传动轴设计说明书

摘 要所谓机械加工工艺规程，是指规定产品或零部件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件。生产规模的大小、工艺水平的高低以及解决各种工艺问题的方法和手段都要通过机械加工工艺规程来体现。因此，机械加工工艺规程的设计是一项十分重要而又非常严肃的工作。制订机械加工工艺规程的原则是：在一定的生产条件下，在保证持量和生产进度的前提下，能获得最好的经济效益。制订工艺规程时，应注意以下三方面的问题：1、技术上的先进性；2、经济上的合理性；3、有良的劳动条件，避免环境污染。目 录第一节 传动轴（批量为200件）机械加工工艺规程设计一、传动轴的用途二、传动轴的技术要求三、审查传动轴的工艺性四、确定传动轴的生产类型第二节 确定毛坯、绘制毛坯简图一、选择毛坯二、确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量三、绘制传动轴锻造毛坯简图第三节 拟定传动轴工艺路线一、定位基准的选择二、表面加工方法的确定三、加工阶段的划分四、工序的集中与分散五、工序顺序的安排六、确定工艺路线第四节 机床设备及工艺装备的选用一、机床设备的选用二、工艺装备的选用第五节 加工余量、工序尺寸和公差的确定一、G轴外圆面40的确定二、E轴外圆面30的确定三、M轴外圆面35的确定四、F轴右边部分外圆面30的确定五、F轴左边部分外圆面30的确定六、N轴外圆面25的确定七、M20x1.5螺纹的加工第六节 切削用量、时间定额的计算一、切削用量的计算二、时间定额的计算第七节 心得体会第八节 参考文献第九节 附录第一节 传动轴（批量为200件）机械加工工艺规程设计一、传动轴的用途传动轴在各种机械或传动系统中广泛使用，用来传递动力。在传力过程中主要承受交变扭转负荷或有冲击，因此该零件应具有足够的强度、刚度和韧性，以适应其工作条件。该零件的主要工作表面为E、M、F、N四个阶梯轴的外圆表面，它们的精度和表面粗糙度要求很高，在设计工艺规程时应重点予以保证。二、传动轴的技术要求表1 传动轴零件技术要求表加工表面尺寸及偏差/mm公差及精度等级表面粗糙度Ra /m形位公差/mm传动轴两端面215无无无M轴肩左端面32无无无N轴肩右端面20无无无F轴肩右端面58无无无P面65无0.8无Q面104无0.8无G轴外圆面40无无无F轴外圆面左部(有配合要求)300.0065IT60.8无F轴外圆面右部（无配合要求） -0.0230 -0.072IT90.8无N轴外圆面025 -0.013IT60.8无M轴外圆面350.008IT60.8E轴外圆面300.0065IT60.8无M轴外圆面上键槽侧面 -0.01510 -0.085IT103.2无N轴外圆面上键槽侧面 -0.0158 -0.065IT93.2无该传动轴零件形状为较简单的阶梯轴，结构简单。为实现轴的准确传递动力和轴与轴之间的精密配合，要求很高的精度等级和表面粗糙度。为了在传力过程中承受交变扭转负荷和冲击，传动轴需要有良好的力学综合性能，一般要对其进行调质处理，材料可为45号钢，就可以达到它的使用要求。由于传动轴配合的表面较多，为了保证各表面间的精密配合，需严格保证中心轴线的形位误差，所以要对重要表面或端面提出形位误差的要求，在加工时严格保证。如：传动轴的两个重要端面提出了相对中心轴线的端面圆跳动，保证垂直度在0.02以内，此外还保证了M、N两个重要轴的中心线相对中心轴线的同轴度误差在0.02以内。综上所述，该传动轴的各项技术要求制订的较合理，符合该零件在实际中的功用。三、审查传动轴的工艺性分析零件图可知，传动轴两端面和各阶梯轴端面均要求切削加工，并在轴向方向上均高于相邻表面，这样既减少了加工面积，又提高了接触刚度；为了加工阶梯轴，需在加工前先转中心孔，用一夹一顶的方法。通过粗车、半精车、粗磨、精磨来达到技术要求，加工起来比较方便，螺纹也可以方便的车出来。总体上，主要工作表面虽然加工精度和表面粗糙度要求相对较高，但也可以在正常的生产条件下，采用较经济的方法保质保量地加工出来。由此可见，该零件的工艺性较好。四、确定传动轴的生产类型依设计题目知：Q=200台/年，m=1件/台；结合生产实际，备品率a%和废品率b%分别取3%和0.5%。代入公式N=Qm(1+a%)(1+b%) 得： N=200(1+3%) (1+0.5%)=207件/年该传动轴的重量约为1.31千克，查表1-3知，传动轴属轻型零件，查表1-4知，该传动轴的生产类型为小批生产。第二节 确定毛坯、绘制毛坯简图一、选择毛坯由于该传动轴在工作过程中要承受交变负荷和冲击，为增强其强度和冲击韧度，获得纤维组织，毛坯选用锻件。由于生产类型为小批生产，且轮廓尺寸较大，宜采用自由锻的方法来制造毛坯。二、确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量由表2-10至表2-12可知，要确定毛坯的尺寸公差及机械加工余量，应先确定如下各项因素：1、公差等级 由传动轴的功用和技术要求，确定该零件的公差等级为普通级。2、锻件质量 已知机械加工后传动轴的重量为1.31千克，由此可初步估计机械加工前锻件毛坯的重量为2.5千克。3、锻件形状复杂系数 由公式（2-3）和（2-4）可计算出该传动轴的形状复杂系数S=/=2.5/（）=2.54/（3.1447472227.8）=0.83由于0.83介于0.63和1之间，故该传动轴的形状复杂系数属S1级。 4、锻件材质系数 由于该传动轴材料为45号钢，是碳的质量分数小于0.65%的碳素钢，故该传动轴的材质系数属M1级。 5、锻件分模线形状 根据该轴的形位特点，穿过中心轴线的平面即为分模面，属平直分模线。 6、零件表面粗糙度 由零件图可知，该传动轴E轴的表面粗糙度Ra=0.3，两键槽侧面Ra=3.2，其余均为0.8。根据上述分析，可查表确定该锻件的尺寸公差和机械加工余量，所得结果如下表2所示： 表2 传动轴锻造毛坯尺寸公差及机械加工余量锻件重量/kg包容体重量/kg形状复杂系数 材质系数公差等级2.53SM普通级项目/mm机械加工余量/mm尺寸公差/mm备注两端面21572.8 +1.4 -1.4表2-10E轴外圆面3072（取7）1.8 +0.9 -0.9表2-11M轴外圆面3572（取7）2.0 +1.0 -1.0表2-11N轴外圆面2572（取7）1.8 +0.9 -0.9表2-11G轴外圆面4072（取6.7）2.0 +1.0 -1.0表2-1120螺纹加工轴72（取6.7）1.8 +0.9 -0.9表2-11F轴3072（取7）1.8 +0.9 -0.9表2-11 注：根据表2-10的表注，将公差按照的比例分配。三、绘制传动轴锻造毛坯简图由表2所得结果，绘制毛坯简图，如附图一所示。第三节 拟定传动轴工艺路线一、定位基准的选择 定位基准有粗基准和精基准之分，通常先确定精基准，然后再确定粗基准。1、精基准的选择根据传动轴零件图的设计图纸和精基准的选择原则要求定位基准与设计基准相重合，这里选择传动轴的两端面中心孔作为定位基准，可以很方便的加工各轴肩端面和各外圆表面，而且能保证加工轴肩面P、Q相对于中心轴线的圆跳动误差，保证加工M、N轴线相对于中心轴线的同轴度误差。只有在加工键槽时需改变定位基准，根据设计要求选择P面和F轴肩右端面作为定位基准加工键槽。总之，该传动轴零件结构简单，定位、装夹方便，有利于保证各项技术要求。2、粗基准的选择 一般先选择外圆表面作为粗基准，先加工出一个端面和端面的中心孔，然后再以加工出的端面定位加工另一个端面和其中心孔，而不是用外圆表面定位把两个端面同时加工出来，这样加工可以保证两端面中心线的同轴度，并为后续的精加工做好准备。二、表面加工方法的确定 根据传动轴零件上各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，确定加工件各表面的加工方法如下表：表3 传动轴零件各表面加工方案加工表面尺寸精度等级表面粗糙度Ra（um）加工方法备注传动轴两端面、M轴肩左端面和F、N轴肩右端面无无粗车表1-6P、Q面无0.8粗车-半精车-磨削表1-6E外圆表面IT60.3粗车-半精车-磨削表1-6M外圆表面IT60.8粗车-半精车-磨削表1-6F外圆表面左部（有配合要求）IT60.8粗车-半精车-磨削表1-6F外圆表面右部（无配合要求）IT90.8粗车-半精车-磨削表1-6N外圆表面IT60.8粗车-半精车-磨削表1-6M面上键槽侧面IT103.2粗铣-半精铣表1-8N面上键槽侧面IT93.2粗铣-半精铣表1-8三、加工阶段的划分该传动轴为多阶梯轴,为了使毛胚生产率高，将毛胚大大的简化了，但是这使得毛胚机械加工余量较大，需要切除大量金属，产生大量的切削热，而且引起残余应力重新分布而变形,因此,安排工序时,应将加工过程分为以下阶段：1、粗加工阶段粗加工阶段主要是去除各加工表面的余量，并作出精基准。它包括粗车外圆、钻中心孔。a.粗车两端面,钻中心孔为精基面作好准备,使后续工序定位精准,从而保证其他加工表面的形状和位置要求。b.粗车阶梯轴外圆,将零件加工出30,35，40,25和20的轴外圆，使此时坯件的形状接近工件的最终形状和尺寸,只留下适当的加工余量。c.切出退刀槽。2、半精加工阶段半精加工阶段的任务是减小粗加工留下的误差，使加工面达到一定得精的，为精加工做好准备。它包括主轴各处外圆、台肩的半精车和修研中心孔等。3、精加工阶段精加工阶段的任务是确保达到图纸规定的精度要求和表面粗糙度要求。它包括对表面粗糙度要求较高的外圆面M、N和F面左部的磨削加工、对外圆面F右部和轴肩端面P、Q的精车加工和对E外圆面的粗精磨，然后粗铣、半精铣键槽。四、工序的集中与分散该轴的生产类型为小批生产，零件的结构复杂程度一般，但有较高的技术质量要求，可选用工序集中原则安排轴的加工工序。采用通用机床和部分高生产率专用设备，配用专用夹具，与部分划线法达到精度以减少工序数量，缩短工艺路线，减少工件的搬动次数，提高生产效率；采用工序集中原则，使生产计划、生产组织工作得以简化，工作装夹次数减少，辅助时间缩短，而且易于保证各加工表面之间的相互位置精度要求。五、工序顺序的安排1、机械加工工序a遵循“先基准后其他”原则，首先加工传动轴两端面和钻中心孔，再车外圆表面。b遵循“先面后孔”的原则，先加工端面，再加工键槽，车螺纹。c遵循“先主后次”的原则，先加工主要表面：车外圆各个表面，后加工次要表面：铣键槽。d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。2、热处理工序为改善工件材料的切削性能，在粗加工后应进行调质热处理，调质硬度为220240HBS。3、辅助工序在热处理之后，安排主轴校直；在半精加工之后，安排去毛刺和中间检验工序；在精加工后，安排去毛刺、清洗和终检工序。综上所述，该传动轴工序的安排顺序为：基准加工 各端面和主要表面粗加工 热处理 主要表面半精加工 辅助工序 主要表面磨加工和次要表面加工 主要表面精磨加工。六、确定工艺路线在综合考虑上述工序安排原则的基础上，表4列出了该传动轴的工艺路线。表4 传动轴工艺路线及设备、工装的选用工序号工序名称车床设备刀具量具1锻造毛坯2热处理：正火处理3粗车传动轴两端面并在两端面钻中心孔CA614090刀、钻头游标卡尺4粗车各轴肩端面及传动轴各外圆表面CA614075刀游标卡尺5调质处理 220240HBS6研修中心孔钳工台麻花钻游标卡尺7对E、M、F、N轴外圆面及P、Q轴肩面半精车加工CA614075刀游标卡尺、外圆千分尺、卡规8在各端面处车出后续加工表面的退刀槽CA6140切槽刀游标卡尺9对20轴车螺纹，端面外各外圆端面处倒角（除P、Q外）CA6140螺纹车刀、45刀游标卡尺10对M、F、N、E外圆表面和P、Q轴肩面磨削加工至尺寸MD1420砂轮游标卡尺、外圆千分尺11在M、N面上铣键槽至规定要求X5032键槽铣刀卡规深度游标卡尺12去毛刺钳工台平锉13清洗清洗机14终检游标卡尺、卡规、塞规第四节 机床设备及工艺装备的选用一、机床设备的选用根据该轴的尺寸大小要求，选用卧式车床CA6140,万能外圆磨床MD1420，立式升降台铣床X5032，具体情况如上表所示。二、工艺装备的选用 工艺装备主要包括刀具、夹具和量具。工艺装备采用通用夹具，通用刀具和通用量具。1、刀具的选择：a粗车时：可以选用YT5的刀具，前角选为16，后角为58，主偏角75，刃倾角为0，副偏角Kr=5，刀尖半径为1mm。b半精车、精车时：可以选用YT15的刀具，前角选为18，后角为58，主偏角75，刃倾角为0，副偏角Kr=5，刀尖半径为1mm。c选用车刀时，车端面选用45端面车刀；车外圆阶梯时，选用90车刀；在粗车外圆时，选用75偏刀。车外圆时，使用靠模板车。钻深孔时，选用莫氏锥柄麻花钻；车螺纹时，使用高速钢螺纹车刀。铣键槽使用圆柱键槽铣刀加工。2、夹具的选择：加工该零件不需要使用专用夹具，采用通用夹具，如：三爪卡盘及顶尖。3、量具的选择：游标卡尺（精度为0.02），千分尺。第五节 加工余量、工序尺寸和公差的确定各工序的加工余量可依据机械制造技术基础课程设计指导教程表2-16、表2-17、表2-18、表2-19查得。一、G轴外圆面40的确定表5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半精车2IT93.240粗车4.7IT1112.542锻造246.7二、E轴外圆面30的确定表6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磨削0.3IT60.3300.0065半精车2IT93.230.300.052粗车4.7IT1112.532.300.13锻造237三、M轴外圆面35的确定表7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磨削0.3IT608350.008半精车2IT93.235.300.062粗车4.7IT1112.537.300.16锻造242四、F轴右边部分外圆面30的确定表8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磨削0.3IT608300.020.072半精车2IT93.230.300.052粗车4.7IT1112.532.300.13锻造237五、F轴左边部分外圆面30的确定表9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磨削0.3IT608300.0065半精车2IT93.230.300.052粗车4.7IT1112.532.300.13锻造237六、N轴外圆面25的确定表10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磨削0.3IT6082500.013半精车2IT93.225.300.052粗车4.7IT1112.527.300.13锻造232七、M20x1.5螺纹的加工表11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半精车2IT93.220粗车4.7IT1112.522锻造226.7第六节 切削用量、时间定额的计算一、切削用量的计算 1、工序7 半精车传动轴各外圆面 该工序虽然分了多个工步进行，但每个工步的背吃刀量、进给量和切削速度都相同，因为这些工步都是在一台机床上经一次走刀加工完成的，所以分析一个工步即可。现以半精车E轴外圆面为例，计算切削用量： 1）背吃刀量的确定 半精车E轴外圆面的加工余量为2，由于加工余量为双边余量，故a=1mm。 2）进给量的确定 由表查得，可取进给量f=0.4mm/r 3）切削速度的确定 根据卧式车床CA6140的切削速度范围，取 V=30m/min，可求得： n=1000V/d=318.47r/min，根据机床型号查得转速为n=320r/min，则V=nd/1000=30.2m/min由于各工步加工轴的直径不同，算出的转速也不相同，但都靠近n=320r/min，故可以统一起来取值。工序7 半精车P、Q面 P、Q面的技术要求相同，都是为了保证表面粗糙度Ra=0.8，而长度方向的尺寸只要满足基本尺寸要求即可，无需保证公差值。为了简化计算，这里只取Q面作为对象，最后计算结果的两倍即为该工序的最终结果。半精车Q面：1） 背吃刀量的确定 因为已知该工步的加工余量为2，a=1mm,分两次进给。2）进给量的确定 由查得，可取进给量f=0.4mm/r 3）切削速度的确定 根据卧式车床CA6140的切削速度范围，取V=30m/min，可求得： n=1000V/d=318.47r/min根据机床型号查得转速为n=320r/min，则V=nd/1000=30.2m/min2、工序11铣键槽 1）N轴外圆面上键槽84.8切削用量的确定：根据图样分析和查表可得：进给量fz=0.1mm/z，给定齿数为5，f=0.5mm/r，背吃刀量ap=2.4，分两次进给，主轴转速取n=190r/min，得：V=14.9m/min。2）M轴外圆面上键槽105.2切削用量的确定：根据图样分析和查表可得：进给量fz=0.1mm/z，给定齿数为5，f=0.5mm/r，背吃刀量ap=2.6，分两次进给，主轴转速取n=190r/min，得：V=14.9m/min。二、时间定额的计算1、工序7半精车传动轴各外圆面 1）半精车E轴外圆面基本时间和辅助时间的确定 基本时间 t=()i/fn=(30+2+3)60/(0.4320)=16.4s 辅助时间 t=0.15t=0.1516.4=2.5s2）半精车M轴外圆面基本时间和辅助时间的确定 基本时间t=()i/fn=(31+2+3)60/(0.4320)=16.9s 辅助时间 t=0.15t=0.1516.9=2.5s3）半精车G轴外圆面基本时间和辅助时间的确定 基本时间t=()i/fn=(46+2+3)60/(0.4320)=23.9s 辅助时间 t=0.15t=0.1523.9=3.6s4）半精车F轴外圆面基本时间和辅助时间的确定 基本时间t=()i/fn=(44+2+3)60/(0.4320)=23s 辅助时间 t=0.15t=0.1523=3.4s5）半精车N轴外圆面基本时间和辅助时间的确定 基本时间t=()i/fn=(36+2+3)60/(0.4320)=19.2s 辅助时间 t=0.15t=0.1519.2=2.9s6）半精车20轴外圆面基本时间和辅助时间的确定 基本时间t=()i/fn=(18+2+3)60/(0.4320)=10.8s 辅助时间 t=0.15t=0.1510.8=1.6s 7) 半精车P面基本时间和辅助时间的确定 基本时间 t=()i/fn=22060/128=18.8s 辅助时间 t=0.15t=0.1518.8=2.8s 8) 半精车Q面基本时间和辅助时间的确定 基本时间 t=()i/fn=22060/128=18.8s 辅助时间 t=0.15t=0.1518.8=2.8s综上，工序7总的基本时间t总=tj1+ tj2+ tj3+ tj4 +tj5 +tj6 +tj7 +tj8=16.4+16.9+23.9+23+19.2+10.8+18.8+18.8=147.8s 工序7总的辅助时间t总=tf1+ tf2+ tf3+ tf4 +tf5 +tf6 +tf7+tf8= 2.5+2.5+3.6+3.4+2.9+1.6+2.8+2.8=22.1s 布置工作地时间 t=0.05(t总+ t总)=8.5s 休息和生理需要时间 t=0.03(t总+ t总)=5.1s 准备与终结时间 t=0.05