机械制造实用工艺学

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月机械制造工艺学综合实训任务书2014 2015学年第 二 学期机电工程系：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:、设计的主要任务机械制造工艺学轴的加工工艺规程的编制如图所示为减速器输出轴，批量 500件，材料45钢。试编制其加工工乙规程。slnnol轴1.111、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）：

2、 年 月 日目录一.零件的分析 41.1轴的作用 41.2轴的工艺分析 41.3轴的零件图 5、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

3、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。（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

4、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。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，

5、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应力减少， 稳定尺寸、减少零件变形。并能

6、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B3酬电L5>0,5£>0,53621A合B-E轴比郴111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 ( pm)形位公差轴段1rr r 0-0055225 0.0055IT61.6轴线直线度为°.。1轴段20.01224 0.001IT81.6轴线直线度为°.。1轴段2端面3.2轴段330未注12.5轴

7、线直线度为a01轴段3端面3.2轴段4QQ0.0055225 0.0055IT61.6轴线直线度为°.01轴段4端面3.2轴段521 0-0.01未注1.6轴线直线度为0.01键槽2707 0.03IT73.2键槽5707 0.03IT73.2表、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，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定位基准的选择正确的选择定位基准是设计工艺过程中的一项重要的容，也是保证加工精度的关键, 定位基准分

8、为精基准和粗基准，以下为定位基准的选择。文档 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

9、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 m，需进行粗车、半精车。0.01224 0-001外圆面：公差等级为IT8，表面粗糙度为Ra1.6即，需进行粗车、半精车、精 车。0.005522.5 a。55外圆面：公差等级为 汀6，表面粗糙度为Ra1.6 m需进行粗车、半精车、精 车、粗磨、精磨

10、。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 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 Ra3.2m，需采用三面 刃铣刀，粗铣、半精铣。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

11、等。（4）遵循外后，先大后小原则：先加工外圆再以外圆定位加工孔，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22.50.00550.0055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

12、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： 下料锻造预备热处理。 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 淬火磨外圆精磨检验。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

13、留下的误差，使 加工面达到一定的精度，为精加工做好准备。0.0055 03、精加工阶段，22.5 0.0055、30、21 -0.01外圆面表面粗糙度要求为Ra1.6即，对0.0055其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Ra1.6 m安排粗磨、精磨。234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二工序号工序名称工序容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

14、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1X45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加工工序的设计加工余量的确定加工余量见表三加工表面工

15、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0.122.5 （+0.0055, -0.0055）IT6粗磨0.2522.6 （0，-0.018）IT7精车0.25 22.85 （0，-0.027）IT8半精车2.223.1 （0，-0.043）IT9粗车8.7 25.3 （0，-0.11）IT11轴段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8.2 25.8 （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.

16、2 22.8（0,-0.011）IT11键槽半精铣1.57.5 （0，-0.03）IT7粗铣69 （0，-0.）IT11表三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2mm,水平方向为2.0-2.7mm,取2.5mm.锻件质量小于1kg，长度等于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 mm，直径尺寸为34 ；04mm。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，

17、故取IT=12级。243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 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

18、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/min，查表 CA6140 的主轴转速围为 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，贝U n=796r/min

19、半精车取 f2=0.4mm/r，Vc 为 90m/min，贝U 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 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=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

20、 15m/min， 18m/min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、机床设备的选用3.1各工序所用机床、夹具、刀具、量具和辅具（表四，表五）机床最土加工 宜隹X加 工长鷹主萌转 速（转旳J加工暉虽主电机功宰 kv/-不圍柱 度锻庶不平Bt粗憎度普通车侏C6132320X80040-1200noinm o i«ndCAO1-1U4UU X630HJ*1800U.01 ino

21、uU.O IJXdUU7_5CNII5140400x9001014000.005O.OlflJOOOLQOO7 J机床虽大诂孔 亘径主轴厅程主轴转速毀数主轴铸速 < 转/分>主电杭功率立弍钻味 Z5131S10D0：3L»2P 门JZ5252517599?m28搖骨诂床Z35刃3501S31-lTOO5.5Z374502211,2-14002M晞垠大刨削 檢度工作台工作面毎分讨潘枕仕复毎往夏疔程工作台 水平应给量牛头锂B65D500EJ面一 453 405 側面:435 X335J1-12TI6 皱 0.352.13AB5650iRiJffi.650X45012 5-72

22、.710 级 D S3+M 史3机床主轴皆連 （转刈加加工质量苹圆44专端面干平塩卧式锂床 T6174013-11600.020.02护T6S辖密曲谨 就T临他24J2U-I00D0.02f3DOOJOU塚1036n nin ni立式圭刚 纯 TT1616513*6000.01Q.Dl表8$常用加工设酱的按丰参数腊肖|直轻S-315 .0030.外101麽JbkM131单左C nun陰削左世icon臍孔亘粋50-00o.orki0.005200平面磨床M林0K无*"艙床M104L聘削向杓长X 宽 1000X300.曆创忍:反140不平屋0.015/1 QUO椭画度0.002机床工惟台

23、工作面工住台星士行理飙向K宙冋泛垂直不回壮度0.004主轴鞘潼<转梯、主电机功率< KW>臣卜式铳床XjO300 X 200riOOX i«50K300224Q岳卜式选床K<52125DX 520700X255X30301500立式讎床X52K12032030-15001250X320700X255X37030-1500机床立式崗捡床L3120臣I式內捡床L6110卧式内竝库L5120HI1011112SQI6i O滑tTtr样诛擄 工作（来外）担咸来1 5-137-211 -311-1-3515-117-2U主C KWD表四3-6常用星具瓦规帕ffi遼三用游

24、毎卡兄用于测址HfT的：外径 长度仝樹叔格囲呈范圉i卖数值1250.as01350,051J5X0.UJa a 250.02150X0.050-L500.05150X0.02S-1500.02二垢Oft标卡兄用F和厲丁件的： 内径 夕卜径200X0.(150-2000.052000 02a-soo0.02300X0.050-300 33000.020-3000.Q2高唐游标卡尺200X0.05auu0.052mxn 020*2000.Q2300X0.05a-3ooQ3rH d W1 &_EFr科 JO 1J fS世主11谨snnxn xswoon n?.500XID.Jzooa.i5o

25、axo.(j5“aw5UaxUiK -5000.U2仲度i時标卡兄用于圖星工件的： 肖憎裸度 孔待 台阶高度泾斗匸类 IU尺勺2(jaxo.t)50200Oa0S2000 02II-J! Il 1 .2300x0.05ovoo0.053QU X D.D2n300n n25ft0x CigD-5000.053UUX U.O20500 .02尺用于测密糜件的外遇、叵 便或低度CV2525-500-250.0155-50O.ftljn-750 nj73-hIODw -iujLLOL100-125100-1250,0112175125-1750,01枉杆妇尺用干汕1爭T舛的商稱有外秤. 厚度医菖皿桥对

26、一堰量旦0250< O5002-RU.UUJQ2>X0d0LO.OQl35-50 k 0 002込500.U0225-50x0.0012S-5C0.001内径千幷尺用子也呈精密零件酌内轻或狗 rs的内测面尺寸501755QL-175IJ.IJ150-25050-2500.01-5733D-J75Cl.UL50600o-tjon .0173-175(J.U175-J750.01三爪內径十分 尺用于饭辰稿厦牧曰的内测尺寸规格 11*20读魏值0.005询宜千分尺用于口虽丄件的內憎一孑曲強 康和台阶鬲度靈芟他尺寸HlUD0-15 口ii UJ0.01甘壁厚干幻尺用于测虽克梧密度首童獎垂

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29、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铣刀游标卡尺110热处理设备120M1432砂轮130M1432砂轮140游

30、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。扩大机床的工艺围 采用机床夹具可使机床的加工围扩大。机床夹具按应用围分为: 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毛坯种类锻件毛坯外形 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CK6140900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