課程設(shè)計--設(shè)計階梯軸的機械加工工藝規(guī)程

1、<p><b>　　機械制造技術(shù)基礎(chǔ)</b></p><p>　　題 目：設(shè)計階梯軸的機械加工工藝規(guī)程</p><p>　　院 、 系： 能環(huán)學(xué)院</p><p>　　班 級： </p><p>　　姓 名： </p><p>　　學(xué)

2、 號： </p><p><b>　　指導(dǎo)教師： </b></p><p>　　2013年 12 月 </p><p><b>　　序 言</b></p><p>　　本課程設(shè)計是學(xué)生在學(xué)完機械制造工藝學(xué)課程的一個綜合性和實踐性很強的教學(xué)環(huán)節(jié)，通過課程設(shè)計，能綜合運用所學(xué)基本理論以及在生

3、產(chǎn)實習(xí)中學(xué)到的實踐知識進行工藝及結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本訓(xùn)練，掌握機械制造過程中的加工方法、加工裝備等基本知識，提高學(xué)生分析和解決實際工程問題的能力，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)及今后從事科學(xué)研究、工程技術(shù)工作打下較堅實的基礎(chǔ)。</p><p>　　本次機械制造工藝學(xué)課程設(shè)計不僅僅能幫助我們利用已學(xué)的知識進行設(shè)計，還培養(yǎng)了我們自己分析，獨立思考的能力。這次綜合性的訓(xùn)練，我在以下幾方面得到鍛煉：</p><p>

4、　　提高結(jié)構(gòu)設(shè)計能力。通過設(shè)計零件的訓(xùn)練，獲得根據(jù)被加工零件的加工要求，設(shè)計出高效，省力，經(jīng)濟合理而能保證加工質(zhì)量的零件的能力。</p><p>　　學(xué)會使用手冊以及圖表資料。掌握與本設(shè)計有關(guān)的各種資料的名稱，出處，能夠做到熟練的運用。</p><p>　　就我個人而言，我希望通過這次課程設(shè)計對自己未來將從事的工作進行一次適應(yīng)性訓(xùn)練，從中鍛煉自己發(fā)現(xiàn)問題，分析問題和解決問題的能力，為今后參

5、加工作打下良好的基礎(chǔ)。</p><p><b>　　一、零件的分析</b></p><p><b>　　1.1 軸的作用</b></p><p>　　軸的主要作用是支承回轉(zhuǎn)零件及傳遞運動和動力。按照軸的承受載荷不同，軸可分為轉(zhuǎn)軸、心軸和傳動軸三類。工作中既承受彎矩又承受扭矩的軸成為轉(zhuǎn)軸，只承受彎矩的軸稱為心軸，只承受扭矩而

6、不承受彎矩的軸稱為傳動軸。</p><p>　　1.2 軸的工藝分析</p><p>　　該軸主要采用40Cr鋼能承受一定的載荷與沖擊。此軸為階梯軸類零件，尺寸精度，形位精度要求均較高。Φ21，φ22.5，φ24，Φ22.55為主要配合面，精度均要求較高，需通過磨削得到。軸線直線度為φ0.01，兩鍵槽有同軸度要求。在加工過程中須嚴格控制。</p><p>　?。?）

7、該軸采用合金結(jié)構(gòu)鋼40Cr，中等精度，轉(zhuǎn)速較高。經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后具有良好的綜合力學(xué)性能，具有較高的強度、較好的韌性和塑性。</p><p>　?。?）該軸為階梯軸，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度中等，其有多個過渡臺階，根據(jù)表面粗糙度要求和生產(chǎn)類型，表面加工分為粗加工、半精加工和精加工。加工時應(yīng)把精加工、半精加工和粗加工分開，這樣經(jīng)多次加工以后逐漸減少了零件的變形誤差。</p><p>　?。?）零件毛坯采用模

8、鍛，鍛造后安排正火處理。</p><p>　?。?）該軸的加工以車削為主，車削時應(yīng)保證外圓的同軸度。</p><p>　?。?）在精車前安排了熱處理工藝，以提高軸的疲勞強度和保證零件的內(nèi)應(yīng)力減少，穩(wěn)定尺寸、減少零件變形。并能保證工件變形之后能在半精車時糾正。</p><p>　　（6）同一軸心線上各軸孔的同軸度誤差會導(dǎo)致軸承裝置時歪斜，影響軸的同軸度和軸承的使用壽命

9、。在兩端面鉆中心孔進行固定裝夾可以有效防止徑向圓跳動、保證其同軸度。</p><p><b>　　零件圖如下</b></p><p>　　軸的各表面粗糙度、公差及偏差見表一</p><p><b>　　表一</b></p><p><b>　　二、工藝規(guī)程設(shè)計</b></

10、p><p>　　2.1 確定毛坯的制造形式</p><p>　　階梯軸材料為40Cr鋼，要求強度較高，且工件的形狀比較簡單，毛坯精度低，加工余量大，因年產(chǎn)5000件，所以達到批量生產(chǎn)水平。綜上考慮，采用鍛件，其鍛造方法為模鍛，毛坯的尺寸精度要求為IT12以下。</p><p>　　2.2 定位基準的選擇</p><p>　　正確的選擇定位基準

11、是設(shè)計工藝過程中的一項重要的內(nèi)容，也是保證加工精度的關(guān)鍵，定位基準分為精基準和粗基準，以下為定位基準的選擇。</p><p><b>　　粗基準的選擇。</b></p><p>　?。?） 粗基準的選擇</p><p>　　應(yīng)能保證加工面與非加工面之間的位置精度，合理分配各加工面的余量，為后續(xù)工序提供精基準。所以為了便于定位、裝夾和加工，可選軸

12、的外圓表面為定位基準，或用外圓表面和頂尖孔共同作為定位基準。用外圓表面定位時，因基準面加工和工作裝夾都比較方便，一般用卡盤裝夾。為了保證重要表面的粗加工余量小而均勻，應(yīng)選該表面為粗基準，并且要保證工件加工面與其他不加工表面之間的位置精度。按照粗基準的選擇原則，選擇次要加工表面為粗基準。又考慮到階梯軸的工藝特點，所以選擇φ30的外圓及一端面為粗基準。</p><p><b>　?。?）精基準的選擇<

13、/b></p><p>　　根據(jù)軸的技術(shù)要求，軸的中心線為設(shè)計基準，也是測量基準，按照基準重合原則及加工要求，應(yīng)選軸心線及一端面為精基準，其他各面都能以此為定位，從而也體現(xiàn)了基準統(tǒng)一的原則。</p><p>　　2.3 擬定軸的工藝路線</p><p>　　2.3.1零件表面加工方法的選擇</p><p>　　本零件的加工面有外圓、端

14、面、鍵槽等，材料為40Cr，參考有關(guān)資料，加工方法選擇如下：</p><p>　　30 外圓面：為未注公差尺寸，表面粗糙度為Ra12.5µm，需進行粗車、半精車。</p><p>　　外圓面：公差等級為IT8，表面粗糙度為Ra1.6µm，需進行粗車、半精車、精車。</p><p>　　外圓面：公差等級為IT6，表面粗糙度為Ra1.6µm

15、需進行粗車、半精車、精車、粗磨、精磨。</p><p>　　端面：本零件端面為回轉(zhuǎn)體端面，尺寸精度都要求不高，表面粗糙度為Ra3.2µm，需進行粗車、半精車。</p><p>　　鍵槽：槽寬公差等級為IT7，槽深公差等級未注，表面粗糙度為Ra3.2µm，需采用三面刃銑刀，粗銑、半精銑</p><p>　　2.3.2 工藝順序的安排</p&g

16、t;<p><b>　?。ㄒ唬C械加工工序</b></p><p>　?。?）遵循先基準平面后其他的原則：機械加工工藝安排是總是先加工好定位基準面，所以應(yīng)先安排為后續(xù)工序準備好定為基準。先加工精基準面，鉆中心孔及車表面的外圓。</p><p>　?。?）遵循先粗后精的原則：先安排粗加工工序，后安排精加工工序。先安排精度要求較高的各主要表面，后安排精加工。

17、</p><p>　　（3）遵循先主后次的原則:先加工主要表面，如車外圓各個表面，端面等。后加工次要表面，如銑鍵槽等。</p><p>　?。?）遵循外后內(nèi)，先大后小原則：先加工外圓再以外圓定位加工內(nèi)孔，加工階梯外圓時先加工直徑較大的后加工直徑小的外圓。</p><p>　?。?）次要表面的加工：鍵槽等次要表面的加工通常安排在外圓精車或粗磨之后，精磨外圓之前。<

18、;/p><p>　?。?）對于軸右端及中間軸段加工質(zhì)量要求較高的表面，安排在后面，并在前幾道工序中注意形位公差，在加工過程中不斷調(diào)整、保證其形位公差。</p><p>　　（7）按照先面后孔的原則：先加工端面，再銑鍵槽。</p><p>　?。ǘ崽幚砉ば虻陌才?lt;/p><p>　　在切削加工前宜安排正火處理，能提高改善軸的硬度，消除毛坯的內(nèi)應(yīng)

19、力，改善其切削性能。在粗加工后進行調(diào)質(zhì)處理，能提高軸的綜合性能。最終熱處理安排在半精車之后磨削加工之前。其能提高材料強度、表面硬度和耐磨性。在精加工之前安排表面淬火，這樣可以糾正因淬火引起的局部變形，提高表面耐磨性。</p><p>　?。ㄈ┹o助工序的安排</p><p>　　在粗加工和熱處理后，安排校直工序。在半精車加工之后安排去毛刺和中間檢驗工序。在精加工之后安排去毛刺、清洗和終檢工

20、序。</p><p>　　綜上所述，該軸的工序安排順序為： 下料——鍛造——預(yù)備熱處理。</p><p>　　該軸的加工工序:車端面——粗車——調(diào)質(zhì)——半精車——精車——車端面——銑鍵槽——淬火——磨外圓——精磨——檢驗。</p><p>　　2.3.3 加工階段的劃分</p><p>　　該軸精度要求較高，其加工階段可劃分為粗加工、半精加工

21、、精加工階段。</p><p>　　1、在粗加工階段，粗車外圓，以高生產(chǎn)效率去除毛坯余量。</p><p>　　2、在半精加工階段，對外圓進行半精車，銑鍵槽等，減小粗加工中留下的誤差，使加工面達到一定的精度，為精加工做好準備。</p><p>　　3、精加工階段，、30、外圓面表面粗糙度要求為Ra1.6µm，對其進行精車以達到要求。而對于外圓面其公差等級為

22、IT6，表面粗糙度要求為Ra1.6µm安排粗磨、精磨。</p><p>　　2.3.4 確定工藝路線</p><p>　　根據(jù)以上的加工工藝過程的分析確定零件的工藝路線如表二</p><p><b>　　表二</b></p><p>　　2.4加工工序的設(shè)計</p><p>　　2.4.

23、1 加工余量的確定</p><p><b>　　加工余量見表三</b></p><p><b>　　表三</b></p><p>　　2.4.2毛坯尺寸及公差等級</p><p>　　由工藝人員手冊可查得鍛件單邊余量厚度方向1.5-2mm，取2mm，水平方向為2.0-2.7mm，取2.5mm.鍛件質(zhì)

24、量小于1kg，長度等于120mm，取其上偏差+0.17mm，下偏差-0.08mm。鍛件厚度尺寸小于40mm，取其上偏差+0.12mm，下偏差-0.04mm。B/H<1,故取起偏角為5度。則鍛件毛坯長度尺寸為，直徑尺寸為。根據(jù)零件圖各部分的加工精度要求，鍛件的尺寸公差等級為8-12級，加工余量等級為普通級，故取IT=12級。</p><p>　　2.4.3毛坯圖的繪制</p><p>

25、　　根據(jù)零件圖可知該軸各加工表面的粗糙度至少為12.5µm。</p><p>　　綜上，鍛件毛坯圖如下所示。</p><p>　　2.5確定切削用量及基本工時</p><p>　　確定切削用量的原則：首先應(yīng)選取盡可能大的背吃刀量，其次在機床動力和剛度允許的條件下，又滿足以加工表面粗糙度的情況下，選取盡可能大的進給量。最后根據(jù)公式確定最佳切削速度。</

26、p><p>　　1）工序30，粗車軸的左右端面</p><p>　　該工序為兩個工步，工步1是以左邊定位。粗車右端面；工步2是以右邊定位，粗車左端面。由于這兩個工步是在一臺機床上經(jīng)一次走刀加工完成的，故其選用的切削用量相同。</p><p>　　背吃刀量的確定：根據(jù)加工余量，工步1和工步2的背吃刀量都為0.5mm</p><p><b>

27、;　?、?進給量的確定：</b></p><p>　　本設(shè)計采用的是硬質(zhì)合金車刀，工件材料是40Cr，查表取進給量f＝0.5mm/r</p><p>　?、?切削速度的計算：</p><p>　　硬質(zhì)合金車刀切削40Cr時，取切削速度V為50m/min，根據(jù)公式，可得車床轉(zhuǎn)速n=1000×50/（×34）r/min=663r/min，

28、查表CA6140的主軸轉(zhuǎn)速范圍為10~1400，1400~1580（r/min），符合要求。</p><p>　　2）工序40粗車及工序60半精車</p><p>　?、?該工序為工步1粗車和工步2半精車，則背吃刀量依次為</p><p>　　ap1=z=8.2mm，ap2=z=2.2mm</p><p>　?、诓楸淼?粗車 f1=0.81

29、mm/r，取Vc為60m/min，則n=796r/min</p><p>　?、郯刖嚾2=0.4mm/r，Vc為90m/min，則n=1194r/min (n=1000Vc/d)</p><p>　　3）工序40、60的過渡面部分 粗車——半精車尺寸為φ30的軸肩兩端面</p><p>　　粗車軸段2與軸段1的過渡端面，其切削用量與上述結(jié)論類似，不再計算<

30、;/p><p>　　4）工序90、100粗銑及半精銑鍵槽</p><p>　　粗銑 取f=2mm/r Vc=60m/min n=118 r/min</p><p>　　半精銑取f=0.8mm/r Vc=74m/min n=200 r/min</p><p>　　5）工序120、130粗磨、精磨加工軸段1、4外圓面</p>&

31、lt;p>　　查表取粗磨、精磨深度進給量為分別為0.032mm，0.008mm</p><p>　　工件的運動速度為15m/min，18m/min</p><p>　　背吃刀量等于磨削余量0.25mm及0.1mm</p><p><b>　　6）其余工序</b></p><p>　?、俅周嚰庸r，取f=0.81mm

32、/r Vc=60m/min </p><p>　?、诎刖嚰庸r，取f=0.51mm/r Vc=90m/min </p><p>　?、劬庸r，取f=0.2mm/r Vc=120m/min 皆符合要求。</p><p><b>　　三、機床設(shè)備的選用</b></p><p>　　3.1各工序所用機床、夾具、刀

33、具、量具和輔具（表四，表五）</p><p><b>　　表四</b></p><p><b>　　表五</b></p><p>　　3.2 機床設(shè)備的選用</p><p>　　由以上的表四、五，結(jié)合零件軸的生產(chǎn)類型為大批量生產(chǎn)，可以選用較高效率的專用機床和自動機床。根據(jù)該軸尺寸的大小要求，選用數(shù)控

34、車床CK6140，外圓磨床M1432,銑床X083。</p><p>　　3.3 機床夾具設(shè)計</p><p>　　1）刀具選擇 因為該傳動軸為階梯軸，所以選用90度角外圓車刀（車臺階）材料為YT15，45°刀（倒角）和切槽刀（切槽）。</p><p>　　2）量具選擇 因為該軸最大長度為124，所以選用量程0-200，精度0.05游標卡尺。各工

35、序具體所用工藝設(shè)備見下表 </p><p><b>　　3）夾具選擇</b></p><p>　　機床夾具的作用及分類：保證加工精度 夾具可準確確定工件、刀具和機床之間的相對位置，可以保證加工精度。提高生產(chǎn)效率 夾具可快速地將工件定位和夾緊，減少輔助時間。減輕勞動強度 采用機械、氣動、液壓等夾緊機構(gòu)，可以減輕工人的勞動強度。擴大機床的工藝范圍 采用機床夾具

36、可使機床的加工范圍擴大。機床夾具按應(yīng)用范圍分為：通用夾具、專用夾具、組合夾具。</p><p>　　以工序40選擇夾具，根據(jù)零件的功用、特點及材料，可選擇三爪卡盤進行零件的夾緊，定位基準選軸的一個端面，定位元件選擇浮動頂尖即可定位。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　【1】王先逵.機械制造工藝學(xué)［Ｍ］.北京：機械

37、工業(yè)出版社，2006.</p><p>　　【2】陳錫渠.金屬切削原理與工具［Ｍ］.北京：北京大學(xué)出版社，2006.</p><p>　　【3】葛金印.機械制造技術(shù)基礎(chǔ)基本常識［Ｍ］.北京：高等教育出版社,2004.</p><p>　　【4】馬永杰.熱處理工藝方法600種［Ｍ］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.</p><p>　　【5】鄧

38、文英.金屬工藝學(xué)［Ｍ］.北京：高等教育出版社，2008.</p><p>　　【6】徐學(xué)林.互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)［Ｍ］長沙：湖南大學(xué)出版社，2009.</p><p><b>　　加工后零件的三維圖</b></p><p><b>　　設(shè)計小結(jié)</b></p><p>　　通過此次課程設(shè)計,讓我受益

39、非淺,不僅培養(yǎng)了我們發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的邏輯思維能力,更重要的是學(xué)會了熟悉運用機械制造工藝學(xué)中的基本理論實際知識解決零件在加工中的定位，夾緊，以及工藝路線安排，工藝尺寸確定等問題保證加工質(zhì)量。通過這次軸的設(shè)計,讓我們從機械基礎(chǔ)到公差配合、從機械制圖、計算機繪圖到機床設(shè)備應(yīng)用，把機械制造過程中的各種知識綜合整理，又有了更高層次的理解和發(fā)現(xiàn)。</p><p>　　在設(shè)計中,老師的細心指導(dǎo),讓我們了解了自己在