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课程设计确定稿
湖南铁道职业技术学院
零件的工艺设计与实施
课程设计说明书
设计题目传动轴的机械加工工艺设计
（生产纲领:
200）
班别数控加工113
设计者曾育林
指导教师彭京城
评定成绩
设计日期2013年4月5日至4月26日
湖南铁道职业技术学院
零件的工艺设计与实施
设计题目：
传动轴的机械加工工艺设计
设计内容:
1.产品零件图<手工图/CAD图>2张
2.产品毛坯图1张
3.机械加工工艺过程卡1份
4.机械加工工序卡1份
5.课程设计说明书1份
班别数控加工113
设计者曾育林
指导教师彭京城
教研室主任
2013年4月26日
1.引言
机械制造工艺学课程设计是在我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业课之后进行的。
这是我们在进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的链接，也是一次理论联系实际的训练。
因此，它在我们的大学学习生活中占有十分重要的地位。
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的训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后祖国的现代化建设打下一个良好的基础。
由于能力的有限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指教。
2.图样分析
2.1零件的作用
轴主要应用在动力输出装置中，是输出动力的主要零件之一。
其主要作用是传递转矩，使主轴获得旋转的动力，其工作中要承受较大的冲击载荷和扭矩。
因此，该零件需具有足够的耐磨性和抗扭强度；一是传递转矩，使车床主轴获得旋转的动力；二是工作过程中经常承受载荷；三是支撑传动零部件。
2.2零件的材料及其力学性能
零件的材料为45钢，是最常用中碳调质钢，综合力学性能良好，淬透性低，水淬时易生裂纹。
小型件宜采用调质处理，大型件宜采用正火处理。
其价格较便宜，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，局部淬火后再回火，表面硬度可达52HRC-48HRC.
图1
2.3零件的结构工艺分析
从零件图上看，该零件是典型的轴类零件，结构比较简单，其主要加工面φ45、φ30，和两个φ35的外圆柱面，其中一个φ35和φ30的外圆柱面，需要滚压加工其硬度将达到52HRC;退刀槽3*1,4*1，三个3*0.5，两个3*0.5的一个端面的表面粗糙度达到Ra0.8;零件的左端面有个MorseNo.4，长度为38mm的锥度,三个不同大小的键槽：
第一个30*10*4.5；第二个24*6*3；第三个100*10*5，且键槽的内壁的表面粗糙度都为Ra3.2，零件在左端和中间尺寸有两个螺纹，第一个公称尺寸为20mm，螺距为1.5；第二个公称尺寸33，螺距为1.5；零件的最右端有一横槽深度为9mm，关于中心轴线对称宽度为8mm的槽及一个φ8深度为9mm，内壁粗糙度为Ra3.2的孔。
图中所给的尺寸精度较高，大部分是IT5或者6级；粗糙度方面表现在三个键槽内壁都为Ra3.2、φ30、两个φ35和莫氏锥度4号的外表面都为Ra0.8,其余为毛坯原始粗糙度；位置要求严格，表现在莫氏锥度4号的表面对两个φ35的轴心线的跳动量为0.015mm,φ35js5的外表面对两个φ35的轴心线的跳动量为0.01mm,45的外表面对两个φ35的轴心线的跳动量为0.02mm,φ35的外表面对两个φ35的轴心线的跳动量为0.01mm,φ30的外表面对两个φ35h5的轴心线的跳动量为0.015mm;表示外圆面绕轴心线旋转一周时，在任意测量平面内径向跳动量不得大于所给值。
莫氏锥度中间的键槽的轴心线对锥头的轴心线的平行度为0.03mm，φ35h5上的键槽的轴心线对φ35h5的轴心线的平行度要求为0.03mm
热处理方面需要调质处理，到200HBW，保持均匀。
通过分析该零件，其布局合理，方便加工，我们通过径向夹紧可保证其加工要求，整个图面清晰，尺寸完整合理，能够完整表达物体的形状和大小，符合要求。
3.毛坯的分析
毛坯的选择和拟定毛坯图是制定工艺规程的最初阶段工作之一，也是一个比较重要的阶段，毛坯的形状和特征（硬度，精度，金相组织等）对机械加工的难易，工序数量的多少有直接影响，因此，合理选择毛坯在生产占相当重要的位置，同样毛坯的加工余量的确定也是一个非常重要的问题。
3.1毛坯选择
毛坯种类的选择决定与零件的实际作用，材料、形状、生产性质以及在生产中获得可能性，毛坯的制造方法主要有以下几种：
1、型材2、锻造3、铸造4、焊接5、其他毛坯。
所以推荐用铸造或锻件，但从机械性能面着想，如用铸造中的材料，机械性能差，而锻件具有较高的强度和机械性能，冲击韧性常用于大载荷或冲击载荷下的工作零件。
本零件生产批量为中批量，所以综上所叙选择锻件中的锻造。
3.2毛坯图的设计
毛坯（锻件）图是根据产品零件设计的，经查《机械加工工艺手册》《金属机械加工工艺人员手册》知精车-半精车-粗车各余量,从而可得毛坯余量<或查表得到>。
见图2
图2
4.加工方法的选择
在市场经济的前提下，一切都是为能创造出更多的财富和提高劳动率为目的，同样的加工方法的选择一般考虑的是在保证工件加工要求的前提下，选择工件件的加工效率和经济性，而在具体的选择上，一般根据机械加工资料和工人的经验来确定。
由于方法的多种多样，工人在选择时一般结合具体的工件和现场的加工条件来确定最佳的加工方案。
同样在该零件的加工方法的选择中，我们考虑了工件的具体情况和我们学校的具体加工条件，一般我们按加工顺序来阐述加工方案：
加工表面
表面粗糙度
公差/精度等级
加工方法
φ35h5外圆柱面
Ra0.8
IT5
粗车-半精车-精车
φ30js6外圆柱表面
Ra0.8
IT6
粗车-半精车-精车
φ45外圆柱面
Ra6.3
自由公差
粗车
φ35js5外圆柱面
Ra0.8
IT6
粗车-半精车-精车
莫氏锥度4号
Ra0.8
IT6
粗车-半精车-精车
M20*1.5螺纹
Ra6.3
IT7
粗车-半精车-攻丝
M33*1.5螺纹
Ra6.3
IT7
粗车-半精车-攻丝
键槽30*10*4.5
Ra3.2
IT9
粗铣-精铣
键槽24*6*3
Ra3.2
IT9
粗铣-精铣
键槽100*10*5
Ra3.2
IT9
粗铣-精铣
键槽30*8*9
Ra6.3
自由公差
粗铣
退刀槽3*1
Ra6.3
自由公差
粗车
退刀槽3*1
Ra6.3
自由公差
粗车
退刀槽3*1
Ra6.3
自由公差
粗车
退刀槽3*1
Ra6.3
自由公差
粗车
退刀槽3*1
Ra6.3
自由公差
粗车
倒角
Ra6.3
自由公差
粗车
孔
Ra6.3
自由公差
钻孔-铰孔
左端面
Ra6.3
自由公差
粗车
右端面
Ra6.3
自由公差
粗车
5、工序集中和分散考虑
5.1工序集中
工序集中就是将零件的加工集中在少数几道工序中完成，每道工序加工内容多，工艺路线短。
其主要特点是：
1.可以采用高效机床和工艺装备，生产率高；
2.减少了设备数量以及操作工人人数和占地面积，节省人力、物力；
3.减少了工件安装次数，利于保证表面间的位置精度；
4.采用的工装设备结构复杂，调整维修较困难，生产准备工作量大。
5.2工序分散
工序分散就是将零件的加工分散到很多道工序内完成，每道工序加工的内容少，工艺路线很长。
其主要特点是:
1.设备和工艺装备比较简单，便于调整，容易适应产品的变换,对工人的技术要求较低；
2.可以采用最合理的切削用量，减少机动时间；所需设备和工艺装备的数目多，操作工人多，占地面积大。
工序集中或分散的程度，主要取决于生产规模。
一般情况下，单件小批生产时，采用工序集中，在一台普通机床上加工出尽量多的表面；批量生产时，采用工序分散。
终上以及结合图纸要求，采用工序分散。
6.加工顺序的安排
6.1工序的安排
1.加工阶段的划分
当零件的加工质量要求较高时,往往不可能用一道工序来满足要求,而要用几道工序逐步达到所要求的加工质量和合理地使用设备,人力,零件的加工过程通常按工序性质不同,可以分为粗加工,半精加工,精加工三个阶段。
1粗加工阶段：
其任务是切除毛坯上大部分余量，使毛坯在形状和尺寸上接近零件成品，因此，主要目标是提高生产率，车螺纹，端面以及外圆表面的大部分余量，并为后续工序提供精基准，如加工φ45、φ35、φ30,φ29.295morseNo.4外圆柱表面。
2半精加工阶段：
其任务是使主要表面达到一定的精加工余量，为主要表面的精加工做好准备，如φ45、φ35、φ30,φ29.295morseNo.4外圆柱表面M*20*1.5和M*33*1.5普通螺纹。
3精加工阶段：
其任务就是保证各主要表面达到规定的尺寸精度，留一定的精加工余量，为主要表面的精加工做好准备，并可完成一些次要表面的加工。
如精度和表面粗糙度要求，主要目标是全面保证加工质量。
2、基面先行原则
该零件进行加工时，要将端面先加工，再以左端面、外圆柱面为基准来加工，因为左端面和外圆柱面为后续精基准表面加工而设定的，才能使定位基准更准确，从而保证各位置精度的要求，然后再把其余部分加工出来。
3、先粗后精
即要先安排粗加工工序，再安排精加工工序，粗车将在较短时间内将工件表面上的大部分余量切掉，一方面提高金属切削效率，另一方面满足精车的余量均匀性要求，若粗车后留余量的均匀性满足不了精加工的要求时，则要安排半精车，以此为精车做准备。
4、先面后孔
对该零件应该先加工平面，后加工平头孔，这样安排加工顺序，一方面是利用加工过的平面定位，稳定可靠，另一方面是在加工过的平面上加工孔，比较容易，并能提高孔的加工精度。
6.2工序划分的确定
工序集中与工序分散：
工序集中是指将工件的加工集中在少数几道工序内完成每道工序加工内容较多，工序集中使总工序数减少，这样就减少了安装次数，可以使装夹时间减少，减少夹具数目，并且利用采用高生产率的机床。
工序分散是将工件的加工分散在较多的工序中进行，每道工序的内容很少，最少时每道工序只包括一简单工步，工序分散可使每个工序使用的设备，刀具等比较简单，机床调整工作简化，对操作工人的技术水平也要求低些。
综上所述：
考虑到工件是中批量生产的情况，采用工序分散
辅助工序的安排：
辅助工序一般包括去毛刺，倒棱角，清洗，除锈，退磁，检验等。
6.3热处理工序的安排
热处理的目的是提高材料力学性能，消除残余应力和改善金属的加工性能，热处理主要分预备热处理，最终热处理和内应力处理等，本零件CA6140车床输出轴材料为45钢，在加工过程中预备热是消除零件的内应力，在毛坯锻造之后。
最终热处理在半精车之后精车之前，按规范在840℃温度中保持30分钟释放应力。
7、工艺路线的确定
根据以上各个零部件的分析以及加工工艺确定的基本原则，可以初步确定加工工艺路线，具体方案如下：
方案一
1、备料锻造毛坯
2、热处理退火（消除内应力）
3、普车粗车右端面各外圆
4、普车粗车左端面各外圆柱面倒角
5、热处理调质
6、数控车先钻再绞
7、数控车精车右端外圆柱面到要求退刀槽倒角
8、数控车精车左端外圆柱面到要求MorseN0.4退刀槽车螺纹倒角
9、数控铣铣键槽
10数控车倒角
11、去毛刺
12、检验
方案二
1备料锻造毛坯
2热处理退火（消除内应力）
4普车车端面外圆柱及倒角
5普车车φ45
6普车φ35
7普车φ30
8数控车φ29.295morseNo.4
9数控铣先钻再绞
10数控车退刀槽
11数控车车螺纹
12数控铣铣键槽
13去毛刺
14检验
综上所述：
两个工艺方案的特点在于工序集中和工序分散和加工顺序，从零件本身来考虑，由于轴类零件在切削加工时易产生弯曲变形，如采用工序分散，在加工时零件的位置精度无法保证，为了同时保证零件图示的圆跳动要求，所以采用方案一。
8、加工路线的确定
确定刀具走刀路线主要是提高生产效率，正确的加工工艺程序，在确定走刀路线时主要考虑以下几个方面：
1、应能保证零件的加工精度和表面粗糙度
2、应使走刀路线最短，减少刀具空行程时间，提高加工效率
3、应使数值计算简单，程序段数量少，以减少编程工作量
9.工序设计
9.1加工余量，工序尺寸，及其公差的确定
根据各资料及制定的零件加工工艺路线，采用计算与查表相结合的方法确定各工序加工余量，中间工序公差按经济精度选定，上下偏差按入体原则标注，确定各加工表面的机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸如下：
1）外圆柱面φ35
工序名称
工序余量
工序公差
工序尺寸公差
表面粗糙度
精车
1.0
IT5
φ35
0.8
半精车
1.1
IT10
φ36
1.6
粗车
5
IT11
φ37.1
6.3
毛坯
7.1
φ43±1
2）外圆柱面φ30
工序名称
工序余量
工序公差
工序尺寸公差
表面粗糙度
精车
1.0
IT6
φ30
0.8
半精车
1.1
IT10
φ31
1.6
粗车
5
IT11
φ32.1
6.3
毛坯
7.1
φ38±1
3）外圆柱面φ45
工序名称
工序余量
工序公差
工序尺寸公差
表面粗糙度
粗车
2
IT10
φ45
6.3
毛坯
2
φ48±1
4车螺纹M20*1.5
工序名称
工序余量
工序公差
工序尺寸公差
表面粗糙度
攻丝
1.0
IT8
φ20
1.6
精车
1.0
IT8
φ20
1.6
半精车
1.1
IT10
φ21
3.2
粗车
5
IT12
φ22.1
6.3
毛坯
7.5
φ28±1
5车螺纹M33*1.5
工序名称
工序余量
工序公差
工序尺寸公差
表面粗糙度
攻丝
1.0
IT8
φ33
1.6
精车
1.0
IT8
φ33
1.6
半精车
1.1
IT10
φ34
3.2
粗车
5
IT12
φ35.1
6.3
毛坯
7.5
φ43±1
6莫氏锥度4号（以左锥面端面为基准）
工序名称
工序余量
工序公差
工序尺寸公差
表面粗糙度
精车
1.0
IT6
φ29.295
0.8
半精车
1.1
IT10
φ30
1.6
粗车
5
IT11
φ31
6.3
毛坯
7.1
φ38±1
7加工孔φ8
工序名称
工序余量
工序公差
工序尺寸公差
表面粗糙度
铰
0.2
IT9
φ8
3.2
钻
7.8
IT12
φ7.8
6.3
8加工键槽（φ10）
工序名称
工序余量
工序公差
工序尺寸公差
表面粗糙度
精铣
IT9
φ10
1.6
粗铣
IT12
φ6
3.2
9加工键槽（φ6）
工序名称
工序余量
工序公差
工序尺寸公差
表面粗糙度
精铣
IT9
φ6
1.6
粗铣
IT12
φ4
3.2
10加工退刀槽（3*1）
工序名称
工序余量
工序公差
工序尺寸公差
表面粗糙度
粗车
2
IT10
φ18
3.2
11加工退刀槽（2*3*0.5）
工序名称
工序余量
工序公差
工序尺寸公差
表面粗糙度
粗车
2
IT10
φ34
3.2
12加工退刀槽（4*1）
工序名称
工序余量
工序公差
工序尺寸公差
表面粗糙度
粗车
2
IT10
φ31
3.2
10.基准的选择
工件在加工第一道或最初几道工序时，一般选毛坯上未加工的表面作为定位基准，这个是粗基准，该零件选用φ20外圆柱面作为粗基准来加工φ45外圆柱面和右端面。
以上选择符合粗基准的选择原则中的余量最小原则、便于装夹原则，在以后的工序中，则使用经过加工的表面作为定位基准，φ45的外圆柱面和右端面作为定位基准，这个基准就是精基准。
在选精基准时采用有基准重合，基准统一。
这样定位比较简单可靠，为以后加工重要表面做好准备。
粗基准
由于此零件为轴类零件，为了保证精度，所以选择外圆作为粗基准面。
首先选用三爪卡盘自动找正原理，夹紧。
以外圆为粗基准面，加工外圆、端面、孔。
然后用已加工过的外圆作为基准，加工另一端面。
精基准
精基准的选择对一个零件加工完成后的精度非常重要。
此零件选用一端的孔作为精基准，所以用一端夹一端顶来精加工外圆。
11、切削用量的选择
所谓合理的切削用量是指充分利用刀具的切削性能和机床性能，在保证加工质量的前提下，获得高的生产率和低的加工成本的切削用量。
制订切削用量，就是要在已经选择好刀具材料和几何角度的基础上，合理地确定背吃刀量、进给量。
加工外圆柱面φ45
粗车：
确定进给量f：
查《金属机械加工工艺人员手册》增订组编上海科学出版社表10-8知f=0.6～0.9mm/r结合CA6140说明书取f=0.71mm/rap=2.5mm查《金属切削手册》知Vc=70～90m/min取Vc=75m/min则n=1000Vc/
d=341.22r/min由CA6140说明书取n=320r/min故实际切削速度Vc=n
d/1000=320×3.14×45/1000=70.34m/min功率Pc=Kc×ap×Vc×0.71/60000=2305×2.5×70.34×0.66/60×1000=4.4Kw由于机床说明书查得Pc=7.5Kw，效率为0.8，机床功率Pn＜Pc，所以机床功率足够，实际取值为Vc=70.34m/min，n=320r/minf=0.71mm/r
半精车：
查《机械加工工艺设计手册》P433得知：
f=0.25～0.35mm/r取f=0.30mm/rap=0.9mm取Vc=120m/min
故n=1000Vc/
d=660.04r/min圆整得n=660r/min
功率Pc=Kc×ap×Vc×f/60000=2305×0.3×120/60000=1.24Kw
由于机床说明书查得Pc=7.5Kw，效率为0.75，机床功率Pn＜Pc，所以机床功率足够，实际取值为Vc=120m/min，n=660r/minf=0.3mm/r
加工外圆柱面φ35
粗车：
d=35确定进给量f：
查《金属机械加工工艺人员手册》增订组编上海科学出版社表10-8知f=0.6～0.9mm/r取f=0.71查《金属切削手册》知Vc=70～90m/min取Vc=75m/min则n=1000Vc/
d=341.2r/min由CA6140说明书取n=320r/min故实际切削速度Vc=n
d/1000=320×3.14×35/1000=70.34m/min取ap=2.5mm
校核功率Pc=Kc×ap×Vc×f/60000=2305×2.5×70.34×0.71/60000=4.8Kw由于机床说明书查得Pc=7.5Kw，效率为0.8，机床功率Pn＜Pc，所以机床功率足够，实际取值为Vc=70.34m/min，n=400r/minf=0.71mm/r
半精车：
查《机械加工工艺设计手册》P433得知：
f=0.4～0.5mm/r取f=0.45ap=0.9mm再查外圆切削数据表知：
Vc=1.667～2.17m/s取Vc=1.8m/s则n=1000Vc/
d=546.8r/min圆整得n=550r/min则Vc=n
d/1000=510×3.14×62.9/1000=100.7m/min功率Pc=Kc×ap×Vc×f/60000=2305×0.9×0.45×100.7/60000=1.57Kw由于机床说明书查得Pc=7.5Kw，效率为0.8，机床功率Pn＜Pc，所以机床功率足够，实际取值为Vc=100.7m/min，n=510r/min，f=0.45mm/r
加工外圆柱面30
粗车：
d=30确定进给量f：
查《金属机械加工工艺人员手册》增订组编上海科学出版社表10-8知f=0.6～0.9mm/r取f=0.71mm/r
查《金属切削手册》知Vc=70～90m/min取Vc=75m/min则n=1000Vc/
d=341.2r/min由CA6140说明书取n=320r/min故实际切削速度Vc=n
d/1000=70.34m/min取ap=2.5mm功率Pc=Kc×ap×Vc×f/60000=2305×2.5×70.34×0.71/60000=4.8Kw由于机床说明书查得Pc=7.5Kw，效率为0.8，机床功率Pn＜Pc，所以机床功率足够，实际取值为Vc=70.34m/min，n=320r/min，f=0.71mm/r
半精车：
查《机械加工工艺设计手册》P433得知：
f=0.4～0.5mm/r取f=0.45mm/r
再查外圆切削数据表知：
Vc=1.667～2.17m/s取Vc=1.8m/s则n=1000Vc/
d=506.55r/min圆整得n=510r/min取ap=0.9mmVc=n
d/1000=510×3.14×67.9/1000=108.7m/min功率Pc=Kc×ap×Vc×f/60000=2305×0.9×108.7×0.45/60000=1.7Kw由于机床说明书查得Pc=7.5Kw，效率为0.75，机床功率Pn＜Pc，所以机床功率足够，实际取值为Vc=108.7m/min，n=510r/minf=0.35mm/r
加工端面
粗车：
f=0.7mm/rap=2.5mmn=190r/minVc=n
d/1000=190×3.14×181/1000=108m/min功率Pc=Kc×ap×Vc×0.001/60=2305×2.5×108/60×1000=10.3Kw由于机床说明书查得Pc=7.5Kw，效率为0.75，机床功率Pn＜Pc，所以机床功率足够，实际取值为Vc=114m/min，n=200r/min，
加工通孔φ8
钻孔：
f=0.2mm/rap=9mmn=509.5r/minVc=n
d/1000=509.5×3.14×18/1000=28.8m/min功率Pc=Kc×ap×Vc×0.001/60=2305×9×28.8/60×1000=9.9Kw由于机床说明书查得Pc=7.5Kw，效率为0.75，机床功率Pn＜Pc，所以机床功率足够，实际取值为Vc=23.1m/min，n=409r/min，f=0.2mm/r
铰孔：
f=0.25mm/rap=0.12mmn=238.8r/minVc=n
d/1000=238.8×3.14×20/1000=15m/min功率Pc=Kc×ap×Vc×0.001/60=2305
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