一端面保持全长80；倒角1X45度，车槽深
90
粗铣键槽
铣两个宽为5的键槽
100
半精铣键槽
半精铣两个键槽
110
热处理
表面淬火
120
粗磨
粗磨轴段1；
调头粗磨轴段4
130
精磨
精磨轴段4；
调头精磨轴段1
140
检验
表三
第五章选择加工设备及工艺装备
一、机床设备的选用
零件轴的生产类型为小批量生产，可以选用较高效率的专用机床和通用机床。
根据该轴尺寸的大小要求，选用卧式车床CA6140,外圆磨床M1412铣床X083。
二、工艺装备的选用
1）刀具选择
因为该传动轴为阶梯轴，所以选用90度角外圆车刀（车台阶）材料为YT15
45°刀（倒角）和切槽刀（切槽）
2）量具选择
因为该轴最大长度为85,所以选用量程0-100,精度游标卡尺。
各工序具体所用工艺
设备见下表
工序号
机床设备
刀具
量具
10
游标卡尺
20
30
CA6140
90°刀
游标卡尺
40
CA6140
90°刀
游标卡尺
50
60
CA6140
90°刀
游标卡尺
70
CA6140
90°刀
游标卡尺
80
CA6140
90°刀
游标卡尺
90
铣床X083
铣刀
游标卡尺
100
铣床X083
铣刀
游标卡尺
110
120
M1412
砂轮
130
M1412
砂轮
140
游标卡尺
表四
第六章加工工序设计
、确定工序尺寸
⑴对轴段3外圆表面，加工工艺路线仅为粗车，由工序40组成。
可得粗车余量为4mm。
取粗车的经济精度公差等级IT11，查表可确认其公差值为。
将上面数据填入下表
工序
工序
加工
表面
工序
尺
名称
余量（mm）
经济精度
粗糙度Ra®
基本尺寸
寸、公差
（mm）
m）
（mm）
（mm）
锻造
IT12
24
粗车
4
IT11
20
表五
（2）对轴段2外圆表面加工工艺路线为：
粗车一一半精车一一精车。
由工序40、60、
70组成，查表可得工序余量：
精车余量为，半精车余量为，修正后的粗车余量为。
总加工余
量为8mm。
精车前尺寸：
16+=
半精车前尺寸：
+=
粗车前尺寸：
+=24mm
按照各工序所得到的经济精度所对应的值
精车的经济精度公差等级IT8，其公差值T1=。
半精车的经济精度公差等级IT9，其公差值T2=。
粗车的经济精度公差等级为IT11，其公差值T3=。
将上面的数据填入下表：
工序
工序
加工
表面
工序
尺寸、
名称
余量（mm）
经济精度
粗糙度Ra（卩
基本尺寸
公差（mm）
（mm）
m）
（mm）
精车
IT8
16
半精
IT9
车
粗车
IT11
锻造
IT12
24
表六
用计算法对精车径向的工序量Z2进行分析：
查表Z2=，则半精车的基本尺寸为A2=16+=。
半精加工工序的经济加工精度等级达到IT9级。
确定公差值为，所以
A1=（土）mm。
（3）轴段2、5外圆面。
其加工路线为粗车一一半精车一一精车一一粗磨一一精磨。
由工序40、60、70、120130组成，据查到的加工余量得精磨余量为，粗磨为，精车为，半精车为，经修正后的粗车余量为。
确定总加工余量为9。
计算各工序尺寸：
精磨前：
15+=
粗磨前：
+=
精车前：
+=
半精车之前：
+=
粗车前：
+=24
按照加工方法能达到的经济精度给各工序尺寸确定公差，查工艺手册可知每
取半精车的经济精度公差等级
IT9，其公差值为T2=
道工序的经济精度所对应的值为:
取粗车的经济精度公差等级IT11，其公差值为T3=
其数据如下表
工序
加工
表面
工序
尺
工序名称
余量（mm）
经济精度
粗糙度Ra（卩
基本尺寸
寸、公差
（mm）
m）
（mm）
（mm）
精
IT6
15
磨
粗
IT7
磨
精
车
IT8
半
精车
IT9
粗
车
IT11
锻
造
IT12
24
表七
现用计算法对精磨径向的工序量进行分析：
查表得Z1=。
则粗磨基本尺寸为
A2=15+=，粗磨加工工序的经济加工精度等级为IT7级。
可确认其公差值，故取A仁（土）
mm。
（4）对轴段1外圆表面，加工工艺路线为：
粗车一一半精车一一精车。
由工序40、
60、70组成。
查工艺手册得各加工余量：
精车余量为，半精车为，经修正后的粗车余量
为。
确定总加工余量为10
精车前：
14+=
半精车之前：
+=
粗车前：
+=24取精车的经济精度等级为IT8，公差值为T仁取半精车的经济精度等级为IT9，公差值为T2=取粗车的经济精度等级为IT11，公差值为T仁。
将以上数据填入表格
工序
工序
加工
表面
工序
尺
名称
余量（mm）
经济精度
粗糙度Ra（卩
基本尺寸
寸、公差
（mm）
m）
（mm）
（mm）
精车
IT6
14
半精
IT8
车
粗车
IT11
锻造
IT12
24
表八
（5）对于键槽，可确定工艺路线：
粗铣一一半精铣
查工艺手册可知半精铣的加工余量为，且总加工余量为6mm,则粗铣余量为
取半精铣的经济精度公差等级为IT7，其公差值为T仁
粗铣的经济精度公差等级为IT11，其公差值为T2=。
将以上数据填入表格
工序
工序
加工
表面
工序
尺
名称
余量（mm）
经济精度
粗糙度Ra（卩
基本尺寸
寸、公差
（mm）
m）
（mm）
（mm）
半精
IT7
5
铣
粗铣
IT11
锻造
IT12
11
表九
综合以上可得加工余量表为:
工
工
工序尺寸
精
加工表面
序名称
序余量
度等级
轴段
粗
4
①20
IT1
3
车
1
轴段
半
①15（+,）
IT6
1、4
精磨
外圆
面
粗
磨
①（0,）
IT7
精
车
①（0,）
IT8
半
精车
①（0,）
IT9
粗
车
①（0,）
IT1
1
轴段
2外圆面
精
车
①15（+,）
IT8
半
精车
①（0,）
IT9
粗
车
①（0,）
IT1
1
轴段
5外圆面
精
车
①15
IT8
半
精车
①（0,
IT9
粗
车
①（0,
IT1
1
键槽
半
精铣
5（0,）
IT7
升级会员 