输出轴的机械加工资料Word文档格式.docx
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本次设计加工的零件为输出轴，需要较高的强度和韧性等综合机械性能，工作载荷基本平衡，故选用45号钢。
由于该轴工作时不承受冲击载荷，工作性质一般，且各阶梯轴径相差不大，因此可选用热轧圆钢作为毛胚。
下料尺寸为Ф55
×
200
圆柱毛坯，加工如图1.1的零件。
第2章车工和零件加工工艺设计
2.1车床
主要组成部件有：
主轴箱、交换齿轮箱、进给箱、溜板箱、刀架、尾架、光杠、丝杠、床身、床脚和冷却装置。
机床是人类进行生产劳动的重要工具，也是社会生产力发展水平的重要标志。
普通机床经历了近两百年的历史。
随着电子技术、计算机技术及自动化，精密机械与测量等技术的发展与综合应用，生产了机电一体化的新型机床一一数控机床。
它是利用工件的旋转运动和刀具的直线运动来加工工件的，它能完成的切削加工最多，就其基本的工作内容来说，可以车外圆、车端面、切断、切槽、钻中心空、钻孔、车孔、铰孔、车各种螺纹、车圆锥、车成形面、滚花以及盘绕弹簧、在机械制造中，车床是应用很广泛的金属切削机床之一。
CA6140型卧式车床是我国自行设计自造的新型车床，具有性能良好、结构先进、操作方便、外形美观等优点。
CA6140型普通车床的通用性能较好。
它适用于加工各种轴类，套类和盘类零件上的回转表面，如车削内外圆柱面，圆锥面，环槽及成型回转表面；
车削端面及各种常用的公制，英制，牟数制和径节制罗螺纹；
在普通车床上还能作钻孔，扩孔，铰孔，滚花等工作。
CA6140型普通车床是普通精度级机床，根据普通车床的精度检验标准，新机床应达到的加工精度为：
精车外圆的圆度0.01
精车外圆的圆柱度0.01
/100
精车端面的平面度0.02
/300
精车螺纹的螺距精度0.04
0.06
精车的表面粗糙度可达Ra=1.25～2.5µ
m
CA6140型普通车床实质上是一种通用车床，它的加工范围较广，但结构复杂且自动化程度低，所以适用于单件小批量生产及修配车间。
因此，本次设计的轴类零件将在此机床上进行加工。
在拟定工艺路线之前，先分析轴的结构和精度要求。
从结构上分析，轴由七段圆柱组成，上面有两个键槽和两个中心孔（其中一个中心孔带螺孔，以便安装轴端挡圈）。
从精度和粗糙度分析，有四段圆柱要求达到IT6级精度，其中安装联轴器的55段和要安装齿轮的80段两段要求粗糙度在1.6以下，安装轴承的65两段要求粗糙度在0.8以下。
以上四段圆柱之间又要求有较高的位置精度。
根据该轴主要由圆柱构成和多数段均要求较高的加工精度和较小的粗糙度这一特点，在拟定工艺路线时，应以外圆表面的加工贯穿始终，将全轴的加工分成粗、半精和精加工三个阶段，而将键槽和螺纹的加工穿插于各加工阶段中。
至于中心孔，其作用是为加工时提供安装定位基准。
根据“基准先行”的原则，应该在一开始就将其加工出来。
现将大批量生产时，该轴的主要加工工艺路线安排如表32-1所示，以供参考。
表32-1减速器传动轴的主要加工工艺路线
工序号工序名称工序内容定位与夹紧
1锻锻造毛坯（模型锻造）
2热处理退火
3铣、钻铣端面，钻中心孔外圆面
4粗车粗车各段外圆中心孔、鸡心夹头
5热处理调质
6半精车半精车各段外圆及端面、倒角中心孔、鸡心夹头
7研研中心孔外圆
8精车精车、两段至要求中心孔、鸡心夹头
9立铣铣两处键槽外圆
10精磨精磨两段至要求中心孔、鸡心夹头
11钻钻左端螺纹孔外圆
热处理（调质）安排在粗加工之后，是为给热处理提供平整光滑的表面，以保证热处理的质量。
安排在半精加工之前（有时也安排在精加工之前），是为了通过半精加工（或精加工）修正热处理产生的变形。
在精车后铣键槽，易保证键槽深度，同时可防止精车时产生断续切削以影响精车质量。
左端螺纹孔放在精磨后加工，可防止加工螺纹孔时破坏中心孔精度，从而影响精磨质量
2.2车刀及其安装
2.2.1车刀
1、对刀具材料的基本要求
在切削加工时，刀具切削部分与切屑、工件相互接触的表面上成上承受了很大的压力和强烈的摩擦，刀具在高温下进行切削的同时，还承受着切削力、冲击和振动，因此要求刀具切削部分的材料具备以下性能：
1）硬度要求
刀具材料必须具有高于工件材料的硬度，常温硬度在HRC60以下。
2）耐磨性要求
耐磨性表示刀具抵抗磨损的能力，通常刀具材料的硬度越高耐磨性越好；
材料中硬质点的硬度越高，数量越多，颗粒越小，分布越均匀，则耐磨性越好。
3）足够的强度和韧性
为了承受切削力、冲击和振动，刀具材料应具有足够的强度和韧性，一般用抗弯强度和冲击韧性值表示。
4）良好的耐热性
刀具材料应在高温下保持较高的硬度、耐磨性、强度和韧性，并有良好的抗扩散、抗氧化的能力，这就是刀具材料的耐磨性，它是衡量刀具材料综合切削性能的重要指标。
5）良好的工艺性与经济性
为了便于刀具制造，要求刀具材料有良好的可加工性，包括锻、轧、焊接、切削加工、可磨削性和热处理特性等。
此外，在选用刀具材料时，还要考虑经济性，经济性差的刀具材料难以推广使用。
刀具材料种类很多，常用的有碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金钢、陶瓷、金刚石和立方氮化硼等。
碳素工具钢和合金工具钢，因其耐热性较差，仅用于低速手工工具。
陶瓷、金刚石和立方氮化硼则由于性质脆、工艺性差及价格昂贵等原因，目前只在较小的范围内使用。
当今，用得最多的刀具材料为高速钢和硬质合金刚。
2、刀具切削部分的材料
目前工厂中的刀具切削部分材料主要有高速钢和硬质合金钢两种。
高速钢是一种含钨、铝、铬、钒等合金元素较多的高合金工具钢。
高速钢主要优点是具有高的硬度、强度和耐磨性，且耐磨性和淬透性良好，其允许的切削速度是碳素工具钢和合金钢的两倍以上。
高速钢刃磨后切削刃锋利，故又称之为“锋钢”和“白钢”。
高速钢是一种综合性能好、应用范围广的刀具材料。
硬质合金钢是由碳化钨（wc）、碳化钛（Tic）等碳化物和钴（co）用粉末冶金方法制成的。
这种刀具材料有高的硬度（HRA88～93）和耐热性（耐热温度为850～1000℃）。
但它的抗弯强度低、性脆、特别是怕震动和冲击。
因此，本次设计的轴类零件车外圆端面车刀选用材料为高速钢的90°
车刀，车倒角用45°
车刀，切槽选用高速钢切槽刀，刀宽为4mm，车螺纹则选用刀尖为60°
的螺纹刀。
2.2.2车刀的安装
车刀使用时必须正确安装，其基本要求有以下几点：
1、车刀不能伸出刀架太长，否则，切削时刀杆刚性减弱，容易产生振动，使车出来的工件表面不光洁，甚至会使车刀损坏。
车刀伸出的长度，一般以不超过刀杆厚度的1～1.5倍为宜。
车刀下面的垫片要平整洁净，垫片应与刀架对齐，而且垫片的量应尽量少些，以防止振动。
2、车刀的刀尖应对准工件中心。
刀尖高于工件中心，会使车刀的实际后角减小，车刀后面与工件之间的摩擦增大；
刀尖低于工件中心，会使车刀的实际前角减小，切削不顺利。
要使车刀迅速对准工件中心可用下列方法：
1）根据尾座顶尖的高度把车刀对准；
2）根据车床的主轴中心高，用钢尺测量装到；
3）把车刀靠近工件端面，目测车刀刀尖的高低，然后紧固车刀，试车端面，再根据端面的中心装准车刀；
4）安装车刀时，刀杆轴线应与工件轴线垂直，否则，会使主偏角和副偏角的数值发生变化；
5）车刀装上后要紧固刀架螺钉，一般要紧固两个螺钉，紧固时应轮换逐个拧紧，拧紧是不得用力过大，否则会损坏螺钉。
2.3车外圆
圆柱形表面是构成各种机器零件形状的基本表面之一。
例如：
轴套筒等都是由大小不同的圆柱面组成的。
将工件夹在车床卡盘上左作旋转运动，车刀夹在刀架上作纵向进刀，就可以车出外圆柱面来。
它是车刀基本操作之一。
2.3.1车外圆
由于粗车外圆与精车外圆的要求不大一样，所以使用的车刀也不同。
1、外圆粗车刀
常用的外圆粗车刀有45°
弯头刀、75°
弯头刀和90°
偏刀等几种。
选择粗车刀几何角度的一般规则是：
1）可取小些，在保证刀头强度的情况下，应尽量将刀具磨锋利些，以减小切削力；
2）增加刀头强度，后角可取小一些，一般取5°
～7°
；
3）角不宜过小，太小容易引起振动。
在机床、工件、刀具刚性较好的条件下选用45°
～60°
在机床、工件、刀具刚性较差的条件下用75°
～90°
4）角可以选大一些，一般在15°
～30°
之间；
5）角一般选0°
～3°
，以增加刀头强度；
6）削刃上应磨有负倒棱，其宽度为（0.3～0.8）f,倒棱前角为-10°
～-15°
，以增加切削刃，提高刀具耐用度。
负倒棱多用于加工钢料的硬质合金车刀；
7）塑性材料时，为了保证切削顺利和切削能自行折断，在车刀前面上要磨有断屑槽或装有断屑装置。
2、外圆精车刀
要此车刀锋利刀刃平直光洁一般选择精车刀的几何角度可以根据下面的原则：
1）一般应选大一些，使车刀锋利减小切削变形；
2）可取的较大一些，以减小车刀和工件之间的摩擦。
副偏交应选小一些，一般在5°
～15°
3）尖处磨出直线或圆弧过度刃，以降低工件的表面粗糙度；
4）负值刃倾角，可取-3°
～-8°
，以控制切屑流量向待加工表面；
5）塑性材料时，车刀前面应磨有较狭的断屑槽。
2.3.2工件的安装
1、在四爪单动卡盘上装加工件
由于四爪单动卡盘的四个卡爪各自独立移动，因此工件装夹后必须将工件加工部分的旋转轴线找正到与车床轴旋转轴线重合后才能车削，找正比较麻烦。
但四爪卡盘的夹紧力大，因此适用于装夹大型或形状不规则的工件，四爪单动卡盘可装成正爪和反爪两种，反爪用来装夹直径较大的工件。
2、在三爪自定心卡盘上装夹工件
三爪自定心卡盘能自动定心，不需要很多的时间去找正，装夹效率比四爪单动卡盘高，但夹紧力没有四爪单动卡盘大。
这种卡盘不能装夹形状不规则的工件，只适用于大批量的中小型规则零件的装夹，如圆柱形、正三边形、正六边形等工件。
因此，本次设计的轴类零件将在三爪自定心卡盘上装夹工件。
2.3.3切屑用量选择
车削时，应根据工件要求和切屑条件合理的选择切屑深度、进给量和切屑速度。
这三个要素的选择是否恰当，对工件的加工质量，刀具的耐用度和生产效率都有很重要的关系。
1、切屑深度ap的选择
一般情况下，应尽量先考虑较大的切屑深度ap，其次是选择较大的进给量f,最后才是考虑较高的切屑速度v,因为三者之中对刀具耐用度的影响以切屑深度ap最小，而以切屑速度v最大。
粗车时，加工余量较多，这时对工件精度和粗糙度要求不高。
所以，在机床动力、工件和机床刚性允许的情况下，尽可能选用较大的切屑深度（一般2～6cm），以求尽快的车去多余的金属层。
但切削深度过大会引起振动，甚至损坏机床和车刀。
如果余量较大，不能一次车去时，可分几刀车削。
精车时，切削深度应小些，一般选0.2～0.5
。
这样可以使切削变形容易，减小切削力，有利于提高工件的表面光洁度和尺寸精度。
2、给量f的选择
粗车时由于对工件表面粗糙度要求不高，进给量应尽可能大些，这样可以缩短走到时间，提高生产率，一般选0.3～1.5
/r。
3、速度V的选择
切削速度的大小是根据刀具材料及其形状、工件材料、进给量和切削深度、冷却液使用情况、车床动力和刚性、车削过程的实际情况等诸多因素来决定的。
在实际生产中，可根据图表法或查有关手册来确定切削速度，也可以由经验确定。
一般地说，对于高速钢车刀，如果切下来的切削是白色的或黄色的，那么所选的切削速度大体上是合适的；
对于硬质合金刀，切下来的切屑是蓝色的，表明切削速度是合适的。
如果切削时出现火花，说明切削速度太高。
如果切屑呈白色，说明切削速度还可以提高。
2.3.4外圆车削
不论粗车或精车，为了车到要求的尺寸，一般情况下都会采用试切法，其步骤如下：
1、毛坯尺寸，对加工余量做到心中有数。
合理安装工件、车刀，调整好主轴转速手柄位置，开动车床，使主轴旋转；
2、大拖板、中拖板手柄，使刀尖与工件右端外圆表面轻轻接触；
3、大拖板手柄（中拖板手柄不动），使车刀离开工件，一般距离工件端面3～5mm；
4、择的切削深度，摇动中拖板手柄，使车刀作横向进刀；
5、车削3～4
，摇动大拖板手柄，退出车刀，停车测量工件直径（中拖板不要退回，如必要退出时，应记住其刻度），如符合要求，可继续手动或自动纵向走刀切削，如不符合要求，就要根据中拖板的刻度调整切削深度；
6、削到所需长度时，应停止走刀，退出车刀，然后停车。
注意不能先停车后退刀，否则会造成车刀崩刃。
2.4车端面
2.4.1车端面的车刀
车削端面通常使用偏刀和车刀两种。
1、偏刀及其使用
通常把主偏角等于90°
的车刀称为偏刀。
偏刀又分为右偏刀和两种。
偏刀的前角，后角与外圆车刀基本相同，但主偏角却采用90°
或大于90°
，副偏角一般在10°
～20°
之间，在车刀钢料时，车刀的前面应磨有断屑槽。
使用偏刀车削的优点是：
可以车削带台阶的外圆和端面。
又因主偏角较大，车削外圆时产生的径向切削力小，所以不易产生振动和顶弯工件。
缺点是：
由于主偏角较大，刀尖角小于90°
，因而刀尖强度低，散热性差。
右偏刀常用来车削工件的外圆，端面和阶台；
左偏刀一般用来车削左向阶台，也可用于车削直径较大，长度较短的工件的端面和外圆。
2、弯头车刀及其使用
弯头车刀主偏角通常为45°
左右可分左右两种。
弯头车刀的前角和后角与外圆的基本相同，主偏角和副偏角都是45°
车削钢料时，前面应磨出断屑槽。
弯头车刀除了可以车削外圆、端面以外，还可以倒角。
2.4.2端面的车削
1、工件的装夹
车端面时，工件装夹在卡盘上，必须校正它的平面和外圆。
校正时，一般用划针校正如果端面已经过粗加工时，可用在自定心大卡盘上找工件端面的方法校正。
即在刀架上装一根铜棒（或硬木块）把工件在卡盘上轻轻夹紧，并旋转工件，将铜棒（或硬木块）轻轻支顶工件端面的边缘处，这样就能很快地将工件端面校正，校正后再夹紧工件。
2、车端面的方法
1）用偏刀车削端面
一般情况下，车削端面时都使用右偏刀，这时若将车刀刀刃装得与工件中心线垂直，那么在加工时刀刃将与已加工过的端面产生摩擦，使加工的表面不光洁，并且刀刃也容易磨损。
所以用右偏刀车端面时，需将刀刃与工件端面偏斜5°
左右。
在通常的情况下，偏刀由外向中心走刀车端面时，是用副刀刃切削，切削不顺利，端面不光洁。
如果切削深度较大，刀刃上的切削力方向是指向被切削端面的，容易使用车刀扎入工件端面形成或凹面。
为了解决这一问题，用右偏刀加工端面时，可以从中心向外走刀。
由于用主刀刃进行切削，切削力向外。
所以车削出来的端面粗糙度小，又不容易产生凹面。
对于一些直径较大的端面，也可以用左偏刀车削。
由于用主刀刃进行切削，所以切削顺利，车出的平面也可以用左偏刀车削。
由于用主刀刃切削所以切削顺利，车出的平面也较光洁。
2）用45°
弯头车刀车端面
45°
弯头车刀是利用主刀刃进行切削的，所以切削顺利，工件端面粗糙度较低，又由于45°
弯头车刀的强度较大，又能倒角和车削外圆。
3、车端面时的切削用量
1）切削深度ap
粗车，ap=2～5
精车时，ap=0.2～1
2）进给量f
粗车时，f=0.3～0.6
/r；
精车时，f=0.1～0.2
/r
3）切削速度V
车端面时的切削速度是随工件的直径减小而减小的，但在计算时要按端面的最大直径计算。
2.5切削与切槽
2.5.1切断刀
通常使用是切断刀都是以横向走刀为主的，前面的刀刃是主刀刃，两侧刀刃是副刀刃。
切断刀通常分为高速切断刀、弹性切断刀和反切刀。
车一般外沟槽的切槽刀形状和角度基本上和切断刀相同。
当加工窄槽时，切槽刀刀头宽度应根槽宽度相等。
刀头长度应根据沟槽直径决定，一般尽可能短一些，以增强刀头强度。
切断刀的安装有以下几点：
1、切断刀不宜伸出过长切断刀的中心线要与工件中心线垂直，保证两个副偏角大小相等；
2、切断刀的主刀刃应与工件中心线等高或略低，否则不容易切断工件，而且容易崩刃或折断车刀。
切断有孔工件时，切断刀刃中心装时略高一些（约1/50外径）；
3、切断刀的底平面应平直，装刀后保证两副后角对称。
要切断的工件一般装在卡盘近些。
避免在双顶工件时切断。
2.5.2切断和切外沟槽
1、正车切断法
切断一般都采用这种方法，即主轴正转，横向走刀进行切削横向走刀可以手动亦可以机动。
当机床刚性不足且切深大时，可采用分段切削法。
这样，比直切法减少一个摩擦面，便于排屑和减小振动。
切断外表面不规则的工件时，车刀开始切削是断续的这是，车刀要慢些，否则较大的冲击力易碰坏车刀，也可以先用尖刀车圆后再切断。
用手动进刀切削时，应注意走刀的均匀性并且不得中途停止，否则车刀与工件表面产生较大摩擦，造成切刀迅速磨损。
如果中途须停止进刀或停车，则应先将切刀退出。
2、反车切断法
1）用正车切断工件时，由于横向切削，工件要承受较大的径向力，同时也容易产生振动，特别是在切断直径较大的工件时，这种影响尤为显著；
2）用反车切断时，能有效地减少切断时的振动。
3、切外沟槽的方法
1）车削宽度不大的沟槽可采用刀头宽度等于沟宽的刀一次车出；
2）较宽的沟槽可分几次吃刀完成。
车第一刀时，先用钢尺量好距离。
车一条槽后，把车刀退出工件并向右移动继续车削，把槽的大部分余量车出，但在槽的两侧则底部应留有余量，最后根据槽的宽度及位置进行精车。
2.6零件加工工艺设计
2.6.1轴类零件加工工艺分析
1、轴类零件定位基准的选择
轴类零件主要表面的加工顺序在很大程度上取决于定位基准的选择。
一般以外圆为基准，以轴两端的顶尖孔为基准。
以顶尖孔为精基准除了使设计基准与定位基准重合外，同时也能获得较高的定位基准，即使二次装夹，调头加工也能得到较好的相互位置精度。
在粗加工或在不能用两端顶尖孔（如加工主轴的锥孔）定位时，为了提高零件的刚度或仅用外圆表面定位或用外圆表面与一端孔口作定位基准，这既符合基准重合、又符合基准统一的原则。
如加工上述主轴的外圆时，或使用两次顶尖孔或使用一端外圆表面，另一端顶尖孔（或孔口）定位。
加工键槽时，为保证与轴线对称并达到一定槽深，则用键槽所在外圆表面定位。
2、轴类零件加工顺序的安排
加工顺序的安排主要根据基面先行（先端面后中心孔）、先粗后精、先主后次（次要工序按需插入）的原则。
在安排主轴加工顺序时，应注意以下几点：
1）在加工外圆表面时，为避免降低工件刚度，应先加工大直径外圆后加工小直径外圆；
2）主轴上的次要表面，如键槽、螺纹和端面上的螺孔等，一般都应安排在外圆粗车后粗精磨外圆之前进行加工。
这是因为如果安排在外圆未加工前，难于保证键槽尺寸要求，另外如果在精车前就铣出键槽，在精车时，由于断续切削会引起振动，将影响加工质量，又容易损坏刀具。
至于主轴螺纹，因其与主轴支撑轴颈之间有一定的同轴度要求，所以一般将螺纹加工安排在最终热处理之后的精加工阶段，这样就会避免热处理变形的影响；
3）为保证质量，在加工工艺过程中应合理安排检验工序。
一般在粗加工结束后要安排一道检验工序，检查主轴是否有裂纹、气孔等缺陷。
在重要工序加工完毕后，要检查是否有废品，在主轴全部加工结束时要安排最终检验。
检查是否符合图纸要求。
2.6.2粗加工和精加工
一次加工的输出轴（如图1.1）将在CA6140上进行加工。
装夹工具的选择，车刀的选择及其安装，工件的安装，切削用量的选择以及车削的方法和步骤等问题在前几节已作详细介绍，以下加工期间将不再作详细讲述。
准备工作如下：
采用带有鸡心夹头的顶尖装夹工件（保证轴的加工精度），外圆端面车刀选用材料为高速钢的90°
量具有游标卡尺、20-50千分尺、百分表分法线千分尺等，做一个合适角度的前顶尖（需要热处理一下），装好后顶尖，调试好尾座。
1、粗加工
1）装夹工件Φ55×
200的圆柱毛坯校正，用90°
偏刀车端面，光出即可，打中心孔Ф2.
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