机械制造工艺学(阶梯轴的工艺规程)

1、.莱芜职业技术学院机械制造工艺学综合实训题目：阶梯轴机械加工工艺规程编制系别： 机电工程系专业： 机电一体化技术班级： 13 级高职机电3 班姓名：学号：指导教师：成绩：2015年6 月.c.机械制造工艺学综合实训任务书20142015 学年第二 学期机电工程系：机电一体化技术专业2013 级高职机电3 班课程名称：机械制造工艺学设计题目：轴的加工工艺规程的编制一、设计的主要任务如图所示为减速器输出轴，批量500 件，材料 45 钢。试编制其加工工艺规程。二、完成期限：自2015年6月15日至2015年6月22日共1周指导教师（签字）：年月日系（教研室）主任（签字）：年月日.c.目录序言1一.

2、零件的分析41.141.241.35二、工艺规程设计62.162.262.372.4102.511三、机床的设备选择123.1123.2123.3131616171819.c.序言本课程综合实训是学生在学完机械制造工艺学课程的一个综合性和实践性很强的教学环节，通过实训，能综合运用所学基本理论以及在生产实习中学到的实践知识进行工艺及结构设计的基本训练，掌握机械制造过程中的加工方法、加工装备等基本知识，提高学生分析和解决实际工程问题的能力，为后续课程的学习及今后从事科学研究、工程技术工作打下较坚实的基础。本次机械制造工艺学综合实训不仅仅能帮助我们利用已学的知识进行设计，还培养了我们自己分析，独立思

3、考的能力。这次综合性的训练，我在以下几方面得到锻炼：（1） 提高结构设计能力。通过设计零件的训练，获得根据被加工零件的加工要求，设计出高效，省力，经济合理而能保证加工质量的零件的能力。（2） 学会使用手册以及图表资料。掌握与本设计有关的各种资料的名称，出处，能够做到熟练的运用。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训练，从中锻炼自己发现问题，分析问题和解决问题的能力，为今后参加工作打下良好的基础。.c.一、零件的分析1.1 轴的作用轴的主要作用是支承回转零件及传递运动和动力。按照轴的承受载荷不同，轴可分为转轴、心轴和传动轴三类。工作中既承受弯矩又承受扭矩的轴成

4、为转轴，只承受弯矩的轴称为心轴，只承受扭矩而不承受弯矩的轴称为传动轴。1.2 轴的工艺分析该轴主要采用 40Cr 钢能承受一定的载荷与冲击。 此轴为阶梯轴类零件， 尺寸精度，形位精度要求均较高。 21， 22.5 ， 24， 22.55 为主要配合面，精度均要求较高，需通过磨削得到。轴线直线度为 0.01 ，两键槽有同轴度要求。在加工过程中须严格控制。（1）该轴采用合金结构钢 40Cr，中等精度，转速较高。经调质处理后具有良好的综合力学性能，具有较高的强度、较好的韧性和塑性。（2）该轴为阶梯轴， 其结构复杂程度中等， 其有多个过渡台阶，根据表面粗糙度要求和生产类型，表面加工分为粗加工、半精加工

5、和精加工。加工时应把精加工、半精加工和粗加工分开，这样经多次加工以后逐渐减少了零件的变形误差。（3）零件毛坯采用模锻，锻造后安排正火处理。（4）该轴的加工以车削为主，车削时应保证外圆的同轴度。（5）在精车前安排了热处理工艺， 以提高轴的疲劳强度和保证零件的应力减少， 稳定尺寸、减少零件变形。并能保证工件变形之后能在半精车时纠正。（6）同一轴心线上各轴孔的同轴度误差会导致轴承装置时歪斜， 影响轴的同轴度和轴承的使用寿命。在两端面钻中心孔进行固定装夹可以有效防止径向圆跳动、 保证其同轴度。.c.零件图如下.c.轴的各表面粗糙度、公差及偏差见表一尺寸及偏差加工表面（ mm）轴段 122.5 00.0

6、0550055轴段 2240.0120.001轴段 2端面轴段 330轴段 3端面轴段 422.5 00.00550055轴段 4端面轴段 5021 - 0.01键槽 2700.03键槽 5700.03公差及精度表面粗糙度形位公差等级Ra（ m）IT61.6轴线直线度为0.01IT81.6轴线直线度为0.013.2未注12.5轴线直线度为0.013.2IT61.6轴线直线度为0.013.2未注1.6轴线直线度为0.01IT73.2IT73.2表一二、工艺规程设计2.1确定毛坯的制造形式阶梯轴材料为 40Cr 钢，要求强度较高，且工件的形状比较简单，毛坯精度低，加工余量大，因年产5000 件，所

7、以达到批量生产水平。综上考虑，采用锻件，其锻造方法为模锻，毛坯的尺寸精度要求为IT12 以下。2.2定位基准的选择正确的选择定位基准是设计工艺过程中的一项重要的容，也是保证加工精度的关键，定位基准分为精基准和粗基准，以下为定位基准的选择。.c.粗基准的选择。（ 1） 粗基准的选择应能保证加工面与非加工面之间的位置精度，合理分配各加工面的余量，为后续工序提供精基准。所以为了便于定位、装夹和加工，可选轴的外圆表面为定位基准，或用外圆表面和顶尖孔共同作为定位基准。用外圆表面定位时，因基准面加工和工作装夹都比较方便，一般用卡盘装夹。为了保证重要表面的粗加工余量小而均匀，应选该表面为粗基准，并且要保证工

8、件加工面与其他不加工表面之间的位置精度。按照粗基准的选择原则，选择次要加工表面为粗基准。又考虑到阶梯轴的工艺特点，所以选择30 的外圆及一端面为粗基准。（ 2）精基准的选择根据轴的技术要求，轴的中心线为设计基准，也是测量基准，按照基准重合原则及加工要求，应选轴心线及一端面为精基准，其他各面都能以此为定位，从而也体现了基准统一的原则。2.3拟定轴的工艺路线零件表面加工方法的选择本零件的加工面有外圆、端面、键槽等，材料为40Cr，参考有关资料，加工方法选择如下：30 外圆面：为未注公差尺寸，表面粗糙度为Ra12.5m，需进行粗车、半精车。0.012240.001外圆面：公差等级为 IT8 ，表面粗

9、糙度为 Ra1.6m，需进行粗车、 半精车、精车。22.5 00.00550055 外圆面：公差等级为 IT6 ，表面粗糙度为 Ra1.6m需进行粗车、半精车、精车、粗磨、精磨。端面：本零件端面为回转体端面，尺寸精度都要求不高，表面粗糙度为 Ra3.2m，需进行粗车、半精车。键槽：槽宽公差等级为 IT7 ，槽深公差等级未注，表面粗糙度为 Ra3.2m，需采用三面刃铣刀，粗铣、半精铣。工艺顺序的安排（一）机械加工工序（1）遵循先基准平面后其他的原则：机械加工工艺安排是总是先加工好定位基准面，所以应先安排为后续工序准备好定为基准。先加工精基准面，钻中心孔及车表面的外圆。.c.（2）遵循先粗后精的原

10、则：先安排粗加工工序，后安排精加工工序。先安排精度要求较高的各主要表面，后安排精加工。（3）遵循先主后次的原则 : 先加工主要表面，如车外圆各个表面，端面等。后加工次要表面，如铣键槽等。（4）遵循外后，先大后小原则：先加工外圆再以外圆定位加工孔，加工阶梯外圆时先加工直径较大的后加工直径小的外圆。（5）次要表面的加工：键槽等次要表面的加工通常安排在外圆精车或粗磨之后，精磨外圆之前。（6）对于轴右端及中间轴段 22.5 00.00550055 加工质量要求较高的表面，安排在后面，并在前几道工序中注意形位公差，在加工过程中不断调整、保证其形位公差。（7）按照先面后孔的原则：先加工端面，再铣键槽。（二

11、）热处理工序的安排在切削加工前宜安排正火处理，能提高改善轴的硬度，消除毛坯的应力，改善其切削性能。在粗加工后进行调质处理，能提高轴的综合性能。最终热处理安排在半精车之后磨削加工之前。其能提高材料强度、表面硬度和耐磨性。在精加工之前安排表面淬火，这样可以纠正因淬火引起的局部变形，提高表面耐磨性。（三）辅助工序的安排在粗加工和热处理后，安排校直工序。在半精车加工之后安排去毛刺和中间检验工序。在精加工之后安排去毛刺、清洗和终检工序。综上所述，该轴的工序安排顺序为：下料锻造预备热处理。该轴的加工工序 : 车端面粗车调质半精车精车车端面铣键槽淬火磨外圆精磨检验。加工阶段的划分该轴精度要求较高，其加工阶段

12、可划分为粗加工、半精加工、精加工阶段。1、在粗加工阶段，粗车外圆，以高生产效率去除毛坯余量。2、在半精加工阶段，对外圆进行半精车，铣键槽等，减小粗加工中留下的误差，使加工面达到一定的精度，为精加工做好准备。22.5 00.0055005521 - 0.0103、精加工阶段，、 30、外圆面表面粗糙度要求为 Ra1.6m，对其进行精车以达到要求。而对于22.5 00.00550055外圆面其公差等级为IT6 ，表面粗糙度要求为.c.Ra1.6m安排粗磨、精磨。确定工艺路线根据以上的加工工艺过程的分析确定零件的工艺路线如表二工序号工序名称工序容10模锻毛坯锻造加工20热处理正火30车端面车断头及端

13、面保证端面尺寸， 钻中心孔；调头车另一端面， 钻中心孔；粗车轴段 3 外圆，以其端面为基准面，依次粗车轴段1、2 外40粗车圆；调头再以轴段3 右端面为基准粗车轴段 4、 5；粗车各退刀槽50热处理调质以轴段 3 外圆为基准依次半精车轴段1、2 外圆；半精车槽深60 半精车0.5 的 2 个；调头再以轴段 3 外圆为基准半精车轴段 4、5 外圆；半精车槽深 0.5 。70精车用调整法找正以顶尖中心线为基准精车轴段1；精车轴段 2;调头精车轴段4；精车轴段 5；80车端面车端面保持长122；倒角 1X45调头车另一端面保持全长 120；倒角 1X45 度，车槽深 0.390粗铣键槽铣两个宽为 7

14、 的键槽100半精铣键半精铣两个键槽槽110热处理表面淬火120粗磨粗磨轴段 1；调头粗磨轴段 4130精磨精磨轴段 4；调头精磨轴段 1140 检验表二.c.2.4 加工工序的设计加工余量的确定加工余量见表三加工表面工序名工序工序尺寸精度等级称余量轴段 3粗车430IT11半精磨0.122.5 （ +0.0055，IT6-0.0055 ）轴段 1、4粗磨0.2522.6 （0，-0.018）IT7外圆面精车0.2522.85 （0，-0.027）IT8半精车2.223.1 （0，-0.043）IT9粗车8.725.3 （0，-0.11）IT11精车0.324（ +0.012 ，+0.001

15、）IT8轴段2外圆半精车1.524.3 （0，-0.043）IT9面粗车8.225.8 （0，-0.11）IT11精车0.321(0,-0.01)IT8轴段5外圆半精车1.521.3(0,-0.043)IT9面粗车8.222.8(0,-0.011)IT11键槽半精铣1.57.5 （0，-0.03 ）IT7粗铣69（0，-0.075 ）IT11表三毛坯尺寸及公差等级由工艺人员手册可查得锻件单边余量厚度方向1.5-2mm，取 2mm，水平方向为 2.0-2.7mm，取 2.5mm.锻件质量小于 1kg，长度等于 120mm，取其上偏差 +0.17mm，下偏差 -0.08mm。锻件厚度尺寸小于 40

16、mm，取其上偏差 +0.12mm，下偏差 -0.04mm。B/H1, 故取起偏角为 5 度。则锻件毛坯长度尺寸为 124 00.1708 mm ，直径尺寸为 34 00.1204 mm 。根据零件图各部分的加工精度要求，锻件的尺寸公差等级为 8-12 级，加工余量等级为普通级，故取 IT=12 级。.c.毛坯图的绘制根据零件图可知该轴各加工表面的粗糙度至少为12.5 m。综上，锻件毛坯图如下所示。2.5 确定切削用量及基本工时确定切削用量的原则：首先应选取尽可能大的背吃刀量，其次在机床动力和刚度允许的条件下，又满足以加工表面粗糙度的情况下，选取尽可能大的进给量。最后根据公式确定最佳切削速度。1

17、）工序 30，粗车轴的左右端面该工序为两个工步，工步1 是以左边定位。粗车右端面；工步2 是以右边定位，粗车左端面。由于这两个工步是在一台机床上经一次走刀加工完成的，故其选用的切削用量相同。背吃刀量的确定：根据加工余量，工步1 和工步 2 的背吃刀量都为 0.5mm1 进给量的确定：本设计采用的是硬质合金车刀，工件材料是40Cr，查表取进给量f 0.5mm/r 切削速度的计算：硬质合金车刀切削 40Cr 时，取切削速度 V 为 50m/min，根据公式 n 1000v / d ，可得车床转速 n=1000 50/ （ 34）r/min=663r/min ，查表 CA6140的主轴转速围为 10

18、1400，14001580（r/min ），符合要求。2）工序 40 粗车及工序 60 半精车 该工序为工步 1 粗车和工步 2 半精车，则背吃刀量依次为ap1=z=8.2mm， ap2=z=2.2mm查表得粗车 f1=0.81mm/r ，取 Vc 为 60m/min，则 n=796r/min半精车取 f2=0.4mm/r ，Vc 为 90m/min，则 n=1194r/min (n=1000Vc/d)3）工序 40、 60 的过渡面部分粗车半精车尺寸为30 的轴肩两端面粗车轴段 2 与轴段 1 的过渡端面，其切削用量与上述结论类似，不再计算.c.4）工序 90、 100 粗铣及半精铣键槽粗铣

19、 取 f=2mm/r Vc=60m/min n=118 r/min半精铣取 f=0.8mm/r Vc=74m/min n=200 r/min5）工序 120、130 粗磨、精磨加工轴段1、 4 外圆面查表取粗磨、精磨深度进给量为分别为0.032mm， 0.008mm工件的运动速度为15m/min，18m/min背吃刀量等于磨削余量0.25mm及 0.1mm6）其余工序粗车加工时，取 f=0.81mm/r Vc=60m/min 半精车加工时，取 f=0.51mm/r Vc=90m/min 精加工时，取 f=0.2mm/r Vc=120m/min 皆符合要求。三、机床设备的选用3.1 各工序所用机

20、床、夹具、刀具、量具和辅具（表四，表五）.c.表四.c.表五3.2机床设备的选用由以上的表四、五，结合零件轴的生产类型为大批量生产，可以选用较高效率的专用机床和自动机床。根据该轴尺寸的大小要求，选用数控车床CK6140，外圆磨床M1432,铣床 X083。3.3机床夹具设计1）刀具选择因为该传动轴为阶梯轴，所以选用90 度角外圆车刀（车台阶）材料为YT15，45刀（倒角）和切槽刀（切槽） 。2）量具选择因为该轴最大长度为124，所以选用量程0-200 ，精度 0.05 游标卡尺。各工序具体所用工艺设备见下表工序号机床设备刀具量具10空压机游标卡尺20热处理设备30CK614090刀游标卡尺40

21、CK614090刀游标卡尺50热处理设备60CK614090刀游标卡尺70CK614090刀游标卡尺80CK614090刀游标卡尺90铣床 X083铣刀游标卡尺.c.100铣床 X083铣刀游标卡尺110 热处理设备120M1432砂轮130M1432砂轮140游标卡尺3）夹具选择机床夹具的作用及分类：1 保证加工精度夹具可准确确定工件、刀具和机床之间的相对位置，可以保证加工精度。2 提高生产效率夹具可快速地将工件定位和夹紧，减少辅助时间。 3 减轻劳动强度采用机械、气动、液压等夹紧机构，可以减轻工人的劳动强度。 4扩大机床的工艺围采用机床夹具可使机床的加工围扩大。机床夹具按应用围分为：通用夹

22、具、专用夹具、组合夹具。以工序 40 选择夹具，根据零件的功用、特点及材料，可选择三爪卡盘进行零件的夹紧，定位基准选轴的一个端面，定位元件选择浮动顶尖即可定位。机械加工工艺过程卡产品型零件图号号片产品名阶梯轴零件名共 1页第1页称称阶梯轴材料牌号Cr40毛 坯 种锻件毛坯外形124x 34每毛坯件数1每 台 件1类尺寸数工序号工序名工序容车间工段设 备工艺装备工时称准终单件10模锻毛坯锻造加工游标卡尺20热处理正火30车端面车端面钻中心孔，掉头另一端钻中心孔oCK614090游标卡尺粗车轴段3 外圆，以其端面为基准面，依次40粗车粗车轴段1、 2外圆；调头再以轴段 3右端CK614090 o

23、游标卡尺面为基准粗车轴段4、 5；粗车各退刀槽50热处理调质以轴段 3外圆为基准依次半精车轴段1、260半精车外圆；半精车槽深0.5 的2个；调头再以轴CK614090o游标卡尺段 3 外圆为基准半精车轴段4、5 外圆；半精车槽深0.5 。.c.用调整法找正以顶尖中心线为基准精车轴70精车段 1；精车轴段 2; 调头精车轴段 4；精车轴CK614090 o 游标卡尺段 5；车端面保持长122 ；倒角 1X45 调头车另一80车端面端面保持全长120；倒角1X45 度，车槽深CK614090 o 游标卡尺0.390粗铣槽铣两个宽为 7 的键槽铣床 X083铣刀 游标卡尺100半精铣槽半精铣两个键

24、槽铣床 X083铣刀 游标卡尺110热处理表面淬火120粗磨粗磨轴段1；调头粗磨轴段 4M1432130精磨精磨轴段4；调头精磨轴段 1M1432140检验游标卡尺设计（日 期）校对（日期）审核（日期）标准化（日期）会签（日期）标记处更改文日期数签字件号机械加工工序卡片产品型号零件图号产品名称阶梯轴零件名称阶梯轴共 1页第 1页车间工序号工序名称材料牌号40粗车cr40毛坯种类毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每台件数锻件124x3411设备名称设备型号设备编号同时加工件数数控车床CK61401夹具编号夹具名称切削液三爪卡盘工位器具编号工位器具名称工序工时 ( 分)准终单件.c.切削速进给工步工艺装主轴转速量切削深度 mm进给次工步容度工步工时号备r/minmm/r数m/min10粗车轴段3， Ra=12.5 um90o 游标卡尺796600.8