阶梯轴加工工艺过程设计说明书.doc

辽东学院课程设计说明书专用纸辽东学院课程设计说明书专用纸 第 1 页 共 22 页 目录目录 一、零件结构工艺性分析一、零件结构工艺性分析.3 （一）零件的技术要求（一）零件的技术要求.3 （二）确定阶梯轴的生产类型（二）确定阶梯轴的生产类型 .3 二、毛坯的选择二、毛坯的选择.5 （一）选择毛坯（一）选择毛坯.5 （二）确定毛坯的尺寸公差（二）确定毛坯的尺寸公差.5 三、定位基准的选择三、定位基准的选择.6 （一）精基准的选择（一）精基准的选择.6 （二）粗基准的选择（二）粗基准的选择.6 四、工艺路线的拟定四、工艺路线的拟定.7 （一）各表面加工方法的选择（一）各表面加工方法的选择 .7 （二）加工阶段的划分（二）加工阶段的划分.7 （三）加工顺序的安排（三）加工顺序的安排.8 五、工序内容的拟定五、工序内容的拟定.12 （一）工序的尺寸和公差的确定（一）工序的尺寸和公差的确定.12 辽东学院课程设计说明书专用纸辽东学院课程设计说明书专用纸 第 2 页 共 22 页 （二）设备及工艺装备的选择（二）设备及工艺装备的选择 .13 （三）切削用量的选择及工序时间计算（三）切削用量的选择及工序时间计算.13 工序工序 粗车轴两端面粗车轴两端面.13 工序工序 粗车粗车阶梯轴阶梯轴外圆外圆.14 工序工序 半精车阶梯轴外圆面半精车阶梯轴外圆面.15 工序工序 2020、1818、1515、1414 切槽切槽.17 工序工序 粗铣键槽粗铣键槽.18 工序工序 1515、1717 表面淬火处理表面淬火处理 .20 工序工序 磨磨 1515、1717 外圆面外圆面.20 参考文献参考文献.21 辽东学院课程设计说明书专用纸辽东学院课程设计说明书专用纸 第 3 页 共 22 页 一、零件结构工艺性分析一、零件结构工艺性分析 （一）零件的技术要求（一）零件的技术要求 1、轴类零件，材料为 45 钢，具有较高的硬度、耐磨性。 2、零件的技术要求表 加工表 面 尺寸及 偏差 mm 公差mm 及精度等 级 表面粗 糙度 m 形位公差mm 轴左右 端面 1541it106.3 30h9 it93.2 22h9 it93.2 20h9it9 3.2 17h7 it71.6 阶梯轴 外圆表 面 15h7 it7 1.6 14h10it106.3 15h10it106.3 18h10it106.3 车 槽 20h10it106.3 20it106.3 铣 键 槽 15it106.3 辽东学院课程设计说明书专用纸辽东学院课程设计说明书专用纸 第 4 页 共 22 页 （二）确定阶梯轴的生产类型（二）确定阶梯轴的生产类型 根据设计题目年产量为 10 万件，因此该阶梯轴的生产类型 为大批生产。 辽东学院课程设计说明书专用纸辽东学院课程设计说明书专用纸 第 5 页 共 22 页 二、毛坯的选择二、毛坯的选择 （一）选择毛坯（一）选择毛坯 由于阶梯轴类零件工作时，某些部位如轴颈（主要是与滑动 轴承配合的轴颈）往往要承受摩擦、磨损，严重时可能发生咬死 （又称抱轴）现象，使轴类零件运转精度下降。有时还需要承受 多种载荷的作用，为增强阶梯轴的强度和冲击韧度，获得纤维组 织，毛坯选用锻件。为增强阶梯轴的强度和冲击韧度，获得纤维 组织，毛坯选用锻件。 （二）确定毛坯的尺寸公差（二）确定毛坯的尺寸公差 1公差等级： 由阶梯轴的功能和技术要求，确定该零件的公差等级为普通 级。 2锻件材质系数： 由于该阶梯轴材料为 45 钢，是碳的质量分数小于 0.65%的 碳素钢，故该锻件的材质系数为 m 级。 3锻件分模线形状： 根据该阶梯轴的形位特点，选择零件方向的对称平面为分模 面，属于平直分模线。 4零件表面粗糙度： 由零件图可知，该阶梯轴的各加工表面粗糙度 ra 均大于等 于 1.6m。 辽东学院课程设计说明书专用纸辽东学院课程设计说明书专用纸 第 6 页 共 22 页 三、定位基准的选择三、定位基准的选择 （一）精基准的选择（一）精基准的选择 根据该阶梯轴零件的技术要求和装配要求，选择该阶梯轴轴 线作为精基准，零件上的很多表面都可以采用它们作基准进行加 工，即遵循了“基准统一”的原则。阶梯轴设计基准是轴线，选 用其作精基准定位加工轴的外圆表面，实现了设计基准和工艺基 准的重合，保证了被加工表面的垂直度要求。选用阶梯轴轴线作 为精基准，利用双顶尖进行夹持，夹紧稳定可靠。 （二）粗基准的选择（二）粗基准的选择 作为粗基准的表面应平整，没有飞边、毛刺或其他表面缺欠， 该阶梯轴的外圆表面和左、右端面互为基准作为粗基准，以保证 为后序准备好精基准。 辽东学院课程设计说明书专用纸辽东学院课程设计说明书专用纸 第 7 页 共 22 页 四、工艺路线的拟定四、工艺路线的拟定 （一）各表面加工方法的选择（一）各表面加工方法的选择 加工表面公差mm 及精度等级 表面粗糙度 m 加工方案 轴左、右端 面 it106.3 粗车-半精车 it93.2 粗车-半精车 it93.2 粗车-半精车 it93.2 粗车-半精车 it71.6 粗车-半精车-磨削 轴 外 圆 表 面 it7 1.6 粗车-半精车-磨削 it106.3 一次行程 it106.3 一次行程 it106.3 一次行程 车 槽 it106.3 一次行程 it106.3 粗铣 铣 键 槽 it106.3 粗铣 （二）加工阶段的划分（二）加工阶段的划分 该阶梯轴加工质量要求较高，可将加工阶段划分为粗加工、 辽东学院课程设计说明书专用纸辽东学院课程设计说明书专用纸 第 8 页 共 22 页 半精加工和精加工几个阶段。 在粗加工阶段，首先将精基准准备好，使后序都可以采用精 基准定位加工，保证其他加工表面的精度要求。 （三）加工顺序的安排（三）加工顺序的安排 1机械加工工序： （1）遵循“先基准后其它”原则，首先加工精基准-阶梯轴 左、右端面互为基准原则 （2）遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排 精加工工序。 2具体方案： 方案一：1.锻造、调质处理 2. 粗车轴两端面 162 至，打 a 型中心孔 07 . 0 0 154 3. 粗车外圆 37 至 、29 至 0 084 . 0 6 . 32 0 084 . 0 6 . 24 至 0 084 . 0 6 . 24 0 084 . 0 6 . 22 至 0 084 . 0 6 . 22 0 084 . 0 4 . 19 至 0 084 . 0 4 . 19 0 07 . 0 4 . 17 4. 粗车外圆 29 至 、23 至 0 084 . 0 6 . 24 0 084 . 0 4 . 19 至 0 084 . 0 4 . 19 0 07 . 0 4 . 17 5. 半精车 至 0 084 . 0 6 . 32 0 052 . 0 30 至、至 0 084 . 0 6 . 24 0 052 . 0 22 0 084 . 0 4 . 19 0 043 . 0 4 . 17 辽东学院课程设计说明书专用纸辽东学院课程设计说明书专用纸 第 9 页 共 22 页 至 倒角 0 043 . 0 4 . 17 0 043 . 0 4 . 15 6. 半精车 至 0 084 . 0 6 . 24 0 052 . 0 22 至 、至 0 084 . 0 4 . 19 0 043 . 0 4 . 17 0 043 . 0 4 . 17 0 043 . 0 4 . 15 倒角 7. 切槽 2*15、2*20、2*18、2*14 8.、表面淬火 0 043 . 0 4 . 17 0 043 . 0 4 . 15 9.磨削 至 、至 0 043 . 0 4 . 17 0 018 . 0 17 0 043 . 0 4 . 15 0 018 . 0 15 10. 铣键槽 17*3.5、25*3.5 11. 检验、入库 方案二：1.锻造、调质处理 2. 粗车轴两端面 162 至，打 a 型中心孔 07 . 0 0 154 3. 粗车外圆 37 至 、29 至 0 084 . 0 6 . 32 0 084 . 0 6 . 24 至 、至 0 084 . 0 6 . 24 0 084 . 0 6 . 22 0 084 . 0 6 . 22 0 084 . 0 4 . 19 至 0 084 . 0 4 . 19 0 07 . 0 4 . 17 4. 粗车外圆 29 至 、23 至 0 084 . 0 6 . 24 0 084 . 0 4 . 19 至 0 084 . 0 4 . 19 0 07 . 0 4 . 17 5. 半精车 至 0 084 . 0 6 . 32 0 052 . 0 30 至、至 0 084 . 0 6 . 24 0 052 . 0 22 0 084 . 0 4 . 19 0 043 . 0 4 . 17 至 0 043 . 0 4 . 17 0 043 . 0 4 . 15 倒角 辽东学院课程设计说明书专用纸辽东学院课程设计说明书专用纸 第 10 页 共 22 页 6. 半精车 至、至 0 084 . 0 6 . 24 0 052 . 0 22 0 084 . 0 4 . 19 0 043 . 0 4 . 17 至 0 043 . 0 4 . 17 0 043 . 0 4 . 15 倒角 7.铣键槽 17*3.5、25*3.5 8. 、表面淬火 0 043 . 0 4 . 17 0 043 . 0 4 . 15 9. 磨削 至 、至 0 043 . 0 4 . 17 0 018 . 0 17 0 043 . 0 4 . 15 0 018 . 0 15 10. 切槽 2*15、2*20、2*18、2*14 11. 检验、入库 方案三：1.锻造、调质处理 2. 粗车轴两端面 162 至，打 a 型中心孔 07 . 0 0 154 3. 粗车外圆 37 至 、29 至 0 084 . 0 6 . 32 0 084 . 0 6 . 24 至 、至 0 084 . 0 6 . 24 0 084 . 0 6 . 22 0 084 . 0 6 . 22 0 084 . 0 4 . 19 至 0 084 . 0 4 . 19 0 07 . 0 4 . 17 4. 粗车外圆 29 至 、23 至 0 084 . 0 6 . 24 0 084 . 0 4 . 19 至 0 084 . 0 4 . 19 0 07 . 0 4 . 17 5. 半精车 至 0 084 . 0 6 . 32 0 052 . 0 30 至、至 0 084 . 0 6 . 24 0 052 . 0 22 0 084 . 0 4 . 19 0 043 . 0 4 . 17 至 0 043 . 0 4 . 17 0 043 . 0 4 . 15 倒角 6. 半精车 至至 0 084 . 0 6 . 24 0 052 . 0 22 0 084 . 0 4 . 19 0 043 . 0 4 . 17 辽东学院课程设计说明书专用纸辽东学院课程设计说明书专用纸 第 11 页 共 22 页 至 0 043 . 0 4 . 17 0 043 . 0 4 . 15 倒角 7. 切槽 2*15、2*20、2*18、2*14 8. 铣键槽 17*3.5、25*3.5 9. 、表面淬火 0 043 . 0 4 . 17 0 043 . 0 4 . 15 10. 磨削 至 、至 0 043 . 0 4 . 17 0 018 . 0 17 0 043 . 0 4 . 15 0 018 . 0 15 11. 检验、入库 论证：为使加工出一个符合零件的技术要求和装配要求选取 一个最为合适的方案作出下列论证： 方案一：先加工出零件的基准，可同时加工出阶梯轴其他各 部位，且精度能达到零件要求，但铣键槽放在了精加工之前，影 响主要表面精加工表面的粗糙度，使零件在使用过程中达不到零 件的技术要求。所以，此方案设计不合理。 方案二：为了使零件各个部位达到精度要求，先进行基准加 工，然后对工件进行粗加工、精加工，但这样在对零件整体进行 加工时，由于零件的结构比较复杂，使加工变得更加复杂化，且 浪费时间，而且不能达到要求大京都要求。因此，此方案设计不 合理。 方案三：此方案在同时进行粗加工后，进行半精加工，在切 槽、铣键槽，最后进行精加工，即满足了设计要求又节省了时间。 因此，此方案为最佳方案。 3工序的集中与分散： 该阶梯轴的生产类型为大批生产，可以采用万用型机床配以 专用工、夹具，以提高生产率；而且运用工序集中原则使工件的 装夹次数少，不但可缩短辅助时间，而且由于在一次装夹中加工 了许多表面，有利于保证各加工表面之间的相对位置精度要求。 辽东学院课程设计说明书专用纸辽东学院课程设计说明书专用纸 第 12 页 共 22 页 五、工序内容的拟定五、工序内容的拟定 （一）工序的尺寸和公差的确定（一）工序的尺寸和公差的确定 加工表面加工方案加工余 量 精度等级尺寸及精 度 2it1032.60 - 0.1 2it1024.60 - 0.084 2it1022.60 - 0.084 1.5it1019.40 - 0.07 粗 车 1.5it1017.40 - 0.07 1.3it930 0 - 0.052 1.3it9220 - 0.052 1.3it9200 - 0.052 1.0it917.40 - 0.043 半 精 车 1.0it915.40 - 0.043 1.3it10140 - 0.11 1.3it10180 - 0.11 1.3it10200 - 0.13 阶 梯 轴 切 槽 1.3it10150 - 0.11 辽东学院课程设计说明书专用纸辽东学院课程设计说明书专用纸 第 13 页 共 22 页 0.2it7170 - 0.018 磨 削 0.2it7150 - 0.018 2it10220 - 0.043 铣 键 槽 2it10150 - 0.043 （二）设备及工艺装备的选择（二）设备及工艺装备的选择 1设备：c6140 立式铣床 2工艺装备：通用、专用车刀、专用铣刀、专用夹具等等。 （三）切削用量的选择及工序时间计算（三）切削用量的选择及工序时间计算 工序工序 粗车轴两端面粗车轴两端面 1. 加工条件 工件材料：45 号刚,b =170240mpa，锻造;工件尺寸： aemax=37mm，162mm 加工要求：粗车轴两端面，加工余量 4mm; 机床：c6140 车床 确定粗车端面刀具类型：yt15 硬质合金焊接式车刀；刀具 耐用度 t=240min；刀杆尺寸 25mm 25mm；刀片厚度 6mm；010后角 06，副后角 0=6，刃倾角 s=0,主偏角 kr=75,副偏角 kr=15。 2. 切削用量 （1）确定切削深度 ap 因为余量较小，故选择 ap= 4.0mm。 （2）确定每次进给量 fz 由于本工序为粗加工，尺寸精度和表面质量可不考虑，从而 可采用不对称端车，以提高进给量提高加工效率。根据切削手 辽东学院课程设计说明书专用纸辽东学院课程设计说明书专用纸 第 14 页 共 22 页 册表 3.5，使用 yt15 硬质合金端车刀加工，机床功率为 7.5kw（据简明手册表 1.27，c6140 车床） f0.7 mm/min 故选择：f=0.51mm/min （3） 计算切削速度 vc 根据机械制造工艺与装备表 2-20，查得各修正系数为： 242vc15 . 0 xv 35 . 0 yv20 . 0 m 切削速度计算公式为： v yx p t v ck fa c v vv m 将以上数据代入公式： 0.200.150.35 242 0.9693/ min 24020.51 c m v 确定机床主轴转速： 。 1000 400.2 / min c s w v r n d 最终确定主轴转速为：400r/min 3.计算基本工时 查机械加工工序设计指导书表 3.9 得， =4/400=0.04min。 i fn l tb （车实体端面时，=0） 321 1 2 lll dd l 1 d 工序工序 粗车粗车阶梯轴阶梯轴外圆外圆 1.选择刀具： 确定粗车外圆刀具类型：yt15 硬质合金焊接式车刀；刀具 耐用度 t=240min；刀杆尺寸 25mm 25mm；刀片厚度 6mm；010后角 06，副后角 0=6，刃倾角 s=0,主偏角 kr=75,副偏角 kr=0。 辽东学院课程设计说明书专用纸辽东学院课程设计说明书专用纸 第 15 页 共 22 页 2.确定切削用量 （1）确定背吃刀量 粗车外圆，加工余量为 4mm,一次走刀，则单边吃刀量为 asp=4/2=2mm。 (2)确定进给量 由切削用量简明手册ht200，刀杆尺寸 25 25，工件直 径为 32mm，则 f=0.40.5。再由简明手册表 4.23 查取 f =0.45。 (3)选择刀具磨钝标准及耐用度 由切削用量简明手册表 1.9 查取后刀面磨损最大限度为 0.81.0。 (4)确定切削速度 vc 根据机械制造工艺与装备表 2-20，查得各修正系数为： 242vc15 . 0 xv 35 . 0 yv20 . 0 m 切削速度计算公式为： v yx p t v ck fa c v vv m 将以上数据代入公式： 0.200.150.35 242 0.9693/ min 24020.51 c m v 确定机床主轴转速： 。 1000 400.2 / min c s w v r n d 最终确定主轴转速为：400r/min 3.计算基本工时 查机械加工工序设计指导书表 3.9 得， =211/(400*0.51)=1.03min。 i fn l tb 辽东学院课程设计说明书专用纸辽东学院课程设计说明书专用纸 第 16 页 共 22 页 （车实体端面时，=0） 321 1 2 lll dd l 1 d 工序工序 半精车阶梯轴外圆面半精车阶梯轴外圆面 1.选择刀具 确定半精车外圆刀具类型：yt15 硬质合金焊接式车刀；刀具耐用 度 t=240min；刀杆尺寸 25mm25mm；刀片厚度 6mm；012后角 06，副后角 0=6，刃倾角 s=3,主偏角 kr=45, 副偏角 kr=15。 2.确定切削用量 （1）确定背吃刀量 半精车外圆，加工余量为 1.3mm,一次走刀 (2)确定进给量 由机械制造技术基础课程设计指导书表 560 得 f=0.030.3mm/r。再由简明手册表 412 查取 f =0.28mm/r。 （3）选择刀具磨钝标准及耐用度：后刀面磨钝标准为 0.81.0,耐用度为 t=240min。 (4)确定切削速度 vc 根据机械制造工艺与装备表 2-20，查得各修正系数为： 198vc 15 . 0 xv 0.30 v y 0.18m 切削速度计算公式为： v yx p t v ck fa c v vv m 辽东学院课程设计说明书专用纸辽东学院课程设计说明书专用纸 第 17 页 共 22 页 将以上数据代入公式： 0.200.150.30 198 0.6753/ min 2401.30.28 c m v 确定机床主轴转速： 。 1000 562.6 / min c s w v r n d 最终确定主轴转速为：560r/min 3.计算基本工时 查机械加工工序设计指导书表 3.9 得， =154/(560*0.28)=0.98min。 i fn l tb （车实体端面时，=0） 321 1 2 lll dd l 1 d 工序工序 2020、1818、1515、1414 切槽切槽 1.选择刀具 切槽车刀，yg8 硬质合金，前刀面带倒棱形，主偏角， 90 前角，后角，副偏角，刃倾角，刀尖圆弧直径 10 62 0 0.5mm。 2.确定切削用量 （1）确定背吃刀量 加工余量为 1mm,一次走刀 (2)确定进给量 由切削用量简明手册表 314 得 f=0.20.3mm/r。再由 简明手册表 412 查取 f =0.28mm/r。 辽东学院课程设计说明书专用纸辽东学院课程设计说明书专用纸 第 18 页 共 22 页 （3）选择刀具磨钝标准及耐用度：后刀面磨钝标准为 0.81.0,耐用度为 t=240min。 (4)确定切削速度 vc 根据机械制造工艺与装备表 2-20，查得各修正系数为： =0.7168.8vc 15 . 0 xv 0.40 v y 0.25m v k 切削速度计算公式为： v yx p t v ck fa c v vv m 将以上数据代入公式： 0.250.150.40 68.8 0.7127/ min 24010.28 c m v 确定机床主轴转速： 。 1000 429.9 / min c s w v r n d 最终确定主轴转速为： 450r/min 3.计算基本工时 查机械加工工序设计指导书表 3.9 得， =8*4/(450*0.28)=0.25min。 i fn l tb （车实体端面时，=0） 321 1 2 lll dd l 1 d 工序工序 粗铣键槽粗铣键槽 1. 加工条件 工件材料：ht200,b =170240mpa，锻造;工件尺寸： aemax=3.5mm，=25mm; mm 1 l 2 17l 加工要求：粗铣键槽，加工余量 3.5mm; 机床：x52k 立式铣床； 刀具：高速钢键槽铣刀。铣削宽度 ae90,深度 ap6,齿数 辽东学院课程设计说明书专用纸辽东学院课程设计说明书专用纸 第 19 页 共 22 页 z=2,故根据机械制造工艺设计简明手册 （后简称简明手册 ） 表 3.1，取刀具直径 d0=6mm。根据切削用量手册 （后简称 切削手册 ）表 3.16，选择刀具前角 00后角 08， 副后角 0=10，刃倾角 s=10,主偏角 kr=60,过渡 刃 kr=30,副偏角 kr=5。 2. 切削用量 （1）确定切削深度 ap 因为余量较小，故选择 ap=3.5mm，一次走刀即可完成。 （2）确定每齿进给量 fz 由于本工序为粗加工，尺寸精度和表面质量可不考虑，从而 可采用不对称端铣，以提高进给量提高加工效率。根据切削手 册表 3.5，使用 yg6 硬质合金端铣刀加工，机床功率为 7.5kw（据简明手册表 4.2-35，x51 立式铣床）时： fz=0.090.18mm/z 故选择：fz=0.18mm/z。 （3）确定刀具寿命及磨钝标准 根据切削手册表 3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为 1.5mm；由于铣刀直径 d0=6mm，故刀具使用寿命 t=60min（据 简明手册表 3.8） 。 （4）计算切削速度 vc和每分钟进给量 vf 根据切削手册表 3.16，当 d0=125mm，z=12，ap7.5，fz0.18mm/z 时， vt=98m/min,nt=250r/min,vft=471mm/min。各修正系数为：kmv= 1.0，ksv= 0.8。切削速度计算公式为： v p vevzvpt vv ck zuayfxa qdc v v m 0 其中 ，3.5eamm6 p mm a 28.5vc 0.45 v q ，0.1 vx 0.2 v y 8 . 08 . 00 . 1 kkk svmvv 0.3 vu ，将以0.1 v p 0.33m 60mint zmmf z /18 . 0 2z 上数据代入公式： 0.320.10.20.30.45 28.5 6 0.45 0.89.8/ min 6060.183.52 c m v 确定机床主轴转速： 。 1000 142 / min c s w v r n