机械制造工艺学

1、莱芜职业技术学院机械制造工艺学 综合实训题 目：阶梯轴机械加工工艺规程编制系 别：机电工程系专 业：机电一体化技术班 级：13级高职机电3班姓 名：学 号：指导教师：成 绩：2015年6月 代 品 w/m(一八机械制造工艺学综合实训任务书2014 2015学年第学期机械制造工艺学轴的加工工艺规程的编制Lx4亍/L6.>5X0i aXD.5批量 500件，材料45钢。试编制其加工工艺规程。00 S'-11X4亍机电工程系:机电一体化技术 专业 2013级高职机电3班课程名称：设计题目：一、设计的主要任务 如图所示为减速器输出轴，-用.15D£1BcrlnQp R 口aan

2、A-AB-B轴1!11、完成期限：自2015年 6月_J5_日 至 2015 年6月22_日共_±_周指导教师（签字）：系（教研室）主任（签字）：.言零件的分析 41.1轴的作用 41.2轴的工艺分析 41.3轴的零件图 5二、工艺规程设计62.1确定毛坯的制造形式 62.2定位基准的选择 62.3拟定轴的工艺路线 72.4加工工序的设计 102.5确定切削用量及基本工时 11三、 机床的设备选择123.1机床设备选择 123.2工艺设备选用 123.3各工序所用机床、夹具、刀具、量具和辅具 13参考文献 16零件三维图 16工艺卡片 17工序卡片 18设计总结 19本课程综合实训是

3、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，通过实训，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综合实训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）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。（

4、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。一、零件的分析1.1轴的作用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，只承受扭矩而不承受弯矩的轴称为传动轴。1.2轴的工艺分析该轴主要采用40Cr钢能承受一定的载荷与冲击。此轴为阶梯轴类零件，尺寸精度，形 位精度要求均较高。

5、21， 22.5,© 24,22.55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。(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，这样经多次加工以后逐渐减少了零件的变形误差。(3) 零件毛坯采用模锻，锻造后安排正火处理。(4) 该轴的加工以车削为主，车

6、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。零件图如下376lr£=u+A/1GL5>0,5la_£P1.曲.A-AB-E53f06懇）x43轴ttwIJL轴的各表面粗糙度、公差及偏差见表加工表面尺寸及偏差（mm公差及精度等级表面粗糙度Ra （卩 m）形位公差轴段10.0055225 0.005

7、5IT61.6轴线直线度为°.°1轴段20.012240.001IT81.6轴线直线度为°.。1轴段2端面3.2轴段330未注12.5轴线直线度为°.。1轴段3端面3.2轴段422 5 00055225 0.0055IT61.6轴线直线度为0.01轴段4端面3.2轴段5021J -0.01未注1.6轴线直线度为a01键槽27070.03IT73.2键槽57070.03IT73.2表二、工艺规程设计2.1 确定毛坯的制造形式阶梯轴材料为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，因年产5000件，所以达到批量生产水平。综上考虑

8、，采用锻件，其锻造方法为模 锻，毛坯的尺寸精度要求为IT12以下。2.2 定位基准的选择希St w/rrtf正确的选择定位基准是设计工艺过程中的一项重要的内容，也是保证加工精度的关键，定位基准分为精基准和粗基准，以下为定位基准的选择。粗基准的选择。（1）粗基准的选择应能保证加工面与非加工面之间的位置精度，合理分配各加工面的余量，为后续工序 提供精基准。所以为了便于定位、装夹和加工，可选轴的外圆表面为定位基准，或用外圆 表面和顶尖孔共同作为定位基准。用外圆表面定位时，因基准面加工和工作装夹都比较方 便，一般用卡盘装夹。为了保证重要表面的粗加工余量小而均匀，应选该表面为粗基准， 并且要保证工件加工

9、面与其他不加工表面之间的位置精度。按照粗基准的选择原则，选择 次要加工表面为粗基准。又考虑到阶梯轴的工艺特点，所以选择© 30的外圆及一端面为粗基准。（2）精基准的选择根据轴的技术要求，轴的中心线为设计基准，也是测量基准，按照基准重合原则及 加工要求，应选轴心线及一端面为精基准，其他各面都能以此为定位，从而也体现了基准 统一的原则。2.3 拟定轴的工艺路线2.3.1零件表面加工方法的选择本零件的加工面有外圆、端面、键槽等，材料为40Cr，参考有关资料，加工方法选择如下：30外圆面：为未注公差尺寸，表面粗糙度为 Ra12.5卩m需进行粗车、半精车。0.01224 0.001外圆面：公差

10、等级为IT8，表面粗糙度为Ra1.6卩m需进行粗车、半精车、精车。0.005522.5 0-0055外圆面：公差等级为IT6，表面粗糙度为Ra1.6m需进行粗车、半精车、精车、粗磨、精磨。端面：本零件端面为回转体端面，尺寸精度都要求不高，表面粗糙度为Ra3.2卩m需进行粗车、半精车。键槽：槽宽公差等级为IT7，槽深公差等级未注，表面粗糙度为Ra3.2卩m需采用三面刃铣刀，粗铣、半精铣。2.3.2工艺顺序的安排（一）机械加工工序（1）遵循先基准平面后其他的原则：机械加工工艺安排是总是先加工好定位基准面， 所以应先安排为后续工序准备好定为基准。先加工精基准面，钻中心孔及车表面的外圆。（2）遵循先粗

11、后精的原则：先安排粗加工工序，后安排精加工工序。先安排精度要 求较高的各主要表面，后安排精加工。（3）遵循先主后次的原则：先加工主要表面，如车外圆各个表面，端面等。后加工次 要表面，如铣键槽等。（4）遵循外后内，先大后小原则：先加工外圆再以外圆定位加工内孔，加工阶梯外 圆时先加工直径较大的后加工直径小的外圆。（5）次要表面的加工：键槽等次要表面的加工通常安排在外圆精车或粗磨之后，精 磨外圆之前。（6）对于轴右端及中间轴段0.005522.5 0-0055加工质量要求较高的表面，安排在后面，并在前几道工序中注意形位公差，在加工过程中不断调整、保证其形位公差（7）按照先面后孔的原则：先加工端面，再

12、铣键槽。（二）热处理工序的安排在切削加工前宜安排正火处理，能提高改善轴的硬度，消除毛坯的内应力，改善其 切削性能。在粗加工后进行调质处理，能提高轴的综合性能。最终热处理安排在半精车之 后磨削加工之前。其能提高材料强度、表面硬度和耐磨性。在精加工之前安排表面淬火， 这样可以纠正因淬火引起的局部变形，提高表面耐磨性。（三）辅助工序的安排在粗加工和热处理后，安排校直工序。在半精车加工之后安排去毛刺和中间检验工序。 在精加工之后安排去毛刺、清洗和终检工序。综上所述，该轴的工序安排顺序为：下料一一锻造一一预备热处理。该轴的加工工序:车端面粗车 调质 半精车 精车 车端面 铣键槽一一淬火一一磨外圆一一精磨

13、一一检验。2.3.3加工阶段的划分该轴精度要求较高，其加工阶段可划分为粗加工、半精加工、精加工阶段。1、在粗加工阶段，粗车外圆，以高生产效率去除毛坯余量。2、在半精加工阶段，对外圆进行半精车，铣键槽等，减小粗加工中留下的误差，使 加工面达到一定的精度，为精加工做好准备希 St w/rrtf0.0055c a 03、精加工阶段，22.5 00055、30、21 -0.01外圆面表面粗糙度要求为 Ra1.6卩m对其0.0055进行精车以达到要求。而对于22.5 00055外圆面其公差等级为 IT6，表面粗糙度要求为Ra1.6n安排粗磨、精磨。2.3.4确定工艺路线根据以上的加工工艺过程的分析确定零

14、件的工艺路线如表二工序号工序名称工序内容10模锻毛坯锻造加工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122；倒角1X45调头车另一端面保持全长120；倒角1

15、X45度，车槽深0.390粗铣键槽铣两个宽为7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4130精磨精磨轴段4;调头精磨轴段1140检验表二2.4加工工序的设计2.4.1加工余量的确定加工余量见表三加工表面工序名称工序余量工序尺寸精度等级轴段3粗车430IT11轴段1、4外圆面半精磨0.1 22.5(+0.0055,-0.0055 )IT6粗磨0.2522.6 (0, -0.018 )IT7精车0.2522.85 (0, -0.027 )IT8半精车2.223.1 (0, -0.043 )IT9粗车8.725.3 (0, -0.11 )IT11轴

16、段2外圆面精车0.3 24 (+0.012 , +0.001 )IT8半精车1.524.3 (0, -0.043 )IT9粗车8.225.8 (0, -0.11 )IT11轴段5外圆面精车0.3 21(0,-0.01)IT8半精车1.5 21.3(0,-0.043)IT9粗车8.2 22.8(0,-0.011)IT11键槽半精铣1.57.5 (0, -0.03 )IT7粗铣69 (0, -0.075 )IT11表三2.4.2毛坯尺寸及公差等级由工艺人员手册可查得锻件单边余量厚度方向1.5-2mm,取2mn，水平方向为2.0-2.7mm，希 St w/rrtf取2.5mm.锻件质量小于1kg，长

17、度等于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/H<1,故取起偏角为5度。则锻件毛坯长度尺寸为124 0.08mm，直径尺寸为34 0.04 mm。根据零件图各部分的加工精度要求，锻件的尺寸公差等级为 8-12级，加工余量等级为普通级，故取IT=12级。2.4.3毛坯图的绘制根据零件图可知该轴各加工表面的粗糙度至少为12.5卩m综上，锻件毛坯图如下所示。2.5确定切削用量及基本工时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 条件下，又满足以加工表面粗糙度的情况下，选取

18、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/ d，可得车 床转速 n=1000X 50/ ( X 34) r/min=663r/mi

19、n，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=8.2mm ap2=z=2.2mm 查表得 粗车 f1=0.81mm/r，取 Vc为 60m/min,则 n=796r/min 半精车取 f2=0.4mm/r , Vc为 90m/min,则 n=1194r/min （n=1000Vc/ d）3） 工序40、60的过渡面部分 粗车一一半精车尺寸为© 30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9

20、0、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=0.8mm/r Vc=74m/min n=200 r/min5） 工序120、130粗磨、精磨加工轴段1、4外圆面查表取粗磨、精磨深度进给量为分别为0.032mm 0.008mm工件的运动速度为 15m/mi n，18m/mi n背吃刀量等于磨削余量0.25mm及0.1mm6）其余工序 粗车加工时，取f=0.81mm/r Vc=60m/min 半精车加工时，取 f=0.51mm/r Vc=90m/min 精加工时，取f=0.2mm/r Vc=120m/min 皆符合要求。三、机床设备的

21、选用3.1各工序所用机床、夹具、刀具、量具和辅具（表四，表五）希St w/rrtf衷S-5常用加工谩备的拽术彗敷单洼< nun ）机床最犬加工 宜徑X加 工圧度主柚转 速（转旳）加工质虽主电机戲宰不回柱 度锻庶不平皮粗憎康普通车侏C6132320X800<1-1200noinm 01 如 fldCA01-4U4UU XC3O1U*18OOU.01uuinouU.O UJLJUU7_5CM614040X9001K000 005 01/2002M床星犬鮎孔主轴行程主轴转速毀数主轴转速 < 转/分>主电杭功車立弍鮎床 Z51313130S3LD*2975J7.25右1759听

22、 呦28Z3550301£34-17005.5Z374502211,2*14007 JM味垠大刨削 长度工作台工作面 枳毎分钟潘枕仕复 衣敢毎辻夏疔程工柞台 水平谥给量主电杭功率牛头刨B65D500頂面-453 405 側 ffi 435 X355J1-12TI6 级 0.352.13AP虫5650MS-65QX450临皱12 5*72.7100 333.233机床懷大宦孑LS42主审藉連 （转酸加工质母端面不平塩卧式锂味 T1724013-lldOC.02Q.02护T6S24J2CMOOD0.02K300O.OQU辖密哥谨 跌T侶如21036n nin oi立式全刖 龍 T5161

23、6513*6000.01Q.Dl外朗眶H：M131唐削首轻S-3151000 003OJOQS内同磨床 M2120用L亘卷50-200磨刊探席120"曲o.orkiDQOCM200平面磨床M7730QC静刨面积世X 宽 1000X300不平JS 口 .o 15n aoo无*b嶋侏M1U4U陌削宜胫卫“10曆削宽度椭画度0.002不回壮度0.004机床工惟台工作面 枳长人宽工作台臺土行程 飙內梵IfiFTlK垂直主轴转速 （转出、主电机功率 < KW>片卜式铳床 X初300 X 200500X <50K30050*22403即式亦X<521250X320700X

24、255X36030150015立式诜床K52K1250X320700X2JJX37030*15007.J万鴛蜒库 xdaw1250X 320700X25X37030-15007.5机床额定拉力（吨）晟大讦程潸枕行样诛時 工作分）返Ek来/分、丰电机功率 C KWDLD1JU2(1125015-137-202臣卜式宵捡床 L61W1012502-3117卧式内拉床SJ20)0160015-117-20爼表四表五3.2机床设备的选用由以上的表四、五，结合零件轴的生产类型为大批量生产，可以选用较高效率的专用机床和自动机床。根据该轴尺寸的大小要求，选用数控车床CK6140外圆磨床M1432铣床 X08

25、33.3机床夹具设计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 YT15, 45°刀（倒角）和切槽刀（切槽）。2） 量具选择因为该轴最大长度为124,所以选用量程0-200，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空压机游标卡尺20热处理设备30CK614090°刀游标卡尺40CK614090°刀游标卡尺50热处理设备60CK614090°刀游标卡尺70CK614090°刀游标卡尺80CK614090°刀游标卡尺90铣床X083铣刀游标卡尺100铣床X083铣刀

26、游标卡尺110热处理设备120M1432砂轮130M1432砂轮140游标卡尺3）夹具选择机床夹具的作用及分类： 保证加工精度 夹具可准确确定工件、刀具和机床之间的 相对位置，可以保证加工精度。 提高生产效率 夹具可快速地将工件定位和夹紧，减 少辅助时间。减轻劳动强度 采用机械、气动、液压等夹紧机构，可以减轻工人的劳 动强度。 扩大机床的工艺范围 采用机床夹具可使机床的加工范围扩大。机床夹具按 应用范围分为：通用夹具、专用夹具、组合夹具。以工序40选择夹具，根据零件的功用、特点及材料，可选择三爪卡盘进行零件的夹 紧，定位基准选轴的一个端面，定位元件选择浮动顶尖即可定位。机械加工工艺过程卡片产品

27、型号零件图号产品名 称阶梯轴零件名 称阶梯轴共1页第1页材料牌号Cr40毛坯种锻件类毛坯外形 尺寸124x 34每毛坯件数1每台件 数1工序号工序名 称工序内容车间工段设备工艺装备工时准终单件10模锻毛坯锻造加工游标卡尺20热处理正火30车端面车端面钻中心孔，掉头另一端钻中心孔CK614090°游标卡尺40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CK6140900游标卡尺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

28、4、5外圆；半 精车槽深0.5。CK614090°游标卡尺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；CK6140900游标卡尺80车端面车端面保持长122 ;倒角1X45调头车另一 端面保持全长120；倒角1X45度，车槽深0.3CK6140900游标卡尺90粗铣槽铣两个宽为7的键槽铳床X083铳刀游标卡尺100半精铣槽半精铣两个键槽铳床X083铳刀游标卡尺110热处理表面淬火120粗磨粗磨轴段1 ;调头粗磨轴段4M1432130精磨精磨轴段4;调头精磨轴段1M1432140检验游标卡尺设计（日期）校对（日期）审核（日期）标准化（日期）会签（日期）标记处数更改文 件号签字日期机械加工工序卡片产品型号零件图号零件名称阶梯轴阶梯轴产品名称共1页第页车间毛坯种类工序号工序名称材料牌号40粗车cr40毛坯外形尺寸每毛坯可制件数每台件数30 N121 Cfl.Mr1ri1一i.40 -%L1锻件设备名称数控车床夹具编号124x 34设备