轴的机械加工工艺设计

轴的机械加工工艺过程设计学生作品所属学院：专业：机械工程及自动化小组成员：组长：授课教师：提交时间：传动轴设计准备工作——明确问题的提出及研究目的1．问题提出：零件的几何精度直接影响零件的使用性能，而机械加工工艺过程制定的是否合理将直接影响零件的加工精度。

针对车床传动轴，应用所学的机械制造基础知识进行一次加机械工工艺过程设计的综合性工程应用训练。

2．专题研究的目的：（1）掌握零件主要部分技术要求的分析方法；（2）掌握零件材料的选择方法和确定毛坯的制备方法及工艺；（3）掌握工艺分析方法；（4）掌握定位基准的选择方法；（5）掌握制定出合理的零件加工顺序的原则和方法；（6）掌握制定出合理的零件加工路线的方法。

车床传动轴的几何设计要求——研究内容图1所示为车床的传动轴，轴上开有键槽用来安装齿轮以传递运动和动力，两端是安装滚动轴承的支承轴颈。

完成该传动轴零件的机械加工工艺过程设计。

工艺设计的具体内容包括：（1）进行零件主要部分的技术要求分析研究；（2）确定传动轴的材料、毛坯的制备方法及工艺、热处理工艺；（3）进行加工工艺分析；（4）确定定位基准；（6）制定传动轴的加工顺序；（6）制定传动轴的加工路线。

图1 传动轴工作安排1.查阅资料了解传动轴各部位的作用；2.根据相关资料及所学知识确定材料、毛坯及热处理工艺；3.根据传动轴的结构特点，制定相应的加工工艺路线，并确定加工工序；4.总结上述过程，完成研究报告。

组员分工1.查阅资料——2.选材、毛坯及热处理工艺的选择——3工艺路线的确定——E FM N P Q4.制作报告——技术要求一、传动轴的结构特点及功用：1.组成机器的一个重要零件，也是机械加工中常见的典型零件之一。

在机械中，它主要用来支承传动零件、传递运动和扭矩，同时又通过轴承与机器的机架或箱体联接。

轴类零件是旋转零件，其长度一般大于直径，加工表面通常有内外圆柱面、圆锥面、端面以及螺纹、花键、中心孔、横向孔、槽沟等。

2.图1中轴颈E、F是传动轴在箱体中的装配基准。

公差等级IT6表面粗糙度Ra值0.8微米。

外圆的M、N处为配合表面。

公差等级为IT6表面粗糙度Ra为0.8微米，对准 A－ B的径向跳动公差为0.025mm。

轴肩P、Q为安装齿轮定位表面，对基准C、D的端面跳动公差分别为0.02mm、0.015mm。

二、尺寸及公差技术要求：1.加工精度：（1）尺寸精度：轴类零件的尺寸精度主要指轴径尺寸精度和轴长尺寸精度。

直径方向的尺寸，若有一定配合要求，其径向尺寸精度要比其长度方向的尺寸精度要求严格得多。

因此对于直径的尺寸常常有严格的公差要求。

主要轴径的尺寸精度根据使用要求通常为IT6~~IT8高精密的部位为达到IT5。

轴长尺寸通常为基本尺寸，未注尺寸公差，对于阶梯轴的各阶梯长按使用要求可相应给定公差。

（2）几何形状精度：轴类零件一般用两个轴颈支承在轴承上，这两个轴颈称为支承轴颈，也是轴的装配基准。

除了尺寸精度以外，还要对支承轴颈的几何精度——圆度和圆柱度提出要求，以保证其与配合件的接触质量。

一般轴颈的几何形状精度应限制在直径公差范围之内，对几何形状精度要求较高时，要在零件图上规定形状公差。

（3）相互位置：精度保证配合轴颈（装配传动件的轴颈）对于支承轴颈（装配轴承的轴颈）或两个支承轴颈间的同轴度，是轴类零件相互位置精度的普遍要求，普通精度的轴，配合轴颈对支承轴颈的径向圆跳动一般为 0 01~~0 03mm，高精度轴为0 001~~0 005mm。

此外对于定位端面与轴心线的垂直度也有一定的要求。

这些要求都是根据轴的工作性能制定的，在零件图上注有位置公差。

2.表面粗糙度：根据机器精密程度的高低、运转速度的大小，轴类零件的表面粗糙度要求也不尽相同，一般支承轴颈的表面粗糙度为Ra0.63~~0.16微米，配合轴颈的表面粗糙度为Ra2.5~~0.63微米。

轴一般都有两个支承轴颈，支承轴颈是轴的装配基准，其精度和表面质量要求一般较高。

除了尺寸精度外，重要的轴还规定了圆度、圆柱度等形状公差的要求及两个轴颈之间的同轴度要求等。

对于安装齿轮等传动件的轴颈，除了本身尺寸精度和表面粗糙度外，还要求其轴线与两支承轴颈的公共轴线同轴，用于轴向定位的轴肩对轴线的垂直度也有要求。

材料及毛坯一、轴类零件的村料：1.一般轴类零件常用45钢，并根据工作条件的不同采用不同的热处理工艺（如正火、调质、淬火等）以及一些表面处理（渗碳、渗氮及碳氮共渗等）。

对于中等精度、转速较高的轴类零件，可选用40Cr 等合金结构钢。

这类钢经调质和表面淬火后，具有较高的力学性能。

精度较高的轴，有时还用轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn等村料，它们通过调质和表面淬火处理后，具有更高的耐磨性和抗疲劳性能。

2.对于高转速、重载荷等条件下工作的轴，可选用20CrMnTi、20Mn2B、20Cr等低碳合金钢，加工中心主轴常采用38CrMnALA氮化钢。

低碳合金钢经渗碳淬火处理后，具有很高的表面硬度、耐仲击韧性和心部强度，但热处理变形较大。

而氮化钢经调质和表面氮化后，有很高的心部强度、优良的耐磨性和耐疲劳性能，热处理变形却相对较小。

3.对于本次研究的传动轴，由于传动轴工作时承受交变载荷，处于复杂的应力状态，要求调质获得良好的综合机械性能，故选用45钢。

二、轴类零件的毛坯：1.零件最常用的毛坯是圆棒料和锻件。

只有某些大型的、结构复杂的轴，才采用铸件。

锻件具有较高的抗拉、抗弯及扭转强度，故除了光滑轴、直径相差不大的阶梯轴可使用热轧和冷拉棒料外，一般比较重要的轴，大都采用锻件。

2.对于本次研究的传动轴，毛坯直径相差不大，负荷一般；而且最大的直径为Φ32mm，未注公差，经粗车——半精车可完成加工，若单边粗车余量为1~~1.5mm，单边半精车余量为0.8~~1mm，则可选直径为Φ35mm的圆钢。

工艺过程分析及加工路线轴类零件的一般加工工艺路线：1.零件的主要表面是各个轴颈的外圆表面，空心轴的内孔精度一般要求不高，而精密轴上的螺纹、花键、键槽等次要表面的精度要求也很高，因此，轴类零件的加工工艺路线主要是考虑外圆的加工顺序，并将次要表面的加工合理地穿插其中。

对于一般精度的轴类零件加工，其典型机械加工工艺路线为：下料（圆棒料毛坯）——车端面、打中心孔——粗车各外圆表面——正火或调质——修研中心孔——半精车和精车各外圆表面、车螺纹——铣键槽——淬火——修研中心孔——粗、精磨外圆——检验。

2.对于图1选择主要加工表面的加工方法：轴颈E、F和装配基准面M、N是主要加工表面，公差等级为IT6，表面粗糙度Ra为0.8微米，仅采用车削难达到要求，可选用粗车|——半精车——磨削的加工方法，轴向装配基准P、Q也是主要加工表面，表面粗糙度Ra为0.8微米，在主要外圆表面加工的同时，通过车端面、磨端面完成加工。

轴类零件加工的定位基准一、一般轴类加工的定位基准：1.以工件的两中心孔定位：轴类零件的定位基准，最常见的为两中心孔。

在轴加工中零件各外圆表面、锥孔、螺纹表面的同轴度、端面对旋转轴线的垂直度是其相互位置精度的主要项目，这些表面的设计基准一般都是轴的中心线，若用两中心孔定位符合基准重合原则，而且用中心孔作定位基准，能够最大限度地在一次装夹中加工出多个外圆和端面。

中心孔不仅是车削时的定位基准，也是车削后其他工序如磨削的定位基准和检验基准，符合基准统一原则。

2.以外圆表面和中心孔为定位基准（一夹一顶）：这种定位方式在车削加工中常用。

3.以外圆表面作为定位基准：在加工空心轴的内孔时，不能采用中心孔作为定位基准时，可用轴的外圆表面作定位基准。

4.以带有中心孔的锥堵作定位基准：在加工空心轴的外圆表面时，往往采用带有中心孔的锥堵或锥套心轴作定位基准。

二、本次研究的定位基准选择：基准选择为保证各主要外圆表面和端面的相互位置精度，选用两端的顶尖孔作为粗、精加工定位基准，这样既符合基准统一也符合基准重合的原则，同时提高了生产率。

为保证磨削质量，热处理后应修研顶尖孔。

加工工序:考虑主要加工表面E、F、M、N、P、Q等需要磨削加工才能达到技术要求，所以传动轴的加工过程应划分为粗加工、半精加工和精加工三个阶段。

（1）考虑到两顶尖孔为主要定位基准，根据基准先行的原则，应首先加工，则第一道工序的内容为车端面、钻中心孔。

（2）为保证传动轴良好的综合机械性能，保留一定量的回火索氏体组织，所以调质处理工序应安排在粗加工之后半精加工之前。

（3）考虑到热处理变形、氧化现象对精基准的影响和精加工时对基准精度要求，在调质处理后，磨削加工前应安排修研中心孔的工序。

（4）次要表面如最大直径外圆、各退刀槽、倒角、两处键槽等都应穿插在半精加工阶段中完成。

综合上述，传动轴的机械加工顺序如下：下料——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——划线——铣键槽——修研中心孔——磨主要外圆表面和靠磨轴肩——检验。

设计结果一、车床传动轴的材料、毛坯的制备方法及工艺、热处理工艺：本次研究选择的传动轴，其材料选择用直径为35mm的45号调质处理圆钢。

二、定位基准选择：本次研究的传动轴选用两端的顶尖孔作为粗、精加工定位基准。

三、加工工序、线路：本次研究的传动轴加工工序为：下料——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——划线——铣键槽——修研中心孔——磨主要外圆表面和靠磨轴肩——检验。

传动轴机械加工工艺过程.. 参考文献【1】张武荣.《机械制造技术基础》【M】.辽宁职工职业培训系列教材.第七章：第132-139页.【2】袁绩乾.《机械制造技术基础》【M】.国家工科基础课程教学基地机械基础系列教材.第八章，第一节：，第173-192页.【3】陆名彰.《机械制造技术基础》【M】.第四章，第二节：第145-153页.【4】魏康民. 《机械制造技术基础)》【M】.第四章：第125-167页. 【5】郭晋荣.《机械制造技术基础》【M】.第五章：第149-165页. 【6】李建跃.《机械制造基础.2，机床、刀具、工艺、夹具分册》【M】.第六章，第一节：第204-210页.。