第七章《传动轴的加工工艺规程编制》

任务1轴类零件的机械加工工艺编制轴类零件是机器中最常见的一种零件，主要用于支承传动零件和传递动力。套类零件一般安装在轴上，起定位、联接、传动等作用。1．典型轴类零件（a）阶梯轴（b）空心轴（c）曲轴2．轴类零件的结构特点常见轴类零件的基本形状是阶梯状的回转体，其长度大于直径，主体由多段不同直径的回转体组成。轴上一般有轴颈、轴肩、键槽、螺纹、挡圈槽、销孔、内孔、螺纹孔等要素，以及中心孔、退刀槽、倒角、圆角等机械加工工艺结构。3．轴类零件的材料轴类零件的制造材料一般多为碳钢，其中45号优质碳素钢最常用。不重要或受力较小的轴，可采用Q235-A等普通碳素钢。外形复杂的轴则一般采用高强度铸铁或球墨铸铁。机械加工工艺编制任务书任务名称编制传动轴机械加工工艺编制依据1．相关技术文件和资料（1）传动轴零件图，如图1-1所示。（2）产品装配图（局部），如图1-2所示。每台产品中传动轴的数量1件。2．产品生产纲领（1）产品的生产纲领为150台/年，成批生产。（2）传动轴的备品百分率为5%、废品百分率为0.5%。3．生产条件和资源（1）毛坯为外协件，生产条件可根据需要确定。（2）由机加工车间二班（两班制）负责生产。（3）现可供选用的加工设备有：①CA6140×1000普通车床多台；②M131W万能外圆磨床1台；③X5032普通立式铣床1台。（3）各设备均达到机床规定的工作精度要求，不再增加设备。工作结果1．传动轴毛坯简图；2．传动轴机械加工工艺过程卡。传动轴零件图产品（传动轴部分）装配示意图步骤1.1分析传动轴1.看懂传动轴的零件图和装配图，明确传动轴在产品中的作用。2.找出其主要技术要求，确定传动轴的加工关键表面。任务目标任务实施1.1.1看懂传动轴的结构形状零件图采用了主视图和移出断面图表达其形状结构。从主视图可以看出，主体由四段不同直径的回转体组成，有轴颈、轴肩、键槽、挡圈槽、倒角、圆角等结构，由此可以想象出传动轴的结构形状。1.1.2明确传动轴的装配位置和作用由产品（传动轴部分）装配图可知，传动轴起支承齿轮、传递扭矩的作用。两Ф30js6外圆（轴颈）用于安装轴承,Ф37轴肩起轴承轴向定位作用。Ф24g6外圆及轴肩用于安装齿轮及齿轮轴向定位，采用普通平键联接，左轴端有挡圈槽，用于安装档圈，以轴向固定齿轮。1．Ф30js6、Ф24g6轴颈都具有较高的尺寸精度（IT6）和位置精度（圆跳动分别为0.01、0.02）要求，表面粗糙度（Ra值分别为0.8μm、1.6μm）要求也较高；Ф37轴肩两端面虽然尺寸精度要求不高，但表面粗糙度要求较高（Ra值分别为1.6μm、3.2μm）；圆角R1精度要求并不高，但需与轴颈及轴肩端面一起加工，所以Ф30js6、Ф24g6轴颈、Ф37轴肩端面、圆角R1均为加工的关键表面。1.1.3确定传动轴的加工关键表面2．键槽侧面（宽度）尺寸精度（IT9）要求中等，位置精度（对称度0.025约为8级）要求比较高，表面粗糙度（Ra值为3.2μm）要求中等，键槽底面（深度）尺寸精度（20）和表面粗糙度（Ra值为6.3μm）要求都较低，所以键槽是次要加工表面。1.1.3确定传动轴的加工关键表面3．挡圈槽、左、右端面、倒角等其余表面，尺寸及表面精度要求都比较低，均为次要加工表面。1.1.3确定传动轴的加工关键表面任务结果名称结果关键加工表面Ф30js6、Ф24g6轴颈及轴肩两端面次要加工表面其余表面传动轴的加工关键表面步骤1.2确定生产类型1．计算传动轴的生产纲领；2．确定传动轴的生产类型及工艺特征。任务目标1．产品的生产纲领是指企业在一年的计划期内应当生产的产品产量和进度计划。零件的生产纲领是指该零件(包括备品和废品在内)的年生产总量。2．零件的产量和产品的产量不一定相同。每台产品中相同零件的数量可能不止一件，所以在中批生产产品的企业，也有可能有大批生产零件的车间。3．零件的生产纲领按下式计算：N＝Qn（1＋a）（1＋b）式中N——零件的生产纲领（件/年）；Q——产品的年生产纲领（台/年）；n——每台产品中该零件的数量（件/台）；a——零件的备品百分率；b——零件的废品百分率。4．零件生产类型的确定，主要取决于产品的生产纲领，但也要考虑零件质量的大小和结构的复杂程度。轻型和重型的零件、结构简单和结构复杂的零件，它们的加工难度和工艺技术都有很大差别。5．不同生产类型的零件，其加工过程、加工设备和工艺装备等都有很大差别。各种机加工生产类型的生产纲领及工艺特点见附表2相关知识根据任务书已知：（1）产品的生产纲领Q＝150台/年；（2）每台产品中传动轴的数量n＝1件/台；（3）传动轴的备品百分率a＝5%；（4）传动轴的废品百分率b＝0.5%；传动轴的生产纲领计算如下：N＝Qn（1＋a）（1＋b）＝150×1（1＋5%）（1＋0.5%）＝158件/年任务实施1.2.1计算传动轴的生产纲领1.2.2确定传动轴的生产类型及工艺特征传动轴属于中型机械类零件。根据生产纲领（158件/年）及零件类型（中型机械），由附表2可查出，传动轴的生产类型为小批生产。任务结果名称结果生产纲领158件/年生产类型小批生产工艺特征（1）毛坯采用自由锻造，精度低，余量大（2）加工设备采用通用机床（3）工艺装备采用通用夹具或组合夹具、通用刀具、通用量具、标准附件；（4）工艺文件需编制简单的加工工艺过程卡片（5）加工采用划线、试切等方法保证尺寸，生产效率低，要求操作工人技术熟练传动轴的生产纲领和生产类型步骤1.3确定传动轴的毛坯类型及其制造方法1．选择传动轴的毛坯的类型及其制造方法；2．绘制传动轴的毛坯简图。任务目标1．毛坯的种类和制造方法主要与零件使用要求和生产类型有关。2．轴类零件最常用的毛坯是锻件与圆棒料，只有结构复杂的大型轴类零件（如曲轴）才采用铸件。3．锻造后的毛坯，能改善金属的内部组织，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。所以比较重要的轴或直径相差较大的阶梯轴，大都采用锻件。4．对不重要的光轴或直径相差不大的阶梯轴，一般以圆棒料为主。5．锻件的制造方法有自由锻、模锻等。不同的毛坯制造方法，其生产率和成本都不相同。在选择锻件的制造方法时，并非是制造精度越高就越好，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。6．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。由于不用制造锻造模型，使用工具简单、通用性较大，生产准备周期短，灵活性大，所以应用较为广泛，特别适用于单件和小批生产。7．当生产批量较大、毛坯精度要求较高时，锻件一般采用模锻法生产。模锻锻件尺寸准确，加工余量小，生产率高。因需配备锻模和相应的模锻设备，一次性投入费用较高，所以适用于较大批量的生产，而且生产批量越大，成本就越低。相关知识根据传动轴的制造材料（45钢），查附表5可确定，毛坯类型可采用型材或锻件，现选用锻件；毛坯采用自由锻造法。任务实施1.3.1选择传动轴毛坯类型及其制造方法1.3.2绘制传动轴毛坯简图1．确定传动轴毛坯的余量根据附表8中阶梯轴的自由锻造机械加工余量计算公式（D65mm时，按65mm计算,L300mm时，按300mm计算），传动轴锻件余量计算如下：A＝0.26L0.2D0..5＝0.26×3000.2×650.5＝6.56mm取整数7mm。2．绘制传动轴毛坯简图步骤图例（1）用双点划线画出传动轴的主视图。只画主要结构，次要细节简化不画，非毛坯制造的孔不画。（2）将加工总余量按尺寸用粗实线画在加工表面上。（3）标注毛坯的主要尺寸。任务结果名称结果毛坯的类型及其制造方法（1）毛坯类型为锻件（2）制造方法采用自由锻造毛坯的机械加工余量及毛坯的尺寸偏差、毛坯简图传动轴的毛坯类型及其制造方法步骤1.4选择定位基准和加工装备1．确定传动轴的粗基准和夹紧方案：2．确定传动轴的精基准和夹紧方案。任务目标根据基准重合原则，考虑选择传动轴的轴线作为定位精基准是最理想的，即采用两端中心孔作为精基准，如图所示。任务实施1.4.1选择传动轴的精基准和夹紧方案1．零件已加工的表面作为定位基准，这种基准称为精基准。合理选择定位精基准是保证零件加工精度的关键。2．选择精基准首先根据零件关键表面的加工精度（尤其是有位置精度要求的表面），同时还要考虑所选基准的装夹是否稳定可靠、操作方便。3．选定精基准所需用的夹具结构是否简单。4．精基准的选择原则：（1）基准重合原则尽量选择设计基准作为精基准，避免基准不重合而引起的定位误差。（2）基准统一原则尽量选择多个加工表面共享的定位基准面作为精基准，以保证各加工面的相互位置精度，避免误差，简化夹具的设计和制造。（3）自为基准原则精加工或光整加工工序应尽量选择加工表面本身作为精基准，该表面与其它表面的位置精度则由先行工序保证。（4）互为基准原则当两个表面相互位置精度以各自的形状和尺寸精度都要求很高时，可以采取互为基准原则，反复多次进行加工。相关知识5．在选择基准时不能同时遵循各选择原则（甚至相互矛盾）时。应根据具体情况具体分析，以保证关键表面为主，兼顾次要表面的加工精度。6．轴类零件的精基准（1）轴类零件的加工，多以轴两端的中心孔作为定位精基准。因为轴的设计基准是中心线，这样既符合基准重合原则，又符合基准统一原则，还能在一次装夹中最大限度地完成多个外圆及端面的加工，易于保证各轴颈间的同轴度以及端面的垂直度。（2）当不能用两端中心孔定位（如带内孔的轴）时，可采用外圆表面或外圆表面和一端孔口作精基准。相关知识选择毛坯Ф51外圆作为粗基准，能方便地加工两端面和中心孔，可以尽快获得精基准，如图所示。任务实施1.4.2选择传动轴的粗基准和夹紧方案1．以毛坯表面作为定位基准，称为粗基准。2．粗基准选择要考虑下列原则：（1）选用的粗基准必须便于加工精基准，以尽快获得精基准。（2）粗基准应选用面积较大，平整光洁，无浇口、冒口、飞边等缺陷的表面，这样工件定位才稳定可靠。（3）当有多个不加工表面时，应选择与加工表面位置精度要求较高的表面作为粗基准。（4）当工件的加工表面与某不加工表面之间有相互位置精度要求时，应选择该不加工表面作为粗基准。（5）当工件的某重要表面要求加工余量均匀时，应选择该表面作为粗基准。（6）粗基准在同一尺寸方向上应只使用一次。3．轴类零件的粗加工，可选择外圆表面作为定位粗基准，以此定位加工两端面和中心孔，为后续工序准备精基准，加工方法见附表23。相关知识根据传动轴的工艺特性，加工设备采用通用机床，即普通车床、立式铣床、万能磨床。工艺装备采用通用夹具（三爪卡盘及顶尖）、通用刀具（标准车刀、键槽铣刀、砂轮等）、通用量具（游标卡尺、外径千分尺等任务实施1.4.3选择加工装备任务结果名称结果精基准粗基准加工装备（1）加工设备采用通用机床；（2）夹具主要采用三爪卡盘及顶尖；（3）刀具采用标准车刀、键槽铣刀、砂轮；（4）量具采用游标卡尺、外径千分尺等。传动轴的基准及其加工设备步骤1.5拟定传动轴机械加工工艺路线1．选择各表面的加工方法；2．初步拟定传动轴机械加工工艺路线。任务目标任务实施1.5.1确定各表面的加工方法加工表面精度要求表面粗糙度Ra/μm加工方案Ф30js6外圆轴肩及圆角IT6IT11以上0.81.6粗车→半精车→精车→粗磨→精磨Ф24g6外圆轴肩及圆角IT6IT11以上1.63.2粗车→半精车→精车键槽侧面8N9底面IT9IT11以上3.26.3粗铣→精铣挡圈槽22.9×1.3IT11以上12.5粗车各倒角IT11以上12.5粗车1.切削加工顺序的安排原则：（1）按“先基面、后其他”的顺序，先加工基准表面，后加工其它表面。（2）按“先主后次、先粗后精”的原则，先加工主要表面（指装配基面、工作表面等），后加工次要表面（指沉孔、螺孔等），先安排粗加工工序，后安排半精加工、精加工工序。（3）对于与主要表面有位置要求的次要表面，应安排在主要表面加工之后加工。（4）热处理工序参照按附表？来安排。（5）除各工序操作者自检外，零件全部加工结束之后应单独