涡轮轴制造方案及加工余量讲解

1、汽车制造工艺课程设计说明书班级： 20112011级汽车服务工程（ 1 1）班姓名：学号：指导老师：周秦源老师日期： 2014.6.222014.6.22中南林业科技大学目录目录 -1一、零件的分析 -2（一） 零件的作用 -2（ 二） 零件的工艺分析 -2二、工艺规程设计 -2（一）确定毛坯的制造形式 -2（二）基准的选择 -3附：定位误差的分析 -4三、制造工艺规程 -4（ 一） 工艺路线方案一 -4（ 二） 工艺路线方案二 -5（ 三） 工艺方案分析 -6（ 四） 最终方案的确定 -6四、机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 -6（一）涡轮轴个部分的加工余量和毛坯尺寸确定 -6五、切削

2、用量及其基本工时 -9（一）切削用量确定 -10（二）基本工时确定 -11六、总结 -12七 、参考文献 -13中南林业科技大学一、零件的分析（ 一） 零件的作用蜗轮轴是轴类零件中常见的， 是动力机械中的主要零件之一， 其主要功能是 传递运动和动力。（ 二 ） 零件的工艺分析 在动力传输工程中，会产生较大的即受弯矩又受转矩工作是产生的应力多 为应变力， 所以失效多为疲劳损坏， 因此轴的材料应具有足够的疲劳强度， 较小 的应力集中敏感性和良好的加工性能。蜗轮轴的材料为 45 钢并调制，且蜗轮轴 上装有滚动轴承、蜗轮、轴套、密封圈、键。 45 号钢是一般轴类零件常用的材 料，竞购调质可以得到较高的

3、切削性能， 而且获得较好的强度和人性等综合力学 性能，重要表面经过局部淬火后再回火，表面硬度可以达到 HRC45-52。定位精基准面中心孔应在组加工之前加工，在调制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组糙 度值。拟定轴的工艺过程时， 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 ;两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是

4、破坏已精加工的外圆表面。、工艺规程设计一）确定毛坯的制造形式涡轮材料为 45 钢，由于该工件比较简单所以选择铸造，以使金属纤维尽量 不被切断， 保证零件工作可靠。 此外考虑到选择各种已标准化、 系列化的通用刀 具、通用量检具及辅助工具加工及检验工件。 其中，影响毛坯选择的因素通常包 括：零件材料的工艺和对材料组织要求 零件的结构形状和外形尺寸 零件对毛坯精度、表面粗糙度和表面层性能的要求中南林业科技大学现有的生产条件和充分考虑利用新工艺、新技术和新材料的可能 而轴常用材料主要是优质碳素钢和合金钢， 优质碳素钢价格低廉， 对应力集 中的敏感性小、 并能通过热处理改善综合性能。 根据工作条件的采用

5、热处理工艺 （如正火、调质、淬火等）以及一些表面处理（渗碳、渗氮及碳氮共渗等） 。经 调质和表面淬火后，具有较高的力学性能。一般机械的轴常用45 钢。轴的毛坯一般采用轧制的圆钢或铸造。 锻件的强度较高， 重要的轴，阶梯尺寸变化大的轴。 应采用铸造毛坯。结论：本零件要求调质获得良好的综合机械性能， 故选用 45 钢，采用铸件， 调质处理硬度 217-255HB。（二）基准的选择1、粗基准的选择选择涡轮轴的毛坯外柱圆面及其一个侧面作为定位基准， 即遵循“基准重合” 的原则。合理地选择定位基准， 使工件的定位基准与工序基准相重合， 使工件安 装稳定，加工中所引起的变形最小，使工件定位方便，夹紧可靠。

6、对于保证零件 的尺寸和位置精度有着决定性的作用。 而且对于一般的轴类零件而言， 以外表面 作为粗基准是合理的。由于涡轮轴零件全部表面都要加工，因此，粗基准：两端 端面及中心孔。端面加工：采用铣削加工，使所有加工表面有足够的加工余量并且保证相互 位置精度，还要满足方便装夹等要求。1、对于毛坯是铸件来说，毛坯精度是由铸件来保证的，其精度较高，加工 余量也较小。毛坯铸件后已经过喷丸处理，表面平整、光洁、无飞边、毛刺等缺 陷2、对于毛坯是铸件，不仅具有较好的加工性，而且加工余量也较精确，其 毛坯精度比锻件还高，完全能保证定位可靠3、在涡轮轴加工过程中， 选择粗基准还要考虑加工余量的分配均匀、 合理。

7、这对于涡轮轴长径比较大、 刚度低的特点来说， 不仅有利于减小因切削余量不均、 切削力剧烈变化而使工件产生的弯曲变形， 对于保证精加工质量和提高劳动生产 率具有重要的意义。由于该涡轮轴的几个主要配合表面 （Q、P、N、M）及轴肩面 （H、G）对基准轴线 A-B 均有径向圆跳动和端面圆跳动的要求，它又是实心轴，所以应选择两端中心 孔为基准，采用双顶尖装夹方法，以保证零件的技术要求。中南林业科技大学2、精基准的选择对于涡轮轴的精加工及基准是以轴颈作为精基准。 考虑选择精基准时的主要 问题是如何保证设计技术要求的实现以及装夹准确、 可靠、方便；保证零件的加 工精度，满足基准重合、基准统一、互为基准、自

8、为基准和便于装夹的原则，以 粗加工后的端面为主要的定位精基准，外圆表面为辅助的定位精基准。具体而言，精基准： 30 的外圆表面，轴的最左端面及最右端面，蜗杆齿 的左端面。轴右端 30 段的右端面。附：定位误差的分析造成定位误差的原因有两个： 一是定位基准与工序基准不重合， 由此产生基 准不重合误差 b；二是定位基准与限制位基准不重合，由此产生基准位移误差 y 。基准不重合误差 b 是一批工件逐个在夹具上定位时， 定位基准与工序基准 不重合而造成的加工误差，其大小为定位尺寸的公差在加工尺寸方向上的投影。基准位移误差 y 是一批工件逐个在夹具上定位时， 定位基准相对于限位基 准的最大变化范围在加工

9、尺寸方向上的投影。三、制造工艺规程( 一) 工艺路线方案一1)备料；2)精密锻造；3)粗车两端面，打中心孔；4)粗车蜗杆外圆；5)粗车左端 30 和 36外圆；6)粗车36和30的外圆只36的右端面以及 22的外圆；7)车出蜗杆齿轮；8)半精车左端 36和30 外圆表面及车到 36 的外圆左端面；中南林业科技大学9)半精车右端各段的外圆表面，车出键槽；10)调质热处理；11)重新校核两端端面和中心孔；12)精车左右端的 30的外圆表面和端面及 4x0.6 的槽沟；13)车两端倒角；14)砂带打磨左右两端外圆表面，去除蜗杆上的毛刺；15)钻右端的中心孔，攻螺纹；16)检查( 二 ) 工艺路线方案

10、二1)备料；2)锻造；3)热处理；4)铣两端面，打中心孔；5)粗车左端 36和30 的外圆；6)粗车蜗杆齿段的外圆和右端所有外圆；7)半精车轴上的各个部分外圆(除右端 22的28 段)；8)半精车右端 22的28 外圆，车键槽和 28的右端面；9)车蜗杆齿；10)热处理加工；11)精车蜗杆齿；12)重新校核轴上的两端面与中心孔；13)精车直径为 30 的外圆，精车沟槽个 36的左右端面只规定要求， 车倒角；14)精磨30 外圆表面；15)攻右端的螺纹孔只规定要求；16)检查中南林业科技大学（ 三） 工艺方案分析通过对比方案一和方案二， 两者都是通过锻造的方法得到毛坯件， 都遵循了 基准先行的原

11、则。 两个方案的共同点是以轴的中心线为基准， 一次对各个部分的 外圆进行加工，通过粗车半精车精车的路线来是零件达到规定的几何参 数和无力性质。蜗杆齿是通过车削的方式得到的， ，热处理方法是调质，精度也 不容易满足要求， 增加了制造的成本。 而又因为这个蜗杆齿的头数为一， 使用车 削完全可以满足要求， 也比较合理。 经过了粗车和半精车后在用淬火和回火的方 法对我干进行热处理加强齿面的强度。这种方法也可以降低制造的成本。（ 四） 最终方案的确定经过以上的仔细分析后来看， 使用方案二更加合理、 可靠。所以最终决定采 用方案二。四、 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定（一）涡轮轴个部分的加工余量和

12、毛坯尺寸确定加工对象最左端的 30 外圆表面工序工序名称工序间余量 /mm经济精度 IT表面粗糙度Ra/m工序基本 尺寸/mm标注工序尺 寸/mm精磨0.360.1630.630.6精车0.671.631.831.8半精车0.910533.633.6粗车4.213154242- 6 -中南林业科技大学加工对象左端的 36 外圆表面工序工序名称工序间余量 /mm经济精度 IT表面粗糙度Ra/m工序基本 尺寸/mm标注工序尺 寸/mm半精车11012.53838粗车213154242加工对象蜗杆齿工序工序名称工序间余量 /mm经济精度 IT表面粗糙度Ra/m工序基 本尺寸 /mm标注工序尺 寸/m

13、m精车0.861.65.55.5半精车1.182.54.44.4粗车4.41200加工对象蜗杆齿部分的前加工工序工序名称工序间余量 /mm经济精度 IT表面粗糙度Ra/m工序基本 尺寸/mm标注工序尺 寸/mm半精车1.1103.262.262.2粗车2131566.266.2加工对象轴右端的 36 外圆表面工序工序名称工序间余量 /mm经济精度 IT表面粗糙度Ra/m工序基本 尺寸 /mm标注工序尺 寸/mm半精车11012.53838粗车213154242- 7 -中南林业科技大学工对象轴右端的 30 外圆表面工序工序名称工序间余量 /mm经济精度 IT表面粗糙度Ra/m工序基本 尺寸/m

14、m标注工序尺 寸/mm精磨0.360.1630.630.6精车0.671.631.831.8半精车0.910533.633.6粗车4.213154242加工对象轴右端的 28 外圆表面工序工序名称工序间余量 /mm经济精度 IT表面粗糙度Ra/m工序基本 尺寸/mm标注工序尺 寸/mm半精车0.91012.539.829.8粗车5.113154242加工对象轴右端的 22 外圆表面工序工序名称工序间余量 /mm经济精度 IT表面粗糙度Ra/m工序基本 尺寸/mm标注工序尺 寸/mm半精车0.9103.223.823.8粗车5.913154242中南林业科技大学加工对象轴两端面工序工序名称工序间

15、余量 /mm经济精度 IT表面粗糙度Ra/m工序基本 尺寸/mm标注工序尺 寸/mm半精车282.5324324粗车31315330330加工对象蜗杆轴段的两端面工序工序名称工序间余量 /mm经济精度 IT表面粗糙度Ra/m工序基本 尺寸/mm标注工序尺 寸/mm半精车1106.48262粗车313158868五、切削用量及其基本工时（一）切削用量确定切削用量主要包括三个要素， 其分别是：切削速度 （m/min ）;进给量 f （mm/r）; 切削深度 p（mm ）。1切削速度 vc 是指刀具切削刃上选定点相对于工件待加工表面在主运动方 向的瞬时速度。2进给量 f 在主运动每转一转或每一行程时

16、（或单位时间内） ，刀具与工件 之间沿进给运动方向的相对位移。3背吃刀量（切削深度） ap 待加工表面与已加工表面之间的垂直距离。中南林业科技大学本次加工的的各种加工方法的切削用量入下表所示加工类型切削速度(m/minm/min)粗车132半精车189精车210钻螺纹孔36粗铣132半精铣180进给量 f f (mm/r)(mm/r)切削深度 p(mmp(mm ) )0.30.150.10.150.30.15因为由前面的已经算 出的一次性最大加工 量为 5.1mm，小于车刀 的最大加工量，因而可 以一次加工完成。所以切削深度按照之 前每次计算的加工量 为切削深度- 10 -中南林业科技大学二）

17、基本工时确定基本加工工时按照以下公式计算t 基 l l1 l2 ifnziap1000nD式中l 加工长度（ mm） ;l1 刀具的切入长度（ mm）;l2 道具切出长度（ mm）;i 进给次数；Z加工余量（ mm）;ap 背吃刀量（ mm）进给量（ mm）;n 机床主轴转速 （r/min0 切削速度（ m/min ）； D加工直径（ mm0.- 11 -中南林业科技大学六、总结通过这次汽车制造工艺关于凸轮轴的课程程设计， 我学到了更多关于设 计的思维，关于怎么设计零件的毛坯，以及机械加工余量以及切削用量等知识。 因此，这次设计使我对制造工艺这门学科有了进一步的了解， 更重的是， 我学到 了一

18、些关于加工工艺的步骤及措施。 在制图方面， 我更加懂得零件粗糙度以及平 行度对零件的加工实际要求， 另外， 我还更加熟悉了绘制毛坯这一绘图流程。 在 制作工艺卡片方面， 在我们看似简单的一张张工艺卡片， 它却在一定意义上反映 了每一个加工工艺所对应的加工要求以及最终这一工艺能对该零件起到一个什 么样的效果。最后，这次设计能够顺利完成绝非一人的能力， 我要感谢我们这一组同 学的互相讨论以及大家一起的分工合作。- 12 -中南林业科技大学七、参考文献1李益民主编 . 机械制造工艺设计简明手册 . 北京：机械工业出版社， 1994.72王先逵主编 . 机械制造工艺学 .清华大学 : 机械工业出版社