机械制造工艺学课程设计设计齿轮轴零件机械加工工艺规程.docx
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机械制造工艺学课程设计设计齿轮轴零件机械加工工艺规程
机械制造工艺学课程设计
设计说明书
设计“齿轮轴”零件的
机械加工工艺规程
起止日期：
2011年12月19日至2011年12月25日
学生姓名
班
学
成
级
号
绩
指导教师（签字）
机械工程学院（部）
2011年12月19日
-1-
《机械制造工艺学》课程设计任务书
2011—2012学年第一学期
机械工程学院
机械工程及其自动化专业
机械制造工艺学课程设计
机工091班
课程名称：
设计题目：
设计“齿轮轴”零件的机械加工工艺规程
完成期限：
自2011年12月19日至2011年12月25日共1周
一、课程概述
课程名称:
机械制造工艺学课程设计
总学时数:
一周
课程类别:
必修专业课
授课专业:
机械设计制造与自动化专业
先修课程:
机械制图、机械设计、互换性与技术测量、机械制造工艺学等
二、本课程的目的和任务
本课程设计是学生在学完机械制造工艺学课程、进行了生产实习之后的一个
综合性和实践性很强的教学环节，学生通过课程设计，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。
三、课程设计的基本内容
（一）对零件（中等复杂程度）进行工艺分析，画零件图。
（二）选择毛坯的制造方式。
（三）制订零件的机械加工工艺规程
1．选择加工方案，制订工艺路线；
2．选择定位基准；
3．选择各工序所用的机床设备和工艺装备（刀具、夹具、量具等）；
-2-
4．确定加工余量及工序间尺寸和公差；
5．确定切削用量
（四）填写工艺文件
1．填写机械加工工艺卡片；
2．填写机械加工工序卡片。
（五）编写设计说明书。
四、课程设计的基本要求
（一）通过本课程设计，应使学生在以下几方面得到锻炼：
1．能运用机械制造工艺学课程中的基本理论和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。
2.学会使用手册及图标资料。
掌握与本设计有关的各种资料的名称及用
途，做到熟练运用。
（二）在规定时间内应完成以下任务：
1．机械加工工艺卡片一张；
2．机械加工工序卡片一套；
3．设计说明书一份。
五、设计说明书要求
设计说明书用统一纸张书写。
内容包括设计任务书，零件的分析，加工工艺
规程设计等。
建议编写顺序如下：
（1）设计说明书封面
（2）设计任务书
（3）目录
（4）零件的分析
（5）加工工艺规程设计
（6）小结
-3-
一、零件的分析
该零件的零件图如图1所示，为一齿轮轴，主要用来传递运动和扭矩。
假设
该零件的生产类型为单件小批生产（≤500件）。
该零件的加工表面主要由阶梯
轴的外圆表面，外螺纹表面，锥面，普通平键键槽和齿轮表面等几部分组成。
图1
1）阶梯轴的外圆表面
阶梯轴的外圆表面由两个Φ20±0.0065mm的外圆表面，一个Φ24mm
的外圆表面，一个Φ21mm的外圆表面和一个Φ18mm的外圆表面组成。
2）外螺纹表面
该齿轮轴的外螺纹为公称直径为Φ12mm的粗牙普通螺纹，螺距为
1.75mm，螺纹长度为10mm。
3）锥面
该锥面的大端直径为Φ18mm，锥度为1：
10。
锥面的轴向长度为28mm。
-4-
且该锥面围绕公共基准线A-B旋转的圆跳动公差为0.012mm，公差等级为
IT7级。
4）普通平键键槽
与该齿轮轴配合的为普通平键A型，其尺寸为5mm×22mm，工作表面
的表面粗糙度为Ra3.2µm。
键槽在轴上的深度t3.0mm。
.
5）齿轮表面
该齿轮为标准圆柱直齿轮。
其齿数z1=15，模数m=2，压力角ɑ=20°。
分度圆直径为Φ30mm，齿顶圆直径为∅34.
mm。
该齿轮轴除了由以上几部分组成之外，还包括四个尺寸为C1和两个尺寸为
C2的倒角，两个尺寸为2mm×Φ18mm和一个尺寸为2mm×Φ10mm的退刀槽组成。
绘制零件图如下图2。
图2
-5-
二、毛坯的确定
（一）毛坯材料的选择
该齿轮轴零件的材料为45钢，为轴类零件。
根据设计要求，其硬度需
达到220~250HBS，经查表可得，45号热轧钢的硬度小于等于241HBS（黑p109）。
因为该齿轮轴的外圆直径变化不大，加工简单，且对其机械性能没有很高的
要求，且无须选用锻件，选择棒料即可。
经过调质处理（淬火温度：
820~840℃，
淬火介质：
水；回火温度：
560~600℃，冷却介质：
空气），其硬度为220~250HBS，
符合设计要求（黑145）。
故材料选择45号热轧钢，然后进行调质处理。
（二）毛坯机械加工余量的确定
由零件图可知，零件的长度为154mm，零件的最大直径为Φ34mm，两者
之比4.53，经查表（蓝1034）可以确定毛坯的直径为Φ38mm。
另外，
因为毛坯是由45号热轧钢切断得到，经查表（蓝1038）和计算，一个零件
的毛坯长度LlKl2nB15476167mm。
切断后，可以
得到长度为161mm，直径为Φ38mm的棒料。
（三）毛坯的尺寸示意图（图3）
图3
-6-
三、工艺规程设计
（一）工艺路线的制订
1）定位基准的选择
该零件为轴类零件，主要加工表面为外圆表面。
应先以棒材的外圆表面
为粗基准，车削轴的两个端面同时钻中心孔，然后以中心孔为精基准车削棒
材的外圆。
轴向尺寸的基准则是以两个端面以及轴肩为精基准，键槽的定位
也是以右端面作为精基准。
2）热处理工序的安排
为了消除材料的内应力，在毛坯进行切削加工之前安排正火。
为了改善材料的切削性能，获得较好的机械综合性能，在粗加工之后，
半精加工之前安排调质处理。
为了提高齿面硬度，在齿轮粗加工之后，精加工之前安排齿面局部淬火。
为了消除淬火过程中的应力和防锈，增加金属表面美观，在机加工完成
后安排发蓝。
3）加工方法的选择
由于零件部分表面的加工精度要求比较高，故将零件的工艺过程划分为
粗加工阶段，半精加工阶段和精加工阶段，这样就可以使后续加工精度提高，
并且合理的使用设备和安排人力资源，提高产品质量。
粗加工阶段应在卧式车床上对毛坯外圆表面进行粗车外圆，粗车圆锥面。
经查相关技术手册（白758黑320）得知，粗车圆锥面时有转动小刀架车锥
体，用靠模板车锥体，用偏移尾座车锥体和用宽刀刃车锥体。
由于该零件为
单件小批生产，圆锥长度较短，但锥面的位置公差和表面质量要求比较高，
故采用转动小刀架粗车锥体的加工方法。
-7-
半精车阶段在精度相对较高的卧式车床上对表面质量要求较高的表面进
行半精车，其中表面粗糙度要求为Ra3.2µm的两个端面要半精车才能达到表
面粗糙度要求，齿顶面和锥面也要进行半精加工。
另外还应切退刀槽，以及
倒角。
半精加工后，需要加工齿轮。
因为齿顶面的精度等级为8级，齿面的表
面粗糙度为Ra1.6µm，故先精车齿顶面。
这样做既可以满足齿顶表面的质量
要求，还能避免精加工后再进行齿轮加工可能会破坏已经加工好的外圆表面
的情况。
齿面加工采用滚齿加工，插齿加工、剃齿加工和磨齿加工都能达到
要求（白735）。
由于滚齿加工的应用较广，效率较高，而插齿加工对加工双
联齿轮或三联齿轮及内齿轮更为合适，故选择滚齿加工。
为了达到要求的加
工精度，需要先进行粗滚。
由于齿面局部淬火安排在齿面粗加工之后，精加
工时继续采用滚齿加工会因为齿面过硬而无法加工，故精加工时应采用剃齿
加工。
键槽可以通过铣削，插削，刨削的方法加工，该锥面上的键槽通过选用
合适的键槽铣刀进行加工比较方便。
由于键槽工作表面的表面粗糙度要求达
到Ra3.2µm，故可分粗铣和半精铣两步铣削。
键槽加工完成后，应对上面半精车后的圆锥面，一个直径为Φ10的螺纹
外圆和两个直径为Φ20的外圆进行精加工。
由于直径为Φ20的外圆表面粗
糙度要求为Ra1.6µm，精度等级为IT6级，故可以采用先精车后金刚石车或
者先粗磨后精磨的方法。
为了便于加工，降低对设备和工人的要求，故采用
先粗磨后精磨的方法。
圆锥面要求的公差等级为7级，表面粗糙度为Ra1.6µm，
精加工时可以精车或者粗磨与半精磨，这里采用粗磨与半精磨的方法以便获
得较高的加工精度。
而螺纹外圆的加工因为精度要求不高，只需粗磨即可。
外螺纹的加工放在机加工的最后，目的是为了避免在加工别的表面时破
坏已加工完成的螺纹表面。
其尺寸为M12-6g，公称直径比较小，经查表（难
19），可采用车削螺纹、套螺纹和滚压螺纹的加工方法。
因为该零件为单件
小批生产，则采用车削螺纹的方式比较合适。
-8-
4）工艺路线的制订
序号
工序名称
工序内容
定位基准
设备
0
5
备料
热处理
正火
10车两端面
15粗车
粗车齿轮轴两端面，并钻中心孔
粗车各处外圆和1：
10圆锥面
调质处理
毛坯外圆
中心孔
20热处理
25钳工
修研中心孔
30半精车
半精车各处外圆和圆锥面，切退刀槽中心孔
和倒角
35精车齿顶面
40滚齿加工
45热处理
50剃齿加工
55铣键槽
60粗磨
精车Φ34齿顶面
中心孔
滚齿粗加工Φ30齿轮表面
齿面局部淬火
剃齿精加工Φ30齿轮表面
铣5×22键槽
粗磨两处Φ20外圆，1：
10圆锥面和
M12-6g螺纹外圆
65半精磨
70精磨
75车螺纹
80钳工
85热处理
90检验
95入库
半精磨1：
10圆锥面
精磨两处Φ20外圆
车M12-6g螺纹
中心孔
中心孔
中心孔
去锐边倒角，去毛刺
发蓝
按照零件图样要求检验
涂上防锈油
-9-
（二）机械加工余量、工序尺寸的确定
1）沿轴线方向两端面的长度加工余量（蓝307）
工序
工序名称工序间余量/mm
工序基本尺寸标注工序尺寸
经济精度/mm表面粗糙度/µm
/mm
公差/mm
154
粗车
粗车
毛坯
3.5
3.5
IT12
IT12
Ra6.3
Ra6.3
154
154+3.5=157.5
157.5+3.5=161
161
161
2）直径为Φ34mm的齿顶面加工余量（蓝1039）
工序
工序名称工序间余量/mm
工序基本尺寸标注工序尺寸
经济精度/mm表面粗糙度/µm
/mm
公差/mm
.
精车
半精车
粗车
0.5
1.3
2.2
h8
Ra1.6
Ra3.2
Ra6.3
34
∅34
.
h10.
34+0.5=34.5
34.5+1.3=35.8
35.8+2.2=38
∅34.5
.
h12
∅35.8
.
.
毛坯
∅38
3）直径为Φ24mm的外圆表面加工余量
工序
工序基本尺寸标注工序尺寸
工序名称工序间余量/mm
经济精度/mm表面粗糙度/µm
/mm
24
公差/mm
半精车
粗车
1.3
h10
Ra3.2
Ra6.3
∅24
.
.
.
10.5
h12
24+1.3=25.3
25.3+10.5=35.8
∅25.3
.
∅35.8
.
4）齿轮左侧直径为Φ20mm的外圆表面加工余量（白1118）
-10-
工序间余
量/mm
0.03
工序
标注工序尺寸公
差/mm
工序名称
工序基本尺寸/mm
经济精度/mm表面粗糙度/µm
精磨
粗磨
js60.0065
js80.0165
js100.042
js120.105
Ra0.8
Ra1.6
Ra3.2
Ra6.3
20
∅200.0065
∅20.030.0165
∅20.380.042
∅21.680.105
0.35
20+0.03=20.03
20.03+0.35=20.38
20.38+1.3=21.68
21.68+3.62=25.3
半精车
粗车
1.3
3.62
∅25.3
.
5）直径为Φ21mm的外圆表面加工余量
工序
工序基本尺寸标注工序尺寸
工序名称工序间余量/mm
经济精度/mm表面粗糙度/µm
/mm
21
公差/mm
半精车
粗车
1.3
h10
Ra3.2
Ra6.3
∅21
.
.
.
13.5
h12
22.3
∅22.3
.
∅35.8
22.3+13.5=35.8
.
6）齿轮右侧直径为Φ20mm的外圆表面加工余量
工序间余
量/mm
0.03
工序
标注工序尺寸公
差/mm
工序名称
工序基本尺寸/mm
经济精度/mm表面粗糙度/µm
精磨
粗磨
js60.0065
js80.0165
js100.042
js120.105
Ra0.8
Ra1.6
Ra3.2
Ra6.3
20
∅200.0065
∅20.030.0165
∅20.380.042
∅21.680.105
0.35
20+0.03=20.03
20.03+0.35=20.38
20.38+1.3=21.68
21.68+0.62=22.3
半精车
粗车
1.3
0.62
∅22.3
.
7）直径为Φ18mm的外圆表面加工余量
工序名称工序间余量
工序
工序基本尺寸/mm标注工序尺寸公
-11-
/mm
1.3
经济精度/mm表面粗糙度/µm
差/mm
半精车
粗车
h10
h12
Ra3.2
Ra6.3
18
∅18
.
.
2.38
18+1.3=19.3
19.3+2.38=21.68
∅19.3
.
.
∅21.680.105
8）分度圆为Φ30mm的齿面加工余量（白735、903、954黑651）
工序
工序基本尺寸标注工序尺寸
工序名称工序间余量/mm
经济精度/mm表面粗糙度/µm
/mm
公差/mm
剃齿
粗滚
0.06
3.94
7
8
Ra0.8
Ra3.2
30
30+0.06=30.06
30.06+3.94=34
∅34
.
9）锥度为1：
10的锥面加工余量
工序
工序名
称
工序间余量
/mm
工序基本尺寸/mm
（锥面小端直径）
标注工序尺寸
公差/mm
表面粗糙度
经济精度/mm
/µm
.
半精磨
粗磨
0.025
0.30
1.2
h7
h8
Ra0.8
Ra1.6
Ra3.2
Ra6.3
15.2
∅15.2
.
.
∅15.225.
∅15.525.
∅16.725.
15.2+0.025=15.225
15.225+0.30=15.525
15.525+1.2=16.725
16.725+2.575=19.3
.
半精车
粗车
h10
h12
.
2.575
∅19.3
.
10）尺寸为5mm×22mm的键槽加工余量（黑414，蓝307）
工序
工序基本尺寸标注工序尺寸
工序名称工序间余量/mm
经济精度/mm表面粗糙度/µm
/mm
公差/mm
14.5
半精铣
0.5
IT10
Ra3.2
14.5
.
-12-
15
.
粗铣
3
IT12
Ra6.3
14.5+0.5=15
15+3=18
18
.
11）公称尺寸为M12-6g的螺纹加工余量（难19，65）
工序
标注工序尺寸
公差/mm
工序名称工序间余量/mm
车螺纹
工序基本尺寸/mm
经济精度/mm表面粗糙度/µm
IT6
Ra1.6
Ra1.6
Ra3.2
Ra6.3
.
粗磨
半精车
粗车
0.3
1.2
h8
11.78
∅11.78
.
.
h10
11.78+0.3=12.08
12.08+1.2=13.28
13.28+6.02=19.3
∅12.08
.
.
6.02
h12
∅13.28
.
∅19.3
.
（三）刀具选用和切削用量的确定（黑179蓝1056）
1）车削两端面，钻中心孔的切削用量的确定（车刀白271,287蓝1059）
该加工过程为粗车，加工表面为两端面，且精度等级和表面质量要求均
不高，因此选用YT15硬质合金车刀。
刀具的主偏角90°，副偏角15°，
前角12°，后角8°，刃倾角0°。
经查，其切削用量为：
切削速度：
...∙.....0.7176/
进给量：
f0.30mm/r
背吃刀量：
双边余量2Z7mm，故第1次背吃刀量为2.5，第
2次背吃刀量为1。
2）粗车外圆和圆锥面的切削用量的确定（刀207）
该加工过程仍为粗车，加工表面分别为外圆和圆锥面，且精度等级和表
面质量要求均不高，因此选用YT15硬质合金车刀。
刀具的主偏角20°，
-13-
副偏角15°，前角12°，后角8°，刃倾角5°。
经查，其
切削用量为：
切削速度：
105/
进给量：
f0.5mm/r
背吃刀量：
第1次背吃刀量为1.1，第2次背吃刀量为3，
第3次背吃刀量为2.25，第4次背吃刀量为1.81，第5次
背吃刀量为3.75，第6次背吃刀量为3.0，第7次背吃刀量
为0.31，第8次背吃刀量为1.19，第9次背吃刀量为
3.01，第10次（粗车圆锥面）背吃刀量为1.2875。
加工
工艺要求如图4所示。
图4
3）半精车外圆和圆锥面的切削用量的确定
该加工过程为半精车，加工表面为外圆和圆锥面，精度等级和表面质量
要求相比粗加工稍高，但仍选用YT15硬质合金车刀。
刀具的主偏角15°，
副偏角10°，前角14°，后角12°，刃倾角1°。
经查，其
切削用量为：
切削速度：
130/
进给量：
f0.3mm/r
背吃刀量：
半精车外圆的背吃刀量为0.65，半精车螺纹外圆的
-14-
背吃刀量为0.6，半精车圆锥面的背吃刀量为0.6。
加工工
艺要求如图5所示。
图5
4）精车齿顶面的切削用量的确定
该加工过程为精车，加工表面为外圆，精度等级和表面质量要求比较高，
因此选用YT30硬质合金车刀。
刀具的主偏角10°，副偏角5°，前
角15°，后角12°，刃倾角5°。
经查，其切削用量为：
切削速度：
140/
进给量：
f0.2mm/r
背吃刀量：
0.25
5）滚齿加工的切削用量的确定（白462，903）
该加工过程属于粗加工阶段，加工表面为齿面，精度等级和表面质量要
求也比较高，之后还要进行剃齿加工，因此选用剃前齿轮滚刀。
滚齿刀的模
数m=2，长度L=50mm，=63mm，D=27mm，=5mm，齿数z=12，滚刀精度
为A级。
经查，其切削用量为：
切削速度：
30/
进给量：
f1.5mm/r
背吃刀量：
4.5
-15-
6）剃齿加工的切削用量的确定（白463，951）
该加工过程属于精加工阶段，加工表面为齿面，精度等级和表面质量要
求很高，加上之前已完成了滚齿加工，因此选用盘形剃齿刀。
剃齿刀的公称
分度圆直径d=180mm，模数m=2，宽度B=20mm，D=63.5mm，d1=120mm，齿数
z=83，剃齿刀精度为B级。
经查，其切削用量为：
切削速度：
130/
进给量：
纵向进给量0.45mm/r，径向进给量0.04mm/一次行程
背吃刀量：
0.03
7）键槽铣削的切削用量的确定（黑403，419蓝1136）
该加工过程包括粗加工阶段和半精加工阶段，加工表面为键槽，表面质
量要求一般，可以选用削平柄键槽铣刀，2°斜削平直柄键槽铣刀和螺纹柄
键槽铣刀几种，这里选用高速钢螺纹柄键槽铣刀。
键槽铣刀的基本尺寸
5，5，13，47。
经查，其切削用量为：
铣削速度：
25/
进给量：
纵向进给量47mm/min，径向进给量14mm/min
背吃刀量：
粗铣时背吃刀量为3，半精铣时背吃刀量为
0.5。
加工工艺要求如图6所示。
图6
8）粗磨外圆，圆锥面和螺纹外圆的切削用量的确定（白1065，1172蓝925，
548）
该加工过程属于精加工阶段，加工表面为外圆和圆锥面，精度等级和表
-16-
面质量要求比较高，采用纵向磨削法。
因此选用型号为MQ1320的外圆磨床，
型号为P50×6×13A46P5V35的平形砂轮。
经查，其切削用量为：
砂轮圆周速度：
4.4/
∙∙
切削速度：
15/
进给量：
纵进给量f3mm/r，横进给量f14.4μm/工作台一次行程
磨削深度：
粗磨外圆的磨削深度为0.175，粗磨圆锥面和螺纹
外圆的磨削深度为0.15。
9）半精磨圆锥面的切削用量的确定
该加工过程属于精加工阶段，加工表面为圆锥面，精度等级和表面质量
要求更高，采用纵向磨削法。
因此选用型号为MQ1320的外圆磨床，型号为P
50×6×13A60M4V35的平形砂轮。
经查，其切削用量为：
砂轮圆周速度：
4.4/
∙∙
切削速度：
20/
进给量：
纵进给量f3mm/r，横进给量f9μm/工作台一次行程。
磨削深度：
12.5。
10）精磨外圆的切削用量的确定
该加工过程属于精加工阶段，加工表面为外圆，精度等级和表面质量要
求最高，采用纵向磨削法。
因此选用型号为MQ1320的外圆磨床，型号为P50
×6×13A60K3V35的平形砂轮。
经查，其切削用量为：
砂轮圆周速度：
4.4/
∙∙
切削速度：
25/
进给量：
纵进给量f2.5mm/r，横进给量f7.2μm/工作台一次行程。
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