齿轮轴零件加工工艺设计 -周强

1、绪论本课题的研究主要是加工工艺的注意点和改进的方法，通过总结零件的的加工，提高所加工工件的质量，完善产品，满足要求，提高经济效益和劳动生产率。一般齿轮轴有两个支撑轴径，工作时通过轴径支撑在轴承上，这两个支撑轴径便是其装配基准，通常也是其他表面的设计基准，所以它的精度和表面质量要求较高。对于一些重要的轴，支撑轴除规定较高的尺寸精度外，通常还规定圆度、圆柱度以及两轴径之间的同轴度等形状精度要求等。对于其他工作轴径，如安装齿轮、带轮、螺母、轴套等零件的轴径，除了有本身的尺寸精度和表面粗糙度外，通常还要求其轴线与两支承轴径的公共线同轴，以保证轴上各运动部件的运动精度。轴为支承转动零件并与之一起回转以传

2、递运动、扭矩或弯矩的机械零件。一般为金属圆杆状，各段可以有不同的直径。机器中作回转运动的零件就装在轴上。根据轴线形状的不同，轴可以分为曲轴和直轴两类。根据轴的承载情况，又可分为：转轴，工作时既承受弯矩又承受扭矩，是机械中最常见的轴，如各种减速器中的轴等；心轴，用来支承转动零件只承受弯矩而不传递扭矩，有些心轴转动，如铁路车辆的轴等，有些心轴则不转动，如支承滑轮的轴等；传动轴，主要用来传递扭矩而不承受弯矩，如起重机移动机构中的长光轴、汽车的驱动轴等。轴的材料主要采用碳素钢或合金钢，也可采用球墨铸铁或合金铸铁等。轴的工作能力一般取决于强度和刚度，转速高时还取决于振动稳定性。本课题缩小到对齿轮轴的研究

3、，本课题中的加工精度高，因此对技术也就会随之提高，包括尺寸精度、几何形状精度、相互位置精度及表面粗糙度等。使齿轮轴起到它的作用，更好的支撑传动部件、传递扭矩和承受载荷。从而使产品更加畅销，寿命延续更长，具有长远的意义，齿轮轴机件的损坏、磨损、变形以及失去动平衡，严重时会导致相关部件的损坏。第一章 零件的分析该零件是齿轮轴，它属于台阶轴类零件，由圆柱面、轴肩、螺纹、和键槽等组成。轴肩一般用来确定安装在轴上零件的轴向位置，各环槽的作用是使零件装配时有一个正确的位置，并使加工中磨削外圆或车螺纹时退刀方便；键槽用于安装键，以传递转矩；螺纹用于安装各种锁紧螺母和调整螺母。1.1 零件的作用1.1.1 零

4、件的作用齿轮轴是转轴，支撑作用，两端轴承支撑，中间安装轴承，一般键连接。用来支撑传动零部件，传递扭矩和承受载荷，以及保证装在主轴上的工件或刀具具有一定的回转精度。1.1.2 零件的结构特点及技术要求轴用轴承支承，与轴承配合的轴段称为轴颈。轴颈是轴的装配基准，它们的精度和表面质量一般要求较高，其技术要求一般根据轴的主要功用和工作条件制定，通常有以下几项：(1) 尺寸精度起支承作用的轴颈为了确定轴的位置，通常对其尺寸精度要求较高（IT5IT7）。装配传动件的轴颈尺寸精度一般要求较低（IT6IT9）。(2) 几何形状精度轴类零件的几何形状精度主要是指轴颈、外锥面、莫氏锥孔等的圆度、圆柱度等，一般应将

5、其公差限制在尺寸公差范围内。对精度要求较高的内外圆表面，应在图纸上标注其允许偏差。(3) 相互位置精度轴类零件的位置精度要求主要是由轴在机械中的位置和功用决定的。通常应保证装配传动件的轴颈对支承轴颈的同轴度要求，否则会影响传动件（齿轮等）的传动精度，并产生噪声。普通精度的轴，其配合轴段对支承轴颈的径向跳动一般为0.010.03mm，高精度轴（如主轴）通常为0.0010.005mm。(4) 表面粗糙度一般与传动件相配合的轴径表面粗糙度为Ra0.632.5m，与轴承相配合的支承轴径的表面粗糙度为Ra0.160.63m。1.2 零件材料分析一般轴类零件常用45号钢，根据不同的工件条件采用不同的热处理

6、规范（如正火、调质、淬火等），以获得一定的强度、韧度和耐磨性。淬火后表面硬度可达4552HRC。对中等精度而转速较高的轴类零件，可选用40Cr等合金钢。这类刚经调质和表面淬火处理后，具有较高的综合力学性能。精度较高的轴，有时还用轴承钢GCr15和弹簧钢65MnT等材料，它们通过调质和表面淬火处理后，具有更高耐磨性和耐疲劳性能。表面硬度可达5058HRC。对于高转速、重载荷等条件下工作的轴，可选用20CrMnTi、20Mn2B、20Cr等低碳合金或38CrMoAlA氮化钢。精密机床的主轴（例如磨床砂轮轴、坐标镗床主轴）可选用38CrMoAl氮化钢，这种钢经调质和氮化后，不仅能获得较高的表面硬度，

7、而且能保持较软的芯部，因此耐冲击韧性好，与渗碳淬火钢比较，它有热处理变形小、硬度更高的特点。1.3 确定生产类型生产纲领是指某种产品（或零件）包括备品或废品在内的年产量。根据生产的产品特征，如产品的尺寸外形、质量等，以及生产纲领中年产量的不同，其生产可分为单件生产、成批生产和大量生产三种生产类型。 单件生产 单个地生产不同结构和尺寸的产品，并且很少重复。例如重型机器制造、专用设备制造及新产品试制等。 成批生产 一年中分批地制造相同的产品，制造过程有一定的重复性。每批制造的相同产品的数量称为批量。根据批量的大小，成批生产又可分为小批生产、中批生产和大批生产。机床制造属于成批生产。 大量生产 产品

8、数量很大，大多数工作地点经常重复地进行某一个零件的某一道工序的加工。例如汽车、拖拉机、电动机等的制造都是以大量生产的方式进行的。各种生产类型的工艺过程特点，如下表1-1所示。表1-1 各种生产类型的工艺过程特点工艺过程特点生产类型单件生产成批生产大量生产工件的互换性基本上没有互换性，广泛用钳工修配大部分有互换性，少数用钳工修配全部有互换性毛坯制造方法及加工余量铸件用木模手工造型，锻造用自由锻，毛坯精度低，加工余量大部分采用金属模铸造和模锻铸件广泛采用金属模机械造型，锻件广泛采用模锻毛坯精度高，余量小机床设备通用机床“机群式”排列部分通用机床，部分专用机床广泛采用高生产率的专用机床及自动线，机床

9、按流水线式排列夹具多用标准附件，极少采用夹具，靠划线及试切法达到精度要求广泛采用夹具，部分靠划线法达到精度要求广泛采用高生产率夹具，靠夹具及调整法达到精度要求刀具与余量采用通用刀具和万能量具较多采用专用刀具和量具广泛采用高生产率的专用刀量具工人技术熟练一定的熟练程度普通的操作工和技术较高的调整工工艺文件有简单的工艺路线卡过程卡、工艺卡、关键工序有工序卡过程卡、详细的工序卡、检验卡该零件轴为小批量生产。1.4 毛坯的确定轴类毛坯常用圆棒料和锻件。大型轴或结构复杂的轴采用铸件，毛坯经过热处理后，可使金属内部纤维组织沿表面均匀分布，获得较高的硬度及较好的综合力学性能。根据生产规模的不同，毛坯的锻造方

10、式有自由锻和模锻两种。中小批量生产多采用自由锻，大批量生产时采用模锻。15 确定毛坯种类该齿轮轴材料为45号钢，因其属于一般齿轮轴，故选45号钢可满足其要求。本例齿轮轴属于中、小齿轮轴，并且各外圆直径尺寸相差不大。由m=3，z=9根据公式d=mz可知d=27，故选择40mm的热轧圆钢作毛坯。16 绘制铸件零件图零件图如图1-1所示。设计目的：能对零件进行加工工艺分析，设计该零件的加工工艺与加工路线，及所用的刀具，夹具。附加工图样：如图所示为主动齿轮轴图样。m=3，z=9。图1-1 主动齿轮轴第二章 加工工艺过程分析机器的生产过程是指将原材料转变为成品之间的所有劳动和。为了降低生产成本和便于生产

11、组织，许多机器不一定完全有一个工厂单独生产，而常常由很多专业化的工厂生产不同的零、部件来共同完成。在生产中，凡是改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质，使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。如毛坯制造工艺过程、机械加工工艺过程、惹处理工艺过程及装配工艺过程等。在许多情况下，工艺过程不是一成不变的，但在一定的生产条件下，应尽量使工艺过程制定得最为合理，最符合生产实际。轴类零件的加工是练习车削技能的最基本也是最重要的项目，但最后完工工件的质量总是很不理想，主要是对轴类零件的工艺分析规程制定不够合理。轴类零件中工艺规程的制定，直接关系到工件质量，劳动生产率和经济效益。2.1 加工工艺过程的组成加

12、工工艺过程的组成： 工序 工序是组成工艺过程的基本单元。工序是指一个（或一组）工人，在一个工作地（或一台设备）上，对同一个（或同时对几个）工件所连续完成的那一部分工艺过程。划分工序的主要依据是工作地点是否改变及加工是否连续完成。 工步 工步是指加工表面不变、加工工具不变和切削用量（转速及进给量）不变的情况下所连续完成的那一部分工序。 走刀 在一个工步中，若加工余量较大，可分几次切削，每次切削称为一次走刀。 安装 工件一次装夹后所完成的那一部分工序称为安装。一道工序可以有一次安装，也可以有几次安装。 工位 在一次安装中，工件在机床上所占的每个位置上所完成的那一部分工序称为工位。2.2 定位基准的

13、选择原则2.2.1 基准的概念零件是由若干个要素（点、线、面）组成，各要素之间都有一定的尺寸和位置公差要求。用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的那些点、线、面称为基准。根据零件的用途不同，可分为两类：设计基准和工艺基准。（1）设计基准在零件上用来确定其他点、线、面位置的基准称为设计基准。如图2-1所示轴套零件，其外圆和孔的设计基准为零件的轴心线；端面B、C的设计基准是端面A；25h6外圆径向圆跳动的设计基准是轴孔D的轴心线。而对于尺寸35，端面A和端面C互为基准，即端面A是端面C的设计基准，端面C也是端面A的设计基准。图2-1 轴套（2）工艺基准在加工和装配过程中使用的基准称为工艺基

14、准。按其用途又可分为定位基准、测量基准和装配基准。 定位基准 使工件在机床和夹具中占有正确的加工位置所采用的基准。作为定位基准的点、线、面可以使实际存在的，也可以是假想的，如外圆和内孔轴线、对称平面等。 测量基准 测量时所采用的基准，即用来确定被测量尺寸、形状和位置的基准。如图2-1所示，零件以内孔与心轴配合测量外圆25h6的径向跳动，则内孔15H7轴线是外圆的测量基准；用卡尺测量尺寸10和35时，端面A是端面B、C的测量基准。 装配基准 装配时用来确定零件在部件或产品（总成）中位置的精度。如箱体类零件的底平面、主轴的主轴颈等。2.2.2 定位基准的选择选择定位基准是制定工艺规程的一个十分重要

15、的问题。在第一道工序中，只能使用工件上未加工的毛坯表面来定位，这种定位基准称为粗基准。在以后的工序中，可以采用经过加工的表面来定位，这种定位基准称为精基准。（1）粗基准的选择粗基准的选择如下： 如果必须首先保证工件上加工表面与不加工表面与不加工表面之间的位置要求，应以不加工表面作为粗基准。如果在工件上有很多不需加工的表面，则应以其中与加工面的位置精度要求较高的表面作粗基准。 如果必须首先保证工件某重要表面的余量均匀，应选择该表面粗基准。 选作粗基准的表面，应平整，没有浇、没有浇、冒口或飞边等缺陷，以便定位可靠。 粗基准一般只能使用一次，特别是主要定位基准，以大的位置误差。（2）精基准的选择 “

16、 基准重合”原则为了较容易地获得加工表面对其设计基准的相对位置精度要求，应选择加工表面的设计基准为其定位基准。这一原则称为基准重合原则。 “基准统一”原则当工件以某一组精基准定位可以比较方便地加工其它表面时，应尽可能在多数工序中采用此组精基准定位，这就是“基准统一”原则。例如：轴类零件大多数工序都以中心孔为定位基准；齿轮的齿坯和齿形加工多采用齿轮内孔及端面为定位基准。 “互为基准、反复加工”原则为了获得均匀的加工余量或较高的位置精度，可采用互为基准反复加工的原则。例如加工精密齿轮时，先以内孔定位加工齿形面，齿面淬硬后需进行磨齿。因齿面淬硬层较薄，所以要求磨削余量小而均匀。 “自为基准”原则 有

17、些精加工工序要求加工余量小而均匀，以保证加工质量和提高生产率，这时就以加工面本身作为精基准，称为“自为基准”原则。例如磨削床身导轨面时，就以床身导轨面作为定位基准。 所选用的定位基准，应能保证工件的装夹稳定可靠、夹具结构简单、操作方便。以上原则是实际使用时常常会相互矛盾，应用时应结合具体的生产条件和生产类型进行分析比较，找出主要矛盾，灵活运用这些原则。根据以上原则，齿轮轴的主要加工表面是齿轮面和轴的外圆表面，同轴度要求较高，所以以齿轮轴的左端作为基准面。2.2.3 定位基准的确定合理的选择定位基准，对于保证零件的尺寸和位置精度有着决定性的作用。由于该齿轮轴没有径向圆跳动和端面圆跳动的要求，它又

18、是实心轴，所以应选择两端中心孔为基准，采用双顶尖装夹方法，以保证零件的技术要求。轴类零件的定位基准，最常用的是两中心孔。因为轴类零件各外圆表面、螺纹表面的同轴度及端面对轴线的垂直度是相互位置精度的主要项目，而这些表面的设计基准一般都是轴的中心线，采用两中心孔定位就能符合基准重合原则。而且由于多数工序都采用中心孔作为定位基面，能最大限度地加工出多个外圆和端面，这也符合基准统一原则。但下列情况不能用两中心孔作为定位基面：（1） 粗加工外圆时，为提高工件刚度，则采用轴外圆表面为定位基面，或以外圆和中心孔同时作为定位基面，即一夹一顶。（2） 当轴为通孔零件时，在加工过程中，作为定位基面的中心孔因钻出通

19、孔而消失。为了在通孔加工后还能用中心孔作为定位基面，工艺上常采用以下三种方法： 当中心通孔直径较小时，可直接在孔口倒出宽度不大于2mm的60°内锥面来代替中心孔； 当轴有圆柱孔时，可采用图2-2（a）所示的锥堵，取1：500锥度；当轴孔锥度较小时，取锥堵锥度与工件两端定位孔锥度相同； 当轴通孔的锥度较大时，可采用带锥堵的心轴，简称锥堵心轴，如图2-2（b）所示。使用锥堵或锥堵心轴时应注意，一般中途不得更换或拆卸，直到精加工完各处加工面，不再使用中心孔时方能拆卸。图2-2 锥堵和锥堵心轴2.3 零件表面加工方法的选择加工方法的选择原则是保证加工质量和生产率与经济性。为了正确选择加工方法

20、，应了解各种加工方法的特点和掌握加工表面精度以及表面粗糙度的概念。在选择加工方法时，一般是根据经验或查表来确定，在根据实际不同情况或工艺实验进行修改。在查表时，满足同样要求的加工方法有很多种，所以选择加工方法时要考虑以下因素：（1）选择相应能获得表面精度的加工方法。（2）工件材料的性质。（3）工件的结构形状和尺寸大小。（4）结合生产类型考虑生产率与经济性。（5）现有生产条件。为了正确选择加工方法，应了解各种加工方法的特点和掌握加工精度以及表面粗糙度的概念。表面精度是指在正常的加工条件下所能保证的表面精度；加工精度是指在正常的加工条件下所能保证的加工精度。加工过程中影响精度的因素很多，每种加工方

21、法在不同的工作条件下所能达到的精度是不同的。例如：在一定的设备条件下，操作精细、选择较低的进给量和切削深度，就能获得较高的加工精度和较细的表面粗糙度。但是这必然会使生产率降低，生产成本增加，反之，提高生产率，虽然成本降低，但会增大加工误差，降低加工精度。齿轮轴零件的加工面有外圆、孔、螺纹、退刀槽、倒角等，材料为45号钢。外圆面公差等级为IT7IT8，表面粗糙度Ra1.63.2µm，采用粗车-半精车-精车保证精度要求。端面：本零件的端面为回转体端面，尺寸精度要求不高。表面粗糙度为Ra1.6µm的端面粗车和半精车即可。多数外圆柱面有1×45°倒角和1.5&#

22、215;1、2×1退刀槽要求。2.4 加工工序安排根据零件的功用和技术要求，先将零件的主要表面分开，然后着重考虑主要表面的加工顺序。安排加工顺序是：加工精基准-粗加工主要表面-半精加工主要表面-精加工主要表面。次要表面的加工穿插在各阶段之间进行，由于次要表面加工精度不高，一般在粗、半精加工阶段即可完成，但对于那些同主要表面有密切关系的表面，如退刀槽、螺纹等，通常置于主要表面精加工之后完成，以便保证它们的位置精度。加工顺序安排的一般原则： 基面先行原则。 先粗后精原则。 先主后次原则。 先面后孔原则。零件齿轮轴除了应遵循加工顺序安排的一般原则，还应注意以下三个方面：（1）外圆表面加工顺

23、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。（2）齿轮轴上的退刀槽、螺纹齿等表面的加工应在外圆精车之后，否则在精车外圆时产生断续切削，影响车削精度，也易损坏刀具。（3）轴上的螺纹一般有较高的精度，如安排在局部淬火之前进行加工，则淬火后产生的变形会影响螺纹的精度，因此螺纹加工宜安排在工件局部淬火之后。2.5热处理工序的安排轴的热处理要根据其材料和使用要求确定。对于齿轮轴，正火、调质和表面淬火用的比较多。45号钢经锻造后需要正火处理，以消除锻造产生的应力，改善切削性能。粗加工阶段完成后安排调质处理，一是可以提高材料的力学性能，二是作为表面淬火准备了良好的金相组织，

24、确定表面淬火的质量。对于轴上的支撑轴颈、齿面、锥台面这些重要且在工作中经常摩擦的表面，为提高其耐磨性均需表面淬火处理，表面淬火安排在精加工前进行，以经过精加工去除淬火过程中产生的氧化皮，修正淬火变形。2.6 工序的划分在安排零件的工艺规程时，还要解决工序的集中与分散问题。所谓工序集中，就是在一台机床上尽可能多地加工工件的几个表面，在批量较大时，常采用多轴、多面、多工位机床和复合刀具等方法来实现工序集中，从而有效地提高生产率。加工中心和柔性生产线（FMS）是工序集中的极端情况。在单件小批量生产中，工序集中是在通用机床和数控机床上进行的。工序分散则相反，整个工艺过程的工序数目较多。工艺线长，而每道

25、工序所完成的加工内容较少，一般适用于加工批量大的场合。工序集中的特点： 减少了设备的数量，减少了操作工的数量和生产面积。 减少了工序数目，减少了运输工作量，简化了生产计划工作，缩短了生产周期。 减少了工件的装夹次数，不仅利于提高生产率，而且在一次装夹下加工了许多面，也有利于保证这些被加工面得位置精度。 因为采用的专用设备和专用工艺装备数量多而复杂，因此机床和工艺装备的调整维修工作量大。而工序分散的特点是： 采用比较简单的机床和工艺装备，调整容易。 对工人的技术要求低，仅需对其进行短时间的培训即可上岗。 生产设备工作量少，产品更新换代容易。 设备及操作工数量较多，所需工作面积大。单件小批量生产一

26、般采用工序集中的方式，而大批量生产既可以集中也可以分散，应根据具体情况进行分析，随着加工中心的快速发展，采用工序集中的生产方式是发展的必然。2.7 加工余量及工序尺寸的确定2.7.1 加工余量的概念在从工件毛坯加工成成品的过程中，毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差为加工总余量，即为某被加工表面上切除的金属的总厚度。而相邻两个工序的工序尺寸之差，即被后一道工序所切除的金属层厚度就是工序余量。2.7.2 加工余量的确定方法 加工余量的确定方法有三种。 查表法 根据生产实践和试验研究，已将毛坯余量和各种工序的工序余量数据汇编成手册。在确定加工余量时，可从手册中查的所需数据，然后结合本厂的实际情况进行适当

27、修正。该方法目前应用最为广泛。 经验估计法 该法是根据实践来确定加工余量的。一般而言，为防止加工余量不足而产生废品，往往估计的数量都偏大，所以该法只适用于单件、小批量生产。 分析计算法 是根据加工余量计算公式和一定的试验资料，通过计算确定加工余量的一种方法。采用这种方法确定的加工余量比较合理，但必须有比较全面可靠的试验资料及先进的计算手段，该法在生产中应用很少。根据零件“齿轮轴”的使用性能、劳动强度确定采用棒料，材料45号钢，结合加工工艺分析，分别确定加工余量、工序尺寸及主尺寸如下：（其中2Z为直径上的加工余量） 外圆表面轮廓只需粗车、半精车、精车可达到要求。外圆加工余量的确定：外圆加工直径余

28、量（mm），粗车1.54 mm，半精车0.52.5 mm。粗车：加工余量2Z=3mm；半精车：加工余量2Z=1.5 mm。 外圆表面轴向长度方向的加工余量：总长余量2Z=5mm。 齿轮齿数为9，模数为3的齿轮精度为IT6，全齿高h=(2ha*+c*)m=6.75 mm。第三章 选择加工设备及工艺设备3.1.1车床种类（1）普通车床 普通车床的加工对象广，主轴转速和进给量的调整范围大，能加工工件的内外表面、端面和内外螺纹。这种车床主要由工人手工操作，生产效率低，适用于单件、小批生产和修配车间。如CA6140、CA6240、CA6132、CA6232等。（2）转塔车床和回转车床 转塔车床和回转车床

29、具有能装多把刀具的转塔刀架或回轮刀架，能在工件的一次装夹中由工人依次使用不同刀具完成多种工序，适用于成批生产。（3）自动车床 自动车床能按一定程序自动完成中小型工件的多工序加工，能自动上下料，重复加工一批同样的工件，适用于大批、大量生产。（4）多刀半自动车床 多刀半自动车床有单轴、多轴、卧式和立式之分。单轴卧式的布局形式与普通车床相似，但两组刀架分别装在主轴的前后或上下，用于加工盘、环和轴类工件，其生产率比普通车床提高35倍。（5）仿形车床 仿形车床能仿照样板或样件的形状尺寸，自动完成工件的加工循环，适用于形状较复杂的工件的小批和成批生产，生产率比普通车床高1015倍。有多刀架、多轴、卡盘式、

30、立式等类型。（6）立式车床 立式车床的主轴垂直于水平面，工件装夹在水平的回转工作台上，刀架在横梁或立柱上移动。适用于加工较大、较重、难于在普通车床上安装的工件，一般分为单柱和双柱两大类。（7）铲齿车床 铲齿车床在车削的同时，刀架周期地作径向往复运动，用于铲车铣刀、滚刀等的成形齿面。通常带有铲磨附件，由单独电动机驱动的小砂轮铲磨齿面。（8）专门车床 专门车床是用于加工某类工件的特定表面的车床，如曲轴车床、凸轮轴车床、车轮车床、车轴车床、轧辊车床和钢锭车床等。    联合车床主要用于车削加工，但附加一些特殊部件和附件后，还可进行镗、铣、钻、插、磨等加工，具有

31、“一机多能”的特点，适用于工程车、船舶或移动修理站上的修配工作。该设计中主要运用的车床为CA6140型卧式车床。3.1.2 零件加工中各机床的确定零件加工使用的机床为：（1） 工序001为下料采用锯床（2） 工序002007为车削采用CA6140型卧式车床（3） 工序008为铣削采用立式铣床或键槽铣床（4） 工序009为修研中心孔采用CA6140型卧式车床（5） 工序010为磨外圆采用外圆磨床3.2 刀具的选择3.2.1 刀具材料的确定刀具材料从碳素工具钢的淬火，高速钢的问世，直到今天硬质合金和超硬材料的出现，都是随着机床主轴转速，功率增大，刚性增强等而逐步发展起来的，其目的是要保证被加工件的

32、精度和质量的前提下，提高单位时间的切削量。由于刀具材料的切削性能直接影响生产效率、工件的加工精度和表面质量，所以正确选择刀具材料是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、良好的导热性、良好的工艺性和经济性、抗粘接性、化学稳定性等。刀具的选择取决于各工序的加工方法及所用机床的性能。刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度，常用的车刀材料为高速钢和硬质合金两种。刀具要具有以下几点要求： 良好的切削性能。 精度高。 可靠性高。 用度高。 断屑及性能好。 刀具的长度在满足使用要求的前提下尽可能的短。3.2.2 刀具的分类生产中所使用的刀具种类很多，按加工方式和具体用途分为车刀

33、、孔加工刀具、铣刀、拉刀、螺纹刀具、齿轮刀具、传动线及数控机床刀具和磨具等几大类型。刀具分类：（1）按所用材料分为高速钢刀具、硬质合金刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼刀具和金刚石刀具等。（2）按结构分为整体刀具、镶片刀具、机夹刀具和复合刀具等。（3）按是否标准化分为标准刀具和非标准刀具等。车刀按用途可分为外圆车刀、端面车刀、切断刀、成形车刀、螺纹车刀和车孔刀等。3.2.3 铣刀铣刀是多齿刀具，铣削时可用较大的背吃刀量和进给量，所以铣削力大。由于刀齿断续切削铣削力波动大，所以加工精度低，表面质量较差，一般多用于粗加工或半精加工。加工精度一般可达IT9IT8级，表面粗糙度为Ra1.6Ra12.5

34、1;m，平面度可达0.04mm/300mm。铣刀加工是在铣床上利用铣刀加工工件的一种方式，铣刀是多齿刀具，加工时，铣刀作旋转运动，工件相对铣刀作纵向或横向进给运动，完成平面（斜面、台阶）、沟槽（T形槽、燕尾槽、键槽）、成形面（圆弧、齿轮、螺旋）、切断等加工。铣削的特点： 铣刀是一种多刃刀具，在铣削时，同时有几个刀齿在进行切削，能采用较大的进给量，又允许较高切削速度，所以切削加工的生产率较高。 铣削加工主要用于粗加工和半精加工。 适应性较好。 成本较高。3.2.4 加工零件刀具的确定加工该零件所用的刀具：（1） 车外圆 45°弯头刀（2） 切槽 伸出刀柄15mm，宽度为3mm的宽刃精车

35、刀（3） 钻头 直径为5mm的钻头 （4） 切螺纹 用外螺纹车刀（5） 键槽铣刀 外圆直径分别为8mm、12mm的键槽铣刀或立铣刀3.3 夹具的确定3.3.1 夹具的组成及作用夹具：在机械制造过程中，用来固定加工对象，使其占有正确的位置，以接受加工或检测的装置，都可统称为夹具。各类机床夹具的结构不同，但一般是由定位元件、夹紧装置、夹具体和其他装置或元件组成。（1） 定位元件 定位元件的作用是确定工件在夹具中的正确位置。（2） 夹紧装置 夹紧装置的作用是保证工件在夹具中已定为好的正确位置在加工过程中不因外力的影响而变化，使加工顺利进行。（3） 夹具体 夹具体是夹具的基础件，通过它将夹具的所有部分

36、连接成一个整体。（4） 其他装置或元件 夹具除上述三部分外，还有一些根据需要设置的其他装置或元件，如分度装置、导向元件和夹具与机床之间的连接元件等。在机械制造过程中夹具主要是稳定地保证工件的加工精度，缩短辅助时间，提高劳动生产率，改善劳动条件，降低生产成本，扩大机床工艺范围。机床夹具：不需要找正便可将工件安装到机床的正确位置的夹紧装置，称之为机床夹具。辅具：在工件装夹过程中除正常装夹工具外所需要的一些装夹和支承刀具的辅助装置。工艺设备：刀具、量具、夹具和辅具。定位：在机床上确定工件相对刀具的正确加工位置。夹紧：在已经定位好的位置上将工件可靠的夹住。3.3.2 夹具的分类夹具按应用范围可分为通用

37、家具、专用夹具、可调夹具、组合夹具、随行夹具。也可按使用的机床类型分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具等。（1）通用夹具  通用夹具是指结构、尺寸已规格化，且具有一定通用性的夹具，如三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘、台虎钳、万能分度头、中心架、电磁吸盘等。其特点是适用性强、不需调整或稍加调整即可装夹一定形状范围内的各种工件。这类夹具已商品化，且成为机床附件。采用这类夹具可缩短生产准备周期，减少夹具品种，从而降低生产成本。其缺点是夹具的加工精度不高，生产率也较低，且较难装夹形状复杂的工件，故适用于单件小批量生产中。（2）专用夹具  专用夹具是针对某一工件的某一工序

38、的加工要求而专门设计和制造的夹具。其特点是针对性极强，没有通用性。在产品相对稳定、批量较大的生产中，常用各种专用夹具，可获得较高的生产率和加工精度。专用夹具的设计制造周期较长，随着现代多品种及中、小批生产的发展，专用夹具在适应性和经济性等方面已产生许多问题。（3）可调夹具  可调夹具是针对通用夹具和专用夹具的缺陷而发展起来的一类新型夹具。对不同类型和尺寸的工件，只需调整或更换原来夹具上的个别定位元件和夹紧元件便可使用。它一般又分为通用可调夹具和成组夹具两种。通用可调夹具的通用范围大，适用性广，加工对象不太固定。成组夹具是专门为成组工艺中某组零件设计的，调整范围仅限于本组内的工件。可调

39、夹具在多品种、小批量生产中得到广泛应用。（4）成组夹具  这是在成组加工技术基础上发展起来的一类夹具。它是根据成组加工工艺的原则，针对一组形状相近的零件专门设计的，也是具有通用基础件和可更换调整元件组成的夹具。这类夹具从外形上看，它和可调夹具不易区别。但它与可调夹具相比，具有使用对象明确、设计科学合理、结构紧凑、调整方便等优点。（5）组合夹具  组合夹具是一种模块化的夹具，并已商品化。标准的模块元件具有较高精度和耐磨性，可组装成各种夹具，夹具用毕即可拆卸，留待组装新的夹具。由于使用组合夹具可缩短生产准备周期，元件能重复多次使用，并具有可减少专用夹具数量等优点；因此组合夹具在

40、单件、中小批多品种生产和数控加工中，是一种较经济的夹具。（6）自动线夹具  自动线夹具一般分为两种：一种为固定式夹具，它与专用夹具相似；另一种为随行夹具，使用中夹具随着工件一起运动，并将工件沿着自动线从一个工位移至下一个工位进行加工。3.3.3 选择夹具该齿轮轴的生产纲领为小批量生产，所以采用专用夹具。3.4 量具的选择测量器具的选择是根据被测零件的数量、材质特征、公差大小以及几何形状特点等。在确保测量精度的前提下，顾及测量工艺实施可能性和经济性来选择量具和量仪。测量器具的精度应该与被测零件的公差大小相适应。被测零件的公差等级高、公差值小，则选用的测量器具的精度要高，反之亦然。（1）

41、 检验端面 端面加工最主要的是平直、光洁。检查其是否平直，可采用钢尺作工具，严格时，则用刀口直尺作透光检查。（2） 检验外圆 外圆表面的加工，一方面要保证零件图上要求的尺寸精度和表面粗糙度，另一方面还应保证形状和位置精度的要求。检查时，可采用钢尺、游标卡尺、千分尺或百分表等工具。 用游标卡尺侧外径 测量前，使卡口宽度大于被测量尺寸，然后推动游标，使测量脚平面与被测量的直径垂直并接触，得到尺寸后把游标上的螺钉紧固，然后读数。 用千分尺测外径 测量时，工件放置于两测量面间，先直接转动微分筒。当测量面接近工件时，改用测力装置，直到发出“卡、卡”跳动声音，此时，应锁紧测微螺杆，进行读尺。测量精密的零件

42、时，为了防止千分尺受热变形，影响测量精度，可将千分尺装在固定架上测量。在车床上测量工件，必须先停车。在车床上测量大直径工件时，千分尺两个测量头应在水平位置上，并要求垂直于工件轴线。测量时，左手握住尺架，右手转动测量装置，靠千分尺的自重在工件直径方向找出最大尺寸。 外圆长度尺寸的测量 外圆加工结束后，一般使用钢直尺、内卡钳、游标卡尺和深度游标卡尺来测量长度，对于批量大精度较高的工件可用样板测量。（3） 外圆锥面的检测 用万能角度尺检测、用角度样板检测、用涂色法检测、用正弦规检测圆锥尺寸的检测 圆锥的大、小端直径可用圆锥界限套规来测量，在套规端面上有一个台阶（或刻线），台阶长度m（或刻线之间的距离

43、）就是圆锥大小直径的公差范围。测量外圆锥时，如果锥体的小端平面在缺口之间，说明其小端直径尺寸合格；如锥体未能进入缺口，说明其小端面直径大了；如锥体小端平面超过了止端缺口，说明其小端直径小了。（5） 螺纹的检测 螺纹的检测可分为综合测量和单项测量两类。 综合测量 综合检测是指同时检验螺纹各主要部分的精度，通常采用螺纹量规来检验内、外螺纹是否合格（包括螺纹的旋合性和互换性）。螺纹量规有螺纹环规和螺纹塞规两种，前者用于测量外螺纹，后者用于测量内螺纹，每一种量规均由通规和止规两件（两端）组成。检验时，通规能顺利与工件旋合，止规不能旋合，则螺纹为合格；反之，通规不能旋合，则说明螺母过小，螺纹应予修退；当

44、止规与工件能旋合，则表示螺母过大，螺栓过小，螺纹是废品。对于精度要求不高的螺纹，也可以用标准螺母和螺栓来检验，以旋入工件时是否顺利和旋入后松动程度来判定螺纹是否合格。 单项测量 单项检验是指用量具或量仪测量螺纹每个参数的实际值。具体结合齿轮轴的要求，应用到以下量具：测量长度方向尺寸精度用游标卡尺02.5mm，深度千分尺1050 mm，内径千分尺通止规（GB121485），卡尺0125mm，0200mm（0.1、0.05、0.02mm）三种。第四章 齿轮轴的工艺卡拟定4.1 工艺卡的拟定（1） 下料 材料尺寸40×120，如图4-1所示。图4-1毛坯（2） 车削 三爪卡盘夹持工件，车端

45、面见平，钻中心孔，用尾架顶尖顶住，粗车三个台阶，直径长度留3mm。如图4-2所示。 图4-2 车端面 掉头，三爪卡盘夹持工件另一端，车端面保证总长112mm，钻中心孔，用尾架顶尖顶住，粗车另外两个台阶，直径长度留余量3mm。如图4-3所示。图4-3 车另一端面（3） 热处理轴的热处理是根据其材料和使用要求确定的，对于传动轴正火、调质、表面淬火的较多。该轴要求调质处理HRC24-38。（4） 钳 选用车床加工。修研两端中心孔，如图4-4所示。 图 4-4 修研中心孔（5） 车削 双顶尖装夹。半精车两个台阶，直径留余量0.5mm。车槽两个，倒角一个。如图4-5所示。图4-5 车台阶、车槽、倒角 调

46、头，双夹尖装夹，半精车余下的三个台阶，螺纹大径车到12，其余台阶如图所规定的尺寸，台阶直径留余量0.5mm。车槽一个，倒角一个。如图4-6所示。图4-6 调头加工（6） 车削双顶尖装夹，车一端螺纹M12，如图4-7所示。 图4-7 车螺纹（7） 钳 划键槽及一个止动垫圈槽加工线。（8） 铣 键槽铣床或立式铣床。铣一个键槽及一个止动垫圈槽，键槽深度比下图规定尺寸多铣0.5mm，作为磨削的余量。如图4-8所示。图4-8 铣键槽（9） 钳 使用车床修研两端中心孔，如图4-9所示。图4-9 修研两端中心孔（10） 磨 使用外圆磨床。磨外圆并用砂轮端面靠磨台阶，掉头，磨外圆及靠磨台肩。如图4-10所示。

47、图4-10 磨外圆（11） 检验 按图样技术要求项目检验。4.2 问题的提出在切削加工中表面层的残余应力可能是拉应力，也可能是压应力，这和加工条件有关。零件在切削加工过程中有很多因素影响加工工件的质量，其中有：塑性变形的影响、温度的影响、金相组织变化的影响等，在实际加工中，这几项可能同时起作用。零件在切削加工时产生塑性变形，使部分原子从稳定的晶格位置上移动，晶格被扭曲，破坏了原来紧密的原子排列，因此密度下降，比容增大。如果表面层产生收缩塑性变形，则由于基本金属的阻碍，表面层将产生残余压应力；在切削区温度超过某一极限值时，工件的表层会产生拉应力，在下层则产生压应力，因此在加工时应注入冷却液；切削

48、时产生的高温常常引起金属的相变，而相变又常常会引起比容的变化，由于表面温度不同，因此在不同深度上相变也不相同。因此，零件表面层中最后的应力要取决于各组成因素的综合结果。在金属切削过程中合理选用切削液，可以改善刀具与切削和刀具与工件界面间的摩擦情况，改善散热条件，从而降低切削力、切削温度和刀具磨损。切削液还可以减少刀具与切削的粘接，抑制积屑瘤和鳞刺的生长，提高已加工表面质量，同时可以减少工件热变形，保证加工精度。切削液的作用：冷却作用、润滑作用、清洗作用、防锈作用等。在切削过程中，随着时间的延长，刀具磨损也逐渐增大。刀具磨损主要取决于刀具材料、工件材料和切削速度。刀具磨损到一定限度。刀刃、崩刃或

49、破损，刀刃卷刃时，刀具丧失切削能力或无法保障加工质量，称之为刀具失效。刀具的失效形式：后刀面磨损、前刀面磨损、塑性变形、积屑瘤、刃口剥落、崩刃、热裂纹等。刀具的磨损过程：初期阶段磨损、正常磨损阶段、急剧磨损阶段。总结轴类零件的加工工艺过程需根据轴类零件的技术要求、生产纲领、毛坯种类等地不同而制定出不同的工艺过程，轴类零件的工艺规程具有很大的共性，尤其是在单件小批量生产和维修中，都遵循工序集中原则，工艺过程极其相似。本课题所需要的事项较多，在学校加工实习中，轴类零件的加工是学生练习车削技能的最基本也最重要的项目，是学生最后完工工件的质量总是很不理想，现在许多制造最终成品，常常会因为设备、技术或者工艺规程制定的不是很好，加工出来的部件无法满足使用要求。本课题主要就是对轴类零件的工艺分析，工艺规程的合理制定，直接关系到工件质量、劳动生产率和经济效益。齿轮轴尺寸设计是一个常见的设计问题。通常情况下，齿轮轴除了传递恒扭矩或交变扭矩外，还承受一个或多个径向载荷，由于径向载荷方向固定，它所产生的弯曲应力使得轴上各处在每一转内部从纯拉应力状态到纯压应力状态不断变化。因此，材料的疲劳是齿轮轴的主要失效形式。实验研究表明，在扭矩、弯曲应力和剪应力恒定情况下，