传动轴课程设计说明书DOC.docx
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传动轴课程设计说明书DOC
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
课程名称机械制造基础课程设计指导教师职称
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～2010年12月25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
10张
6
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：
机械制造技术基础
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25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计算零件的生产纲领，确定生产类型
3确定毛坯的种类和制造方法
4确定毛坯的尺寸和公差
5拟定加工路线
6确实各工序的加工余量，计算工序尺寸和公差
7选择各工序的机床设备及刀具、量具等工艺装备
8确定各工序的切削用量
9编制工艺文件
进
度
安
排
起止日期
工作内容
2011年12月19日~2011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20日~2011年12月24日
工艺规程设计以及制作工艺卡
2011年12月25日
整理、排版说明书以及准备答辩
参
考
资
料
1、赵家奇,机械制造工艺学课程设计指导书（2版）,机械工业出版社,2006年.
2、曾志新,吕明主编,机械制造技术基础,:
武汉理工大学出版社,2001年.
3、李益明主编,机械制造工艺设计简明手册,机械工业出版社,1993年.
4、肖诗纲主编,切削用量手册,机械工业出版社,1993年.
5、金属切削机床夹具设计手册.上海柴油机厂工艺设备研究所编,机械工业出版社，1987年.
指导教师（签字）：
年月日
系（教研室）主任（签字）：
年月日
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
目 录
一．机械制造课程设计的目的………………………………1
二．生产纲领的计算与生产类型的确定……………………1
1.生产类型的确定………………………………………………………………1
2.生产纲领的计算………………………………………………………………2
三．传动轴的工艺性分析……………………………………3
1.轴的工作原理…………………………………………………………………3
2.零件图样分析…………………………………………………………………3
3.零件的工艺分析………………………………………………………………4
4．传动轴的表面粗糙度、形状和位置精度要求………………………………
5．审查零件的结构工艺性………………………………………………………
四．选择毛坯、确定毛坯尺寸、设计毛坯图………………5
1．毛坯的选择…………………………………………………………………5
2．确定毛坯的尺寸公差及机械加工余量……………………………………6
五．选择传动轴的加工方法，制定工艺路线………………9
1．定位基准的选择……………………………………………………………9
2．零件表面加工方法的确定…………………………………………………9
3.加工阶段的划分……………………………………………………………10
4.工序的集中与分散…………………………………………………………10
5.加工顺序的安排……………………………………………………………11
6.传动轴工艺路线的确定……………………………………………………12
六．机床设备的选用…………………………………………13
1．机床设备的选用……………………………………………………………13
2．工艺装备的选用……………………………………………………………13
七．工序加工余量的确定，工序尺寸及公差的计算………13
八．确定工序的切削用量……………………………………18
九．课程设计体会……………………………………………20
十．参考文献…………………………………………………21
一．机械制造课程设计的目的
1.加强对课堂知识的理解。
通过课程设计可以使我们更熟悉书本知识，能更加熟练地运用书本知识。
2.培养工程意识。
通过课程设计，综合生产实际，贴近就业岗位，培养学生分析和解决机械制造工程的实际问题，培养工程意识，做到学以致用。
3.训练基本技能。
通过课程设计使学生掌握工艺规程和工艺装备设备设计的方法和步骤，初步具备设计工艺规程和工艺装备的能力，进一步培养学生识图、绘图、计算和编写技术文件的基本技能。
4.培养质量意识。
技术设计是根据产品质量要求而进行的，应在保证质量的前提下，充分考虑生产率和经济性。
通过课程设计，可强化质量意识，使学生学会协调技术性和经济性的矛盾。
5.培养规范意识。
通过课程设计，使学生养成遵守国家标准的习惯，学会使用与设计有关的手册、图册、标准和规范。
二．生产类型的确定与生产纲领的计算
机械加工的工艺规程的详细程度与生产类型有关，不同的生产类型由产品的生产纲领来区别。
1.生产类型的确定
（1）零件的生产类型是指企业生产专业化程度的分类，它对工艺规程的制定具有决定性的影响。
机械制造的生产类型一般分为大量生产、成批生产和单件生产，成批生产分为大批生产、中批生产、和小批生产。
产量越大生产专业化程度越高。
按重型机械、中型机械、和轻型机械的年生产量列出了不同的生产类型的规范如表1
表1各种生产类型的规范
生产类型
零件的年生产纲领/件/年
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
大量生产
＞1000
＞5000
＞50000
（2）生产类型的划分要考虑生产纲领还得考虑产品本身的大小及其结构的复杂性。
2.生产纲领的计算
（1）生产纲领是产品的年生产量。
生产纲领的大小对生产组织和零件加工工艺规程起着很重要的作用，它决定了各工序所需的专业化和自动化的程度以及所选用的工艺方法和工艺装备。
（2）零件的生产纲领的计算方式
N=Qn（1+α%+β%）
结合生产实际：
零件的备品率α%和零件的平均废品率β%分别取4%和6%，产品的年产量Q要求为200件/年，每台产品中该零件的数量为1件/台。
所以综合以上数据代入上式中得：
N=221件
（3）减速箱输出轴的体积估计为
零件的质量估计为m=3.1kg
查表1可得其属于轻型零件，生产类型为小批量生产。
三．传动轴的工艺性分析
1.传动轴的工作原理
轴上的两个齿轮或是带轮均置于箱体外，作用是传递动力，所以材料具有较高的抗弯强度、扭转强度。
2.零件图样分析
（1）该零件轴段的安排是呈阶梯型，中间粗两端细，符合强度外形原则，便于安装和拆卸。
其加工精度要求较高，要有较高的形位公差，表面粗糙度最高达到了1.6µm。
零件的中心轴是设计基准和工艺基准。
（2）φ
mm对公共轴线的圆跳动为0.012mm。
（3）φ29mm的左端面对公共轴线的圆跳动度为0.015mm。
（4）φ
mm×40mm键槽对基准B的对称度为0.012mm。
（5）φ
mm×20mm键槽对基准C的对称度为0.012mm。
（6）零件的材料为45钢。
（7）调质处理，表面硬度为220-250HBS。
（8）φ
mm为轴承配合，所以轴表面的精度，配合要求较高，Ra为1.6µm。
（9）各轴肩处过渡圆角R=1.5mm。
（10）轴端加工出45°倒角，是为了便于装配。
3.零件的工艺分析
（1）零件的毛坯材料为45，是典型的轴用材料，综合机械性能良好。
该材料是优质碳素钢，经调质处理之后具有良好的力学性能和切削加工性能。
经淬火加高温回火后具有良好的综合力学性能，具有较高的强度、较好的韧性和塑性。
（2）该轴式阶梯轴，其结构复杂程度一般。
根据表面粗糙度要求和生产类型，表面加工分为粗加工和精加工。
加工时应把精加工和粗加工分开，这样经多次加工以后逐渐减少零件的变形误差。
（3）此零件的毛坯为模锻件，外形不需要加工。
（4）该轴的加工以车削为主，车削时应保证外圆的同轴度。
（5）在精车前安排了热处理工艺，以提高轴的疲劳强度和保证零件的内应力减少，稳定尺寸、减少零件变形。
并能保证工件变形之后能在半精车时纠正。
（6）同一轴心线上各轴孔的同轴度误差会导致轴承装置时歪斜，影响轴的同轴度和轴承的使用寿命。
所以在车削磨削过程中，要保证其同轴度。
4.传动轴的表面粗糙度、形状和位置精度要求见表2
表2
加工表面
尺寸及偏差（mm）
公差及精度等级
表面粗糙度Ra（µm）
形位公差
主轴左轴面
φ
IT7
3.2
↗
0.025
A
主轴左轴面
φ35
12.5
主轴左轴面
φ
IT6
1.6
↗
0.012
A
0.004
φ45轴面
φ45
12.5
主轴右轴面
φ
IT6
1.6
↗
0.012
A
0.004
主轴右轴面
φ35
12.5
主轴右端面
φ
IT7
3.2
↗
0.025
A
8×7×40键
8×7×40
IT7
6.3
0.012
B
8×7×20键
8×7×20
IT7
6.3
0.012
C
5．审查零件的结构工艺性
（1）结构力求简单、对称，横截面尺寸不应该有突然地变化。
（2）应有合理的模面和圆角半径
（3）45刚具有良好的锻性
四．选择毛坯、确定毛坯尺寸、设计毛坯图
1．毛坯的选择
因为传动轴在工作过程中要承受冲击载荷、扭转力矩,且载荷比较大。
为增强它的抗扭强度和冲击韧度，毛坯应选用优质低碳钢。
因为生产类型属于小批量生产，为了提高生产效率宜采用模锻方法制造毛坯。
2．确定毛坯的尺寸公差及机械加工余量
（1）公差等级
根据零件图各个部分的加工精度要求，锻件的尺寸公差等级为8-12级，加工余量等级为普通级，故取IT=12级。
（2）锻件的质量估算与形状复杂系数S的确定。
锻件的质量为
=3.1kg
形状系数S等于mf/mn其中mf为锻件的质量，mn为相应的锻件外廓包容体质量，
S=3.1/3.9=0.786
根据S值查相关文献可知锻件的形状复杂系数为S1级，即简单级。
（3）零件表面粗糙度
根据零件图可知该轴各加工表面的粗糙度至少为1.6µm。
（4）毛坯加工余量的确定
根据上面估算的锻件的质量、形状复杂系数与零件的长度，查表可得单边余量的范围为1.7～2.2mm。
由于零件为阶梯轴，可以把台阶相差不大的轴的毛坯合成为同一节。
1对轴左端φ
和φ35的外圆端面，为了提高加工效率，可以作为同一台阶。
根据φ
外圆表面粗糙度3.2µm的要求，对其加工方案为粗车——半精车——精车。
由工艺手册查得：
精车的加工余量为1.1，半精车的加工余量为1.5，粗车的加工余量为4.5，所以总加工余量为7.1，取加工余量为10，修正粗车余量为7.4。
精车后工序的基本尺寸为26，其他各工序的基本尺寸为:
精车：
29+1.1=30.1
半精车：
30.1+1.5=31.6
粗车：
31.6+7.4=39
确定各工序的加工经济精度和表面粗糙度：
精车后为IT7，Ra3.2µm，半精车后为IT8，Ra6.3µm，粗车后为IT11，Ra12.5µm。
对ø35的外圆端面，加工方案为粗车。
粗车的加工余量为4.0，其工序尺寸为
粗车：
35+4.0=39
2对轴左端φ
的外圆端面，根据其表面粗糙度为1.6µm，确定其加工方案为：
粗车——半精车——磨削。
查工艺手册得：
磨削的加工余量为0.4,半精车的加工余量为1.5，粗车的加工余量为4.5，总的加工余量为6.4，取总的加工余量为7，将粗车的加工余量修正为5.1。
磨削后工序的基本尺寸为35mm，其它各工序的基本尺寸为：
磨削：
36+0.4=36.4
半精车：
36.4+1.5=37.9
粗车：
37.9+5.1=43
确定各工序的加工经济精度和表面粗糙度：
磨削后为IT6，Ra为1.6µm。
半精车后为IT8,Ra为6.3µm，粗车后为IT11,Ra为12.5µm。
3对φ45和右端φ
的外圆端面的毛坯加工余量的确定：
由于台阶相差较小，在确定毛坯时可处于同一台阶面。
对φ45的外圆端面，加工方案为粗车。
粗车的加工余量为2.0，其工序尺寸为
粗车：
45+2.0=47
以右端φ
为对象，其外圆的表面粗糙度Ra为1.6µm,确定其加工方案为：
粗车——半精车——磨削。
查工艺手册得：
磨削的加工余量为0.4,半精车的加工余量为1.5，粗车的加工余量为4.5，总的加工余量为6.4，取总的加工余量为7，将粗车的加工余量修正为5.1。
磨削后的尺寸为35，其它各工序的基本尺寸为：
磨削：
36+0.4=36.4
半精车：
36.4+1.5=37.9
粗车：
37.9+5.1=43
确定各工序的加工经济精度和表面粗糙度：
磨削后为IT6，Ra为1.6µm。
半精车后为IT8,Ra为6.3µm，粗车后为IT11,Ra为12.5µm。
4对轴右端φ35和φ
的外圆端面，为了提高加工效率，可以作为同一台阶。
根据φ
外圆表面粗糙度3.2µm的要求，对其加工方案为粗车——半精车——精车。
由工艺手册查得：
精车的加工余量为1.1，半精车的加工余量为1.5，粗车的加工余量为4.5，所以总加工余量为7.1，取加工余量为10，修正粗车余量为7.4。
精车后工序的基本尺寸为26，其他各工序的基本尺寸为:
精车：
26+1.1=27.1
半精车：
27.1+1.5=28.6
粗车：
28.6+7.4=36
确定各工序的加工经济精度和表面粗糙度：
精车后为IT7，Ra3.2µm，半精车后为IT8，Ra6.3µm，粗车后为IT11，Ra12.5µm。
对ø35的外圆端面，加工方案为粗车。
粗车的加工余量取为2.0，其工序尺寸为
粗车：
35+2.0=37
5对轴端面加工余量的确定：
根据轴的尺寸长度与零件直径，查工艺手册得端面的加工余量为2。
五选择传动轴的加工方法，制定工艺路线
1．定位基准的选择
正确的选择定位基准是设计工艺过程中的一项重要的内容，也是保证加工精度的关键，定位基准分为精基准和粗基准，以下为定位基准的选择。
（1）粗基准的选择
粗基准的选择应能保证加工面与非加工面之间的位置精度，合理分配各加工面的余量，为后续工序提供精基准。
所以为了便于定位、装夹和加工，可选轴的外圆表面为粗基准，或用外圆表面和顶尖孔共同作为粗基准。
用外圆表面定位时，因基准面加工和工件装夹都比较方便，一般用卡盘装夹。
为了保证重要表面的粗加工余量小而均匀，应选该表面为粗基准，并且要保证工件加工面与其它不加工表面之间的位置精度。
（2）精基准的选择
根据传动轴的技术要求和装配要求，应选择轴左端面φ
和φ
为精基准。
零件上的很多表面都可以以两端面作为基准进行加工。
可避免基准转化误差，也遵循基准统一原则。
两端的中心轴线是设计基准。
选用中心轴线为定位基准，可保证表面最后的加工位置精度，实现了设计基准和工艺基准的重合。
由于两轴面的精加工工序要求余量小且均匀，可利用其自身作为基准。
2．零件表面加工方法的确定
根据零件图上各表面的加工要求以及材料性质等因素，以车削加工为主，由于φ
两个端面的粗糙度Ra为1.6µm，采用磨削加工。
传动轴各表面的具体加工方法如表3
表3
加工表面
尺寸精度等级
表面粗糙度Ra（µm）
加工方法
φ
外圆面
IT7
3.2
粗车——半精车——精车
φ35外圆面
IT12
12.5
粗车
φ
外圆面
IT6
1.6
粗车——半精车——磨削
φ45外圆面
IT12
12.5
粗车
φ
外圆面
IT6
1.6
粗车——半精车——磨削
φ35外圆面
IT12
12.5
粗车
φ
外圆面
IT7
3.2
粗车——半精车——精车
8×7×40键槽
IT7
6.3
粗铣
8×7×20键槽
IT7
6.3
粗铣
3.加工阶段的划分
①划分的原因：
保证加工质量合理，划分加工阶段能合理地使用机床设备，便于热处理工序的安排，便于及时发现毛坯的缺陷，保护精加工过后的表面。
②阶段的划分：
传动轴的加工质量要求较高，其中表面粗糙度要求最高为Ra1.6µm，另外几处圆跳动也有较高的位置精度要求。
精加工方案的确定，可将加工阶段分为粗加工，半精加工和精加工等几个阶段。
粗加工阶段主要是为了切除各加工表面上的大部分余量，提高生产量。
将左端ø26mm和ø35mm的精基准的粗加工完成，可以保证后续工序都采用精基准进行定位加工，从而保证其它表面的精度要求，粗车左右端面。
在半精加工阶段，是为各主要表面的精加工做准备，完成φ
、φ
、φ35、φ45轴表面的加工。
在精加工阶段，对φ
进行加工。
使其达到规定的质量要求。
车削加工完成后则对键槽进行铣削。
4.工序的集中与分散
该轴的生产类型为小批量生产，零件的结构复杂程度一般，但有较高的技术要求，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，以减少工序数目，缩短工艺路线，提高生产效率。
采用工序集中原则，有利于保证各加工面之间的位置精度要求，节省安装工件的时间，减少工件的搬动次数，使生产计划、生产组织工作得到简化，工作装夹次数减少，辅助时间缩短。
5.加工顺序的安排
（1）机械加工工序
①按先基准平面后其他的原则：
机械加工工艺安排是总是先加工好定位基准面，所以应先安排为后续工序准备好定为基准。
先加工精基准面，然后车表面外圆。
②按先粗后精的原则：
先安排粗加工工序，后安排精加工工序。
先安排精度要求较高的各主要表面，后安排精加工。
③按先主后次的原则:
先加工主要表面，如车外圆各个表面，端面等。
后加工次要表面，如铣键槽等。
④先外后内，先大后小原则：
加工阶梯外圆时先加工直径较大的后加工直径小的。
⑤次要表面的加工安排：
键槽等次要表面的加工通常安排在外圆精车或粗磨之后，精磨外圆之前。
⑥对于φ
加工质量要求较高的表面，安排在后面，并在前几道工序中注意形位公差，在加工过程中不断调整、保证其形位公差。
⑦先面后孔原则：
先加工端面，再铣键槽。
（2）热处理工序的安排
在切削加工前宜安排正火处理，以提高改善轴的硬度，消除毛坯的内应力，改善其切削性能。
在粗加工后进行调质处理，能提高轴的综合性能。
最终热处理安排在半精车之后磨削加工之前。
这样能够提高材料强度、表面硬度和耐磨性。
在精加工之前安排表面淬火，这样可以纠正因淬火引起的局部变形，提高表面耐磨性。
（3）辅助工序的安排
在粗加工和热处理后，安排校直工序。
在半精车加工之后安排去毛刺和中间检验工序。
在精加工之后安排去毛刺、清洗和终检工序。
综上所述，该轴的工序安排顺序为：
基准加工——主要表面粗加工——热处理——主要表面半精加工——主要表面的精加工（磨削）——铣键槽——去毛刺、淬火回火等。
6.传动轴工艺路线的确定
根据以上的加工工艺过程的分析确定零件的工艺路线如表4
表4
工序号
工序名称
机床设备
刀具
量具
10
粗车左右端面及45°倒角
CA6140
45°刀
游标卡尺
20
粗车外圆
CA6140
90°刀
游标卡尺
30
调质处理
40
半精车外圆
CA6140
90°刀
游标卡尺、尺规
50
校正
游标卡尺
60
精车外圆
CA6140
90°刀
游标卡尺
70
磨削
M1412
砂轮
游标卡尺
80
铣键槽
铣床X083
铣刀
游标卡尺
90
车槽
CA6140
切断刀
游标卡尺
100
去毛刺
手锤
110
清洗
120
最终热处理
卡尺塞规
130
检查
游标卡尺，卡规，塞规，直尺
六．机床设备的选用
1．机床设备的选用
在本方案中，传动轴的生产类型为小批量生产，可以选用较高效率的专用机床和通用机床。
根据该轴尺寸的大小要求，选用卧式铣床CA6140，外圆磨M1412。
2．工艺装备的选用
在小批量生产的条件下，所用的刀具有通用道具和特殊刀具，量具有游标卡尺、卡尺、塞规等。
另外还要用到夹具。
七．工序加工余量的确定，工序尺寸及公差的计算
（1）对轴左端φ
外圆表面加工工艺路线为：
粗车——半精车——精车。
由工序20、40、60组成，查表可得各个工序余量：
精车余量为1.1mm,半精车余量为1.5mm，修正后的粗车余量为7.4mm。
总加工余量为10mm。
计算各项工序尺寸：
精车后达到图纸上的尺寸φ
，其表面粗糙度为Ra3.2µm。
精车前尺寸：
29+1.1=30.1mm
半精车前尺寸：
30.1+1.5=31.6mm
粗车前尺寸：
31.6+7.4=39mm
按照各工序所得到的经济精度所对应的值
精车的经济精度公差等级IT7，其公差值T1=0.021mm。
半精车的经济精度公差等级IT8，其公差值T2=0.033mm。
粗车的经济精度公差等级为IT11，其公差值T3=0.13mm。
将上面的数据填入下表：
表7
工序名称
工序余量（mm）
加工经济精度（mm）
表面粗糙度Ra（µm）
工序基本尺寸（mm）
尺寸、公差（mm）
精车
1.1
IT7
3.2
29
φ
半精车
1.5
IT8
6.3
30.1
φ30.10-0.033
粗车
7.4
IT11
12.5
31.6
φ31.60-0.13
锻造
±2
39
φ
±2
用计算法对精车径向的工序量
进行分析：
查表
=1.1mm，则半精车的基本尺寸为
=29+1.1=30.1mm。
半精加工工序的经济加工精度等级达到IT8级。
确定公差值为0.033mm,所以
=（30.1+0.02）mm。
工序最大余量
=（30.1+0.02）-（29+0.034）=1.086mm
工序最小余量
=（30.1-0.02）-（29+0.05）=1.03mm.
（2）对轴左端φ35外圆表面，加工工艺路线为粗车，
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