传动轴的加工工艺.docx

1、传动轴的加工工艺 毕 业 设 计（论 文） 题 目传动轴的加工工艺系 别机电工程系专 业机电一体化技术班 级 学生姓名 学 号指导教师 定稿日期2012 年 2 月10 日毕业设计（论文）任务书班 级机电 学生姓名 指导教师 设计（论文）题目传动轴的加工工艺主要研究内容传动轴是组成机器零件的主要零件之一，该零件零件的材料为45钢，45钢广泛用于机械制造，这种钢的机械性能很好。但是这是一种中碳钢，淬火性能并不好，45号钢可以淬硬至HRC4246。所以如果需要表面硬度，又希望发挥45钢优越的机械性能，常将45钢表面渗碳淬火，这样就能得到需要的表面硬度。对于7级精度、表面粗糙度Ra0.80.4m。主

2、要技术指标或研究目标两端面：公差等级IT12，表面粗糙度Ra12.5m。由于M20要车削外螺纹，故轴要先粗车至20 公差等级IT12，表面粗糙度为Ra12.5m。 20外圆表面：公差等级IT7，表面粗糙度为Ra1.6m。 基本要求求有一定的强度,刚度,韧性和耐磨性。主要参考资料及文献1 刘长青.机械制造课程设计指导,武汉：华中科技大学出版社，20072 刘长青.机械制造技术,武汉：华中科技大学出版社，20053 赵瑾.互换性与测量技术基础,武汉：华中科技大学出版社，20064 姜全新.机械制图,武汉：华中科技大学出版社，20055 蔡南武.机械设计基础,武汉：华中科技大学出版社，20056 李

3、益民.机械制造工艺设计简明手册,北京：机械工业出版社，20047 薛源顺.机床夹具设计,北京：机械工业出版社，20048 吴宗泽、罗圣国.机械设计手册,北京：高等教育出版社，1999 摘 要传动轴是组成机器零件的主要零件之一，一切做回转运动的传动零件（例如：齿轮，蜗轮等）都必须安装在传动轴上才能进行运动及动力的传动，传动轴常用于变速箱与驱动桥之间的连接。这种轴一般较长，且转速高，只能承受扭矩而不能承受弯矩。应该使传动轴具有足够的强度和高临界转速，在强度计算中，由于所获取的安全系数较大，从而使轴的尺寸过大，本文讨论的传动轴工艺设计方法，并根据现代规范增添了些表面处理的方法比如表面发蓝。关键词：传

4、动轴，零件，刚度，强度，表面发兰AbstractShaft is composed of the main parts of the machine parts, all of the transmission parts motion (for example: gear, gear, etc.) must be installed in the transmission of power to exercise and shaft transmission, often used in the connection between the transmission and drive. T

5、he shaft generally is long, and the high speed, can withstand torque not inherit the moment. Should make the shaft has enough rigidity and high speed, strength calculation, because of the large safety factor, thus make shaft dimension, this paper discusses the transmission technology design methods,

6、 and according to the current standard added some way of surface treatment.Keywords：Shaft parts stiffness strength surface flange1绪论 在我们的日常生活中，传动轴的运用十分广泛。传动轴的主要作用为，传递力矩和扭矩。传动轴又分为两种，转轴跟心轴，转轴既能承受转矩又能承受弯矩。心轴只能承受弯矩，不能承受转矩。而传动轴只能承受转矩不能承受弯矩。传动轴一般用来支撑齿轮等做回转运动的零件，所以对于传动轴有着严格的要求。传动轴的组织性能直接影响到轴的使用寿命；表面质量的好坏直接

7、影响到他的传动效率，所以为了达到轴的使用性能，对于轴的制造要有着严格的工序。此次工艺设计就是为了解决这个难题。1.1课题背景传动轴是机械零件中重要零件之一，它起到连接支撑和传递转矩。就目前来看传动轴存在的问题还是很多的，重要表面质量达不到要求，装配中密封不到位等，尤其是汽车方面。很多汽车生产商不得不把自己所产汽车召回，浪费了大量的人力物力，也给消费者带来了诸多麻烦，给自己企业造成了负面影响。1.2 课题设计的目的及意义本文研究的目的是研究传动轴的设计工艺，从而培养学生综合分析和解决本专业的一般工程技术问题的独立工作能力，拓宽和深化学生的知识。综合运用机械设计课程及其他有关已修课程的理论和生产实

8、际知识进行机械设计训练，主要内容是传动轴的如何选择材料，传动轴的分析和加工方法的选择，传动轴的加工方案的选择以及如何选择毛坯。通过计算设计出加工传动轴的加工时间，做到有计划的利用时间去生产提高生产效率。增添了些表面处理防止传动轴生锈和腐蚀。2 零件的分析2.1生产纲领因为传动轴的年产量为360，由表一查得为小批量生产 生产类型零件生产纲领重型机械中型机械轻型机械单件生产5205-10020-200100-500中批生产100-300200-500500-5000大批生产300-1000500-50005000-50000表 一 零件生产纲领明细表2.2 零件的作用 轴是组成机器零件的主要零件之

9、一。一切做回转运动的传动零件（例如：齿轮，蜗轮等）都必须安装在轴上才能进行运动及动力的传递。因此，轴的主要功用是支撑回转零件和传递运动和动力。按照承受载荷的不同，轴可以分为转轴，心轴，和传动轴三类。工作中，既承受弯矩又承受扭矩的轴称为转轴。这类轴在各种机器中最为常见。只承受弯矩而不承受扭矩的轴称为心轴。心轴又分为转动心轴和固定心轴两种。只能承受扭矩而不承受弯矩的轴叫传动轴。2.3零件的工艺分析零件的材料为45钢，45钢广泛用于机械制造，这种钢的机械性能很好。但是这是一种中碳钢，淬火性能并不好，45号钢可以淬硬至HRC4246。所以如果需要表面硬度，又希望发挥45钢优越的机械性能，常将45钢表面

10、渗碳淬火，这样就能得到需要的表面硬度。（1）对于7级精度、表面粗糙度Ra0.80.4m的一般传动轴，其工艺路线是：正火车端面钻中心孔粗车各表面精车各表面铣花键、键槽热处理修研中心孔粗磨外圆精磨外圆检验。（2）轴类零件一般采用中心孔作为定位基准，以实现基准统一的方案。在单件小批生产中钻中心孔工序常在普通车床上进行。在大批量生产中常在铣端面钻中心孔专用机床上进行。（3）中心孔是轴类零件加工全过程中使用的定位基准，其质量对加工精度有着重大影响。所以必须安排修研中心孔工序。修研中心孔一般在车床上用金刚石或硬质合金顶尖加压进行。（4）轴上的花键、键槽等次要表面的加工，一般安排在外圆精车之后，磨削之前进行

11、。因为如果在精车之前就铣出键槽，在精车时由于断续切削而易产生振动，影响加工质量，又容易损坏刀具，也难以控制键槽的尺寸。但也不应安排在外圆精磨之后进行，以免破坏外圆表面的加工精度和表面质量。（5）在轴类零件的加工过程中，应当安排必要的热处理工序，以保证其机械性能和加工精度，并改善工件的切削加工性。一般毛坯锻造后安排正火工序，而调质则安排在粗加工后进行，以便消除粗加工后产生的应力及获得良好的综合机械性能。淬火工序则安排在磨削工序之前。2.4零件表面加工方法的选择 传动轴的加工面有键槽、端面、退刀槽、越程槽、切螺纹、小孔。因此主要采用车削和外圆磨削。因为轴两边的精度较高所以要进行磨削，所以外圆加工的

12、方法为：粗车-半精车-磨削外圆表面加工方案如表二所示加工方案经济加工精度等级（IT）表面粗糙度Ra/m粗车11125012.5半精车8106.33.2精车671.60.8磨削670.80.4表 二 零件外圆加工方案键槽加工方案如表三所示加工方案经济加工精度等级（IT）表面粗糙度Ra铣111212.5表 三 零件键槽加工方案螺纹加工方法如表四所示 粗车 1112 5012.5 半精车 108 6.33.2 精车 67 1.60.8表 四 零件螺纹加工方案孔加工方案如表五所示加工方案经济加工精度等级（IT）表面粗糙度Ra钻111212.5表 五 零件孔加工方案3 加工方案的选择方案一工序 1 铣轴

13、的两端面，打中心孔工序 2 粗车外圆大小端各外径工序 3 半精车，倒角工序 4 铣键槽工序 5 精车，切退刀槽工序 6 切螺纹工序 7 调质工序 8 去毛刺工序 9 磨削方案二工序1 车轴一端打中心孔工序2 车轴另一端打中心孔工序3 半精车倒角工序4 精车，切退刀槽工序5 铣键槽工序6 调质工序7 切螺纹工序8 去毛刺工序9 磨削比较上面两方案，方案二在加工两中心孔时存在同轴度误差，若把铣键槽放在精车之前，在精车时断续车削容易引起振动，影响加工质量。综上所述方案一合理本设计的加工方法如下：两端面：公差等级IT12，表面粗糙度Ra12.5m,需进行铣削加工。由于M20要车削外螺纹，故轴要先粗车至

14、20 公差等级IT12，表面粗糙度为Ra12.5m，需要进行粗加工。 20外圆表面：公差等级IT7，表面粗糙度为Ra1.6m，需进行半精车，精车或磨削加工。 25外圆表面：公差等级IT7，表面粗糙度为Ra12.5m，需进行半精车，精车或磨削加工。25外圆表面：公差等级IT6，表面粗糙度为Ra1.6m，需要进行精加工或磨削加工。4 确定毛坯4.1 确定毛坯种类： 45钢。切削加工性良好，无特殊加工问题，故加工中不需采取特殊工艺措施。刀具材料选择范围较大，高速钢或YT类硬质合金均能胜任4.2确定锻件加工余量及形状：加工表面工序名称加工余量工序尺寸尺寸公差表面粗糙度（m）M20粗车520Ra12.5

15、m粗车525Ra12.5m毛坯3025精车0.525H7Ra1.6m半精车0.525.5H9Ra6.3m粗车426H12Ra12.5m毛坯30M20粗车420Ra12.5m粗车624Ra12.5m毛坯30表 六 零件加工余量明细表5 工艺规程设计5.1定位基准的选择 （1）粗基准的选择：由于本传动轴全部表面均需加工，而轴的中心线作为精基准，应该选择该传动轴的一端面作为主要的定位粗基准。 （2）精基准的选择：本零件是传动轴，孔是其设计基准亦是其装配基准和测量基准，为避免由于基准不重合而造成的误差且考虑到要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合”原则和“基准统一”原则，应该选择传动轴的中

16、心线以及粗加工后的端面为主要的定位精基准。5.2制定工艺路线根据零件的几何形状，尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能达到的经济精度，在生产纲领已确定的情况下。可以考虑采用万能性机床配以专用工卡具，并且尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应该考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。加工条件：加工材料采用45钢，经调质处理后的锻件图 1 工件零件图工序 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M20的两端面，以M20端面作为粗基准工序 粗车外圆大小端各外径机床：CA6140卧式车床，转速n=400r/min 刀具：查机械制造工艺简明手册选用YT

17、6硬质合金外圆车刀，主偏角为90，后刀面最大磨损限度1.01.4,刀具寿命60min. 切削速度 vc=dn/1000=3.14x47x400/1000=59.032m/min 进给量： f=0.05mm/r 进给速度：vf=fn=0.05x400=20mm/min 加工工时：tm=L/ vf 端面加工 （以小端端面为基准） 毛坯30 段加工25 从30切削至26，背吃刀量ap=2.00mm;切削长度L= 40mm; 加工工时tm=L/ vf=2min加工20 从26切削至21.4，背吃刀量ap=2.30mm 切削长度L=36mm 加工工时 tm=L/ vf=1.8min加工20 从26切削至

18、21.4，背吃刀量ap=2.30mm 切削长度L=70mm 加工工时 tm=L/ vf=3.5min 大端加工（以大端端面为基准）毛坯30段加工25 从30切削至25，背吃刀量ap=2.5mm 切削长度L=135mm 加工工时 tm=L/ vf=6.75min第二道工序所需工时Tm2=14.05min工序 钻孔机床：Z4006台式钻床 主轴转速14505800r/min 钻头：根据切削用量简明手3版表2.1,2.5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 切削用量确定进给量：f=0.080.1mm/r 修正系数为0.75 修正后的进给量 f=(0.080.1)

19、x0.75=0.060.075 mm/r按照强度小于800Mpa 从切削用量简明手3版查得f=0.080.1mm/r 选f=0.07 mm/r 取n=2000r/min 计算加工工时得tm=L/ nf=0.0714min 确定钻头磨损标准及寿命 刀具后刀面最大磨损限度，查机械制造工艺简明手册为0.6mm,寿命为45min,工序 半精车，倒角加工25 从26切削至25.8，背吃刀量ap=0.10mm切削长度L=240mm 加工工时 tm=L/ vf=0.52min加工20 从21.4切削至20.5，背吃刀量ap=0.45mm切削长度L=36mm加工工时 tm=L/ vf=1.8min加工20 从

20、21.4切削至20.5，背吃刀量ap=0.45mm切削长度L=70mm加工工时 tm=L/ vf=3.5min车倒角 车刀 选用kr=45的直头通切车刀车45倒角第四道工序所需工时Tm4=5.82min工序 精车，切退刀槽加工25 从25.8切削至25.3，背吃刀量ap=0.25mm切削长度L=135mm加工工时 tm=L/ vf=6.75min加工20 从20.5切削至20.3，背吃刀量ap=0.25mm切削长度L=36mm加工工时 tm=L/ vf=1.8min加工20 从20.5切削至20.3，背吃刀量ap=0.25mm切削长度L=70mm加工工时 tm=L/ vf=3.5min切退刀槽

21、 取a=1.5和a=2的切槽刀 进给量f为手动,查得v=0.17m/s n=0.5第五道工序所需工时Tm5=12.05min 工序 调质淬火加回火叫调质处理，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硬度不同将工件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，广泛应用于各种重要的结构零件，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。可用调质表面淬火提高零件表面硬度。渗碳处理一般用于表面耐磨、芯部耐冲击的重载零件，其耐磨性比调质表面淬火高。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

22、处理是不可或缺的一道重要工序。工序 车螺纹 机床：CA6140 螺距P=1 mm f=P=1 mm L1=23p L2=25p =25mm 计算工时 车M20 得tm1=(L+L1+L2)/ nf=0.125min 车M20 得tm2=(L+L1+L2)/ nf=0.235min第七道工序所需工时Tm7=0.36min工序 铣键槽机床:立式铣床X53T 转速n=18r/min纵向进给量为f1=10 mm/min 横向进给量为f2=10 mm/minh=4mm, L=6mm计算工时得tm纵= h/f1n=0.022min tm横= L/f2n=0.033min tm1=0.055minh=4mm

23、, L=42mm计算工时得tm纵= h/f1n=0.022 min tm横= L/f2n=0.233 min tm2=0.255min第九道工序所需工时Tm9=0.31min工序 去毛刺毛刺是冲裁后冲件断面边缘锋利的凸起。经过去毛刺处理后会使零件表面的精度大大提高。所以去毛刺是不可或缺的一道重要工序.工序X 磨削机床:万能外圆磨床M131W 工作台移动速度v=100mm/min 加工25 从25.3切削至25，背吃刀量ap=0.15mm切削长度L=135mm加工工时 tm=L/ v f=1.35min加工20 从20.3切削至20，背吃刀量ap=0.15mm切削长度L=36mm加工工时 tm=

24、L/ vf=0.36min加工20 从20.3切削至20，背吃刀量ap=0.15mm切削长度L=70mm加工工时 tm=L/ vf=0.7min第十一道工序所需工时Tm11=2.41min综上所述,本设计所需总基本工时Tm总=47.8928min5.3夹具（1） 定位基准的选择由零件的工艺分析可知，轴外键槽与轴外圆表面有对称度要求。零件外圆已经精车过，则应以零件外圆柱表面为定位基准。为了简化夹具的结构，方便操作，准备采用手动夹紧。（2） 确定定位元件工件以外圆柱面作为定位基准时，根据外圆柱面的完整程度，加工要求及安装方式，可以在V形块，定位套，半圆套及圆锥套中定位。本夹具是用来加工轴类零件的外

25、键槽的，定位基准直径与长度均较大，且铣削加工是多刀多刃断续切削，切削用量和切削力都较大，且切削力的方向变化不断，加工时极易产生振动。因此选用长V形块作为定位元件，其定位支撑面积大，定位可靠。V形块定位的优点：对中性好，可以使工件的定位基准轴线对中在V形块两斜面的对称面上，不会发生偏移而且安装方便；应用范围广泛，不论定位基准是否经过加工，不论是否完整，都可以采用V形块定位。V形块上两斜面间的夹角一般选用60，90，和120。随着V形块的夹角的增大，其定位误差减小，但夹角过大时，又会引起工件定位不稳定，综合两方面考虑选择90的V形块。本夹具中采用的定位元件如图1所示，V形块与工件接触的平面其表面粗

26、糙度要求较高，工件定位误差较小，且夹具的使用寿命更长，定位更为可靠。（3）确定夹紧机构及夹紧元件夹紧机构常用的有斜楔，螺旋，偏心等夹紧机构，它们都是根据斜面加紧原理来实现夹紧工作的。但是本工序采用数控铣床加工，考虑到切削力的方向变化不断，加工时极易产生振动等因素。不采用偏心夹紧机构，而采用螺旋压板组合夹紧机构。 图2 V形块主视图本夹具采用的夹紧机构。其制造简单，夹紧行程大扩力比大，自锁性能好，适合于手动夹紧。运用双头螺杆压板系统可以沿纵向移动而只起压紧作用。（4）确定定位键铣床夹具底面应该设置两个定位键。通过定位键与铣床工作台T形槽的配合，使夹具上定位元件的工作表面相对于铣床工作台的进给方向

27、具有正确的位置关系。定位键的位置相距越远，定位精度越高。除了定位外，定位键还能承受部分切削转矩，增加夹具的稳定性。定位键有矩形和圆柱型两种，矩形更为常用。故此采用矩形定位键。矩形定位键有A型和B型。A型比B型更为常用，且B型与铣床工作台的T形槽配合，但较易磨损，故选用A型定位键。本夹具采用的定位键如图2所示。 图3 定位键（5）夹具体的设计夹具体用于连接，固定夹具上各定位与夹紧元件及装置，使其成为一个整体的基础件。本夹具采用的定位元件是V形块，为了避免零件装夹时发生干涉。故此，本夹具体上的槽的宽度设计应该大于V形块的设计尺寸，则工件可以正常装夹，这样的设计是正确合理的。本夹具的夹具体主视图如图

28、3，俯视图如图4，左视图如图5所示。图4 夹具体主视图图5 夹具体俯视图图6 夹具体左视图5.4 夹具设计及操作的简要说明本夹具属于铣床夹具，直接安装在工作台上。工件以外圆柱面在V形块上定位，拧紧双头螺杆，使压板夹紧工件。采用螺旋压板夹紧机构，其结构简单，夹紧行程大扩力比大，自锁性能好，适合于手动夹紧。运用双头螺杆压板系统可以沿横向移动而只起压紧作用。操作方便快捷。采用V形块作为定位元件，对中性好，定位误差小，应用广泛。采用本夹具加工轴类零件的外键槽，对称度误差较小，可以适应实际生产加工。本设计结构合理，制造容易，定位可靠，对中精度高，操作方便，可以大大提高轴外键槽的对称度，同时还能提高键槽其

29、他方面的加工精度，具有较高的实用价值。需要指出的是，本设计从夹具的设计，制造，定位这些环节上讨论了提高键槽加工对称度的问题，实际上影响轴外键槽加工对称度的因素有很多。比如：（1）因为定位因素造成的键槽对称平面与轴的纵向对称面不重合，引起对称度误差。（2）因为受力不均衡，导致铣刀微量变形引起的对称度误差。（3）机床的精度与刚度不足引起的对称度误差。（4）工件的质量低，引起的对称度误差。（5）刀具的刃磨出现误差所引起的对称度误差。（6）运动副的间隙引起的对称度误差。上述原因都会对工件的加工精度造成影响，故使用本夹具时，必须考虑其他因素，对于相关的环节作以必要的改进，才能达到较高的加工精度。结 论通过毕业设计，我发现了自身所存在的很多问题，同时也获得了许多知识。整个毕业设计联系了以前所学的所有，及本期所学得课程，可以说是一项巨大的工程。在设计中我发现，机械手册是我们机械专业的人员经常用到的专业书籍，同时我也发现我们上课所学的种种就只是本专业中的一点皮毛而已。在设计中，我遇到了许多困难，