课程设计传动轴机械加工工艺说明书.docx
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课程设计传动轴机械加工工艺说明书
机械制造基础课程设计
传动轴机械加工工艺规程设计
说明书
摘要
所谓机械加工工艺规程，是指规定产品或零部件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件。
生产规模的大小、工艺水平的高低以及解决各种工艺问题的方法和手段都要通过机械加工工艺规程来体现。
因此，机械加工工艺规程的设计是一项十分重要而又非常严肃的工作。
制订机械加工工艺规程的原则是：
在一定的生产条件下，在保证持量和生产进度的前提下，能获得最好的经济效益。
制订工艺规程时，应注意以下三方面的问题：
1、技术上的先进性
2、经济上的合理性
3、有良的劳动条件，避免环境污染
机械制造课程设计的目的
通过机械制造技术基础课程设计使我们在学习机械制造技术基础和进行了
校内的生产实习之后获得综合运用过去所学过的全部课程进行工艺及结构设计的基本能力。
同时，课程设计也是为了毕业设计进行一次综合训练和准备。
机械制造技术基础的课程设计可以使我们在下述三方面得到锻炼：
1.能把机械制造技术基础课程中的基本理论和在校内生产实习中学
到的实践知识有机的相结合，从而解决零件在加工中的定位、夹紧以及工艺路线安排、工艺尺寸确定等问题，从而确保零件的加工质量。
2.提高我们的机械结构设计能力。
通过针对某一典型零件的夹具（或量
具）的设计，从而使我们能够通过所给出的被加工零件的加工要求，设计出高效率、低成本、装夹简单、省力、省时而能保证加工质量的夹具的能力。
3.锻炼我们使用手册及图表资料的能力。
能够熟练地依据给定的任务而
查找相关的资料、手册及图表并掌握其中的设计信息用于设计参数的确定。
目录
一.传动轴的工艺分析及生产类型的确定............................
1传动轴的用途分析..........................................
2零件各部分的技术...........................................
3审查传动轴的工艺性.........................................
4确定传动轴的生产类型.......................................
二确定毛坯、绘制毛坯简图......................................
1毛胚的选择................................................
2确定毛胚的尺寸公差及机械加工余量..........................
3绘制传动轴锻造毛坯简图
三拟定传动轴的工艺加工路线过程................................
1定位基准的选择............................................
2零件表面加工方法的选择....................................
3加工阶段的划分............................................
4工序的集中与分散..........................................
5加工顺序的安排............................................
6零件的工艺路线的确定......................................
四.机床设备及工艺装备的选用....................................
1机床设备的选用...........................................
2工艺装备的选用...........................................
五．加工余量、工序尺寸和公差的确定.............................
六．确定切削用量...............................................
1背吃刀量的确定............................................
2进给速度的确定............................................
3切削速度的确定............................................
七时间定额的计算..............................................
1基本时间的计算............................................
2辅助时间的计算............................................
3其他时间的计算............................................
4单件时间的计算............................................
八填写工艺过程卡和主要工序的工序卡...........................
九设计体会....................................................
十参考文献....................................................
十一附录
一、传动轴的工艺分析及生产类型的确定
1.传动轴的用途分析
传动轴在各种机械或传动系统中广泛使用，用来传递动力。
在传力过程中主要承受交变扭转负荷或有冲击，因此该零件应具有足够的强度、刚度和韧性，以适应其工作条件。
该零件的主要工作表面为E、M、F、N四个阶梯轴的外圆表面，它们的精度和表面粗糙度要求很高，在设计工艺规程时应重点予以保证。
2.传动轴的技术要求
表1传动轴零件技术要求表
加工表面
尺寸及偏差/mm
公差/mm及精度等级
表面粗糙度/μm
形位公差/mm
传动轴两端面
215
无
无
无
M轴肩左端面
32
无
无
无
N轴肩右端面
20
无
无
无
F轴肩右端面
58
无
无
无
P面
65
无
Ra0.8
无
Q面
104
无
Ra0.8
无
G轴外圆面
φ40
无
无
无
F轴外圆面左部（有配合要求）
φ30±0.0065
IT6
Ra0.8
无
F轴外圆面右部（无配合要求）
-0.02
φ30-0.072
IT9
Ra0.8
无
N轴外圆面
0
φ30-0.013
IT6
Ra0.8
无
M轴外圆面
φ35±0.008
IT6
Ra0.8
E轴外圆面
φ30±0.0065
IT6
Ra0.8
无
M轴外圆面上键槽侧面
-0.015
φ30-0.085
IT10
Ra3.2
无
N轴外圆面上键槽侧面
-0.015
φ30-0.065
IT9
Ra3.2
无
该传动轴零件形状为较简单的阶梯轴，结构简单。
为实现轴的准确传递动力和轴与轴之间的精密配合，要求很高的精度等级和表面粗糙度。
为了在传力过程中承受交变扭转负荷和冲击，传动轴需要有良好的力学综合性能，一般要对其进行调质处理，材料可为45号钢，就可以达到它的使用要求。
由于传动轴配合的表面较多，为了保证各表面间的精密配合，需严格保证中心轴线的形位误差，所以要对重要表面或端面提出形位误差的要求，在加工时严格保证。
如：
传动轴的两个重要端面提出了相对中心轴线的端面圆跳动，保证垂直度在0.02以内，此外还保证了M、N两个重要轴的中心线相对中心轴线的同轴度误差在0.02以内。
综上所述，该传动轴的各项技术要求制订的较合理，符合该零件在实际中的功用。
3.审查传动轴的工艺性
分析零件图可知，传动轴两端面和各阶梯轴端面均要求切削加工，并在轴向方向上均高于相邻表面，这样既减少了加工面积，又提高了接触刚度；为了加工阶梯轴，需在加工前切出退刀槽，以方便在加工外圆表面时退刀，避免刮伤加工好的端面；在加工各重要外圆表面时，可以两端定位，通过粗车、半精车、粗磨、精磨来达到技术要求，加工起来比较方便；键槽加工也可以在车床上用铣刀铣出来，螺纹也可以方便的车出来。
总体上，主要工作表面虽然加工精度和表面粗糙度要求相对较高，但也可以在正常的生产条件下，采用较经济的方法保质保量地加工出来。
由此可见，该零件的工艺性较好。
4.确定传动轴的生产类型
依设计题目知：
Q=200台/年，m=1件/台；结合生产实际，备品率a%和废品率b%分别取3%和0.5%。
代入公式：
N=Qm（1+a%）（1+b%）
得：
N=200X（1+3%）X（1+0.5%）
=207件/年
该传动轴的重量约为1.31千克，查表可得，传动轴属轻型零件，生产类型为单件小批量生产。
表2不同机械产品的零件质量型别表
机械产品类别
加工零件的质量/kg
轻型零件
中型零件
重型零件
电子工业机械
<4
4～30
>30
机床
<15
15～50
>50
重型机械
<100
100～2000
>2000
表3各种生产类型的规范
生产类型
零件的年生产纲领/（台/年或件/年）
轻型机械
中型机械
重型机械
单件生产
≤100
≤20
≤5
小批生产
100～500
20～200
5～100
中批生产
500～5000
200～500
100～300
大批生产
5000～50000
500～5000
300～1000
大量生产
>500000
>5000
>1000
二、确定毛坯、绘制毛坯简图
1.选择毛坯
由于该传动轴在工作过程中要承受交变负荷和冲击，为增强其强度和冲击韧度，获得纤维组织，毛坯选用锻件。
由于生产类型为单件小批量生产，且轮廓尺寸较大，宜采用自由锻的方法来制造毛坯。
2.确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量
1）公差等级
由传动轴的功用和技术要求，确定该零件的公差等级为普通级。
2）锻件重量
已知机械加工后传动轴的重量为1.31千克，由此可初步估计机械加工前锻件毛坯的重量为2.5千克。
3）锻件形状复杂系数
S=
/
=2.5x4/（3.14x47x47x222x7.8）=0.83
由于0.83介于0.63和1之间，故该传动轴的形状复杂系数属S1级
4）锻件材质系数
由于该传动轴材料为45号钢，是碳的质量分数小于0.65%的碳素钢，帮该传动轴的材质系数属M1级。
5）锻件分模线形状
穿过中心轴线的平面即为分模面，属平直分模线。
6）零件表面粗糙度
由零件图可知，该传动轴E轴的表面粗糙度Ra=0.3，两键槽侧面Ra=3.2，其余均为0.8
根据上述分析，可查表确定该锻件的尺寸公差和机械加工余量，所得结果如下表所示：
表4
锻件重量/kg
包容体重量/kg
形状复杂系数
材质系数
公差等级
2.5
3
S1
M1
普通级
表5
项目/mm
机械加工余量余量/mm
锻件尺寸
两端面215
7
229
E轴外圆面φ30h6
7±2（取7）
φ37
M轴外圆面φ35h6
7±2（取7）
φ42
N轴外圆面φ25h6
7±2（取7）
φ32
G轴外圆面φ40
7±2（取6.7）
φ46.7
φ20螺纹加工轴
7±2（取6.7）
φ26.7
F轴φ30h7
7±2（取7）
φ37
三、确定传动轴工艺路线
1.定位基准的选择
定位基准有粗基准和精基准之分，通常先确定精基准，然后再确定粗基准
1）精基准的选择
根据传动轴零件图的设计图纸和精基准的选择原则要求定位基准与设计基准相重合，这里选择传动轴的两端面中心孔作为定位基准，可以很方便的加工各轴肩端面和各外圆表面，而且能保证加工轴肩面P、Q相对于中心轴线的圆跳动误差，保证加工M、N轴线相对于中心轴线的同轴度误差。
只有在加工键槽时需改变定位基准，根据设计要求选择P面和F轴肩右端面作为定位基准加工键槽。
总之，该传动轴零件结构简单，定位、装夹方便，有利于保证各项技术要求。
2）粗基准的选择
一般先选择外圆表面作为粗基准，先加工出一个端面和端面的中心孔，然后再以加工出的端面定位加工另一个端面和其中心孔，而不是用外圆表面定位把两个端面同时加工出来，这样加工可以保证两端面中心线的同轴度，并为后续的精加工做好准备。
2.表面加工方法的确定
根据传动轴零件上各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，确定加工件各表面的加工方法如下表：
表6轴零件各表面加工方案
加工表面
尺寸精度等级
表面粗糙度Ra（um）
加工方法
传动轴两端面、M轴肩左端面和F、N轴肩右端面
无
无
粗车
P、Q面
无
0.8
粗车-半精车-磨削
E外圆表面
IT6
0.3
粗车-半精车-磨削
M外圆表面
IT6
0.8
粗车-半精车-磨削
F外圆表面左部（有配合要求）
IT6
0.8
粗车-半精车-磨削
F外圆表面右部（无配合要求）
IT9
0.8
粗车-半精车-磨削
N外圆表面
IT6
0.8
粗车-半精车-磨削
M面上键槽侧面
IT10
3.2
粗铣-半精铣
N面上键槽侧面
IT9
3.2
粗铣-半精铣
说明：
磨削在加工过程中包括粗、精磨。
3.加工阶段的划分
该轴为多阶梯轴,为了使毛胚生产率高，将毛胚大大的简化了，但是这使得毛胚机械加工余量较大，需要切除大量金属，产生大量的切削热，而且引起残余应力重新分布而变形,因此,安排工序时,应将加工过程分为以下阶段：
粗加工阶段
粗加工阶段主要是去除各加工表面的余量，并作出精基准。
它包括粗车外圆、钻中心孔。
a.粗车两端面,钻中心孔为精基面作好准备,使后续工序定位精准,从而保证其他加工表面的形状和位置要求.
b.粗车阶梯轴外圆,将零件加工出Φ30,Φ35，Φ40,Φ25和Φ20的轴外圆使此时坯件的形状接近工件的最终形状和尺寸,只留下适当的加工余量.
c.切出退刀槽
半精加工阶段
半精加工阶段的任务是减小粗加工留下的误差，使加工面达到一定得精的，为精加工做好准备。
它包括主轴各处外圆、台肩的半精车和修研中心孔等。
精加工阶段
精加工阶段的任务是确保达到图纸规定的精度要求和表面粗糙度要求。
它包括对表面粗糙度要求较高的外圆面M、N和F面左部的磨削加工、对外圆面F右部和轴肩端面P、Q的精车加工和对E外圆面的粗精磨，然后粗铣、半精铣键槽。
4.工序的集中与分散
该轴的生产类型为小批生产，零件的结构复杂程度一般，但有较高的技术质量要求，可选用工序集中原则安排轴的加工工序。
采用通用机床和部分高生产率专用设备，配用专用夹具，与部分划线法达到精度以减少工序数量，缩短工艺路线，减少工件的搬动次数，提高生产效率；采用工序集中原则，使生产计划、生产组织工作得以简化，工作装夹次数减少，辅助时间缩短，而且易于保证各加工表面之间的相互位置精度要求。
5.加工顺序的安排
.该轴要求热处理
为改善工件材料的切削性能，在粗加工后应进行调质热处理。
.辅助工序
在热处理之后，安排主轴校直；在半精加工之后，安排去毛刺，中检；在精加工后，安排去毛刺，清洗和终检工序
.机械加工工序
1.按“先基准面后其他”的原则，首先加工传动轴两端面和钻中心孔，再车外圆表面。
2.遵循“先面后孔”的原则，先加工端面，再加工键槽，车螺纹。
3.按“先主后次”的顺序，先加工主要表面：
车外圆各个表面，后加工次要表面：
铣键槽。
4.按“先粗后精”的顺序，先加工精度要求较高的各主要表面，后安排精加工。
综上所述，该传动轴工序的安排顺序为：
基准加工—各端面和主要表面粗加工—热处理—主要表面半精加工—辅助工序—主要表面磨加工和次要表面加工—主要表面精磨加工
6.零件的工艺路线的确定
跟据上面加工工艺过程的分析，确定工艺路线，如表7：
工序号
工序名称
工序内容
车床设备
刀具
量具
1
锻造
锻造毛坯
2
热处理
正火处理
3
粗车、钻孔
粗车传动轴两端面并在两端面钻中心孔
CA6140
90°刀、钻头
游标卡尺
4
粗车
各轴肩端面及传动轴各外圆表面
CA6140
75°刀
游标卡尺
5
热处理
调质处理220—240HBS
6
研修
研修中心孔
钳工台
麻花钻
游标卡尺
7
半精车
对E、M、F、N轴外圆面及P、Q轴肩面半精加工
CA6140
75°刀
游标卡尺、外圆千分尺
止规
8
车退刀槽
在各端面处车出后续加工表面的退刀槽
CA6140
切槽刀
游标卡尺
9
车螺纹、倒角
对φ20轴车螺纹，及除P、Q端面外各外圆端面处倒角
CA6140
螺纹车刀、45度刀
游标卡尺
10
磨削
对M、F、N、E外圆表面和P、Q轴肩面磨削加工至尺寸
MD1420
砂轮
游标卡尺、外圆千分尺
11
铣键槽
在M、N面上铣键槽至规定要求
X5032
键槽铣刀
卡规深度游标卡尺
12
去毛刺
钳工台
平锉
13
清洗
清洗机
14
终检
游标卡尺卡规,塞规
四、机床设备及工艺装备的选用
由于该轴生产类型为小批生产，且采取的工序集中，加设设备以通用机床为主，生产方式为通用机床加辅助夹具为主。
工件在各机床上的装卸及及各机床的传送均由人工完成。
1.机床设备的选用
根据该轴的尺寸大小要求，选用卧式车床CA6140,万能外圆磨床MD1420，立式升降台铣床X5032，具体情况如上表所示。
2.工艺装备的选用
工艺装备主要包括刀具、夹具和量具。
工艺装备采用通用夹具，通用刀具和通用量具。
（1）刀具的选择：
a粗车时：
合理前角参考值为15—18。
，合理后角参考值为6—8。
，工艺系统刚性较好时主偏角Kr=75。
，副偏角Kr’=5—10。
。
45钢正火，可以选用YT5的刀具，前角选为16。
，后角为5—8。
，主偏角75。
，刃倾角为0。
，副偏角Kr’=5。
，刀尖半径为1mm。
b半精车、精车时：
合理前角参考值为13—18。
，合理后角参考值为8~10。
，工艺系统刚性较好时主偏角Kr=75。
，副偏角Kr’=0—5。
。
45钢调质，可以选用YT15的刀具，前角选为18。
，后角为5—8。
，主偏角75。
，刃倾角为0。
，副偏角Kr’=5。
，刀尖半径为1mm。
c选用车刀时，车端面选用45。
端面车刀；车外圆阶梯时，选用90。
车刀；在粗车外圆时，选用75。
偏刀。
车外圆时，使用靠模板车。
钻深孔时，选用莫氏锥柄麻花钻；车螺纹时，使用高速钢螺纹车刀。
铣键槽使用圆柱键槽铣刀加工。
（2）夹具的选择：
加工该零件不需要使用专用夹具，采用通用夹具，如：
三爪卡盘及顶尖
（3）量具的选择：
游标卡尺（精度为0.02），千分尺。
五、加工余量、工序尺寸和公差的确定
1.G轴外圆面φ40的确定如表8：
工序名称
工序余量/mm
加工经济精度/mm
表面粗糙度Ra/um
工序基本尺寸/mm
半精车
2
IT9
3.2
40
粗车
4.7
IT11
12.5
42
锻造
±2
46.7
2.E轴外圆面φ30h6的确定如表9：
工序名称
工序余量/mm
加工经济精度/mm
表面粗糙度Ra/um
工序基本尺寸/mm
尺寸、公差/mm
磨削
0.3
IT6
0.3
30
±0.0065
半精车
2
IT9
3.2
30.3
0
－0.052
粗车
4.7
IT11
12.5
32.3
0
－0.13
锻造
±2
37
3.M轴外圆面φ35h7的确定如表10：
工序名称
工序余量/mm
加工经济精度/mm
表面粗糙度Ra/um
工序基本尺寸/mm
尺寸、公差/mm
磨削
0.3
IT6
0．8
35
±0.008
半精车
2
IT9
3.2
35.3
0
－0.062
粗车
4.7
IT11
12.5
37.3
0
－0.16
锻造
±2
42
4.F轴右边部分外圆面φ30h7的确定如表11：
工序名称
工序余量/mm
加工经济精度/mm
表面粗糙度Ra/um
工序基本尺寸/mm
尺寸、公差/mm
磨削
0.3
IT6
0．8
30
－0.02
－0.072
半精车
2
IT9
3.2
30.3
0
－0.052
粗车
4.7
IT11
12.5
32.3
0
－0.13
锻造
±2
37
5.F轴左边部分外圆面φ30h7的确定如表12：
工序名称
工序余量/mm
加工经济精度/mm
表面粗糙度Ra/um
工序基本尺寸/mm
尺寸、公差/mm
磨削
0.3
IT6
0．8
30
±0.0065
半精车
2
IT9
3.2
30.3
0
－0.052
粗车
4.7
IT11
12.5
32.3
0
－0.13
锻造
±2
37
6.N轴外圆面φ25h7的确定如表13：
工序名称
工序余量/mm
加工经济精度/mm
表面粗糙度Ra/um
工序基本尺寸/mm
尺寸、公差/mm
磨削
0.3
IT6
0．8
25
0
－0.013
半精车
2
IT9
3.2
25.3
0
－0.052
粗车
4.7
IT11
12.5
27.3
0
－0.13
锻造
±2
32
7.M20x1.5螺纹的加工如表14：
工序名称
工序余量/mm
加工经济精度/mm
表面粗糙度Ra/um
工序基本尺寸/mm
半精车
2
IT9
3.2
40
粗车
4.7
IT11
12.5
42
锻造
±2
46.7
六、切削用量
七、时间定额的计算
1.工序7—半精车传动轴各外圆面切削用量的计算
该工序虽然分了多个工步进行，但每个工步的背吃刀量、进给量和切削速度都相同，因为这些工步都是在一台机床上经一次走刀加工完成的，所以分析一个工步即可。
现以半精车E轴外圆面为例，计算切削用量：
1）背吃刀量的确定半精车E轴外圆面的加工余量为2，由于加工余量为双边余量，故ap=1mm
2）进给量的确定由表查得，可取进给量f=0.4mm/r
3）切削速度的确定根据卧式车床CA6140的切削速度范围，取V=30m/min，可求得：
n=1000V/πd=318.47r/min，根据机床型号查得转速为n=320r/min，则
V=nπd/1000=30.2m/min
由于各工步加工轴的直径不同，算出的转
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