阶梯轴工艺编程以及转位车刀设计

1.零件分析

1、零件的作用

阶梯轴是机械加工中的典型零件之一，它主要用来支撑传动零件和传递转矩。

由零件图1.1可知，其材料为45钢，属于中碳钢，它具有足够的强度、刚度和韧性，适用于承受弯曲应力和冲击载荷作用的工作条件。

图1.1 阶梯轴

2、零件的工艺分析

该阶梯轴虽然形状、结构简单，但是加工精度要求较高。这主要

是为了提高阶梯轴在工作中承受冲击载荷能力，同时为增强其耐磨性，阶梯轴表面需要高频淬火处理，是表面硬度达到48~55HRC。

在加工过程中，阶梯轴主要工作表面精度IT7，很容易满足，根据表面粗糙度确定其加工工艺——粗车、半精车、精车的加工方法；对加工表面为IT4、IT5，其加工精度要求较高，同时根据表面粗糙度确定其加工工艺——粗车、半精车、精车、粗磨、粗精磨、精磨、研磨的加工方法。

该零件主要工作表面φ43、φ45、φ38的外圆表面粗糙度分别为

0.2

Ra， 1.6

Ra，0.4

Ra，在设计工艺规程时应重点予以保证。

3、确定零件的生产类型

依旧设计题目可知：产品的年产量为30000件/年，结合生产实际，备品率α和废品率β分别取3%和0.5%，零件的年产量为：

01(1)(1)300001.5

N Nαβ

=??+?+=???

（1+3%）（1+5%）=31054件

2.确定毛坯类型

材料同样可以通过锻造，铸造得到，但是考虑到加工的经济度，型材是最优选择。

由于阶梯轴在工作过程中要求受冲击载荷，为增强其强度和冲击韧度，获得纤维组织，毛坯选择型材，棒料562000mm

φ?，截断成56256mm

φ?。

3.工艺规程设计

1、由零件的生产类型的详尽分析，根据表7.4[3]，该生产类型为轻型机械，大批量生产。所以在生产过程中应尽量选择专用夹具，专用刀

具以节省加工时间和加工成本。在安排工序时，应将粗精加工分开，先完成表面粗加工，再完成表面的半精加工和精加工，而主要表面的精加工则放在最后进行。

2、拟定工艺路线

1）拟定加工方案

方案一：采用普通机床，分散的加工方法加工阶梯轴。

方案二：采用数控机床，分散的加工方法加工阶梯轴。

2）方案比较，确定加工方案

由于该生产为大批量生产，在加工时应注重加工的效率和经济性，所以综合分析后取最优结果，选取方案一。

3、表面加工方法的确定

根据零件图上个加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，查表2.34[1]车床加工经济精度，确定阶梯轴各表面加工方法，如表3.1所示：

4、加工阶段划分

1）表面加工质量要求较高

对于0.018

0.01238φ++的表面，尺寸精度为IT4，表面粗糙度为Ra0.2；0.013

0.00245φ++的表面，尺寸精度为IT5，表面粗糙度为Ra0.4，可将加工阶

段划分成粗加工，半精加工，精加工，粗磨，精磨，研磨等几个阶段。 2）其余表面

对于其他表面，其加工精度相对较低，在机械加工过程中很容易保证，所以可将加工阶段划分成粗加工，半精加工，精加工等几个阶段。

5、初拟阶梯轴机械加工工序安排，见表3.2。

6、热处理工序

因为阶梯轴的原材料为型材，它的加工性能很好，所以加工后进行的热处理只要保证阶梯轴的工作性能即可。

粗加工后，L 12，L 23，L 34，L 56应安排调制处理，使其获得均匀细致的回火索氏组织，提高综合力学性能。同时，索氏体组织经加工后，表面粗糙度值较小。

7、确定工艺路线

在粗加工后，安排去毛刺和中间检验工序；精加工后，安排去毛刺、清洗和终检工序。

在综合考虑上述工序顺序安排原则的基础上，拟定阶梯轴的机械加工工艺路线，见表3.3。

8、切削用量的计算

1）工序05——粗铣阶梯轴两端面

（1）该工序以外圆面定位，先铣右端面，然后以外圆和右端面定位，再铣左端面，则他们所选用的切削速度Vc和进给速度f相差不大，可以选用相同参数。

背吃刀量

背吃刀量a p1取为z1，z1等于左端面的毛坯总余量等于毛坯总长度减去阶梯轴的总长度差值的一半。a p1=1mm。

进给量

X51型立式铣床功率为4.5kw，查表5.8[1]高速钢套式面铣刀粗进

给量，按机床、工件、夹具系统刚度为中心等条件选取，该工序的每齿进给量f z 取为0.08mm/z 。 （2）铣削速度

本工序采用高速钢镶齿铣刀，d w =80mm 、z=10,查表5.8[1]高速钢套式面铣刀铣削速度，确定铣削速度V c =44.9m/min 。

1000100044.9

178.65/min 80

c s v n r

d ππ??=

==? 由于工序采用X51型立式铣床，查表3.6[1]，取转速n w =160r/min,故实际铣削速度

80160

40.2/min 1000

1000

w

c dn v m ππ??=

=

=

当n w =160r/min 时，工作台每分钟进给量f m 应为

0.0810160128/min m z w f f zn mm ==??=

2) 工序10——粗车外圆L 12,L 23,L 34,L 45,L 56

查表5.2[1]，硬质合金刀常用切削速度 背吃刀量：a p =2.5~3mm ，取a p =2.5mm; 进 给 量：f=0.35~0.65mm/r ，取f=0.4mm/r; 切削速度：v c =60~80，取v c =70m/min; 实际主轴转速：d w12=45mm ，12121000100070

495/min 45

c s w v n r

d ππ?===?； d w23= d w56=50mm ，23231000100070445/min 50

c s w v n r

d ππ?=

==?； d w34=52mm ，34341000100070

428/min 52c s w v n r d ππ?===?； d w45=62mm ，45451000100070

359.4/min 62

c s w v n r

d ππ?=

==?；