传动轴加工工艺及夹具设计上课讲义.docx
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传动轴加工工艺及夹具设计上课讲义
传动轴加工工艺及夹具设计
武昌职业技术学院
毕业设计（论文）
题目传动轴加工工艺及夹具设计
院系名称机电工程学院
班级11级机械制造一班
学生姓名胡鹏缘
学号11580201836
时间2014-5-20
摘要
通过在校期间对传动轴的学习和认识对传动轴进行一下系统的分析和设计，支承传动件的零件称为轴。
轴类零件毕业设计是机械工程类专业学生完成本专业教学计划的最后一个极为重要的实践性教学环节，是使学生综合运用所学过的基本理论、基本知识与基本技能去解决专业范围内的工程技术问题而进行的一次基本训练。
这对学生即将从事的相关技术工作和未来事业的开拓都具有一定意义
传动轴是组成机器零件的主要零件之，一切做回转运动的传动零件（例如：
齿轮，蜗轮等）都必须安装在传动轴上才能进行运动及动力的传动，传动轴常用于变速箱与驱动桥之间的连接。
这种轴一般较长，且转速高，只能承受扭矩而不承受弯矩。
应该使传动轴具有足够的刚度和高临界转速，在强度计算中，由于所取的安全系数较大，从而使轴的尺寸过大，本文讨论的传动轴工艺设计方法，并根据现行规范增添了些表面处理的方式比如表面发兰。
关键词：
传动轴，零件，刚度，强度，表面发兰
摘要Ⅰ
1概述1
1.1问题的提出及研究意向1
1.2本文研究的目的和研究内容2
2零件的分析1
2.1生产纲领
2.2零件的作用
2.3零件的工艺分析
2.4零件表面加工方法
3加工方案的选择
3.1方案选择
3.2加工的技术要求
4确定毛坯
4.1传动轴毛坯
4.2传动轴材料
4.3确定锻件加工余量
5工艺规程设计
5.1定位基准的选择
5.2热处理方法
5.3拟定工艺规程
5.4加工顺序安排
5.5制定工艺路线
6夹具的设计
6.1夹具的作用
6.2铣床夹具的设计特点
6.3定位原理的几种情况
6.4
6.5
6心得体会
7致谢
8参考文献
1概述
1.1问题的提出
问题:
传动轴是机械零件中重要零件之一，它起到连接支撑和传递转矩。
就目前来看传动轴存在的问题还是很多的，重要表面质量达不到要求，装配中密封不到位等，尤其是汽车方面。
很多汽车生产商不得不把自己所产汽车召回，浪费了大量的人力物力，也给消费者带来了诸多麻烦，给自己企业造成了负面影响。
1.2论文研究的目的和研究内容
本文研究的目的是研究传动轴的设计工艺，从而培养学生综合分析和解决本专业的一般工程技术问题的独立工作能力、分析解决能力，加深学生的知识和所学课程之间的联系。
综合运用机械设计课程及其他有关已修课程的理论和生产实际知识进行机械设计训练，主要内容是传动轴的如何选择材料，传动轴的分析和加工方法的选择，传动轴的加工方案的选择以及如何选择毛坯。
通过计算设计出加工传动轴的加工时间、及夹具设计。
做到有计划的利用时间去生产提高生产效率。
增添了些表面处理防止传动轴生锈和腐蚀。
2零件的分析
2.1生产纲领
因为传动轴的年产量为360，由表查得为小批量生产
生产类型
零件生产纲领
重型机械
中型机械
轻型机械
单件生产
<5
<20
<100
小批生产
>5-100
>20-200
>100-500
中批生产
>100-300
>200-500
>500-5000
大批生产
>300-1000
>500-5000
>5000-50000
2.1零件的作用
轴是组成机器零件的主要零件之一。
一切做回转运动的传动零件（例如：
齿轮，蜗轮等）都必须安装在轴上才能进行运动及动力的传递。
因此，轴的主要功用是支撑回转零件和传递运动和动力。
跟据轴线形状的不同可分为，直轴、曲轴、挠性轴。
按照承受载荷的不同，轴可以分为转轴，心轴，和传动轴三类。
工作中，既承受弯矩又承受转矩的轴称为转轴。
这类轴在各种机器中最为常见。
只承受弯矩而不承受转矩的轴称为心轴。
心轴又分为回转心轴和静止心轴两种。
只能承受转矩而不承受弯矩的轴叫传动轴。
2.2零件的工艺分析
（1）对于7级精度、表面粗糙度Ra0.8～0.4μm的一般传动轴，其工艺路线是：
正火－车端面钻中心孔－粗车各表面－精车各表面－铣花键、键槽－热处理－修研中心孔－粗磨外圆－精磨外圆－检验。
（2）轴类零件一般采用中心孔作为定位基准，以实现基准统一的方案。
在单件小批生产中钻中心孔工序常在普通车床上进行。
在大批量生产中常在铣端面钻中心孔专用机床上进行。
（3）中心孔是轴类零件加工全过程中使用的定位基准，其质量对加工精度有着重大影响。
所以必须安排修研中心孔工序。
修研中心孔一般在车床上用金刚石或硬质合金顶尖加压进行。
（4）轴上的花键、键槽等次要表面的加工，一般安排在外圆精车之后，磨削之前进行。
因为如果在精车之前就铣出键槽，在精车时由于断续切削而易产生振动，影响加工质量，又容易损坏刀具，也难以控制键槽的尺寸。
但也不应安排在外圆精磨之后进行，以免破坏外圆表面的加工精度和表面质量。
（5）在轴类零件的加工过程中，应当安排必要的热处理工序，以保证其机械性能和加工精度，并改善工件的切削加工性。
一般毛坯锻造后安排正火工序，而调质则安排在粗加工后进行，以便消除粗加工后产生的应力及获得良好的综合机械性能。
淬火工序则安排在磨削工序之前。
2.3零件表面加工方法的选择
传动轴的加工面有键槽、端面、退刀槽、越程槽。
因此主要采用车削和外圆磨削。
因为轴两边的精度较高所以要进行磨削，所以外圆加工的方法为：
粗车-半精车-磨削
外圆表面加工方案
加工方案经济加工精度等级（IT）表面粗糙度Ra/μm
粗车
11~12
50~12.5
半精车
8~10
6.3~3.2
精车
6~7
1.6~0.8
磨削
6~7
0.8~0.4
键槽加工方案
加工方案
经济加工精度等级（IT）
表面粗糙度Ra
铣
11~12
12.5
3加工方案的选择
方案二
工序1铣轴的两端面，打中心孔
工序2粗车外圆大小端各外径
工序3半精车，倒角
工序4铣键槽
工序5精车，切退刀槽
工序6调质
工序7去毛刺
工序8磨削
方案二
工序1车轴一端打中心孔
工序2车轴另一端打中心孔
工序3半精车倒角
工序4精车，切退刀槽
工序5调质
工序6铣键槽
工序7去毛刺
工序8磨削
比较上面两方案，方案一在加工两中心孔时存在同轴度误差，若把铣键槽放在精车之前，在精车时断续车削容易引起振动，影响加工质量。
综上所述方案二合理
本设计的加工方法如下：
①两端面：
公差等级IT12，表面粗糙度Ra12.5μm,需进行铣削加工。
③φ25左外圆表面：
公差等级IT7，表面粗糙度为Ra1.6μm，需进行粗车，半精车，精车。
④φ30外圆表面：
公差等级IT7，表面粗糙度为Ra12.5μm，需进行粗车，半精车，精车。
⑤φ25右外圆表面：
公差等级IT6，表面粗糙度为Ra1.6μm，需要进行粗车，半精车或磨削加工。
3.2加工的技术要求
（1）尺寸精度轴类零件的主要表面常为两类，一类是与轴承的内圈配合的外圆轴颈，即支承轴颈，用于确定轴的位置并支承轴，尺寸精度要求较高，通常为IT5～IT7；另一类为与各类传动件配合的轴颈，即配合轴颈，其精度稍低，通常为IT6~IT9。
（2）几何形状精度主要指轴颈表面、外圆面等重要表面的圆度、圆柱度。
其误差一般应限制在尺寸公差范围内，对于精密轴，需在零件图上另行规定其几何形状精度。
（3）相互位置精度包括内、外表面，重要轴面的同轴度、圆的径向跳动、重要端面对轴心线的垂直度、端面间的平行度等。
（4）表面粗糙度轴的加工表面都有粗糙度的要求，一般根据加工的可能性和经济性来确定。
4传动轴毛坯材料及加工余量毛坯
4.1传动轴毛坯：
轴类零件可根据使用要求、生产类型、设备条件及结构，选用棒料、锻件等毛坯形式。
对于外圆直径相差不大的轴，一般以棒料为主；而对于外圆直径相差大的阶梯轴或重要的轴，常选用锻件，这样既节约材料又减少机械加工的工作量，还可改善机械性能。
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。
中小批生产多采用自由锻，大批大量生产时采用模锻。
4.2传动轴材料
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。
一般在满足使用要求的前提下，尽量采用国家资源丰富的材料
4.3确定锻件加工余量及形状：
加工表面
工序名称
加工余量
工序尺寸
尺寸公差
表面粗糙度（μm）
φ35
半精车
0.5
35
Ra6.3μm
粗车
2
36
Ra12.5μm
毛坯
40
φ25
精磨
0.08
25
H6
Ra1.6μm
粗磨
0.12
25.16
H9
Ra3.2μm
半精车
0.8
25.4
H12
Ra6.3μm
粗车
2
27
H12
Ra12.5μm
毛坯
30
φ25
精车
0.1
25
H7
Ra1.6μm
半精车
0.9
25.2
H9
Ra6.3μm
粗车
2
27
H12
Ra12.5μm
毛坯
30
φ30
精车
0.1
30
H7
Ra1.6μm
半精车
0.9
30.2
H9
Ra6.3μm
粗车
4
32
H12
Ra12.5μm
毛坯
40
5工艺规程设计
5.1定位基准的选择
（1）粗基准的选择：
由于本传动轴全部表面均需加工，而轴的中心线作为精基准，应该选择该传动轴的一端面作为主要的定位粗基准。
（2）精基准的选择：
本零件是传动轴，孔是其设计基准亦是其装配基准和测量基准，为避免由于基准不重合而造成的误差且考虑到要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合”原则和“基准统一”原则，应该选择传动轴的中心线以及粗加工后的端面为主要的
定位精基准。
5.2热处理
（1）锻造毛坯在加工前，均需安排正火或退火处理，使钢材内部晶粒细化，消除锻造应力，降低材料硬度，改善切削加工性能。
（2）调质一般安排在粗车之后、半精车之前，以获得良好的物理力学性能。
（3）表面淬火一般安排在精加工之前，这样可以纠正因淬火引起的局部变形。
（4）精度要求高的轴，在局部淬火或粗磨之后，还需进行低温时效处理
5.3拟定工艺规程
定位精基准面中心孔应在粗加工之前加工，在调质之后和磨削之前各需安排一次修研中心孔的工序。
调质之后修研中心孔为消除中心孔的热处理变形和氧化皮，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，在考虑主要表面加工的同时，还要考虑次要表面的加工。
在半精加工￠35mm、￠30mm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出来，这样可保证铣键槽时有较精确的定位基准，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。
综上所述，所确定的该传动轴加工工艺过程见表。
机械加工工艺过程卡片
武昌职业学院实习工厂
机械加工工艺过程卡片
产品类型
ZSY
零件图号
01-01
共页
产品名称
减速箱
零件名称
传动轴
第页
材料牌号
45
毛坯种类
锻件
每毛坯件数
1
台件数
`1
工序号
工序名称
工序内容
车间
工段
设备
工装
1
下料
下料
2
钻中心孔
加一头伸出长<40mm车端面钻中心孔
机加工
C6132
三抓卡盘
3
粗车
一加一顶
机加工
C6132
一夹一顶
4
钻中心孔
调头夹左端装中心架车右端面钻中心孔
机加工
C6132
三抓卡盘
5
粗车
车右端外圆
机加工
C6132
一夹一顶
6
调质处理
调制热处理217-255HBS
热处理
7
修中心孔
修研中心孔
机加工
C6132
三抓卡盘
8
半精车
半精车左端外圆切槽倒角
机加工
C6132
一夹一顶
9
半精车
调头半精车有段尺寸切槽倒角
机加工
C6132
一夹一顶
10
精车
精车左端外圆至尺寸
机加工
C6132
双顶尖
11
精车
精车右端外圆至尺寸
机加工
C6132
双顶尖
12
划线
花键槽线
机加工
13
铣键槽
铣键槽
机加工
X6132
14
粗磨
粗磨左右端外圆φ25
机加工
M1432B
双顶尖
15
精磨
精磨左右端外圆至尺寸φ25
机加工
M1432B
双顶尖
5.4加工顺序的安排
（2）加工工艺路线为：
下料→锻造→正火→粗加工→调质→半精加工→淬火→精加工→划键槽线→铣槽→粗磨→低温时效→精磨→低温时效→检验。
5.5制定工艺路线
根据零件的几何形状，尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能达到的经济精度，在生产纲领已确定的情况下。
可以考虑采用万能性机床配以专用工卡具，并且尽量使工序集中来提高生产率。
除此之外，还应该考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。
加工条件：
加工材料采用45钢，经调质处理后的锻件
工序1粗车轴的两端面，打中心孔
机床：
采用组合车床加专用夹具
刀具：
YT6硬质合金外圆车刀
工序2粗车外圆大小端各外径
机床：
CA6140卧式车床，转速n=400r/min
刀具：
查〈〈简明手册〉〉选用YT6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vc=πdn/1000=3.14x47x400/1000=59.032m/min
进给量：
f=0.05mm/r
进给速度：
vf=fn=0.05x400=20mm/min
加工工时：
tm=L/vf
端面加工
毛坯φ30段
加工φ25从φ30切削至φ26.4，背吃刀量ap=1.8mm;
切削长度L=88mm;
加工工时tm=L/vf=4.4min
加工φ25从φ30切削至φ26.7，背吃刀量ap=1.65mm切削长度L=15mm
加工工时tm=L/vf=0.75min
毛坯φ40段
加工φ30从φ40切削至φ31.4，背吃刀量ap=4.3mm
切削长度L=75mm
加工工时tm=L/vf=3.75min
加工φ35从φ40切削至φ35.9，背吃刀量ap=2.05mm
切削长度L=42mm
加工工时tm=L/vf=2.1min
第二道工序所需工时Tm=11min
工序3半精车，倒角
加工φ25从φ26.4切削至φ25.5，背吃刀量ap=0.45mm切削长度L=88mm
加工工时tm=L/vf=4,4min
加工φ25从φ26.7切削至φ25.8，背吃刀量ap=0.45mm切削长度L=15mm
加工工时tm=L/vf=0.75min
加工φ30从φ31.4切削至φ30.5，背吃刀量ap=0.45mm切削长度L=75mm
加工工时tm=L/vf=3.75min
加工φ35从φ35.9切削至φ35，背吃刀量ap=0.45mm切削长度L=42mm
加工工时tm=L/vf=2.1min
车倒角车刀选用kr=45的直头通切车刀车45倒角
工序所需工时Tm=8.9min
工序4精车，切退刀槽
加工φ25从φ25.5切削至φ25，背吃刀量ap=0.25mm切削长度L=86mm
加工工时tm=L/vf=4.3min
加工φ25从φ25.8切削至φ25.3，背吃刀量ap=0.25mm切削长度L=13mm
加工工时tm=L/vf=0.65min
加工φ30从φ30.5切削至φ30，背吃刀量ap=0.25mm切削长度L=73mm
加工工时tm=L/vf=3.65min
切退刀槽取a=1.5和a=2的切槽刀
进给量f为手动,查<<切削手册>>得v=0.17m/s
n=0.5
工序所需工时Tm=8.6min
工序5调质
淬火加回火叫调质处理，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硬度不同将工件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，广泛应用于各种重要的结构零件，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。
可用调质＋表面淬火提高零件表面硬度。
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＋表面淬火高。
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重要工序。
工序6铣键槽
机床:
立式铣床X53T转速n=18r/min
纵向进给量为f1=10mm/min横向进给量为f2=10mm/min
h=4mm,L=35mm
计算工时得tm纵=h/f1n=0.022min
tm横=L/f2n=0.166min
tm1=0.188min
h=4mm,L=30mm
计算工时得tm纵=h/f1n=0.022min
tm横=L/f2n=0.166min
tm2=0.188min
工序所需工时Tm=0.376min
工序7去毛刺
毛刺是冲裁后冲件断面边缘锋利的凸起。
经过去毛刺处理后会使零件表面的精度大大提高。
所以去毛刺是不可或缺的一道重要工序.
工序8磨削
机床:
万能外圆磨床M131W工作台移动速度v=100mm/min
加工φ25从φ25.3切削至φ25，背吃刀量ap=0.15mm
切削长度L=13mm
加工工时tm=L/vf=0.65min
工序所需工时Tm=0.65min
综上所述,本设计所需总基本工时
Tm总=29.525min
6夹具设
6.1夹具的作用
零件在加工的过程中夹具的定位固定是非常重要的，当定位不准确或加工中出现振动，都会影响零件在加工中各段的精度。
并且会随着最终的完工使工件偏离原来尺寸要求达不到设计的要求，这就要有合理的装夹保证在加工中的稳定，保证加工质量。
使用夹具要简单装夹或拆卸方便，本节以在铣床上铣键槽为例来说明。
6.2铣床夹具的设计特点
铣床夹具与其它机床夹具的不同之处在于：
它是通过定位键在机床上定位，用对刀装置决定铣刀相对于夹具的位置。
A、床夹具的安装铣床夹具在铣床工作台上的安装位置，直接影响被加工表面的位置精度，因而在设计时必须考虑其安装方法，一般是在夹具底座下面装两个定位键。
定位键的结构尺寸已标准化，应按铣床工作台的T形槽尺寸选定，它和夹具底座以及工作台T形槽的配合为H7/h6、H8/h8。
两定位键的距离应力求最大，以利提高安装精度。
作为定位键的安装是夹具过两个定位键嵌入到铣床工作台的同一条T形槽中，再用T形螺栓和垫圈、螺母将夹具体紧固在工作台上，所以在夹具体上还需要提供两个穿T形螺栓的耳座。
如果夹具宽度较大时，可在同侧设置两个耳座，两耳座的距离要和铣床工作台两个T形槽间的距离一致。
B、铣床夹具的对刀装置铣床夹具在工作台上安装好了以后，还要调整铣刀对夹具的相对位置，以便于进行定距加工。
为了使刀具与工件被加工表面的相对位置能迅速而正确地对准，在夹具上可以采用对刀装置。
对刀装置是由对刀块和塞尺等组成，其结构尺寸已标准化。
各种对刀块的结构，可以根据工件的具体加工要求进行选择。
由于铣削时切削力较大，振动也大，夹具体应有足够的强度和刚度，还应尽可能降低夹具的重心，工件待加工表面应尽可能靠近工作台，以提高夹具的稳定性，通常夹具体的高宽比H/B≤1～1.25为宜。
6.3定位原理的几种情况
（1）完全定位
工件的六个自由度全部被限制，它在夹具中只有唯一的位置，称为完全定位。
（2）部分定位
工件定位时，并非所有情况下都必须使工件完全定位。
在满足加工要求的条件下，少于六个支撑点的定位称为部分定位。
在满足加工要求的前提下，采用部分定位可简化定位装置，在生产中应用很多。
如工件装夹在电磁吸盘上磨削平面只需限制三个自由度。
（3）过定位（重复定位）
几个定位支撑点重复限制一个自由度，称为过定位。
A、一般情况下，应该避免使用过定位。
通常，过定位的结果将使工件的定位精度受到影响，定位不确定可使工件（或定位件）产生变形，所以在一般情况下，过定位是应该避免的。
B、过定位亦可合理应用
虽然工件在夹具中定位，通常要避免产生“过定位”，但是在某些条件下，合理地采用“过定位”，反而可以获得良好的效果。
这对刚性弱而精度高的航空、仪表类工件更为显著。
6心得体会
在大学期间经过三年的努力和学习，对于机电一些问题已初具雏形。
作为一名即将毕业的学生，我觉得能做这样的课程设计是十分有意义。
我们在课堂上掌握的仅仅是专业基础课的理论面，如何去面对现实中的各种机械设计？
如何把我们所学到的专业基础理论知识用到实践中去呢？
我想做类似的大作业就为我们提供了良好的实践平台。
在做本次课程设计的过程中，我感触最深的当属查阅了很多次设计书和指导书。
为了让自己的设计更加完善，更加符合工程标准，一次次翻阅机械设计书是十分必要的，同时也是对讨论和共同学习有了进一步的认识。
作为一切都要有据可依.有理可寻，不切实际的构想永远只能是构想，永远无法升级为设计。
另外，课堂上也有部分知识不太清楚，于是我又不得不边学边用，时刻巩固所学知识，这也是我作本次课程设计的第二大收获。
这次毕业设计也许是我大学生涯交上的最后一个作业了。
想籍次机会感谢三年以来给我帮助的所有老师、同学，你们的友谊是我人生的财富，是我生命中不可或缺的一部分。
整个设计我基本上还满意，由于水平有限，难免会有错误，还望老师批评指正。
是我可用更好地了解到自己的不足，以便课后加以弥补。
7致谢
时光飞逝，一转眼我的大学生活就要结束了。
这两年我学到了很多很多的知识，是我人生的一个转折。
我之所以能取得这些成绩，除了有自己的努力外，在我的学习，生活中还得到了很多人的关心和帮助。
在此我要对他们表示衷心的感谢。
首先，我要感谢我的毕业指导老师，在毕业设计中，他不遗余力地指导和帮助我
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