軸的課程設(shè)計(jì)---階梯軸的機(jī)械加工工藝

1、<p>　　階梯軸的機(jī)械加工工藝</p><p><b>　　院 系： </b></p><p><b>　　班 級(jí)： </b></p><p><b>　　姓 名： </b></p><p><b>　　學(xué) 號(hào) </b>

2、;</p><p><b>　　指導(dǎo)教師： </b></p><p>　　2013-4-19 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　序 言………………………………………………………………………1</p><p>　　一. 零件的分析…

3、…………………………………………………….………4</p><p>　　1.1 軸的作用 ……………………………………………………………4</p><p>　　1.2 軸的工藝分析 ………………………………………………………4</p><p>　　1.3 軸的零件圖 …………………………………………………………5</p><p>　　二

4、、工藝規(guī)程設(shè)計(jì)……………………………………………………………6</p><p>　　2.1確定毛坯的制造形式 …………………………………………………6</p><p>　　2.2定位基準(zhǔn)的選擇 ………………………………………………………6</p><p>　　2.3擬定軸的工藝路線 ……………………………………………………7</p><p>

5、　　2.4加工工序的設(shè)計(jì) ………………………………………………………10</p><p>　　2.5確定切削用量及基本工時(shí) ……………………………………………11</p><p>　　三、機(jī)床的設(shè)備選擇…………………………………………………………12</p><p>　　3.1機(jī)床設(shè)備選擇……………………………………………………………12</p>&l

6、t;p>　　3.2工藝設(shè)備選用……………………………………………………………12</p><p>　　3.3各工序所用機(jī)床、夾具、刀具、量具和輔具…………………………13</p><p>　　參考文獻(xiàn) ………………………………………………………………………16</p><p>　　工藝卡片 ………………………………………………………………………17</p

7、><p>　　工序卡片 ………………………………………………………………………18</p><p>　　設(shè)計(jì)總結(jié) ………………………………………………………………………19</p><p><b>　　序 言</b></p><p>　　本課程設(shè)計(jì)是學(xué)生在學(xué)完機(jī)械制造工藝學(xué)課程的一個(gè)綜合性和實(shí)踐性很強(qiáng)的教學(xué)環(huán)節(jié)，通過(guò)課程

8、設(shè)計(jì)，能綜合運(yùn)用所學(xué)基本理論以及在生產(chǎn)實(shí)習(xí)中學(xué)到的實(shí)踐知識(shí)進(jìn)行工藝及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本訓(xùn)練，掌握機(jī)械制造過(guò)程中的加工方法、加工裝備等基本知識(shí)，提高學(xué)生分析和解決實(shí)際工程問(wèn)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(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。</p><p>　　本次機(jī)械制造工藝學(xué)課程設(shè)計(jì)不僅僅能幫助我們利用已學(xué)的知識(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)，還培養(yǎng)了我們自己分析，獨(dú)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：<

9、;/p><p>　　提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力。通過(guò)設(shè)計(jì)零件的訓(xùn)練，獲得根據(jù)被加工零件的加工要求，設(shè)計(jì)出高效，省力，經(jīng)濟(jì)合理而能保證加工質(zhì)量的零件的能力。</p><p>　　學(xué)會(huì)使用手冊(cè)以及圖表資料。掌握與本設(shè)計(jì)有關(guān)的各種資料的名稱，出處，能夠做到熟練的運(yùn)用。</p><p>　　就我個(gè)人而言，我希望通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)對(duì)自己未來(lái)將從事的工作進(jìn)行一次適應(yīng)性訓(xùn)練，從中鍛煉自己發(fā)現(xiàn)問(wèn)題

10、，分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，為今后參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(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。按照軸的承受載荷不同，軸可分為轉(zhuǎn)軸、心軸和傳動(dòng)軸三類。工作中既承受彎矩又承受扭矩的軸成為轉(zhuǎn)軸，

11、只承受彎矩的軸稱為心軸，只承受扭矩而不承受彎矩的軸稱為傳動(dòng)軸。</p><p>　　1.2 軸的工藝分析</p><p>　　該軸主要采用45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。兩個(gè)Φ35，以及M20×1.5，M33×1.5的螺紋為主要配合面，其中有些精度均要求較高，需通過(guò)磨削得到。軸線圓跳動(dòng)度要求較高，對(duì)于Φ35js5與Φ30j

12、s6的外表面需達(dá)到52HRC的強(qiáng)度，工過(guò)程中須進(jìn)行滾壓加工。</p><p>　?。?）該軸采用碳素結(jié)構(gòu)鋼45號(hào)鋼，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(qiáng)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(gè)過(guò)渡臺(tái)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(shí)應(yīng)把精加工、半精加工和粗加工分開(kāi)

13、，這樣經(jīng)多次加工以后逐漸減少了零件的變形誤差。</p><p>　　（3）零件毛坯采用模鍛，鍛造后安排正火處理。</p><p>　　（4）該軸的加工以車削為主，車削時(shí)應(yīng)保證外圓的圓跳動(dòng)度。</p><p>　?。?）在精車前安排了熱處理工藝，以提高軸的疲勞強(qiáng)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(shí)糾正。</p>

14、<p>　　（6）同一軸心線上各軸孔的同軸度誤差會(huì)導(dǎo)致軸承裝置時(shí)歪斜，影響軸的同軸度和軸承的使用壽命。在兩端面鉆中心孔進(jìn)行固定裝夾可以有效防止徑向圓跳動(dòng)、保證其同軸度。</p><p>　　零件圖如下圖所失去：</p><p><b>　　圖a</b></p><p><b>　　表1</b></p&g

15、t;<p><b>　　零件的基本工藝分析</b></p><p><b>　　二、工藝規(guī)程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.1 確定毛坯的制造形式</p><p>　　根據(jù)上述的工藝分析，和我們自身的生產(chǎn)條件，確定階梯軸的毛坯。階梯軸材料為45鋼，要求強(qiáng)度較高，且工件的形狀比較簡(jiǎn)單，毛坯精度低，加工余

16、量大，因年產(chǎn)量400件，所以達(dá)到中等批量生產(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(zhǔn)的選擇</p><p>　　正確的選擇定位基準(zhǔn)是設(shè)計(jì)工藝過(guò)程中的一項(xiàng)重要的內(nèi)容，也是保證加工精度的關(guān)鍵，定位基準(zhǔn)分為精基準(zhǔn)和粗基準(zhǔn)，以下為定位基準(zhǔn)的選擇。</p><p><b>　　粗基準(zhǔn)的選擇

17、。</b></p><p>　?。?） 粗基準(zhǔn)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(zhǔn)。所以為了便于定位、裝夾和加工，可選軸的外圓表面為定位基準(zhǔn)，或用外圓表面和頂尖孔共同作為定位基準(zhǔn)。用外圓表面定位時(shí)，因基準(zhǔn)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(zhǔn)

18、，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(zhǔn)的選擇原則，選擇次要加工表面為粗基準(zhǔn)。又考慮到階梯軸的工藝特點(diǎn)，所以選擇φ30的外圓及一端面為粗基準(zhǔn)。</p><p><b>　?。?）精基準(zhǔn)的選擇</b></p><p>　　根據(jù)軸的技術(shù)要求，軸的中心線為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，也是測(cè)量基準(zhǔn)，按照基準(zhǔn)重合原則及加工要求，應(yīng)選軸心線及一端面為精基準(zhǔn)，其他各面都能以此

19、為定位，從而也體現(xiàn)了基準(zhǔn)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、端面、螺紋、鍵槽等，材料為45號(hào)鋼，參考有關(guān)資料，加工方法選擇如下：</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Ra3.2

20、µm，需進(jìn)行粗車、半精車。</p><p>　　M20×1.5 和M33×1.5 的螺紋：為未注公差尺寸，表面粗糙度為Ra3.2µm，需進(jìn)行粗車、半精車、車螺紋，磨削。</p><p>　　Φ29.295（MorseNO.4）外圓錐面：錐度為莫氏4度，表面粗糙度為Ra0.8µm，需進(jìn)行粗車、半精車、精車。</p><p&

21、gt;　　Φ35js5外圓面：公差等級(jí)為IT5，表面粗糙度為Ra0.8µm需進(jìn)行粗車、半精車、精車、粗磨、精磨。為達(dá)到52HRC的硬度，需進(jìn)行滾壓熱處理。</p><p>　　Φ45外圓面：公差等級(jí)未知，表面粗糙度為Ra1.6µm需進(jìn)行粗車、半精車、精車。</p><p>　　Φ35h6外圓面：公差等級(jí)為IT6，表面粗糙度為Ra0.8µm需進(jìn)行粗車、半精車、精

22、車、粗磨、精磨。</p><p>　　Φ30js6外圓面：公差等級(jí)為IT6，表面粗糙度為Ra0.8µm需進(jìn)行粗車、半精車、精車、粗磨、精磨。為達(dá)到52HRC的硬度，需進(jìn)行滾壓熱處理。</p><p>　　鍵槽：槽寬公差等級(jí)為IT9，槽深公差等級(jí)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>　　鍵槽：槽寬公差等級(jí)

23、為IT12，槽深公差等級(jí)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>　　槽：槽寬公差等級(jí)未注，槽深公差等級(jí)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><p><b>　?。ㄒ唬C(jī)械加工工序</b></p&

24、gt;<p>　?。?）遵循先基準(zhǔn)平面后其他的原則：機(jī)械加工工藝安排是總是先加工好定位基準(zhǔn)面，所以應(yīng)先安排為后續(xù)工序準(zhǔn)備好定為基準(zhǔn)。先加工精基準(zhǔn)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。</p><p>　?。?）遵循先主后次的原則:先加工主要表面，如車外圓各個(gè)

25、表面，端面等。后加工次要表面，如銑鍵槽等。</p><p>　　（4）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(shí)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。</p><p>　?。?）對(duì)于加工質(zhì)量要求較高的表面，安排在后面，并在前幾道工序

26、中注意形位公差，在加工過(guò)程中不斷調(diào)整、保證其形位公差。</p><p>　?。?）按照先面后孔的原則：先加工端面，再銑鍵槽。</p><p>　　（二）熱處理工序的安排</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)力，改善其切削性能。在粗加工后進(jìn)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

27、強(qiáng)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(yàn)工序。在精加工之后安排去毛刺、清洗和終檢工序。</p><p>　　綜上所述，該軸的工序安排順序?yàn)椋?下料——鍛造——預(yù)備熱處理。&l

28、t;/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(yàn)。</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、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。&

29、lt;/p><p>　　2、在半精加工階段，對(duì)外圓進(jìn)行半精車，銑鍵槽、加工螺紋等，減小粗加工中留下的誤差，使加工面達(dá)到一定的精度，為精加工做好準(zhǔn)備。</p><p>　　3、精加工階段，Φ35js5、Φ35h5、Φ30js6、Φ29.295（MorseNO.4）外圓面表面粗糙度要求為Ra0.8µm，對(duì)其進(jìn)行粗磨、精磨以達(dá)到要求。而對(duì)于Φ45外圓面，表面粗糙度要求為Ra1.6µ

30、;m安排精車。</p><p>　　4,、其余表面粗糙度Ra3.2um，對(duì)其精車能夠達(dá)到要求。</p><p>　　5．此階梯軸的圓跳動(dòng)度要求較高，加工時(shí)應(yīng)注意保證要求。銑鍵槽的時(shí)候應(yīng)保證對(duì)稱度的要求。</p><p>　　2.3.4 確定工藝路線</p><p>　　根據(jù)以上的加工工藝過(guò)程的分析確定零件的工藝路線如表二</p>

31、<p>　　常用加工方法所能達(dá)到的精度要求如表三：</p><p>　　2.4加工工序的設(shè)計(jì)</p><p>　　2.4.1 加工余量的確定</p><p><b>　　加工余量見(jiàn)表四</b></p><p>　　2.4.2毛坯尺寸及公差等級(jí)</p><p>　　由工藝人員手冊(cè)可查得鍛

32、件單邊余量厚度方向1.5-2mm，取2mm，水平方向?yàn)?.0-2.7mm，取2.5mm.鍛件質(zhì)量小于1kg，長(zhǎng)度等于285mm，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(zhǎng)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(jí)為8-12級(jí)，加工余量等級(jí)為普通級(jí)，故取IT=12級(jí)。毛坯如圖所示：&

33、lt;/p><p><b>　　圖b</b></p><p>　　2.5確定切削用量及基本工時(shí)</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(jī)床動(dòng)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(jìn)給量。最后根據(jù)公式確定最佳切削速度。</p><p>　　1）工序30，粗車軸

34、的左右端面</p><p>　　該工序?yàn)閮蓚€(gè)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(gè)工步是在一臺(tái)機(jī)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>　?、?進(jìn)給量的確定：</b></p

35、><p>　　本設(shè)計(jì)采用的是硬質(zhì)合金車刀，工件材料是40Cr，查表取進(jìn)給量f＝0.5mm/r</p><p>　?、?切削速度的計(jì)算：</p><p>　　硬質(zhì)合金車刀切削40Cr時(shí)，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，查表CA6140的主軸轉(zhuǎn)速范圍為10~1400，1400

36、~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?yàn)楣げ?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=0.81mm/r，取Vc為60m/min，則n=796r/min

37、</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(guò)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(guò)渡端面，其切削用量與上述結(jié)論類似，不再計(jì)算</p><p>　　4）工序90、1

38、00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><p>　　查表取粗磨、精磨深度進(jìn)給量為分別為0

39、.032mm，0.008mm</p><p>　　工件的運(yùn)動(dòng)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(shí)，取f=0.81mm/r Vc=60m/min </p>

40、<p>　?、诎刖嚰庸r(shí)，取f=0.51mm/r Vc=90m/min </p><p>　　③精加工時(shí)，取f=0.2mm/r Vc=120m/min 皆符合要求。</p><p><b>　　三、機(jī)床設(shè)備的選用</b></p><p>　　3.1各工序所用機(jī)床、夾具、刀具、量具和輔具（表四，表五）</p>&l

41、t;p><b>　　表四</b></p><p><b>　　表五</b></p><p>　　3.2 機(jī)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(jī)床和自動(dòng)機(jī)床。根據(jù)該軸尺寸的大小要求，選用數(shù)控車床CK6140，外圓磨床M1432,銑床X083。&l

42、t;/p><p>　　3.3 機(jī)床夾具設(shè)計(jì)</p><p>　　1）刀具選擇 因?yàn)樵搨鲃?dòng)軸為階梯軸，所以選用90度角外圓車刀（車臺(tái)階）材料為YT15，45°刀（倒角）和切槽刀（切槽）。</p><p>　　2）量具選擇 因?yàn)樵撦S最大長(zhǎng)度為124，所以選用量程0-200，精度0.05游標(biāo)卡尺。各工序具體所用工藝設(shè)備見(jiàn)下表 </p>&

43、lt;p><b>　　3）夾具選擇</b></p><p>　　機(jī)床夾具的作用及分類：保證加工精度 夾具可準(zhǔn)確確定工件、刀具和機(jī)床之間的相對(duì)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(shí)間。減輕勞動(dòng)強(qiáng)度 采用機(jī)械、氣動(dòng)、液壓等夾緊機(jī)構(gòu)，可以減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。擴(kuò)大機(jī)床的工藝范圍 采用機(jī)床夾具可使機(jī)床的加工范圍擴(kuò)大。機(jī)床夾具按應(yīng)用范圍分為：通用夾具

44、、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(diǎn)及材料，可選擇三爪卡盤進(jìn)行零件的夾緊，定位基準(zhǔn)選軸的一個(gè)端面，定位元件選擇浮動(dòng)頂尖即可定位。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1.機(jī)械制造工藝與機(jī)床夾具課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)/吳拓 —2版—機(jī)械工業(yè)出版社，2010；</p>

45、;<p>　　2.機(jī)械制造工藝案列教程/劉慎玖主編. —北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.4；</p><p>　　3.互換性與測(cè)量技術(shù)/高曉康，陳于萍編. —北京：高等教育出版社，2009.1；</p><p>　　4．?dāng)?shù)控機(jī)床加工工藝. 華貿(mào)發(fā). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 2000；</p><p><b>　　加工后零件的三維圖

46、</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)小結(jié)</b></p><p>　　通過(guò)此次課程設(shè)計(jì),讓我受益非淺,不僅培養(yǎng)了我們發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的邏輯思維能力,更重要的是學(xué)會(huì)了熟悉運(yùn)用機(jī)械制造工藝學(xué)中的基本理論實(shí)際知識(shí)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(wèn)題保證加工質(zhì)量。通過(guò)這次軸的設(shè)計(jì),讓我們從機(jī)械基礎(chǔ)到公差配合、從機(jī)械制

47、圖、計(jì)算機(jī)繪圖到機(jī)床設(shè)備應(yīng)用，把機(jī)械制造過(guò)程中的各種知識(shí)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(jì)中,老師的細(xì)心指導(dǎo),讓我們了解了自己在學(xué)習(xí)過(guò)程中的缺陷,使我們進(jìn)一步熟悉及應(yīng)用機(jī)械制造中的理論研究,培養(yǎng)了我們一絲不茍、嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的工作作風(fēng)和良好習(xí)慣!課程設(shè)計(jì)是我們所學(xué)知識(shí)的總結(jié)及運(yùn)用,同時(shí)也讓我們進(jìn)一步熟悉了計(jì)算機(jī)的操作,讓我們?yōu)楫厴I(yè)后工作有了信心。在此,感謝老師的認(rèn)真指導(dǎo)!同時(shí)，在設(shè)計(jì)的過(guò)