花键轴的工艺规程设计

一、零件的分析

根据零件简图分析，该零件为花键轴，其长度与直径之比L/D＜5，所以该零件为钢性主轴。从表面加工类型看，主要加工的表面有外圆柱面、花键、键槽、螺纹，属于典型的加工表面，易加工。该零件外圆柱面的尺寸公差和表面粗糙度有些偏高，需要磨削加工。

二、毛坯的选择

1.常见的毛坯种类

1.1铸件

对形状较复杂的毛坯，一般可用铸造方法制造。目前大多数铸件采用砂型铸造，对尺寸精度要求较高的小型铸件，可采用特种铸造，如永久型铸造、精密铸造、压力铸造、熔模铸造和离心铸造等。

1.2锻件

锻件毛坯由于经锻造后可得到连续和均匀的金属纤维组织。因此锻件的力学性能较好，常用于受力复杂的重要钢质零件。其中自由锻件的精度和生产率较高，主要用于产量较大的中小型锻件。

1.3型材

型材主要有板材、棒材、线材等。常用截面形状有圆形、方形、六角形和特殊截面形状。就其制造方法，又可分为热轧和冷拉两大类。热轧型材尺寸较大，精度较低，用于一般的机械零件。冷拉型材尺寸较小，精度较高，主要用于毛坯精度要求较高的中小型零件。

1.4焊接件

焊接件主要用于单件小批生产和大型零件及样机试制。其优点是制造简单、生产周期短、节省材料、减轻重量。但其抗振性较差，变形大，需经时效处理后才能进行机械加工。

2.毛坯的材料和尺寸的选择

根据工艺规程，大量生产的零件应该选择精度和生产率高的毛坯制造方法，此花键轴需要保证其力学性能，由于长度与直径之比L/D＜5，为减少材料消耗和机械加工劳动量。综合考虑锻件具有较高的综合力学性能，在硬度方面也有较高的性能。由于经过锻造后金属内

部，纤维组织沿表面均匀分布，具有较高的抗拉，抗弯及抗扭强度。故此轴选用锻件作为毛坯。选用模锻适用于中小型零件大批量生产且加工余量较少。

因次，选择45钢的锻件作为该零件的毛坯，适合单件小批量生产，该毛坯的尺寸为Ф40mm×180mm的45钢锻件。

三、加工方法

1.常见的加工方法

1.1车削

车削中工件旋转，形成主切削运动。刀具沿平行旋转轴线运动时，就形成内、外圆柱面、刀具沿与轴线相交的斜线运动、就形成锥面，仿形车床或数控车床上，可以控制刀具沿着一条曲线进给，则形成一特定的旋转曲面。采用成型车刀，横向进给时，也可加工出旋转曲面来。车削还可以加工螺纹面、端平面及偏心轴等。车削加工精度一般为IT8——IT7，表面粗糙度为6.3——1.6um。精车时，可达IT6——IT5，粗糙度可达0.4——0.1um。车削的生产率较高，切削过程比较平稳，刀具较简单。

1.2铣削

主切削运动是刀具的旋转。卧铣时，平面的形成是由铣刀的外圆面上的刃形成的。

立铣时，平面是由铣刀的端面刃形成的。提高铣刀的转速可以获得较高的切削速度，因此生产率较高。但由于铣刀刀齿的切入、切出，形成冲击，切削过程容易产生振动，因此限制了表面质量的提高。这种冲击，也加剧了刀具的磨损和破损，往往导致硬质合金刀片的碎裂。在切离工件的一般时间内，可以得到一定冷却，因此散热条件较好。按照铣削时主运动速度方向与工件进给方向的相同或相反，又分为顺铣和逆铣。

1.3磨削

磨削以砂轮或其他刀具对工件进行加工，其主要运动是砂轮的旋转。砂轮的磨削过程实际上是磨粒对工件表面的切削、刻削和滑擦三种作用的综合效应。磨削中，磨粒本身也由尖锐逐渐磨钝，使切削作用变差，切削力变大。当切削超过粘合剂强度时，园钝的磨粒脱落，露出一层新的磨粒，形成砂轮的“自锐性”。但切屑和砕磨粒仍会将砂轮阻塞。因而，磨削一定时间后，需用金刚石车刀等对砂轮进行修整。

磨削时，由于刀刃很多，所以加工平稳、精度高。磨床是精加工机床，磨削精度可达IT6——IT4，表面粗糙度Ra可达1.25——0.01um，甚至可达0.1——0.008um。磨削

的另一特点是可以对淬硬的金属材料进行加工。因此，往往作为最终加工工序。磨削时，产生热量大，需有充分的切削液进行冷却。按功能不同，磨削还分为外圆磨、内孔磨、平磨等。

1.4钻削与镗削

在钻床上，用钻头旋转钻削孔，是孔加工的最常见方法。钻削的加工精度较低，一般只能达到IT10，表面粗糙度一般为12.5——6.3um在钻削后常常采用扩孔和铰孔来进来半精加工和精加工。扩孔采用扩孔钻，铰孔采用铰刀进行加工。

铰削加工精度一般为IT9——IT6，表面粗糙度为Ra1.6——0.4um。扩孔、铰孔时钻头、铰刀一般顺着原底孔的轴线，无法提高孔的位置精度。镗孔可以较正孔的位置。

镗孔可在镗床上或车床上进行。在镗床上镗孔时，镗刀基本与车刀相同，不同之处是工件不动，镗刀在旋转。镗孔加工精度一般为IT9——IT7，表面粗糙度为Ra6.3——0.8um。

1.5刨削

刨削时，刀具的往复直线运动为切削主运动。因此，刨削速度不可能太高，生产率较低。刨削比铣削平稳，其加工精度一般可达IT8—IT7，表面粗糙度为Ra6.3~1.6μm。

1.6齿面加工

齿轮齿面加工方法可分为两大类：成形法和展成法。成形法加工吃面所用的机床一般为普通铣床，刀具为成形铣刀，需要两个简单成形运动：刀具的旋转和直线运动。展成法加工齿面的常用机床有滚齿机、插齿机等。

2.加工方法的选择

加工方法的选择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，因而在时机选择时，要结合零件的形状、尺寸大小和形位公差要求等全面考虑。

由于零件最低表面粗糙度为Ra6.3，最高为Ra 0.8。根据前面的加工方法介绍得该零件的加工方法选为：粗车——半精车——磨削

四、工艺方案的确定

1.零件图

图1 花键轴零件图

2.工艺路线

下料—锻造—正火—车端面—粗车—调质—半精车—精车—铣键槽—铣花键—车

螺纹—淬火—磨削

3.加工方案

●下料：Ф40mm×180mm的45钢锻件；

●车端面：车端面，钻中心孔，调头，车另一端面，钻中心孔；

●粗车：三抓卡盘夹持工件中部，用尾架顶尖顶住中心孔，粗车三个台阶。调头，三

抓卡盘夹持工件另一端，用尾架顶住中心孔，粗车另外三个台阶；

●热处理：调质处理；

●半精车：半精车三个台阶，车退刀槽，车倒角。调头，双顶尖装夹，半精车余下的

三个台阶，车退刀槽，车倒角；

●修整：打磨两端中心孔；

●铣花键：先粗铣Ø33面上的花键，然后再精铣该花键；

●热处理：对加工的零件进行淬火处理；

●精车：半精车三个台阶，车退刀槽，车倒角。调头，双顶尖装夹，半精车余下的三

个台阶，车退刀槽，车倒角；

●铣键槽：先粗铣键槽，然后再精铣此键槽；