传动轴的机械加工工艺规程设计

机械制造工艺学课程设计1湖南工业大学机械制造课程设计资料袋机械工程学院（系、部）_____2011～2012学年第1学期课程名称机械制造工艺学指导教师职称学生姓名专业班级学号题目传动轴的机械加工工艺规程设计成绩起止日期2011年_12月_19日～2011年12月26日目录清单序号材料名称资料数量备注1课程设计任务书1张2课程设计说明书1本3课程设计图纸1张零件图4机械加工工艺过程卡片1张5机械加工工序卡片一套11张6机械制造工艺学课程设计1湖南工业大学课程设计任务书2011—2012学年第一学期机械工程学院（系、部）机械工程及其自动化专业机工091班级课程名称：机械制造工艺学设计题目：传动轴的机械加工工艺规程设计完成期限：自2011年12月19日至2011年12月26日共1周内容及任务一、设计的主要技术参数二、设计任务根据零件图对零件进行工艺分析，编制工艺文件。三、设计工作量①根据零件图对零件进行工艺分析②确定毛坯的种类③拟定加工路线④确实各工序的加工余量，计算工序尺寸和公差⑤选择各工序的机床设备及刀具、量具等工艺装备⑥确定各工序的切削用量⑦编制工艺文件进度安排起止日期工作内容2011年12月19日~20111年12月20日分析零件、并且确定生产类型以及生产毛坯2011年12月21日~2011年12月23日工艺规程设计以及制作工艺卡2011年12月24日~2011年12月26日整理、排版说明书以及准备答辩参考资料1、《机械制造技术基础》主编：陆名彰、胡忠举长沙：中南大学出版社，2004年8月2、《机械制造工艺基础》主编：黄观尧天津：天津大学出版社，1999年1月3、《机械制造技术基础课程设计指导教程》主编：邹青北京：机械工业出版社，2004年9月4、《工程材料及应用》主编：周凤云武汉：华中科技大学出版社，2004年9月5、《机械加工工艺基础》主编：金问楷北京：清华大学出版社，1990年9月6、《金属机械加工工艺人员手册》主编：《金属机械加工工艺人员手册》编写组上海：上海科学技术出版社，1979年1月指导教师（签字）：年月日系（教研室）主任（签字）：年月日机械制造工艺学课程设计2机械制造技术基础课程设计课题名称：传动轴的机械加工工艺规程设计班级：姓名：学号：指导老师：成绩：机械工程学院2011年12月机械制造工艺学课程设计3目录一．传动轴工艺分析…………………………………………11.1零件的结构特点及应用………………………………………………………………11.2传动轴图样分析………………………………………………………………………1二.毛坯的选择………………………………………………32.1毛坯类型分析…………………………………………………………………………32.2确定机械加工余量，毛坯……………………………………………………4三.选择定位基准和装夹……………………………………43.1基准的选择……………………………………………………………………………53.2工件的装夹方法选择…………………………………………………………5四.工序集中和分散考虑……………………………………74.2工序分散……………………………………………………………………………74.1工序集中………………………………………………………………………………7五.制订零件的机械加工工艺规程…………………………75.1选择表面加工方式………………………………………………………………………85.2制定工艺路线……………………………………………………………………………85.3传动轴的工艺路线………………………………………………………………………95.4热处理工序安排…………………………………………………………………………95.5轴类零件加工工艺过程…………………………………………………………………105.6轴类零件加工的技术要求………………………………………………………………115.7轴类零件的热处理………………………………………………………………………11六、机床设备和工艺装备的选用……………………………116.1选择机床…………………………………………………………………………………116.2选用工艺设备……………………………………………………………………………11七．工序加工余量的确定，工序尺寸及公差的计算………12八、确定工序的切削用量……………………………………18九、提高劳动生产率的方法………………………………21十、课程设计体会……………………………………………22十一、参考资料………………………………………………22机械制造工艺学课程设计4一．传动轴的工艺分析1.1零件的结构特点及应用轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一。它在机器中主要用于支承齿轮，带轮，凸轮以及连杆等传动件，以及传递扭矩。按结构形式不同，轴可以分为阶梯轴，锥度分轴，空心轴，曲轴，凸轮轴，偏心轴，各种丝杆等。它主要用来支承传动零部件，传递扭矩和承受载荷。轴类零件是旋转体零件，其长度大于直径，一般由同心轴的外圆柱面，圆锥面，内孔和螺纹及相应的端面所组成。轴的长径比小于5的称为短轴，大于20的称为细长轴，大多数轴介于两者之间。图示传动轴零件属于台阶轴零件，由圆柱面，轴肩，砂轮越程槽和键槽等组成。轴肩一般用来确定安装在轴上的零件的轴向位置，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。1.2传动轴图样分析机械制造工艺学课程设计5（1）图所示零件是传动轴它属于台阶轴类零件，由圆柱面、轴肩、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。根据工作性能与条件，该传动轴图样规定了主要轴颈，外圆以及轴肩有较高的尺寸、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和外圆的加工。（2）传动轴的工艺性分析1.尺寸精度起支承作用的轴颈为了确定轴的位置，通常对其尺寸精度要求较高（IT5～IT7）。装配传动件的轴颈尺寸精度一般要求较低（IT6～IT9）。2．几何形状精度轴类零件的几何形状精度主要是指轴颈、外锥面、莫氏锥孔等的圆度、圆柱度等，一般应将其公差限制在尺寸公差范围内。对精度要求较高的内外圆表面，应在图纸上标注其允许偏差。3．相互位置精度轴类零件的位置精度要求主要是由轴在机械中的位置和功用决定的。通常应保证装配传动件的轴颈对支承轴颈的同轴度要求，否则会影响传动件（齿轮等）的传动精度，并产生噪声。普通精度的轴，其配合轴段对支承轴颈的径向跳动一般为0.01～0.03mm，高精度轴（如主轴）通常为0.001～0.005mm。4．表面粗糙度一般与传动件相配合的轴径表面粗糙度为Ra2.5～0.63μm，与轴承相配合的支承轴径的表面粗糙度为Ra0.63～0.16μm。5.主要技术要求如下：根据工作性能与条件，该传动轴图样规定了主要轴颈外圆，以及轴肩有较高的尺寸，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，该传动轴的关键是轴颈和外圆及轴肩的加工。机械制造工艺学课程设计6二.毛坯的选择2.1毛坯类型分析机械加工常用的毛坯有铸件、锻件、型材及焊接件。不同的毛坯种类及毛坯的精度、粗糙度和硬度等对机械加工工艺过程有着直接的影响。还有毛坯的形状和特性，直接会影响到机械加工的难易、材料的消耗等。轴类零件应根据不同的工作条件和使用要求选用不同的材料并采用不同的热处理规范（如调质、正火、淬火等），以获得一定的强度、韧性和耐磨性。45钢是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过调质（或正火）后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达45～52HRC。40Cr等合金结构钢适用于中等精度而转速较高的轴类零件，这类钢经调质和淬火后，具有较好的综合机械性能。轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn，经调质和表面高频淬火后，表面硬度可达50～58HRC，并具有较高的耐疲劳性能和较好的耐磨性能，可制造较高精度的轴。精密机床的主轴（例如磨床砂轮轴、坐标镗床主轴）可选用38CrMoAIA氮化钢。这种钢经调质和表面氮化后，不仅能获得很高的表面硬度，而且能保持较软的芯部，因此耐冲击韧性好。与渗碳淬火钢比较，它有热处理变形很小，硬度更高的特性。45钢是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过调质后，可得到较好的切削性能，而且能够获得较高的强度和韧性等综合机械性能，调质后表面硬度可达机械制造工艺学课程设计7220-240HBS(转换为洛氏硬度HRC19-23)。轴类毛坯，常用圆棒料和锻件，根据生产规模的不同，毛坯的锻造方式有自由锻和模锻两种。毛坯经过加热锻造后，可使金属内部纤维组织表面均匀分布，获得较高的抗拉，抗弯及抗扭强度；锻造后的毛坯，能改善金属内部组织，提高其抗拉，抗弯等机械性能。同时，因锻件的形状和尺寸与零件相近，可以节约材料，减少切削加工的劳动量，降低生产成本。在选择锻件的制造方法时，并非是制造精度高就越好，需要综合考虑机械加工成本和毛坯制造成本，以达到零件制造总成本最低的目的。当生产批量较小，毛坯精度要求较低时，锻件一般采用自由锻造法生产。根据传动轴的制造材料（45钢），毛坯类型可采用型材和锻件，现选用锻件；毛坯采用自由锻造。2.2确定机械加工余量，毛坯尺寸和公差(1)公差等级该锻件的尺寸公差等级IT为13-15级，加工余量等级为普通级。故IT为15级，MA为普通级。（2）锻件质量根据计算可得机械加工后零件的质量为传动轴的重量估计值为1.31Kg。由此可初步估计机械加工前锻件毛坯的重量为2.5Kg。（3）确定传动轴毛坯的余量根据阶梯轴的自由锻造机械加工余量的计算公式（D65mm时，按65mm计算，L400mm时，按400mm计算），传动轴锻件余量计算如下：A=L0.26*D0.2*0.5=4000.26*650.2*0.5=7.15mm取整数7mm。(4)锻件的形状复杂系数通过上面的计算知毛坯和零件的质量，锻件的形状复杂系数S=mt/mn=2.5/3.0=0.83，其中mn=472*π*215*10-6/4=3.0Kg。由于0.83介于0.63和1之间，故该锻件的形状复杂系数为S1级。（5）锻件的材质系数M机械制造工艺学课程设计8由于该传动轴零件材料是45钢，是碳的质量分数小于0.65%的碳素钢，故该锻件的材质系数属M1。（6）零件表面的粗糙度由零件图可知，该轴除III和V表面的粗糙度为1.6微米外，其它各加工表面的粗糙度均大于或等于6.3微米，键槽的表面粗糙度没有标出为一般要求。（7）确定机械加工余量根据锻件质量，零件表面粗糙度，形状复杂系数查表2-9，由此查得单边余量在厚度方向3.5mm，平方向亦为3.5mm。不妨取锻件各外径的单边余量为3.5mm，各轴向尺寸的单边余量亦为3.5mm。（8）确定毛坯尺寸零件尺寸单边加工余量锻件尺寸Φ463Φ52Φ374Φ45Φ374Φ45Φ362Φ40Φ362Φ40Φ302.5Φ35Φ274Φ35（9）确定毛坯尺寸公公差锻件尺寸极限偏差锻件尺寸极限偏差Φ52+1.2Φ40+0.8-1.0-0.3Φ45+1.0Φ35+0.5-0.5-0.2三.选择定位基准和装夹机械制造工艺学课程设计93.1基准的选择粗基准选择考虑的重点是如何保证各加工表面有足够的余量，及保证不加工表面与加工表面的尺寸、位置符合零件图样设计要求。还要考虑装夹方便、可靠，选一大端面和外圆作为定位粗基准。精基准选择考虑的重点是如何减少误差。保证加工精度和安装方便。轴齿轮的设计基准是内孔，根据基准重合原则，并同时考虑统一精基准原则，选内孔作为主要定位精基准。考虑定位稳定可靠。选一大端面作为第二定位精基准。在磨孔工序中。为保证齿面与孔的同轴度，选齿面作为定位基准。在加工环槽工序中，为装夹方便。选外圆表面作为定位基准。3.2工件的装