机械制造课程设计-减速器传动轴机械加工工艺规程设计及工艺装备.doc

机械制造技术课程设计说明书减速器传动轴机械加工工艺规程设计及工艺装备指导老师: 张月玲 学生:陈颂祥 学校: 上海理工大学专业:机械设计制造及其自动化 日期: 2015.5.20机械制造技术课程设计说明书减速器传动轴机械加工工艺规程设计及工艺装备机械制造技术课程设计任务书一、设计题目：减速器传动轴机械加工工艺规程设计及工艺装备。二、课程设计的目的与要求1课程设计的目的机械制造技术基础课程设计是机械制造专业教学中组成部分，是一个重要的实践性教学环节。通过课程设计，要达到的目的是：（1）培养学生善于综合运用学到的专业知识，使之具有独立分析和解决一般工艺问题的能力。（2）养学生正确的设计观点和认真负责的工作态度，掌握零件加工工艺规程的设计内容、步骤和方法，巩固和深化课堂所学的知识。（3）提高学生计算机的应用能力。（4）培养学生查阅和运用有关标准手册，参考书等技术资料的能力。2课程设计要求（1）认真阅读课程设计指导书，明确课程设计的目的要求，了解课程设计的内容、步骤和方法及其它有关规定。（2）按指导书规定的设计内容，独立按时完成自己的设计任务。指导教师的主要作用是规定设计任务，审查方案，检查设计进度以及介绍参考资料。（3）在设计工作中要注意理论联系实际，努力培养自己的独立工作能力，充分发挥主动性和创造性，使设计在技术上比较先进又切实可行，既能保证产品质量三、设计的内容和要求:1.编写课程设计说明书2.机械加工工艺规程卡片：（1）减速器传动轴的机械加工工艺过程卡（2）传动轴的机械加工工艺过程指定工序的工序卡3.绘制减速器传动轴毛坯图和零件工作图4.参考进度课次内容基本要求时间备注1(3/5)安排与接受、明确课程设计任务按时完成3节2(3/12)准备阶段、查阅相关资料按时完成3节3(3/19)绘制零件草图、毛坯图按时完成3节4.5(3/26/2)制定零件的加工工艺规程路线按时完成6节6.7(4/9.16)加工工序设计按时完成6节8.9(23-30)画零件图按时完成6节10.11(5/1/8)编写与整理设计说明书按时完成6节12(5/15)答辩和验收电子与4#打印各一份按时完成3节机械制造技术课程设计说明书参考目录第一章 概述 4 1.课程设计的目的要求2.课程设计的内容3.设计步骤和方法第二章 零件分析51.传动轴的作用2.传动轴的工艺分析3.生产纲领的计算与生产类型的确定第三章 确定毛坯、绘制毛坯图8第四章 拟定传动轴的工艺路线9第五章 选择加工设备及工艺装备13第六章 加工工序设计15第七章 设计小结21第八章 参考资料22第一章 概述一、课程设计的目的要求1.机械制造技术基础课程设计，是以切削理论为基础、制造工艺为主线、兼顾工艺装备知识的机械制造技术基本能力的培养；是综合运用机械制造技术的基本知识、基本理论和基本技能，分析和解决实际工程问题的一个重要教学环节；是对学生运用所掌握的“机械制造技术基础”知识及相关知识的一次全面训练。机械制造技术基础课程设计，是以机械制造工艺及工艺装备为内容进行设计。即以所选择的一个中等复杂程度的中小型机械零件为对象，编制其加工工艺规程。2.学生通过实体测绘零件尺寸，获得相应的零件数据，画出相关的零件图纸。培养学生的测绘能力。3.使得学生学会使用手册，图表，数据。掌握并使用相关数据，完整应用于零件的各个尺寸。二、课程设计的内容1.课程设计题目：减速器传动轴机械加工工艺规程设计及工艺装备。2.课程设计的内容：课程设计包括测绘实体零件，编制零件工艺规程及编写本课程设计说明书。三、设计步骤和方法1.零件图的研究和工艺分析零件图是设计零件工艺规程最主要的技术依据，必须首先对加工对象进行细致的研究和分析，了解零件结构，材料和各表面的技术要求，全面分析零件的结构工艺性及其部件中的位置和作用，掌握现场生产条件，收集存在的工艺技术问题，研究改进措施，总结生产实践中的先进经验，将其应用到工艺设计中去。2.根据生产类型、零件的结构、材料及其热处理，以及零件的技术要求，选择毛坯的制造方法或确定原材料的规格和尺寸。3.拟定工艺路线根据掌握的原始资料合理地划分加工阶段，确定各个表面的加工路线和方法，按工序的集中或分散原则组成工序，在组成工序时应同时考虑到采用的机床设备及工艺设备。应该拟定几种不同的可行的工艺路线进行分析比较，通过论证选择最合理的方案；所拟定工艺路线应与指导教师讨论。工艺过程的详细设计和计算只有在工艺路线合理后才能进行。4.设计各工序（1）拟定工序的工步内容，选择工序定位基准和夹紧部位，选择原始基准，确定工序余量、工序尺寸和公差。（2）确定各工序被加工表面的粗糙度，根据零件的要求提出工序技术条件。（3）选择机床设备和工艺装备，采用的设备和工艺装备应注明其名称、型号或主要规格。（4）填写工艺路线卡和工序卡。对机械加工工序填写工序卡。工序卡用工序图配合方案加以说明。工序图以适当比例按加工位置表示，可用几个视图表示。图上要标明加工表示、定位表面、夹紧部位及夹紧方向，加工表面用加粗的实线表示，定位面和夹紧部位可用符号或写字说明，并标注出工序尺寸、工序公差、表面粗糙度及工序技术要求，组合加工时，应绘出组合件加工的工序图。工艺路线卡和工序卡组成工艺规程，工艺规程为指导生产的正式文件，图面及文字说明必须准确无疑义。第二章 零件分析一、传动轴的用途：在机械零件中轴类零件是常见的典型零件之一。按轴类零件结构形式不同，一般可分为光轴、阶梯轴、曲轴和异形轴等；或分为实心轴、空心轴等。它们在机器中用来支承齿轮、带轮等传动零件，以传递转矩或运动。在轴类零件中台阶轴的加工工艺较为典型，反映了轴类零件加工的大部分内容与基本规律。本案减速器中的传动轴就是此类台阶轴之最常见的一种。二、技术要求包括传动轴的材料、尺寸精度、主要配合面、尺寸公差、形位公差、表面粗糙度、退刀槽结构及热处理等三、传动轴的工艺分析1.结构工艺轴类零件为其长度大于直径的回转体类零件，是机器中的主要零件之一。其主要功能是支承传动件（齿轮、带轮、离合器等）和传递扭矩。从结构特征来看，轴类零件都是长度（L）大于直径（D）的旋转体零件，若L/D小于等于12，通常称为钢性轴；若L/D大于12则称为挠性轴，其加工表面主要包括内外圆柱面、内外圆锥面、螺纹、花键、沟槽等。2.加工工艺零件的材料为45钢，45钢广泛用于机械制造。这种钢机械性能很好。但是这是一种中碳钢，淬火性能并不好，45号钢可以淬硬至HRC42-46.所以如果需要表面硬度，又希望发挥45钢优越的机械性能，常将45号钢表面渗碳淬火，这样就能够得到需要的表面硬度。（1）对于7级精度、表面粗糙度Ra0.8-0.4um的一般传动轴，其工艺路线是：正火-车端面钻中心孔-粗车各表面-铣花键、键槽-热处理-修研中心孔-粗磨外圆-精磨外圆-检验。（2）轴类零件一般采用中心孔作为定位基准，以实现基准统一的方案。在单元小批量生产中钻中心孔工序常在普通车床上进行。在大批量生产中常在铣端面钻中心孔专用机床上进行。（3）中心孔是轴类零件加工全过程中使用的定位基准，其质量对加工精度有着重大影响。所以必须安排修研中心孔工序。修研中心孔一般在车床上用金刚石或硬质合金顶尖加压进行。（4）轴上的花键、键槽等次要表面的加工，一般安排在外圆精车之后，磨削之前进行。因为如果在精车之前就铣出键槽，在精车时由于断续切削而易产生振动，影响加工质量，又容易损坏刀具，也难以控制键槽的尺寸。但也不应安排在外圆精磨之后进行，以免破坏外圆表面的加工精度和表面质量。（5）在轴类零件的加工过程中，应当安排必要的热处理工序，以保证其机械性能和加工精度，并改善工件的切削加工性。一般毛培锻造后安排正火工序，而调质则安排在粗加工后进行，以便消除粗技工后产生的应力及获得良好的综合机械性能。淬火工序则安排在磨削工序之前。3.生产纲领的计算与生产类型的确定机械加工的工艺规程的详细程度与生产类型有关，不同的生产类型由产品的生产纲领来区别。1.生产类型的确定（1）零件的生产类型是指企业生产专业化程度的分类，它对工艺规程的制定具有决定性的影响。机械制造的生产类型一般分为大量生产、成批生产和单件生产，成批生产分为大批生产、中批生产、和小批生产。产量越大生产专业化程度越高。按重型机械、中型机械、和轻型机械的年生产量列出了不同的生产类型的规范如表1表1 各种生产类型的规范生产类型零件的年生产纲领/件/年重型机械中型机械轻型机械单件生产520100小批生产510020200100500中批生产1003002005005005000大批生产30010005005000500050000大量生产10005000500002.生产纲领的计算（1）生产纲领是产品的年生产量。生产纲领的大小对生产组织和零件加工工艺规程起着很重要的作用，它决定了各工序所需的专业化和自动化的程度以及所选用的工艺方法和工艺装备。（2）零件的生产纲领的计算方式N=Qn(1+%+%)结合生产实际：零件的备品率%和零件的平均废品率%分别取4%和6%，假定产品的年产量Q要求为200件/年，每台产品中该零件的数量为1件/台。所以综合以上数据代入上式中得：N=220件由零件尺寸可知其属于轻型零件，生产类型为小批量生产。第三章 确定毛坯、绘制毛坯图一、传动轴的毛坯材料的确定 减速器传动轴属于轴类零件。轴类零件可根据使用要求、生产类型、设备条件及该零件的结构特征，可选用棒料、锻件等毛坯形式。毛坯的确定，不仅影响毛坯制造的经济性，而且影响机械加工的经济性。所以在确定毛坯时，既要考虑热加工方面的因素，也要兼顾冷加工方面的要求，便于在确定毛坯这一环节中，降低零件的制造成本。因此，对于外圆直径相差不大的轴，一般以棒料为主；而对于外圆直径相差大的阶梯轴或重要的轴，常选用锻件，这样既节约材料又减少机械加工的工作量，还可改善机械性能。型材有热轧和冷拉两类。热轧的型材精度低，但价格便宜，适用于一般零件的毛坯；且减速器传动轴的形状比较简单，适用于生产类型为单件小批量生产。综观上述及查阅有关资料与手册，该减速器传动轴属于一般传动轴，外圆直径相差不大，结构特征简单，故选45圆钢（棒料作为毛坯）从降低零件的制造成本可完全满足其要求。二、确定传动轴毛坯尺寸和机械加工余量 （1）毛坯尺寸根据传动轴最大直径36，查阅有关机械制造技术基础课程设计的资料与手册表2.15棒料外径的加工余量为25mm和端面的加工余量为1mm,查得毛坯的棒料直径为40，作为最终确定传动轴毛坯的尺寸。（2）毛坯公差等级 根据零件图各部分的加工精度要求，传动轴毛坯的尺寸公差等级为812级，加工余量等级为普通级，故取IT=12级。其表面粗糙度为6.325m。（3）零件表面粗糙度根据零件图可知该轴各加工表面的粗糙度至少为12.5m。三、传动轴毛坯图综上所述，确定传动轴毛坯图如下所示。第四章 拟定传动轴的工艺路线 一、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，通常先确定精基准，然后再确定粗基准.以下为定位基准的选择。（1）粗基准的选择应能保证加工面与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。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与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22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。二、传动轴表面加工方法的选择根据传动轴零件图上各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，材料为45，参照工艺手册，确定传动轴各表面的加工方法选择如下：1.左端面与右端面及倒角C1：公差等级IT6，表面粗糙度Ra为1.6加工方案为粗车半精车精车。3.直径为36, 28的外圆：公差等级IT10，表面粗糙度Ra为3.2加工方案为粗车半精车。4.直径为32, 30（两处），24的外圆：公差等级IT6，表面粗糙度Ra为1.6加工方案为粗车半精车精车。5.车退刀槽31直槽车削 。6.铣削键槽 1022、825：公差等级IT9，表面粗糙度Ra为3.2加工方案为粗铣细铣。三、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： 下料锻造预备热处理 加工工序:车端面粗车调质半精车精车车端面铣键槽淬火磨外圆精磨检验四、加工顺序的确定根据以上分析，该传动轴的工序安排为：1.校直2.夹紧 车端面 中心孔 车外圆36 下料144.5 3.车外圆32k6，30m6，长30， 26；倒角C1 4.调头：夹住32外圆，车削端面，中心孔GB/T4459.5-A4/8.5 5.车削外圆 30，保证长度74 ；车削退刀槽6.车削外圆28，保证长度60；7.车削外圆24，保证长度34； 倒角C1 8.铣削键槽 10229.铣削键槽 82510.修毛刺 （钳床加工）11.热处理 调质HBS22025012.检测。五、拟定工艺路线传动轴的工艺路线为：校直下料粗车端面，倒角粗车各外圆调质处理（3036HRC）切槽，镗孔半精车外圆，端面中间检验。工序工序名称工艺过程机床设备刀具01校直02车端面下料36，端面，中心孔、144.5CA614003车外圆32，30，倒角C1CA614004调头车端面，中心孔CA614005车外圆30、28、24倒角C1CA614006铣键槽铣削键槽 1022铣床07铣键槽铣削键槽 825铣床08热处理调质HBS22025009去毛刺钳床10检测六、工艺过程1.校直2.夹紧 车端面 中心孔 （6140车床加工）3.车外圆36d10（-0.080/-0.180）,32k6(+0.018/+0.002)，30m6（+0.021/+0.008），长30H11(+0.130/0)，（30+26） H11（+0.190/0）；倒角C1 （6140车床加工）4.调头：夹住32外圆，车端面，中心孔GB/T4459.5-A4/8.5 保证143js (+0.125/-0.125) ； （6140车床加工）5.粗车、精车外圆 30m6（+0.021/+0.008），保证长度74H6( +0.019/0) ；车退刀槽31； （6140车床加工）6.粗车、精车外圆28d10 (-0.065/-0.149 ) ，保证长度60H6 (+0.019/0)；（6140车床加工）7.粗车、精车外圆24k6（+0.015/+0.002），保证长度34H10 (+0.100/0)； 倒角C1 （6140车床加工）8.铣削键槽 1022粗铣（IT13IT11） 细铣(IT11IT10) （铣床加工）9.铣削键槽 825粗铣（IT13IT11） 细铣(IT11IT10) （铣床加工）10.修毛刺 （钳床加工）11.热处理 调质HBS22025012.检测。第五章 选择加工设备及工艺装备一、机床设备的选用零件轴的生产类型为小批量生产，可以选用较高效率的专用机床和通用机床。根据该轴尺寸的大小要求，选用卧式车床CA6140，外圆磨床M1412,铣床X083。二、工艺装备的选用1）刀具选择因为该传动轴为阶梯轴，所以选用90度角外圆车刀（车台阶）材料为YT1545刀（倒角）和切槽刀（切槽）2）量具选择因为该轴最大长度为85，所以选用量程0-100，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2030CA614090刀游标卡尺40CA614090刀游标卡尺5060CA614090刀游标卡尺70CA614090刀游标卡尺80CA614090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110120M1412砂轮130M1412砂轮140游标卡尺 第六章 加工工序设计一、确定工序尺寸1.对轴段36外圆表面，加工工艺路线仅为粗车。可得粗车余量为2mm。取粗车的经济精度公差等级IT10，查表可确认其公差值为0.100mm。将上面数据填入表内： 工序名称工序余量（mm）加工经济精度（mm）表面粗糙度Ra(m)工序基本尺寸(mm)尺寸、公差(mm)粗车2IT116.4360.080圆棒402.对轴段30外圆表面加工工艺路线为：粗车半精车精车。查表可得工序余量：精车余量为0.3mm,半精车余量为1.5mm，修正后的粗车余量为4.2mm。总加工余量为6mm。计算各项工序尺寸：精车后达到图纸上的尺寸30+0.021/+0.008，其表面粗糙度为Ra1.6m。精车前尺寸：30+0.3=30.3mm半精车前尺寸：30.3+1.5=31.8粗车前尺寸：31.8+4.2=36按照各工序所得到的经济精度所对应的值精车的经济精度公差等级IT6，其公差值T1=0.013mm。半精车的经济精度公差等级IT，其公差值T2=0.033mm。粗车的经济精度公差等级为IT10，其公差值T3=0.084mm。将上面的数据填入表内：工序名称工序余量（mm）加工经济精度（mm）表面粗糙度Ra(m)工序基本尺寸(mm)尺寸、公差(mm)精车0.3IT61.630+0.021/+0.008半精车1.5IT83.230.30.016粗车4.2IT1012.531.80.042363.对轴段32外圆表面加工工艺路线为：粗车半精车精车。加工数据列表如下：工序名称工序余量/mm加工经济精度/mm表面粗糙度Ra/um工序基本尺寸/mm尺寸、公差/mm精车0.3IT61.632+0.018/+0.002半精车1IT83.232.30.016粗车2.7IT1012.533.30.042364.对轴段28 外圆表面加工工艺路线为：粗车半精车精车。 加工数据列表如下： 工序名称工序余量（mm）加工经济精度（mm）表面粗糙度Ra(m)工序基本尺寸(mm)尺寸、公差(mm)半精车2IT83.228-0.065/-0.149粗车6IT1012.5300.042365.对轴段24外圆表面加工工艺路线为：粗车半精车精车。 加工数据列表如下： 工序名称工序余量（mm）加工经济精度（mm）表面粗糙度Ra(m)工序基本尺寸(mm)尺寸、公差(mm)精车0.3IT61.624+0.015/+0.002半精车1.5IT83.224.30.016粗车10.2IT1012.525.80.042366.对于键槽所确定工艺路线：粗铣细铣。查工艺手册可知半精铣的加工余量为1.5mm，且总加工余量为6mm，则粗铣余量为4.5mm。取半精铣的经济精度公差等级为IT9，其公差值为T1=0.039mm。粗铣的经济精度公差等级为IT11，其公差值为T2=0.16mm。将以上数据填入表格九：工序名称工序余量（mm）加工经济精度（mm）表面粗糙度Ra(m)工序基本尺寸(mm)尺寸、公差(mm)半精铣1.5IT93.2100.039粗铣4.5IT1112.56.50.16二、确定工序的切削用量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。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。根据工艺装备资料查表确定:选择加工机床 卧式车床 CA6140 主轴的转速 320400 r/min工件材料 45 HBS 200250 得：精车刀具材料选用硬质合金 YT15 得：半精车、粗车刀具材料选用硬质合金 YT5 1、加工外圆表面确定切削速度1.精车外圆30：（毛坯直径40）：1.背吃刀量的确定：查表得背吃刀量ap=0.3 mm 2.进给量的确定： 查表得进给量f=0.2 mm/r 3.计算切削速度： 查表3.2 选择主轴的转速 n= 320 r/min得到Vc=nd/1000 = 40.2 m/min由于各工步加工轴的直径不同，算出的转速也不相同，为方便起见，精车、半精车、粗车统一起来取Vc为40.2 m/min2.半精车30： 1.背吃刀量的确定：查表得背吃刀量ap=1.5 mm2.进给量的确定： 查表得进给量f=0.4 mm/r3.切削速度计算：Vc为40.2 m/min 3.粗车30：1.背吃刀量的确定：查表得背吃刀量ap=4.2 mm2.进给量的确定： 查表得进给量f=0.8 mm/r3.切削速度：Vc为40.2 m/min 三、工序简图及定位四、填写机械加工工艺过程卡片