階梯軸的課程設計

1、<p>　　《零件的工藝設計與實施》</p><p><b>　　課程設計任務書</b></p><p>　　設計題目：傳動軸的機械加工工藝設計</p><p><b>　　院 系： </b></p><p><b>　　班 級： </b></p&

2、gt;<p><b>　　姓 名： </b></p><p><b>　　學 號： </b></p><p><b>　　指導教師： </b></p><p>　　2013-4-19 </p><p><b>　　目 錄</b&

3、gt;</p><p>　　序 言………………………………………………………………………2</p><p><b>　　一. 零件的分析</b></p><p>　　1.1 軸的作用 ……………………………………………………………3</p><p>　　1.2 軸的工藝分析 ………………………………………………

4、………4</p><p>　　1.3 軸的零件圖 …………………………………………………………4</p><p><b>　　二、工藝規(guī)程設計</b></p><p>　　2.1確定毛坯的制造形式 …………………………………………………5</p><p>　　2.2定位基準的選擇 …………………………………………………

5、……6</p><p>　　2.3擬定軸的工藝路線 ……………………………………………………6</p><p>　　2.4加工工序的設計 ………………………………………………………9</p><p>　　2.5 主要工藝的加工路線圖………………………………………………10</p><p>　　2.6確定切削用量及基本工時……………………………

6、………………12</p><p><b>　　三、機床的設備選擇</b></p><p>　　3.1機床設備選擇……………………………………………………………13</p><p>　　3.2各工序所用機床、夾具、刀具、量具和輔具…………………………14</p><p><b>　　四附錄</b>&l

7、t;/p><p>　　機械加工工藝過程卡片……………………………………………………………………19</p><p>　　機械加工工序卡片…………………………………………………………………20</p><p>　　數(shù)控加工工序卡…………………………………………………………………21</p><p>　　設計總結 ………………………………………………

8、………………………23</p><p>　　參考文獻 ………………………………………………………………………23</p><p><b>　　序 言</b></p><p>　　本課程設計是學生在學完機械制造工藝學課程的一個綜合性和實踐性很強的教學環(huán)節(jié)，通過課程設計，能綜合運用所學基本理論以及在生產(chǎn)實習中學到的實踐知識進行工藝及結構設計的基

9、本訓練，掌握機械制造過程中的加工方法、加工裝備等基本知識，提高學生分析和解決實際工程問題的能力，為后續(xù)課程的學習及今后從事科學研究、工程技術工作打下較堅實的基礎。</p><p>　　本次機械制造工藝學課程設計不僅僅能幫助我們利用已學的知識進行設計，還培養(yǎng)了我們自己分析，獨立思考的能力。這次綜合性的訓練，我在以下幾方面得到鍛煉：</p><p>　　提高結構設計能力。通過設計零件的訓練，獲

10、得根據(jù)被加工零件的加工要求，設計出高效，省力，經(jīng)濟合理而能保證加工質(zhì)量的零件的能力。</p><p>　　學會使用手冊以及圖表資料。掌握與本設計有關的各種資料的名稱，出處，能夠做到熟練的運用。</p><p>　　就我個人而言，我希望通過這次課程設計對自己未來將從事的工作進行一次適應性訓練，從中鍛煉自己發(fā)現(xiàn)問題，分析問題和解決問題的能力，為今后參加工作打下良好的基礎。</p>

11、<p><b>　　一、零件的分析</b></p><p><b>　　1.1 軸的作用</b></p><p>　　軸的主要作用是支承回轉零件及傳遞運動和動力。按照軸的承受載荷不同，軸可分為轉軸、心軸和傳動軸三類。工作中既承受彎矩又承受扭矩的軸成為轉軸，只承受彎矩的軸稱為心軸，只承受扭矩而不承受彎矩的軸稱為傳動軸。</p>

12、;<p>　　1.2 軸的工藝分析</p><p>　　該軸主要采用45鋼能承受一定的載荷與沖擊。此軸為階梯軸類零件，尺寸精度，形位精度要求均較高。兩個Φ35，以及M20×1.5，M33×1.5的螺紋為主要配合面，其中有些精度均要求較高，需通過磨削得到。軸線圓跳動度要求較高，對于Φ35js5與Φ30js6的外表面需達到52HRC的強度，工過程中須進行滾壓加工。</p>

13、<p>　　（1）該軸采用碳素結構鋼45號鋼，中等精度，轉速較高。經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后具有良好的綜合力學性能，具有較高的強度、較好的韌性和塑性。</p><p>　?。?）該軸為階梯軸，其結構復雜程度中等，其有多個過渡臺階，根據(jù)表面粗糙度要求和生產(chǎn)類型，表面加工分為粗加工、半精加工和精加工。加工時應把精加工、半精加工和粗加工分開，這樣經(jīng)多次加工以后逐漸減少了零件的變形誤差。</p><p

14、>　　（3）零件毛坯采用模鍛，鍛造后安排正火處理。</p><p>　　（4）該軸的加工以車削為主，車削時應保證外圓的圓跳動度。</p><p>　?。?）在精車前安排了熱處理工藝，以提高軸的疲勞強度和保證零件的內(nèi)應力減少，穩(wěn)定尺寸、減少零件變形。并能保證工件變形之后能在半精車時糾正。</p><p>　?。?）同一軸心線上各軸孔的同軸度誤差會導致軸承裝置時歪

15、斜，影響軸的同軸度和軸承的使用壽命。在兩端面鉆中心孔進行固定裝夾可以有效防止徑向圓跳動、保證其同軸度。</p><p>　　零件圖如下圖所失去：</p><p><b>　　圖a </b></p><p><b>　　零件的基本工藝分析</b></p><p><b>　　表1</b

16、></p><p>　　（注：“*”是參數(shù)未知。）</p><p><b>　　二、工藝規(guī)程設計</b></p><p>　　2.1 確定毛坯的制造形式</p><p>　　軸類毛坯常用圓棒料和鍛件；大型軸或結構復雜的軸采用鑄件。毛坯經(jīng)過加熱鍛造后，可使金屬內(nèi)部纖維組織沿表面均勻分布，獲得較高的抗拉、抗彎及抗扭強

17、度。</p><p>　　根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模的不同，毛坯的鍛造方式有自由鍛和模鍛兩種。中小批生產(chǎn)多采用自由鍛，大批大量生產(chǎn)時采用模鍛。</p><p>　　根據(jù)上述的工藝分析，和我們自身的生產(chǎn)條件，確定階梯軸的毛坯。階梯軸材料為45鋼，要求強度較高，且工件的形狀比較簡單，毛坯精度低，加工余量大，因年產(chǎn)量400件，所以達到中等批量生產(chǎn)水平。綜上考慮，采用鍛件，其鍛造方法為模鍛，毛坯的尺寸精度要求為

18、IT12以下。</p><p>　　2.2 定位基準的選擇</p><p>　　正確的選擇定位基準是設計工藝過程中的一項重要的內(nèi)容，也是保證加工精度的關鍵，定位基準分為精基準和粗基準，以下為定位基準的選擇。</p><p><b>　　粗基準的選擇。</b></p><p>　　（1） 粗基準的選擇</p>

19、<p>　　應能保證加工面與非加工面之間的位置精度，合理分配各加工面的余量，為后續(xù)工序提供精基準。所以為了便于定位、裝夾和加工，可選軸的外圓表面為定位基準，或用外圓表面和頂尖孔共同作為定位基準。用外圓表面定位時，因基準面加工和工作裝夾都比較方便，一般用卡盤裝夾。為了保證重要表面的粗加工余量小而均勻，應選該表面為粗基準，并且要保證工件加工面與其他不加工表面之間的位置精度。按照粗基準的選擇原則，選擇次要加工表面為粗基準。又考慮

20、到階梯軸的工藝特點，所以選擇φ30的外圓及一端面為粗基準。</p><p><b>　　（2）精基準的選擇</b></p><p>　　根據(jù)軸的技術要求，軸的中心線為設計基準，也是測量基準，按照基準重合原則及加工要求，應選軸心線及一端面為精基準，其他各面都能以此為定位，從而也體現(xiàn)了基準統(tǒng)一的原則。</p><p>　　2.3 擬定軸的工藝路線

21、</p><p>　　2.3.1零件表面加工方法的選擇</p><p>　　本零件的加工面有外圓、端面、螺紋、鍵槽等，材料為45號鋼，參考有關資料，加工方法選擇如下：</p><p>　　端面：本零件端面為回轉體端面，尺寸精度都要求不高，表面粗糙度為Ra3.2µm，需進行粗車、半精車。</p><p>　　M20×1.5

22、和M33×1.5 的螺紋：為未注公差尺寸，表面粗糙度為Ra3.2µm，需進行粗車、半精車、車螺紋，磨削。</p><p>　　Φ29.295（MorseNO.4）外圓錐面：錐度為莫氏4度，表面粗糙度為Ra0.8µm，需進行粗車、半精車、精車。</p><p>　　Φ35js5外圓面：公差等級為IT5，表面粗糙度為Ra0.8µm需進行粗車、半精車、精車

23、、粗磨、精磨。為達到52HRC的硬度，需進行滾壓熱處理。</p><p>　　Φ45外圓面：公差等級未知，表面粗糙度為Ra1.6µm需進行粗車、半精車、精車。</p><p>　　Φ35h6外圓面：公差等級為IT6，表面粗糙度為Ra0.8µm需進行粗車、半精車、精車、粗磨、精磨。</p><p>　　Φ30js6外圓面：公差等級為IT6，表面粗糙

24、度為Ra0.8µm需進行粗車、半精車、精車、粗磨、精磨。為達到52HRC的硬度，需進行滾壓熱處理。</p><p>　　鍵槽：槽寬公差等級為IT9，槽深公差等級未注，表面粗糙度為Ra3.2µm，需采用三面刃銑刀，粗銑、半精銑</p><p>　　鍵槽：槽寬公差等級為IT12，槽深公差等級未注，表面粗糙度為Ra3.2µm，需采用三面刃銑刀，粗銑、半精銑</

25、p><p>　　槽：槽寬公差等級未注，槽深公差等級未注，表面粗糙度為Ra3.2µm，需采用三面刃銑刀，粗銑、半精銑</p><p>　　2.3.2 工藝順序的安排</p><p><b>　?。ㄒ唬C械加工工序</b></p><p>　　（1）遵循先基準平面后其他的原則：機械加工工藝安排是總是先加工好定位基準面，

26、所以應先安排為后續(xù)工序準備好定為基準。先加工精基準面，鉆中心孔及車表面的外圓。</p><p>　?。?）遵循先粗后精的原則：先安排粗加工工序，后安排精加工工序。先安排精度要求較高的各主要表面，后安排精加工。</p><p>　　（3）遵循先主后次的原則:先加工主要表面，如車外圓各個表面，端面等。后加工次要表面，如銑鍵槽等。</p><p>　?。?）遵循外后內(nèi)，先

27、大后小原則：先加工外圓再以外圓定位加工內(nèi)孔，加工階梯外圓時先加工直徑較大的后加工直徑小的外圓。</p><p>　?。?）次要表面的加工：鍵槽等次要表面的加工通常安排在外圓精車或粗磨之后，精磨外圓之前。</p><p>　　（6）對于加工質(zhì)量要求較高的表面，安排在后面，并在前幾道工序中注意形位公差，在加工過程中不斷調(diào)整、保證其形位公差。</p><p>　?。?）按

28、照先面后孔的原則：先加工端面，再銑鍵槽。</p><p>　?。ǘ崽幚砉ば虻陌才?lt;/p><p>　　在切削加工前宜安排正火處理，能提高改善軸的硬度，消除毛坯的內(nèi)應力，改善其切削性能。在粗加工后進行調(diào)質(zhì)處理，能提高軸的綜合性能。最終熱處理安排在半精車之后磨削加工之前。其能提高材料強度、表面硬度和耐磨性。在精加工之前安排表面淬火，這樣可以糾正因淬火引起的局部變形，提高表面耐磨性。<

29、/p><p>　?。ㄈ┹o助工序的安排</p><p>　　在粗加工和熱處理后，安排校直工序。在半精車加工之后安排去毛刺和中間檢驗工序。在精加工之后安排去毛刺、清洗和終檢工序。</p><p>　　綜上所述，該軸的工序安排順序為： 下料——鍛造——預備熱處理。</p><p>　　該軸的加工工序:車端面——粗車——調(diào)質(zhì)——半精車——精車——車端面

30、——銑鍵槽——淬火——磨外圓——精磨——檢驗。</p><p>　　2.3.3 加工階段的劃分</p><p>　　該軸精度要求較高，其加工階段可劃分為粗加工、半精加工、精加工階段。</p><p>　　1、在粗加工階段，粗車外圓，以高生產(chǎn)效率去除毛坯余量。</p><p>　　2、在半精加工階段，對外圓進行半精車，銑鍵槽、加工螺紋等，減小粗

31、加工中留下的誤差，使加工面達到一定的精度，為精加工做好準備。</p><p>　　3、精加工階段，Φ35js5、Φ35h5、Φ30js6、Φ29.295（MorseNO.4）外圓面表面粗糙度要求為Ra0.8µm，對其進行粗磨、精磨以達到要求。而對于Φ45外圓面，表面粗糙度要求為Ra1.6µm安排精車。</p><p>　　4,、其余表面粗糙度Ra3.2um，對其精車能夠

32、達到要求。</p><p>　　5．此階梯軸的圓跳動度要求較高，加工時應注意保證要求。銑鍵槽的時候應保證對稱度的要求。</p><p>　　2.3.4 確定工藝路線</p><p>　　根據(jù)以上的加工工藝過程的分析確定零件的工藝路線如表二</p><p>　　常用加工方法所能達到的精度要求如表三：</p><p>　　

33、2.4加工工序的設計</p><p>　　2.4.1 加工余量的確定</p><p><b>　　加工余量見表四</b></p><p>　　2.4.2毛坯尺寸及公差等級</p><p>　　由工藝人員手冊可查得鍛件尺寸，根據(jù)零件圖各部分的加工精度要求，鍛件的尺寸公差等級為8-12級，加工余量等級為普通級，故取IT=12

34、級。毛坯如圖所示：</p><p><b>　　圖b</b></p><p>　　2.5主要工藝的走刀路線圖</p><p><b>　　圖c</b></p><p><b>　　圖d</b></p><p><b>　　圖e</b>

35、;</p><p><b>　　圖f</b></p><p><b>　　圖g</b></p><p>　?。ㄗⅲ貉h(huán)點，編程原點，換刀點。）</p><p><b>　　2．6確定切削用量</b></p><p>　　確定切削用量的原則：首先應選取盡可

36、能大的背吃刀量，其次在機床動力和剛度允許的條件下，又滿足以加工表面粗糙度的情況下，選取盡可能大的進給量。最后根據(jù)公式確定最佳切削速度。</p><p>　　1）工序03，粗車軸的左右端面</p><p>　　該工序為兩個工步，工步1是以左邊定位。粗車右端面；工步2是以右邊定位，粗車左端面。由于這兩個工步是在一臺機床上經(jīng)一次走刀加工完成的，故其選用的切削用量相同。</p>&l

37、t;p>　　背吃刀量的確定：根據(jù)加工余量，工步1和工步2的背吃刀量都為0.5mm</p><p><b>　?、?進給量的確定：</b></p><p>　　本設計采用的是硬質(zhì)合金車刀，工件材料是45鋼，查表取進給量f＝0.5mm/r</p><p>　?、?切削速度的計算：</p><p>　　硬質(zhì)合金車刀切削4

38、5鋼時，取切削速度V為50m/min，根據(jù)公式，可得車床轉速n=1000×50/（×34）r/min=663r/min，查表CA6140的主軸轉速范圍為10~1400，1400~1580（r/min），符合要求。</p><p>　　2）工序04粗車及工序06半精車</p><p>　?、?該工序為工步1粗車和工步2半精車，則背吃刀量依次為</p><

39、;p>　　=4mm，2=0.8mm</p><p>　　②查表得 粗車 f1=0.81mm/r，取Vc為60m/min，則n=796r/min</p><p>　?、郯刖嚾2=0.4mm/r，Vc為90m/min，則n=1194r/min (n=1000Vc/d)</p><p>　　3）工序08車螺紋(M20×1.5 和M33×1

40、.5)，粗車A、B段，并精車A到Φ19.8，精車到32.8，用螺紋車刀加工，公差等級未知。</p><p>　　4）工序10粗銑及半精銑鍵槽</p><p>　　粗銑 取f=2mm/r Vc=60m/min n=118 r/min</p><p>　　半精銑取f=0.8mm/r Vc=74m/min n=200 r/min</p><p&

41、gt;　　5）工序12、13粗磨、精磨加工軸段B、C、E外圓面</p><p>　　查表取粗磨、精磨深度進給量為分別為0.032mm，0.008mm</p><p>　　工件的運動速度為15m/min，18m/min</p><p>　　背吃刀量等于磨削余量0.25mm及0.1mm</p><p><b>　　6）其余工序</

42、b></p><p>　?、俅周嚰庸r，取f=0.81mm/r Vc=60m/min </p><p>　?、诎刖嚰庸r，取f=0.51mm/r Vc=90m/min </p><p>　?、劬庸r，取f=0.2mm/r Vc=120m/min 皆符合要求。</p><p><b>　　三、機床設備的選用<

43、/b></p><p>　　3.1 機床設備的選用（參考見表四）</p><p>　　很據(jù)加工工藝的要求，和自身成本的選擇機床。我選擇了如下的機床：</p><p>　　1.普通車床CS6140</p><p>　　床身上最大回轉直徑Φ400mm, 床鞍上最大回轉直徑Φ220mm, 最大工件長度1000 mm；主軸通孔直徑Φ52 mm，

44、主軸頭型式CS6140:ISO 702/III NO.6卡口型；其余:ISO 702/II NO.8凸輪鎖緊型，主軸轉速范圍24級 9-1600rpm，主軸電機功率7.5KW；套筒直徑/行程Φ75/150mm，頂尖錐度5MT；3、刀位數(shù)/刀方尺寸4 / 25X25； X、Z向最大行程145 mm、320 mm，X、Z向進給范圍93種 0.028-6.43mm/r、93種 0.012-2.73 mm/r，公制螺紋范圍48種 0.5-224

45、mm，英制螺紋范圍48種 72-1/4 t.p.i，模數(shù)螺紋范圍42種 0.5-112 πmm，徑節(jié)螺紋范圍42種 。</p><p>　　2數(shù)控車床CAK6136V/750</p><p>　　CAK6136V/750,床身上最大回轉直徑：ф360MM， 滑板上最大回轉直徑：ф180MM， 滑板上最大切削直徑：ф180MM， 最大加工長度： 650MM，主軸通孔直徑： ф53MM，主電機

46、功率： 變頻5.5KW， 主軸轉速范圍：200-3000 R/MIN， X軸最大行程： 220 MM， Z軸最大行程： 660MM， 機床重復定位精度：X軸：0.007， Z軸：0.01， 加工精度： IT6，粗糙度： RA1.6，機床凈重/毛重：2030*3170KG，包裝箱尺寸：（長*寬*高）：2500*1640*2145MM.</p><p>　　3數(shù)控銑床 XK713</p><p&g

47、t;　　工作臺面積 mm 1000×320 T型槽 (槽數(shù)/槽寬/間距) mm 3/14/80 X軸行程 mm 600 Y軸行程 mm 320 Z軸行程 mm 450 主軸端面至工作臺臺面距離 mm 100～550 工作臺最大載重 kg 300 主軸錐孔 　 ISO 7:24 錐度No.40 主軸軸徑/扭矩 mm/Nm Φ60/108Nm 主軸電機 kW 5.5Kw 主軸轉數(shù) rpm 30～4000或6000（無級） 快速移動

48、速度(X、Y、Z軸) rpm 8000 切削進給速度 mm/min 10～4000 伺服電機輸出扭矩 N·m 6 齒輪潤滑電機功率 kW 0.04 刀具最大直徑/長度/重量 　 Φ110mm/400mm/18kg 電源容量 KVA 15 機床外觀尺寸 mm 2200×1700×2000 機床重量(凈重/毛重) kg 3000/4000 定位精度 mm 0.02 重復定位精度 mm 0.016</p&g

49、t;<p>　　5.內(nèi)圓磨床MZ203A</p><p>　　3.2各工序所用夾具、刀具、量具和輔具（表五）</p><p>　　1）刀具選擇 因為該傳動軸為階梯軸，所以選用90度角外圓車刀（車臺階）材料為45鋼，45°刀（倒角）和切槽刀（切槽）。</p><p>　　2）量具選擇 因為該軸最大長度為285，所以選用量程0-300，

50、精度0.05游標卡尺。各工序具體所</p><p><b>　　3）夾具選擇</b></p><p>　　機床夾具的作用及分類：保證加工精度 夾具可準確確定工件、刀具和機床之間的相對位置，可以保證加工精度。提高生產(chǎn)效率 夾具可快速地將工件定位和夾緊，減少輔助時間。減輕勞動強度 采用機械、氣動、液壓等夾緊機構，可以減輕工人的勞動強度。擴大機床的工藝范圍 采用機床

51、夾具可使機床的加工范圍擴大。機床夾具按應用范圍分為：通用夾具、專用夾具、組合夾具。</p><p>　　以工序40選擇夾具，根據(jù)零件的功用、特點及材料，可選擇三爪卡盤進行零件的夾緊，定位基準選軸的一個端面，定位元件選擇浮動頂尖即可定位。</p><p><b>　　普通機床的主要參數(shù)</b></p><p><b>　　表四：<

52、/b></p><p>　　通用夾具的基本參數(shù)，</p><p><b>　　表五</b></p><p><b>　　使用工藝設備見下表</b></p><p><b>　　表六：</b></p><p>　　四：根據(jù)加工的工藝，零件的機械加工工

53、藝過程卡和機械加工工序卡，如圖所示</p><p><b>　　表七</b></p><p><b>　　表八</b></p><p><b>　　數(shù)控加工工序卡</b></p><p><b>　　數(shù)控車加工刀具卡</b></p><

54、p><b>　　數(shù)控銑加工刀具卡</b></p><p><b>　　設計小結</b></p><p>　　通過此次課程設計,讓我受益非淺,不僅培養(yǎng)了我們發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的邏輯思維能力,更重要的是學會了熟悉運用機械制造工藝學中的基本理論實際知識解決零件在加工中的定位，夾緊，以及工藝路線安排，工藝尺寸確定等問題保證加工質(zhì)量。通過這

55、次軸的設計,讓我們從機械基礎到公差配合、從機械制圖、計算機繪圖到機床設備應用，把機械制造過程中的各種知識綜合整理，又有了更高層次的理解和發(fā)現(xiàn)。</p><p>　　在設計中,老師的細心指導,讓我們了解了自己在學習過程中的缺陷,使我們進一步熟悉及應用機械制造中的理論研究,培養(yǎng)了我們一絲不茍、嚴謹認真的工作作風和良好習慣!課程設計是我們所學知識的總結及運用,同時也讓我們進一步熟悉了計算機的操作,讓我們?yōu)楫厴I(yè)后工作有了

56、信心。在此,感謝老師的認真指導!同時，在設計的過程中，我們也遇到了很多問題，其中就有不少就是因為自己的知識儲備是很有限的，因此，我也更加感受到了自己的不足并決心努力克服改正。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　1.機械制造工藝與機床夾具課程設計指導/吳拓 —2版—機械工業(yè)出版社，2010；</p><p>　

57、　2.機械制造工藝案列教程/劉慎玖主編. —北京：化學工業(yè)出版社，2007.4；</p><p>　　3.互換性與測量技術/高曉康，陳于萍編. —北京：高等教育出版社，2009.1；</p><p>　　4．數(shù)控機床加工工藝. 華貿(mào)發(fā). 北京：機械工業(yè)出版社 2000；</p><p>　　5.趙長旭 數(shù)控加工工藝 西安電