机械毕业设计（论文）-板材送料装置的设计【全套图纸】

毕业设计（或论文）说明书 1 第一章第一章概概 述述 1.1SPT120-12A511 送料装置送料装置 SPT120-12A51 推料装置推料装置主要应用大型板材加工设备中， 通过自动快速的运送板材提高了板材加工设备的工作效率。 SPT120-12A51 推料装置主要由传动轴和板料推块组成，主要担任板材 的加工成型之后的获取和收集，是板材加工原材料的重要加工阶段。板材加工 过程对板材的需求量很大，因此送料设备的工作效率至关重要。通过自动化推 料装置的采用，提高了成型板材的收集为更大限度的提高整个板材加工的工作 效率提供了上升空间。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706153893706 1.2送料装置的作用和要求送料装置的作用和要求 送料装置是板材加工工作中的一个重要部分，它通过快速对成型板材的快 速收集来保证整个设备的正常运转，自动化程度高的送料装置可以使整个设备 处于告诉运行中，而不出现成型板材的过度累计影响生产。 在板材的加工生产中，板材的剪切是通过专用机械快速进行的，因此板材 的送进对板材的送进和运输要求很高。如果加工过程中，送料装置的收集能力 无法符合加工设备时就会出现板材的过度积累，影响加工效率和生产安全。 毕业设计（或论文）说明书 2 送料装置的主要功能是收集板材，但装设在不同的机械设备中，其 作用亦有所不同，但基本要求是一致的，即： （ 1） 能快速收集板材，保证加工设备的正常工作。 （ 2） 传动部件对板材的磨损要小，避免在运送过程中对板材的 表面产生损害，降低成品的价值。 （ 3） 结构简单，送料装置在板材加工设备中不是主要部件，太 过复杂会影响整个设备的制造成本，而且会造成不必要的浪费。 （ 4） 噪音低，避免增加本就高噪音的设备对环境造成的污染。 1.3 送送料料装装置置的的分分类类和和特特点点 送料装置根据应用的设备不同，按其传动方式分为不同的几个类型。具体 为： 空气送料装置：利用气动装置进行送料； 自动送料装置：通过机械手臂进行送料； 滚轮送料装置：通过滚轮进行送料； 电磁送料装置：通过电磁原理进行送料； 本送料装置的主要特点为板材的的传动方式为轴传动，轴与板材的接触为 点接触，因此对板材的摩擦很小，不会对板材有很大的损伤，最大程度的保持 了板材的价值。在板材收集的方面采用的若干个推块将板材统一收集，不进提 高了收集速度，而且还可以使板材统一堆放。电动机与推块之间的传动通过皮 带传动，这种传动方式为柔性传动，不会对板材和电动机产生损害。此装置的 结构简单，造价低廉，便于普及。 1 14 4 国内外研究状况国内外研究状况 随着技术更新的日益加快，在送料装置的结构上都在不断创新。我国在板 材推料的研究方面也有一定的成果。中南科学院廖卫献所设计的电磁式自动下 料装置，冲压的硅块由 84 增长到 96 块，材料利用率增长了 14.28%，通过此种 方法，可以实现冲床每年提高加工能力 160300t 。在众多推料装置中，其结 构形式有许多种。比如机械手式，当板料加工完成后经皮带传送到机械手部， 有机械手将板料放到落料架内，整个过程完成迅速，还可以将不同尺寸的板料 分开，大大提高了工作效率。 国外的送料装置发展多向自动化的方向发展，气动和电磁式的送料装置被 毕业设计（或论文）说明书 3 大量使用，因此生产效率提高幅度比较大，然而这些装置的造价比较昂贵在国 内的使用普及率比较低。 1.5 送料装置课题研究意义送料装置课题研究意义 通过对此种设备的研究可以大副提高板材加工的效率。板材在当前工业生 产加工中的需求日益加大，以前的加工设备已经渐渐难以提供足够量生产原材 料。在板材的批量加工日渐被企业所采用，其送料装置的发展也应跟上发展趋 势。所以对送料装置的研究与开发有着十分重要的意义。 1.6 课题来源 本课题是根据学校安排，由老师安排拟订的题目。 1.7 课题目的 一方面，本着要自己动手，并在实践中创新求学的认真态度，让理论知 识与社会实践能很好的结合，让我们对大学四年有一个总结性认识。另一方 面，毕业设计是另一种科学技术创新的来源所在，社会的进步、人类的发展 要我们从自己开始做事开始进步，开始走向更广阔的舞台。 毕业设计（或论文）说明书 4 第二章第二章 送料装置各部零件的设计送料装置各部零件的设计 2.1 SPT120-12A51 推料装置简介 SPT120-12A51 推料装置广泛吸收国内外现有的轴工艺，链传动的 基础上，针对板材的型号长、厚、宽分别为 5m12m，410mm，300mm 500mm 而开发研制的。该装置靠轴对板材进行传动，磨损小，速度快，结构简 单。通过简单的滑块对板材产生推力，将板材收集到落料架中，其结构简单效 率高，传动平稳，节省材料。 2.2 SPT120-12A51 推料装置的工作原理 推料装置放在台架上，当工件（板材）冲完空后，从主机被拉倒辊子上时， 电机 7（图示）启动，通过传动轴(2、3、4、5、6)带动链条转动，推块 1 从 下边链条转到上边链条上，从工件侧面推动工件，几个推动同时推动工件，工 件被推倒落料箱斜面的滚轮上，从而靠重力滑进料箱中。推块转到下边链条上， 接近开关感应到推块，发出信号至控制中心，控制中心发出指令，让电机 7 停 止，从而推块在下边的链条停住，完成一个工作循环。 毕业设计（或论文）说明书 5 图 2-1 2.3 SPT120-12A51 推料装置结构组成及其各部分的功用 2.3.1 动力源 该装置的动力通过一部减速电机提供。电机选用功率为 0.55W 的减速电机 D43-Y0.55-4p-27.96-W3-0。推块经过传动获得的功率为： 0.55 0.95 0.95 0.97 0.970.453kw 推块与辊间摩擦力：N 33 0.15 10 1012 500 100.980.00882 推块推力：0.453kw/0.22m/s=2.06N 大于推块与辊间摩擦力 0.0082N 2.3.2 传动件 该装置中的轴作用是通过链条传动将电机的动力传动到推块上，以完成对 板材收集，整个装置由 5 种长度不相同的轴相连而成。 1）轴是组成机械的主要零件之一。一切作回转运动的传动零件（例如齿 轮，蜗轮等） ，都必须安装在轴上才能进行运动及动力的传递。因此周的主要 功用是支承回状零件及传递运动和动力。 主要是碳钢和合金钢。由于碳钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性较低， 同时也可以用热处理或化学处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度，故采用碳 钢制造轴尤为广泛，其中常用的是 45 钢。 合金钢比碳钢具有更高的力学性能和更好的淬火性能。因此，在传递大动 力，并要求减小尺寸与质量，提高轴颈的耐磨性，以及处于高温或低温条件下 工作的轴，常采用合金钢。 根据本产品中所用轴的工作特点，在设计中采用的是普通传动轴，材料为 45 钢，其主要作用是传递运动和转矩，使推块得到动力和运动。 2）链传动是应用广泛的一种机械传动。它是由链条和主从动链轮所组成。 链轮上有特制齿形的齿，依靠链轮轮齿与链节的啮合来传递运动和动力。链传 动是属于带有中间挠性件的啮合传动。与属于摩擦传动的带传动相比，链传动 无弹性滑动和打滑现象，因而能保持准确的平均传动比，传动效率较高；又因 毕业设计（或论文）说明书 6 链条不需要像带那样张得很紧，所以作用于轴上的径向压力较小；在同样使用 条件下，链传动结构较为紧凑。同时链传动能在高温及速度较低的情况下工作。 与齿轮传动相比，链传动的制造与安装精度要求较低，成本低廉；在远距离传 动时，其结构比齿轮传动轻便得多。链传动的主要缺点是：在两根平行轴之间 只能用于同向回转的传动；运转时不能保持恒定的瞬间传动比；磨损后易发生 跳齿；工作时有噪声；不易在载荷变化很大和急速反向的传动中运用。 链传动主要在要求工作可靠，且两轴相距较远，以及其他不宜采用齿轮传 动的场合。例如在摩托车上应用了链传动，结构上大为简化，而且使用方便可 靠。链传动还可以应用在低速重型及极为恶劣的工作条件下，例如掘土机的运 行机构，虽常受到土块，泥浆及瞬时过载等影响，但仍能很好的工作。 按用途不同，链可以分为：传动链、输送链、和起重链。输送链和起重链 主要用于运输和起重机械中。而在一般机械传动中，常用的是传动链。 传动链传递的功率一般在 100kW 以下，链速一般不超过 15m/s，推荐使用 的最大传动比。传动链有短节距精密滚子链、齿形链等类型。其中滚 max 8i 子链使用最广，齿形链使用较少。 2.3.3 支撑柱 支撑柱是装置的支撑部件，轴由支撑柱固定在装置上。支撑柱属于支撑部 件，属机座类。这部分部件在很大程度上影响着机器的工作精度及抗振性能， 还影响着装置的耐磨性等。本装置的支撑柱部分采用了肋板设计从而增加了支 撑柱的强度和刚度。这种设计在增大强度和刚度的同时又可以减少壁厚和质量， 进一步减少了制造成本。对于焊接件来说薄壁更容易保证焊接的品质。本装置 的支撑柱材料为 45 钢。 2.3.4 推块 推块 本设备的板材收集装置通过若干个推块来完成。采用推块对板材进行收 集不仅动作迅速而且可以更大程度的减少电机功率达到节约能源减少消耗的目 的。推块选用 45 钢，此种材料价格低廉，加之推块用料极少极大的节约了生 产用料。 2.4 推料装置的技术特点 毕业设计（或论文）说明书 7 支撑柱和机座为焊接件它们的主要技术特点是：板件不得出现明显焊接变形， 焊后清渣，焊后去焊接应力，锐边倒钝，发黑处理。轴的材料为 45 钢，加工 时注意锐边倒钝和 T235。 25 设计的有关技术参数 钢板：厚 410mm，长 312m，宽 300500mm； 钢板翘曲最大 30mm 第 3 章 推料装置的工艺规程设计 毕业设计（或论文）说明书 8 3.1 轴的功用 轴是该装置的重要组成部分，是滑块推动板材的传动部件。轴按照承受载荷的 不同，轴可以氛围转轴，心轴和传动轴三类。本产品采用的轴的类型为传动轴， 轴的主要特点是结构简单，造价低廉，传动效果好，能够很好的完成工作任务。 32 工艺规程设计 321 确定毛坯的制造形式 轴是常用的传动件，要求有一定的刚度和强度，选择零件的材料为 45 钢。 由于零件是小批量生产，而且零件的轮廓尺寸不大，故可采用锻造成型。这从 提高生产效率，保证加工精度上考虑，也是应该的。 轴的毛坯采用锻造的方法制造。根据生产规模的不同。毛坯的锻造方式有 自由锻和模锻两种。自由锻造设备简单，但毛坯精度较差，加工余量较大，而 且形状复杂的毛坯不容易锻造，多用于中、小批量生产。模锻的毛坯制造精度 高，加工余量小，生产率高，可锻造形状复杂的毛坯。而且材料经模锻后，纤 维组织的分布更有利于提高零件的强度。但模锻需要昂贵的设备，且需制造专 用锻模，因而只适用大批量生产。 322 轴的工艺方案 1 轴的加工工艺过程的制定 轴的加工工艺过程制定的依据是轴的结构、技术要求=生产批量和设备条 件。 本产品采用阶梯轴，毛坯采用实心锻件。 2 轴的加工工艺过程的分析 1）粗加工阶段。这个阶段的主要目的是用大的切削量切除大部分余量， 把毛坯加工至接近工件的最终尺寸和形状，只留下少的加工余量。改阶段还可 以及时发现锻件的裂缝等缺陷，以采取相应的措施。 A 毛坯处理。备料、锻造和正火 B 粗加工。去除多余的部分，铣端面，打顶尖孔和粗车外圆等 2）半精加工阶段。这个阶段的主要目的是为精加工作好准备，对一些要 毕业设计（或论文）说明书 9 求不高的表面，在这个阶段加工到图纸规定的要求。 A 半精加工前热处理。对 45 钢采用调质处理。 B 半精加工。车定位锥孔，半精车外圆端面。 3）精加工阶段。改阶段的目的是把各个表面最终加工到图纸规定的要求。 A 精加工前热处理。局部高频淬火 B 精加工强各种加工。粗磨定位锥孔，精车与粗磨外圆，铣花键和键槽， 以及车螺纹等。 C 精加工。精磨外圆和内、外锥面以保证轴最重要的表面的精度。 3 定位基准的选择。顶尖孔是周类零件最常用的定位基准，这是因为其各 外圆表面、锥面、锥孔、螺纹表面之间的同轴度，以及端面对回转表面的垂直 度等有较高的位置精度要求，用两顶尖定位既符合基准重合原则又符合基准统 一原则。本产品的轴在加工过程中要先车端面，然后打顶尖孔，这样可以保证 轴在加工中的同轴度，使轴加工后的基准符合标准。 第 4 章 轴的校核 轴在载荷作用下，将产生弯曲或扭转变形。若变形量超过允许的限度，就 会影响轴上的零件的正常工作，甚至丧失机器应有的工作性能。例如，安装齿 轮的轴，若弯曲刚度（或扭转刚度）不足而导致挠度（或扭转角）过大时，将 毕业设计（或论文）说明书 10 影响齿轮的正确啮合，使齿轮沿齿宽和齿高方向接触不良，造成载荷在齿面上 严重分布不均。又如采用滑动轴承的轴，造成不均匀磨损和过度发热。因此， 在设计有刚度要求赌咒时，必须进行刚度的校核计算。 4.1 按扭转强度条件计算 轴的扭转强度条件为： 3 950000 0.2 TT T P T n Wd 式中：扭转切应力，单位 T pa M T ：轴所受的扭矩，单位mmN ：轴的抗扭截面系数，单位 T W 3 mm ：轴的转速，单位为n/minr P ：轴传递的功率，单位KW d ：计算截面处轴的直径，单位为 mm ：许用扭转切应力，单位为 T pa M 由上式可得轴的直径： 3 33 2 . 0 950000 2 . 0 950000 n Pp d T n T 其中： = ，则 n=1398i 1 27.96 n n 电机 1 n i 电机 /minr P=0.55 0.96=0.528p: 链条电机 KW 由机械设计表 15-3 得： =45， 轴的材料为 45 钢 T pa M 则，=20mm 33 95500000.528 0.2 451398 d 毕业设计（或论文）说明书 11 取 =35mm min d 对于直径的轴，有一个键槽时，轴径增大 5%7%，因此，=109dmm: 1 d +7%=35 7%+35=37.45圆整后=40 min d min dmm 1 dmm 4.2 确定轴的主要结构尺寸 根据轴上的零件确定轴的结构尺寸，如图 3-1 所示 图 4-1 4.3 链传动的受力分析 （1） 紧边所受的拉力= 1 F ecf FFF 式中 ：有效圆周力，单位为 N e F ：离心力，单位为 N c F ：悬垂拉力，单位为 N f F （2） =1000= e F p v 式中：P ：传递的功率，单位为；KW 毕业设计（或论文）说明书 12 ：链速 ，单位为，v/m s V=0.22/ 60 1000 dn m s /m s 因此，=1000=1000=2400N e F p v 0.528 0.22 （3）= c F 2 qv 式中： 单位长度链条的质量，单位为，取带为 12A，则=1.5q/kg mq/kg m 则=1.5=0.0726N c F 2 qv 2 0.22 (4) 的大小与链条的松边垂度及传动的布置方式有关，在和中选用 f F f F f F 大者。 = f F 2 10 f F qa = f F 2 (sin)10 f Kqa 式中： 链传动的中心距，单位为amm 单位长度链条的质量，单位为q/kg m 垂直系数 f K =361.95 =40 =3.62ammfmm 由 机械设计图 9-11 得 =10 f K =10 1.5 361.95=54.3 f F 2 10 f K qa 2 10N =57.56N f F 2 (sin)10 f Kqa 毕业设计（或论文）说明书 13 取=57.56N f F 因此 =2400+0.0726+57.56=2457.63N 1 F ecf FFF （5） 链的松边拉紧 0.0726+57.56=57.63 2 F cf FF 4.4 按弯扭合成强度条件计算 图 4-2 (1)根据机构尺寸确定作出轴的计算简图， 如 4-2 所示由=0 A M 得： =155.63N 1 2457.63 710 48710 B F a F ab : =0 B M 得： （a+b）=0 1 Fb : A F = A F 1 2457.63 710 2302 48710 F b N ab : (2) a 简力图 毕业设计（或论文）说明书 14 图 4-3 弯矩mmNFaM A 110496230248 max B 弯矩图 图 4-4 扭矩mNmNTT96%96100 0链 C 扭矩图 毕业设计（或论文）说明书 15 图 4-5 （3）校核轴的强度。 22 1 () ca MT W 式中： 轴的计算应力，单位为 ca pa M 轴所受的弯矩，单位为MmmN 轴所受的扭矩，单位为TmmN 轴的抗弯截面系数，单位为，公式见机械设计（第 7 版）表W 3 mm 15-4 对称循环变应力时轴的许用弯曲应力，其值按机械设计（第 7 版） 1 15-1 选用 3222 3 ()3510 5 (355) 3564.2 322322 35 dbt dt Wmm d 取 =1，=60 毕业设计（或论文）说明书 16 = 合格 ca 2222 1 ()11049696000 4107 3564.2 MT W 4.5 按疲劳强度条件进行精确校核 这种校核计算的实质在于确定变应力情况下轴的安全程度。在以知轴的外 形、尺寸及载荷的基础上，即可通过分析确定出一个或几个危险截面（这时不 仅要考虑弯曲应力和扭转切应力的大小，而且要考虑应力集中和绝对尺寸等因 素影响的程度） ，计算安全系数并应使其稍微大于或少于等于设计安全系数 ca S S。 （1）判断危险截面 从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看，截面、引起的应力集中最为严重， 但面的左侧同时受力弯矩和扭矩，因此面比面危险。而键槽的应力集中 系数比、面小，因而该轴只需校核截面左右两侧即可。 （2）截面左侧 抗弯截面系数 3333 0.10.1 354287.5Wdmmmm 抗扭截面系数 3333 0.20.2 358575 T Wdmmmm 截面左侧的弯矩 M 为： 7325 11049672654.9 73 MN mmN mm : 截面上的扭矩 T 为： 9600TN mm: 截面上的扭转切应力： 96000 16.9 8575 Taa T T MpMp W 轴的材料围 45 钢，调质处理。机械设计（第 7 版）表 15-1 查得 ， 1 155 15.55 11.211.2 1.730.05 22 Tm S k 640 Ba Mp 1 275 a Mp 1 155 a Mp 毕业设计（或论文）说明书 17 截面上由于轴肩而形成理论应力集中系数及按机械设计（第 7 版）附表 3-2 查取。因 =， ，可查得：=，= r d 2.0 0.057 35 40 1.14 35 D d 2.0 1.34 又由附图 4-1 可得轴的材料的敏性系数为 0.82,0.85qq 故有效应力集中系数按式（附 4-4）为 1(1)1 0.82 (2.0 1)1.82kq 1(1)1 0.85 (1.34 1)1.29kq 由附图 4-2 得尺寸系数；由附图 4-3 得扭转尺寸系数0.81 0.87 轴按精车加工，由附图 3-4 得表面质量系数为 0.8 轴未经表面强化处理，即，则综合系数值为1 q 11.821 112.50 0.810.8 k K 11.291 111.73 0.870.8 k K 又由3-1 及3-2 得碳钢的特性系数 取2 . 01 . 0 0.1 ，取1 . 005 . 0 0.05 毕业设计（或论文）说明书 18 于是，计算安全系数值，得 ca S 1 275 6.51 2.5 16.50.1 0 bm S k 1 155 15.55 11.211.2 1.730.05 22 Tm S k 故可知安全。 （1） 截面右侧 抗弯截面系数 W： 5 . 16 55.16551 . 6 55.1551 . 6 2222 0 S SS SS Sca 333 0.10.1 406400Wdmm 抗扭截面系数： T W 333 0.20.2 4012800 T Wdmm 弯矩 M 及弯曲应力为： mmNmmN 9 . 72654 73 25.73 110496 72654.9 11.35 6400 baa M MpMp W 扭矩及扭转切应力为：T=96000 3 TmmN 96000 7.5 12800 Taa T T MpMp W 过盈配合处的值，由机械设计（第 7 版）附表 3-8 用插入法求出，并取 /k =/k 0.8/k 毕业设计（或论文）说明书 19 ， 2.83 k 2.83 0.82.26 k 轴按精车加工，由附图 4-4 得表面质量系数为0.8 故得综合系数为： 11 2.8313.08 0.8 k K 11 2.2612.51 0.8 k K 所以轴在截面右侧的安全系数为： 1 275 7.87 3.08 11.350.1 0 bm S k 1 155 16.15 7.57.5 2.510.05 22 bm S k 5 . 107 . 7 15.1687 . 7 15.1687 . 7 2222 0 S SS SS Sca 故该轴在截面右侧的强度也是足够的，宗上所述该轴符合要求。 毕业设计（或论文）说明书 20 第五章 经济分析与资源分析 经济性是机械产品的重要指标之一，从产品设计到产品制造，应 始终贯彻经济性原则，设计中在满足零件使用需求的前提下，从以下 几个方面来主要体现了本设计的经济性： 5.1 国家宏观调控政策有利于板材送料装置行业的发展 国家振兴装备制造业政策，特别是最近中央经济工作会议精神，国家仍 将继续执行“双稳健”的财政政策和发展内需的宏观经济政策，以及国家近期 出台的有关工、农业政策和调控政策，还有对节能降耗，环境保护的部署等， 为机械工业提出了新的要求，扩展了机械产品的市场，机械工业仍将保持高速 发展，必然带动板材送料装置行业的发展。 板材送料装置行业是配套件行业，受主机行业的影响很大。据有关行业 预测，目前各主机行业企业 2006 年在手的任务十分饱满，特别是国家重点工 程所需的重大装备和大型高档产品需求十分火暴，仍处于供不应求的局面，必 然拉动板材送料装置行业的发展。 52 可能影响经济运行质量的问题 燃料、动力、原材料价格上涨，影响企业的效益 煤、油、电力以及原辅材料和钢材的价格上涨，将直接影响板材送进夹钳 装置产品的生产成本，降低企业的经济效益。企业很难通过加强管理，靠企业 内部挖潜对这部分予以补偿。在企业利润空间不大的情况下，会降低企业的经 济效益，影响行业企业的长远发展的后劲。 53 产品的经济优势 本产品通过对结构的设计尽可能的节约材料的使用。例如：通过在支撑 部件上加以筋板来增加支撑部件的刚度和强度，这种设计不仅能保证产品结构 的性能，而且使材料的使用降到最低；本产品采用推块来实现对板材的收集， 这种设计使动力对能量的消耗降到最低。产品所采用的电机功率为 0.55w，不 仅功率低能耗小而且满足动力要求；产品尽量的采用简单设计，使本产品的结 毕业设计（或论文）说明书 21 构简化，成本进一步降低，可以更大程度的对本产品在市场上普及。产品在板 材运输板材的装置上采用辊传动，这样既节约材料降低成本而且使板材与设备 间的摩擦降低，减少设备对板材的磨损。在推块的传动上，本产品采用链传动， 这种传动系统结构简单，其特点更加适合对推块的传动，而且价格便宜，易于 制造。 通过对本产品经济性的分析，可以清楚的看到，本产品有着很好的经济 性和实用性。由于简单实用本产品可以很容易的应用到各种板材加工设备中， 并能很好的完成响应的任务。当然本产品也有一定的不足，在今后的研究中会 加以改进。 结结 论论 当今社会对生产力的要求日益提高，对制造业设备的自动化要求随之提 毕业设计（或论文）说明书 22 高。虽然我们国家再制造业的发展上还远远落后于发达国家，但今年来通过国 家对制造业的重视，我国的制造工业正在逐步复苏，通过提倡科技是第一生产 力大力发展现代化的制造工艺，使我国的制造业得到了长足发展。与发达国家 的差距正在日益缩小。我所设计的板材送料装置是一种自动化板材收集装置， 可以进一步降低工人的劳动强度，提高板材加工设备的加工效率。对制造业的 发展有着重要意义。 通过这端时间内对资料的收集整理和设备设计，SPT120-12A51 推 料装置终于设计完成。通过这次机会整理资料和实际设计，帮助我将大学四年 内所学的知识进行了总结，使我更加深刻的体会了独立思考和独立设计。在遇 到书本上无法获得的知识时我学会了通过查询资料，在其中总结和学期。这种 重要的学习方法在日后的工作和学习中对我有着十分重要的意义。通过此次设 计也为我今后在工作岗位上的发展打下了坚实的基础。 致 谢 毕业设计结束了，在这 3 个月里我终于完成了对 SPT120-12A51 推 料装置的设计。在此次设计中要重要感谢指导老师卢玉梅老师，以及各位机制 毕业设计（或论文）说明书 23 教研室老师的大力支持与帮助。在整个设计过程中，老师给予了我极大的鼓励 和支持，帮助我战胜了种种困难，在老师的指导下使我对所设计的内容有了更 深层次的理解。在设计过程中我苦恼过任务的繁重和资料的匮乏，但在老师的 指导下我还是完成了此次设计任务，在收获的同时更使我对未来产生了无限的 向往。我将尽全力去完成以后所接受的所有困难。 我所掌握的知识还是十分有限，因此在设计过程中不免有错误和不妥，希 望能得到广大老师的批评和指导，以便在今后的学习过程中可以有更大的提高。 参考文献 1.成大先主编. 机械设计手册.化学工业出版社.2004 2.杨叔子主编.机械加工工艺师手册.机械工业出版社.2003 毕业设计（或论文）说明书 24 3.李喜桥主编.加工工艺学.北京航空航天大学出版社.2003.3 4.郑涣文主编.机械制造工艺学.高等教育出版社.1994 5.蔡光起主编.机械制造工艺学.东北大学出版社.1994 6.赵志修主编.机械制造工艺学.机械工业出版社.1985 7.李文双主编.机械制造工程学.黑龙江科学技术出版社.2004 8.周伟平主编.机械制造技术.华中科技大学出版社.2002 9.吴善元主编.金属切削原理与刀具.机械工业出版社.2003 10.庞怀玉主编.机械制造工程学.机械工业出版社.1998 11.陈泽民主编.公差配合与测量.高等教育出版社.1984 12.刘晋春等主编.各种加工.机械工业出版社.1999 13 刘鸿文主编材料力学高等教育出版社，2003，3 14 王焕庭，徐善国等主编机械工程材料大连理工大学出版社，1998，6 15 成大先主编轴及其连接化学工业出版社2001.11：3-41，91-92 专题论文 浅谈轴类零件加工工艺浅谈轴类零件加工工艺 毕业设计（或论文）说明书 25 摘要：轴是组成机器的主要零件之一，一切作回转运动的传动零件（例如齿轮， 蜗轮等） ，都必须安装在轴上才能进行运动及动力的传递。它通常被用于支撑 传动件的传递扭矩。轴是旋转体零件，其长度大于直径。加工表面通常由内外 圆柱面、圆锥面、螺纹、花键、横孔、沟槽等。 关键字：轴，精度，基准 正文：轴是组成机械的主要零件之一，所以在机械加工中轴的加工工艺是做为 重中之中来进行研究的。目前我国正在大力发展制造工业，因此对轴类加工工 艺的研究也提出了新的要求。在当今各国加工工艺飞速发展，对零件的加工精 度不断提高，各种高精密设备的应用使零件的加工速度和加工精度比以往有了 很大改观，因此我们也应该有责任去追赶并超越。作为一名从事机械行业的学 生我也要谈一下自己对该方面的见解。 一一 概 述 1 轴类零件的功用与结构特点 轴类零件主要用于支承传动零件（齿轮、带轮等），承受载荷、传递转矩 以及保证装在轴上零件的回转精度。 根据轴的结构形状，轴的分类如图 6 1 所示。 根据轴的长度 L 与直径 d 之比，又可分为刚性轴（ L/d 12 ）和挠 性轴（ L/d 12 ）两种。 轴类零件通常由内外圆柱面、内外圆锥面、端面、台阶面、螺纹、键槽、 花键、横向孔及沟槽等组成。 2 轴类零件的技术要求、材料和毛坯 装轴承的轴颈和装传动零件的轴头处表面，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 毕业设计（或论文）说明书 26 直度等）及表面粗糙度要求均较高，是在制订轴类零件机械加工工艺规程时， 应着重考虑的因素。 一般轴类零件常选用 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 等低碳合金钢 进行渗碳淬火，或用 38CrMoAlA 氮化钢进行氮化处理。 外圆表面是轴类零件的主要表面，因此要能合理地制订轴类零件的机械加 工工艺规程，首先应了解外圆表面的各种加工方法和加工方案。本章主要介绍 常用的几种外圆加工方法和常用的外圆加工方案。轴类零件的毛坯最常用的是 圆棒料和锻件，只有某些大型的、结构复杂的轴才采用铸件（铸钢或球墨铸铁） 。 二 外圆表面的加工方法和加工方案 1 1 外圆表面的车削加工外圆表面的车削加工 根据毛坯的制造精度和工件最终加工要求，外圆车削一般可分为粗车、半 精车、精车、精细车。 粗车的目的是切去毛坯硬皮和大部分余量。加工后工件尺寸精度 IT11IT13 ，表面粗糙度 Ra5012.5 m 。 半精车的尺寸精度可达 IT8IT10 ，表面粗糙度 Ra6.33.2 m 。半精 车可作为中等精度表面的终加工，也可作为磨削或精加工的预加工。 精车后的尺寸精度可达 IT7IT8 ，表面粗糙度 Ra1.60.8 m 。 精细车后的尺寸精度可达 IT6IT7 ，表面粗糙度 Ra0.40.025 m 。 精细车尤其适合于有色金属加工，有色金属一般不宜采用磨削，所以常用精细 车代替磨削。 毕业设计（或论文）说明书 27 2 外圆表面的磨削加工 磨削是外圆表面精加工的主要方法之一。它既可加工淬硬后的表面，又可 加工未经淬火的表面。 根据磨削时工件定位方式的不同，外圆磨削可分为：中心磨削和无心磨削 两大类。 （1）中心磨削 中心磨削即普通的外圆磨削，被磨削的工件由中心孔定位，在外圆磨床或万 能外圆磨床上加工。磨削后工件尺寸精度可达 IT6IT8 ，表面粗糙度 Ra0.80.1 m 。按进给方式不同分为纵向进给磨削法和横向进给磨削法。 a 纵向进给磨削法（纵向磨法） 如图 6-2 所示，砂轮高速旋转，工件装在前后顶尖上，工件旋转并和工 作台一起纵向往复运动。 毕业设计（或论文）说明书 28 b 横向进给磨削法（切入磨法） 如图 6-3 所示，此种磨削法没有纵向进给运动。当工件旋转时，砂轮以慢 速作连续的横向进给运动。其生产率高，适用于大批量生产，也能进行成形磨 削。但横向磨削力较大，磨削温度高，要求机床、工件有足够的刚度，故适合 磨削短而粗，刚性好的工件；加工精度低于纵向磨法。 （2）无心磨削 无心磨削是一种高生产率的精加工方法，以被磨削的外圆本身作为定位基 准。目前无心磨削的方式主要有：贯穿法和切入法。 如图 6-4 所示为外圆贯穿磨法的原理。 工件处于磨轮和导轮之间，下面用支承板支承。磨轮轴线水平放置，导轮 轴线倾斜一个不大的 角。这样导轮的圆周速 度 导 可以分解为带动工件旋转的 工 和使工件轴向进给的分量 纵 。 毕业设计（或论文）说明书 29 如图 6-5 为切入磨削法磨削的原理。导轮 3 带动工件 2 旋转并压向磨轮 1 。加工时，工件和导轮及支承板一起向砂轮作横向进给。磨削结束后，导轮后 退，取下工件。导轮的轴线与砂轮的轴线平行或相交成很小的角度（ 0.51 o ），此角度大小能使工件与挡铁 4 （限制工件轴向位置）很好地贴住即可。 无心磨削时，必须满足下列条件： a 由于导轮倾斜了一个 角度，为了保证切削平稳，导轮与工件必须 保持线接触，为此导轮表面应修整成双曲线回转体形状。 毕业设计（或论文）说明书 30 b 导轮材料的摩擦系数应大于砂轮材料的磨擦系数；砂轮与导轮同向旋 转，且砂轮的速度应大于导轮的速度；支承板的倾斜方向应有助于工件紧贴在 导轮上。 c 为了保证工件的圆度要求，工件中心应高出砂轮和导轮中心连线。高 出数值 H 与工件直径有关。当工件直径 d 工 =8 30mm 时， H d 工 /3 ；当 d 工 =30 70mm 时， H d 工 /4 。 d 、导轮倾斜一个 角度。如图 6-4 ，当导轮以速度 v 导 旋转时， 可分解为： v 工 =v 导 cos ; v 纵 =v 导 sin 粗磨时， 取 36 ；精磨时， 取 1 3 。 无心磨削时，工件尺寸精度可达 IT6-IT7，表面粗糙度 Ra0.8-0.2um. （3）外圆磨削的质量分析 在磨削过程中，由于有多种因素的影响，零件表面容易产生各种缺陷。常见的 缺陷及解决措施分析如下： a 多角形 在零件表面沿母线方向存在一条条等距的直线痕迹，其深度 小于 0.5 m ，如图 6-6 所示。 产生原因主要是由于砂轮与工件沿径向产生周期性振动所致。如砂轮或电 动机不平衡；轴承刚性差或间隙 太大 ；工件中心孔与顶尖接触不良；砂轮磨 损不均匀等。消除振动的措施，如仔细地平衡砂轮和电动机；改善中心孔和顶 尖的接触情况；及时修整砂轮；调整轴承间隙等。 毕业设计（或论文）说明书 31 b 螺旋形 磨削后的工件表面呈现一条很深的螺旋痕迹，痕迹的间距等于 工件每转的纵向进给量。如图 6-7 所示。 产生原因主要是砂轮微刃的等高性破坏或砂轮与工件局部接触。如砂轮母 线与工件母线不平行；头架、尾座刚性不等；砂轮主轴刚性差。消除的措施， 修正砂轮，保持微刃等高性；调整轴承间隙；保持主轴的位置精度；砂轮两边 修磨成能成台肩形或倒圆角，使砂轮两端不参加切削；工件台润滑油要合适， 同时应有卸载装置；使导轨润滑为低压供油。 c 拉毛（划伤或划痕） 常见的工件表面拉毛现象如图 6-8 所示。 毕业设计（或论文）说明书 32 产生原因主要是磨粒自锐性过强；切削液不清洁；砂轮罩上磨屑落在砂轮 与工件之间等。消除拉毛的措施，选择硬度稍高一些的砂轮；砂轮修整后用切 削液和毛刷清洗；对切削液进行过滤；清理砂轮罩上的磨屑等。 d烧伤 可分为螺旋形烧伤和点烧伤，如图 6-9 所示。 烧伤的原因主要是由于磨削高温的作用，使工件表层金相组织发生变化， 因而使工件表面硬度发生明显变化。消除烧伤的措施，降低砂轮硬度；减小磨 削深度；适当提高工件转速；减少砂轮与工件接触面积；及时修正砂轮；进行 充分冷却等。 3、外圆表面的精密加工 随着科学技术的发展，对工件和加工精度和表面质量要求也越来越高。因 此在外圆表面精加工后，往往还要进行精密加工。外圆表面的精密加工方法常 用的有高精度磨削、超精度加工、研磨和滚压加工等。 （1）高精度磨削 使轴的表面粗糙度值在 Ra0.16 m 以下的磨削工艺称为高精度磨削， 它包括精度磨削（ Ra0.6-0.06 m ）、超精密磨削（ Ra0.04-0.02 m ）和镜面磨削（ Ra 0.01 m）。 高精度磨削的实质在于砂轮磨粒的作用。经过精细修整后的砂轮的磨粒形 成了同时能参加磨削的许多微刃。如图 6 -10a,b，这些微刃等高程度好，参 毕业设计（或论文）说明书 33 加磨削的切削刃数大大增加，能从工件上切下微细的切屑，形成粗糙度值较小 的表面。随着磨削过程的继续，锐利的微刃逐渐钝化，如图 6 -10c。钝化的 磨粒又可起抛光作用，使粗糙度进一步降低。 （2）超精加工 用细粒度磨具的油石对工件施加很小的压力，油石作往复振动和慢速沿工 件轴向运动，以实现微量磨削的一种光整加工方法。 如图 6-11 所示为其加工原理图。加工中有三种运动：工件低速回转 运动 1 ；磨头轴向进给运动 2 ；磨头高速往复振动 3 。如果暂不考虑磨头 轴向进给运动，磨粒在工件表面上走过的轨迹是正弦曲线，如图 6-11b 所示。 毕业设计（或论文）说明书 34 超精加工大致有四个阶段： a 强烈切削阶段 开始时，由于工件表面粗糙，少数凸峰与油石接触，单 位面积压力很大，破坏了油膜，故切削作用强烈。 b 正常切削阶段 当少数凸峰磨平后，接触面积增加，单位面积压力降 低，致使切削作用减弱，进入正常切削阶段。 c微弱切削阶段 随着接触面积进一步增大，单位面积压力更小，切削作 用微弱，且细小的切屑形成氧化物而嵌入油石的空隙中，因而油石产生光滑表 面，具有摩擦抛光作用。 d 自动停止切削阶段 工件磨平，单位面积上的压力很小，工件与油石 之间形成液体摩擦油膜，不再接触，切削作用停止。 经超精加工后的工件表面粗糙度值 Ra0.08-0.01 m. 。然而由于加工 余量较小（小于 0.01mm ），因而只能去除工件表面的凸峰，对加工精度的提 高不显著。 （3）研磨 用研磨工具和研磨剂，从工件表面上研去一层极薄的表层的精密加工方法 称为研磨。 研磨用的研具采用比工件材料软的材料（如铸铁、铜、巴氏合金及硬木等） 制成。研磨时，部分磨粒悬浮在工件和研具之间，部分研粒嵌入研具表面，利 用工件与研具的相对运动，磨粒应切掉一层很薄的金属，主要切除上工序留下 来的粗糙度凸峰。一般研磨的余量为 0.01 -0.02mm 。研磨除可获得高的尺寸 精度和小的表面粗糙度值外，也可提高工件表面形状精度，但不能改善相互位 置精度。 当两个工件要求良好配合时，利用工件的相互研磨（对研）是一种有效的 方法。如内燃机中的气阀与阀座，油泵油咀中的偶件等。 毕业设计（或论文）说明书 35 （4）滚压加工 滚压加工是用滚压工具对金属材质的工件施加压力，使其产生塑性变形， 从而降低工件表面粗糙度，强化表面性能的加工方法。它是一种无切屑加工。 图 6-12 为滚压加工示意图。滚压加工有如下特点： a 滚压前工件加工表面粗糙度值不大于 Ra5 m ，表面要求清洁，直 径余量为 0.02 -0.03mm 。 b 滚压后的形状精度和位置精度主要取决于前道工序。 c 滚压的工件材料一般是塑性材料，并且材料组织要均匀。铸铁件一般 不适合滚压加工。 d 滚压加工生产率高。 4、外圆表面加工方案的选择 上面介绍了外圆表面常用的几种加工方法及其特点。零件上一些精度要求 较高的面，仅用一种加工方法往往是达不到其规定的技术要求的。这些表面必 须顺序地进行粗加工、半精加工和精加工等加工方法以逐步提高其表面精度。 不同加工方法有序的组合即为加工方案。表 6-2 即为外圆柱面的加工方案。 毕业设计（或论文）说明书 36 确定某个表面的加工方案时，先由加工表面的技术要求（加工精度、表 面粗糙度等）确定最终加工方法，然后根据此种加工方法的特点确定前道工序 的加工方法，如此类推。但由于获得同一精度及表面粗糙度的加工方法可有若 干种，实际选择时还应结合零件的结构、形状、尺寸大小及材料和热处理的要 求全面考虑。 表 6-2 中序号 3 （粗车半精车精车）与序号 5 （粗车半精车 磨）的两种加工方案能达到同样的精度等级。但当加工表面需淬硬时，最终 加工方法只能采用磨削。如加工表面未经淬硬，则两种加工方案均可采用。若 零件材料为有色金属，一般不宜采用磨削。 再如表 6-2 中序号 7 （粗车半精车粗磨精磨超精加工）与序号 10 （粗车半精车粗磨精磨研磨）两种加工方案也能达到同样的加工 精度。当表面配合精度要求比较高时，终加工方法采用研磨较合适；当只需要 求较小的表面粗糙度值，则采用超精加工较合适。但不管采用研磨还超精加工， 其对加工表面的形状精度和位置精度改善均不显著，所以前道工序应采用精磨， 使加工表面的位置精度和几何形状精度已达到技术要求。 各种加工方法所能达到的经济精度精度和经济粗糙度等级，在机械加工的 各种手册中均能查到。 序号加工方法 经济精度 ( 公差等级 表示 ) 经济粗糙度值 Ra um 适用范围 1 粗车 IT181312.550 2 粗车 - 半精车 IT11103.26.3 3 粗车 - 半精车 - 精车 IT780.81.6 4 粗车 - 半精车 - 精车 -滚压（或抛 光） IT780.250.2 适用于淬火钢 以外的各种金 属 毕业设计（或论文）说明书 37 5 粗车 - 半精车 -磨 削 IT780.40.8 6 粗车 - 半精车 -粗 磨 -精磨 IT670.10.4 7 粗车 - 半精车 -粗 磨 -精磨 -超精加 工（或轮式超精磨） IT5 0.0120.1 ( 或 R Z 0.1) 主要用于淬火 钢，也可用于 未淬火钢，但 不宜加工有色 金属 8 粗车 - 半精车 -精 车 -精细车（金刚 车） IT670.0250.4 主要用于要求 较高的有色金 属加工 9 粗车 - 半精车 - 粗磨 -精磨 -超精 磨（或镜面磨） IT5 以上 0.0060.025 ( 或 R Z 0.05) 极高精度的外 圆加工 四、典型轴类零件加工工艺分析 1、阶梯轴加工工艺过程分析 图 635 为减速箱传动轴工作图样。生产批量为小批生产。材料为 45 热轧圆钢。零件需调质。 （1）结构及技术条件分析 该轴为没有中心通孔的多阶梯轴。根据该零件工作图，其轴颈 M 、 N ， 外圆 P,Q 及轴肩 G 、 H 、 I 有较高的尺寸精度和形状位置精度，并有较小 的表面粗糙度值，该轴有调质热处理要求