机械制造课程设计

1、、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和冲击。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

2、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内应力减少，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

3、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。零件图如下轴段尺寸及偏inn虫!2DO055055轴段轴段2端220012公差及精度IT6.6£=F屯一IT8 1 .馬灯.耳1.645形位公差Li Li _占占轴线直线度为 *0.01轴线直线度为.°01B-B 吟+跖咅I轴段3* 30未注12.5轴线直线度为©°.°1轴段3端面3.2轴段4*22.5.0055IT61.6轴线直线度为©°.°1轴段4端面3.2轴段51 0© 211J -0.01未注1.6轴线直线度为$&#

4、176;.01键槽27。7 _0.03IT73.2键槽5707 _0.03IT73.2表二、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内容，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。粗基准的选择。(1) 粗基准的选择应能保证加工面和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。

5、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， 并且要保证工件加工面和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

6、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Ra12.5卩m需进行粗车、半精车。240.012-0.001外圆面：公差等级为IT8，表面粗糙度为Ra1.6卩m需进行粗车、半精车、精车。22.50.00550.0055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Ra3.2卩m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Ra3.2卩m

7、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。(2) 遵循先粗后精的原则：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) 遵循外后内，先大后小原则：先加工外圆再以外圆定位加工内孔，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

8、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二2.5蛊055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) 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，消除毛坯的内应力，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

9、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：下料一一锻造一一预备热处理。该轴的加工工序：车端面 粗车 调质 半精车 精车 车端面 铣键槽一一淬火一一磨外圆一一精磨一一检验。233加工阶段的划分该轴精度要求较高，其加工阶段可划分为粗加工、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。1书.0055 土卅03、 精加工阶段,922-5j）0055、30、21 -0.01外圆面表面粗糙度要求

10、为Ra1.6卩m对其0.0055进行精车以达到要求。而对于22.5亠0055外圆面其公差等级为 IT6，表面粗糙度要求为Ra1.6n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内容10模锻毛坯锻造加工20热处理正火30车端面车断头及端面保证端面尺寸，钻中心孔；调头车另一端面，钻 中心孔；40粗车粗车轴段3外圆，以其端面为基准面，依次粗车轴段 1、2外 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60半精车以轴段3外圆为基准依次半精车轴段1、2外圆；半精车槽深0.5的2个；调头再以轴段3外圆为基准半精车轴段4、5

11、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的键槽100半精铣键槽半精铣两个键槽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称工序余量工序尺寸精度等级轴段3粗车430IT11轴段1、4外圆面半精磨0.1 22.5(+0.0055,-0.0055 )IT6粗磨0.2522.6 (0

12、, -0.018 )IT7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轴段2外圆精车0.3 24 ( +0.012 , +0.001 )IT8面半精车1.524.3 (0，-0.043 )IT9粗车8.225.8 (0，-0.11 )IT11轴段5外圆面精车0.3 21(0,-0.01)IT8半精车1.5 21.3(0,-0.043)IT9粗车8.2 22.8(0,-0.011)IT11键槽半精铣1.57.5 (0，-0.03 )IT7粗铣69 (0，-0.075 )IT11表三24

13、2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2mn,水平方向为,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40mm取其上偏差+0.12mm下偏差-0.04mm。B/H<1,故取起偏角为5度。则锻件毛坯长度尺寸为124 j：08mm，直径尺寸为344 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。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卩m综上，锻件毛坯图如下所示。00 4一H(AATH1MU12.

14、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) 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0.5mm 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

15、，取切削速度V为50m/min,根据公式n =1000vd，可得车 床转速 n=1000X 50/ (二 X 34) r/min=663r/min，查表 CA6140的主轴转速范围为 101400, 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/ 二 d)3) 工序40

16、、60的过渡面部分粗车一一半精车尺寸为© 30的轴肩两端面粗车轴段2和轴段1的过渡端面，其切削用量和上述结论类似，不再计算4) 工序90、100粗铣及半精铣键槽粗铣 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/mi n，18m/mi n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

17、 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各工序所用机床、夹具、刀具、量具和辅具(表四，表五)机侏虽大加工 直径x加 工长度主轴转 速（转旳）力口工质垦主电机功率 KW不凰柱 度不平度普通车床C«132320X30040-12000 010.01o.aisnga4CAj6140400Xfi5DlOlSOO0 01-U100O.D15J200护?.5CM61-4O400X50010-14000 005.1；150001/2000/ V7.5机侏星犬鮎孔 直径主铀行捱主轴转速

18、題数主轴转鹿C转/分、主电机功車室式钻澤Z518131506310-29751Z5252517599713602.3摇臂钻床Z35503501S34-17005.5Z37754502211.2-14007.5机床堀大刨W 低度工作台工作面 积毎分钾滑杭往复 次数母往复行程工作台 水平迸绐量主电机功率牛头刨P>650500顶面：455X/I05側面:435 X33511-1306 辺 035-2.134B665650側面：650X0頁皱12,5*72.7100 33-3 333星大锂孔 直径主轴转速 （转刪加工质量不圆柱度端面不平度栢桶度甘式俚床T617240131160am0 02T68

19、24020-10000 02/3000 02/300护蓿密臣卜锂 憐 T6462408*1036 ,1001立式金刚铿 T716165-19600a.oi0.01夕F圆J君床M131磨削直桎S-3151CWa.oo3O.OOflD.2/ V内園聘床M2120磨孔直径50200磨孔探度120-160）口".5J200爭平面君侏 M7730K虐创面积长X 宽 1000X300不平度0 015/100口 V V无£、磨床M1040駐削直径2*40膺削宽度140楠画度0.002不圆柱度0.004床工作台工作面 积长K宽工作合量大行程 纵苛昶橫向K垂直主锚转連 C转吩7主电机功率 C

20、 KW>卧式惟侏X60800X20050口 X 160X30050-22403卧式槪床1250X320700X255X36030-15007.5立式诜床 X52K1250X320兀 0X255X37030-15007,5万酯槪床X62W1250X320700X255X37030-15007.5机床额定扌立力（吨）最大行程滑枕订程速度 工作（米，井）逅回（米并）主电机功率C KW>乂式內拉床L5120201201.5*137*2014卧式内拉床LdllO口12502-11L4-2517卧式内拉床L612010160015-1172022表四3T5S-6 帛用呈具及规格星.具屯称用逢备

21、注三用游标卡尺用于测基工件的: 內锤 外径 长度擁度公称规狷主参勤测星范围读数值125x0.050-1250.Q5125x0.02-1250.02150XQ 050-150o3s150X0 D2£-1500 02二用游标卡尺币千测垠Tf半的-200X0 0302000.05内径 夕卜径200 X 0.02-2000.02300XQ.DS-3000.05300X0 D20-3000 0220DXD.05CK2000.05200X0.D20-2000 300X0.051-3000.Q513度游标卡尺rH昏 1 .lTpnJiKiJat-iazet_TTw證划缓300X0.D20-3000

22、 02500X0,105000.1500X0 050-5000.05500X002OU-5000.02侏度游标卡尺用于iWJ星工件的： 洽密滦度 孑捕采200X0 050-2000.05200X0.02D-2D0Q.Q2300X0 05&-3000.05300X0.02&-3000.02口 1円冃展尿戶r匕h<= 似尺寸00X0 0503000.Q550QXQ.020-5000 02外径千分尺用于测星桔密垂件的夕卜径、厚 度或长度0-2525-50-2L50.0125-30obi50-755015Q.0175-10075-1000.01i00-125100-1250.01

23、125175125-1750-01杠杆干分尺025xC.DD2“250.002用于測呈工件的髙精度外径“0-25X0.0010250.001厚度、匡度及枝对一展星具2550X0.002215500.0D225-50X0 00125500.001内径千分尺用于測星栢密垂件的内径或河 榕的肉侧直尺寸50*17550-1750.015025050-2500 015057550575CL01500050-000 0175-17575-1750.0175*57575-5750 01二爪内径千外 尺用于1HH埠t精度较iSj的内fflll尺寸规格11-20读數值0005慄度千分尺用于測星工件的沟摑“孔的淬

24、 度和台肋高度或类似尺寸01000150 1 Q肓壁厚干分尺用于测是高精杳度管.套謹奉 件的聖后尺寸025001板科厚千分尺用于测虽蒂率極磁看f牛或换料 的序度尺寸0-25 01百分表测量工件的几何形状和相互位 旨的正确性艮位穆垦”并可用 比较（去测虽 工 件的尺寸30-5 0-100 01千分表采用比较测量法或绝对测虽法 iRdSra桔度勇忡的几何形秋和 相互位置的正确性段位移量CM 020 001 0 Q05杠杆百分廳 杠杆千分表用于测星工件的几何寒扶淚菱 和相直位養的正确性.恃别造 于刚垦奏空间限制的工f半如内 孔跳动星、犍憎' 导孰的不亘 厘、*目对位宜的正确性等公廊规格WSf

25、B 围i实数但±0 4X0 010-0.80.01内径百特表 读数值：0 01采用比较洼测星工件的内径及 其几何瑋状的正踊性和位移呈公称规梅测星苗囤测孔深度10-181835 込5050100 100-160 16025010-18183535-50 50100 100-160 160-25070<30<100150<200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 X0833.3机床夹具设计1） 刀具选择因为该传动轴为阶梯轴

26、，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游标卡尺2030CK614090°刀游标卡尺40CK614090°刀游标卡尺5060CK614090°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100铣床X083铣刀游标卡尺110120M1432砂轮130M1432砂轮140游标卡尺3）夹具选择

27、机床夹具的作用及分类： 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。 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。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。 扩大机床的工艺范围 采用机床夹具可使机床的加工范围扩大。机床夹具按 使用范围分为：通用夹具、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页材料牌号Cr40毛坯种类锻件毛坯外形尺寸124x034每毛坯件数1每台件数1工序号工序名 称工序内容车间工段设备工艺装备工时准终单件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