毕业设计阶梯轴的工艺系统设计

阶梯轴的工艺系统设计二○一四年五月目录摘要………………=1\*ROMANIABSTRACT………………………Ⅱ序言………………1第一章阶梯轴的分析………21.1阶梯轴的作用…………21.2阶梯轴的工艺分析……………………21.2.1加工措施的选择……………………31.2.2机床、夹具、刀具的选择……………31.2.3加工阶段及加工次序的安排………4第二章阶梯轴的材料及热处理……………52.1阶梯轴的材料选择……………………52.2阶梯轴的热处理………5第三章阶梯轴的工艺系统…………………63.1阶梯轴的图样分析……………………63.2确定毛坯的制造方式…………………63.3选择定位基准及工艺路线……………73.4确定表面的加工措施…………………73.5切削加工的有关计算…………………83.5.1机械加工余量、工序尺寸确实定…………………83.5.2切削加工时的计算…………………9第四章阶梯轴的检查……………………114.1加工后的检查………114.2加工中的检查………11设计小节………………………12道谢……………13参照文献………………………14摘要阶梯轴的加工工艺，在机械加工中占有重要的地位，零件工艺设计得合不合理，这直接关系到零件最终能否到达质量规定，因此这在机械加工行业中是至关重要的环节。伴随我国经济建设的发展，机械制造业也伴随迅猛发展；而机械工业肩负着为工业、农业、商业、国防及社会生活各个方面提供技术装备的重要任务，因此国民经济各部门日益迫切规定机械工业为其提供多种构造先进、性能优良、价格低廉、使用以便各安全可靠的机械产品。而任何机械产品或设备的开发和生产都必须首先进行设计。械设计水平的高下已成为衡量一种国家科学技术、经济水平以及国防力量的重要标志；因此进行零件机械加工工艺规程的设计有着重要的意义。阶梯轴是机器中常常碰到的经典零件之一。它重要用来支撑传动零件，传递扭矩和承受载荷。阶梯轴属于旋转体零件，其长度不小于直径，一般由同心轴的外圆柱面、内孔和螺纹及对应的端面构成。轴的长度一般介于5~20之间，称其长度不不小于5的轴为短轴，长度不小于20的轴为长轴。此设计以加工的需要、使用性能、经济性规定和实际生产的条件为基础。所选用的阶梯轴材料为铸造45号钢，故毛坯成形采用铸造的措施。阶梯轴零件的重要加工表面为外圆表面。外圆表面加工根据精度规定可选择车削和磨削。本次设计的轴，为保证其精度和表面质量将先后通过粗车、半精车、精车、粗磨、精磨等五道工序加工。关键词：阶梯轴工艺设计车削加工ABSTRACTTheprocessingtechnology,steppedshaftinmachining,occupiesanimportantpositionpartsdesigntofitunreasonable,itdirectlyrelatestothequalityrequirementscouldeventuallyparts,sothatinthemechanicalprocessingindustryiscruciallink.Alongwiththedevelopmentofourcountry'seconomicconstruction,machinerymanufacturingindustrywithrapiddevelopment,Andindustrialmachineryforindustry,agriculture,commerce,nationaldefenseandprovidetechnicalaspectsofsociallifeofequipment,soimportantsectorsofthenationaleconomyincreasinglyurgentrequirementofmechanicalindustrytoprovideadvancedstructure,goodperformance,lowprice,conveniencethesafeandreliablemechanicalproducts.Butanymechanicalproductsorthedevelopmentandproductionofequipmentmustbefirst.Armeddesignlevelhasbecomeanationalscienceandtechnology,economiclevelsandtheimportantsymbolofnationaldefenseforces,Sopartsmachiningprocedureofdesignhasimportantsignificance.

Steppedshaftisfrequentlyencounteredinthemachineisoneofthetypicalparts.Itismainlyusedtosupporttransmissionparts,torqueandload.Steppedshaftparts,itslengthbelongstothediameter,generallybymorethanoneaxisoftheYuanZhuMian,holeandthreadandthecorrespondingsurfacecomposition.Axiallengthbetween5-20commonly,saysitslengthbetween<5axisforshortaxis,thelengthoftheshaftfor20paxis.Thisdesignbyusingtheprocessperformance,economy,requirementsandactualproductioncondition.Selectedpartsmaterialfor45steelforging,blankformingforgedmethod.Themainpartsofsteppedshaftmachinedsurfaceforthesurface.Accordingtothesurfaceprocessingaccuracyrequirementsofmachiningandgrindingcanchoose.Thedesignoftheshaft,inordertoensureitsaccuracyandsurfacequalitywillsuccessivelythroughrough,pure,pureandcar,coarseandfinegrindingprocess.Keywords:SteppedShaftProcessDesignTurning序言毕业设计是我们完毕本专业教学计划的一种极为重要的实践性教学环节，是使我们综合运用所学过的基本课程，基本知识与基本技能去处理专业范围内的工程技术问题而进行的一次基本训练。首先我们要熟悉设计任务书，明确设计任务和规定，另一方面理解零件的形状，尺寸的精度和表面的粗糙度材料的工艺特性等技术规定和生产批量特点。我们在完毕毕业设计的同步，也培养了我们对的使用技术资料，国标，有关手册，图册等工具书，进行设计计算，数据处理，编写技术文献等方面的工作能力，也为我们后来的工作打下坚实的基础，因此我们要认真看待这次综合能力运用的机会！阶梯轴工艺系统的设计，受到刀具、量具、辅具、机床的限制，加工特点适合车床的特性，如加工工序集中、加工精度高、自动化程度高、加工效率高、能进行多种平面、曲面的混合加工，对多种孔能进行钻、扩、车、镗的加工。被加工零件的内容与有关知识结合起来，包括机床的操作，公差配合，加工工艺分析，装夹，加工基准的选择，切削参数的选择，零件的检测等。此设计以加工的需要、使用性能、经济性规定和实际生产的条件为基础。所选用的零件材料为铸造45号钢，故毛坯成形采用铸造的措施。阶梯轴零件的重要加工表面为外圆表面。外圆表面加工根据精度规定可选择车削和磨削。本次设计的阶梯轴，为保证其精度和表面质量将先后通过粗车、半精车、精车、粗磨、精磨等五道工序加工。第一章阶梯轴的分析1.1阶梯轴的作用阶梯轴是机械构造中用于传递运动和动力的重要零件之一，其加工质量直接影响到机械的使用性能和运动精度。阶梯轴重要用来支撑传动零件（齿轮、皮带轮等），传递扭矩和承受载荷。阶梯轴属于旋转体零件，其长度不小于直径，一般由同心轴的外圆柱面、内孔和螺纹及对应的端面构成。轴的长度一般介于5~20之间，称其长度不不小于5的轴为短轴，长度不小于20的轴为细长轴。本设计阶梯轴以东风4型机车传动轴为例，该阶梯轴的作用是将柴油机输出功输送到静液压变速箱,驱动两静液压泵工作,泵出高压静液压油,同步根据油、水温度的规定,驱动和调整静液压马达工作,冷却高、低温冷却水。1.2零件的工艺分析阶梯轴的加工工艺较为经典，反应了轴类零件加工的大部分内容与基本规律。下面分析该阶梯轴的加工工艺系统。图1.11.2.1加工措施的选择图1-1为减速箱的传动轴，从构造上看，是一种经典的阶梯轴，工件材料为45号钢，生产大纲为小批或中批生产，调质处理220～250HBS。传动轴大都是回转表面，重要采用车削与外圆磨削成形。由于该传动轴的重要表面M、N、P、Q的公差等级(IT6)较高，表面粗糙度Ra值(Ra=0.8um)较小，最终加工应采用磨削。1.2.2机床、夹具、刀具的选择（1）机床的选择阶梯轴的加工重要用CA6140车床，车床按照用途和功能不一样，可分为许多类型，如卧式车床、立式车床、落地车床和转塔车床等，车床合用于加工多种轴类、套筒类和盘类零件上的回转表面，如内外圆柱面、圆锥面及成形回转表面、车削端面及多种常用的螺纹，还可以钻孔、扩孔、铰孔、滚花等工作。此设计的阶梯轴的加工，还需要的设备有磨削加工设备：万能外圆磨床M1432A，铣削加工设备：铣床X52。（2）夹具的选择在机床上，为了使工件占有对的的位置并使其在加工的过程中一直保持不变的工艺装备称为机床的夹具。应用机床夹具，有助于保证工件的加工精度、稳定产品质量；有助于提高提高劳动生产率并减少成本；有助于改善工人劳动条件，保证安全生产；有助于扩大机床范围，实线“一机多用”。根据CA6140车床的加工特点，夹具一般安装在车床的主轴前端，与主轴一起旋转。综上所述，夹具应具有如下几种规定：夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定；夹具上个零部件应不阻碍机床对零件各个表面的加工，保证工件有足够的运转空间；有足够的刚性，防止震动使夹具变形；以便排屑。根据上述夹具的选择原则，在CA6140机床上加工一般轴类零件，选用一般三爪自定心卡盘。由于零件调头加工后，要将以加工表面作为定位元件表面，为保证其加工精度，故选用辅助夹具铜皮。（3）刀具的选择车刀是金属切削加工中应用最广的一种刀具，它可在多种类型的车床上加工外圆、内孔、倒角、切槽与切断、车螺纹以及其他成形面。车刀的类型诸多，既可按用途可分，也可按刀具材料，还可按构造分。但该传动轴在加工时，采用90°偏刀或45°偏头硬质合金焊接式车刀；在加工止动垫圈槽和螺纹加工时，可采用切断刀和螺纹车刀。除此之外，还需要的刀具有键槽铣刀、砂轮等。1.2.3加工阶段及加工次序的安排（1）划分加工阶段该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Q、M、P、N段外圆。各加工阶段大体以热处理为界。求较高的零件，其粗、精加工应分开，以保证零件的质量。1）、粗加工阶段①毛坯处理毛坯备料、铸造和正火②粗加工锯去多出部分，铣端面、钻中心孔和荒车外圆等2）、半精加工阶段①半精加工前热处理对于45钢一般采用调质处理以到达220～250HBS。②半精加工车工艺锥面（定位锥孔）半精车外圆端面和钻深孔等。3）、精加工阶段①精加工前热处理调质处理②精加工前多种加工粗磨定位基面、粗磨外圆、铣键槽，以及车螺纹等。④精加工精磨外圆以保证主轴最重要表面的精度。（2）加工次序的安排加工次序安排的应遵照一般原则，如先粗后精、先主后次等。此外还应注意：外圆表面加工次序应为：先加工大直径外圆，然后再加工小直径外圆，以免一开始就减少了工件的刚度。轴上的键槽等表面的加工应在外圆精车或粗磨之后、外圆精磨之前。这样既可保证键槽的加工质量，也可保证精加工表面的精度。轴上的螺纹一般有较高的精度，其加工应安排在工件局部淬火之前进行，防止因淬火后产生的变形而影响螺纹的精度。第二章阶梯轴的材料及热处理2.1阶梯轴的材料选择在单件小批生产中，轴类零件的毛坯往往使用热轧棒料。对于直径差较大的阶梯轴，为了节省材料和减少机械加工的劳动量，则往往采用锻件。单件小批生产的阶梯轴一般采用自由锻，在大批大量生产时则采用模锻。一般阶梯轴类零件材料常选用45钢；对于中等精度而转速较高的轴可用40Cr；对于高速、重载荷等条件下工作的轴可选用20Cr、20CrMnTi等低碳含金钢进行渗碳淬火，或用38CrMoAIA氮化钢进行氮化处理。阶梯轴类零件的毛坯最常用的是圆棒料和锻件。2.2阶梯轴的热处理为了改善金属组织和加工性能而安排的热处理工序，如退火、正火等，一般应安排在机械加工之前。为了提高零件的机械性能和消除内应力而安排的热处理工序，如调质、时效处理等，一般应安排在粗加工之后，精加工之前。该轴需进行调质处理。它应放在粗加工后，半精加工前进行。假如采用锻件毛坯，必须首先安排退火或正火处理。该轴毛坯为锻件，需要进行正火处理。详细热处理工艺路线如下：毛坯及其热处理→预加工→车削外圆→铣键槽等热处理→磨削。第三章阶梯轴的工艺系统3.1阶梯轴的图样分析该传动轴为一般的实心阶梯轴，轴类零件一般只有一种重要视图，重要标注对应的尺寸和技术规定，而其他要素如退刀槽、键槽等尺寸和技术规定标注在对应的剖视图。轴颈和装传动零件的配合轴颈表面，一般是轴类零件的重要表面，其尺寸精度、形状精度（圆度、圆柱度等）、位置精度（同轴度、与端面的垂直度等）及表面粗糙度规定均较高，是轴类零件机械加工时，应着重保障的要素。该阶梯传动轴，轴颈M和N处是装轴承的，各项精度规定均较高，其尺寸为Ф35±0.008，且是其他表面的基准，因此是重要表面。配合轴颈Q和P处是安装传动零件的，与基准轴颈的径向圆跳动公差为0.02（实际上是与M、N的同轴度），公差等级为IT6，轴肩H、G和I端面为轴向定位面，其规定较高，与基准轴颈的圆跳动公差为0.02（实际上是与M、N的轴线的垂直度），也是较重要的表面，同步尚有键槽、螺纹等构造要素。3.2确定毛坯的制造方式用于机械加工的毛坯有下列几种：铸件、锻件、型材、组合毛坯和其他毛坯。铸件：形状复杂的毛坯，宜采用铸造的措施制造。铸件可分为型砂铸造、金属型铸造、离心铸造、压力铸造、精密铸造等。锻件：用铸造的措施制造。锻件制造可分为自由锻、模锻和精密锻。锻件的机械性能优于铸件及一般型材，常用于重要零件或传递动力零件的制造（如机床主轴）。型材：型材按截面形状可分为多种，有圆形、方形、六角形、和特殊截面。按制造过程可分为热轧和冷拉型材，冷拉型材精度较高，机械性能优于热轧型材，合用于制造精度较高的中小零件。组合毛坯：根据零件需要，将铸件、锻件或型材通过焊接的措施连在一起，合用于大型、形状简朴的零件毛坯。其他毛坯：冷冲压、粉未冶金、冷挤、塑料压制等。阶梯轴一般采用锻件毛坯、热轧或冷轧型材毛坯，本项目毛坯采用锻件圆钢为毛坯。3.3选择定位基准及工艺路线定位基准的选择轴类零件各表面的设计基准一般是轴的中心线，其加工的定位基准，最常用的是两中心孔。采用两中心孔作为定位基准不仅能在一次装夹中加工出多处外圆和端面，并且可保证各外圆轴线的同轴度以及端面与轴线的垂直度规定，符合基准统一的原则。在粗加工外圆和加工长轴类零件时，为了提高工件刚度，常采用一夹一顶的方式，即轴的一端外圆用卡盘夹紧，一端用尾座顶尖顶住中心孔，此时是以外圆和中心孔同作为定位基面。轴类零件的定位基面，最常用的是两中心孔。由于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互相位置精度的重要项目，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叠原则。并且由于多数工序都采用中心孔作为定位基面，能最大程度地加工出多种外圆和端面，这也符合基准统一原则。

（2）工艺路线确实定该轴的加工工艺路线为：下料→正火→车两端面，钻中心孔，粗车各外圆→调质→修研中心孔→半精车各外圆，车槽，倒角→车螺纹→划键槽加工线→铣键槽→修研中心孔→磨削→检查。3.4确定表面的加工措施阶梯轴大都是回转表面，重要采用车削与外圆磨削成形。由于该传动轴的重要表面M、N、P、Q的公差等级(IT6)较高，表面粗糙度Ra值(Ra=0.8um)较小，故车削后还需磨削。外圆表面的加工措施如下：粗车→半精车→磨削。详细的加工方案可见下表：工序号工种工序内容设备1下料ф65х265

2热正火处理，消除热加工缺陷3车三爪卡盘夹持工件，车端面见平，钻中心孔，用尾架顶尖顶住，粗车P、N及螺纹段三个台阶，直径、长度均留余量2mmCA6140调头，三爪卡盘夹持工件另一端，车端面保证总长259，钻中心孔，用尾架顶尖顶住，粗车此外四个台阶，直径、长度均留信余量2mmCA61404热调质处理200~250HRC

5钳修研两端中心孔CA61406车双顶尖装夹。半精车三个台阶，螺纹大径车到,P、N两个台阶直径上留余量0.5mm，车槽三个,倒角三个CA6140调头，双顶尖装夹，半精车余下的五个台阶，ф44及ф62台阶车到图纸规定的尺寸。螺纹大径车到,其他两个台阶直径上留余量0.5mm,车槽三个,倒角四个CA61407车双顶尖装夹，车一端螺纹M24х1.5-6g，调头，双顶尖装夹，车另一端螺纹M24х1.5-6gCA61408钳划键槽及一种止动垫圈槽加工线

9铣铣两个键槽及一种止动垫圈槽，键槽深度比图纸规定尺寸多铣0.25mm，作为磨削的余量X5210钳修研两端中心孔CA614011磨磨外圆Q和M，并用砂轮端面靠磨台H和I。调头，磨外圆N和P，靠磨台肩G。M1432A12检检查

3.5切削加工的有关计算3.5.1机械加工余量、工序尺寸确实定（1）加工余量确实定

由于毛坯不能到达零件所规定的精度和表面粗糙度，因此要留有加工余量，以便通过机械加工来到达这些规定。

加工余量是指加工过程中从加工表面切除的金属层厚度。加工余量分为工序余量和总余量。

1）工序余量

工序余量是指某一表面在一道工序中切除的金属层厚度。

对于外表面：Z=a－

b

对于内表面：Z=b

—

a

式中：

Z

——本工序的工序余量

(mm)

；

a

——前工序的工序尺寸（

mm

）；

b

——本工序的工序尺寸

(mm)

。

上述加工余量均为非对称的单边余量，旋转表面的加工余量为双边对称余量。

对于轴：Z=d

a

—

d

b

对于孔：Z=d

b

—

d

a

式中：

Z

——直径上的加工余量（

mm

）；

d

a

——前工序的加工直径（

mm

）；

d

b

——本工序的加工直径（

mm

）。

当加工某个表面的工序是分几种工步时，则相邻两工步尺寸之差就是工步余量。它是某工步在加工表面上切除的金属层厚度。

2）加工总余量

毛坯尺寸与零件图样的设计尺寸之差称为加工总余量。它是从毛坯到成品时从某一表面切除的金属层总厚度，也等于该表面各工序余量之和，即

式中

：Z

i——第i道工序的工序余量（

mm

）；

n

——该表面总加工的工序数。

加工总余量也是个变动值，其值及公差一般可从有关手册中查得或凭经验确定。

（2）确定工序尺寸毛坯下料尺寸：Φ65×265；粗车时，各外圆及各段尺寸按图纸加工尺寸均留余量2（mm）；半精车时，螺纹大径车到，Φ44及Φ62台阶车到图纸规定尺寸，其他台阶均留0.5（mm）余量。铣加工：止动垫圈槽加工到图纸规定尺寸，键槽铣到比图纸尺寸多0.25（mm），作为磨销的余量。精加工：螺纹加工到图纸规定尺寸M24х1.5-6g，各外圆车到图纸规定尺寸。3.5.2切削加工时的计算切削加工时牵扯的计算重要是切削用量的选择，传动轴磨削余量可取0.5（mm），半精车余量可选用1.5（mm）。加工尺寸可由此而定，见该轴加工工艺方案。切削用量是切削加工过程中切削速度、进给量和背吃刀量的总称。切削速度车削时切削速度的计算公式为：式中d——工件切削处的最大直径，单位为（mm）；n——工件的转速，单位为（r/min）。（2）进给量f进给量为刀具在进给运动方向相对工件的位移量，可用工件每转刀具的位移量来度量，单位为（mm/r）。进给量还可用进给速度来表达。进给速度是指切削刃上选定点相对于进给运动的瞬时速度，单位为（mm/s）或(m/min)。车削时的进给速度:(3)背吃刀量背吃刀量为垂直于进给运动方向的切削层最大尺寸，单位为(mm)。式中——待加工表面的直径，单位为(mm)；——已加工表面的直径，单位为(mm)。

切削用量的选择，单件、小批量生产时，还可根据加工状况由工人确定；一般可由《机械加工工艺手册》或《切削用量手册》中选用。第四章轴类零件的检查4.1加工中的检查

自动测量装置，作为辅助装置安装在机床上。这种检查方式能在不影响加工的状况下，根据测量成果，积极地控制机床的工作过程，如变化进给量，自动赔偿刀具磨损，自动退刀、停车等，使之适应加工条件的变化，防止产生废品，故又称为积极检查。积极检查属在线检测，即在设备运行，生产不停止的状况下，根据信号处理的基本原理，掌握设备运行状况，对生产过程进行预测预报及必要调整。在线检测在机械制造中的应用越来越广。4.2加工后的检查

单件小批生产中，尺寸精度一般用外径千分尺检查；大批大量生产时，常采用光滑极限量规检查，长度大而精度高的工件可用比较仪检查。表面粗糙度可用粗糙度样板进行检查；规定较高时则用光学显微镜或轮廓仪检查。圆度误差可用千分尺测出的工件同一截面内直径的最大差值之半来确定，也可用千分表借助V形铁来测量，若条件许可，可用圆度仪检查。圆柱度误差一般用千分尺测出同一轴向剖面内最大与最小值之差的措施来确定。主轴互相位置精度检查一般以轴两端顶尖孔或工艺锥堵上的顶尖孔为定位基准，在两支承轴颈上方分别用千分表测量。设计小节时光飞逝，半个月的毕业设计已经靠近尾声。回首这段时间的设计过程，感慨万千。使我从中学到了此前在课内主线就学不到的东西。受益匪浅！在这次设计过程中，使我真正的认识到自己的局限性之处，此前上课没有学到的知识，在这次设计当中也波及到了。使我真正感受到了知识的重要性。这次设计将我此前学过的机械制造工艺与装备、公差与配合、机械制图、工程材料与热处理工艺等知识很好的串联了起来，起到了穿针引线的作用，巩固了所学知识的作用。在这次毕业设计中，通过对阶梯轴的工艺系统设计，让我明白在加工工件时用什么机床加工，怎样加工，加工工艺装备及设备等，因此，工件机械加工工艺系统的设计是至关重要的。毕业设计中，我做的题目是阶梯轴的工艺系统设计，由于零件的设计在学