模块四 轴类零件机械加工工艺编制

模块四轴类零件机械加工工艺编制任务１分析轴类零件的技术资料任务２确定轴类零件的生产类型任务３确定轴类零件的毛坯类型及其制造方法任务４选择轴类零件的定位基准和加工装备任务５拟定轴类零件的工艺路线任务６设计轴类零件的加工工序任务７填写轴类零件的机械加工工艺文件任务１分析轴类零件的技术资料教学目标能看懂轴类零件的零件图和装配图。明确轴类零件在产品中的作用，找出其主要技术要求。确定轴类零件的加工关键表面。任务引入通过分析传动轴的技术资料，能看懂传动轴的零件图和装配图，明确传动轴在产品中的作用，找出其主要技术要求，确定传动轴的加工关键表面，从而学习轴类零件技术资料的分析方法。下一页返回任务１分析轴类零件的技术资料相关知识一、轴类零件的功用轴类零件主要用于支承传动零部件（齿轮、带轮等），传递扭矩和承受载荷以及保证装在轴上零件的回转精度等。根据结构形状的不同，轴类零件可分为光轴、阶梯轴、空心轴和异形轴等，如

图４-３所示。二、轴类零件的结构特点常见轴类零件的基本形状是阶梯状的回转体，其长度大于直径，主体由多段不同直径的回转体组成。轴上一般有轴颈、轴肩、键槽、螺纹、挡圈槽、销孔、内孔、螺纹孔等要素，以及中心孔、退刀槽、倒角、圆角等机械加工工艺结构。下一页上一页返回图４-１传动轴零件图返回任务１分析轴类零件的技术资料三、轴类零件的材料轴类零件的制造材料一般多为碳钢，其中４５号优质碳素钢最常用。不重要或受力较小的轴，可采用Ｑ２３５-Ａ等普通碳素钢。外形复杂的轴一般采用高强度铸铁或球墨铸铁。任务实施一、看懂传动轴的结构形状（１）如图４-１，零件图采用了主视图和移出断面图表达其形状结构。从主视图可以看出，主体由四段不同直径的回转体组成，有轴颈、轴肩、键槽、挡圈槽、倒角、圆角等结构，由此可以想象出传动轴的结构形状，如图４-４所示。上一页返回任务２确定轴类零件的生产类型教学目标掌握轴类零件生产纲领的计算方法。掌握轴类零件生产类型及其工艺特征的确定方法。任务引入通过计算传动轴的生产纲领、确定传动轴的生产类型及其工艺特征图，学习轴类零件生产纲领的计算方法、生产类型及其工艺特征的确定方法。下一页返回任务２确定轴类零件的生产类型相关知识一、产品的生产纲领（１）产品的生产纲领是指企业在一年的计划期内应当生产的产品产量和进度计划。零件的生产纲领是指该零件（包括备品和废品在内）的年生产总量。（２）零件的产量和产品的产量不一定相同。每台产品中相同零件的数量可能不止一件，所以在中批生产产品的企业，也有可能有大批生产零件的车间。（３）零件的生产纲领按下式计算：下一页上一页返回任务２确定轴类零件的生产类型（４）零件生产类型的确定，主要取决于产品的生产纲领，但也要考虑零件质量的大小和结构的复杂程度。轻型和重型的零件、结构简单和结构复杂的零件，它们的加工难度和工艺技术都有很大差别。（５）不同生产类型的零件，其加工过程、加工设备和工艺装备等都有很大差别。各种机加工生产类型的生产纲领及工艺特点见附表２《机加工工作各种生产类型的生产纲领及工艺特点》。下一页上一页返回任务２确定轴类零件的生产类型二、各种生产类型的工艺特征（１）各种生产类型具有不同的工艺特征。成批生产的覆盖面比较大，其特征比较分散。其中，小批生产接近于单件生产，大批生产接近于大量生产，所以通常按照单件小批生产、中批生产和大批大量生产来划分生产类型。各种生产类型下的工艺特点见附录中的附表２和附表３。（２）随着科学技术的发展和市场需求的变化，生产类型的划分正在发生深刻的变化，传统的大批大量生产，往往不能很好地适应市场对产品及时更新换代的需要，多品种的中、小批量生产的比重逐渐上升，需要大量应用成组技术和现代制造技术。下一页上一页返回任务２确定轴类零件的生产类型任务实施一、计算传动轴的生产纲领根据任务书知：（１）产品的生产纲领Ｑ＝１５０台／年；（２）每台产品中传动轴的数量ｎ＝１件／台；（３）传动轴的备品百分率ａ＝５％；（４）传动轴的废品百分率ｂ＝０.５％；传动轴的生产纲领计算如下：下一页上一页返回任务２确定轴类零件的生产类型二、确定传动轴的生产类型及其工艺特征传动轴属于中型机械类零件。根据生产纲领（１５８件／年）及零件类型（中型机械），由附表２《机加工工作各种生产类型的生产纲领及工艺特点》可查出，传动轴的生产类型为小批生产，工艺特征见表４-２。上一页返回任务３确定轴类零件的毛坯类型及其制造方法教学目标掌握轴类零件毛坯的类型及其制造方法的选择。掌握轴类零件毛坯的机械加工余量的估算方法。掌握轴类零件的毛坯简图的绘制方法。任务引入通过选择传动轴毛坯的类型及其制造方法，估算传动轴毛坯的机械加工余量、绘制传动轴的毛坯简图，学习轴类零件毛坯的类型及其制造方法的选择，以及轴类零件毛坯的机械加工余量的估算方法、毛坯简图的绘制方法。下一页返回任务３确定轴类零件的毛坯类型及其制造方法相关知识（１）毛坯的种类和制造方法主要与零件的使用要求和生产类型有关。（２）轴类零件最常用的毛坯是锻件与圆棒料，只有结构复杂的大型轴类零件（如曲轴）才采用铸件。（３）锻造后的毛坯，能改善金属的内部组织，提高其抗拉、抗弯等机械性能。同时，因锻件的形状和尺寸与零件相近，因此可以节约材料，减少切削加工的劳动量，降低生产成本。所以比较重要的轴或直径相差较大的阶梯轴时，大都采用锻件。下一页上一页返回任务３确定轴类零件的毛坯类型及其制造方法（４）对不重要的光轴或直径相差不大的阶梯轴，一般以圆棒料为主。（５）锻件的制造方法有自由锻、模锻等。不同的毛坯制造方法，其生产率和成本都不相同。在选择锻件的制造方法时，并非是制造精度越高就越好，而是需要综合考虑机械加工成本和毛坯制造成本，以达到零件制造总成本最低的目的。（６）当生产批量较小、毛坯精度要求较低时，锻件一般采用自由锻造法生产。由于不用制造锻造模型，使用工具简单、通用性较大，生产准备周期短，灵活性大，所以应用较为广泛，特别适用于单件和小批生产。（７）当生产批量较大、毛坯精度要求较高时，锻件一般采用模锻法生产。模锻锻件尺寸准确，加工余量小，生产率高。因需配备锻模和相应的模锻设备，一次性投入费用较高，所以适用于较大批量的生产，而且生产批量越大，成本就越低。下一页上一页返回任务３确定轴类零件的毛坯类型及其制造方法任务实施一、选择传动轴毛坯类型及其制造方法根据传动轴的制造材料（４５钢），查附表５《常用毛坯类型》可确定，毛坯类型可采用型材或锻件，传动轴毛坯选用锻件，而采用自由锻造法来制造。二、绘制传动轴毛坯简图１确定传动轴毛坯的余量根据附表８《自由锻件机械加工余量计算公式》中阶梯轴的自由锻造机械加工余量计算公式（Ｄ＜６５ｍｍ时，按６５ｍｍ计算，Ｌ＜３００ｍｍ时，按３００ｍｍ计算），传动轴锻件余量计算如下：下一页上一页返回任务３确定轴类零件的毛坯类型及其制造方法传动轴毛坯的余量取整数７ｍｍ。２绘制传动轴毛坯简图传动轴毛坯简图的绘制方法和步骤如表４-３。上一页返回表４-３传动轴毛坯简图的绘制方法

和步骤返回任务４选择轴类零件的定位基准和

加工装备教学目标掌握轴类零件的精基准和夹紧方案的选择的方法。掌握轴类零件的粗基准和夹紧方案的选择的方法。掌握传动轴加工装备的选择方法。相关知识下一页返回任务４选择轴类零件的定位基准和

加工装备一、轴类零件精基准的选择（１）零件已加工的表面作为定位基准，这种基准称为精基准。合理地选择定位精基准是保证零件加工精度的关键。（２）选择精基准应先根据零件关键表面的加工精度（尤其是有位置精度要求的表面），同时还要考虑所选基准的装夹是否稳定可靠、操作方便。（３）选定精基准所用的夹具结构是否简单。下一页上一页返回任务４选择轴类零件的定位基准和

加工装备（４）精基准的选择原则：①基准重合原则。尽量选择设计基准作为精基准，避免基准不重合而引起的定位误差。②基准统一原则。尽量选择多个加工表面共享的定位基准面作为精基准，以保证各加工面的相互位置精度，避免误差，简化夹具的设计和制造。③自为基准原则。精加工或光整加工工序应尽量选择加工表面本身作为精基准，该表面与其他表面的位置精度则由先行工序保证。④互为基准原则。当两个表面相互位置精度以及各自的形状和尺寸精度都要求很高时，可以采取互为基准原则，反复多次地进行加工。下一页上一页返回任务４选择轴类零件的定位基准和

加工装备（５）在选择基准时不能同时遵循各选择原则（甚至相互矛盾）时，应根据具体情况具体分析，以保证关键表面为主，兼顾次要表面的加工精度。（６）轴类零件的精基准：①轴类零件的加工，多以轴两端的中心孔作为定位精基准。因为轴的设计基准是中心线，这样既符合基准重合原则，又符合基准统一原则，还能在一次装夹中最大限度地完成多个外圆及端面的加工，易于保证各轴颈间的同轴度以及端面的垂直度。②当不能用两端中心孔定位（如带内孔的轴）时，可采用外圆表面或外圆表面和一端孔口作为精基准。下一页上一页返回任务４选择轴类零件的定位基准和

加工装备二、轴类零件粗基准的选择（１）以毛坯表面作为定位基准，称为粗基准。（２）粗基准选择要考虑下列原则：①选用的粗基准必须便于加工精基准，以尽快获得精基准。②粗基准应选用面积较大，平整光洁，无浇口、冒口、飞边等缺陷的表面，这样工件的定位才稳定可靠。③当有多个不加工表面时，应选择与加工表面位置精度要求较高的表面作为粗基准。下一页上一页返回任务４选择轴类零件的定位基准和

加工装备④当工件的加工表面与某不加工表面之间有相互位置精度要求时，应选择该不加工表面作为粗基准。⑤当工件的某重要表面要求加工余量均匀时，应选择该表面作为粗基准。⑥粗基准在同一尺寸方向上应只使用一次。（３）轴类零件的粗加工，可选择外圆表面作为定位粗基准，以此定位加工两端面和中心孔，为后续工序准备精基准。下一页上一页返回任务４选择轴类零件的定位基准和

加工装备三、轴类零件加工装备的选择１机床夹具的分类（１）通用夹具：指尺寸已经系列化、形状已经标准化、无需调整或稍加调整就可用于装夹不同工件的夹具，如三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘、平口钳、回转工作台、分度头、电磁吸盘、中心架、跟刀架和顶尖等。这类夹具一般由机床制造厂以机床附件的形式提供给用户，也可在市场采购或向专业制造厂定购。其最大特点是通用性好，生产准备周期短，但定位夹紧过程费时费力，一般效率较低，所以主要用于单件、小批量生产。下一页上一页返回任务４选择轴类零件的定位基准和

加工装备（２）专用夹具：专门为某一工件的一道工序加工而设计制造的夹具。其结构紧凑，操作方便，生产效率高。主要用于产品固定的大批大量生产，但设计、制造的费用高，周期长。（３）组合夹具：是指由一套大部分通用的元件和部件组合而成的夹具。这种夹具进行拆卸或重新组装后，可加工不同的工件，具有生产周期短、专用夹具的品种和数量少的优点。适用于新产品的试制及多品种、小批量的生产。２.车床常用夹具及夹紧方法车床常用夹具及夹紧方法见表４-４。下一页上一页返回表４-４常用的车削装夹方法返回下一页任务４选择轴类零件的定位基准和

加工装备３车床常用夹具的特点工件的装夹方法大体上可分为卡盘装夹、顶尖装夹、传动轴装夹三种。（１）卡盘装夹卡盘的种类主要有三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘和花盘等。①三爪自定心卡盘。图４-６所示的三爪自定心卡盘能自动定心，装夹方便，应用广泛。但它的夹紧力较小，且不便于夹持外形不规则的工件。主要适用于装夹轴类、盘套类零件。下一页上一页返回图４-６三爪自定心卡盘返回任务４选择轴类零件的定位基准和

加工装备（２）顶尖装夹双顶尖装夹见表４-４，适于较长的轴类工件（４＜长径比＜１５）。加工细长轴（长径比＞１５）时，为减小工件振动和弯曲变形，常用跟刀架或中心架作辅助支承，以增加工件的刚性，表４-４所示为最常用的车削装夹方法。（３）传动轴装夹对于以孔为定位基准的盘套类工件，可采用传动轴装夹，因其易于保证外圆、端面和内孔之间的位置精度，图４-９所示，为常用的圆柱传动轴和花键传动轴。下一页上一页返回任务４选择轴类零件的定位基准和

加工装备任务实施一、选择传动轴的精基准和夹紧方案根据基准重合原则，考虑选择传动轴的轴线作为定位精基准是最理想的，即采用两端中心孔作为精基准，如图４-１０所示。二、选择传动轴的粗基准和夹紧方案选择毛坯φ５１外圆作为粗基准，能方便地加工两端面和中心孔，可以尽快获得精基准，如图４-１１所示。下一页上一页返回图４-１１传动轴粗基准返回图４-９圆柱传动轴和花键传动轴返回任务４选择轴类零件的定位基准和

加工装备三、选择传动轴的加工装备根据传动轴的工艺特性，加工设备采用通用机床，即普通车床、立式铣床、万能磨床。工艺装备采用通用夹具（三爪卡盘及顶尖）、通用刀具（标准车刀、键槽铣刀、砂轮等）、通用量具（游标卡尺、外径千分尺等）。上一页返回任务５拟定轴类零件的工艺路线教学目标掌握选择轴类零件各表面的加工方法。掌握初步拟定轴类零件机械加工工艺路线的方法。任务引入通过选择传动轴表面的加工方法以及初步确定传动轴机械加工工艺路线，学习选择轴类零件的加工方法，以及轴类零件机械加工工艺路线的拟定方法。下一页返回任务５拟定轴类零件的工艺路线相关知识一、轴类零件表面常用的加工方法１轴类零件外圆的加工方法（１）车削加工车削加工是轴类零件外圆的主要加工方法。根据生产批量不同，可在卧式车床、多刀半自动车床或仿形车床上进行。轴类零件外圆车削的工艺范围很广，根据毛坯的类型、制造精度以及轴的最终精度要求不同，可采用粗车、半精车、精车和细车等不同的加工阶段。下一页上一页返回任务５拟定轴类零件的工艺路线（２）磨削加工磨削加工是轴类零件外圆精加工的主要方法。它既能加工淬火零件，也能加工非淬火零件。通过磨削加工能有效地提高轴类零件，尤其是淬硬件的加工质量。磨削加工可以达到的经济精度为ＩＴ６级，表面粗糙度Ｒａ可达到０.３２μｍ～１.２５μｍ。根据不同的精度和表面质量要求，磨削可分为粗磨、精磨、细磨和镜面磨削等。下一页上一页返回任务５拟定轴类零件的工艺路线２轴类零件键槽的加工方法键槽是轴类零件上常见的结构，其中以普通平键应用最为广泛，通常在普通立式铣床上用键槽铣刀加工。键槽一般都放在外圆精车或粗磨之后、精加工之前进行。如果安排在精车之前铣键槽，在精车时由于断续切削而产生振动，既影响加工质量，又容易损坏刀具。另一方面，键槽的尺寸也较难控制。如果安排在主要表面的精加工之后，则会破坏主要表面的已有精度。下一页上一页返回任务５拟定轴类零件的工艺路线二、加工阶段的划分（１）加工阶段按加工性质和作用的不同可分为粗加工、半精加工和精加工三个阶段。（２）划分加工阶段的作用①避免加工残余应力释放过程中引起工件的变形。②避免粗加工时较大的夹紧力和切削力所引起的变形对精加工的影响。③及时发现毛坯的缺陷，避免不必要的损失。④便于精密机床长期保持精度。⑤热处理工序的安排要求。下一页上一页返回任务５拟定轴类零件的工艺路线三、切削加工顺序的安排原则（１）按“先基面、后其他”的顺序，先加工基准表面，后加工其他表面。（２）按“先主后次、先粗后精”的原则，先加工主要表面（指装配基面、工作表面等），后加工次要表面（指沉孔、螺孔等），先安排粗加工工序，后安排半精加工、精加工工序。（３）对于与主要表面有位置要求的次要表面，应安排在主要表面加工之后再加工。（４）除各工序操作者自检外，零件全部加工结束之后应单独安排检验工序。下一页上一页返回任务５拟定轴类零件的工艺路线四、中心孔的应用与加工（１）中心孔的形式与应用范围见附表２２《常见中心孔形式与应用范围》，选用按附表２３《中心孔的尺寸及其选用》。（２）车床上常用加工中心孔的方法见附表２４《车床上常用加工中心孔的方法》。（３）两端中心孔（或两端孔口６０°倒角）作为工件车削和磨削加工的定位基准，其误差会直接影响工件的加工精度。中心孔误差如图４-１２所示。（４）中心孔在使用过程中的磨损及热处理后产生的变形都会影响加工精度。因此，在热处理之后、精加工之前，应安排研修中心孔工序，以消除误差。中心孔的研修方法如图４-１３和表４-５所示。下一页上一页返回表４-５中心孔的研修方法返回图４-１３中心孔研修返回任务５拟定轴类零件的工艺路线任务实施一、确定各表面的加工方法根据加工表面的精度和表面粗糙度要求，查附表１０《外圆表面加工方案》可得各加工表面的加工方案，详见表４-６。下一页上一页返回表４-６各加工表面的加工方案返回任务５拟定轴类零件的工艺路线二、初步拟定传动轴机械加工工艺路线１划分加工阶段根据以上相关知识和分析可知，传动轴主要表面的加工可划分为粗加工、半精加工和精加工三个阶段。２安排加工顺序根据机械加工的安排原则，先安排基准和主要表面的粗加工，然后再安排基准和主要表面的精加工。先以φ５１作为基准粗加工两端中心孔（精基准），加工两端中心孔前需车平两端面。３初步拟定工艺路线上一页返回任务６设计轴类零件的加工工序教学目标掌握轴类零件工序加工余量及尺寸的确定方法。掌握轴类零件工序加工时定额的计算方法。任务引入通过具体确定传动轴各工序加工余量及工序尺寸，来计算传动轴各工序工时的定额，学习轴类零件工序尺寸及其公差的确定方法，以及工时定额的计算方法。相关知识一、时间定额的概念

时间定额是在一定的生产条件下，规定生产一件产品或完成一道工序所消耗的时间。时间定额是安排作业计划、进行成本核算、确定设备数量和人员编制、规划生产面积的重要依据。下一页返回任务６设计轴类零件的加工工序二、时间定额及其组成时间定额由以下几部分组成。１基本时间直接改变生产对象的尺寸、形状、性能和相对位置关系的时间。２辅助时间为配合基本加工工作完成各种辅助动作所消耗的时间。确定辅助时间的方法与零件生产类型有关。基本时间与辅助时间的总和称为作业时间。３布置工作地时间为使加工正常进行，照管工作地所消耗的时间，称为布置工作地时间，又称工作地点服务时间，一般按作业时间的２％～７％估算。下一页上一页返回任务６设计轴类零件的加工工序４休息和生理需要的时间

工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，一般按作业时间的２％估算。５准备与终结时间工人为生产一批工件而进行准备和结束工作所消耗的时间。三、时间定额的制定方法１经验估算法工时定额员和工人根据经验对产品工时定额进行估算的一种方法，主要应用于新产品试制。２统计分析法对多人生产同一种产品测出的数据进行统计，计算出最优数、平均达到数、平均先进数，并以平均先进数为工时定额的一种方法，主要应用于大批、重复生产的产品工时定额的修订。下一页上一页返回任务６设计轴类零件的加工工序３类比法主要于有可比性的系列产品。４技术定额法分为实测法和计算法两种，是目前最常用的方法。任务实施一、确定传动轴各工序加工余量及工序尺寸