传动轴加工工艺及夹具设计论文

目 录 中文摘要 . 英文摘要 . 1 概述 . 题的提出及研究意向 . 文 的目 的和 内容 . 2 零件的分析 . . . . 3 加工方案的选择 . . . 4 确定毛坯 . . . . 5 工艺规程设计 . . . . . . 6 夹具的 选择 . 具的作用 . 床夹具的设计特点 . 位原理的几种情况 . 7 心得体会 . 8 致谢 . 9 参考文献 . 摘 要 通过在校期间对 传动轴 的学习和认识对传动轴进行一下系统的分析和设计，支承传动件的零件称为轴。 轴类零件 毕业设计是机械工程类专业学生完成本专业教学计划的最后一个极为重要的实践性教学环节，是使学生综合运用所学过的基本理论、基本知识与基本技能去解决专业范围内的工程技术问题而进行的一次基本训练。这对学生即将从事的相关技术工作和未来事业的开拓都具有一定意义 传动轴 是组成机器零件的主要零件之，一切做回转运动的传动零件（例如：齿轮，蜗轮等）都必须安装在传动轴上才能进行运动及动力的 传动 ， 传动 轴常用于变速箱与驱动桥之间的连接。这种轴一般较长，且转速高 ， 只能承受扭矩而不承受弯矩。 应该 使传动轴具有足够的刚度和高临界转速， 在 强度计算中，由于所取的安全系数较大，从而使轴的尺寸过大，本文讨论的传动轴 工艺 设计方法 ， 并根据现行规范增添了些表面处理的方式 比如表面发兰 。 关键词： 传动轴，零件，刚度， 强度 ,夹 具 平顶山工业职业技术学院 传动轴的加工工艺及夹具设计 of of of is a is to of we to of a is in to is of of of be in of to in is of to of 顶山工业职业技术学院 传动轴的加工工艺及夹具设计 1 1 概述 题的提出 问题 :传动轴 是机械零件中重要零件之一，它起到连接支撑和传递转矩。 就目前来看传动轴存在的问题还是很多的， 重要表面质量达不到要求，装配中密封不到位等， 尤其是汽车方面 。很多汽车生产商不得不把自己所产汽车召回，浪费了大量的人力物力，也给消费者带来了 诸多麻烦，给自己企业造成了负面影响。 文的目的和 内容 本文 目的是研究传动轴的设计工艺， 从而 培养学生综合分析和解决本专业的一般工程技术问题的独立工作能力 、分析解决能力 ， 加深 学生的知识 和所学课程之间的联系 。 综合运用机械设计课程及其他有关已修课程的理论和生产实际知识进行机械设计训练， 主要内容是传动轴的如何选择材料，传动轴的分析和加工方法的选择，传动轴的加工 方案的选择以及如何选择毛坯。通过计算设计出加工传动轴的加工时间、及夹具设计。 做到有计划的利用时间去生产提高生产效率。增添了些表面处理防止传动轴生锈 和腐蚀。 平顶山工业职业技术学院 传动轴的加工工艺及夹具设计 2 2 零件的分析 件的作用 轴是组成机器零件的主要零件之一。一切做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，轴的主要功用是支撑回转零件和传递运动和动力。 跟据轴线形状的不同可分为，直轴、曲轴、挠性轴。 按照承受载荷的不同，轴可以分为转轴，心轴，和传动轴三类。工作中，既承受弯矩又承受 转 矩的轴称为转轴。这类轴在各种机器中最为常见。只承受弯矩而不承受 转 矩的轴称为心轴。心轴又分为 回转 心轴和 静止 心轴两种。只能承受 转 矩而不承受弯矩的轴叫传动轴 。 件的工艺分析 （ 1） 对于 7级精度、表面粗糙度 工艺路线是：正火车端面钻中心孔粗车各表面精车各表面铣花键、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。在单件小批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。一般毛坯锻造后安排正火工序，而调质则安排在粗加工后进行，以便消除粗加工后产生 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。 件表面加工方法的选择 平顶山工业职业技术学院 传动轴的加工工艺及夹具设计 3 传动轴的加工面有键槽、端面、退刀槽、越程槽。因此主要采用车削和外圆磨削。因为轴两边的精度较高所以要进行磨削 ，所以外圆加工的方法为：粗车 磨削 外圆表面加工方案 加工方案 经济加工精度等级（ 表面粗糙度 m 键槽 加工方案 3 加工方案的选择 方案二 工序 1 铣轴的两端面，打中心孔 工序 2 粗车外圆大小端各外径 工序 3 半精车，倒角 工序 4 铣键槽 工序 5 精车，切退刀槽 工序 6 调质 工序 7 去毛刺 工序 8 磨削 方案二 粗车 1112 50精车 810 车 67 削 67 工方案 经济加工精度等级（ 表面粗糙度 1112 顶山工业职业技术学院 传动轴的加工工艺及夹具设计 4 工序 1 车轴一端打中心孔 工序 2 车轴另一端打中心孔 工序 3 半精车倒角 工序 4 精车，切退刀槽 工序 5 调质 工序 6 铣键槽 工序 7 去毛刺 工序 8 磨 削 比较上面两方案，方案一在加工两中心孔时存在同轴度误差，若把铣键槽放在 精车之前，在精车时断续车削容易引起振动，影响加工质量。综上所述方案二合理 本设计的加工方法如下： 两端面：公差等级 面粗糙度 m,需进行铣削加工。 25 左 外圆表面：公差等级 面粗糙度为 m，需进行 粗车，半精车，精车。 30外圆表面：公差等级 面粗糙 度为 m，需进行 粗车， 半精车，精车。 25 右 外圆表面：公差等级 面粗糙度为 m，需要进行 粗车，半精车 或磨削加工。 工的技术要求 （ 1） 尺寸精度轴类零件的主要表面常为两类，一类是与轴承的内圈配合的外圆轴颈，即支承轴颈，用于确定轴的位置并支承轴，尺寸精度要求较高，通常为一类为与各类传动件配合的轴颈，即配合轴颈，其精度稍低，通常为 （ 2） 几何形状精度主要指轴颈表面、外圆 面 等重要表面的圆度、圆柱度。其误差一般应限制在尺寸公差范围内，对 于精密轴，需在零件图上另行规定其几何形状精度。 （ 3）相互位置精度包括内、外表面，重要轴面的同轴度、圆的径向跳动、重要端面对轴心线的垂直度、端面间的平行度等。 （ 4）表面粗糙度轴的加工表面都有粗糙度的要求，一般根据加工的可能性和经济性来确定。 平顶山工业职业技术学院 传动轴的加工工艺及夹具设计 5 4 传动轴毛 坯 材料及加工余量 毛坯 传动轴 毛坯： 轴类零件可根据使用要求、生产类型、设备条件及结构，选用棒料、锻件等毛坯形式。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。 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。中小批生产多采用自由锻，大批大量生产时采用模锻。 传动轴材料 轴类零件应根据不同的工作条件和使用要求选用不同的材料并采用不同的热处理规范（如调质、正火、淬火等），以获得一定的强度、韧性和耐磨性。 45钢是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过调质（或正火）后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达 45 52 40中等精度而转速较高的轴类零件，这类钢经调质和淬火后，具有较好的综合机械性能。 轴承钢 弹簧钢 65调质和表面高频淬火后，表面硬度可达50 58具有较高的耐疲劳性能和较好的耐磨性能，可制造较高精度的轴。一般在满足使用要求的前提下，尽量采用国家资源丰富的材料 定锻件加工余量及形状： 加工表面 工序名称 加工余量 工序尺寸 尺寸公差 表面粗糙度（ m） 35 半精 车 5 m 粗车 2 36 m 平顶山工业职业技术学院 传动轴的加工工艺及夹具设计 6 毛坯 40 25 精 磨 5 m 粗磨 9 m 半精 车 12 m 粗车 2 27 m 毛坯 30 25 精 车 5 m 半精车 9 m 粗车 2 27 m 毛坯 30 30 精车 0 m 半精车 9 m 粗车 4 32 m 毛坯 40 德州科技职业学院毕业论文 确定毛坯 7 5 工艺规程设计 位基准的选择 （ 1）粗基准的选择：由于本传动轴全部表面均需加工，而轴的中心线作为精基准，应该选择该传动轴的一端面作为主要的定位粗基准。 （ 2）精基准的选择：本零件是传动轴，孔是其设计基准亦是其装配基准和测量基准，为避免由于基准不重合而造成的误差且考虑到要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合”原则和“基准统一”原则，应该选择传动轴的中心线以及粗加工后的端面为主要的 定位精基准。 处理 （ 1）锻造毛坯在加工前，均需安排正火或退火处理，使钢材内部晶粒细化，消除锻造应力，降低材料硬度，改善切削加工性能。 （ 2）调质一般安排在粗车之后、半精车之前，以获得良好的物理力学性能。 （ 3）表面淬火一般安排在精加工之前，这样可以纠正因淬火引起的局部变形。 （ 4）精度要求高的轴，在局部淬火或粗磨之后，还需进行低温时效处理 定工艺规程 定位精基准面中心孔应在粗加工之前加工，在调质之后和磨削之前各需安排一次修研中心孔的工序。调质之后修研中心孔为消除中心孔的热处理变形和氧化皮，磨削之前修研中心孔是为提高定位精基准面的精度和减小锥面的表面粗糙度值。拟定传动轴的工艺过程时，在考虑主要表面加工的同时，还要考虑次要表面的加工。在半精加工 35 30圆时，应车到图样规定的尺寸，同时加工出各退刀槽、倒角和螺纹；三个键槽应在半精车后以及磨削之前铣削加工出来，这样可保证铣键槽时有较精确的定位基准，又可避免在精磨后铣键槽时破坏已精加工的外圆表面。 平顶山工业职业技术学院 传动轴的加工工艺及夹具设计 8 在 拟定工艺过程时，应考虑检验工序的安排、检查项目及检验方法的确定。 综上所述，所确定的该传动轴加工工艺过程见表。 平顶山工业职业技术学院 传动轴的加工工艺及夹具设计 9 机械加工工艺过程 卡片 机械加工工艺过程卡片 产品类型 件图号 01页 产品名称 减速箱 零件名称 传动轴 第页 材料牌号 45 毛坯种类 锻件 毛坯件数 1 台件数 1 工序号 工序名称 工序内容 车间 工段 设备 工装 1 下料 下料 2 钻中心孔 加一头伸出长 得 v=s n=序所需工时 序 5 调质 淬火加回火叫调质处理，淬火时将工件加热到临界温度以上，然后通过介质迅速冷却，回火时根据工件要求的硬度不同将工件加热到临界温平顶山工业职业技术学院 传动轴的加工工艺及夹具设计 13 度以下某个温度进行回火。 调质处理后零件具有良好的综合机械性能，广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在 交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。但表面硬度较低，不耐磨。可用调质表面淬火提高零件表面硬度。渗碳处理一般用于表面耐磨、芯部耐冲击的重载零件，其耐磨性比调质表面淬火高。经热处理后，表面可以获得很高的硬度，芯部硬度低，耐冲击。所以调质处理是不可或缺的一道重要工序。 +工序 6 铣键槽 机床 :立式铣床 转速 n=18r/向进给量为 0 mm/横向进给量为 0 mm/ h=4 L=35算工时得 h/ L/ h=4 L=30算工时得 h/ L/序所需工时 序 7 去毛刺 毛刺是冲裁后冲件断面边缘锋利的凸起。 经过去毛刺处理后会使零件表面的精度大大提高。所以去毛 刺是不可或缺的一道重要工序 . 工序 8 磨削 机床 :万能外圆磨床 作台移动速度 v=100mm/ 加工 25 从 5，背吃刀量 削长度 L=13工工时 ,本设计所需总基本工时 平顶山工业职业技术学院 传动轴的加工工艺及夹具设计 14 夹具设 计 床夹具的概念 在机械加工中，为了迅速、准确地确定工件在机床上位置，进而正确 确定工 件与机床、刀具的相对位置关系，并在加工中始终保持这个正确位置的工艺装备称为机床夹具 。 具的作用 零件在加工的过程中夹具的定位固定是非常重要的，当定位不准确或加工中出现振动，都会影响零件在加工中各段的精度。并且会随着最终的完工使工件偏离原来尺寸要求达不到设计的要求，这就要有合理的装夹保证在加工中的稳定，保证加工质量。使用夹具要简单装夹或拆卸方便， 本节以在铣床上铣键槽为例来说明。 具的分类 这是一种基本的分类方法，主要反映机床夹具在不同生产类型中的通用特性，是我们 选择夹具的主要依据。 这是专用夹具设计所用的分类方法。 按夹具夹紧时使用的动力源，可将夹具分为手动夹具和机动夹具，机动夹具又可分为气动夹具、液压夹具、气液夹具、电动夹具、电磁夹具、真空夹具和其他夹具。 车床夹具 在数控车削加工中 ,粗加工 ,半精加工的精度要求不高时 ,可利用工件或毛坯的外圆表面定位 . (1)三爪卡盘 三爪卡盘是最常用的车床也是数控车床的通用卡具 它的夹持范围大 ,但定心精度不高 ,不适合于 零件同轴度要求高时的平顶山工业职业技术学院 传动轴的加工工艺及夹具设计 15 二次装夹 . 三爪卡盘常见的有机械式和液压式两种 方便 ,但夹持范围小 ,尺寸变化大时需重新调整卡爪位置 液压卡盘特别适用于批量加工 . (2)软爪 由于三爪卡盘定心精度不高 ,当加工同轴度要求较高的工件 ,或者进行工件的二次装夹时 ,常使用软 爪 硬度较高 ,很难用常用刀具切削 加工软爪时要注意以下几方面的问题 : 1)软爪要在与使用时相同的夹紧状态下进行车削 ,以免在加工过程中松动和由于反向间隙而引起定心误差 要在软爪尾部夹一适当的圆盘 ,以消除卡盘端面螺纹的间隙 . 2)当被加工件以外圆定位时 ,软爪夹持直径应比工件外圆直径略小 软爪内径大于工件外径时 ,会造成软爪与工件形成三点接触 ,此种情况下夹紧牢固度较差 ,所 以应尽量避免 会形成软爪与工件的六点接触 ,不仅会在被加工表面留下压痕 ,而且软爪接触面也会变形 软爪有机械式和液压式两种 平顶山工业职业技术学院 传动轴的加工工艺及夹具设计 16 （ 软爪） (3)卡盘加顶尖 在 车削质量较大的工件时 ,一般工件的一端用卡盘夹持 ,另一端用后顶尖支撑 必须在卡盘内装一限位支撑 ,或者利用工件的台阶面进行限位 能够承受较大的轴向切削力 ,安装刚性好 ,轴向定位准确 ,所以在数控车削加工中应用较多 . （顶尖） (4)芯轴和弹簧芯轴 当工件用已加工过的孔作为定位基准时 ,可采用芯轴装夹 适用于批量生产 常见的芯轴有圆柱芯轴 ,小锥度芯轴 ,这类芯轴的定心精度不高 又称涨心芯轴 ),既能定心 ,又能夹紧 ,是一种定心夹紧装置 . (5)弹簧夹套 弹簧夹套定心精度高 ,装夹工件快捷方便 ,常用于精加工的外圆表面定位 表面质量较好的冷拔圆棒料的夹持 并非任意直径的工件都可以进行夹持 . 平顶山工业职业技术学院 传动轴的加工工艺及夹具设计 17 位原理的几种情况 (1)完全定位 工件的六个自由度全部被限制，它在夹具中只有唯一的位置，称为完全定位。 （ 2）部分定位 工件定位时，并非所有情况下都必须使工件完全定位。在满足加工要求的条件下，少于六个支撑点的定位称为部分定位。 在满足加工要求的前提下，采用部分定位可简化定位装置，在生产中应用很多。如工件装 夹 在 电 磁 吸 盘 上 磨 削 平 面 只 需 限 制 三 个 自 由 度 。 （ 3）过定位（重复定位） 几个定位支撑点重复限制一个自由度，称为过定位。 A、一般情况下，应该避免使用过定位。 通常，过定位的结果将使工件的定位精度受到影响，定位不确定可使工件（或定位件）产生变形，所以在一般情况下，过定位是应该避免的。 B、过定位亦可合理应用 虽然工件在夹具中定位，通常要避免产生“过定位”，但是在某些条件下，合理地采用“过定位”，反而可以获得良好的效果。这对刚性弱而精度高的航空、仪表类工件更为显著。 平顶山工业职业技术学院 传动轴的加工工艺及夹具设计 18 7 心得体会 在大学期间经过三年的努力和学习，对于 数控机床的 一些问题已初具雏形。 作 为一名即将毕业 的学生，我觉得能做这样的课程设计是十分有意义。我们在课堂上掌握的仅仅是专业基础课的理论面，如何去面对现实中的各种机械设计？如何把我们所学到的专业基础理论知识用到实践中去呢？我想做类似的大作业就为我们提供了良好的实践平台。在做本次课程设计的过程中，我感触最深的当属查阅了很多次设计书和指导书。为了让自己的设计更加完善，更加符合工程标准，一次次翻阅机械设计书是十分必要的，同时也是 对讨论和共同学习有了进一步的认识 。作为 一切都要有据可依 切实际的构想永远只能是构想，永远无法升级为设计。 另外，课堂上也有部分知识不太清楚，于是我又不得不边学边用，时刻巩固所学知识，这也是我作本次课程设计的第二大收获