传动轴课程设计说明书111

1、湖 南 科 技 大 学 课程设计名称： 传动轴(批量为200件)机械加工工艺规程设计学 生 姓 名： 学 院： 机电工程学院 专业及班级： 08级材料成型及控制工程1班 学 号： 指导教师： 胡忠举 2010年12月15日 至诚致志、唯实惟新目     录一机械制造课程设计的目的二生产纲领的计算与生产类型的确定1.生产类型的确定2.生产纲领的计算三传动轴的工艺性分析1.零件的结构特点及应用2.零件的工艺分析四. 选择毛坯、确定毛坯尺寸、设计毛坯图1.毛坯的选择2.确定毛坯的尺寸公差及机械加工余量3.设计毛坯图五. 选择传动轴的加工方法，制定工艺路线1.定

2、为基准的选择2.零件表面加工方法的确定3.制定工艺路线4.热处理工序的安排六. 机床设备的选用1机床设备的选用2工艺装备的选用七. 工序加工余量的确定，工序尺寸及公差的计算八. 确定工序的切削用量九. 时间定额的计算十. 提高劳动生产率的方法十一. 课程设计体会十二. 参考文献十三. 附录一、机械制造课程设计的目的机械制造技术基础课程设计是学完了机械制造技术基础课程及经过了生产实习之后，进行的一个重要的实践性教学环节。学生通过设计能获得综合运用过去所学过的全部课程进行机械制造工艺及结构设计的基本能力，为以后做好毕业设计、走上工作岗位进行一次综合训练和准备。它要求学生全面地综合运用本课程及有关先

3、修课程的理论和实践知识，进行零件加工工艺规程的设计和机床夹具的设计。其目的是： （1）培养学生综合运用机械制造工程原理课程及专业课程的理论知识，结合金工实习、生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决机械加工工艺问题，初步具备设计中等复杂程度零件工艺规程的能力。 （2）培养学生能根据被加工零件的技术要求，运用夹具设计的基本原理和方法，学会拟订夹具设计方案，完成夹具结构设计，进一步提高结构设计能力。 （3）培养学生熟悉并运用有关手册、图表、规范等有关技术资料的能力。 （4）进一步培养学生识图、制图、运算和编写技术文件的基本技能。 （5）培养学生独立思考和独立工作的能力，为毕业后走向社会从事相关技

4、术工作打下良好的基础。二、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520100小批生产510020200100500中批生产1003

5、002005005005000大批生产30010005005000500050000大量生产1000500050000(2)生产类型的划分要考虑生产纲领还得考虑产品本身的大小及其结构的复杂性。2.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）零件的生产纲领的计算方式N=Qm(1+%)(1+%)结合生产实际：零件的备品率%和零件的平均废品率%分别取3%和0.5%，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：

6、N=207件（3）传动轴轴的重量估计为m=1.31Kg 查机械制造技术基础课程设计指导教程表1-3知该传动轴为轻型零件，依据表1得传动轴的生产类型为小批量生产。三、传动轴的工艺性分析 1.零件的结构特点及应用 轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一。它在机器中主要用于支承齿轮，带轮，凸轮以及连杆等传动件，以及传递扭矩。按结构形式不同，轴可以分为阶梯轴，锥度分轴，空心轴，曲轴，凸轮轴，偏心轴，各种丝杆等。它主要用来支承传动零部件，传递扭矩和承受载荷。轴类零件是旋转体零件，其长度大于直径，一般由同心轴的外圆柱面，圆锥面，内孔和螺纹及相应的端面所组成。轴的长径比小于5的称为短轴，大于20的称为细长轴

7、，大多数轴介于两者之间。 图示传动轴零件属于台阶轴零件，由圆柱面，轴肩，螺纹，螺尾退刀槽，砂轮越程槽和键槽等组成。轴肩一般用来确定安装在轴上的零件的轴向位置，各环槽的作用是使零件装配时有一个正确的位置，并使加工中磨削外圆或车螺纹时退刀方便；键槽用于安装键，以传递转矩；螺纹用于安装各种锁紧螺母和调整螺母。2.零件的工艺分析 传动轴毛坯材料为45钢。该材料属于优质碳素钢，经热处理后具有良好的综合力学性能，即有较高的强度和较高的塑性，韧性，一般用来制作机床主轴，机床齿轮和其它受力不大的轴类零件。主要技术要求如下： 根据工作性能与条件，该传动轴图样规定了主要轴颈M,N外圆P,Q以及轴肩E有较高的尺寸，

8、位置精度和较小的表面粗糙度值，并有热处理要求。这些技术要求必须在加工中给予保证。因此，该传动轴的关键是轴颈M,N和外圆P,Q及轴肩E的加工。四 、选择毛坯、确定毛坯尺寸、设计毛坯图 1.选择毛坯 45钢是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过调质后，可得到较好的切削性能，而且能够获得较高的强度和韧性等综合机械性能，调质后表面硬度可达220-240HBS。轴类毛坯，常用圆棒料和锻件，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。毛坯经过加热锻造后，可使金属内部纤维组织表面均匀分布，获得较高的抗拉，抗弯及抗扭强度；锻造后的毛坯，能改善金属内部组织，提高其抗拉，抗弯等机械性能。同时，因锻件的形状

9、和尺寸与零件相近，可以节约材料，减少切削加工的劳动量，降低生产成本。在选择锻件的制造方法时，并非是制造精度高就越好，需要综合考虑机械加工成本和毛坯制造成本，以达到零件制造总成本最低的目的。当生产批量较小，毛坯精度要求较低时，锻件一般采用自由锻造法生产。根据传动轴的制造材料（45钢），毛坯类型可采用型材和锻件，现选用锻件；毛坯采用自由锻造法。2.确定机械加工余量，毛坯尺寸和公差 (1) 公差等级 该锻件的尺寸公差等级IT为13-15级，加工余量等级为普通级。故IT为15级，MA为普通级。 （2）锻件质量根据计算可得机械加工后零件的质量为传动轴的重量估计值为1.31Kg。由此可初步估计机械加工前锻

10、件毛坯的重量为2.5Kg。确定传动轴毛坯的余量根据阶梯轴的自由锻造机械加工余量的计算公式（D<65mm时，按65mm计算，L<300mm时，按300mm计算），传动轴锻件余量计算如下： A= L0.26*D0.2*0.5 = 3000.26* 650.2*0.5 =6.56mm取整数7mm。(3)锻件的形状复杂系数通过上面的计算知毛坯和零件的质量，锻件的形状复杂系数S=mt/mn=2.5/3.0=0.83 ，其中mn=472*215*10-6/4=3.0Kg。由于0.83介于0.63和1之间，故该锻件的形状复杂系数为S1级。（4）锻件的材质系数M由于该传动轴零件材料是45钢，是碳的

11、质量分数小于0.65%的碳素钢，故该锻件的材质系数属M1。（5）零件表面的粗糙度由零件图可知，该轴除E表面的粗糙度为0.3微米外，其它各加工表面的粗糙度均大于或等于0.8微米，螺纹的表面粗糙度为3.2微米，键槽的表面粗糙度为3.2微米。（6）确定机械加工余量根据锻件质量，零件表面粗糙度，形状复杂系数查表2-9，由此查得单边余量在厚度方向3.5mm，平方向亦为3.5mm。不妨取锻件各外径的单边余量为3.5mm，各轴向尺寸的单边余量亦为3.5mm。（7）确定毛坯尺寸 表2零件尺寸单边加工余量锻件尺寸40h83.54735h76.04730h63.53730h73.53725h76.03720h83

12、.527（8）确定毛坯尺寸公公差 表3 锻件尺寸极限偏差锻件尺寸极限偏差47+1.432+1.2-0.4-0.637+1.479+1.2-0.4-0.627+1.284+1.4-0.4-0.620+1.1-0.5表2，表3依据机械制造技术基础课程设计指导教程表2-10,2-11查得。 3.设计毛坯图零件毛坯图见附件1五 选择传动轴的加工方法，制定工艺路线1.定位基准的选择 合理选择定位基准，对于保证零件的尺寸和位置精度有着决定性的作用。由于该传动轴的几个主要配合表面（N，M）及轴肩面（Q，P）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，所以应选择两端面中心孔为基准，采用双顶

13、尖装夹方法，以保证零件的技术要求。（1）传动轴零件的精基准传动轴零件的加工，以两端的中心孔作为定位精基准。因为轴的设计基准是中心线，这样既符合基准重合原则，又符合基准统一原则，还能在一次装夹中最大限度地完成多个外圆及端面的加工，易于保证各轴颈间的同轴度以及端面的垂直度。（2） 传动轴零件的粗基准 轴类零件的粗加工，可选择外圆表面作为定位粗基准，以此定位加工两端面和中心孔，为后续工序准备精基准。中心孔加工采用三爪自定心卡盘装夹热轧圆钢的毛坯外圆，车端面，钻中心孔。但必须注意，一般不能用毛坯外圆装夹两次钻两端面中心孔，而应该以毛坯外圆作为粗基准，先加工一个端面，钻中心孔，车出一端外圆；然后以已车过

14、的外圆作基准。用三爪自定心卡盘装夹，车另一端面，钻中心孔。如此加工中心孔，才能保证两孔中心同轴。2.零件表面加工方法的选择 本零件的加工面有外圆，端面，槽，螺纹面等，材料为45钢。根据传动轴零件上各加工表面的尺寸精度和表面的粗糙度确定各加工方法，其加工方法选择如下： 表4加工表面尺寸精度等级表面粗糙度Ra 加工方法备注40h8外圆面81.6粗车-半精车-精车文献1表3-1035h6外圆面60.8粗车-半精车-磨削文献1表3-1030h6外圆面60.3粗车-半精车-粗磨-精磨文献1表3-1030h6外圆面60.8粗车-半精车-磨削文献1表3-1025h6外圆面60.8粗车-半精车-磨削文献1表3

15、-1020h7外圆面71.6粗车-半精车-精车文献1表3-10左端面81.6粗车-半精车-精车文献1表3-10右端面81.6粗车-半精车-精车文献1表3-10轴肩面70.8粗车-半精车-磨削文献1表3-10螺纹73.2车削文献1表3-10左键槽83.2精铣-精铣文献1表3-12右键槽83.2精铣-精铣文献1表3-12（1） 轴类零件外圆加工方法对于中小型铸铁和锻件，可以直接进行粗车，经过粗车后工件的精度可达到IT11-IT13，表面粗糙度Ra值可50微米至100微米，粗车可切除毛坯的大部分余量。对经过粗车的工件，采用半精车可达到IT8-IT19级精度，表面粗糙度Ra值可3.2微米至6.3微米。

16、对于中等精度的加工表面，半精车可作为终加工工序，也可作为磨削或精加工的预加工工序。精车可作为最终加工工序或光整工序的预加工，精车后工件表面可达IT7-IT8级精度，表面粗糙度Ra值可0.8微米至1.6微米。（2） 键槽加工方法键槽是轴类零件上常见的机构，其中以普通平键应用最广泛，通常在普通立式铣床上用铣刀加工，我们不妨直接放到加工中心加工。（3） 主要表面的加工方法传动轴大都是回转表面，主要采用车削与外圆磨削成形。由于该传动轴的主要表面M，N，F的公差等级（6）较高，表面粗糙度值（微米）较小，故车削后还需磨削。故主要外圆表面加工方案可为：粗车半精车磨削。制定工艺路线（1）划分加工阶段传动轴主要

17、表面的加工可划分为粗加工，半精加工，精加工三个阶段。该传动轴加工划分为三个阶段：粗车（粗车外圆，钻中心孔等），半精车（半精车各处外圆，台阶和次要表面等），粗，精磨（粗，精磨各处外圆），各阶段划分大致以热处理为界。（2）安排加工顺序 遵循“先基准后其他”原则，首先加工精基准钻中心及车表面的外圆。 遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。 遵循“先主后次”先加工主要表面车外圆各个表面，后加工次要表面铣键槽和加工各个小槽。 遵循“先面后孔”原则，先加工左右端面，再加工各个台阶面。（3）初步拟定工艺路线定位基准面中心孔应在粗加工之前加工，在调质之后和磨削之前各需安排一次修研中心孔的工

18、序。调质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基准面的精度和减少圆柱面的表面粗糙度值。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40mm，35mm，30mm，20mm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；两个键槽应该在半精车后以及磨削之前铣削加工出来，这样可以保证铣键槽时有精确的定位基准，又可避免在磨削后铣键槽时破坏已精工的外圆表面。传动轴的工艺路线如下： 表5工序号工序名称机床设备刀具量具1锻造毛坯双面游标卡尺2正火处理3车端面，钻中心孔CA6140YT5双面游标卡尺4粗车各外圆及40轴肩

19、面CA6140YT5双面游标卡尺5调质 6修研中心孔7半精车各外圆及40轴肩面，倒角（不到20轴段）车砂轮越程槽CA6140YT5双面游标卡尺8切20轴段退刀槽，车螺纹，倒角CA6140YT15双面游标卡尺9铣左右边键槽X516立式铣刀双面游标卡尺10精车40轴段 CA6140YT15双面游标卡尺11修研中心孔12磨削35, 30, 25轴段各外圆，40轴肩面M131W砂轮外径千分尺13精磨左边30轴段外圆M131W砂轮外径千分尺14终检4.热处理工序安排（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） 调制一般安排在粗

20、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。传动轴的热处理要根据其材料和使用要求确定。对于传动轴，正火，调质和表面淬火用得较多。该轴要求调制处理，并安排在粗车各外圆之后，半精车各外圆之前。综合上述分析，传动轴的工艺路线如下：下料车两端面，钻中心孔粗车调制修研中心孔半精车车槽，倒角，车螺纹划键槽加工线铣键槽精车修研中心孔磨削检验。六、机床设备的选用 1.选择机床 根据传动轴的工艺特性，根据不同工艺选车床。工序3，4，7是粗车和半精车，成批生产不需要很高的生产

21、率，故选用普通卧式车床就可以，此选用CA6140。铣床选用X51。该零件磨削精度不高，选用一般的磨床即可，选用M131W。 2. 选用工艺设备 （1）选择夹具 该零件的加工工艺不需要专用夹具。工艺装备采用通用夹具（三爪卡盘及顶尖）。 （2）选择刀具 粗车，半精车采用YT5，精车用YT15类车刀，铣刀采用直径为6mm的立式铣刀，切槽选用高速钢。（3）选择量具车削及键槽采用测量范围为0-300mm，规格为300×0.05的双面游标卡尺，磨削采用测量范围为25-50mm，读数值为0.01mm的外径千分尺。七工序加工余量的确定，工序尺寸及公差的计算各工序的加工余量可依据机械制造技术基础课程设

22、计指导教程表2-16，表2-17，表2-18，表2-19查得。40轴段外圆的加工：工序名称工序余量/mm加工经济精度/mm表面粗糙度Ra/m工序基本尺寸/mm公差/mm精车1.3h81.640.00-0.039半精车2.0h96.341.30-0.062粗车3.7h11Rz>=5043.30-0.16锻造+247-2左端35轴段的加工：工序名称工序余量/mm加工经济精度/mm表面粗糙度Ra/m工序基本尺寸/mm公差/mm磨削0.3h60.835+0.0008-0.0008半精车2.0h96.335.30-0.062粗车9.7h11Rz>=5037.30-0.16锻造+247-2左端

23、30轴段的加工：工序名称工序余量/mm加工经济精度/mm表面粗糙度Ra/m工序基本尺寸/mm公差/mm精磨 0.1h60.330+0.0065-0.0065粗磨0.3h70.430.10-0.021半精车2.0 h96.330.40-0.052粗车4.6h11Rz>=5032.40-0.13锻造+237-2右端30轴段的加工：工序名称工序余量/mm加工经济精度/mm表面粗糙度Ra/m工序基本尺寸/mm公差/mm磨削0.3h60.830+0.0065-0.0065半精车2.0h96.330.30-0.052粗车4.7h11Rz>=5032.30-0.13锻造+237.0-2右端25轴

24、段的加工：工序名称工序余量/mm加工经济精度/mm表面粗糙度Ra/m工序基本尺寸/mm公差/mm磨削0.3h60.8250 -0.013半精车2.0h96.325.30-0.052粗车9.7h11Rz>=5027.30-0.13锻造+237.0-2M20×1.5螺纹的加工：工序名称工序余量/mm加工经济精度/mm表面粗糙度Ra/m工序基本尺寸/mm公差/mm车螺纹 h70.8200 -0.021半精车2.0h96.320.00-0.052粗车5h11Rz>=50220-0.13锻造+227.0-2八、确定工序的切削用量 1.工序3，4粗车a) 背尺刀量的确定 由于采用硬质

25、YT5车刀，40轴段取背吃刀量ap1=1.85mm，左端35轴段ap2=4.85mm，左端30轴段ap3=2.3mm，右端30轴段ap4=2.35mm，右端25轴段ap5=4.85mm，M20轴段ap6=2.5mm。b) 进给量的确定 取f=1mm/r。c) 进给速度的确定 取v=65m/min。40轴段n=1000*65/3.14*47=690r/min，取710r/min，得切削实际速度v=710*3.14*47/1000=104.7m/min。左端35轴段同40轴段。 左端30轴段，n=1000*65/3.14*37=559.4r/min， 取500r/min，得切削实际速度v=500*

26、3.14*37/1000=58.1m/min。右端30轴段 ，25轴段同左端30轴段。右端20轴段n=1000*65/3.14*27=767r/min，取n=800r/min，得实际切削速度v=800*3.14*27/1000=67.8m/min。2. 工序7半精车a) 背吃刀量的确定 各轴段的背吃到量ap=1mm。b) 进给量的确定 取f=0.5mm/r。c) 进给速度的确定 取v=90m/min。40轴段n=1000*90/3.14*43.3=662r/min，取n=630r/min，得实际切削速度v=630*3.14*43.3/1000=85.7m/min。左端35轴段n=1000*90

27、/3.14*37.3=768r/min，取n=800r/min，得实际切削速度v=800*3.14*37.3/1000=93.4m/min。左端30轴段，n=1000*90/3.14*32.4=885r/min，取n=800r/min，得实际切削速度v=800*3.14*32.4/1000=81.4m/min。右端30轴段，n=1000*90/3.14*32.3=887r/min，取n=800r/min，得实际切削速度v=800*3.14*32.4/1000=81.4m/min。右端25轴段，n=1000*90/3.14*27.3=1050r/min，取n=1000r/min，得实际切削速度v

28、=1000*3.14*27.3/1000=85.7m/min。右端20轴段，n=1000*90/3.14*22=1303r/min，取n=1250r/min，得实际切削速度v=1250*3.14*22/1000=86.4m/min。3. 工序10精车a) 背吃刀量的确定 40轴段的背吃到量ap=0.65mm。b) 进给量的确定 取f=0.1mm/r。c) 进给速度的确定 取v=130m/min，则40轴端n=1000*130/3.14*41.3=1002r/min，取n=1000r/min，得实际切削速度v=1000*3.14*41.3/1000=130m/min。九. 时间定额的计算 1.

29、基本时间tm的计算 （1） 工序4粗车 工序4粗车各外圆，其中l1=3mm，12=3mm ，右端20轴段，L=l+l1+l2=26mm， 则tj=L/f×n=26×60/800=1.95s。右端25轴段L=l+l1+l2=44，tj=L/f×n=44×60/500=5.28s。右端30轴段L=l+l1+l2=52mm，tj=L/f×n=52*60、500=6.24s。40轴段右轴肩面，tj=0.12s。40轴段，tj=L/f×n=4.39s。左端30轴段，tj=L/f×n=4.56s。左端35轴段，tj=L/f×n

30、=2.78s。左端40轴肩面，tj=0.08s。 （2） 工序7半精车 工序7半精车各外圆，其中l1 =3mm，12=3mm ，则40轴段，L= l+l1+l2=52mm，tj=L/f×n=52×60/0.5×630=9.9s。左端35轴段，L= l+l1+l2=39mm，tj=L/f×n=39×60/0.5×800=5.85s。左端30轴段，L= l+l1+l2=38mm，tj=L/f×n=38×60/0.5×800=5.7s。右端30轴段，L= l+l1+l2=52mm，tj=L/f×n=5

31、2×60/0.5×800=7.8s。右端25轴段，L= l+l1+l2=44mm ，tj=L/f×n=44×60/0.5×1000=5.28s。右端20轴段，L= l+l1+l2=26mm，tj=L/f×n=26×60/0.5×1250=2.5s。 （3） 工序10精车工序10精车40轴段外圆，其中l=46mm，l1=3mm，12=3mm 则L= l+l1+l2=52mm。则tj=52×60/0.1×1000=31.2s。2. 辅助时间tf的计算 辅助时间tf与基本时间tj的关系为tf=（0.1

32、5-0.2）tj，这里取tf=0.15tj，则工序的辅助时间分别为： 工序4的辅助时间：tf=0.15×25.4=3.81s； 工序7的辅助时间：tf=0.15×37.0=5.55s； 工序10的辅助时间：tf=0.15×31.2=4.68s；3. 其它时间的计算 除了作业时间以外，没到工序的单件时间还包括布置工作地时间，休息与生理需要时间和准备与终结时间。布置场地时间tb为作业时间的2%-7%，休息与生理需要时间tx是作业时间的2%-4%，此均取3%，准备与终结时间也取3%，则其它时间为： 工序4的其它时间：tb+tx+tz=9%×（25.4+3.81）=2.62s。 工序7的其它时间：tb+tx+tz=9%×（37+5.55）=3.83s。 工序10的其它时间：tb+tx+tz=9%×（31.2+4.68）=3.23s。4. 单件时间tdj的计算 工序的单件时间为： tdj=25.4+3.81+2.62=31.83s。 工序的单件时间为： tdj=37+5.55+3.83=46.38s。 工序的单件时间为： tdj=31.2+4.68+3.23=39.11s。十、 提高