传动轴加工工艺及夹具设计[1]解读

1、长春汽车工业高等专科学校毕业设计（论文）题目传动轴加工工艺及夹具设计院系名称机电工程学院班级132103学生姓名高阳学号指导教师张琦答辩教师时间目 录摘要丄1概述21.1问题的提出及研究意向 21.2 本文研究的目的和研究内容 22零件的分析32.1生产纲领 32.2 零件的作用 32.3零件的工艺分析 32.4零件表面加工方法 43加工方案的选择53.1方案选择 53.2加工的技术要求 64确定毛坯74.1传动轴毛坯 74.2传动轴材料 74.3确定锻件加工余量 75工艺规程设计 95.1定位基准的选择 95.2热处理方法 95.3拟定工艺规程 95.4加工顺序安排 115.5制定工艺路线

2、116夹具的设计156.1夹具的作用 156.2铣床夹具的设计特点 156.3定位原理的几种情况 167心得体会178致谢189参考文献19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

3、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，表面发兰1概述1.1问题的提出问题: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

4、，也给消费者带来了诸多麻烦，给自己企业造成了负面影响。1.2论文研究的目的和研究内容本文研究的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。2零件的分析2.1生产纲领因为传动轴的年产量

5、为360,由表查得为小批量生产生产类型零件生产纲领重型机械中型机械轻型机械单件生产5205-10020-200100-500中批生产100-300200-500500-5000大批生产300-1000500-50005000-500002.1零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

6、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。2.2零件的工艺分析(1) 对于7级精度、表面粗糙度Ra0.80.4卩m的一般传动轴，其工艺路 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

7、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。2.3零件表面加工方法的选择传动轴的

8、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-半精车-磨削外圆表面加工方案加工方案经济加工精度等级（IT ）表面粗糙度Ra/卩m粗车11125012.5半精车8106.33.2精车671.60.8磨削670.80.4键槽加工方案加工方案经济加工精度等级（IT）表面粗糙度Ra铣111212.53 加工方案的选择工序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磨削万案二工序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

9、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IT12，表面粗糙度Ra12.5卩m,需进行铣削加工。 25左外圆表面：公差等级IT7，表面粗糙度为Ra1.6卩m需进行粗车， 半精车，精车。 30外圆表面：公差等级IT7，表面粗糙度为Ra12.5卩m需进行粗车，半 精车，精车。 25右外圆表面：公差等级IT6，表面粗糙度为Ra1.6卩m需要进行粗车，半精车或磨削加工。3.2加工的技术要求(1) 尺寸

10、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 IT5IT7 ;另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 IT6IT9。(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。4传动轴毛坯材

11、料及加工余量毛坯4.1 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。4.2 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

12、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4552HRC40Cr等合金结构钢适用于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GCr15和弹簧钢65Mn经调质和表面高频淬火后，表面硬度可达 5058HRC并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4.3确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（卩m 35半精车0.535Ra6.3 卩 m粗车236Ra12.5 卩 m毛坯40 25精磨0.0825H6Ra1.6 卩 m粗磨0

13、.1225.16H9Ra3.2 卩 m半精车0.825.4H12Ra6.3 卩 m粗车227H12Ra12.5 卩 m毛坯30 25精车0.125H7Ra1.6 卩 m半精车0.925.2H9Ra6.3 卩 m粗车227H12Ra12.5 卩 m毛坯30 30精车0.130H7Ra1.6 卩 m半精车0.930.2H9Ra6.3 卩 m粗车432H12Ra12.5 卩 m毛坯405工艺规程设计5.1定位基准的选择（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

14、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。5.2热处理（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5.3拟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

15、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C 35mmC 30mm外圆时，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。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。机械加工工艺过程卡片郑

16、州华信学院实习工厂机械加工工艺过程卡片产品类型ZSY零件图号01-01共页产品名称减速箱零件名称传动轴第页材料牌号45毛坯种类锻件每毛坯件数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40mm车端面钻中心孔机加工C6132三抓卡盘3粗车一加一顶机加工C6132一夹一顶4钻中心孔调头夹左端装中心架车右端面钻中心孔机加工C6132三抓卡盘5粗车车右端外圆机加工C6132一夹一顶6调质处理调制热处理217-255HBS热处理7修中心孔修研中心孔机加工C6132三抓卡盘8半精车半精车左端外圆切槽倒角机加工C6132一夹一顶9半精车调头半精车有段尺寸切槽倒机加工C61

17、32一夹角一顶10精车精车左端外圆至尺寸机加工C6132双顶尖11精车精车右端外圆至尺寸机加工C6132双顶尖12划线花键槽线机加工13铣键槽铣键槽机加工X613214粗磨粗磨左右端外圆 25机加工M1432B双顶尖15精磨精磨左右端外圆至尺寸 25机加工M1432B双顶尖5.4加工顺序的安排(2)加工工艺路线为：下料f锻造f正火f粗加工f调质f半精加工f淬火f 精加工一划键槽线一铣槽一粗磨f低温时效f精磨f低温时效f检验。5.5制定工艺路线根据零件的几何形状，尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能 达到的经济精度，在生产纲领已确定的情况下。可以考虑采用万能性机床配以专 用工卡具，并且

18、尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应该考虑经济效果, 以便使生产成本尽量下降。加工条件：加工材料采用45钢，经调质处理后的锻件工序1粗车轴的两端面，打中心孔机床：采用组合车床加专用夹具刀具：YT6硬质合金外圆车刀工序2 粗车外圆大小端各外径机床：CA6140卧式车床，转速 n=400r/min刀具：查简明手册选用YT6硬质合金外圆车刀，主偏角为 90,后刀面最大磨损限度1.01.4,刀具寿命60min.切削速度 vc= n dn/1000=3.14x47x400/1000=59.032m/min进给量：f=0.05mm/r进给速度：vf=fn=0.05x400=20mm/mi n加工工时

19、：tm=L/ vf端面加工毛坯 30段加工 25 从 30切削至 26.4，背吃刀量ap=1.8mm;切削长度L= 88mm;加工工时 tm=L/ vf=4.4min加工 25 从 30切削至 26.7，背吃刀量 ap=1.65mm切削长度L=15mm加工工时 tm=L/ vf=0.75min毛坯 40段加工 30 从 40切削至 31.4，背吃刀量 即=4.3mm切削长度L=75mm加工工时 tm=L/ vf=3.75min加工 35从 40切削至 35.9，背吃刀量ap=2.05mm切削长度L=42mm加工工时 tm=L/ vf=2.1min第二道工序所需工时Tm=11min工序3半精车，

20、倒角加工 25 从 26.4切削至 25.5，背吃刀量ap=0.45mm切削长度L=88mm加工工时 tm=L/ vf=4,4min加工 25 从 26.7切削至 25.8，背吃刀量ap=0.45mm切削长度L=15mm 加工工时 tm=L/ vf=0.75min加工 30 从 31.4切削至 30.5，背吃刀量ap=0.45mm切削长度 L=75mm加工工时 tm=L/ vf=3.75min加工 35 从 35.9切削至 35, 背吃刀量ap=0.45mm切削长度L=42mm加工工时 tm=L/ vf=2.1min车倒角车刀 选用kr=45的直头通切车刀车45倒角工序所需工时Tm=8.9mi

21、n工序4 精车，切退刀槽加工 25 从 25.5切削至 25,背吃刀量 ap=0.25mm切削长度L=86mm加工工时 tm=L/ vf=4.3min加工 25 从 25.8切削至 25.3，背吃刀量ap=0.25mm切削长度L=13mm加工工时 tm=L/ vf=0.65min加工 30 从 30.5切削至 30,背吃刀量 ap=0.25mm切削长度L=73mm加工工时 tm=L/ vf=3.65min切退刀槽取a=1.5和a=2的切槽刀进给量f为手动，查切削手册 得v=0.17m/sn=0.5工序所需工时Tm=8.6min工序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

22、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 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X53T 转速n=18r/min纵向进给量为f仁10 mm/min 横向进给量为f2=10 mm/min h=4mm

23、, L=35mm计算工时得tm纵=h/f1n=0.022mintm横=L/f2n=0.166mi ntm 1= 0.188mi n h=4mm, L=30mm计算工时得tm纵=h/f1n=0.022 mintm横=L/f2n=0.166 mintm2=0.188mi n工序所需工时Tm=0.376min工序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 M131W工作台移动速度v=100mm/min加工 25 从 25.3切削至 25，背吃刀量ap=0.15mm切削长度L=13mm加工

24、工时 tm=L/ v f=0.65mi n工序所需工时Tm=0.65min综上所述,本设计所需总基本工时Tm 总=29.525mi n6夹具设计6.1夹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。6.2铳床夹具的设计特点铣床夹具与其它机床夹具的不同之处在于：它是通过定位键在机床上定位， 用对刀装置决定铣刀相对于夹具的位置。A、床夹具的安装

25、铣床夹具在铣床工作台上的安装位置，直接影响被加工表面的位置精度，因而在设计时必须考虑其安装方法， 一般是在夹具底座下面装 两个定位键。定位键的结构尺寸已标准化，应按铣床工作台的T形槽尺寸选定，它和夹具底座以及工作台 T形槽的配合为H7/h6、H8/h8。两定位键的距离应力 求最大，以利提高安装精度。作为定位键的安装是夹具过两个定位键嵌入到铣床工作台的同一条T形槽中，再用T形螺栓和垫圈、螺母将夹具体紧固在工作台上，所以在夹具体上还 需要提供两个穿T形螺栓的耳座。如果夹具宽度较大时，可在同侧设置两个耳座， 两耳座的距离要和铣床工作台两个 T形槽间的距离一致。B、 铣床夹具的对刀装置铣床夹具在工作台

26、上安装好了以后，还要调整铣 刀对夹具的相对位置，以便于进行定距加工。为了使刀具与工件被加工表面的相 对位置能迅速而正确地对准，在夹具上可以采用对刀装置。对刀装置是由对刀块 和塞尺等组成，其结构尺寸已标准化。各种对刀块的结构，可以根据工件的具体 加工要求进行选择。由于铣削时切削力较大，振动也大，夹具体应有足够的强度和刚度，还应尽 可能降低夹具的重心，工件待加工表面应尽可能靠近工作台， 以提高夹具的稳定 性，通常夹具体的高宽比 H/BW 11.25为宜。6.3定位原理的几种情况（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

27、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。7心得体会在大学期间经过三年的努力和学习，对于机电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