机械制造技术基础课程设计长轴讲解

1、湖 南 科 技 大 学机械设计制造技术基础课 程 设 计课题名称：长传动轴机械加工工艺规程设计班 级：机械设计制造及其自动化姓 名：学 号：指导老师： 成 绩： 学院2015 年7月目 录 一课程设计的目的生产纲领的计算与生产类型的确定. 1.课程设计的目的. 2.生产类型的确定生产纲领的计算. 二.长传动轴的工艺分析.1长传动轴的用途 .2长传动轴的技术要求.3审查长传动轴的工艺性. 三. 确定毛坯、绘制毛坯简图.1选择毛坯.2确定毛胚的尺寸公差及机械加工余量. 3绘制长传动轴锻造毛坯简图. 四. 拟定长传动轴工艺路线. 1定位基准的选择.2各表面加工方案的确定.3加工阶段的划分.4工序的集

2、中与分散.5工序顺序的安排.6机床设备及工艺装备的选用.7确定工艺路线.五加工余量、工序尺寸的确定. 六确定切削用量. 七. 时间定额的计算. 八. 设计体会. 九. 参考文献. 十. 附录 1、零件毛坯图（或毛坯图）1张 2、机械加工工艺过程卡片1套 3、机械加工主要工序的工序卡片2张 一课程设计的目的生产纲领的计算与生产类型的确定1、机械制造课程设计的目的机械制造技术基础课程设计是学完了机械制造技术基础课程及经过了生产实习之后，进行的一个重要的实践性教学环节，其旨在培养学生设计“机械加工工艺规程”和“机床夹具”的工程实践能力。学生通过设计能获得综合运用过去所学过的全部课程进行机械制造工艺及

3、结构设计的基本能力，为以后做好毕业设计、走上工作岗位进行一次综合训练和准备。它要求学生全面地综合运用本课程及有关先修课程的理论和实践知识，进行零件加工工艺规程的设计和机床夹具的设计。其目的是： （1） 培养学生独立思考和独立工作的能力，为毕业后走向社会从事相关技术工作打下良好的基础。（2） 培养学生熟悉并运用有关手册、图表、规范等有关技术资料的能力。 （3） 培养学生能根据被加工零件的技术要求，运用夹具设计的基本原理和方法，学会拟订夹具设计方案，完成夹具结构设计，进一步提高结构设计能力。 （4）进一步培养学生识图、制图、运算和编写技术文件的基本技能。 （5）培养学生综合运用机械制造工程原理课程

4、及专业课程的理论知识，结合金工实习、生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决机械加工工艺问题，初步具备设计中等复杂程度零件工艺规程的能力。2、生产纲领的计算与生产类型的确定机械加工的工艺规程的详细程度与生产类型有关，不同的生产类型由产品的生产纲领来区别。.生产类型的确定（1） 零件的生产类型是指企业生产专业化程度的分类，它对工艺规程的制定具有决定性的影响。机械制造的生产类型一般分为大量生产、成批生产和单件生产，成批生产分为大批生产、中批生产、和小批生产。产量越大生产专业化程度越高。按重型机械、中型机械、和轻型机械的年生产量列出了不同的生产类型的规范如表1：表1 各种生产类型的规范生产类型零件

5、的年生产纲领/件/年重型机械中型机械轻型机械单件生产520100小批生产510020200100500中批生产1003002005005005000大批生产30010005005000500050000大量生产1000500050000(2)生产类型的划分要考虑生产纲领还得考虑产品本身的大小及其结构的复杂性。.生产纲领的计算（1）生产纲领是产品的年生产量。生产纲领的大小对生产组织和零件加工工艺规程起着很重要的作用，它决定了各工序所需的专业化和自动化的程度以及所选用的工艺方法和工艺装备。（2）零件的生产纲领的计算方式N=Qm(1+%)(1+%)结合生产实际：零件的备品率%和零件的平均废品率%分别

6、取3%和0.5%，产品的年产量Q要求为1000件/年，每台产品中该零件的数量为1件/台。所以综合以上数据代入上式中得：N=1066件（3）传动轴轴的重量估计M<15Kg 查机械制造技术基础课程设计指导教程表1-3知该传动轴为轻型零件，依据表1得传动轴的生产类型为中批量生产。二.长传动轴的工艺分析1长传动轴的用途 轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一。它在机器中主要用于支承齿轮，带轮，凸轮以及连杆等传动件，以及传递扭矩。按结构形式不同，轴可以分为阶梯轴，锥度分轴，空心轴，曲轴，凸轮轴，偏心轴，各种丝杆等。它主要用来支承传动零部件，传递扭矩和承受载荷。轴类零件是旋转体零件，其长度大于直径，

7、一般由同心轴的外圆柱面，圆锥面，内孔和螺纹及相应的端面所组成 长传动轴在各种机械或传动系统中广泛使用，用来传递动力。在传力过程中主要承受交变扭转负荷或有冲击，因此该零件应具有足够的强度、刚度和韧性，以适应其工作条件。2. 长传动轴的技术要求 由长传动轴的零件图可得其技术要求表长传动轴零件技术要求表加工表面尺寸及偏差/mm公差/mm及精度等级表面粗糙度Ra/m形位公差/mm传动轴两端面317±0.52面到左端面26.5±0.2K-K处键槽 0 50 -0.033轴锥面右端到左端面51.5±0.13轴圆锥表面 5°30±104面到左端面80

8、7;0.18面到右端面169±0.5 6面到左端面131±0.15轴外圆面 -0.02028 -0.041 IT68面到10端面49±0.1F-F处键槽 -0.0158 -0.051 R0.28面到11端面67±0.58面到13端面131±0.1G轴外圆面25±0.01IT69轴外圆面 030 -0.021IT612轴外圆面 0.02027 -0.041IT614轴外圆面25 ±0.01IT9左端螺纹M18x1.5-6g右端螺纹M24x1.5-6g12轴左端螺纹M30x1.5-6g3审查长传动轴的工艺性 分析长传动轴的零件图

9、可知，长传动轴两端面和各阶梯轴端面均要求切削加工，并在轴向方向上均高于相邻表面，这样既减少了加工面积，又提高了接触刚度；为了加工阶梯轴，需在加工前切出退刀槽，以方便在加工外圆表面时退刀，避免刮伤加工好的端面；在加工各重要外圆表面时，可以两端定位，通过粗车、半精车、粗磨、精磨来达到技术要求，加工起来比较方便；键槽加工也可以在车床上用铣刀铣出来，螺纹也可以方便的车出来。传动轴毛坯材料为0Cr17NiMo2合金钢。该材料属于优质钢，强度较高，塑性和韧性尚好，用于制作承受负荷较大的小截面调质件和应力较小的大型正火零件。总体上，主要工作表面虽然加工精度和表面粗糙度要求相对较高，但也可以在正常的生产条件下

10、，采用较经济的方法保质保量地加工出来。由此可见，该零件的工艺性较好三.确定毛坯、绘制毛坯简图1选择毛坯40Cr钢是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过调质后，可得到较好的切削性能，而且能够获得较高的强度和韧性等综合机械性能，调质后表面硬度可达130-187HBW。轴类毛坯，常用圆棒料和锻件，根据生产规模的不同，毛坯的锻造方式有自由锻和模锻两种。毛坯经过加热锻造后，可使金属内部纤维组织表面均匀分布，获得较高的抗拉，抗弯及抗扭强度；锻造后的毛坯，能改善金属内部组织，提高其抗拉，抗弯等机械性能。同时，因锻件的形状和尺寸与零件相近，可以节约材料，减少切削加工的劳动量，降低生产成本。在选择锻件的制造方法时

11、，并非是制造精度高就越好，需要综合考虑机械加工成本和毛坯制造成本，以达到零件制造总成本最低的目的。当生产批量较小，毛坯精度要求较低时，锻件一般采用自由锻造法生产。根据长传动轴的制造材料（40Cr），毛坯类型可采用型材和锻件，现选用锻件；毛坯采用自由锻造法。2确定毛胚的尺寸公差及机械加工余量（1）、公差等级由长传动轴的功用和技术要求，查表确定该零件的公差等级为普通级。（2）、锻件重量由设计题目可以得出重量，重量计算结果如下：已知：40Cr密度约为 =7.85g/mm3，长度L=317mm，直径D=42mm，计算得M为3.15Kg（3）、锻件的形状复杂系数通过上面的计算已知毛坯和零件的质量，锻件的

12、形状复杂系数S=/=1.99/3.57=0.56由于0.56介于0.32和0.63之间，故该锻件的形状复杂系数为S1级（一般）。（4）、锻件的材质系数由于该长传动轴材料为0Cr17NiMo2，是合金的质量分数小于3%的合金钢，故该锻件的材质系数属M1级。（5）、零件表面的粗糙度粗糙度分为两种：Ra1.6m 和Ra1.6m，读零件图可知：除了键槽和 38的圆柱表面Ra=3.2m1.6m，其他的各表面的粗糙度均Ra1.6m。 根据上述分析，可查表确定该锻件的尺寸公差和机械加工余量，所得结果如下表所示： 锻件重量/kg包容体重量/kg形状复杂系数 材质系数公差等级1.993.75S1M1普通级项目/

13、mm机械加工余量/mm锻件尺寸两端面317203373轴外圆面255355轴外圆面285387轴外圆面385489轴外圆面3054012轴外圆面2753714轴外圆面25535左端面到4端面804844端面到6端面505556端面到8端面182208端面到11端面6737011端面到13端面6426613端面到右端面442（6） 、毛坯图如下图所示：四. 拟定长传动轴工艺路线1定位基准的选择 合理选择定位基准，对于保证零件的尺寸和位置精度有着决定性的作用。由于该长传动轴的几个主要配合表面及轴肩面对基准轴线N-G均有径向圆跳动和端面圆跳动的要求，它又是实心轴，所以应选择两端面中心孔为基准，采用双

14、顶尖装夹方法，以保证零件的技术要求。（1）长传动轴零件的精基准长传动轴零件的加工，以两端的中心孔作为定位精基准。因为轴的设计基准是中心线，这样既符合基准重合原则，又符合基准统一原则，还能在一次装夹中最大限度地完成多个外圆及端面的加工，易于保证各轴颈间的同轴度以及端面的垂直度。（2） 长传动轴零件的粗基准 轴类零件的粗加工，可选择外圆表面作为定位粗基准，以此定位加工两端面和中心孔，为后续工序准备精基准。中心孔加工采用三爪自定心卡盘装夹毛坯外圆，车端面，钻中心孔。但必须注意，一般不能用毛坯外圆装夹两次钻两端面中心孔，而应该以毛坯外圆作为粗基准，先加工一个端面，钻中心孔，车出一端外圆；然后以已车过的

15、外圆作基准。用三爪自定心卡盘装夹，车另一端面，钻中心孔。如此加工中心孔，才能保证两孔中心同轴。2各表面加工方案的确定根据长传动轴零件上各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，确定加工件各表面的加工方法如下表：轴零件各表面加工方案加工表面尺寸精度等级表面粗糙度Ra（um）加工方法长传动轴两端面、2面、4面、6面、10面、13面、15面无无粗车3、5、9、12、14轴外圆表面IT6粗车-半精车-磨削7外圆表面IT9粗车-半精车K-K上键槽侧面IT10粗铣-半精铣-磨削F-F上键槽侧面IT9粗铣-半精铣-磨削说明：磨削在加工过程中包括粗、精磨。3加工阶段的划分该轴为多阶梯轴,为了使毛胚生产率高，将毛胚大大

16、的简化了，但是这使得毛胚机械加工余量较大，需要切除大量金属，产生大量的切削热，而且引起残余应力重新分布而变形,因此,安排工序时,应将加工过程分为以下阶段：粗加工阶段粗加工阶段主要是去除各加工表面的余量，并作出精基准。它包括粗车外圆、钻中心孔。a.粗车两端面,钻中心孔为精基面作好准备,使后续工序定位精准,从而保证其他加工表面的形状和位置要求.b.粗车阶梯轴外圆,将零件加工出18,25，28,38，30，27,25和24的轴外圆使此时坯件的形状接近工件的最终形状和尺寸,只留下适当的加工余量.c.切出退刀槽半精加工阶段半精加工阶段的任务是减小粗加工留下的误差，使加工面达到一定得精的，为精加工做好准备

17、。它包括主轴各处外圆、台肩的半精车和修研中心孔等。精加工阶段精加工阶段的任务是确保达到图纸规定的精度要求和表面粗糙度要求。它包括对表面粗糙度要求较高的外圆面的磨削加工、对外圆面粗精磨，然后粗铣、半精铣键槽。4工序的集中与分散该轴的生产类型为小批生产，零件的结构复杂程度一般，但有较高的技术质量要求，可选用工序集中原则安排轴的加工工序。采用通用机床和部分高生产率专用设备，配用专用夹具，与部分划线法达到精度以减少工序数量，缩短工艺路线，减少工件的搬动次数，提高生产效率；采用工序集中原则，使生产计划、生产组织工作得以简化，工作装夹次数减少，辅助时间缩短，而且易于保证各加工表面之间的相互位置精度要求。5

18、工序顺序的安排I.该轴要求热处理为改善工件材料的切削性能，在粗加工后应进行调质热处理。II.辅助工序在热处理之后，安排主轴校直；在半精加工之后，安排去毛刺，中检；在精加工后，安排去毛刺，清洗和终检工序III.机械加工工序1.按“先基准面后其他”的原则，首先加工传动轴两端面和钻中心孔，再车外圆表面。2.遵循“先面后孔”的原则，先加工端面，再加工键槽，车螺纹。3.按“先主后次”的顺序，先加工主要表面：车外圆各个表面，后加工次要表面：铣键槽。4.按“先粗后精”的顺序，先加工精度要求较高的各主要表面，后安排精加工。综上所述，该传动轴工序的安排顺序为：基准加工各端面和主要表面粗加工热处理主要表面半精加工

19、辅助工序主要表面磨加工和次要表面加工主要表面精磨加工6机床设备及工艺装备的选用由于该轴生产类型为小批生产，且采取的工序集中，加设设备以通用机床为主，生产方式为通用机床加辅助夹具为主。工件在各机床上的装卸及及各机床的传送均由人工完成。1. 机床设备的选用根据该轴的尺寸大小要求，选用卧式车床CA6140,万能外圆磨床MD1420，立式升降台铣床X5032，具体情况如上表所示。2. 工艺装备的选用 工艺装备主要包括刀具、夹具和量具。工艺装备采用通用夹具，通用刀具和通用量具。（1）刀具的选择：a 粗车时：合理前角参考值为1518。，合理后角参考值为68。，工艺系统刚性较好时主偏角Kr=75。，副偏角K

20、r=510。45钢正火，可以选用YT5的刀具，前角选为16。，后角为58。，主偏角75。，刃倾角为0。，副偏角Kr=5。，刀尖半径为1mm。b 半精车、精车时：合理前角参考值为1318。，合理后角参考值为810。，工艺系统刚性较好时主偏角Kr=75。，副偏角Kr=05。45钢调质，可以选用YT15的刀具，前角选为18。，后角为58。，主偏角75。，刃倾角为0。，副偏角Kr=5。，刀尖半径为1mm。c 选用车刀时，车端面选用45。端面车刀；车外圆阶梯时，选用90。车刀；在粗车外圆时，选用75。偏刀。车外圆时，使用靠模板车。钻深孔时，选用莫氏锥柄麻花钻；车螺纹时，使用高速钢螺纹车刀。铣键槽使用圆柱

21、键槽铣刀加工。(2)夹具的选择：加工该零件不需要使用专用夹具，采用通用夹具，如：三爪卡盘及顶尖（3）量具的选择：游标卡尺（精度为0.02），千分尺。7确定工艺路线跟据上面加工工艺过程的分析，确定工艺路线，表 7 工序号工序名称工序内容车床设备刀具量具1锻造锻造毛坯2热处理正火处理3粗车、钻孔粗车传动轴两端面并在两端面钻中心孔4粗车各轴肩端面及传动轴各外圆表面5热处理调质处理 24080HBS6研修研修中心孔7半精车对3、5、7、9、12、14轴外圆面及5、7、12、14轴肩面半精加工8车退刀槽在各端面处车出后续加工表面的退刀槽9车螺纹、倒角对两端轴车螺纹，及除N、B端面外各外圆端面处倒角10铣

22、键槽在9面、锥面上铣键槽至规定要求尺寸11去毛刺12中检13磨削对3、5、7、9、12、14、锥面，外圆表面和5、7、12、14轴肩面磨削加工至指定尺寸14清洗15终检五.加工余量、工序尺寸的确定1、 M18x1.5-6g螺纹的加工如表：工序名称工序余量/mm加工经济精度/mm表面粗糙度Ra/um工序基本尺寸/mm锻造5±223粗车3IT1112.521半精车1.5IT93.2202、 3轴外圆面25的确定如表：工序名称工序余量/mm加工经济精度/mm表面粗糙度Ra/um工序基本尺寸/mm尺寸、公差/mm锻造5±230粗车3IT1112.52800.16半精车1.5IT93

23、.22700.056磨削0.3IT60.825±0.13、5轴外圆面28的确定如表：工序名称工序余量/mm加工经济精度/mm表面粗糙度Ra/um工序基本尺寸/mm尺寸、公差/mm锻造5±233粗车3IT1112.53100.13半精车1.5IT93.23000.052磨削0.3IT60.8280.0200.0414、7轴外圆面38的确定如表：工序名称工序余量/mm加工经济精度/mm表面粗糙度Ra/um工序基本尺寸/mm尺寸、公差/mm锻造5±243粗车3IT1112.54100.16半精车2IT93.240磨削0.3IT6083800.35、 9轴外圆面30的确定

24、如表：工序名称工序余量/mm加工经济精度/mm表面粗糙度Ra/um工序基本尺寸/mm尺寸、公差/mm锻造5±235粗车3IT1112.53300.13半精车1.5IT93.23200.052磨削0.3IT6083000.0216、 M30x1.5-6g螺纹的加工如表：工序名称工序余量/mm加工经济精度/mm表面粗糙度Ra/um工序基本尺寸/mm锻造5±235粗车3IT1112.533半精车1.5IT93.2327、 12轴外圆面27的确定如表：工序名称工序余量/mm加工经济精度/mm表面粗糙度Ra/um工序基本尺寸/mm尺寸、公差/mm锻造5±232粗车3IT11

25、12.53000.13半精车1.5IT93.22900.052磨削0.3IT60827+0.020-0.0418、14轴外圆面25 的确定如表：工序名称工序余量/mm加工经济精度/mm表面粗糙度Ra/um工序基本尺寸/mm尺寸、公差/mm锻造5±230粗车3IT1112.52800.13半精车1.5IT93.22700.052磨削0.3IT60825±0.019、 M24x1.5-6g螺纹的加工如表：工序名称工序余量/mm加工经济精度/mm表面粗糙度Ra/um工序基本尺寸/mm锻造5±229粗车3IT1112.527半精车1.5IT93.2266 确定切削用量 工

26、序4粗车38阶梯面右边各阶梯面切削用量的计算 该工序虽然分了多个工步进行，但每个工步的背吃刀量、进给量和切削速度都相同，因为这些工步都是在一台机床上经一次走刀加工完成的，所以分析一个工步即可。现以粗车38阶梯面右边各阶梯面为例，计算切削用量： 1）背吃刀量的确定粗车38轴外圆面的加工余量为2，故ap=2mm 2）进给量的确定由表查得，可取进给量f=0.4mm/r 3）切削速度的确定 根据卧式车床CA6140的切削速度范围，取V=35m/min，可求得： n=1000V/d=318.47r/min，根据机床型号查得转速为n=320r/min，则V=nd/1000=35.15m/min由于各工步加

27、工轴的直径不同，算出的转速也不相同，但都靠近n=320r/min，故可以统一起来取值。A粗车35毛坯面1） 背吃刀量的确定 因为已知该工步的加工余量为2，ap=2mm,一次进给。 2）进给量的确定由表查得，可取进给量f=0.4mm/r 3）切削速度的确定，根据前面求得机床转速为n=320r/min，则V=nd/1000=35.17m/minB粗车37毛坯面1)背吃刀量的确定 因为已知该工步的加工余量为2，ap=2mm,一次进给 2）进给量的确定由表查得，可取进给量f=0.4mm/r 3）切削速度的确定，根据前面求得机床转速为n=320r/min，则V=nd/1000=37.18m/min C粗

28、车40毛坯面1)背吃刀量的确定 因为已知该工步的加工余量为2，ap=2mm,一次进给 2）进给量的确定由表查得，可取进给量f=0.4mm/r 3）切削速度的确定，根据前面求得机床转速为n=320r/min，则 V=nd/1000=40.19m/min七.时间定额的计算1. 工序4粗车38阶梯面右边各阶梯面时间定额的计算 1）粗车35轴外圆面基本时间和辅助时间的确定 基本时间 tj=(l+l1+l2)*i/fn=(42+3+0)*60/(0.4*320)=21.1s 辅助时间 tf=0.15* tj=0.15*21.1=3.2s2）粗车37轴外圆面基本时间和辅助时间的确定 基本时间tj=(l+l

29、1+l2)*i/fn=(66+0+0)*60/(0.4*320)=30.9s 辅助时间 tf=0.15* tj=0.15*30.9=4.6s3）粗车40轴外圆面基本时间和辅助时间的确定 基本时间tj=(l+l1+l2)*i/fn=(70+0+0)*60/(0.4*320)=32.8s 辅助时间 tf=0.15* tj=0.15*32.8=4.9s 4) 粗车38阶梯面右边各阶梯面基本时间和辅助时间的确定 tj总= tj1+ tj2+ tj3=21.1+30.9+32.8=84.8s 总的辅助时间tf总= tf1+ tf2+ tf3= 3.2+4.6+4.9=12.7s 布置工作地时间 tb=0.05*( tj总+ tf总)=4.9s