中北大学机械制造技术基础课程设计模板Word下载.docx
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15、参考文献·
1.目录
2.设计任务书
3.序言
4.对零件的工艺分析，包括零件的作用、结构特点、结构工艺性、主要表面的技术要求分析等。
5.工艺设计与计算
（1）毛坯选择与毛坯图说明
（2）工艺路线的确定
（3）加工余量、切削用量工时定额的确定
（4）工序尺寸与公差的确定
6.夹具设计
7.设计心得体会
8.参考文献
序言
机械制造技术基础课程设计是在学完了机械制造技术基础和大部分专业课，并进行了生产实习的基础上进行的又一个实践性教学环节。
这次设计使我们能综合运用机械制造技术基础中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决了零件机械制造工艺问题，设计了机床专用夹具这一典型的工艺装备，提高了结构设计能力，为今后的毕业设计及未来从事的工作打下了良好的基础。
由于能力所限，经验不足，设计中还有许多不足之处，希望各位老师多加指教。
零件的工艺分析及生产类型的确定
1.零件的结构特点及作用
轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一。
它在机械中主要用于支承齿轮、带轮、凸轮以及连杆等传动件，以传递扭矩。
按结构形式不同，轴可以分为阶梯轴、锥度心轴、光轴、空心轴、曲轴、凸轮轴、偏心轴、各种丝杠等。
它主要用来支承传动零部件，传递扭矩和承受载荷。
轴类零件是旋转体零件，其长度大于直径，一般由同心轴的外圆柱面、圆锥面、内孔和螺纹及相应的端面所组成。
轴的长径比小于5的称为短轴，大于20的称为细长轴，大多数轴介于两者之间。
图示传动轴零件属于台阶轴类零件，由圆柱面、轴肩、螺纹、螺尾退刀槽、砂轮越程槽和键槽等组成。
轴肩一般用来确定安装在轴上零件的轴向位置，各环槽的作用是使零件装配时有一个正确的位置，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；
螺纹用于安装各种锁紧螺母和调整螺母。
2.零件的工艺分析
传动轴毛坯材料为45。
该材料属于优质碳素钢，经热处理（淬火加高温回火）后具有良好的综合力学性能，即具有较高的的强度和较高的塑性、韧性，一般用来制作机床主轴，机床齿轮和其他受力不大的轴类零件。
主要技术要求如下：
根据工作性能与条件，该传动轴图样规定了主要轴颈M，N，外圆P、Q以及轴肩E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。
这些技术要求必须在加工中给予保证。
因此，该传动轴的关键工序是轴颈M、N和外圆P、Q及轴肩E的加工。
3.零件的生产类型
零件的生产类型是指企业（或车间、工段、班组、工作地等）生产专业化程度的分类，它对工艺规程的制订具有决定性的影响。
生产类型一般可分为大量生产、成批生产和单件生产三种类型，不同的生产类型有着完全不同的工艺特征。
零件的生产类型是按零件的年生产纲领和产品特征来确定的。
附表2—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
5000～50000
大量生产
＞1000
＞5000
＞50000
依设计题目知：
Q=200件/年，结合生产实际，备品率a%和废品率b%分别取3%和0.5%，代入下列公式：
N=Qm（1+a%）（1+b%）
式中N——零件的生产纲领（件/年）；
Q——产品的年产量（台，辆/年）；
每台（辆）产品中该零件的数量（件/台，辆）；
a%备品率，一般取2%~4%；
b%废品率，一般取0.3%~0.7%。
计算得：
N=Qm（1+a%）（1+b%）
=200x1x（1+3%）（1+0.5%）/年=207件/年
传动轴的重量估计值为1.31kg，[45钢，密度7.85kg/m3，长215mm，最大直径：
40mm,
M=（π/4）*[（30）2*32+（35）2*33+（40）2*46+（30）2*46+（25）2*38+（20）2*20]*7.85*10-6
-（20*5.2+25*4.8）*7.85*10-6）
≈1.31kg
查表1-3（《机械制造技术基础课程设计指导教程》书，）该传动轴属于轻型机械类零件，根据生产纲领（200件/年）及零件类型（轻型机械），由附表2可查出，传动轴的生产类型为小批生产。
传动轴的生产纲领和生产类型
名 称
结果
生产纲领
200件/年
工艺特征
（1）毛坯采用自由锻造，精度低，余量大
（2）加工设备采用通用机床
（3）工艺装备采用通用夹具或组合夹具、通用刀具、通用量具、标准附件；
（4）工艺文件需编制简单的加工工艺过程卡片
（5）加工采用划线、试切等方法保证尺寸，生产效率低，要求操作工人技术
熟练
选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯图
1.选择毛坯
45钢是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过调质（或正火）后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，调质处理后表面硬度可达220～240HBS。
轴类毛坯，常用圆棒料和锻件，根据生产规模的不同，毛坯的锻造方式有自由锻和模锻两种。
毛坯经过加热锻造后，可使金属内部纤维组织沿表面均匀分布，获得较高的抗拉、抗弯及抗扭强度；
锻造后的毛坯，能改善金属的内部组织，提高其抗拉、抗弯等机械性能。
同时，因锻件的形状和尺寸与零件相近，可以节约材料，减少切削加工的劳动量，降低生产成本。
在选择锻件的制造方法时，并非是制造精度越高就越好，需要综合考虑机械加工成本和毛坯制造成本，以达到零件制造总成本最低的目的。
当生产批量较小、毛坯精度要求较低时，锻件一般采用自由锻造法生产。
根据传动轴的制造材料（45钢），查附表5可确定，毛坯类型可采用型材或锻件，现选用锻件；
毛坯采用自由锻造法。
2.确定机械加工余量、毛坯尺寸和公差
（1）、公差等级
由参考文献
（1）查得该锻件的尺寸公差等级IT为13—15级，加工余量等级为普通级。
故IT为15级，MA为普通级。
（2）、锻件质量
根据计算可得机械加工后零件的质量为传动轴的重量估计值为1.31kg。
由此可初步估计机械加工前锻件毛坯的重量为2.5g。
确定传动轴毛坯的余量
根据阶梯轴的自由锻造机械加工余量计算公式（D<
65mm时，按65mm计算,L<
300mm时，按300mm计算），传动轴锻件余量计算如下：
A＝0.26L0.2D0..5
＝0.26×
300*0.2×
650.5
＝6.56mm
取整数7mm。
=（π/4）*472*222=3.0kg
（3）、锻件的形状复杂系数
通过上面的计算已知毛坯和零件的质量，锻件的形状复杂系数
S=
/
=2.5/3.0=0.83
由于0.83介于0.63和1之间，故该锻件的形状复杂系数为
级。
（4）、锻件的材质系数M
由于该传动轴零件材料是45钢，是碳的质量分数小于0.65％的碳素钢，故该锻件的材质系数属M1。
（5）、零件表面的粗糙度
由零件图可知，该轴除Ｅ表面的粗糙度为0.3
m外，其它各加工表面的粗糙度均大于等于0.8
m，螺纹的表面粗糙度为3.2
m，键槽的表面粗糙度也为3.2
m。
3.确定机械加工余量
根据锻件质量，零件表面粗糙度，形状复杂系数查表５－９，由此查得单边余量在厚度方向3.5mm，平方向亦为3.5mm。
不妨取锻件各外径的单边余量为3.5mm，各轴向尺寸的单边余量亦为3.5mm。
4.确定毛坯尺寸
传动轴毛坯锻件尺寸
零件尺寸
单面加工余量
锻件尺寸
Ф40h8
3.5
Ф47
Ф35h7
6.0
Ф30h6
Ф37
Ф30h7
Ф25h7
Ф20h8
Ф27
5.确定毛坯尺寸公差
极限偏差
根据
+1.4
-0.4
表
5-7
32
+1.2
-0.6
5-6
79
84
20
+1.1
-0.5
6.设计毛坯图
零件毛坯图如图纸所示。
选择加工方法，制定工艺路线
1.定位基准的选择
合理地选择定位基准，对于保证零件的尺寸和位置精度有着决定性的作用。
由于该传动轴的几个主要配合表面（N、M）及轴肩面（Q、P）对基准轴线A-B均有径向圆跳动和端面圆跳动的要求，它又是实心轴，所以应选择两端中心孔为基准，采用双顶尖装夹方法，以保证零件的技术要求。
（1）传动轴零件的精基准
传动轴类零件的加工，以轴两端的中心孔作为定位精基准。
因为轴的设计基准是中心线，这样既符合基准重合原则，又符合基准统一原则，还能在一次装夹中最大限度地完成多个外圆及端面的加工，易于保证各轴颈间的同轴度以及端面的垂直度。
（2）传动轴零件的粗基准
轴类零件的粗加工，可选择外圆表面作为定位粗基准，以此定位加工两端面和中心孔，为后续工序准备精基准。
中心孔加工采用三爪自定心卡盘装夹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（有时在上工步已车外圆处搭中心架），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。
2.零件表面加工方法的选择
本零件的加工面有外圆、端面、槽、螺纹面等，材料为45钢。
根据传动轴零件图上各加工表面的尺寸精度和表面的粗糙度确定各加工方法，其加工方法选择如下：
表1-2轴零件各表面加工方法
加工表面
尺寸精度等级
表面粗糙度
（
）
加工方法
备注
40h8外圆面
8
1.6
粗车—半精车—精车
文献
（1）表3-10
35h7外圆面
7
0.8
粗车—半精车—磨削
30h6外圆面
6
0.3
粗车—半精车—粗磨—精磨
30h7外圆面
25h7外圆面
20h7外圆面
左端面
文献
（1）表3-12
右端面
轴肩面
粗车—半精车—磨削
文献
（1）表3-10
螺纹
3.2
车削
文献
（1）表3-13
左键槽
粗铣—精铣
右键槽
（1）轴类零件外圆加工方法
对于中小型铸铁和锻件，可直接进行粗车，经过粗车后工件的精度可达到IT10～IT12，表面粗糙度Ra值可12.5μm～25μm，粗车可切除毛坯的大部分余量。
对经过粗车的工件，采用半精车可达到IT9～IT10级精度，表面粗糙度Ra值可6.3μm～12.5μm。
对于中等精度的工件表面，半精车可作为终加工工序，也可作为磨削或精加工的预加工工序。
精车可作为最终加工工序或光整工序的预加工，精车后工件表面可达IT7～IT8级精度，表面粗糙度Ra值可3.2μm～1.6μm。
（2）键槽加工方法
键槽是轴类零件上常见的结构，其中以普通平键应用最广泛，通常在普通立式铣床上用键槽铣刀加工，我们不妨直接放到加工中心加工。
（3）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、F的公差等级（IT7）较高，表面粗糙度Ra值（Ra=0.8um）较小，故车削后还需磨削。
故主要外圆表面的加工方案可为：
粗车→半精车→磨削。
3.制定工艺路线
（1）划分加工阶段
传动轴主要表面的加工可划分为粗加工、半精加工、精加工三个阶段。
该传动轴加工划分为三个阶段：
粗车（粗车外圆、钻中心孔等），半精车（半精车各处外圆、台阶和次要表面等），粗、精磨（粗、精磨各处外圆）,各阶段划分大致以热处理为界。
（2）安排加工顺序
①遵循“先基准后其他”原则，首先加工精基准——钻中心孔及车表面的外圆。
②遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。
③遵循“先主后次”先加工主要表面——车外圆各个表面，后加工次要表面——铣键槽和加工各个小槽。
④遵循“先面后孔”原则，先加工左右端面，再加工各个台阶面。
（3）初步拟定工艺路线
定位精基准面中心孔应在粗加工之前加工，在调质之后和磨削之前各需安排一次修研中心孔的工序。
调质之后修研中心孔为消除中心孔的热处理变形和氧化皮，磨削之前修研中心孔是为提高定位精基准面的精度和减小圆柱面的表面粗糙度值。
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Ф40mm、Ф35mm、Ф35mm及M20mm外圆时，应车到图样规定的尺寸，同时加工出各退刀槽、倒角和螺纹；
三个键槽应在半精车后以及磨削之前铣削加工出来，这样可保证铣键槽时有较精确的定位基准，又可避免在精磨后铣键槽时破坏已精加工的外圆表面。
工序Ⅰ：
以锻件Ф42处外圆面以及右端面定位，粗车左端面，粗车Ф40轴段外圆以及台阶面。
以左端面（基准）和粗车之后的Ф40外圆定位，粗车右面。
并以右端面为基准，加工Ф40外圆以右的各个台阶面，钻中心孔。
以Ф30处外圆以及右端面定位，粗车左断面，以左端面为基准，粗车Ф40外圆以左的各个台阶面的外圆。
工序Ⅱ：
进行调质热处理，硬度达到220～240HBS。
工序Ⅲ：
以Ф30处外圆以及左端面定位，半精车Ф30、Ф35、Ф40轴段的的外圆，半精车左端面和Ф40轴段处左肩面，倒角。
以Ф40轴段外圆以及右端面定位，半精车Ф30、Ф25、Ф20轴段的的外圆以及右端面和Ф40轴段处右肩面，倒角（不倒Ф20轴段处）。
车砂轮越程槽。
工序Ⅳ：
继续以Ф40轴段外圆右端面定位，切Ф20轴段处的退刀槽，车螺纹，倒角。
考虑到铣键槽的定位基准射阶梯轴的肩面，要先加工基准面，所以铣键槽要安排在半精加工之后。
工序Ⅴ：
以零件Ф40处外圆在加工中心夹具上定位，以Ф40处外圆左肩面为对刀面铣左边键槽（宽10），以Ф30处外圆右肩面为对刀面铣右边键槽（宽8）。
考虑到铣键槽可能会对已磨削的表面造成磨损，所以把磨削加工安排在铣键槽之后。
工序Ⅵ：
以两端中心孔作为定位基准，精车Ф40轴段外圆。
工序Ⅶ：
磨削各个表面粗糙度要求为0.8的表面及轴肩面。
工序Ⅷ：
精磨Ф30外圆轴段，要求表面粗糙度为0.3。
工序Ⅸ：
终检。
4．热处理工序安排
（1）锻造毛坯在加工前，均需安排正火或退火处理，使钢材内部晶粒细化，消除锻造应力，降低材料硬度，改善切削加工性能。
（2）调质一般安排在粗车之后、半精车之前，以获得良好的物理力学性能。
（3）表面淬火一般安排在精加工之前，这样可以纠正因淬火引起的局部变形。
（4）精度要求高的轴，在局部淬火或粗磨之后，还需进行低温时效处理。
传动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，并安排在粗车各外圆之后，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→车两端面，钻中心孔→粗车各外圆→调质→修研中心孔→半精车各外圆，车槽，倒角→车螺纹→划键槽加工线→铣键槽→修研中心孔→磨削→检验。
5．加工尺寸和切削用量
小批量生产时传动轴磨削余量可取0.3mm，半精车余量可选用2.0mm，精车余量用1.3mm。
一般可由《机械加工工艺手册》或《切削用量手册》中选取。
加工尺寸可由此而定，见该轴加工工艺卡的工序内容。
工序设计
1.选择加工设备和工艺设备
1）选择机床
根据传动轴的工艺特性，根据不同工艺选车窗床。
工序Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ是粗车和半精车，成批生产不需要很高的生产率，故选用普通卧式车床就可以。
传动轴轮廓尺寸不大（直径最大为47，长度为222），选用C6140即可。
为了加工方便一次安装进行粗、精铣。
铣键槽在加工中心上最好。
该零件磨削精度不高，选用一般的磨床即可，我们选用H206。
我们所选的加工设备采用通用机床，即普通车床、加工中心、万能磨床。
2）选择夹具该
零件的加工工艺不需要专用夹具。
工艺装备采用通用夹具（三爪卡盘及顶尖）、通用刀具（标准车刀、键槽铣刀、砂轮等）、通用量具（游标卡尺、外径千分尺等）。
3）选择刀具
1.在车床上加工的工序，一般选用硬质合金刀。
加工钢制零件采用YT类硬质合金，粗车加工用YT5，半精加工用YT15。
2.切槽宜选用高速钢。
3.铣刀选用直径为6的铣刀，以方便粗精加工在一道工序内完成。
4）量具的选择
本零件属于成批生产，一般选用通用量具。
根据零件要求、尺寸特点，参考《机械制造技术基础课程设计指南》表5-108选择如下：
外圆粗车和半精车选度数值0.05、测量范围0~150游标卡尺。
量键槽选度数值0.05、测量范围0~150游标卡尺。
磨削是用度数值0.01，测量范围25~50外径千分尺。
2.确定工序尺寸
1）确定圆柱面的工序尺寸
表5-32粗车外圆余量
加工直径d
≤50
＞50～100
＞100～300
＞300～500
＞500
零件长度L
直径余量a
＜1000
5
＞1000～1600
＞1600～2500
注：
端面留量为直径之半，即a/2。
表5-33粗车外圆后精车外圆余量
轴的直径d
＞100～250
＞250～500
＞500～800
＞800～1200
＞1200～2000
粗车外圆的公差
≤10
0.6
1.0
-
＞10～18
0.7
0.9
1.1
0.18
＞18～30
1.3
1.4
0.21
＞30～50
1.5
1.7
0.25
＞50～80
1.2
1.8
0.30
在单件或小批生产时，本表的数值应乘上系数1.3，并化成一位小数，这时的粗车外圆公差带为IT15。
参考表（5-32）粗车外圆余量可知：
工序间尺寸、公差、表面粗糙度及毛坯尺寸的确定
Ф40轴段外圆的加工：
工序
名称
工序余
量/mm
加工经济
精度/mm
表面粗糙
度
工序基本
尺寸/mm
公差/mm
精车
h8
40.0
-0.039
半精车
2.0
h9
6.3
41.3
-0.062
粗车
3.7
h11
>
=50
43.3
-0.16
锻造
2
47.0
Ф35轴段外圆的加工：
磨削
h7
35.0
±
0.008
35.3
9.7
37.3
左端Ф30轴段外圆的加工：
精磨
0.1
h6
30.0
.0065
粗磨
0.4
30.1
-0.021
30.4
-0.052
4.6
32.4
-0.13
37.0
右端Ф35轴段外圆的加工：
右端Ф30轴段外圆的加工：
-0.02
-0.072
30.3
4.7
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