传动轴的数控加工工艺设计分析.pdf

目录1.传动轴31.1 驱动轴概览31.2 传动轴结构分析31.2.1 材料分析31.2.2 传动轴4图纸分析1.3 热处理方法及检验55概述1.3.2 U G主要特点52.传动轴加工工艺规范设计72.1 工艺规范设计72.1.1 零件分析72.1.2 毛坯的选择72.1.3 定位基准的确定78的制定2.2 工艺制卡92.2.1 设备选择92.2.2 工具选择92 2 3量具选择102.2.4灯具选择102.2.5 制作工艺卡102.3 工艺图工艺卡10结论15参考文献16传动轴数控加工工艺分析 摘要随着我国工业生产的发展，减速箱和离合器在生产中的大量生产和应用，对轴的技术要求和精度要求更加广泛，只有保证传动轴的质量，才能使各零件发挥最佳功能。，因此设计出符合实际生产需要的传动轴加工工艺就显得尤为重要。轴类零件工艺规程的制定直接关系到工件质量、劳动生产率和经济效益。一个零件可以有几种不同的加工方法，但只有一种比较合理。在制定加工工艺规范时应更加谨慎。为了满足市场对传动轴零件的需求，需要更多的人来研究这个课题，不断改进轴各零件的参数，提高加工工艺。本设计通过对传动轴零件图的分析确定零件的毛坯材料、热处理方法和尺寸规格；通过对零件加工工艺的分析，确定零件的加工工艺路线，并编写详细的加工工艺文件：工艺卡和工艺卡。零件在加工过程中必须保证重要尺寸的精度和表面质量，并说明零件加工过程中使用的设备、UG建模工艺和工装。【关键词】工艺规范；传动轴；尺 寸；加工技术；UG造型;1.传动轴1.1 传动轴概述轴类零件是常见的典型零件之一。根据轴类零件结构形式的不同，总则可分为光轴、阶梯轴和异形轴三种；或分为实心轴、空心轴等。它们在机器中用于支撑齿轮和皮带轮等传动部件，以传递扭矩或运动。阶梯轴的加工工艺比较典型，体现了轴类零件加工的大部分内容和基本规律。下面以减速箱中的传动轴为例，介绍总则阶梯轴的加工工艺。1.2 传动轴结构分析1.2.1 材料分析轴的失效多为疲劳损伤，因此对材料的要求是：足够的疲劳强度；足够的耐磨性和耐腐蚀性；对应力集中的敏感性低；良好的可制造性和经济性；不同的热处理方法提高了轴的疲劳强度。轴的常用材料主要是碳钢和合金钢。碳钢比合金钢便宜，对应力集中的敏感性低，通过热处理可以提高疲劳强度和耐磨性，因此应用广泛,其 中 以 4 5 钢最为常用。由 于 4 5 钢具有良好的切削加工性，加工过程中不存在难加工现象。模锻坯表面光滑，余量均匀，无刀切现象。由于毛坯为锻件，在加工前应进行正火处理，以提高加工前的加工性能。由于是通用传动轴，可以选 用 4 5 钢满足其要求。传动轴是机器中重要的动力传动部件，是典型的轴类零件。该零件是减速机中的传动轴。属于轴类零件，由圆柱面、轴 肩、螺纹、螺 尾 槽、砂轮超限槽和键槽组成。轴肩总则用于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在装配时有正确的位置，加工时磨外圆或螺纹时便于退刀；键槽用于安装键以传递扭矩；螺纹用于安装各种锁紧螺母和调节螺母。1.2.2图 1 所示的零件是减速器中的传动轴。属于阶梯轴的内部，由圆柱面、轴 肩、螺纹、螺纹退刀槽、砂轮过槽和键槽组成。轴肩总则用于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在装配时有正确的位置，加工时磨外圆或螺纹时便于退刀；键槽用于安装零件以传递扭 矩；拧紧并安装各种锁紧螺母和调节螺母。根据工作性能和工况，传动轴图纸规定主要轴颈M、N、外 圆 P、Q和 轴 肩 G、H、I 尺寸、位置精度高、表面粗糙度值小，并有热处理要求。在加工过程中必须保证这些技术要求。因此，传动轴的关键工序是轴颈M、N和 外 圆 P、Q的加工。?tI0.03L4-BIr|Z|0-02|y4-B|T/|g O 2|x-B p-T/k)J)2|4 8 1-1：,n.aI，/|0.0 2|X 洌.V 1 S图1 3区动轴7 2D1.3热处理方法及检验传动轴是机器的重要传动部件，主要承受交变载荷、冲击载荷、剪应力和接触应力。轴容易出现裂纹，齿容易磨损。因此，要求齿轮轴心部具有一定的强度和韧性，具有较高的疲劳极限和抵抗多次冲击的能力。表面还应具有一定的硬度和耐磨性。为满足这些性能要求，材料必须具有良好的力学性能，45钢常经正火、调质、感应加热淬火和低温回火后使用，以达到所要求的性能。45钢是一种低碳合金钢。预备热处理是正火。主要目的是为了获得一定的硬度，便于坯料的切削，为淬火和回火准备组织。调质的目的是通过回火来提高传动轴的综合力学性能。中频感应加热表面淬火是在零件表面获得较高的硬度和耐磨性，而芯部仍保持一定的强度和较高的塑性和韧性。通过对45钢热处理工艺的分析，明确了热处理工艺实施中需要注意的问题。正确确定加热温度、时间、保温时间和冷却方式的目的是通过正确的热处理工艺达到要求的性能和保证质量。根据传动轴的工况、失效模式和性能要求，大部分材料选用合金中碳 钢，在正火-调质-中频感应加热淬火加低温回火加热的设计中治疗过程。经热处理的4 5钢低碳合金结构钢的表面除了具有高硬度、高耐磨性、高疲劳强度和高温强度外，还应在芯部具有高强度和韧性，才能满足要求。的齿轮轴。质量要求。1.3基 于UG传动轴的建模1.3.1 UG 概述1 9 6 0年，麦克道格拉斯自动化公司（现为波音公司）成立。1 9 7 6年，McDOUGLAS Auto matio n的UG CAD/CAM/CAE系统开发商联合计算机公司，用原型产品问世。1 9 8 3年，ug II进入市场。1 9 8 6年，u g吸收了业界领先 的 实 体 建 模 核 心Paraso l i d的部分功能。1 9 8 9年，u g宣布支持unix平台和开放系统架构。1 9 9 0年，u g成 为McDOUGLAS Auto matio n的机械CAD/CAM/CAE的标准。1 9 9 3年，u g引入了复合建模的概念。1 9 9 5年，ug的Windo ws NT版本发布。1 9 9 6年，ug发布了具有自动干涉检查功能的高级装配功能模块、最 先 进 的CAM模 块 和 具 有A级曲面建模能力的工业建模模块。1 9 9 7年，ug添加了 一系列业界领先的新功能，包括wave.1 9 9 9年，ug 1 6版本发布，迅速风靡国内cad行业。2 0 0 1年，电1 7和ug 1 8相继发布。自1 9 9 0年进入中国市场以来，目前拥有约 ho mes。1.3.2 U G主要特点1、全关联：U G的所有模块都是全关联的。这意味着在产品开发过程中的某一时刻所做的更改可以扩展到整个设计，同时自动更新所有工程文档，包括装配体、设计图纸和制造数据。完全关联性鼓励在开发周期的任何时间点进行修改而不会造成任何损失，并支持并行工程，以便可以更早地发挥开发后期的某些功能。基于特征的参数化建模：U G使用用户熟悉的特征作为产品几何的构建块。这些特征是常见的机械对象，可以很容易她从预设中修改。例 如，圆弧、圆角、倒角等设计特征对工程师来说是熟悉的，因此易于使用。装配、机械加工、制造和其他学科都利用了这些领域的独特特征。通过为这 些 特 征 设 置 参 数（不仅包括几何尺寸，还包括非几何特性），然后修改参数，可以很容易地进行多次设计迭代，实现产品开发。2.数据管理：加速上市需要在更短的时间内开发更多的产品。为了实现这种效率，必须内容来自多个学科的工程师同时开发相同的产品。数据管理模块的开发开发专门用于管理并行工程中同时进行的各项工作。这可能是因为使用了 UG独有的全相关功能。3.装配管理：UG的基本结构可以让你使用一些直观的命令，如“engage”、“insert、“al ign”等，轻松地装配零件，同时保持设计意图。高级功能支持构建大型和复杂的装配体。2、传动轴加工工艺规范设计2.1工艺规范设计2.1.1零件分析从左端算起：2 4 mm的外圆节距为1.5 mm;3 0 nlm外圆公差0.0 0 6 5 mm,键 槽 宽 度4 mm,深 度8 mm,公 差 值0.0 3 6 mm,表面粗糙度Ra=0.8;3 5 mm外 圆 公 差0.0 1 6 mm,表面粗糙度Ra=0.8;4 6 mm的外圆公差为0.0 1 6 mm,表面粗糙度为RaO.8;键槽宽度为1 2 mm,深度为5 ,公差值为0.0 7 mm;3 0 mm外圆公差值为0.0 0 6 5 mm,表面粗糙度Ra=0.8;其他部件采用间隙配合组合，具有传递力矩、扭矩和扭矩的功能。该零件为阶梯零件，形状对称，尺寸精度高，对形位精度要求高。3 5、5 2、46为主要配合面，均要求精度高，需通过磨削获得。3 0、5 2端面及4 6表面对3 5轴线的圆跳动误差（上下偏差+0.0 0 8、-0.0 0 8）为0.0 2 mm。零件的结构并不复杂。外圆在粗加工中完成，以满足图纸的尺寸要求。倒角和底切槽的加工准备精加工，铳完键槽后去除毛刺。在精加工阶段，完成零件的重要尺寸精度和表面粗糙度，以满足图纸要求。零件加工成符合图纸尺寸要求后，必须检查零件的外圆、端面尺寸、表面粗糙度和形位公差，以确定零件是否合格，零件应清洗并上油存储。2.1.2空白选择在大批量生产中，应采用高精度、高良率的毛坯制造方法。铸件采用金属模具机加工精密锻造，锻件采用模锻铸造。由于传动轴在工作过程中要承受交变载荷和冲击，为了增强其强度和冲击韧性，获得纤维组织，要求强度高，而且工件形状比较简单，毛坯精度低，加工余量大。生产类型为单件大批量生产。综上所述，采用锻件，锻造方式为自由锻,要求毛坯尺寸精度小于IT1 2。因此，驱动轴的材质为4 5钢，是一种强度和塑性较好的材料。2.1.3定位基准的确定定位基准的合理选择对保证零件的尺寸和位置精度起着决定性的作用。由于传动轴的几个主要配合面（Q、P、N、M）和 台 肩 面（H、G）对参考轴AB有径向跳动和端面跳动要求，所以它也是实心轴。，所以应选择两端中心孔为基准，采用双顶装夹方式，以保证零件的技术要求。粗基准采用热轧圆钢外圆。中心孔加工采用三爪自定心卡盘夹紧热轧圆钢外圆，车削端面，钻中心孔。但必须注意的是，总则不能用毛坯外圆夹住两端中心孔两次，而是要用毛坯外圆作为粗略基准，先加工一个端面，再钻孔中心孔，车出外圆的一端；以小车外圆为基准，用三爪自定心卡盘装夹（上一步有时在小车外圆放一个中心架），中心孔为在汽车的另一端钻孔。这样可以加工出中心孔，保证两个中心孔同轴。根据零件图及零件使用情况分析：粗基准的选择：根据粗基准的选择原则，应选择二次加工面作为粗基准。考虑到阶梯轴的工艺特性，选用。6 2的外圆作为基准面。细基准的选择：根据基准重合的原则和加工要求，应选择轴线为基准。2.1.4工艺路线的制定 分 阶 段对于精度要求较高的零件，应将粗加工和精加工分开，以保证零件的质量。传动轴的加工分为三个阶段：粗 车（粗车外圆、钻中心孔等）、半精车（半精车外圆、台阶和修中心孔和二次面）等）、粗车、精 磨（外圆周围的粗磨和精磨）。每个阶段的划分大致以热处理为界。（二）热处理工艺安排轴的热处理应根据其材料和使用要求确定。传动轴多采用正火、调质和表面淬火。轴需要调质处理，布置在每个粗车外圆之后，每个半精车外圆之前。基于以上分析，传动轴的工艺路线如下：下料T车两端、钻中心孔-粗车各外圆-调质-修中心孔-半精加工各外圆、车槽、倒角T攻螺纹T键槽加工线T铳键槽T修研中心孔T研磨T检查。（3）加工尺寸和切削量传动轴磨削余量0.5 mm,半精加工余量1.5 mm。加工尺寸可由此确定，见轴加工工艺卡的加工内容。车削量的选择可根据单件和小批量生产的加工条件由工人确定；总则可从 加工工艺手册或 切削量手册中选择。（4）起草流程定位精参考平面的中心孔应在粗加工前加工，在调质后、磨削前应安排修中心孔的工序。调质后对中心孔进行修复，以消除中心孔的热处理变形和氧化皮。磨削前对中心孔进行修整，以提高精基准面的定位精度，降低锥面的表面粗糙度值。在制定传动轴的工艺流程时，在考虑主面加工的同时，还要考虑副面的加工。C52mm、。44mm、M24mm外圆半精加工时，应车削至图纸规定尺寸，并同时加工各退刀槽、倒角和螺纹；三个键槽应在半精加工后磨前铳削。铁削键槽时可保证更准确的定位基准，精磨后铳削键槽时可避免损坏成品外表面。制定工艺时，应考虑检验程序的安排、检验项目和检验方法的确定。2.2工艺卡制作2.2.1设备选型表1各加工阶段选用的刀具、机床和夹具如下加工阶段工具型号刀具材料机器型口夹具粗糙的车FCNR2020-11硬质合金钢CA6140定 制3-GripChuck轻型旋转中心好车FCNR403E19硬质合金钢CA6140开槽键槽铳刀d10e8硬质合金钢XK5040V-虎钳研磨硬质合金钢M135定 制3-GripChuck轻型旋转中心倒角SSNR2020-09硬质合金钢CA6140切底切FGNR4032-19硬质合金钢CA6140端面TSNR2020-16硬质合金钢CA6140中心孔A1614硬质合金钢CA61402.2.2 工具选择工具的选择：在选择工具的形式和结构时，总则首选标准工具。工艺集中时，应选用高效专用刀具、复合刀具和多刃刀具。此外，刀具的类型、规格和精度等级应满足加工要求。粗车零件的端面和倒角可选择主偏角4 5 和 副 偏 角 1 5 。由于端面的粗加工和精加工都是用车刀完成的，所 以 前 角 为 15,后角为15 o 为 6,45YT15弯头车刀的刃倾角可以取负值-3。当零件为阶梯轴时，主 偏 角 为 90,副 偏 角 为 10,前 角 为 10,后 角 为 5 o 因 为 它 是 一 个 90 YT15外圆，负 刃 倾 角 为-3：用于粗车刀。在半精加工中，主 偏 角 为 90,副 偏 角 为 15,前 角 为 20,后 角 为 8 o铳削键槽用圆柱键槽铳刀加工。2.2.3 量具选择采用极限量规和高效专用量规。本设计粗车公差为130-160um,粗车后 可 用 指 标 值 为 0.0 0 1 的游标卡尺测量工件。对于精车磨削后的工件，尺寸公差小，用 千 分 尺（量 程 3 0 0,精 度 0.05）供量具测量工件。2.2.4 夹具选择轴是细长轴。由于细长轴的刚性较差，在车削时受刀具、切削热和振动的影响。容易产生变形，存在直线度、圆柱度、同轴度等加工误差，难以达到图纸上的形位精度和表面质量等技术要求。转动传动轴时的关键技术是防止加工过程中的弯曲变形，为此必须从夹具等方面采取措施。因此，加工零件时采用一端装夹一顶法、双顶（移动卡盘）、三爪卡盘和专用夹具。2.2.5 工艺卡传动轴加工工艺卡刀加工工艺卡产品名称图画编号。零件名称传动轴共 7 页第 1页毛坯类型圆钢材料等级45#钢空白尺寸0 60mmX 265mm序列_ 号 _工作种类工作步工艺内容设备工具夹具切割用具测量工具1切割0 6 0 mmX 2 6 5 mm锯床专用夹具锯齿箱尺2 车三爪自定心卡盘夹持工件毛坯外圆车床三爪卡盘1汽车端面CA6 1 4 0硬质合金刀2钻中心孔中心钻使用尾座尖端抵住中心孔3粗车。4 6 mm外圆至，4 8 mm,长度1 1 8 mm游标卡尺4粗车，3 5 mm外圆至。3 7 mm,长度6 6 mm硬质合金5粗车M2 4 mm外圆至。2 6 mm,长度1 4 mm0 4 8 mm的U形转弯、三爪自定心卡盘夹具（0 44mm 外圆）6车的另一端，总长度保证2 5 0 mm7钻中心孔使用尾座尖端抵住中心孔8粗车。5 2 mm外圆至。5 4 mm个粗车，3 5 mm外圆至C 3 7 mm,长度A3 mm1 0粗车。3 0 mm外圆至C 3 2 mm,长度3 6 mm1 1粗 车M2 4 mm外圆至。2 6 mm,长度1 6 mm1 2测试3热处理调质处理2 2 0 2 4 0 HBs4夹钳修复两端中心孔车床5车双顶夹车床1半精车，4 6 mm外圆至。4 6.5 mm,1 2 0毫米长2半成品车削，3 5 mm外圆至。3 5.5 mm,长度 6 8 mm3半成品M2 4 mm外圆至C240.1-0.2 mm,长度 1 6 mm4半精加工2 3 mm X0.5 mm环槽5半精加工3 mmX 1.5 mm环槽6倒角外角1 mmX4 5 ,3处掉头，双顶夹紧7半成品车削。3 5 mm外圆至。3 5.5 mm,长度 A5 mm8半成品车削。3 0 mm外圆至。3 0.5 mm 长度 3 8 mm9半 名 田M2 4 mm勺卜圆至。2 4 -0.1-0.2mm m m,长度 1 8 mm1 0半成品车削，4 4 mm至尺寸，长度4 mm1 1车2 3 mmX0.5 mm环槽1 2车3 mmX 1.5 mm环槽1 3倒角外角I mm X 4 5 ,4处1 4测试6车双顶夹1小车M2 4 mm X 1.5 mm 6 g尺寸车床掉头，双顶夹紧2小车M2 4 mm X 1.5 mm 6 g尺寸3测试7夹钳二键槽一卡垫圈槽加工线8铳削用V型虎钳夹住并按线对齐钱床V型块1铳 削 键 槽1 2 mm X 3 6 mm,保证尺寸4 1 4 1.2 5 mm立铁刀拨号指示2铳 削 键 槽8 mm X 1 6 mm,保证尺寸2 6 2 6.2 5 mm3铳削止动垫圈槽6 mmX 1 6 mm,保 证2 0.5毫米尺寸4测试9夹钳修复两端中心孔车床1 0研磨1将外圆。3 5 0.0 0 8 mm磨至尺寸外圈磨床专用夹具砂轮（棕冈U玉）千分尺2磨 肩 面/3将外圆，3 0 0.0 0 6 5 mm磨至尺寸4磨肩面H2.3流程图工艺卡掉头，双顶夹紧5将外圆，磬至大小6磨肩面G7将外圆屋成大小8磨削轴肩F9测试11测试仓储传动轴加工工序简图