轴类零件的加工工艺分析.pdf

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1、X X 学院 毕业设计（论文）题 目：轴类零件的加工工艺分析 院 系：机电工程系 学科专业：机械设计与制造 学 生：学 号：指导老师：完成日期：2015 年 5 月 毕业设计任务书 设计简介 轴类零件是机器中常见的重要零件，应用十分广泛。本设计中所设计的是某减速机中的传动轴，作用十分重要。该设计要求学生具备一定的机械加工与制造方面的知识，并具有一定的机械制图能力。通过该设计的操作，有助于提高学生的基础知识和专业知识，培养其综合运用能力。此外，还能够熟悉机加工过程中工艺的设计过程。设计任务要求 本次毕业设计应完成以下工作任务与要求：1、编写一份设计说明书；（包括封面、目录、正文、总结、参考文献等

2、）；2、用 CAD 绘制零件图，并进行分析；3、编写零件加工工艺 进程安排 根据学校的要求与自身情况安排如下：第 13 周：确定设计题目，勾勒基本的设计思路；第 4 周：查找与其相关的资料；第 56 周：整理资料，列出论文提纲；第 79 周：确定设计步骤并撰写初稿；第 1011 周：设计修改，完善初稿；第 12 周：进行设计的最终审核与修改，并提请答辩。参考资料 1、机械制造技术（教材）2、车削工艺与技能实训（内部资料）3、机械设计手册 3 摘 要 轴类零件是机械加工中的典型零件之一。在机器产品中，轴类零件的功用是用来支承传动件（如齿轮、带轮、离合器等）、传递转矩和承受载荷。轴类零件是旋转零件

3、，其加工表面一般由同轴的外圆柱面、圆锥面、内孔、螺纹和花键等组成。它的常用毛胚是圆钢料和锻件，结构复杂的轴件（如曲轴）可使用铸件。对于光滑轴、直径相差不大的阶梯轴，多采用热轧或冷轧圆钢料。对于直径相差悬殊的阶梯轴，多采用锻件。这不仅节约材料，减少机加工时，而且锻造毛坯能使纤维组织合理分布，从而得到较高的抗拉、抗弯强度。本文利用机械设计的相关知识和已给定的工作要求首先进行了工艺方案的分析；其次，确定了加工方法与方案；然后，根据明确装夹方式，合理的选用了刀具与切削用量；最后，根据所拟定的加工路线进行了工件加工。整个工艺过程设计合理，精度与尺寸达到了工件的要求。关键词：工艺分析 加工方案 工序安排

4、4 目 录 第 1 章 绪论.错误!未定义书签。1.1 机械加工工艺的认识 错误!未定义书签。1.2 机械加工工艺规程概述 错误!未定义书签。第 2 章 工艺方案分析.错误!未定义书签。2.1 零件图 错误!未定义书签。2.2 零件图分析 错误!未定义书签。2.3 确定加工方法 错误!未定义书签。2.4 确定加工方案 3 第 3 章 工件的装夹.4 3.1 定位基准的选择 4 3.2 装夹方式的选择 4 3.3 确定合理的装夹方式 5 第 4 章 加工尺寸和切削用量.6 4.1 加工尺寸的选择 6 4.2 切削用量的选择 6 第 5 章 制订加工工艺过程.7 5.1 拟定工艺过程 7 5.2

5、轴的加工工艺过程 7 5.3 产品工程图 10 总结.11 参考文献.12 1 第 1 章 绪论 1.1 机械加工工艺的认识 机械加工工艺对企业非常重要，它能在保证产品质量前提下，尽量提高劳动生产率和降低成本。因此，它的工作是企业产品制造过程中的中心工作，整个生产过程中始终贯穿着工艺活动。机械加工工艺过程是用机械加工方法来改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为成品或半成品的过程。为了便于组织和管理，企业往往将它分解成若干个顺序排列的工序。1.2 机械加工工艺规程概述 规定产品或零部件制造工艺过程和操作方法等的工艺文件称为机械加工工艺规程，它的作用是优化配置工艺资源，合理编排工艺过

6、程；组织车间生产的主要技术文件；生产准备和计划调度的主要依据；新建或扩建工厂、车间的基本技术文件。基本要求是在保证产品质量的前提下，努力提高生产率和降低工艺成本；在充分利用本企业现有生产条件的基础上，尽可能采用国内外先进生产技术，并保证具有良好和安全的劳动条件；同时工艺规程设计还应做到正确、完整、清晰和统一，所用术语、符号、单位、编号等都要符合最新的国家标准或相关的国际标准。设计的主要依据是产品的全套技术文件；产品的生产纲领；工厂的生产条件；各种技术资料。主要步骤是根据产品的生产纲领决定生产类型；分析产品图样；选择毛坯；拟定工艺路线；工序设计；填写工艺文件等。2 第 2 章 工艺方案分析 2.

7、1 零件图 2.2 零件图分析 由图可知该零件主要由圆柱、螺纹、槽、键槽等组成，尺寸完整，由于各外圆直径相差不大，其毛坯可选择热轧圆钢料，50220，材料为 45 钢。但注意应保证各圆柱面及键槽的加工尺寸精度。此外，轴类零件加工的工艺过程，大致分为三个阶段：调质以前的工序为粗加工阶段；调质以后到表面淬火间的工序为半精加工阶段；表面淬火以后的工序为精加工阶段。其中适当穿插其它次要表面的加工工序。因此，在主轴加工的过程中，应安排足够的热处理工序。毛坯锻造后安排正火处理，以消除锻造应力，改善切削性能。粗加工后安排调质处理，以提高力学性能，并为表面淬火准备良好的金相组织。半精加工后安排表面淬火处理，以

8、提高其耐磨性。2.3 确定加工方法 加工方法的选择原则是保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。由于获得同一级精度及表面粗糙度的加工方法一般有许多，因而在实际选择时，要结合零件的形状、尺寸大小和形位公差要求等全面考虑。3 由图纸可知该轴大都是回转表面，考虑到它主要表面的尺寸及精度要求，现采用以下两种方案：方案一：粗车半精车磨削。方案二：粗车半精车精车滚压。从加工的效率和经济性来看，方案二中滚压加工是将滚压工具压在工件表面上，并沿工件表面移动，使工件表面产生塑性变形和冷变形强化，以获得光洁的加工表面的加工方法，它可以有效减少加工时间且成本低，但经过精车与方案一加工效率和成本相差不了多少，而且滚

9、压加工加工后的表面粗糙度受凸起部分的高度及形状（即加工前状态）的影响，如果加工前表面状态粗糙，则会造成加工表面粗糙；其次，加工前后工件的直径将发生变化；最后，加工过程中将产生细微粉尘，粉尘不仅影响表面质量，而且加速滚压头的损耗。因此，它对工件的要求比较高。从加工后工件的尺寸精度和表面粗糙度来看，方案二经精车、滚压后，工件的表面粗糙度值更小即工件更光滑，但此方案不宜加工淬火钢且磨削加工的尺寸精度为 IT5IT6，表面粗糙度 Ra 为 0.080.8um，达到了此零件的尺寸及精度要求。综上所述，结合零件的尺寸大小、形位公差要求及加工的效率、经济性，采用方案一更佳，即外圆表面的加工方案为：粗车半精车

10、磨削，加工方式为车削。2.4 确定加工方案 根据先基准后其它、先粗后精、先主后次、穿插进行的工艺原则，该轴的工艺过程安排如下：预备加工车端面钻中心孔粗车各外圆调质修研中心孔半精车各外圆，切槽，倒角车螺纹划键槽加工线铣键槽修研中心孔磨削检验。外圆表面的加工顺序一般为先加工大端直径外圆，然后再加工小端直径外圆，以免一开始就降低工件的刚度。主轴上的键槽等的加工，一般应在外圆精车或粗磨后、精磨前进行。4 第 3 章 工件的装夹 3.1 定位基准的选择 在制定零件加工的工艺规程时，正确地选择工件的定位基准有着十分重要的意义。定位基准选择的好坏，不仅影响零件加工的位置精度，而且对零件各表面的加工顺序也有很

11、大的影响。合理选择定位基准是保证零件加工精度的前提，还能简化加工工序，提高加工效率。轴类零件的定位基准，最常用的是两中心孔，因为一般轴的设计基准都是其中心线，用中心孔定位，可实现基准重合。且能最大限度地在一次安装中，加工尽可能多的外圆和端面，符合基准统一的原则。另外，主轴设计基准本质上是支承轴颈中心线应用支承轴颈定位，实现基准重合。以支承轴颈为基准，可保证两者间很高的相互位置精度。当支承轴颈是锥面时，宜选择与其临近且与其同轴度高的轴颈作辅助定位基准面。在主轴的加工中，还要贯彻中心孔和支承轴颈互为基准、反复加工的原则，在机加工开始，先以外圆定位（粗基准）加工两端面和中心孔，为后续工序准备精基准，

12、再以中心孔定位，加工外圆。因此，根据以上分析该轴应选择两端中心孔为基准，采用双顶尖装夹方法，以保证零件的技术要求。粗基准采用毛坯外圆。3.2 装夹方式的选择 为了工件不致于在切削力的作用下发生位移，使其在加工过程始终保持正确的位置，需将工件压紧夹牢。合理的选择夹紧方式十分重要，工件的装夹不仅影响加工质量，而且对生产率，加工成本及操作安全都有直接影响。轴类工件的装夹方法主要有以下几种：1、三爪自定心卡盘装夹。它的特点是装夹工件方便、省时，但夹紧力没有单动卡盘大，适用于装夹外形规则的中、小型工件。2、四爪单动卡盘。它的特点是找正比较费时，但加紧力较大，适用于大型或形状不规则的工件。3、一顶一夹装夹

13、。它的特点是可在主轴前端锥孔内安装一限位支撑，也可利用工件的台阶进行限位，用途广泛。5 4、两顶尖装夹。它的特点是装夹工件方便，不需找正，定位精度高，但比一夹一顶装夹的刚度低，影响了切削用量的提高，适用于较长的或必须经过多次装夹后才能加工好的工件，或工序较多，在车削后还要铣削或磨削的工件。3.3 确定合理的装夹方式 普通车床最常用的装夹方式是三爪自定心卡盘装夹，此外，还有一夹一顶，两顶尖、四爪卡盘、心轴等装夹方式。根据以上分析结合该轴的结构特点与加工方法，应采用卡盘和顶尖装夹方式，以两端中心孔为基准，采用双顶尖的装夹方式。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

14、必须注意，一般不能用毛坯外圆装夹两次钻中心孔，而应以毛坯外圆作粗基准，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，才能保证两中心孔同轴。装夹方法：先用三爪卡盘夹持毛坯左端再钻中心孔，用尾座顶尖顶住中心孔，加工右端；再掉头车另一端，钻中心孔，用尾座顶尖顶住中心孔，加工左端。6 第 4 章 加工尺寸和切削用量 4.1 加工尺寸的选择 该轴磨削余量可取 0.5mm,半精车余量可选用 1.5mm。加工尺寸可由此而定。4.2 切削用量的选择 切削速度、进给量和背吃刀量统称为切削用量。它不仅是在机床调整前必须确定的重要参数，

15、而且其数值合理与否对加工质量、生产效率、生产成本等有着非常重要的影响。在确定了刀具几何参数后，还需选定合理的切削用量参数才能进行切削加工。所谓“合理的”切削用量是指充分利用刀具切削性能和机床动力性能（功率、转矩），在保证质量的前提下，获得高的生产率和低的加工成本的切削用量。而“切削用量”与机床的“工作运动”和“辅助运动”有密切的对应关系。切削速度Vc 是度量主运动速度的量值；进给量f或进给速度 Vf 是度量进给运动速度的量值；背吃刀量 ap 反映背吃刀运动（切入运动）后的运动距离。切削用量的影响因素众多，需要根据不同的工件材料、刀具材料、加工要求等进行选择。而对于不同的加工方法，需要选用不同的

16、切削用量。如粗加工时的切削用量，一般以提高生产效率为主，但也应考虑经济性和加工成本；加工时除留给下道工序的余量外，其余的粗加工余量尽可能一次切除，以使走刀次数最少。半精加工和精加工的切削用量，应以保证加工质量为前提，并兼顾切削效率、经济性和加工成本。切削用量的选择原则是:保证零件加工精度和表面粗糙度，充分发挥刀具切削性能，保证合理的刀具耐用度，并充分发挥机床的性能，最大限度提高生产率，降低成本。综上所述，合理的选择切削用量，应该首先选择一个尽量大的背吃刀量，其次根据切削力或表面粗糙度选择一个大的进给量，最后根据已确定的背吃刀量和进给量，并在刀具耐用度和机床功率允许条件下选择一个合理的切削速度。

17、因此，对于单件、小批量生产时，可根据加工情况由工人确定；一般可由机械加工工艺手册或切削用量手册中选取。7 第 5 章 制订加工工艺过程 5.1 拟定工艺过程 定位精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序。调质之后修研中心孔的目的是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精基准面的精度和减小锥面的表面粗糙度值。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；键槽应在半精车后以及磨削之前铣削加工出来，这样可保证铣键槽时有比较精确的定位基

18、准，又可避免在精磨后铣键槽时破坏已精加工的外圆表面。另外，在拟定工艺过程时，应考虑检验工序的安排、检查项目及检验方法的确定。5.2 轴的加工工艺过程 为了表达清楚各工序的内容及要求，其传动轴加工工艺过程工序简图如下：工序 工步 工序内容 加工简图 设备 1 下料50X220 2 1 粗车各台阶，三爪自定 心卡盘夹持工件毛坯外圆 车床 2 钻中心孔；用尾座顶尖顶住中心孔（一夹一顶）3 粗车40 外圆，长111mm。4 粗车35 外圆，长65mm。5 粗车30 外圆，长32mm。6 掉头，三爪卡盘夹持40外圆。车另一端面，8 保证总长 215mm。车床 7 钻中心孔；用尾座顶尖顶住中心孔（一夹一顶

19、）。8 粗 车 外 圆 30，长104mm。9 粗 车 外 圆 25，长58mm。10 粗车 M20mm 外圆，长20mm。3 热 调质处理 4 钳 修研两端中心孔 5 1 半精车台阶、车槽倒角、双顶尖装夹工件。半精车外圆 40，左端距轴端长111mm。车床 2 半精车外圆35 正负0.008，左端距轴端长65mm。3 半精车外圆30 正负0.0065，左端距轴端长32mm。4 切槽 2X0.5 5 倒角 C1 6 掉头，双顶尖装夹。半精车外圆30mm 正负0.0065mm，左端距轴端104mm。车床 7 半精车外圆25mm 负 9 0.013mm,左端距轴端58mm。8 半精车外圆20mm，

20、长20mm。9 车槽 2X0.5,2X2 10 倒角 C1.5，C1 6 1 车螺纹 双顶尖装夹工件 车螺纹 M20X1.5 7 钳 划键槽 8 1 铣键槽，宽 10mm,深5.2mm。2 铣键槽，宽 8mm，深5.2mm。9 钳 修研两端中心 10 1 磨外圆 双顶尖装夹工件 磨 外 圆 30 正 负0.0065mm。2 磨 外 圆 35 正 负0.008mm，并靠磨轴肩 P 3 调头，双顶尖装夹工件 磨 外 圆 30正 负0.0065mm。4 磨外圆25负0.013mm并靠磨轴肩 Q 11 验 检验 1 0 5.3 产品工程图 零件的工程图如下：1 1 总结 大学生活即将结束，时间是如此之

21、快，在这里我学到了很多，也渐渐变得成熟。毕业设计是毕业生离开学校之前最后对自己知识的检测，也是顺利毕业的关键，必须认真对待。经过艰难的收集资料，本设计才得以完成。在学习和生活期间，我的指导老师始终精心指导和无私的关怀着我，在他的指导下，我发现了很多设计中的漏洞缺点并得到了及时的修改，他那严谨、一丝不苟、精益求精的工作态度对我今后对待生活、工作的态度产生了很大的影响，我从中受益匪浅，在此向老师表示深深的感谢和崇高的敬意。通过此次毕业设计，我详细了解了零件的整个加工工艺流程，这方面的专业知识得到了进一步的巩固和提高，我的综合运用能力也得到了进一步提升，这对我今后的生活和工作大有裨益。最后在此，我谨向帮助我的老师、同学表示由衷的谢意！参考文献 1机械加工技术M 吉林科学技术出版社 2012 年版 2车工初级中级J 机械工业出版社 金福昌主编 3车工工艺学下M 机械工业出版社 4机械制造技术M 机械工业出版社 2012 年版 郭彩芬、王伟麟主编 5机械制造技术基础M 重庆大学出版社 2011 年版 6金属工艺学M 机械工业出版社 王英杰、张芙丽主编 7金工实习J 重庆大学出版社，肖敏主编 8Auto2010 机械制图M中国建材工业出版社 王磊主编。9机械设计基础（第 2 版）M 北京理工大学出版社 2011 年版 梦玲琴、王志伟主编。