阶梯轴的加工工艺

平顶山工业职业技术学院
阶梯轴得加工工艺
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目录
一零件得工艺分析·······················６
二生产纲领得计算与生产类型得确定······１0
三确定毛坯、绘制毛坯图 (11)
四拟定轴得工艺路线·····················１2
五选择加工设备及工艺装备··············1６
六加工工序设计·························１７
七加工后零件得三维图 (24)
八设计小结······························２6
摘要
我国社会主义现代化要求机械制造工业为国民经济个部门得技术进步,技术改造提供先进高效得技术装备,她首先要为我国正在发展得产业包括农业,重工业,轻工业以及其她得产业提供质量优良先进得技术设备,同时还要为新材料新能源机械工程等新技术得生产与应用提供基础设备。

随着科学技术与工业生产得飞速发展,国民经济个部门迫切
需要各种各样质量优、性能好、效率高、能耗低、价格廉得机械产品。

其中产品设计师决定产品性能,质量水平市场竞争力与经济效益得重要环节,因此采用数控加工就成了首选,因为她工作效率高,质量好,加工精度高
一零件得工艺分析
1、轴得用途:
轴就是组成机器得主要零件之一。

一切作回转运动得传动零件(如齿轮、蜗杆登),都必须安装在轴上才能进行运动及动力得传递。

因此轴得主要作用就是支承回转零件及传递运动与动力。

按照轴得承受载荷不同,轴可分为转轴、心轴与传动轴三类、工作中既承受弯矩又承受扭矩得轴成为转轴,只承受弯矩得轴称为心轴,只承受扭矩而不承受弯矩得轴称为传动轴。

该轴主要采用40Cr钢能承受一定得载荷与冲击。

此轴为台阶类零件,尺寸精度,形位精度要求均较高。

Φ16,φ1８,φ１7为主要配合面,精度均要求较高,需通过磨削得到、轴线直线度为φ0、01,两键槽有同轴度要求。

在加工过程中须严格控制。

2、技术要求:
轴通常就是由支承轴颈支承在机器得机架或箱体上,实现运动传递与动力传递得功能。

支承轴颈表面得精度及其与轴上传动件配合表面得位置精度对轴得工作状态与精度有直接得影响。

其技术要求包括以下内容:
尺寸精度
轴段1,2,4,5为主要配合面,尺寸精度要求较高。

2.形状精度
该轴公共轴线得直线度公差为。

其圆度及圆柱度无特殊要求,但应控制在尺寸公差范围内。

3、位置精度
零件对位置精度要求较低,无特别要求。

故可按一般规定普通精度轴得配合轴径对支承轴径得径向圆跳动取为０、01～０。

03mｍ。

４。

表面粗糙度
具有配合要求得各轴颈表面粗糙度为1.6µm,轴肩侧面表面粗糙度为３、２µm,键槽底面粗糙度要求较低,为3.２µm,侧面为３.２µｍ、其余为１2。

５µm、
5.热处理:锻造后应对毛坯安排正火处理,为消除内应力粗加工之后安排退火处理,为改善材料得力学物理性质半精加工之后,精加工之前安排调质处理(8５0℃油淬加520℃持续2小时回火)。

零件图一
轴得表面粗糙度、形状与位置精度要求与表面粗糙度要求见表一
3、审查轴得工艺性:
１。

结构工艺
轴类零件为其长度大于直径得回转体类零件,就是机器中得主要零件之一。

其主要功能就是支承传动件(齿轮、带轮、离合器等)与传递扭矩。

本次设计中得轴为阶梯轴,其主要表面元素为圆柱面及键槽。

该轴轴段2与齿轮配合,通过平键以传递扭矩,轴段1 及轴段４与滚动轴承配合,轴段5连接半联轴器,将扭矩输出。

(零件图见图一所示)
2、加工工艺
(1)该轴采用合金结构钢40Ｃr,中等精度,转速较高。

经调质处理后具有良好得综合力学性能,具有较高得强度、较好得韧性与塑性、
(2)该轴为阶梯轴,其结构复杂程度中等,其有多个过渡台阶,根据表面粗糙度要求与生产类型,表面加工分为粗加工、半精加工与精加工、加工时应把精加工、半精加工与粗加工分开,这样经多次加工以后逐渐减少了零件得变形误差。

(3)零件毛坯采用自由锻,锻造后安排正火处理。

(4)该轴得加工以车削为主,车削时应保证外圆得同轴度、
(5)在精车前安排了热处理工艺,以提高轴得疲劳强度与保证零件得内应力减少,稳定尺寸、减少零件变形。

并能保证工件变形之后能在半精车时纠正。

(6)同一轴心线上各轴孔得同轴度误差会导致轴承装置时歪斜,影响轴得同轴度与轴承得使用寿命。

在两端面钻中心孔进行固定装夹可以有效防止径向圆跳动、保证其同轴度。

三确定毛坯、绘制毛坯图
1、选择毛坯:
零件材料为４0Cｒ钢,要求强度较高,且工件得形状比较简单,毛坯精度低,加工余量大,生产类型为单件小批量生产。

综上考虑,采用锻件,其锻造方法为自由锻,毛坯得尺寸精度要求为ＩT12以下。

2、确定毛坯得尺寸公差
1、毛坯尺寸
由工艺人员手册可查得锻件单边余量厚度方向１。

5－2mm,取２mm,水平方向为2、0－2。

7mｍ,取2。

５mｍ.锻件质量小于1kｇ,长度小于120ｍm,取其上偏
差＋０。

17ｍm,下偏差—０、０8mm。

锻件厚度尺寸小于40mm,取其上偏差+0。

1２mm,下偏差-0。

04mm、B／Ｈ〈1,故取起偏角为５度。

则锻件毛坯长度尺寸为,直径尺寸为。

２、毛坯公差等级
根据零件图各部分得加工精度要求,锻件得尺寸公差等级为８—12级,加工余量等级为普通级,故取IT＝12级。

３、零件表面粗糙度
根据零件图可知该轴各加工表面得粗糙度至少为12、5µm、
综上,锻件毛坯图如下所示。

四拟定轴得工艺路线
1、定位基准得选择
正确得选择定位基准就是设计工艺过程中得一项重要得内容,也就是保证加工精度得关键,定位基准分为精基准与粗基准,以下为定位基准得选择。

粗基准得选择
(1) 粗基准得选择
应能保证加工面与非加工面之间得位置精度,合理分配各加工面得余量,为后续工序提供精基准。

所以为了便于定位、装夹与加工,可选轴得外圆表面为定位基准,或用外圆表面与顶尖孔共同作为定位基准、用外圆表面定位时,因基准面加工与工作装夹都比较方便,一般用卡盘装夹、为了保证重要表面得粗加工余量
小而均匀,应选该表面为粗基准,并且要保证工件加工面与其她不加工表面之间得位置精度、按照粗基准得选择原则,选择次要加工表面为粗基准。

又考虑到阶梯轴得工艺特点,所以选择φ22得外圆及一端面为粗基准。

(2)精基准得选择
根据轴得技术要求,轴得中心线为设计基准,也就是测量基准,按照基准重合原则及加工要求,应选轴心线及一端面为精基准,其她各面都能以此为定位,从而也体现了基准统一得原则。

2、零件表面加工方法得选择
本零件得加工面有外圆、端面、键槽等,材料为40Cｒ,参考有关资料,加工方法选择如下
２2、1６外圆面:为未注公差尺寸,表面粗糙度为Ra1、6µm,需进行粗车、半精车、精车。

外圆面:公差等级为IＴ８,表面粗糙度为Rａ1、6µｍ,需进行粗车、半精车、精车。

外圆面:公差等级为IT6,表面粗糙度为Ｒa1.6µm需进行粗车、半精车、精车、粗磨、精磨。

端面:本零件端面为回转体端面,尺寸精度都要求不高,表面粗糙度为Ra3。

２µm,需进行粗车、半精车。

键槽:槽宽公差等级为IT7,槽深公差等级未注,表面粗糙度为Ra３。

2µm,需采用三面刃铣刀,粗铣、半精铣
3、工艺顺序得安排
(一)机械加工工序
(1)遵循先基准平面后其她得原则:机械加工工艺安排就是总就是先加工好定位基准面,所以应先安排为后续工序准备好定为基准、先加工精基准面,钻中心孔及车表面得外圆。

(2)遵循先粗后精得原则:先安排粗加工工序,后安排精加工工序。

先安排精度要求较高得各主要表面,后安排精加工、
(3)遵循先主后次得原则:先加工主要表面,如车外圆各个表面,端面等。

后加工次要表面,如铣键槽等、
(4)遵循外后内,先大后小原则:先加工外圆再以外圆定位加工内孔,加工阶梯外圆时先加工直径较大得后加工直径小得外圆、
(5)次要表面得加工:键槽等次要表面得加工通常安排在外圆精车或粗磨之后,精磨外圆之前。

(6)对于轴右端及中间轴段加工质量要求较高得表面,安排在后面,并在前几道工序中注意形位公差,在加工过程中不断调整、保证其形位公差。

(7)按照先面后孔得原则:先加工端面,再铣键槽。

(二)热处理工序得安排
在切削加工前宜安排正火处理,能提高改善轴得硬度,消除毛坯得内应力,改善其切削性能、在粗加工后进行调质处理,能提高轴得综合性能。

最终热处理安排在半精车之后磨削加工之前。

其能提高材料强度、表面硬度与耐磨性。

在精加工之前安排表面淬火,这样可以纠正因淬火引起得局部变形,提高表面耐磨性。

(三)辅助工序得安排
在粗加工与热处理后,安排校直工序、在半精车加工之后安排去毛刺与中间检验工序。

在精加工之后安排去毛刺、清洗与终检工序、
综上所述,该轴得工序安排顺序为:
下料——锻造——预备热处理
加工工序:车端面——粗车——调质——半精车——精车——车端面——铣键槽——淬火——磨外圆——精磨——检验
4、加工阶段得划分
该轴精度要求较高,其加工阶段可划分为粗加工、半精加工、精加工阶段。

1、在粗加工阶段,粗车外圆,以高生产效率去除毛坯余量。

2、在半精加工阶段,对外圆进行半精车,铣键槽等,减小粗加工中留下得误差,使加工面达到一定得精度,为精加工做好准备。

３、精加工阶段,、２2、16外圆面表面粗糙度要求为Ｒａ１、6µｍ,对其进行精车以达到要求。

而对于外圆面其公差等级为IT6,表面粗糙度要求为Ｒａ1.6µｍ安排粗磨、精磨。

５、确定工艺路线
根据以上得加工工艺过程得分析确定零件得工艺路线如表三
表三
六加工工序设计
1、确定工序尺寸
(1)对轴段3外圆表面,加工工艺路线仅为粗车,由工序40组成。

可得粗车余量为4mｍ。

取粗车得经济精度公差等级IT１1,查表可确认其公差值为０、1３mm。

将上面数据填入下表
表五
(２)对轴段2外圆表面加工工艺路线为:粗车-—半精车—-精车。

由工序４0、60、７0组成,查表可得工序余量:精车余量为0.3mｍ,半精车余量为１。

５mm,修正后得粗车余量为６、２mm。

总加工余量为8mm。

计算各项工序尺寸:精车后达到图纸上得尺寸,其表面粗糙度为Ra １.6µm。

精车前尺寸:１8+０、3=１8。

3ｍm
半精车前尺寸:18。

3＋1、5＝19。

８ｍm
粗车前尺寸:1９、8+6。

２=２６ｍm
按照各工序所得到得经济精度所对应得值
精车得经济精度公差等级IT8,其公差值T1=0、０27mm。

半精车得经济精度公差等级IT９,其公差值T2=０、０43ｍｍ。

粗车得经济精度公差等级为IＴ11,其公差值T3=0.1１ｍｍ。

将上面得数据填入下表:
表六
用计算法对精车径向得工序量Z２进行分析:
查表Z2=0.３mm,则半精车得基本尺寸为A2=１8+0、3=18、３ｍm。

半精加工工序得经济加工精度等级达到ＩT９级。

确定公差值为0、043mｍ,所以A１＝(１８。

3±0、02)ｍm。

(3)轴段1、4外圆面。

其加工路线为粗车——半精车——精车—-粗磨——精磨、由工序４0、60、70、1２0、1３0组成,据查到得加工余量得精磨余量为0、1,粗磨为0、２5,精车为0。

２5,半精车为2。

２ ,经修正后得粗车余量为6、2 。

确定总加工余量为9。

计算各工序尺寸:
精磨前:17+0。

1=１７.１
粗磨前:1７。

1＋０、25＝１7。

３５
精车前:17、３5＋0.2５=17.6
半精车之前:１7、6＋2。

2=１９、8
粗车前:19、8+6.2=26
按照加工方法能达到得经济精度给各工序尺寸确定公差,查工艺手册可知每道工序得经济精度所对应得值为:
取精磨得经济精度公差等级为ＩT6,其公差值为T1=0。

011mm。

取粗磨得经济精度公差等级为IT7,其公差值为T1=０。

０1８mm。

取精磨得经济精度公差等级为IT8,其公差值为T１=0、0２7mm。

取半精车得经济精度公差等级IT9,其公差值为T2=0、0４3ｍm。

取粗车得经济精度公差等级IT11,其公差值为T3=0、11mm、
其数据如下表
表七
现用计算法对精磨径向得工序量进行分析:查表得Z1＝0。

1mm、则粗磨基本尺寸为A２=17＋０.1=１7。

1mｍ,粗磨加工工序得经济加工精度等级为ＩT７级、可确认其公差值0。

018mm,故取A１＝(17、1±０。

02)mｍ、
(4)对轴段5外圆表面,加工工艺路线为:粗车——半精车—-精车。

由工序40、60、７0组成。

查工艺手册得各加工余量:精车余量为０.3 ,半精车为１。

5 ,
经修正后得粗车余量为8.2。

确定总加工余量为1０。

精车前:16＋0.3＝16、３
半精车之前:16。

3+１、5=１7。

8
粗车前:17。

８+8.２＝26
取精车得经济精度等级为IT８,公差值为T1=０、027mｍ。

取半精车得经济精度等级为ＩT9,公差值为T2＝０、04３mm。

取粗车得经济精度等级为IT11,公差值为T1=０。

１1mm。

将以上数据填入表格
表八
(5)对于键槽,可确定工艺路线:粗铣-—半精铣。

查工艺手册可知半精铣得加工余量为1、5ｍm,且总加工余量为6ｍm,则粗铣余量为４。

5ｍm。

取半精铣得经济精度公差等级为ＩT7,其公差值为Ｔ1=0。

０３9mm、
粗铣得经济精度公差等级为ＩT１1,其公差值为T2＝０。

１6mm、
将以上数据填入表格
表九综合以上可得加工余量表为:
表十
２、确定工序得切削用量
确定切削用量得原则:首先应选取尽可能大得背吃刀量,其次在机床动力与刚度允许得条件下,又满足以加工表面粗糙度得情况下,选取尽可能大得进给量。

最后根据公式确定最佳切削速度。

1)工序3０,粗车轴得左右端面
该工序为两个工步,工步1就是以左边定位。

粗车右端面;工步２就是以右边定位,粗车左端面。

由于这两个工步就是在一台机床上经一次走刀加工完成得,故其选用得切削用量相同。

背吃刀量得确定:
根据加工余量,工步1与工步2得背吃刀量都为０.5mｍ
②进给量得确定:
本设计采用得就是硬质合金车刀,工件材料就是４0Cr,查表取进给量ｆ=0。

５mm/r
③切削速度得计算:
硬质合金车刀切削40Cｒ时,取切削速度V为5０m/miｎ,根据公式,可得车床转速n=1000×５０／(×24)r／ｍin＝663ｒ/min,查表ＣA6１４0得主轴转速范围为10~1４００,14００~1580(r/ｍin),符合要求。

２)工序40粗车及工序60半精车
①该工序为工步１粗车与工步２半精车,则背吃刀量依次为
ap1=z=6。

２mm, ap2=z=2.2mm
②查表得粗车f１=0.８１ｍm/r,取Vc为60ｍ/min,则ｎ＝796r／mｉ
n
③半精车,取f2=0.4mm/ｒ,Vc为90m/miｎ,则n=1194r／mｉn (n=1000Vc/d)
3)工序40、工序6０得过渡面部分
粗车——半精车尺寸为φ20得轴肩两端面
粗车轴段2与轴段１得过渡端面
其切削用量与上述结论类似,不再计算
4)工序９０、10０粗铣及半精铣键槽
粗铣取f=2mm/r Ｖc=６0ｍ/min ｎ=１18 r/mｉn
半精铣取f＝0.8mm／r Ｖｃ=74m/min ｎ=200 r／min
5)工序1２０、130粗磨、精磨加工轴段１、4外圆面
查表取粗磨、精磨深度进给量为分别为0。

032mm,０.008mm
工件得运动速度为１5m/miｎ,1８m/mｉｎ
背吃刀量等于磨削余量0、2５mｍ及０、1mm
6)其余工序
①粗车加工时,取f=0。

81mm／ｒ Vc=60m/ｍiｎ
②半精车加工时,取f=0。

51mm/ｒＶc=90m/min
③精加工时,取f=0、２mm/r Vc=120m/min
皆符合要求。

七加工后零件得三维图
八设计小结
通过此次课程设计,让我受益非浅,不仅培养了我们发现问题、分析问题、解决问题得逻辑思维能力,更重要得就是学会了熟悉运用机械制造工艺学中得基本理论实际知识解决零件在加工中得定位,夹紧,以及工艺路线安排,工艺尺寸确定等问题保证加工质量。

通过这次轴得设计,让我们从机械基础到公差配合、从机械制图、计算机绘图到机床设备应用,把机械制造过程中得各种知识综合整理,又有了更高层次得理解与发现。