机械制造工艺学轴的设计课程设计

1、湖南工业大学课程设计资料袋机械工程学院（系、部）2011 2012 学年第 1 学期课程名称机械制造工艺学指导教师vvv 职称学生姓名呵呵呵专业班级机工vvv 学号 vvvvvvvvvvv题 目轴的设计成 绩起止日期 2011年12月 19日 2011 年12 月_25_日目 录清单序号材料名称资料数量备注1课程设计任务书12课程设计说明书13课程设计图纸13张456湖南工业大学课程设计任务书20112012学年第 一 学期机械工程 学院（系、部）机械设计与制造及自动化 专业 机工092班级课程名称：机械制造工艺学设计题目：轴的设计完成期限：自 2011年 12月19日至 2011 年12月2

2、5 日共 1周内 容 及 任 务一、设计的主要技术参数二、设计任务根据零件图对零件进行工艺分析，编制工艺文件。三、设计工作量 根据零件图对零件进行工艺分析 计算零件的生产纲领，确定生产类型 确定毛坯的种类和制造方法 确定毛坯的尺寸和公差 拟定加工路线 确实各工序的加工余量，计算工序尺寸和公差 选择各工序的机床设备及刀具、量具等工艺装备 确定各工序的切削用量 编制工艺文件进度安排起止日期工作内容2011年12月19日2011年12月20日零件的工艺分析2011年12月21日2011年12月24日工艺规程设计以及制作工艺卡2011年12月25日2011年12月25日整理、排版说明书以及准备答辩参

3、考 资 料【1】王先逵机械制造工艺学M.北京：机械工业出版社，2006.【2】陈锡渠金属切削原理与工具M北京：北京大学出版社，2006.【3】葛金印机械制造技术基础基本常识M北京：高等教育出版社,2004.【4】马永杰热处理工艺方法 600种M 北京：化学工业出版社，2008.【5】邓文英金属工艺学M 北京：高等教育出版社，2008.指导教师（签字）：系（教研室）主任（签字）：HUNAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY机械制造工乙学课程设计说明书轴的设计起止日期：2011年12月19日至2011 年12月25日学生 姓名刘增权班级机工092班学号09405700330成绩指导

4、教师（签字）机械工程学院2011年12月25日本课程设计是学生在学完机械制造工艺学课程的一个综合性和实践性很强 的教学环节，通过课程设计， 能综合运用所学基本理论以及在生产实习中学到的 实践知识进行工艺及结构设计的基本训练， 掌握机械制造过程中的加工方法、 加 工装备等基本知识， 提高学生分析和解决实际工程问题的能力， 为后续课程的学 习及今后从事科学研究、工程技术工作打下较坚实的基础。本次机械制造工艺学课程设计不仅仅能帮助我们利用已学的知识进行设计， 还 培养了我们自己分析， 独立思考的能力。 这次综合性的训练， 我在以下几方面得 到锻炼：（1）、运用机械制造工艺学课程中的基本原理以及在生产

5、实习中学到的实践知 识，正确地解决 一个零件在加工中的定位， 夹紧以及工艺路线安排， 工艺尺寸 确定等问题，保证零件的加工质量。（1）提高结构设计能力。通过设计零件的训练，获得根据被加工零件的加工 要求，设计出高效，省力，经济合理而能保证加工质量的零件的能力。（2） 学会使用手册以及图表资料。掌握与本设计有关的各种资料的名称，出 处，能够做到熟练的运用。就我个人而言，我希望通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一 次适应性训练，从中锻炼自己发现问题，分析问题和解决问题的能力，为今后 参加工作打下良好的基础。由于个人水平亟待提高，设计尚有许多不足之处，恳请老师给予指教，本 人将表示真诚的感谢

6、！29第一章零件的工艺分析 6第二章生产纲领的计算与生产类型的确定 10第三章确定毛坯、绘制毛坯图11第四章拟定轴的工艺路线 12第五章选择加工设备及工艺装备 16第六章加工工序设计 17第七章加工后零件的三维图 24第八章参考资料25第九章设计小结26第十章致谢27第一章 零件的工艺分析一、轴的用途：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（如齿轮、蜗杆 登），都必须安装在轴上才能进行运动及动力的传递。因此轴的主要作用是支承 回转零件及传递运动和动力。按照轴的承受载荷不同，轴可分为转轴、心轴和传 动轴三类。工作中既承受弯矩又承受扭矩的轴成为转轴，只承受弯矩的轴称为心 轴，只承受

7、扭矩而不承受弯矩的轴称为传动轴。该轴主要采用40Cr钢能承受一定的载荷与冲击。此轴为台阶类零件，尺寸 精度，形位精度要求均较高。16， 18， 17为主要配合面，精度均要求较 高，需通过磨削得到。轴线直线度为 0.01，两键槽有同轴度要求。在加工过程中须严格控制。二、技术要求：轴通常是由支承轴颈支承在机器的机架或箱体上，实现运动传递和动力传递的功能。支承轴颈表面的精度及其与轴上传动件配合表面的位置精度对轴的工作 状态和精度有直接的影响。其技术要求包括以下内容：尺寸精度轴段1，2，4，5为主要配合面，尺寸精度要求较高。其中主要加工面有外圆 柱面两段V7_0.0055, 18.007，轴颈18,

8、16, 尺寸为50q1的两个键槽以及各退刀 槽。2. 形状精度该轴公共轴线的直线度公差为0.01 O其圆度及圆柱度无特殊要求，但应控制在尺寸公差范围内。3. 位置精度零件对位置精度要求较低，无特别要求。故可按一般规定普通精度轴的配合轴径对支承轴径的径向圆跳动取为 0.010.03mmo4. 表面粗糙度具有配合要求的各轴颈表面粗糙度为 1.6卩m轴肩侧面表面粗糙度为3.2卩m 键槽底面粗糙度要求较低，为 3.2卩m侧面为3.2卩m其余为12.5卩m.5. 热处理：锻造后应对毛坯安排正火处理，为消除内应力粗加工之后安排退火处理，为改善材料的力学物理性质半精加工之后，精加工之前安排调质处理（850

9、C油淬加520C持续2小时回火）。C a.otS0零件图一轴的表面粗糙度、形状和位置精度要求与表面粗糙度要求见表加工表面尺寸及偏差公差及精度表面粗糙度形位公差(mm等级Ra (卩 m轴段1创7 0.0055IT61.6轴线直线度为伞.1轴段2创8蠶1IT81.6轴线直线度为*0.01轴段2端面3.2轴段3*22未注12.5轴线直线度为.1轴段3端面3.2轴段4*17 0.0055IT61.6轴线直线度为.1轴段4端面3.2轴段5屮16未注1.6轴线直线度为.1键槽25_0.05IT73.2键槽5505_q.05IT73.2表三、审查轴的工艺性：1. 结构工艺轴类零件为其长度大于直径的回转体类零

10、件，是机器中的主要零件之一。其主要功能是支承传动件（齿轮、带轮、离合器等）和传递扭矩。本次设计 中的轴为阶梯轴，其主要表面元素为圆柱面及键槽。 该轴轴段2与齿轮配合，通 过平键以传递扭矩，轴段1及轴段4与滚动轴承配合，轴段5连接半联轴器， 将扭矩输出。（零件图见图一所示）2. 加工工艺（1）该轴采用合金结构钢40Cr,中等精度，转速较高。经调质处理后具有良好的综合力学性能，具有较高的强度、较好的韧性和塑性。（2）该轴为阶梯轴，其结构复杂程度中等，其有多个过渡台阶，根据表 面粗糙度要求和生产类型，表面加工分为粗加工、半精加工和精加工。加工时应 把精加工、 半精加工和粗加工分开， 这样经多次加工以

11、后逐渐减少了零件的变形 误差。（3）零件毛坯采用自由锻，锻造后安排正火处理。（4）该轴的加工以车削为主，车削时应保证外圆的同轴度。（5）在精车前安排了热处理工艺，以提高轴的疲劳强度和保证零件的内 应力减少，稳定尺寸、减少零件变形。 并能保证工件变形之后能在半精车时纠正。（6）同一轴心线上各轴孔的同轴度误差会导致轴承装置时歪斜，影响轴 的同轴度和轴承的使用寿命。 在两端面钻中心孔进行固定装夹可以有效防止径向 圆跳动、保证其同轴度。第二章生产纲领的计算与生产类型的确定机械加工的工艺规程的详细程度与生产类型有关， 不同的生产类型由产品的 生产纲领来区别。1. 生产类型的确定（1）零件的生产类型是指企

12、业生产专业化程度的分类，它对工艺规程的制定具 有决定性的影响。机械制造的生产类型一般分为大量生产、成批生产和单件生产, 成批生产分为大批生产、中批生产、和小批生产。产量越大生产专业化程度越高。 按重型机械、中型机械、和轻型机械的年生产量列出了不同的生产类型的规范如 表1表1各种生产类型的规范生产类型零件的年生产纲领/件/年重型机械中型机械轻型机械单件生产 5 20 1000 5000500002.生产纲领的计算（1）生产纲领是产品的年生产量。生产纲领的大小对生产组织和零件加工工艺 规程起着很重要的作用，它决定了各工序所需的专业化和自动化的程度以及所选 用的工艺方法和工艺装备。（2）零件的生产纲

13、领的计算方式N=Qn（1+a %邙 %）结合生产实际：零件的备品率a唏口零件的平均废品率B %分别取4呀口 6%假定 产品的年产量Q要求为200件/年，每台产品中该零件的数量为1件/台。所以综 合以上数据代入上式中得：N=220件（3）由零件尺寸可知其属于轻型零件，生产类型为小批量生产。第三章确定毛坯、绘制毛坯图一、选择毛坯：零件材料为40Cr钢，要求强度较高，且工件的形状比较简单，毛坯精度低， 加工余量大，生产类型为单件小批量生产。综上考虑，采用锻件，其锻造方法为 自由锻，毛坯的尺寸精度要求为IT12以下。二、确定毛坯的尺寸公差1、毛坯尺寸由工艺人员手册可查得锻件单边余量厚度方向 1.5-2

14、mm,取2mm水平方向 为2.0-2.7mm，取2.5mm.锻件质量小于1kg，长度小于120mm取其上偏差+0.17mm 下偏差-0.08mm。锻件厚度尺寸小于 40mm取其上偏差+0.12mm下偏差-0.04mm。 B/H16外圆面表面粗糙度要求为 Ra1.6卩m对其进行精车以达到要求。而对于 “7 -0.0055外圆面其公差等级为IT6，表面粗 糙度要求为Ra1.6ym安排粗磨、精磨。五、确定工艺路线根据以上的加工工艺过程的分析确定零件的工艺路线如表三工序号工序名称工序内容10自由锻毛坯锻造加工20热处理正火30车端面车断头及端面保证端 面尺寸，钻中心孔；调头车 另一端面，钻中心孔；40

15、粗车粗车轴段3外圆，以其端面为基准面，依次粗车轴段1、2外圆；调头再以轴段3右端面为基准粗车轴段4、5;粗车各退刀槽50热处理调质60半精车以轴段3外圆为基准 依次半精车轴段1、2外圆； 半精车槽深0.5的2个；调 头再以轴段3外圆为基准 半精车轴段4、5外圆；半 精车槽深0.5.70精车用调整法找正以顶尖 中心线为基准精车轴段1； 精车轴段2;调头精车轴段 4;精车轴段5；80车端面车端面保持长82；倒 角1X45调头车另一端面保 持全长80；倒角1X45度， 车槽深0.390粗铣键槽铣两个宽为5的键槽100半精铣键槽半精铣两个键槽110热处理表面淬火120粗磨粗磨轴段1 ； 调头粗磨轴段4

16、130精磨精磨轴段4;调头精磨轴段1140检验表三第五章选择加工设备及工艺装备一、机床设备的选用零件轴的生产类型为小批量生产，可以选用较高效率的专用机床和通用机床。根据该轴尺寸的大小要求，选用卧式车床CA6140外圆磨床M1412铣床X083o二、工艺装备的选用1）刀具选择因为该传动轴为阶梯轴，所以选用90度角外圆车刀（车台阶）材料为YT1545刀（倒角）和切槽刀（切槽）2）量具选择因为该轴最大长度为85,所以选用量程0-100，精度0.05游标卡尺。各工序具体所用工艺设备见下表工序号机床设备刀具量具10游标卡尺2030CA614090刀游标卡尺40CA614090刀游标卡尺5060CA614

17、090刀游标卡尺70CA614090刀游标卡尺80CA614090刀游标卡尺90铣床X083铣刀游标卡尺100铣床X083铣刀游标卡尺110120M1412砂轮130M1412砂轮140游标卡尺表四第六章加工工序设计、确定工序尺寸(1)对轴段3外圆表面，加工工艺路线仅为粗车，由工序40组成。可得粗 车余量为4mm取粗车的经济精度公差等级IT11，查表可确认其公差值为0.13mm将上面数据填入下表工序名称工序余量(mr)加工经济精度(mm表面粗糙度Ra(卩 m)工序基本尺寸(mm)尺寸、公差(mm)锻造IT122424书；厶气_0.04粗车4IT1112.52222_0,13表五(2) 对轴段2

18、外圆表面加工工艺路线为：粗车一一半精车一一精车。由 工序40、60、70组成，查表可得工序余量：精车余量为0.3mm,半精车余量为1.5mm 修正后的粗车余量为6.2mm总加工余量为8mm计算各项工序尺寸：精车后达到图纸上的尺寸18.01，其表面粗糙度为Ra1.6 卩 m精车前尺寸：18+0.3=18.3mm半精车前尺寸：18.3+1.5=19.8mm粗车前尺寸：19.8+6.2=26mm按照各工序所得到的经济精度所对应的值精车的经济精度公差等级IT8，其公差值T1=0.027mm半精车的经济精度公差等级IT9，其公差值T2=0.043mm粗车的经济精度公差等级为IT11，其公差值T3=0.1

19、1mm将上面的数据填入下表：名称工序工序余量(mrh加工经济精度(mr)i表面工序基本尺寸(mm)尺寸、公差(mm)粗Ra(糙度卩m)精车0.3IT81.61816 也02116 _0.007车半精1.5IT93.218.316.3_0.043粗车6.2IT1112.519.817.80.11锻造IT122624七12厶片04表六用计算法对精车径向的工序量 Z2进行分析：查表Z2=0.3mn,则半精车的基本尺寸为 A2=18+0.3=18.3mm 半精加工工序的经济加工精度等级达到IT9级。确定公差值为0.043mm所以A1=( 18.3 0.02)mm(3) 轴段1、4外圆面。其加工路线为粗

20、车一一半精车一一精车一一粗磨 精磨。由工序40、60、70、120、130组成，据查到的加工余量得精磨余量 为0.1，粗磨为0.25，精车为0.25，半精车为2.2，经修正后的粗车余量为6.2 确定总加工余量为9。计算各工序尺寸：精磨前：17+0.仁17.1粗磨前：17.1+0.25=17.35精车前：17.35+0.25=17.6半精车之前：17.6+2.2=19.8粗车前：19.8+6.2=26按照加工方法能达到的经济精度给各工序尺寸确定公差，查工艺手册可知 每道工序的经济精度所对应的值为：取精磨的经济精度公差等级为IT6，其公差值为T1=0.011mm取粗磨的经济精度公差等级为IT7,其

21、公差值为T1=0.018mm 取精磨的经济精度公差等级为IT8，其公差值为T1=0.027mm 取半精车的经济精度公差等级IT9，其公差值为T2=0.043mm 取粗车的经济精度公差等级IT11，其公差值为T3=0.11mm 其数据如下表工序名称工序余量（mm加工经济精度（mr）i表面粗糙度Ra（卩 m）工序基本尺寸（mm）尺寸、公差（mm）精磨0.1IT61.617150005粗磨0.25IT71.617.115.1),18精车0.25IT83.217.3515.3500.027半精车2.2IT96.417.615.6；,143粗车6.2IT1112.519.817.8二1锻造IT12262

22、4七124_0.0,24表七现用计算法对精磨径向的工序量进行分析：查表得 Z1=0.1mm则粗磨基 本尺寸为A2=17+0.1=17.1mm粗磨加工工序的经济加工精度等级为 IT7级。可 确认其公差值0.018mm 故取A1=（ 17.1 0.02）mm（4）对轴段5外圆表面，加工工艺路线为：粗车一一半精车一一精车。 由工序40、60、70组成。查工艺手册得各加工余量：精车余量为0.3，半精车为1.5，经修正后的粗车余量为8.2。确定总加工余量为10。精车前：16+0.3=16.3半精车之前：16.3+1.5=17.8粗车前：17.8+8.2=26取精车的经济精度等级为IT8，公差值为T1=0

23、.027mm 取半精车的经济精度等级为IT9，公差值为T2=0.043mm 取粗车的经济精度等级为IT11，公差值为T仁0.11mm 将以上数据填入表格工序名称工序余量（mm加工经济精度（mr）i表面粗糙度Ra（卩 m）工序基本尺寸（mm）尺寸、公差（mm）精车0.3IT61.616半精车1.5IT83.216.314.3；,粗车8.2IT1112.517.815.8吐0锻造IT122624 书.1厶什-0.0,表八（5）对于键槽，可确定工艺路线：粗铣一一半精铣。查工艺手册可知半精铣的加工余量为1.5mm且总加工余量为6mm则粗铣余量为4.5mm取半精铣的经济精度公差等级为IT7，其公差值为T

24、1=0.039mm粗铣的经济精度公差等级为IT11，其公差值为T2=0.16mm将以上数据填入表格工序工序加工表面工序尺名称余量（mrh经济精度（mr）i粗糙度Ra（卩 m）基本尺寸（mm）寸、公差（mm）半精铣1.5IT73.255。5_q.O1粗铣4.5IT1112.56.56.5 卫.07 5锻造IT1211II 卫.04表九综合以上可得加工余量表为:工工工序尺寸精加工表面序名称序余量度等级轴段粗422IT13车1轴段半0.117IT61、4精磨(+0.0055,外圆-0.0055 )面粗0.2 17.1 (0,IT7磨5-0.018 )精0.2 17.35( 0,IT8车5-0.027

25、 )半2.2 17.6 (0,IT9精车-0.043 )粗6.2 17.8 (0,IT1车-0.11 )1轴段精0.318IT82外圆面车(+0.021 ,-0.007 )半精车1.5 18.3 (0,-0.043 )IT9粗车6.2 19.8 (0,-0.11 )IT11轴段5外圆面精车0.316IT8半精车1.5 16.3(0,0.043)IT9粗车8.2 17.8(0,0.011)IT11键槽半精铣1.55( 0,-0.01 )IT7粗铣4.56.5( 0，-0.075 )IT11表十二、确定工序的切削用量确定切削用量的原则：首先应选取尽可能大的背吃刀量，其次在机床动力 和刚度允许的条件

26、下，又满足以加工表面粗糙度的情况下， 选取尽可能大的进给 量。最后根据公式确定最佳切削速度。1）工序30，粗车轴的左右端面该工序为两个工步，工步1是以左边定位。粗车右端面；工步 2是以右 边定位，粗车左端面。由于这两个工步是在一台机床上经一次走刀加工完成的， 故其选用的切削用量相同。背吃刀量的确定：根据加工余量，工步1和工步2的背吃刀量都为0.5mm进给量的确定：本设计采用的是硬质合金车刀，工件材料是40Cr,查表取进给量 f =0.5mm/r切削速度的计算:硬质合金车刀切削40Cr时，取切削速度V为50m/min，根据公式n =1000v/二d，可得车床转速 n=1000X 50/( - x

27、 24)r/min=663r/min，查表 CA6140的主轴转速范围为101400, 14001580 ( r/min )，符合要求。2) 工序40粗车及工序60半精车 该工序为工步1粗车和工步2半精车，则背吃刀量依次为ap1=z=6.2mmap2=z=2.2mm 查表得 粗车 f1=0.81mm/r，取 Vc 为 60m/min，贝U n=796r/min 半精车，取 f2=0.4mm/r， Vc 为 90m/min，贝U n=1194r/min (n=1000Vc/ 二 d)3) 工序40、工序60的过渡面部分粗车半精车尺寸为 20的轴肩两端面粗车轴段2与轴段1的过渡端面其切削用量与上述结论类似，不再计算4) 工序90、100粗铣及半精铣键槽粗铣 取 f=2mm/r Vc=60m/min n=118 r/min半精铣取 f=