机械制造技术研究性学习设计

1、 机械制造技术课程设计 研究性训练载体2-1：车床传动轴机械加工工艺过程设计1问题提出： 零件的几何精度直接影响零件的使用性能，而机械加工工艺过程制定的是否合理将直接影响零件的加工精度。针对车床传动轴，应用所学的机械制造基础知识进行一次机械加工工艺过程设计的综合性工程应用训练。2专题研究的目的：（1）掌握零件主要部分技术要求的分析方法；（2）掌握零件材料的选择方法和确定毛坯的制备方法及工艺；（3）掌握工艺分析方法；（4）掌握定位基准的选择方法；（5）掌握制定出合理的零件加工顺序的原则和方法；（6）掌握制定出合理的零件加工路线的方法。3研究内容： 图1所示为车床的传动轴，轴上开有键槽用来安装齿轮

2、以传递运动和动力，两端是安装滚动轴承的支承轴颈。完成该传动轴零件的机械加工工艺过程设计。工艺设计的具体内容包括：（1）进行零件主要部分的技术要求分析研究；.本零件是传动轴，传动过程中只传递转矩而不承受弯矩，可以通过热处理方法提高轴的耐磨性和抗疲劳强度。.此传动轴的形状简单，属于对称零件，同时阶梯轴很少，而且各段直径相差不太大。.轴上需磨削的轴段都设计出了砂轮越程槽，而且砂轮越程槽都是统一大小的。.传动轴上的各个键槽开在同一母线的位置上，便于加工。键槽和齿轮通过与键配合，实现动力的传递。.轴端设有倒角，以便于装配，并且轴肩高度不妨碍零件的拆卸。.此传动轴设计成两端小中间大的形状，便于零件从两端装

3、拆。.17圆柱表面为支撑轴颈与滚动轴承相配合，对其要求圆柱度公差则可控制横剖面和轴剖面内的各种形状误差。.24圆柱面要与齿轮配合，为保证其平稳性和减少噪音，对其表面有径向全跳动的要求。 .24和32轴段处的轴肩用于定位，防止其端面圆跳动产生偏心。.轴上键槽有对称度要求，一般来说键槽都有对成度公差。（2）确定传动轴的材料、毛坯的制备方法及工艺、热处理工艺；.选用材料为45钢，由于此车床传动轴是一般的阶梯轴，并且各阶梯的直径相差小，则可以直接以热轧圆柱棒料做毛坯。.选用调质和表面淬火的热处理工艺。（3）进行加工工艺分析；.传动轴大多是回转表面，主要是采用车削和外圆磨削。由于该轴主要配合表面24和1

4、7的公差等级都较高（IT6），因此最终加工应采用磨削。其加工方案可参考表（工艺路线图）.该传动轴加工划分为三个加工阶段，即粗车（粗车外圆、钻中心孔），半精车（半精车各处外圆、台肩和修研中心孔等），粗精磨各处外圆。各加工阶段大致以热处理和铣键槽为界。（4）确定定位基准；因为此传动轴是精度要求高的轴类零件，因此先以毛坯外圆为粗基准，加工两端面及中心孔，再以中心孔定位完成各表面的粗加工；精加工开始先再修整中心孔，以提高轴在精加工时的定位精度，再以中心孔为精基准加工外圆。（5）制定传动轴的加工顺序；.外圆表面加工顺序应为，先加工大直径外圆 ，然后再加工小直径外圆，以免一开始就降低了工件的刚度。.轴上的

5、键槽等表面的加工应在外圆精车或粗磨之后，精磨外圆之前。.为了改善工件材料的力学性质而进行的热处理工艺调质、表面淬火通常安排在粗加工之后、加工之前进行。（6）制定传动轴的加工路线；车端面和钻中心孔粗车半精车调质表面淬火粗磨铣键槽精磨外圆去毛刺车床传动轴的机械加工工艺路线序号工序内容定位基准1车端面和钻中心孔毛坯外表面2粗车32、24、17台阶面中心孔3半精车32、24、17台阶面中心孔4铣键槽中心孔5调质6表面淬火7粗磨32、24、17，台阶面中心孔8铣键槽中心孔9精磨32、24、17，台阶面中心孔10去毛刺4设计过程： 图1 传动轴研究性训练载体2-2：车床主轴箱齿轮机械加工工艺过程设计1问题

6、提出： 零件的几何精度直接影响零件的使用性能，而机械加工工艺过程制定的是否合理将直接影响零件的加工精度。针对车床主轴箱齿轮，应用所学的机械制造基础知识进行一次机械加工工艺过程设计的综合性工程应用训练。2专题研究的目的：（1）掌握零件主要部分技术要求的分析方法；（2）掌握零件材料的选择方法和确定毛坯的制备方法及工艺；（3）掌握工艺分析方法；（4）掌握定位基准的选择方法；（5）掌握制定出合理的零件加工顺序的原则和方法；（6）掌握制定出合理的零件加工路线的方法。3研究内容： 图1所示为车床的一根传动轴车床主轴箱齿轮，完成该齿轮零件的机械加工工艺过程设计。工艺设计的具体内容包括：进行零件主要部分的技术

7、要求分析研究； 齿轮的工作面为齿面，齿轮在传动过程中，接触的两齿面会产生一定相互滑动。发生滑动摩擦，导致齿面发生磨损。磨损严重时，会加大齿侧间隙而引起传动不平稳和冲击。为保证齿轮传动的平稳性，并且减小摩擦等要求，应采用较高的表面粗糙度，此处选择2.5um； 齿轮40H7内孔表面与传动轴为过盈配合，并且其内孔表面为摩擦表面，应采取较高的表面粗糙度要求，此处选择2.5um； 齿轮端面和齿顶面为非工作表面，表面粗糙度要求较低，此处为5um。 齿轮端面采用端面圆跳动，这样同时保证了端面与基准轴的垂直度要求与齿轮轴向的圆柱度要求。 40H7内孔选用了直线度、垂直度、圆柱度等形位公差，保证了内孔对基准轴的

8、高精度要求。确定齿轮的材料、毛坯的制备方法及工艺、热处理工艺； 选用齿轮的材料时，考虑到材料应满足加工要求，应具有好的综合力学性能，所以材料要有高的硬度和好的耐磨性。另外应充分考虑经济性，选择材料应价格相对便宜，降低零件的成本。综合考虑材料力学性能和价格之后，此处选用45#钢 。 毛坯制备方法锻造:下料-自由锻-正火处理。热处理工艺.正火工艺:将齿轮放人炉中加热到840-880，保温约3 h。出炉空气中分散冷却。目的是充分消除锻造引起的内应力，细化晶粒，适当提高齿轮的硬度，为以后的机加工作性能准备。同时为后序的热处理作组织准备。. 表面淬火+回火表面淬火：通常利用感应加热淬火装置，只对轮齿部位

9、进行局部感应加热表面淬火。工艺：将齿轮置于感应器内，通入交流电，轮齿温度达到860900后。随后用水快速冷却，淬火后表面不得有裂纹。目的是提高轮齿表面硬度和耐磨性，淬火后表面硬度可达到4853 HRC，淬硬层可达34mm.回火工艺：将齿轮放人回火炉中加热到200-240，保温约1h，出炉空气中冷却。目的是消除在淬火时产生的内应力，防止齿轮在工作中的变形和开裂；获得稳定的组织，保证尺寸的稳定性；提高齿轮的韧性，调整齿轮的强度和硬度，获得较好的综合力学性能.进行加工工艺分析；作为定位的基准内孔40H7表面其粗糙度精度比基准端面的要求高，基准端面的粗糙度较粗，为5um。但它对基准孔的端面圆跳动0.0

10、18um，比一般精度的齿轮要求高，因此在齿坯加工中，尚需留一定的余量进行精加工。精加工孔和端面采用磨削的的加工方法。先以齿轮分度圆和端面作为定位基准磨孔，再以孔位定位基准磨削面，控制端面圆跳动的要求，以确保齿形精加工用的精基准的精确度。该例齿轮精度要求较高，工序安排滚齿后应留有一定磨齿的加工余量。确定定位基准；粗基准：毛坯外圆及端面精基准: 内孔及端面制定齿轮的加工顺序；齿轮下料后，一般先锻造，锻造后再进行去除锻造引起的内应力，然后车成合适形状，先粗车，后精车，车后再滚齿，做出齿轮的形状后再进行提高齿轮表面强度、硬度的热处理工艺，如表面淬火/回火去应力，再进行的是消除在淬火时产生的内应力工序，

11、最后再磨齿，磨到设计的粗糙度。制定齿轮的加工路线；工工艺路线：下料锻造毛坯正火 粗车精车滚齿其他加工钳工去毛刺齿面的高频淬火回火磨磨齿总检入库机床主轴箱齿轮机械加工工艺路线图工序号工序名称工序内容定位基准1下料棒料2锻毛坯锻造尺寸110mm×38mm外圆及端面3热处理正火外圆及端面4粗车粗车各部分，考虑各部分加工量，留余量1.5-2mm内孔及端面5精车精车各部分，内孔至40.1H8，总长留加工余量0.2mm，其余至尺寸内孔及端面6滚齿齿厚留磨加工余量0.10-0.15mm内孔及端面7其他加工倒角内孔8钳工去毛刺内孔及端面9热处理高频感应加热淬火，然后回火去应力内孔及端面10磨磨内孔至

12、40H7，及磨齿轮两端面保证尺寸为30mm内孔及端面11磨齿内孔及端面12总检入库4.设计过程： 图1 齿轮研究性训练载体1-2：车床传主轴箱齿轮的几何精度设计1问题提出：零件的几何精度直接影响零件的使用性能，而零件的配合表面和非配合表面的精度要求高低各不相同；即便是配合表面，其工作性质不同，提出进度要求及公差项目也不相同，针对车床主轴箱齿轮进行几何精度设计。2专题研究的目的：（1）理解零件几何精度对其使用性能的影响；（2）根据零件不同表面的工作性质及要求提出相应的公差要求；（3）掌握正确的零件公差标注方法；（4）掌握零件的几何精度设计方法；3研究内容： 完成图1所示齿轮零件的几何精度设计。工

13、艺设计的具体内容包括：（1） 对零件各表面主要部分的技术要求进行分析研究；车床主轴箱齿轮主要用于降低主轴转速，增加扭矩。一般车床主轴箱齿轮属于中速、中载荷的一般齿轮。其性能要求顺序为：圆周速度=齿面载荷分布均匀性>运动准确性。（2）根据零件不同表面的工作性质及要求，提出相应的公差项目及公差值；包括齿轮的尺寸精度设计、形状精度设计、位置精度设计及表面粗糙度。尺寸设计： .为保证齿轮啮合时存在顶隙，在齿顶圆直径采取上偏差为零的设计，公差为IT1，查表得下偏差为0.22。 .为保证孔与轴的小过盈配合40孔公差为IT7，选用基孔制，下偏差为0，查表得上偏差为0.025。

14、60;表面粗糙度设计： .齿轮的工作表面为齿面。要保证传动的平稳性，同时减小摩擦等要求，齿面应采用零件最高的表面粗糙度要求，即选择Ra3.2 .主轴箱齿轮与主轴为过盈配合，且其孔的内表面为摩擦表面，应采取高的表面粗糙度要求。选择3.2 .齿轮外端面A的运动精度要求高于齿轮外端面B，故其表面粗糙度要求高与B，故选择Ra6.4 形状位置精度设计： 为检测齿轮端面A采用跳动公差中的端面圆跳动。这样同时保证了端面与轴线的垂直度要求与齿轮轴向的圆柱度要求。（3）把公差正确的标注在零件图上。4设计过程： 图1研究性训练载体1-1：车床传动轴的几何精度设计一

15、问题提出：零件的几何精度直接影响零件的使用性能，而零件的配合表面和非配合表面的精度要求高低各不相同；即便是配合表面，其工作性质不同，提出进度要求及公差项目也不相同，针对车床传动轴进行几何精度设计。二专题研究的目的：1.理解零件几何精度对其使用性能的影响；2.根据零件不同表面的工作性质及要求提出相应的公差要求；3.掌握正确的零件公差标注方法；4.掌握零件的几何精度设计方法；三研究内容： 完成图1所示传动轴零件的几何精度设计。工艺设计的具体内容包括：1.对轴上各部分的作用进行分析研究；传动轴的作用： 车床传动轴多用于传动，两端圆柱面与轴承配合。轴肩的位置是为了便于轴与轴上零件的装配，键槽通过与键配

16、合实现扭矩的传递。 由给定传动轴的零件图可知，各阶梯轴的基本尺寸均已给出，但在设计时，我们要根据轴所受的转矩来初步估算，然后再按轴上零件的配合方案和定位要求，从而逐一确定各段直径。在此过程中，我们需注意以下几点：（1）轴上装配标准件的轴段（如图1中、），其直径必须符合标准件的标准直径系列值。（2）与一般零件（如齿轮、带轮等）相配合的轴段（该轴中无此段），其直径应与相配合的零件毅孔直径相一致，井采用标准尺寸（GB282281）。而不与零件相配合的轴段（如图1中、），其直径可不取标准尺寸。（3）起定位作用的轴肩称力定位轴肩（如图1中与、与之间的轴肩），其高度按相关的原则确定。为便于轴上零件安装而设

17、置的非定位轴肩，其高度一般取13mm。2.对零件各表面主要部分的技术要求进行分析研究；基准的选择及加工工艺： （1）定位基准的选择：粗基准的选择：轴类零件粗基准一般选择外圆表面。这样，一方面可方便装夹，同时也容易获得较大的支撑刚度。精基准的选择：轴类零件的精基准在可能的情况下一般都选择轴两端面中心孔。这是因为轴类零件的各主要表面的设计基准都是轴线，选择中心孔作精基准，既可满足基准重合的要求，又可满足基准统一的要求。当不能选中心孔作为精基准时，可采用轴的外表面或轴的外表面加一中心孔作为精基准。 对精度要求不高的轴，为了减少加工工序，增加支撑刚度，一般选择轴的外圆作精基准。 （2）工艺路线：轴类零件主要表面加工的工艺路线如下：下料（圆棒料毛坯）车端面、打中心孔粗车各外圆表面正火或调质修研中心孔半精车和精车各外圆表面、车螺纹铣键槽淬火修研中心孔粗、精磨外圆检验。3.根据零件不同表面的工作性质及要求，提出相应的公差项目及公差值；包括传动轴的尺寸精度设计、形状精度设计、位置精度设计及表面粗糙度。（1）尺寸设计： 主轴两段17的圆柱面与轴承过盈配合，采用基轴制。为保证过盈，上偏差取+0.012下偏差取+0.001。 键槽所在24圆柱面为过盈