动力轴零件加工工艺设计说明书参考资料MBS上传.docx

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动力轴零件加工工艺设计说明书

课程设计：

机械加工工艺第二次作业

班级组别：

机设1311第五组

指导老师：

蔡海涛

小组成员：

王水明、高扬州

李云龙、郎斌鑫

编制：

李云龙

2012年3月4日

摘要：

本设计的零件为单极减速轴零件，选用45号钢。

根据零件的形状、尺寸精度、生产的经济效益等各方面的详细分析其加工工艺。

通过对零件的分析，此工件外形轮廓尺寸小，重量轻，加工要求不高，生产批量不大。

因此在保证质量和提高生产率的前提下，尽量简化结构，做到经济合理。

关键词：

零件工艺,轴类零件，尺寸精度。

1机械制造工艺设计任务书4

1.1设计题目：

设计动力轴的机械加工加工工艺规程4

1.2设计已知条件4

1.3设计要求4

1.4限制条件4

2、计算生产纲领，确定生产类型5

3、零件分析6

3.1零件的作用6

3.2零件的材料及其力学性能6

3.3零件的结构工艺分析6

4、毛坯的分析7

4.1毛坯的选择7

4.2毛坯图的设计7

5、工艺路线拟定8

5.1定位基准的选择8

5.2加工方法的确定8

6、加工顺序的安排9

6.1工序的安排9

6.1.1加工阶段的划分9

6.1.2先粗后精10

6.2工序划分的确定10

6.3热处理工序的安排10

6.4拟定加工工艺路线11

6.5加工路线的确定12

6.6加工设备的选择12

6.7刀具的选择13

7.1加工余量，工序尺寸，及其公差的确定15

7.2工时定额的计算与说明15

5、拉伸5：

画一个φ20的圆，长度为66mm。

如图：

图8—5动力轴拉伸520

7、倒角1：

在φ20的圆上倒角，为C1。

9.设计小结23

10、参考文献24

附件24

附图一：

零件图

附图二：

机械加工工艺过程卡及加工工序卡

附图三：

零件检验卡

1机械制造工艺设计任务书

1.1设计题目：

设计动力轴的机械加工加工工艺规程

1.2设计已知条件

生产纲领：

5000件/年，备品率1.5%，废品率1.5%；

材料：

45钢，毛坯为棒料（热轧或冷轧，单根棒料长度2M、3M、4M，均自选）；

未注形位公差，按K级（GB/T1184-2008）；未注尺寸公差，按IT12（GB/T1800.2-2009）。

1.3设计要求

1、编制《动力轴零件加工工艺设计说明书》（超过3000字），其中附件：

零件图纸（1张）；工艺过程卡（1张）；工序卡和检验卡（共9张）。

2、每组提交1份电子文稿，1份书面文稿，其中图、卡有小组每个成员的签字，以备答辩。

3、参考书目：

《机械制造技术》、《机械制造技术课程设计》、《机械制造工艺设计简明手册》、《机械设计手册（第一分册）》、《金属机械加工工艺人员手册》。

1.4限制条件

45碳钢热轧棒料，单根长度3米，

结构尺寸限制条件：

项目

第2组

Φ20k6

M24×1.5

Φ25g6

2、计算生产纲领，确定生产类型

　　零件生产纲领可按下式计算。

　　N=Qn（1+α％）（1+β％）

式中：

N----零件的生产纲领（件/台）；

Q----产品的年产量（台/件）；

n----每台产品中，该零件的数量（件/台）；

α％----零件的备品率；

β％----零件的平均废品率；

每个厂零件的备品率和平均废品率都不一样，本次作业设定Q=5152件，零件的备品率和平均废品率就选1.5％

　　N=Qn（1+α％）（1+β％）

　　=5000X1（1+0.015）（1+0.015）

　　=5152（个）

生产纲领和生产类型的关系表

1—1

生产类型

零件的年生产纲领（件/年）

重型零件（30kg以上）

中型零件（4-30kg）

轻型零件（4kg以下）

单件生产

小批生产

中批生产

大批生产

大量生产

5-100

100-300

300-1000

>1000

<10

10-200

200-500

500-5000

>5000

<100

100-500

500-5000

5000-50000

>50000

经查表生产类型是大批生产

3、零件分析

3.1零件的作用

题目所给的零件为动力轴，其主要作用，一是传递转矩，二是工作过程中经常承受载荷；三是支撑传动零部件。

3.2零件的材料及其力学性能

零件的材料为45钢，是最常用中碳调质钢，综合力学性能良好，淬透性低，水淬时易生裂纹。

小型件宜采用调质处理，大型件宜采用正火处理。

其价格较便宜，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，局部淬火后再回火，表面硬度可达52HRC-45HRC.

3.3零件的结构工艺分析

零件材料：

45钢。

切削加工性良好，无特殊加工问题，故加工中不需要采用特殊工艺措施。

刀具选择范围较大，高速钢或YT类硬质合金均能胜任。

刀具几何参数可根据不同刀具类型通过相关表格查取。

零件组成表面：

两端面，外圆及其台阶面，一端三角螺纹，键槽，倒角与倒圆。

主要表面分析：

φ25外圆表面用于支承传动件，为零件的配合面及工作面。

主要技术条件：

φ25外圆精度要求：

IT7粗糙度要求Ra1.6

。

它是零件上主要的基准，螺纹端与轴端应与之保持基本的同轴关系，键槽亦与之对称。

零件的总体特点：

长径比达9.68，为较典型的细长轴。

4、毛坯的分析

　　毛坯的选择和拟定毛坯图是制定工艺规程的最初阶段工作之一，也是一个比较重要的阶段，毛坯的形状和特征（硬度，精度，金相组织等）对机械加工的难易，工序数量的多少有直接影响，因此，合理选择毛坯在生产占相当重要的位置，同样毛坯的加工余量的确定也是一个非常重要的问题。

4.1毛坯的选择

　　毛坯种类的选择决定与零件的实际作用，材料、形状、生产性质以及在生产中获得可能性，毛坯的制造方法主要有以下几种：

1、型材2、锻造3、铸造4、焊接5、其他毛坯。

根据零件的材料，推荐用型材或锻件，但从经济方面着想，如用型材中的棒料，加工余量太大，这样不仅浪费材料，而且还增加机床，刀具及能源等消耗，而锻件具有较高的抗拉抗弯和抗扭强度，冲击韧性常用于大载荷或冲击载荷下的工作零件。

本零件生产批量为中批量，所以综上所叙选择棒料。

按照零件特点，可选棒料。

根据标准，比较接近并能满足加工要求，可选φ28mm，246mm。

4.2毛坯图的设计

　　毛坯图是根据产品零件设计的，经查《机械加工工艺手册》《金属机械加工工艺人员手册》知精车-半精车-粗车各余量,从而可得毛坯余量<或查表得到>

5、工艺路线拟定

5.1定位基准的选择

基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。

基面的选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。

否则，加工工艺过程中会问题百出，甚至还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。

（1）粗基准的选择

　　底面A是零件的主要设计基准，也比较适合作零件上众多表面加工的定位基准。

（2）精基准的选择

　　根据基准重合和互为基准原则，选用设计基准作为精基准,当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算。

设定底面为静基准。

工件在加工第一道或最初几道工序时，一般选毛坯上未加工的表面作为定位基准，这个是粗基准，该零件选用φ28外圆柱面作为粗基准来加工。

φ25外圆零件上主要的基准，螺纹端与轴端应与之保持基本的同轴关系，键槽亦与之对称。

根据基准统一原则，加工阶梯轴时，通常以两中心孔为定位基准，这样，在同一定位基准下加工的各档外圆表面及端面容易保证较高的位置精度，如圆跳动、同轴度、垂直度等。

采用同一定位基准，还可以使各工序的夹具结构简单化，便于设计制造。

5.2加工方法的确定

在市场经济的前提下，一切都是为能创造出更多的财富和提高劳动率为目的，同样的加工方法的选择一般考虑的是在保证工件加工要求的前提下，译稿工件的加工效率和经济性，而在具体的选择上，一般根据机械加工资料和工人的经验来确定。

由于方法的多种多样，工人在选择时一般结合具体的工件和现场的加工条件来确定最佳的加工方案。

同样在该零件的加工方法的选择中，我们考虑了工件的具体情况和我们学校的具体加工条件，一般我们按加工顺序来阐述加工方案：

加工表面

表面粗糙度

公差/精度等级

加工方法

加工尺寸

φ25外圆柱面

Ra0.8

IT6

粗车-半精车-磨削

φ28-φ27-φ25.6-φ25

φ20外圆柱面

Ra0.8

IT6

粗车-半精车-磨削

φ28-φ21.8-φ20.6-φ20

M20螺纹

Ra6.3

IT12

粗车-半精车

φ28-φ21.8-φ20.6-φ20

　　左右端面

Ra6.3

IT12

粗车-半精车

键槽

侧面Ra3.2底面6.3

粗铣

倒角

Ra3.2

IT6

粗车-半精车

退刀槽

Ra3.2

IT6

粗车

去毛刺

Ra6.3

IT12

锉

6、加工顺序的安排

6.1工序的安排

6.1.1加工阶段的划分

当零件的加工质量要求较高时,往往不可能用一道工序来满足要求,而要用几道工序逐步达到所要求的加工质量和合理地使用设备、人力,零件的加工过程通常按工序性质不同,可以分为粗加工,半精加工,精加工三个阶段。

1加工阶段：

其任务是切除毛坯上大部分余量，使毛坯在形状和尺寸上接近零件成品，因此，主要目标是提高生产率，去除内孔，端面以及外圆表面的大部分余量，并为后续工序提供精基准，如加工M20、φ25、φ20外圆柱表面。

②半精加工阶段：

其任务是使主要表面达到一定的精加工余量，为主要表面的精加工做好准备，如M20、φ25、φ20外圆柱面等。

③精加工阶段：

其任务就是保证各主要表面达到规定的尺寸精度，留一定的精加工余量，为主要表面的精加工做好准备，并可完成一些次要表面的加工。

如精度和表面粗糙度要求，主要目标是全面保证加工质量。

6.1.2先粗后精

　　即要先安排粗加工工序，再安排精加工工序，粗车将在较短时间内将工件表面上的大部分余量切掉，一方面提高金属切削效率，另一方面满足磨削的余量均匀性要求，若粗车后留余量的均匀性满足不了磨削加工的要求时，则要安排半精车，以此为磨削做准备。

6.2工序划分的确定

　　工序集中与工序分散：

工序集中是指将工件的加工集中在少数几道工序内完成每道工序加工内容较多，工序集中使总工序数减少，这样就减少了安装次数，可以使装夹时间减少，减少夹具数目，并且利用采用高生产率的机床。

工序分散是将工件的加工分散在较多的工序中进行，每道工序的内容很少，最少时每道工序只包括一简单工步，工序分散可使每个工序使用的设备，刀具等比较简单，机床调整工作简化，对操作工人的技术水平也要求低些。

综上所述：

考虑到工件是中批量生产的情况，采用工序分散

辅助工序的安排：

辅助工序一般包括去毛刺及锐边，倒角，检验等。

6.3热处理工序的安排

热处理的目的是提高材料力学性能，消除残余应力和改善金属的加工性能，热处理主要分预备热处理，最终热处理和内应力处理等，本零件动力轴材料为45钢，在加工过程中，由于留有较大余量，所以不需要预备热消除零件的内应力，在毛坯锻造之后。

粗车之后半精车之前，按规范在840℃温度中保持30分钟释放应力。

6.4拟定加工工艺路线

根据以上各个零部件的分析以及加工工艺确定的基本原则，可以初步确定加工工艺路线：

下料—粗车—热处理—半精车—磨削—铣削—钳工—终检—表面处理。

具体方案如下：

工序号

工序名称

工序内容

下料

切φ28棒料，长246mm

粗车

粗车端面见光，打B型中心孔

粗车

夹住一端，粗车φ25外圆，长度170，留半精车及磨削余量直径方向2，至φ27

粗车

粗车φ20外径，长度达图，留直径方向余量1.8，至φ21.8，

并车其台阶面，台阶面留余量0.8

粗车

调头加工，粗车断面，打B型中心孔,粗车φ25外圆长度达图

粗车

粗车φ20外圆，长度达图，留半精车及磨削余量1.8，至φ21.8

热处理

调质230~260HB

半精车

半精车φ20外圆、台阶面及φ25外圆，留磨余量0.6，分别为φ20.6、φ25.6，倒角达图

半精车

切退刀槽4x1.2

半精车

掉头加工，半精车M20外圆，至φ20.0，在长度为36的地方切螺纹退刀槽4x1.2

半精车

车M20螺纹，倒角达图

铣

画线;键槽位置，铣键槽

磨

研磨中心孔，磨φ20外圆，φ25外圆，φ20外圆，及台阶面，长度达图

钳

去毛刺及锐边倒钝

检验

成品检验

表面处理

发兰

6.5加工路线的确定

　　确定刀具走刀路线主要是提高生产效率，正确的加工工艺程序，在确定走刀路线时主要考虑以下几个方面：

1、应能保证零件的加工精度和表面粗糙度

2、应使走刀路线最短，减少刀具空行程时间，提高加工效率

3、应使数值计算简单，程序段数量少，以减少编程工作量

6.6加工设备的选择

①、工序10、20采用CA6140普通车床，车床的参数如下：

型号TYPECA6140，中心距750mm1000mm1500mm，床身上下最大回转直径φ400mm，马鞍内最大工作回转路径φ550mm，横拖板上最大回转直径φ214mm，主轴孔径φ52mm，主轴内锥孔MT6#，主轴速度级数16级，主轴速度范围20-1800r.p.m，公制螺纹（30种）0.45-20mm（30种），英制螺纹（30种）40-0.875t.p.i（30种），模数螺纹0.125-5mm，径节螺纹160-4D.P，横拖板行程239mm小刀架行程150mm，尾坐套孔锥度MT5#，套筒行程120mm，主电机功率4/5.5KW，外形尺寸2350×1020×1250mm

②、工序60采用X5020AXQ5020A，铣床的参数如下：

型号X5020AXQ5020A；工作台面尺寸：

宽（mm）200～250，长（mm）900；工作台最大承重（Kg）：

150；工作台后边至垂直导轨面距离（mm）：

75～265；50～240；工作台最大行程：

纵向500mm、横向190mm、垂向360mm。

工作台进给量级数：

无级；工作台进给速度范围：

纵向（mm/min）：

12～800；横向（mm/min）：

8～565；垂向（mm/min）：

4～268；工作台T型槽数:

槽数3、宽度14、槽距50。

主轴端规格（7：

24）：

No。

40；主轴转速级数：

12；主轴转速范围（r/min）：

40～1800；主轴轴向移动距离（mm）：

；主轴端面至工作台面距离（mm）：

40～400；主轴轴线至垂直导轨距离（mm）：

280；立铣头最大回转角：

正负45°；主电机功率：

3KW。

电动机总功率：

3.79KW；机床外形尺寸长875mm宽870mm高1633mm；

③、工序50采用M114W，磨床的参数如下：

型号M114W，磨削工件直径4～140mm，磨削工件最大长度180；350mm，工件最大重量8；10Kg，中心高80mm.头架顶尖莫氏锥度：

4号；头架主轴转速（r/min）：

200、300、400、510、600、1020；头架回转角度：

90°；砂轮架回转角度：

180°；砂轮尺寸（mm）（外径×宽度×内径）：

（160～250）×20×75；砂轮主轴转速（r/min）：

2667、3340；工作台最大移动量（mm）：

300；400；工作台移动速度（mm/min）200～6000（无级），工作台最大回转角度：

顺时针7°，逆时针5°。

顶尖孔莫氏锥度：

2号；顶尖套移动量（mm）：

15；砂轮轴电动机功率（KW）1.5；头架电动机功率（KW）：

0.6。

6.7刀具的选择

　由于刀具材料的切削性能直接影响着生产率，工件的加工精度，已加工表面质量，刀具的磨损和加工成本，所以正确的选择刀具材料是数控加工工艺的一个重要部分，刀具应具有高刚度，足够的强度和韧度，高耐磨性，良好的导热性，良好的工艺性和经济性，抗粘接性，化学稳定性。

由于零件CA6140车床输出轴材料为45钢，推荐用硬质合金中的YT15类刀具，因为加工该类零件时摩擦严重,切削温度高,而YT类硬质合金具有较高的硬度和耐磨性,尤其具有高的耐热性,在高速切削钢料时刀具磨损小寿命长,所以加工45钢这种材料时采用硬质合金的刀具。

①、端面：

端面车刀：

45°可转位车刀：

T01

②、粗车外圆柱面：

刀具号为T02，90°偏刀，圆弧半径为1，刀片型号为TNMM160408ER，刀具型号为PTGNR2020-16

③、半精车外圆柱面：

刀具号为T03，75°可转位车刀，圆弧半径为1，刀片型号同上，刀具型号同上

④、切槽刀，刀具号T04

⑤、螺纹T05

⑥、磨削砂轮

⑦、粗铣键槽刀具号为T06，精铣键槽刀具号为T06，

综上可做一刀具表如下：

加工表面

刀具号

刀具名称

刀具参数

刀片型号

刀具型号

车端面

T01

粗车外圆柱面

T02

90°偏刀

90°

r=1

TNMM160408ER

PTGNR2020-16

半精车外圆柱面

T03

90°偏刀

75°

r=1

TNMM160408ER

PTGNR2020-16

切槽刀

T04

4mm切槽刀

螺纹车刀

T05

螺纹车刀

磨削

砂轮

粗铣

T06

铣刀

φ7.6

7、工艺设计

7.1加工余量，工序尺寸，及其公差的确定

根据各资料及制定的零件加工工艺路线，采用计算与查表相结合的方法确定各工序加工余量，中间工序公差按经济精度选定，上下偏差按入体原则标注，确定各加工表面的机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸如下：

加工表面

表面粗糙度

公差/精度等级

加工方法

加工尺寸

φ25外圆柱面

Ra0.8

IT6

粗车-半精车-磨削

φ28-φ27-φ25.6-φ25

φ20外圆柱面

Ra0.8

IT6

粗车-半精车-磨削

φ28-φ21.8-φ20.6-φ20

　　左右端面

Ra6.3

IT12

粗车-半精车

键槽

侧面Ra3.2底面6.3

IT12

粗铣

倒角

Ra3.2

IT6

粗车-半精车

退刀槽

Ra3.2

IT6

粗车

去毛刺

Ra6.3

IT12

锉

7.2工时定额的计算与说明

综合各因素得出的工时定额：

下料：

2m的工件，可以下8根料，算得每件所需工时为：

0.1607小时/件；总的需要工时为：

803.5h

下料总的工时：

803.5h

粗车：

粗车断面见光,打B型中心孔需要0.016h/件，总共80h；粗车φ25外圆，留直径方向余量1.0需要0.25h/件，总共1250h；粗车M20外径及其台阶面，留直径方向余量1.0需要0.02h/件，总共100h；

粗车总的工时为：

80+1250+100=1430h

半精车：

半精车φ25外圆，留磨削余量：

直径方向0.6。

倒角达图：

0.0253h/件；切退刀槽4.5x1.2.需要066h/件，总共330h；半精车M20外径及其台阶，车M20螺纹，倒角达图需要0.014h/件，总共70h；半精车φ20外圆、台阶面及φ25外圆，留磨余量0.6。

倒角达图需要0.042h/件，总共210h

半精车总的工时为：

330+70+210=610h

钳工：

去毛刺及锐边需要0.017h/件，总共83.3h

钳工总的工时为：

83.3h

表面处理：

发兰需要1h/件，总共1666.7h

6.2经济技术指标的计算与说明

由于2m长的毛坯的利用率比3m、4m长的毛坯利用率高，所以选择2m长的毛坯。

公差取经济公差。

2000-（245+3）×8=16

冷轧棒料总价格为：

3.14×30×30/4×2000×7.85/1000000×644×3=21429.84元

下料：

5×827.926=4139.63元

粗车：

10×867.9435=8679.435元

半精车：

10×658.529=6585.29元

钳工：

10×170.02=1700.2元

表面处理：

0.5×5152=2576元

磨：

30×850.08=25502.4元

热处理：

5×5152=25764元

总价格：

96376.795元

每件价格：

96376.795/5000=19.276元

8、三维造型设计过程

1,、拉伸1：

画一个φ20的圆，长度为32mm。

如图：

图8—1动力轴拉伸1

图8—1动力轴拉伸

2、拉伸2：

画一个φ17.6的圆，长度为4mm。

如图：

图8—2动力轴拉伸2

3、拉伸3：

画一个φ25的圆，长度为132mm。

如图：

图8—3动力轴拉伸3

4、拉伸4：

画一个φ17.6的圆，长度为4mm。

如图：

图8—4动力轴拉伸4

5、拉伸5：

画一个φ20的圆，长度为66mm。

如图：

图8—5动力轴拉伸5

6、拉伸6：

在φ25的圆上做一个平面，在平面上画出宽8mm长40mm的键槽，去除材料，深4mm。

如图：

图8—6动力轴拉伸6

7、倒角1：

在φ20的圆上倒角，为C1。

在φ25的圆上倒角，为C1。

在φ20的圆上倒角，为C1。

如图：

图8—7动力轴倒角1

8、中心孔：

在φ20的圆上画中心孔，如图：

8-8动力轴中心孔1

9、螺纹线：

在φ20的圆上画螺纹线，如图：

8-9动力轴螺纹线1

9.设计小结

机械制造工艺学课程设计是在我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业之后进行的。

这是我们进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的链接，也是一次理论联系实际训练。

因此，它在我们的大学学习生活中占有十分重要的地位。

就我个人而言，我希望能通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后参加祖国的现代化建设打下一个良好的基础。

我也相信通过课程设计能将零碎的知识点都联系起来，系统而全面的做好设计。

由于能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请蔡老师给予指教。

10、参考文献

[1]王先逵.机械制造工艺学（第二版）[M].北京：

机械工业出版社，2007

[2]李益民.机械制造工艺设计简明手册[M].北京：

机械工业出版社，1998

[3]李晓沛.简明公差标注应用手册[M].上海：

上海科技技术出版社，2005

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