机械制造课程设计（阶梯轴工艺规程）.doc

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1、机械制造课程设计阶梯轴工艺规程机械制造课程设计(阶梯轴的工艺规程) 一、零件的分析p 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p 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0.01，两键槽有同轴度要求。在加工过程中须严格控制。1该轴采用合金构造钢40Cr，中

2、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，其构造复杂程度中等，其有多个过渡台阶，根据外表粗糙度要求和消费类型，外表加工分为粗加工、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，这样经屡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，以进步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

3、。在两端面钻中心孔进展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 轴的各外表粗糙度、公差及偏向见表一 加工外表 尺寸及偏向mm公差及精度等级 外表粗糙度Ram形位公差 轴段1 IT6 1.6 轴线直线度为 轴段2 IT8 1.6 轴线直线度为 轴段2端面 3.2 轴段3 30 未注 12.5 轴线直线度为 轴段3端面 3.2 轴段4 IT6 1.6 轴线直线度为 轴段4端面 3.2 轴段5 未注 1.6 轴线直线度为 键槽2 IT7 3.2 键槽5 IT7 3.2 表一 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，且工件的形状比拟简单，毛坯

4、精度低，加工余量大，因年产5000件，所以到达批量消费程度。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，可选轴的外圆外表为定位基准，或用外圆外表和顶尖孔共同作为定位基准。用外圆外表定位时，因基准面加工和工作装夹都比拟方便，一般用卡盘装夹。为了保证重要外表的粗加工余量小而均匀，

5、应选该外表为粗基准，并且要保证工件加工面与其他不加工外表之间的位置精度。按照粗基准的选择原那么，选择次要加工外表为粗基准。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，按照基准重合原那么及加工要求，应选轴心线及一端面为精基准，其他各面都能以此为定位，从而也表达了基准统一的原那么。2.3 拟定轴的工艺道路 2.3.1零件外表加工方法的选择 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，外表粗糙度为Ra12.5m，需进展粗车、半精车。外圆面：公差

6、等级为IT8，外表粗糙度为Ra1.6m，需进展粗车、半精车、精车。外圆面：公差等级为IT6，外表粗糙度为Ra1.6m需进展粗车、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，外表粗糙度为Ra3.2m，需进展粗车、半精车。键槽：槽宽公差等级为IT7，槽深公差等级未注，外表粗糙度为Ra3.2m，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那么：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，钻中心孔及车外表的外圆。2遵循先粗后精的原那么：先安排粗加工工序，后安排精加

7、工工序。先安排精度要求较高的各主要外表，后安排精加工。3遵循先主后次的原那么:先加工主要外表，如车外圆各个外表，端面等。后加工次要外表，如铣键槽等。4遵循外后内，先大后小原那么：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次要外表的加工：键槽等次要外表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加工质量要求较高的外表，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按照先面后孔的原那么：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，能进步改善轴的硬度，消除毛坯的内应力，

8、改善其切削性能。在粗加工后进展调质处理，能进步轴的综合性能。最终热处理安排在半精车之后磨削加工之前。其能进步材料强度、外表硬度和耐磨性。在精加工之前安排外表淬火，这样可以纠正因淬火引起的部分变形，进步外表耐磨性。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，以高消费

9、效率去除毛坯余量。2、在半精加工阶段，对外圆进展半精车，铣键槽等，减小粗加工中留下的误差，使加工面到达一定的精度，为精加工做好准备。3、精加工阶段，、30、外圆面外表粗糙度要求为Ra1.6m，对其进展精车以到达要求。而对于外圆面其公差等级为IT6，外表粗糙度要求为Ra1.6m安排粗磨、精磨。2.3.4 确定工艺道路 根据以上的加工工艺过程的分析p 确定零件的工艺道路如表二 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

10、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1_45调头车另一端面保持全长120；倒角1_45度，车槽深0.3 90 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 外表淬火 120 粗磨 粗磨轴段1；调头粗磨轴段4 130 精磨 精磨轴段4；调头精磨轴段1

11、140 检验 表二 2.4加工工序的设计 2.4.1 加工余量确实定 加工余量见表三 加工外表 工序名称 工序余量 工序尺寸 精度等级 轴段3 粗车 4 30 IT11 轴段1、4 外圆面 半精磨 0.1 22.5+0.0055，-0.0055IT6 粗磨 0.25 22.60，-0.018IT7 精车 0.25 22.850，-0.027IT8 半精车 2.2 23.10，-0.043IT9 粗车 8.7 25.30，-0.11IT11 轴段2外圆面 精车 0.3 24+0.012，+0.001IT8 半精车 1.5 24.30，-0.043IT9 粗车 8.2 25.80，-0.11IT1

12、1 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 1.5 7.50，-0.03IT7 粗铣 6 90，-0.075IT11 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2mm，程度方向为2.0-2.7mm，取2.5mm.锻件质量小于1kg，长度等于120mm，取其上偏向+0.17mm，下偏向-0.08mm。锻件厚度尺寸小于40mm，取其上偏向+0.12mm，下偏向-0.04mm。B/H1,故取起偏角为5度。那么

13、锻件毛坯长度尺寸为，直径尺寸为。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外表的粗糙度至少为12.5m。综上，锻件毛坯图如下所示。2.5确定切削用量及根本工时 确定切削用量的原那么：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，又满足以加工外表粗糙度的情况下，选取尽可能大的进给量。最后根据公式确定最正确切削速度。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

14、的，故其选用的切削用量一样。背吃刀量确实定：根据加工余量，工步1和工步2的背吃刀量都为0.5mm 进给量确实定：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f0.5mm/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，可得车床转速n=100050/34r/min=663r/min，查表CA6140的主轴转速范围为101400，14001580r/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，那么背吃刀量依次为 ap1=z=8.2mm，ap2=z=2.2mm 查表得 粗车 f1=0.81mm/r，取Vc

15、为60m/min，那么n=796r/min 半精车取f2=0.4mm/r，Vc为90m/min，那么n=1194r/min (n=1000Vc/d) 3工序40、60的过渡面部分 粗车半精车尺寸为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=20_r/min 5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/

16、min，18m/min 背吃刀量等于磨削余量0.25mm及0.1mm 6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，结合零件轴的消费类型为大批量消费，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83。3.3 机床夹具设计 1刀具选择 因为该传动轴为阶梯

17、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0-20_，精度0.05游标卡尺。各工序详细所用工艺设备见下表 工序号 机床设备 刀具 量具 10 游标卡尺 20 30 CK6140 90刀 游标卡尺 40 CK6140 90刀 游标卡尺 50 60 CK6140 90刀 游标卡尺 70 CK6140 90刀 游标卡尺 80 CK6140 90刀 游标卡尺 90 铣床83 铣刀 游标卡尺 100 铣床83 铣刀 游标卡尺 110 120 M1432 砂轮 130 M1432 砂轮 140 游标卡尺 3夹具选择 机床夹具

18、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。进步消费效率 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，可选择三爪卡盘进展零件的夹紧，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

19、件 毛坯外形尺寸 124_ 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 CK6140 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 CK6140 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4、5外圆；半精车槽深0.5。

20、CK6140 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；CK6140 游标卡尺 80 车端面 车端面保持长122；倒角1_45调头车另一端面保持全长120；倒角1_45度，车槽深0.3 CK6140 游标卡尺 90 粗铣槽 铣两个宽为7的键槽 铣床83 铣刀 游标卡尺 100 半精铣槽 半精铣两个键槽 铣床83 铣刀 游标卡尺 110 热处理 外表淬火 120 粗磨 粗磨轴段1；调头粗磨轴段4 M1432 130 精磨 精磨轴段4；调头精磨轴段1 M1432 140 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

21、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 产品名称 阶梯轴 零件名称 阶梯轴 共 1 页 第 1 页 车间 工序号 工序名称 材 料 牌 号 40 粗车 cr40 毛 坯 种 类 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件数 每 台 件 数 锻件 124_ 1 1 设备名称 设备型号 设备编号 同时加工件数 数控车床 CK6140 1 夹具编号 夹具名称 切削液 三爪卡盘 工位器具编号 工位器具名称 工序工时 (分) 准终 单件 工步号 工步内容 工艺装备 主轴转速r/min 切削速度m/min 进给量mm/r 切削深度mm 进给次数 工步工时 10 粗车轴段3，Ra=12.5 um

22、 游标卡尺 796 60 0.81 4 1 机动 辅助 20 粗车轴段1、2，Ra=1.6 um 游标卡尺 796 60 0.81 11.5、10 5、3 30 粗车轴段4、5，Ra=1.6 um 游标卡尺 796 60 0.81 11.5、10 5、3 40 50 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 签字 日期 标记 处数 更改文件号 签 字 日 期 加工后零件的三维图 设计小结 通过此次课程设计,让我受益非浅,不仅培养了我们发现问题、分析p 问题、解决问题的逻辑思维才能,更重要的是学会了熟悉运用机械制造工艺学中的根本理论实际知识解决零件在加工中的定位，

23、夹紧，以及工艺道路安排，工艺尺寸确定等问题保证加工质量。通过这次轴的设计,让我们从机械根底到公差配合、从机械制图、计算机绘图到机床设备应用，把机械制造过程中的各种知识综合整理，又有了更高层次的理解和发现。在设计中,教师的细心指导,让我们理解了自己在学习过程中的缺陷,使我们进一步熟悉及应用机械制造中的理论研究,培养了我们一丝不苟、严谨认真的工作作风和良好习惯!课程设计是我们所学知识的总结及运用,同时也让我们进一步熟悉了计算机的操作,让我们为毕业后工作有了信心。在此,感谢教师的认真指导!同时，在设计的过程中，我们也遇到了很多问题，其中就有不少就是因为自己的知识储藏是很有限的，因此，我也更加感受到了自己的缺乏并决心努力克制改正。第 10 页 共 10 页