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；
● 车螺纹：双顶尖装夹，车一端螺纹M24×1.5；
● 磨削：磨外圆，并用砂轮轻磨两端面，并调头轻磨另一端各端面； ● 修整：去除毛刺； ● 检验：检验加工是否合格。

五、 确定各工序的工序尺寸及公差要求
由于零件精度要求高，所以选用加工方法有粗车、半精车、磨削。

根据各表面加工要求和各个加工方法所能达到的精度等级查表选择零件主要表面的加工方法。

1. 外圆柱面的加工方法
表1
2. 加工方法所能达到的精度等级
表2
3. 各个外圆柱面的加工方案
3.1 加工表面
03
.0026
-φ
表3
3.2 加工表面
03
.0033
-φ
表4
3.3 加工表面0.008±20φ
表5
03
.0025
-φ
表6
3.5 加工表面
15.004
2-φ
表7
六、 时间定额的确定
1. 时间定额的概念
时间定额是在一定的生产条件下，规定生产一件产品或完成一道工序所消耗的时间。

时间定额是安排作业计划、进行成本核算、确定设备数量和人员编制、规划生产面积的重要依据。

2. 时间定额及组成
● 基本时间：直接改变生产对象的尺寸、形状、性能和相对位置关系的时间称为基本
时间。

● 辅助时间：为配合基本加工工作完成各种辅助动作所消耗的时间。

确定辅助时间的
方法与零件生产类型有关。

● 作业时间：辅助时间+基本时间=作业时间
3. 作业时间
基本时间：n
f s
l t ∙+=
5~31
辅助时间：12%20t t = 作业时间：21t t t +=
该工件加工的作业时间t=8.5135min。