课程设计 传动轴 机械制造技术基础.docx
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课程设计传动轴机械制造技术基础
机械制造技术基础课程设计
题目：
设计传动轴零件的机械加工工艺规程
专业：
机械电子工程
班级学号：
机械工程系
2012.11
目录
课程设计任务书--------------------------------------------2
前言------------------------------------------------------3
1零件的工艺分析----------------------------------------4
2工艺计算与设计----------------------------------------5
2.1毛坯选择---------------------------------------------5
2.2工艺路线的确定---------------------------------------5
2.2.1确定零件的定位基准与装夹方式----------------------5
2.2.2主要表面加工方法的确定----------------------------6
2.2.3装夹方式------------------------------------------6
2.2.4划分阶段------------------------------------------7
2.2.5热处理工序安排------------------------------------7
2.2.6加工方法的选择和加工方案的确定--------------------8
3工序与工布的划分---------------------------------------10
3.1工序的划分------------------------------------------10
3.2工布的划分-------------------------------------------11
3.3加工顺序及加工路线的确定-----------------------------11
3.3.1零件加工必须遵守的安排原则------------------------11
3.3.2进给路线-------------------------------------------11
3.4加工尺寸和切削用量----------------------------------12
3.5拟定工艺过程-----------------------------------------12
4主要参考文献-------------------------------------------17
课程设计任务书
一、题目名称
设计传动轴零件的机械加工工艺规程
二、设计目的
通过这次课程设计，了解并认识一般机器零件的生产工艺过程，巩固和加深已学过的技术基础课和专业课的知识，理论联系实际，对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后的工作打下一个良好的基础，并且为后续课程的学习大好基础。
三、设计要求
1.熟悉零件，画零件图。
2.选择加工方案，确定工艺路线和工艺尺寸，填写工艺卡片。
四、设计内容
1.对零件进行工艺分析，拟定工艺方案，绘制零件工作图一张。
2.确定毛坯种类及制造方法，绘制毛坯图一张。
3.拟定零件的机械加工工艺过程，选择各工序加工设备及工艺装备（刀具、夹具、量具、辅具），确定各工序的切削用量及工序尺寸。
编制机械加工工艺规程卡片（工艺卡片和工序卡片）一套
4.撰写设计说明书一份。
前言
这次课程设计是机械制造的一个十分重要的学习环节是对入学以来所学的机械方面的知识进行了一次全面的检查、巩固和提高。
这次课程设计是应用所学基础理论、专业知识与技能去分析和解决生产实际问题的一次综合训练。
把所学的知识能够综合运用到实际零件的加工中。
通过本次设计使我巩固了已学的知识、加深了印象使自己能够运用所学的机械加工知识解决一些具体的问题。
此次课程设计涉及的知识面有金属切削原理、加工工艺、数值计算、刀具的性能、测量技术、金属切削机床、CAD制图外还涉及到毛坯、金属材料、公差配合及加工设备等多方面的知识。
通过这次课程设计我发现了自己还有许多知识还没有掌握牢固。
但更多的是通过这次设计使我提高、巩固、扩大了自己所学到的理论知识与技能、提高自己设计计算、制图、编写技术文件的能力、‘学会正确使用技术资料、标准、手册等工具书’，并在这次设计中培养了我对机械设计的独立工作能力、初步树立了正确的实际思想、掌握了一定的机械加工设计方法步骤和思路为以后的学习和设计工作打下了良好的基础。
同时也使我体会到了老师平时对我们的谆谆教导、用心良苦。
由于本人水平有限设计还有许多不足之处,希望老师给予批评和指证。
1零件的工艺分析
轴类零件是常见的典型零件之一。
按轴类零件结构形式不同，一般可分为光轴、阶梯轴和异形轴三类；或分为实心轴、空心轴等。
它们在机器中用来支承齿轮、带轮等传动零件，以传递转矩或运动。
台阶轴的加工工艺较为典型，反映了轴类零件加工的大部分内容与基本规律。
下面就以减速箱中的传动轴为例，介绍一般台阶轴的加工工艺。
图1-1
图1-1所示零件是减速器中的传动轴。
它属于台阶轴类零件，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。
根据工作性能与条件，该传动轴图样（图1-1）规定了主要轴颈M，N，外圆P、Q以及轴肩G、H、I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的加工。
2工艺设计与计算
2.1毛坯选择
该传动轴材料为45钢，因其属于一般传动轴，故选45钢可满足其要求。
本例传动轴属于中、小传动轴，并且各外圆直径尺寸相差不大，故选择￠60mm的热轧圆钢作毛坯。
2.2工艺路线的确定
2.2.1确定零件的定位基准与装夹方式
合理选择定位基准，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表面（M、N、P、Q）及轴肩面（H、G）对基准轴线A-B均有径向圆跳动和断面圆跳动要求，它又是实心轴，所以应该选择两端中心孔位基准，采用双顶尖的装夹方法，以保证零件的技术要求。
粗基准采用热轧圆钢的毛坯外圆。
中心孔加工采用三抓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；然后以车过的外圆做基准，用三抓自定心卡盘装夹（有时在上工部已车外圆处搭中心架），车另一端面，钻中心孔。
才能保证两中心孔同轴。
粗基准选择原则：
（1）为了保证不加工表面与加工表面的位置要求，应选不加工表面作为粗基准。
（2）合理分配各加工表面的余量，应选择毛坯外圆做粗基准。
（3）粗基准应避免重复使用。
（4）选择粗基准的表面应平整，没有交口、冒口或飞边等缺陷，一边定位可靠。
精基准选择原则：
（1）基准重合原则，选择加工表面的基准为定位基准。
（2）基准统一原则，自为基准原则，互为基准原则。
定位基准
综合上述，粗精基准选择原则，由于是轴类零件，在车床上只有三抓卡盘装夹定心，定位基准应该选择在零件的轴线上，以毛坯Φ60mm轴线作为定位基准。
2.2.2主要表面的加工方法的确定
传动轴大都是回转表面，主要采用车削和外圆磨削成型。
由于该传动轴的主要表面M、N、P、Q的公差等级（IT6）较高，表面粗糙度Ra值（Ra=0.8）较小，故车削后还要磨削
外圆表面的加工方案：
粗车—半精车—磨削
2.2.3装夹方式
机床一样要全里选择定位基准和加紧应力要求设计，工艺与编程计算的基准统一，减少装夹次数，尽可能在一次装夹后，加工全部待加工面，避免采用占机人工调整式加工方案，以充分发挥机床的效能。
装夹尽可能一次装夹出全部或最多的加工表面。
由零件图分析，我们应先装夹Φ60mm棒料的一端，加紧其40mm的长度加工一直到加工零件的右端Φemm，然后将棒料卸下。
装夹Φ46mm表面，加工另一端。
这样两次装夹即可完成零件的所有加工表面，且能保证其加工要求。
2.2.4划分阶段
对精度要求较高的零件，其粗，精加工应分开，以保证零件的质量。
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，台阶和修研中心孔和次要表面等），粗、精磨（粗、精磨各处外圆）。
各阶段划分大概以热处理为界。
2.2.5热处理工序安排
淬火加回火进行调质处理，淬火时将工件加热到临界温度以上，然后通过介质迅速冷却，回火时根据工件要求的不同将加工加热到临界温度以下某个温度进行回火，调质处理后零件具有良好的综合机械性能，广泛应用与各种重要的结构零件，特别是那些在交变载荷下工作的连杆，螺栓，齿轮和轴等。
但表面硬度较低，不耐磨。
可用调质加表面淬火提高零件的硬度。
渗碳处理一般用于表面耐磨，芯部耐冲击的重载零件，其耐磨性比调质加淬火高。
经热处理后，表面可以获得很高的硬度，芯部硬度低，耐冲击。
所以调质处理是不可或缺的一道工序。
轴的热处理要根据其材料和其使用要求确定。
对于传动轴，正火。
调质。
和表面淬火用的较多。
该轴要求调质处理，并安排在粗车各外圆之后，半精车外圆之前。
2.2.6加工方法的选择和加工方案的确定
加工方法的选择:
加工方法的选择原则是在保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的前提下，兼顾生产效率和加工成本。
在实际选择中，要结合零件形状、尺寸大小、热处理要求和现有生产条件等全面考虑。
因为该零件是轴类零件，比较适合在车床上加工。
本零件的加工面有外援，内孔，端面，小孔等，材料为45号钢。
根据参考手册相关资料的下面方案：
工序一：
铣轴的两个端面，打中心孔
工序二：
粗车外圆大小端个外径
工序三：
钻孔
工序四：
调制
工序五：
半精车，倒角
工序六：
精车，切退刀槽
工序七：
车螺纹
工序八：
攻螺纹
工序九：
铣键槽
工序十：
去毛刺
工序十一：
磨削
本设计的加工的方法如下：
（1）两端面：
公差等级IT12，表面粗糙度Ra12.5um,需进行铣削加工。
（2）由于M24要车削外螺纹，故轴要先粗车至Φ24，公差等级IT12，表面粗糙度为Ra12.5um，需要进行粗加工。
（3）Φ30外圆表面：
公差等级IT7，表面粗糙度为Ra1.6um,需进行半精车，精车和磨削加工。
（4）Φ35外圆表面：
公差等级IT6，表面粗糙度为Ra0.8um，需进行半精车，精车和磨削加工。
（5）Φ52外圆表面：
公差等级IT12，表面粗糙度为Ra2.5um，需进行半粗车加工。
（6）Φ46外圆表面：
公差等级IT6，表面粗糙度为Ra0.8um，需进行精车和磨削加工。
（7）Φ35外圆表面：
公差等级IT12，表面粗糙度为Ra12.5um，需进行半粗车加工。
调制和去毛刺在加工中有着重要的作用，淬火加回火叫做调质处理，淬火时将共建加热到临界温度以上，然后通过介质迅速冷却，回火时根据工件要求的硬度不同将工件加热到零界温度以下某个温度进行回火。
调制处理后零件具有良好的综合机械性能，广泛应用于各种重要结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。
但表面硬度较低，不耐磨。
渗碳处理一般用于表面耐磨、芯部耐冲击的重要零件，其耐磨性比调直机表面淬火高。
经热处理后，表面可以获得很高的硬度，心部硬度低，耐冲击。
毛刺冲裁后冲件断面边缘锋利的突起。
经过去毛刺处理后会使零件的表面的精度大大提高。
加工方案的确定:
零件上的精度比较高度表面加工，常常是通过粗加工、半精度加工和精加工逐步达到的。
该零件有两种加工方案：
1.直接用三抓卡盘装夹、调头加工。
2.用三抓卡盘装夹夹紧和自由端活动顶尖，经实验论证第二种装夹困难，对刀、退刀及换刀相当困难，所以在这里选择第一种方案加工，能够保证其技术要求。
3工序与工步的划分
3.1按工序划分
工序划分有三种方法
按零件的装夹方式划分
按粗精车加工划分工序
按所用的刀具划分。
由于零件需要掉头加工，如果按粗精加工划分工序。
在掉头加工前后各有一次粗加工和精加工显得比较繁琐，所以不可取，如果按所用的刀具划分工序。
刀具有四把，虽然不多，但在掉头加工前后至少要重复使用三把刀，而同一把刀的两次粗精加工分别在掉头加工前后。
加工内容不连续，所以也不合理，不易划分工序。
只有按零件的装夹定位方式划分工序比较符合该零件的加工工序，且能保证两次装夹的位置精度，每次一装夹为一道工序，该零件只需在掉头前后两道工序即可完成所有加工表面，且能保证各尺寸精度及表面粗糙度。
3.2工步的划分
因为每一把刀在粗加工的背吃刀量一致，在精加工中的背吃刀量相同，不易划分工步，这里选用加工不同的表面来划分工序就比较容易。
3.3加工顺序及进给路线的确定
3.3.1零件加工必须遵守的安排原则
1、基面先行先加工基准面为后面的加工提供基准面，所以我们把右端面作为基准面
2、先主后次由于加工的面均为重要表面，所以应该遵循顺序从右至左；
3、先粗后精先车削去大部分金属余量，再进行成型车削保证零件的尺寸要求和质量要求。
4、先面后孔由于该零件没有孔。
所以不做考虑。
3.3.2加工路线
加工中，刀具刀位点相对于工件运动轨迹成为加工路线加工路线的确定原则主要有一下几点：
（1）加工路线应保证被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率高；
（2）使数值计算简单，以减少工作量。
（3）应使加工路线最短。
（4）确定加工路线时，还要考虑工件的加工余量和机床、刀具的刚度等情况，确定一次走刀，还是多次走刀来完成所有加工表面，具体结合上面加工路线的特点再根据具体零件具体分析。
综合上述分析，传动轴的加工路线如下：
下料---车两端面、钻中心孔---粗车各外圆---调制---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。
3.4加工尺寸和切削用量
传动轴磨削余量可取0.5mm，半精车余量可选1.5mm，加工尺寸可由此而定，见该轴加工工艺卡的工序内容。
车削用量的选择，单件、小批量生产时，可根据加工情况由工人确定，一般可由《机械加工工艺手册》或《切削用量手册》中选取。
3.5拟定工艺过程
定位基准面中心孔应在粗加工之前加工，在调制之后和磨削之前各需安排一次修研中心孔的工序，调制之后修研中心孔为消除中心孔的热处理变形和氧化，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锥面的表面粗糙度值。
拟定传动轴的工艺过程时，在考虑主要加工表面的同时，还要考虑次要表面的加工，在半精加工Φ52mm、Φ44mm及Φ24mm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处来，这样可保证铣键槽时有较高精确的定位基准，又可避免在精磨后铣键槽时破坏已精加工的外圆表面。
在拟定工艺过程时，应考虑检验工序的安排、检查项目及检验方法的确定。
本零件的加工面有外圆、内孔、端面、小孔等，材料为45钢，根据相关资料如表2.1：
加工条件：
加工材料采用45钢，经调制处理后的锻件。
工序Ⅰ铣轴的两端面，打中心孔
机床：
采用组合车床加专用夹具
刀具：
YG6硬质合金端铣刀
粗铣M24的两端面，以M24端面作为粗基准
工序Ⅱ粗车外圆大小端个外径
机床：
CA6140卧室车床，转速n=400r/min
刀具：
选用YG6硬质合金外圆车刀，主偏角为90
后刀面最大磨损限度1.0~1.4，刀具寿命：
60min
切削速度v=πdn/1000=3.14*47*400/1000=52.032m/min
进给量：
f=0.05mm/r
进给速度：
v=fn=0.05*400=20mm/min
加工工时：
t=L/v
右端加工（以右端面为基准）
加工Φ46（右端）从Φ60切削至Φ48，背吃刀量ap=1.5mm，
削长度L=118mm
加工Φ35从Φ48切削至Φ37，背吃刀量ap=1.15mm，切削长度L=66mm
加工Φ24从Φ37切削至Φ26，背吃刀量ap=2.65mm，切削长度L=14mm
左端加工（以左端面为基准）
加工Φ52从Φ60切削至Φ54，背吃刀量ap=1.5mm，切削长度L=132mm
加工Φ35从Φ54切削至Φ37，背吃刀量ap=2.6mm，切削长度L=93mm
加工Φ30从Φ37切削至Φ32，背吃刀量ap=3.4mm，切削长度L=38mm
加工Φ24从Φ32切削至Φ26，背吃刀量ap=1.2mm，切削长度L=16mm
工序Ⅲ调制
调制处理220~240HBS
工序Ⅵ钻孔
机床：
Z4006台式钻床主轴转速1450~5800r/min
钻头：
选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时钻头采用双锥后磨
横刀，后角12，钻头直径4mm
（1）切削用量
确定进给量：
f=0.08~0.1mm/r修正系数为0.75
修正后的进给量f=（0.08~0.1）*0.75=0.06~0.075mm/r
按照强度小于800Mpa差得f=0.08~0.1mm/r选f=0.07mm/r
取n=2000r/min
（2）计算加工工时得t=L/nf=0.8928min
（3）确定钻头磨损标准及寿命
刀具后刀面最大磨损限度为0.6mm,寿命为45min
（4）扩孔至M10
取ns=1000r/min,进给量f=0.5~0.6mm/r,取f=0.5mm/r
工序Ⅳ半精车、倒角
加工Φ52从Φ54切削至Φ52.5，背吃刀量ap=0.45mm，
切削长度L=35mm
加工Φ35从Φ37切削至Φ35.5，背吃刀量ap=0.45mm，
切削长度L=57mm
加工Φ30从Φ32切削至Φ30.5，背吃刀量ap=0.45mm，切
削长度L=20mm
加工M24从Φ26切削至Φ24-0.1-0.2mm，背吃刀量
ap=0.45mm，切削长度L=16mm
车倒角车刀选用kr=45的直头通切车刀车45倒角
调头双顶尖装夹
加工Φ46从Φ48切削至Φ46.5，背吃刀量ap=0.45mm，
切削长度L=52mm
加工Φ35从Φ37切削至Φ35.5，背吃刀量ap=0.45mm，切
削长度L=52mm
加工M24从Φ26切削至Φ24-0.1-0.2mm，背吃刀量工序Ⅴ
ap=0.45mm，切削长度L=14mm
工序Ⅵ精车，切退刀槽
加工Φ46从Φ46.5切削至Φ46，背吃刀量ap=0.25mm，切
削长度L=52mm
加工Φ35从Φ35.5切削至Φ35，背吃刀量ap=0.25mm，切
削长度L=52mm
加工M24从Φ24-0.1-0.2mm切削至Φ24，背吃刀量
ap=0.35mm，切削长度L=14mm
切退刀槽取a=1.5和a=2的切刀槽
调头双顶尖装夹
加工Φ52从Φ52.5切削至Φ52，背吃刀量ap=0.25mm，切
削长度L=35mm
加工Φ35从Φ35.5切削至Φ35，背吃刀量ap=0.25mm，切
削长度L=57mm
加工Φ30从Φ30.5切削至Φ30，背吃刀量ap=0.25mm，切
削长度L=20mm
加工M24从Φ24-0.1-0.2mm切削至Φ24，背吃刀量
ap=0.35mm，切削长度L=16mm
进给量f为手动，得v=0.17m/s
4主要参考文献
【1】张世昌，李旦，高航。
机械制造技术基础第二版，高等教育出版社。
【2】孙桓，陈作模，葛文杰。
机械原理第七版，高等教育出版社。
【3】刘小年，杨月英。
机械制图第二版，高等教育出版社。
【4】陆凤仪，钟守炎。
机械设计第二版，机械工业出版社。
【5】机械加工工业手册。
【6】切削用量手册。
设计小结
通过本次课程设计，使自己对所学各门课程进一步加深了理解，对于各方面知识之间的联系有了实际的体会，同时也深深感到自己初步掌握的知识与实际需要还有很大的距离，在今后还需要继续学习和实践。
本设计由于时间紧张，在设计中肯定会有很多欠缺，若想把它变成实际产品的话还需要反复的考虑和探讨，但作为练习，确实给我们带来了很大的收获，设计涉及到机械多方面的内容，通过设计技术、认证、画图，提高了我对机械结构设计等方面的认识和应用能力。
总之，本次设计让我受益匪浅，各方面的能力得到了一定的提高，我相信，通过这次的实践，能使我在以后的设计中避免很多不必要的工作，有能力设计出结构更精确的设备。
通过本次设计使我对各种工作机构有了很全面的认识，更对机械传动中的各部件做了认真的分析计算和选取，是对一个机械学习者的挑战，整个设计过程中每个人都是很辛苦的，但它是对今后学习生活的一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，而且在做完此次课设之后第一次觉得在大学期间这么有成就感，对自己整体的观念的培养和各种工具书的使用等都有所突破，我想这都是这次设计过程收获最大的地方。
太原工业学院
机械加工工艺过程卡片
产品型号
零件图号
共3页
产品名称
零件名称
传动轴
第1页
材料牌号
45号钢
毛培外形尺寸
Φ60mmx265mm
每件毛培可制作件数
1
每台件数
备注
工序号
工序名称
工序内容
设备
工艺装备
夹具、刃具、量具
1
Φ60mmx265mm
2
三抓自定心卡盘夹持工件毛坯外圆
车床
1
车端面见平
C6140
2
钻中心孔
中心钻（Φ2mm）
用尾座顶尖顶住中心孔
3
粗车Φ46mm外圆至Φ48mm长118mm
4
粗车Φ35mm外圆至Φ37mm长116mm
5
粗车M24外圆至Φ26mm长14mm
掉头，三抓自定心卡盘夹持Φ48mm处
（Φ44mm外圆）
6
车另一端面，保证总长250mm
7
钻中心孔
用尾座顶尖顶住中心孔
8
粗车Φ52mm外圆至Φ54mm
9
粗车Φ35mm外圆至Φ37mm长A3mm
10
粗车Φ30mm外圆至Φ32mm长36mm
11
粗车M24mm外圆至Φ26mm长16mm
12
检验
3
调质处理220~240HBS
4
修研两端中心孔
车床
5
双顶尖装夹
车床
1
半精车Φ46mm外圆至Φ46.5mm长120mm
2
半精车Φ35mm外圆至Φ35.5mm长68mm
3
半精车M24mm外圆至Φ24-0.1-0.2mm长16mm
4
半精车2~3mm*0.5mm环槽
5
半精车3mm*1.5mm环槽
6
倒外角1mm*45,3处
调头，双顶尖装夹
7
半精车Φ35mm外圆至Φ35.5mm长A
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