机制课程设计讲解

《机械制造技术基础》课程项目研究
传动轴零件的设计
一、零件的工艺分析
轴类零件是常见的典型零件之一。

按轴类零件结构形式不同，一般可分为光轴、阶梯轴和异形轴三类；或分为实心轴、空心轴等。

它们在机器中用来支承齿轮、带轮等传动零件，以传递转矩或运动。

台阶轴的加工工艺较为典型，反映了轴类零件加工的大部分内容与基本规律。

此传动轴它属于台阶轴类零件，由圆柱面、轴肩、螺纹、螺尾退刀槽、砂轮越程槽和键槽等组成。

轴肩一般用来确定安装在轴上零件的轴向位置，各环槽的作用是使零件装配时有一个正确的位置，并使加工中磨削外圆或车螺纹时退刀方便；键槽用于安装键，以传递转矩；螺纹用于安装各种锁紧螺母和调整螺母。

根据工作性能与条件，该传动轴
规定了主要轴颈M、N，外圆P、Q以及轴肩G、H、I有较高的尺寸、位置精度和较小的表面粗糙度值，并有热处理要求。

这些技术要求必须在加工中给予保证。

因此，该传动轴的关键工序是轴颈M、N 和外圆P、Q的加工。

二、工艺设计与计算
1、毛坯的选择
该传动轴材料为45号钢，因其属于一般传动轴，故选45钢可满足其要求。

本例传动轴属于中、小传动轴，并且各外圆直径尺寸相差不大，故选择￠60mm的热轧圆钢作毛坯。

2、工艺路线的确定
（1）、确定零件的定位基准与装夹方式
合理选择定位基准，对于保证零件的尺寸和位置精度有着决定性的作用。

由于该传动轴的几个主要表面（M、N、P、Q）及轴肩面（H、G）对基准轴线A-B均有径向圆跳动和断面圆跳动要求，它又是实心轴，所以应该选择两端中心孔位基准，采用双顶尖的装夹方法，以保证零件的技术要求。

粗基准采用热轧圆钢的毛坯外圆。

中心孔加工采用三抓自定心卡盘装夹热轧圆钢的毛坯外圆，车端面，钻中心孔。

但必须注意，一般不能用毛坯外圆装夹两次两端中心孔，而应该以毛坯外圆作粗基准，先加工一个端面，钻中心孔，车出一端外圆；然后以车过的外圆做基准，用三抓自定心卡盘装夹（有时在上工部已车外圆处搭中心架），车另一端面，钻中心孔。

才能保证两中心孔同轴。

粗基准选择原则：
1、为了保证不加工表面与加工表面的位置要求，应选不加工表面作为粗基准。

2、合理分配各加工表面的余量，应选择毛坯外圆做粗基准。

3、粗基准应避免重复使用。

4、选择粗基准的表面应平整，没有交口、冒口或飞边等缺陷，一边定位可靠。

精基准选择原则：
1、基准重合原则，选择加工表面的基准为定位基准。

2、基准统一原则，自为基准原则，互为基准原则。

定位基准
综合上述，粗精基准选择原则，由于是轴类零件，在车床上只有三抓卡盘装夹定心，定位基准应该选择在零件的轴线上，以毛坯Φ60mm轴线作为定位基准。

（2）、主要表面的加工方法的确定
传动轴大都是回转表面，主要采用车削和外圆磨削成型。

由于该传动轴的主要表面M、N、P、Q的公差等级（IT6）较高，表面粗糙度Ra值（Ra=0.8）较小，故车削后还要磨削。

外圆表面的加工方案：粗车—半精车—磨削
（3）、装夹方式
机床一样要全里选择定位基准和加紧应力要求设计，工艺与编程计算的基准统一，减少装夹次数，尽可能在一次装夹后，加工全部
待加工面，避免采用占机人工调整式加工方案，以充分发挥机床的效能。

装夹尽可能一次装夹出全部或最多的加工表面。

由零件图分析，我们应先装夹Φ60mm棒料的一端，加紧其40mm的长度加工一直到加工零件的右端Φemm，然后将棒料卸下。

装夹Φ46mm表面，加工另一端。

这样两次装夹即可完成零件的所有加工表面，且能保证其加工要求。

（4）、热处理工序安排
淬火加回火进行调质处理，淬火时将工件加热到临界温度以上，然后通过介质迅速冷却，回火时根据工件要求的不同将加工加热到临界温度以下某个温度进行回火，调质处理后零件具有良好的综合机械性能，广泛应用与各种重要的结构零件，特别是那些在交变载荷下工作的连杆，螺栓，齿轮和轴等。

但表面硬度较低，不耐磨。

可用调质加表面淬火提高零件的硬度。

渗碳处理一般用于表面耐磨，芯部耐冲击的重载零件，其耐磨性比调质加淬火高。

经热处理后，表面可以获得很高的硬度，芯部硬度低，耐冲击。

所以调质处理是不可或缺的一道工序。

轴的热处理要根据其材料和其使用要求确定。

对于传动轴，正火。

调质。

和表面淬火用的较多。

该轴要求调质处理，并安排在粗车各外圆之后，半精车外圆之前。

（5）、加工方法的选择和加工方案的确定
加工方法的选择:
加工方法的选择原则是在保证加工表面的加工精度和表面粗糙
度的前提下，兼顾生产效率和加工成本。

在实际选择中，要结合零件形状、尺寸大小、热处理要求和现有生产条件等全面考虑。

因为该零件是轴类零件，比较适合在车床上加工。

本零件的加工面有外圆，内孔，端面，小孔等，材料为45号钢。

根据参考手册相关资料的下面方案：
工序一：铣轴的两个端面，打中心孔
工序二：粗车外圆大小端个外径
工序三：钻孔
工序四：调制
工序五：半精车，倒角
工序六：精车，切退刀槽
工序七：车螺纹
工序八：攻螺纹
工序九：铣键槽
工序十：去毛刺
工序十一：磨削
本设计的加工的方法如下：
（1）两端面：公差等级IT12，表面粗糙度Ra12.5um,需进行铣削加工。

（2）由于M24要车削外螺纹，故轴要先粗车至Φ24，公差等级IT12，表面粗糙度为Ra12.5um，需要进行粗加工。

（3）Φ30外圆表面：公差等级IT7，表面粗糙度为Ra1.6um,需
进行半精车，精车和磨削加工。

（4）Φ35外圆表面：公差等级IT6，表面粗糙度为Ra0.8um，需进行半精车，精车和磨削加工。

（5）Φ52外圆表面：公差等级IT12，表面粗糙度为Ra2.5um，需进行半粗车加工。

（6）Φ46外圆表面：公差等级IT6，表面粗糙度为Ra0.8um，需进行精车和磨削加工。

（7）Φ35外圆表面：公差等级IT12，表面粗糙度为Ra12.5um，需进行半粗车加工。

调制和去毛刺在加工中有着重要的作用，淬火加回火叫做调质处理，淬火时将共建加热到临界温度以上，然后通过介质迅速冷却，回火时根据工件要求的硬度不同将工件加热到零界温度以下某个温度进行回火。

调制处理后零件具有良好的综合机械性能，广泛应用于各种重要结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。

但表面硬度较低，不耐磨。

渗碳处理一般用于表面耐磨、芯部耐冲击的重要零件，其耐磨性比调直机表面淬火高。

经热处理后，表面可以获得很高的硬度，心部硬度低，耐冲击。

毛刺冲裁后冲件断面边缘锋利的突起。

经过去毛刺处理后会使零件的表面的精度大大提高。

加工方案的确定:
零件上的精度比较高度表面加工，常常是通过粗加工、半精度加工和精加工逐步达到的。

该零件有两种加工方案：1.直接用三抓卡盘装
夹、调头加工。

2.用三抓卡盘装夹夹紧和自由端活动顶尖，经实验论证第二种装夹困难，对刀、退刀及换刀相当困难，所以在这里选择第一种方案加工，能够保证其技术要求。

3、工序划分
（1）工序划分有三种方法
①按零件的装夹方式划分②按粗精车加工划分工序③按所用的刀具划分。

由于零件需要掉头加工，如果按粗精加工划分工序。

在掉头加工前后各有一次粗加工和精加工显得比较繁琐，所以不可取，如果按所用的刀具划分工序。

刀具有四把，虽然不多，但在掉头加工前后至少要重复使用三把刀，而同一把刀的两次粗精加工分别在掉头加工前后。

加工内容不连续，所以也不合理，不易划分工序。

只有按零件的装夹定位方式划分工序比较符合该零件的加工工序，且能保证两次装夹的位置精度，每次一装夹为一道工序，该零件只需在掉头前后两道工序即可完成所有加工表面，且能保证各尺寸精度及表面粗糙度。

（2）加工顺序及进给路线的确定
零件加工必须遵守的安排原则
1、基面先行先加工基准面为后面的加工提供基准面，所以我
们把右端面作为基准面
2、先主后次由于加工的面均为重要表面，所以应该遵循顺序
从右至左；
3、先粗后精先车削去大部分金属余量，再进行成型车削保证
零件的尺寸要求和质量要求。

4、先面后孔由于该零件没有孔。

所以不做考虑。

加工路线
加工中，刀具刀位点相对于工件运动轨迹成为加工路线加工路线的确定原则主要有一下几点：
（1）加工路线应保证被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率高；
(2)使数值计算简单，以减少工作量。

（3）应使加工路线最短。

（4）确定加工路线时，还要考虑工件的加工余量和机床、刀具的刚度等情况，确定一次走刀，还是多次走刀来完成所有加工表面，具体结合上面加工路线的特点再根据具体零件具体分析。

综合上述分析，传动轴的加工路线如下：
下料---车两端面、钻中心孔---粗车各外圆---调制---修研中心孔---半精车各外圆、车槽、倒角---车螺纹---划键槽加工线---铣键槽---修研中心孔---磨削---检验。

加工尺寸和切削用量
传动轴磨削余量可取0.5mm，半精车余量可选1.5mm，加工尺寸可由此而定，见该轴加工工艺卡的工序内容。

车削用量的选择，单件、小批量生产时，可根据加工情况由工人确定，一般可由《机械加工工艺手册》或《切削用量手册》中选取。

拟定工艺过程
定位基准面中心孔应在粗加工之前加工，在调制之后和磨削之前
各需安排一次修研中心孔的工序，调制之后修研中心孔为消除中心孔的热处理变形和氧化，磨削之前修研中心孔是为提高定位精基准面的精度和减小锥面的表面粗糙度值。

拟定传动轴的工艺过程时，在考虑主要加工表面的同时，还要考虑次要表面的加工，在半精加工Φ52mm、Φ44mm及Φ24mm外圆时，应车到图样规定的尺寸，同时加工出各退刀槽、倒角和螺纹；三个键槽应在半精车后以及磨削之前铣削加工处来，这样可保证铣键槽时有较高精确的定位基准，又可避免在精磨后铣键槽时破坏已精加工的外圆表面。

在拟定工艺过程时，应考虑检验工序的安排、检查项目及检验方法的确定。

本零件的加工面有外圆、内孔、端面、小孔等，材料为45钢，加工条件：加工材料采用45钢，经调制处理后的锻件。

工序Ⅰ铣轴的两端面，打中心孔
机床：采用组合车床加专用夹具
刀具：YG6硬质合金端铣刀
粗铣M24的两端面，以M24端面作为粗基准
工序Ⅱ粗车外圆大小端个外径
机床：CA6140卧室车床，转速n=400r/min
刀具：选用YG6硬质合金外圆车刀，主偏角为90
后刀面最大磨损限度1.0~1.4，刀具寿命：60min
切削速度v=πdn/1000=3.14*47*400/1000=52.032m/min
进给量：f=0.05mm/r
进给速度：v=fn=0.05*400=20mm/min
加工工时：t=L/v
右端加工（以右端面为基准）
加工Φ46（右端）从Φ60切削至Φ48，背吃刀量ap=1.5mm，削长度L=118mm
加工Φ35 从Φ48切削至Φ37，背吃刀量ap=1.15mm，切削长度L=66mm
加工Φ24 从Φ37切削至Φ26，背吃刀量ap=2.65mm，切削长度L=14mm
左端加工（以左端面为基准）
加工Φ52 从Φ60切削至Φ54，背吃刀量ap=1.5mm，切削长度L=132mm
加工Φ35 从Φ54切削至Φ37，背吃刀量ap=2.6mm，切削长度L=93mm
加工Φ30 从Φ37切削至Φ32，背吃刀量ap=3.4mm，切削长度L=38mm
加工Φ24 从Φ32切削至Φ26，背吃刀量ap=1.2mm，切削长度L=16mm
工序Ⅲ调制
调制处理220~240HBS
工序Ⅵ钻孔
机床：Z4006台式钻床主轴转速1450~5800r/min
钻头：选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时钻头采用双锥后磨横刀，后角12，钻头直径4mm
（1）切削用量
确定进给量：f=0.08~0.1mm/r 修正系数为0.75
修正后的进给量f=(0.08~0.1)*0.75=0.06~0.075mm/r
按照强度小于800Mpa差得f=0.08~0.1mm/r 选f=0.07mm/r 取n=2000r/min
（2）计算加工工时得t=L/nf=0.8928min
（3）确定钻头磨损标准及寿命
刀具后刀面最大磨损限度为0.6mm,寿命为45min
（4）扩孔至M10
取ns=1000r/min,进给量f=0.5~0.6mm/r,取f=0.5mm/r
工序Ⅳ半精车、倒角
加工Φ52 从Φ54切削至Φ52.5，背吃刀量ap=0.45mm，切削长度L=35mm
加工Φ35 从Φ37切削至Φ35.5，背吃刀量ap=0.45mm，切削长度L=57mm
加工Φ30 从Φ32切削至Φ30.5，背吃刀量ap=0.45mm，切削长度L=20mm
加工M24 从Φ26切削至Φ24-0.1-0.2mm，背吃刀量
ap=0.45mm，切削长度L=16mm
车倒角车刀选用kr=45的直头通切车刀车45倒角
调头双顶尖装夹
加工Φ46 从Φ48切削至Φ46.5，背吃刀量ap=0.45mm，切削长度L=52mm
加工Φ35 从Φ37切削至Φ35.5，背吃刀量ap=0.45mm，切削长度L=52mm
加工M24 从Φ26切削至Φ24-0.1-0.2mm，背吃刀量工序Ⅴap=0.45mm，切削长度L=14mm
工序Ⅵ精车，切退刀槽
加工Φ46 从Φ46.5切削至Φ46，背吃刀量ap=0.25mm，切削长度L=52mm
加工Φ35 从Φ35.5切削至Φ35，背吃刀量ap=0.25mm，切削长度L=52mm
加工M24 从Φ24-0.1-0.2mm切削至Φ24，背吃刀量
ap=0.35mm，切削长度L=14mm
切退刀槽取a=1.5和a=2的切刀槽
调头双顶尖装夹
加工Φ52 从Φ52.5切削至Φ52，背吃刀量ap=0.25mm，切削长度L=35mm
加工Φ35 从Φ35.5切削至Φ35，背吃刀量ap=0.25mm，切削长度L=57mm
加工Φ30 从Φ30.5切削至Φ30，背吃刀量ap=0.25mm，切
削长度L=20mm
加工M24 从Φ24-0.1-0.2mm切削至Φ24，背吃刀量ap=0.35mm，切削长度L=16mm
进给量f为手动，得v=0.17m/s
#工序号#
工序号工
序
名
称
工序内容设备工艺装备
夹具、刃具、
量具
1 Φ60mmx265mm
2 三抓自定心卡盘夹持工件毛坯外圆车床
1 车端面见平C6140
2 钻中心孔中心钻（Φ
2mm）
用尾座顶尖顶住中心孔
3 粗车Φ46mm外圆至Φ48mm长118mm
4 粗车Φ35mm外圆至Φ37mm长116mm
5 粗车M24外圆至Φ26mm长14mm
掉头，三抓自定心卡盘夹持Φ48mm处
（Φ44mm外圆）
6 车另一端面，保证总长250mm
7 钻中心孔
用尾座顶尖顶住中心孔
8 粗车Φ52mm外圆至Φ54mm
9 粗车Φ35mm外圆至Φ37mm长A3mm
10 粗车Φ30mm外圆至Φ32mm长36mm
11 粗车M24mm外圆至Φ26mm长16mm
12 检验
3 调质处理220~240HBS
4 修研两端中心孔车床
5 双顶尖装夹车床
1 半精车Φ46mm外圆至Φ46.5mm长
120mm
2 半精车Φ35mm外圆至Φ35.5mm长
68mm
3 半精车M24mm外圆至Φ24-0.1-0.2mm
长16mm
4 半精车2~3mm*0.5mm环槽
5 半精车3mm*1.5mm环槽
6 倒外角1mm*45,3处
调头，双顶尖装夹
7 半精车Φ35mm外圆至Φ35.5mm长
A5mm
8 半精车Φ30mm外圆至Φ35.5mm长
38mm
9 半精车M24外圆至Φ23.9+-0.1长18mm
10 半精车Φ44mm至43.9+—0.1
11 车2-3mmx0.5mm环槽
12 车3x1.5mm环槽
13 倒外角1mmx45度，4处
14 检验
6 双顶尖装夹
1 车M24mX1.5mm~6g至尺寸车床
调头，双顶尖装夹
2 车M24mX1.5mm~6g至尺寸
3 检验
7 划两个键槽及一个止动垫圈槽加工线
8 用V形虎钳装夹
立铣
1 铣键槽12mmX36mm保证尺寸
41~41.25mm
2 铣键槽8mmx16mm保证尺寸
26~26.25mm
3 铣止动垫圈6mmx16mm保证尺寸20.5
至尺寸
4 检验
9 修研两端中心孔车床
10 1 磨外圆Φ35+-0.0008至尺寸外圆磨床
2 磨轴肩面I
总结：通过此次作业，让我受益匪浅，他锻炼了我的解决问题的逻辑思维能力,更重要的是学会了熟悉运用机械制造工艺学中的基本理论实际知识解决零件工艺路线安排，工艺尺寸确定等问题保证加工质量。

进一步培养了我们分析、总结和表达的能力,巩固、深化了在设计中所获得的知识,让我们更加贴近于生产实际,让我们更加清晰的看到了理论与实践在设计中的差别,通过设计使我们能够综合、灵活、有条理地应用机械制造方面的知识。