课程设计传动轴的机械加工工艺设计.docx

1、课程设计传动轴的机械加工工艺设计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 指 导 教 师 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 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 机械制造工艺学课程设计是在我们学完

2、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。2.1 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

3、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12.3 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45、30，和两个35的外圆柱面，其中一个35和30的外圆柱面，需要滚压加工其硬度将达到52HR

4、C;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Morse No.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8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、3

5、0、两个35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35的轴心线的跳动量为0.015mm, 35js5的外表面对两个35的轴心线的跳动量为0.01mm,45的外表面对两个35的轴心线的跳动量为0.02mm, 35的外表面对两个35的轴心线的跳动量为0.01mm, 30的外表面对两个35h5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，35h5上的键槽的轴心线对热处理方面需要调质处理，到200HBW，保持均匀。

6、 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。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。 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

7、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。见图2 图24. 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

8、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35h5外圆柱面IT5粗车-半精车-精车30js6外圆柱表面IT6粗车-半精车-精车45外圆柱面自由公差粗车35js5外圆柱面RaIT6粗车-半精车-精车莫氏锥度4号IT6粗车-半精车-精车IT7粗车-半精车-攻丝IT7粗车-半精车-攻丝IT9粗铣-精铣键槽24*6*3IT9粗铣-精铣键槽100*10*5IT9粗铣-精铣键槽30*8*9自由公差粗铣退刀槽3*1自由公差粗车退刀槽3*1自由公差粗车退刀

9、槽3*1自由公差粗车退刀槽3*1自由公差粗车退刀槽3*1自由公差粗车倒角自由公差粗车孔自由公差钻孔-铰孔左端面自由公差粗车右端面自由公差粗车5、工序集中和分散考虑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

10、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。 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

11、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45、35、30,29.295morseNo.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45、35、30,29.295morseNo.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

12、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。工序集中与工序分散：工序

13、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。 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

14、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

15、 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456 普车 357 普车 308 数控车 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

16、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9.1 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35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IT535半精车IT1036粗车5IT11毛坯4312）外圆柱面30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IT630半精车IT1031

17、粗车5IT11毛坯3813）外圆柱面45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2IT1045毛坯2481 4 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IT820精车IT820半精车IT1021粗车5IT12毛坯281 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IT833精车IT833半精车IT1034粗车5IT12毛坯4316 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IT6半精车IT1030粗车5IT1131毛坯3817 加工孔8工序名称工序余量工序公差工序尺寸公差表面粗糙度铰IT98钻IT128 加工键槽（10）工

18、序名称工序余量工序公差工序尺寸公差表面粗糙度精铣IT910粗铣IT1269 加工键槽（6）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IT96粗铣IT12410 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2IT101811 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2IT103412 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2IT1031 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20外圆柱面作为粗基准来加工45外圆柱面和右端面。以上选择符合

19、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，45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

20、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45 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=0.60.9mm/r 结合CA6140说明书取f=0.71 mm/r ap=2.5mm 查金属切削手册知Vc=7090 m/min取Vc=75 m/min 则 n=1000Vc/d/1000=320apVc半精车：查机械加工工艺设计手册P433 得知： 故n=1000Vc/功率Pc=KcapVcf /60000=23

21、05120/60000=1.24Kw 加工外圆柱面35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=0.60.9mm/r 取f=0.71 查金属切削手册知Vc=7090 m/min取Vc=75 m/min 则 n=1000Vc/d/1000=320 校核功率Pc=KcapVcf/60000=2305半精车d/1000=510apVcf/60000=2305 加工外圆柱面30粗车 查金属切削手册知Vc=7090 m/min取Vc=75 m/min 则 n=1000Vc/apVcf/60000=2305半精车d/1000=510apVcf/60000

22、=23050.45/60000=1.7Kw 由于机床说明书查得Pc=7.5 Kw，效率为0.75，机床功率PnPc，所以机床功率足够，实际取值为Vc=108.7m/min，n=510r/min 加工端面 粗车d/1000=190181/1000=108m/min 功率Pc=KcapVc108/601000=10.3Kw 由于机床说明书查得Pc=7.5 Kw，效率为0.75，机床功率PnPc，所以机床功率足够，实际取值为Vc=114 m/min，n=200r/min， 加工通孔8钻孔apVc9铰孔20/1000=15m/min 功率Pc=KcapVc15/60 工序三采用CA6140普通车床，车

23、床的参数如下： 型号TYPE CA6140，中心距750mm 1000 mm 1500 mm，床身上下最大回转直径400 mm，马鞍内最大工作回转路径550 mm，横拖板上最大回转直径214mm，主轴孔径52 mm，主轴内锥孔MT6#，主轴速度级数16级，主轴速度范围20-1800r.p.m，公制螺纹（30种）0.45-20 mm（30种），英制螺纹（30种）40-0.875t.p.i（30种），模数螺纹0.125-5mm，径节螺纹160-4D.P，横拖板行程239mm小刀架行程150mm，尾坐套孔锥度MT5#，套筒行程120mm，主电机功率4/5.5KW，外形尺寸235010201250mm

24、 工序7、8、9采用数控车床CK7150A，车床参数如下： 8工位电动转塔刀架，可实现自动换刀，数控装置：FANUCOI，最大回转直径590mm，最大加工直径500 mm，最大加工长度1000 mm，主轴转速范围30-2000RMP/min，主轴电机功率7.5KW，主要精度X定位精度0.016 mm,Z定位精度0.025 mm,X重复定位精度0.007 mm,Z重复定位精度0.01 mm13 .刀具的选择 由于刀具材料的切削性能直接影响着生产率，工件的加工精度，已加工表面质量，刀具的磨损和加工成本，所以正确的选择刀具材料是数控加工工艺的一个重要部分，刀具应具有高刚度，足够的强度和韧度，高耐磨性

25、，良好的导热性，良好的工艺性和经济性，抗粘接性，化学稳定性。由于零件CA6140车床输出轴材料为45钢，推荐用硬质合金中的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。（1）、粗车外圆柱面：刀具号为T0101，90可转位车刀，圆弧半径为1，刀片型号为VCUM160408R-A4，刀具型号为PVJCR2525-16Q（2）半精车，精车外圆柱面：刀具号为T0202，75可转位车刀，圆弧半径为1，刀片型号为WNUM080304EL-A2，刀具型号为PCR

26、C2020-16Q（3）车退刀槽，刀具号为T0303，（4）车螺纹，刀具号为T0404，（5）粗铣键槽 刀具号为T0505，（6）钻孔再铰孔，刀具号为T0606，T0707。 加工刀具表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=1VCUM160408R-A4PVJCR2525-16Q半精，精车外圆柱面T0202可转位车刀75 r=1WNUM080304EL-A2PCRC2020-16Q退刀槽T0303车槽刀90 车螺纹T0404螺纹刀 60粗铣键槽T0505铣刀R=3钻孔T0606钻刀 铰孔T0707铰刀 =8 机械加工工艺过程湖南铁道职业技术学院

27、机械加工工艺过程卡产品型号图号零件名称传动轴文件编号材料名称45数量材料规格产品名称作业时间工序号工序名称 工序内容设备工艺设备作业时间名称型号名称编号1 备料 锻造毛坯2热处理 退火（消除内应力）3普车粗车各圆柱面留半精车、精车余量以及左端面车床CA6140三爪卡盘4普车 粗车右端面及外圆柱面 倒角车床CA6140三爪卡盘5普车粗车左端面45外圆柱面 倒角车床CA6140三爪卡盘6热处理 调质 7铣先钻孔再铰孔铣床X51分度头7数控车 半精车右端各圆柱面和退刀槽到要求车床CK7150A三爪卡盘8数控车车床CK7150A三爪卡盘10 数控车 车床CK7150A三爪卡盘9数控铣 钻和铰刀8深9的平头孔车床CK7150A三爪卡盘12 数控铣 铣键槽铣床X51分度头14去毛刺15 检验