输出轴课程设计.docx
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输出轴课程设计
机电及自动化学院
《机械制造工艺学》课程设计说明书
设计题目：
输出轴工艺规程设计
姓名：
欧阳哲
学号：
0811111028
班级：
机电
（1）班
届别：
2008
指导教师：
刘晓梅
2011年7月
第一章零件的分析
一.零件的功能及材料分析
题目所给定的零件为输出轴，主要应用在动力输出装置中，是输出动力的主要零件之一。
其主要作用是支撑传动零件并传递转矩，其工作条件为：
（1）承受交变扭转载荷、交变弯曲载荷或拉-压载荷；
（2）局部承受摩擦和磨损（3）特殊条件下受温度或介质作用。
因此轴的失效方式主要是疲劳断裂和轴颈处磨损，有时也发生过冲击过载断裂，个别情况下发生塑性变形或腐蚀失效。
根据轴的工作条件及失效方式，轴的材料应具有如下性能：
①高的疲劳强度，防止轴疲劳断裂；②优良的综合力学性能，即较高的屈服强度和抗拉强度、较高的韧性，防止塑性变形及过载或冲击载荷作用下的折断和扭断；③局部承受摩擦的部位具有高硬度和耐磨性，防止磨损失效；④在特殊条件下工作的轴的材料应具有特殊性能，如蠕变抗力、耐腐蚀性等。
二.零件的工艺分析
从零件图分析，该输出轴结构简单，属于阶梯轴类零件。
主要由有Φ55、Φ60、Φ65、Φ75、Φ176的外圆柱面、Φ50、Φ80、Φ104的内圆柱表面、2个Φ8的斜孔、10个Φ20的通孔和一个16的键槽组成。
其中径向尺寸中，左端的Φ55、Φ60、Φ65、Φ75精度要求较高为IT7级，表面粗糙度为Ra0.8um,右端的Φ80内圆柱面精度要求为IT7级，表面粗糙度为Ra3.2um,右端面上的的10个Φ20的通孔精度为IT7级，表面粗糙度为Ra3.2um。
形位精度也比较高：
为了外圆和外面零件的配合后受力均匀，Φ55，Φ60的外圆的径向跳动量小于0.04mm，Φ80的跳动量小于0.04mm，Φ20孔的轴线的跳动量小于0.05mm；为了保证键槽和键的配合，键槽对Φ55外圆的对称度为0.08mm。
由于输出轴在工作中要承受较大的冲击载荷和扭矩，为了增强耐磨性和抗扭强度，要对输出轴进行调质处理，使其硬度达到217～255HBS。
三.确定毛坯
（一）毛坯材料选择
根据对零件的分析，可选用45钢作为毛坯的材料。
当载荷较大时可选用40Cr钢制造。
对于要求高精度、高尺寸稳定性及耐磨性的主轴，可选用38CrMoAlA钢来制造。
本设计中选择45钢作为毛坯材料。
（二）毛坯的制造方法
毛胚的获得方式有很多，如型材、锻造、铸造。
如选用棒料，由于生产类型为中等-较大批量生产，从经济上考虑，棒料要切削的余量太大，浪费材料。
锻件的力学性能好，强度高，可在输出轴承受较大的冲击载荷和扭矩保证其刚性和韧性满足要求，所以要选择锻件做为毛胚。
由于零件中有台阶孔以及圆锥面，故采用模锻作为毛坯的制造方法，可提高生产率。
（三）毛坯的简图（见附图一）
第二章工艺过程设计
一.基准的选择
基准可以分为粗基准和精基准。
（1）粗基准的选择
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、中心孔。
（2）精基准的选择
精基准的选择对一个零件加工完成后的精度非常重要。
此零件选用两端的中心孔作为精基准，所以用两端中心孔来对外圆精加工。
外圆加工完成后用外圆作为精基准，加工内圆。
二.零件各表面加工方法的选择
（一）加工方法的选择
根据零件图中各表面加工质量的要求，并综合考虑零件的加工效率和经济性以及一般性具体的工件和现场的加工条件，查《机械制造工艺设计简明手册》可得各表面的加工方法：
加工表面
表面粗糙度
公差/精度等级
加工方法
左端面
Ra12.5
自由公差
粗车
右端面
Ra1.6
自由公差
粗车-精车
Φ75外圆柱面
Ra0.8
IT6
粗车-半精车-精车-精磨
Φ65外圆柱面
Ra0.8
IT6
粗车-半精车-精车-精磨
Φ60外圆柱面
Ra0.8
IT6
粗车-半精车-精车-精磨
Φ55外圆柱面
Ra0.8
IT6
粗车-半精车-精车-精磨
Φ176外圆柱面
Ra12.5
自由公差
粗车-半精车
Φ50内圆柱面
Ra12.5
自由公差
粗车-半精车
Φ104内圆柱面
Ra12.5
自由公差
粗车-半精车
Φ80内圆柱面
Ra3.2
IT7
粗车-半精车-精车
Φ20通孔
Ra3.2
IT7
钻孔-扩孔-铰孔
Φ8通孔
Ra12.5
自由公差
钻孔
键槽
Ra2.5
IT7
粗铣-精铣
（二）加工阶段的划分
根据对零件图的分析，轴的四个外圆柱面的表面粗糙度要求较高，同时轴的多个圆柱面都有较高的圆跳动形状公差要求。
因此将零件的加工分为粗加工、半精加工和精加工三个阶段：
①粗加工阶段：
其任务是切除毛坯上大部分的余量，使毛坯在形状和尺寸上接近零件成品，并为后续工序提供精基准。
②半精加工阶段：
其任务是使主要加工表面达到一定的精加工余量，为精加工阶段做好准备。
③精加工阶段：
其任务是保证各主要表面达到规定的尺寸精度以及对其位置公差的要求。
（三）工序划分的确定
考虑到工件是大批量生产的情况，采用工序集中的划分方式，采用高生产率的机床，可使总工序数减少，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。
（四）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。
（五）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，安排在毛坯锻造之后。
最终热处理在半精车之后精车之前，采用调质处理，按规范在840℃温度中保持30分钟释放应力。
（六）拟定加工工艺路线
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，具体方案如下两个表格所示。
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，所以采用方案二。
（七）加工设备的选择
根据加工工艺及加工质量要求，先初选加工所用机床如下：
方案一
10
备料
锻造毛坯
20
热处理
退火（消除内应力）
30
车
粗、精车右端面钻中心孔
40
车
粗φ176外圆柱面倒角
50
车
粗车、半精车各外圆柱面留精车余量，左端面
60
热处理
调质
70
车
精车各外圆柱面到要求倒角
80
车
车φ104，车φ80孔留镗孔余量
90
车
镗φ80孔到要求，倒角
100
车
倒角
110
铣
铣φ50、钻、扩、铰φ20到要求
120
铣
铣键槽
130
去毛刺
140
检验
150
入库
方案二
10
备料
锻造毛坯
20
热处理
退火
30
粗车
夹φ80圆柱面，车左右两端端面，使其总长为244，同时打中心孔
40
车
粗车，半精车左端φ55，φ60，φ65，φ75四个圆柱面及台阶面，留精车余量
50
车
夹φ75圆柱面，车φ180外圆面，车右端台阶面留精车余量
60
钻
2*φ8的孔
70
热处理
调质
80
车
夹φ75圆柱面修中心孔
90
车
夹φ176的圆柱面，精车φ55，φ60，φ65，φ75四个圆柱面及台阶面并倒角
100
车
专用夹具，夹φ75圆柱面精车φ80内圆柱面并倒角
110
钻
钻，扩，铰10*φ20的孔
120
磨
夹两端中心孔，磨左端φ55，φ60，φ65，φ75四个圆柱面
130
铣
铣键槽
140
去毛刺
150
检验
160
入库
①车床：
采用CA6140普通车床，车床的参数如下：
刀架最大横向行程320mm，刀架最大回转角度±90º，刀架进给量纵向0.028～6.33mm/r，横向0.014～3.10mm/r，主轴速度级数24级，主轴速度范围10～1400r/min，公制螺纹0.2-6mm，英制螺纹21-4牙/in，，尾坐顶尖套孔莫氏锥度5号，主电机功率7.5KW。
②铣床：
采用X51，铣床的参数如下：
主轴孔锥度7:
24,主轴孔径25mm。
主轴转速65～1800r/min。
工作台面积（长×宽）1000×250。
工作台最大行程:
纵向（手动/机动）620mm,横向手动190mm、机动170mm，升降手动370mm、机动350mm。
工作台进给量:
纵向35～980mm/min、横向25～765mm/min、升降12～380mm/min。
工作台快速移动速度:
纵向2900mm/min、横向2300mm/min、升降1150mm/min。
工作台T型槽数:
槽数3、宽度14、槽距50。
主电机功率7.5KW。
③磨床：
采用MQ1350外圆磨床，磨床的参数如下：
用中心架时磨削工件的直径25～200mm，磨削工件最大长度有1400mm、2000mm、2800mm，磨削工件最大重量1000Kg，中心高270mm，砂轮尺寸550～750×75×305mm，砂轮转速890～1000r/min，砂轮电动机功率13Kw。
④钻床：
采用Z550立式钻床，钻床的参数如下：
最大钻孔直径50mm，主轴端面至工作台面距离0～800mm，主轴孔莫氏锥度5号，主轴最大扭转力矩784.8N·m，最大进给力24529N，主轴速度级数12级，主轴转速32～1400r/min，进给量0.12～2.64mm/r，主电动机功率7.5Kw。
（八）刀具的选择
由于零件材料为45钢，经老师推荐使用硬质合金中的YT15类刀具，因为加工该类零件时摩擦严重,切削温度高,而YT类硬质合金具有较高的硬度和耐磨性,尤其具有高的耐热性,在高速切削钢料时刀具磨损小寿命长,所以加工45钢这种材料时采用硬质合金的刀具。
查《切削加工简明实用手册》，将所选用的刀具做一表如下：
加工表面
刀具号
刀具名称
刀具参数
刀片型号
刀具型号
粗车外圆柱面
T0101
可转位车刀
90°r=1
VCUM160408R-A4
PVJCR2525-16Q
半精，精车外圆柱面
T0202
可转位车刀
75°r=1
WNUM080304EL-A2
PCRC2020-16Q
钻φ18
T0303
钻头
φ18
钻φ8
T0404
钻头
φ8
扩φ19.8
T0505
扩孔钻
φ19.8
铰φ20
T0606
铰刀
φ20
车内孔
T0707
内孔车刀
93°r=1
BUM080404R-04
PSUBR3215-16Q
粗铣、精铣键槽
T0808
铣刀
YG8
第三章机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定
“输出轴”零件材料为45钢，硬度207～241HBS，毛坯质量约为14.2Kg，生产类型为中等-较大批量生产，采用模锻制造毛坯。
根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸。
（一）左右两端面
工序名称
工序间余量
/mm
工序
工序基本尺寸
/mm
标注工序尺寸公差
/mm
经济精度/mm
表面粗糙度/um
粗铣
左端面：
2
右端面：
1
Ra12.5
244
精铣
右端面：
1
毛坯
±2
244+4=248
248±2
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