张家界航空工业职业技术学院.docx
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张家界航空工业职业技术学院
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毕业设计说明书
课题名称
轴的机械加工工艺规程设计
系部名称
航空数控维修工程系
专业名称
数控技术
班级及学号
14351338
学生姓名
黎丹
指导教师
陈益林
完成日期：
2017年3月12日
目录
摘要3
前言4
第一章零件的分析5
第一节零件的作用5
第二章工艺规程设计6
第三章确定工艺过程方案9
第二节各工序的分析9
第三节加工设备的选择10
第四节刀具的选择10
第五节夹具的选择11
第六节量具的选择11
第七节确定进给路线13
第八节工序尺寸及公差的确定13
参考文献16
致谢17
摘要
本说明书是围绕“轴”这个课题编写的，主要介绍“轴”的加工工艺过程及工艺规程的设计。
本说明书在编写中贯切少而精原则，兼顾设计，工艺分析及规程为一体。
在编写本说明书时，参考了大量相关资料手册，得到了辅导老师陈老师的耐心指导，在此表示衷心感谢。
根据设计任务书的要求,本设计说明书针对轴类零件的加工工艺的设计进行说明。
机械加工工艺规程是车间中一切从事生产的人员都要严格认真执行的工艺技术文件，按照它来组织生产，就可以使各工序科学的衔接，实现优质高产和低能耗。
本设计主要内容包括进行零件的工艺性审查，进行毛坯的选择，选择基准，拟定机械加工工艺路线的，确定机械加工余量、工序尺寸及公差，选择机床及工艺设备，确定切削用量（确定背吃刀量、进给量、切削速度），填写工艺文件，填写机械加工工艺卡片。
关键词：
轴，零件分析；工艺规程设计；确定加工工艺方案；加工设备的选择。
前言
轴是安装在轴承中间或车轮中间或齿轮中间的圆柱形物件，但也有少部分是方型的。
轴是支承转动零件并与之一起回转以传递运动、扭矩或弯矩的机械零件。
一般为金属圆杆状，各段可以有不同的直径。
机器中作回转运动的零件就装在轴上。
根据轴线形状的不同，轴可以分为曲轴和直轴两类。
根据轴的承载情况，又可分为：
①转轴，工作时既承受弯矩又承受扭矩，是机械中最常见的轴，如各减速器中的轴等。
②心轴，用来支承转动零件只承受弯矩而不传递扭矩，有些心轴转动，有些心轴则不转动，如支承滑轮的轴等。
传动轴，主要用来传递扭矩而不承受弯矩，轴的材料主要采用碳素钢合金钢，也可采用球墨铸铁或合金铸铁。
轴的工作能力一般取决于强度和刚度，转速高时还取决于振动稳定性。
黎丹
2017.03.12
第一章零件的分析
第一节零件的作用
传动轴在各种机械或传动系统中广泛使用，用来传递动力。
将减速器齿轮的动力传给带
轮，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。
配合面精度和粗糙度要求也较高，加工时应给予保证。
第二节零件的工艺分析
传动轴零件技术要求:
（如图1-1）
图1-1
从零件图和传动轴零件技术要求表来看，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,两端与轴承配合φ70外圆面精度等级达到IT6，粗糙度Ra0.8；而φ70、φ60、φ65通过键槽配合的外圆面精度等级达到IT7，粗糙度Ra1.6；三个键槽俩侧面精度IT9，粗糙度Ra3.2。
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。
φ70、φ60和φ65三个重要外圆面提出了相对中心轴线的端面圆跳动，保证圆跳度在0.02以内，此外还要保证这三个重要外圆面上键槽的两侧面相对中心轴线的同轴度误差在0.03以内。
第二章工艺规程设计
第一节毛坯的选择
40Cr为中碳调质钢，冷镦模具钢。
该钢价格适中，加工容易，经适当的热处理以后可获得一定的韧性、塑性和耐磨性。
正火可促进组织球化，改进硬度小于160HBS毛坯的切削性能。
在温度550~570℃进行回火，该钢具有最佳的综合力学性能。
该钢的淬透性高于45钢，适合于高频淬火，火焰淬火等表面硬化处理等。
（一）轴类零件的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。
（二）轴类零件的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。
40Cr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。
第二节基准的选择
轴类零件的定位基准，最常用的是两中心孔。
因为轴类零件各外圆表面、同轴度及端面
对轴线的垂直度是相互位置精度的主要项目，而这些表面的设计基准一般都是轴的中心线，采用两中心孔定位就能符合基准重合原则。
而且由于多数工序都采用中心孔作为定位基面，能最大限度地加工出多个外圆和端面，这也符合基准统一原则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（如图2-1、图2-2）
1、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。
图2-1
图2-2
二、精基准的选择
（1）“基准重合”原则：
即选用设计基准作为定位基准，以避免定位基准与设计基准不重合而引起的基准不重合
误差。
（2）“基准统一”原则
即采用同一组基准定位加工零件上尽可能多的表面。
（3）“自为基准”原则
某些要求加工余量小而均匀的精加工工序，选择加工表面本身作为定位基准。
（4）“互为基准”原则
当对工件上两个相互位置精度要求很高的表面进行加工时，需要用两个表面互相作为基
准，反复进行加工，以保证位置精度要求。
（5）“简便可靠”原则
所选精基准应保证工件安装可靠，夹具设计简单、操作方便。
第三节加工阶段的划分
工艺过程划分加工阶段是指整个工艺过程而言的，不能以某一工序的性质和某一表面的
加工来判断。
例如：
有些定位基准面在精加工阶段，甚至在粗加工阶段中需加工很准确。
根据工件变形对精度的影响，工艺过程可大体分为:
粗加工阶段（工序0~25），除去大部分余量提高生产率，对尺寸精度要求较低的尺寸可在粗加工阶段中加工完成，一些次要表面的加工也安排在粗加工阶段。
半精加工阶段（工序30），半精加工阶段是完成次要表面的加工，并为主要表面的精加工做准备。
精加工阶段（工序35~70），保证一定的加工精度，保证主要表面的精度符合图纸要
求。
第三章确定工艺过程方案
第一节工序的划分
工序0：
毛坯
工序5：
粗车
工序10：
粗车
工序15：
中检
工序20：
调质推荐热处理温度：
正火850，淬火840，回火600。
工序25：
修复中心孔及端面
工序30：
半精车
工序35：
精车
工序40：
铣槽
工序45：
钳工
工序50：
精磨
工序55：
精磨
工序60：
磁力探伤
铁磁材料的工件被磁化后，在其表面和近表面的缺陷处磁力线发生变形，逸出工件表面形成漏磁场。
用上述方法将漏磁场检测出来，进而确定缺陷的位置。
通过对漏磁场的检测以发现金属材料中缺陷的一种无损检测方法。
漏磁场是铁磁性材料
在磁化后表面层的缺陷处有磁感应线泄漏到空气中形成的。
工序65：
终检
工序70：
发蓝
第二节各工序的分析
（1）工序5、10是粗车阶段，去除工件大部分余量，线以外圆的一段面定位后，车另一端面，再将工件调头，车另一端面以及外圆内孔定位，一夹一顶定位方式。
（2）工序15是中检
（3）工序20为热处理工序，安排在粗加工之后和精加工之前，消除共建内应力。
（4）工序25，修复中心孔及端面。
（5）工序30是半精车方面。
（6）工序35精车加工达到所需要的精度等级。
（7）工序40铣槽
（8）工序45为钳工工序，其目的是根据要求去除毛刺。
（9）50、55粗磨和精磨零件的左端和右端。
（10）工序60、65、70为检验工序分别是磁力探伤，终检，发蓝。
第三节加工设备的选择
工序5：
数控车床CK6136
CK6136是一种数控车床，C代表车床K代表型号6代表卧式1代表基本型36代表最
大旋转直径，是机械设备制造企业所需的设备之一。
工序10：
数控车床CK6136
工序15：
中检
工序20：
调质
工序25：
修复中心孔及端面
工序30：
数控车床CK6136
工序35：
数控车床CK6136
工序40：
数控铣床X6132
工序45：
钳工
工序50：
万能外圆磨床MG1432
工序55：
万能外圆磨床MG1432
工序60：
磁力探伤
工序65：
终检
工序70：
发蓝
第四节刀具的选择
为了提高生产率而采用大切削用量是，需要刚性好的刀具，刚性差的刀具在大切削用量是很容易断刀，因为数控靠程序控制精度，刀具若磨损很快，则尺寸精度、型面精度很难保证，故用耐用度高的刀具。
加工中心的主轴转速较普通机床的主轴转速高1~2倍，某些机床，其主要转速高达数万转，因此刀具的强度和耐用度至关重要，加工此类零件设备刀具材料选用YG8硬质合金制造，选择刀具型号90°外圆车刀，键槽铣刀。
第五节夹具的选择
机床夹具的作用及分类：
1.保证加工精度夹具可准确确定工件、刀具和机床之间的相对的位置，可以保证加工精度。
2.提高生产效率夹具可快速地将工件定位和夹紧，减少辅助时间。
3.减轻劳动强度采用机械、气动、液压等夹紧机构，可以减轻工人的劳动强度。
4.扩大机床的工艺范围采用机床夹具可使机床的加工范围扩大。
机床夹具按应用范围分为：
通用夹具、专用夹具、组合夹具。
机床夹具是机床上用以装夹工件（和引导刀具）的一种装置。
其作用是将工件定位，以
使工件获得相对于机床和刀具的正确位置，并把工件可靠地夹紧。
夹具通常分为以下两类:
1）通用夹具
通用夹具是指已经标准化的，在一定范围内可用于加工不同工件的夹具。
例如，车床上
三爪卡盘和四爪单动卡盘，铣床上的平口钳、分度头和回转工作台等。
这类夹具一般由专业工厂生产，常作为机床附件提供给用户。
其特点是适应性广，生产效率低，主要适用于单件、小批量的生产中。
2）专用夹具
专用夹具是指专为某一工件的某道工序而专门设计的夹具。
其特点是结构紧凑，操作迅
速、方便、省力，可以保证较高的加工精度和生产效率，但设计制造周期较长、制造费用也较高。
当产品变更时，夹具将由于无法再使用而报废。
只适用于产品固定且批量较大的生产中。
按使用分类：
由于各类机床自身工作特点和结构形式各不相同，对所用夹具的结构也相应地提出了不
同的要求。
按所使用的机床不同，夹具又可分为：
车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具、齿轮机床夹具和其他机床夹具等。
按夹紧分类：
根据夹具所采用的夹紧动力源不同，可分为：
手动夹具、气动夹具、液压夹具、气液夹具、电动夹具、磁力夹具、真空夹具等。
第六节量具的选择
量具选择因为该轴最大长度为362，所以选用量程0-500，精度0.05游标卡尺。
因为该轴最大直径为82，所以选用量程50~75、75~100，精度0.01外径千分尺。
各工序具体所用工艺设备如表3-1所示。
表3-1工艺设备表
工序号
机床设备
刀具
量具
5
CK6136
90°刀
游标卡尺、中心钻、外径千分尺
10
CK6136
90°刀
游标卡尺、中心钻、外径千分尺
15
中捡
20
调质
90°刀
游标卡尺、外径千分尺
25
修复中心孔及端面
30
CK6136
90°刀
游标卡尺、外径千分尺
35
CK6136
90°刀
游标卡尺、外径千分尺
40
XK6132
铣刀
游标卡尺、外径千分尺
45
钳工
50
MG1432
砂轮
游标卡尺、外径千分尺
55
MG1432
砂轮
游标卡尺、外径千分尺
60
磁力探伤
65
终检
70
发蓝
1）游标卡尺
游标卡尺（VERNIERCALIPER），是一种测量长度、内外径、深度的量具。
游标卡尺由主尺和附在主尺上能滑动的游标两部分构成。
主尺一般以毫米为单位，而游标上则有10、20或50个分格，根据分格的不同，游标卡尺可分为十分度游标卡尺、二十分度游标卡尺、五十分度格游标卡尺等，游标为10分度的有9mm，20分度的有19mm，50分度的有49mm。
游标卡尺的主尺和游标上有两副活动量爪，分别是内测量爪和外测量爪，内测量爪通常用来测量内径，外测量爪通常用来测量长度和外径。
2）外径千分尺
外径千分尺（OUTSIDEMICROMETER）常简称为千分尺，它是比游标卡尺更精密的长度测量，它的量程是50~75、75~100毫米，分度值是0.01毫米。
第七节确定进给路线
进给路线是指加工中心加工过程中刀具相对于工件运动时的轨迹，它不仅包括了加工内
容，也反映了加工顺序，是编制程序的依据之一，确定进给路线的原则如下：
1．应保证被加工零件的精度和表面质量；
2．应使加工路线最短，以减少空行程时间，提高加工效率；
3．方便数值计算，减少程序编制工作量；
4．尽量减少程序段数；
5．方便数值计算，保证零件轮廓表面加工后的表面质量要求，最终轮廓应安排最后一次
进给连续加工出来。
第八节工序尺寸及公差的确定
工序尺寸是指某一工序加工应达到的尺寸，其公差即为工序尺寸公差，各工序的加工余量确定后，即可确定工序尺寸及公差。
零件从毛坯逐步加工至成品的过程中，无论在一个工序内，还是在各个工序间，也不论是加工表面本身，还是各表面之间，他们的尺寸都在变化，并存在相应的内在联系。
1）Φ70.041工序尺寸及公差的计算
该表面的设计要求为φ70.041
mm，Ra值为0.8毛坯为模锻件，其加工路线为：
粗
车—半精车—精车—粗磨—精磨。
通过查《机械设计与工艺手册》表8—12得毛坯总余量为9.959mm，表8—51得粗车余量为7.7mm，半精车余量1mm，查表8—51的精车余量为0.8mm，查表8—52的粗磨余量为0.4mm，精磨余量为0.059mm。
查表8—13的毛坯尺寸公差为9.959+1.5-0.8mm，查《机械制造工艺与机床夹具》表1－13得粗车加工精度可达IT11级，精磨加工精度可达IT6级，工序公差可达0.019，计算工序基本尺寸结果如表3-2所示：
表3-2
（单位：
mm）
工序名称
工序余量
工序精度精级
工序基本尺寸
工序尺寸
精磨
0.059
IT6
70.041+0.059＝70.1
Φ70.041
粗磨
0.4
IT7
70.1+0.4＝70.5
Φ70.1
精车
0.8
IT8
70.5+0.8＝71.3
Φ70.5
半精车
1
IT9
71.3+1＝72.3
Φ71.3
粗车
7.7
IT11
72.3+7.7＝80
Φ72.3
毛坯
9.959
±1.5
80+2＝82
Φ82
2）Φ65.023工序尺寸及公差的计算
该表面的设计要求为φ65.023
mm，Ra值为0.8毛坯为模锻件，其加工路线为粗车—半精车—精车—粗磨—精磨。
通过查《机械设计与工艺手册》表8—12得毛坯总余量为15.797mm，表8—51得粗车余量13.91mm，半精车余量0.49mm，查表8—51的精车余量为0.4mm，查表8—52的粗磨余量为0.3mm，精磨余量为0.2mm。
查表8—13的毛坯尺寸公差为15.797+1.5-0.8mm，查《机械制造工艺与机床夹具》表1－13得粗车加工精度可达IT11级，精磨加工精度可达IT6级，工序公差可达0.019，计算工序基本尺寸结果如表3-3所示：
表3-3
（单位：
mm）
工序名称
工序余量
工序精度精级
工序基本尺寸
工序尺寸
精磨
0.2
IT6
65.023+0.027＝65.05
Φ65.023
粗磨
0.3
IT7
65.05+0.15＝65.2
Φ65.05
精车
0.4
IT8
65.2+0.4＝65.6
Φ65.123
半精车
0.49
IT9
65.6+0.49＝66.09
Φ65.6
粗车
13.91
IT11
66.09+13.91＝80
Φ66.09
毛坯
15.797
±1.5
80+2＝82
Φ82
3）Φ65.023工序尺寸及公差的计算
该表面的设计要求为φ65.023
mm，Ra值为0.8毛坯为模锻件，其加工路线为：
粗车—半精车—精车—粗磨—精磨。
通过查《机械设计与工艺手册》表8—12得毛坯总余量为14.477mm，表8—51得粗车余量为12.7mm，半精车余量为1.3mm，查表8—51的精车余量为0.477mm，查表8—52的粗磨余量0.4mm，精磨余量为0.1mm。
查表8—13的毛坯尺寸公差为14.477+1.5-0.8mm，查《机械制造工艺与机床夹具》表1－13得粗车加工精度可达IT11级，精磨加工精度可达IT6级，工序公差可达0.019，计算工序基本尺寸结果如表3-4所示：
表3-4
（单位：
mm）
工序名称
工序余量
工序精度精级
工序基本尺寸
工序尺寸
精磨
0.1
IT6
65.023+0.1＝65.123
Φ65.023
粗磨
0.4
IT7
65.123+0.4＝65.523
Φ65.123
精车
0.477
IT8
65.523+0.477＝66
Φ65.523
半精车
1.3
IT9
66+1.3＝67.3
Φ66
粗车
12.7
IT11
67.3+12.7＝80
Φ67.3
毛坯
14.477
±1.5
80+2＝82
Φ82
4）Φ60.023工序尺寸及公差的计算
该表面的设计要求为φ60.023
mm，Ra值为0.8毛坯为模锻件，其加工路线为粗车—半精车—精车—粗磨—精磨。
通过查《机械设计与工艺手册》表8—12得毛坯总余量为28.577mm，表8—51得粗车余量为26.7mm，半精车余量2.3mm，查表8—51的精车余量为0.477mm，查表8—52的粗磨余量为0.3mm，精磨余量为0.2mm。
查表8—13的毛坯尺寸公差为28.577+1.5-0.8mm，查《机械制造工艺与机床夹具》表1－13得粗车加工精度可达IT11级，精磨加工精度可达IT6级，工序公差可达0.019，计算工序基本尺寸结果如表3-5所示：
表3-5
（单位：
mm）
工序名称
工序余量
工序精度精级
工序基本尺寸
工序尺寸
精磨
0.2
IT6
60.023+0.2＝60.223
Φ60.023
粗磨
0.3
IT7
60.223+0.3＝60.523
Φ60.223
精车
0.477
IT8
60.523+0.477＝61
Φ60.523
半精车
2.3
IT9
61+2.3＝63.3
Φ61
粗车
26.7
IT11
63.3+26.7＝80
Φ63.3
毛坯
28.577
±1.5
80+2＝82
Φ82
参考文献
［1］刘守勇主编.机械制造工艺与机床夹具［M］.北京:
机械工业出版社,2013
［2］刘让贤主编.几何量公差配合与技术测量［M］.上海:
上海科学技术出版社,2011
［3］刘坚主编.金属切削与机床［M］.北京:
清华大学出版社,2012
［4］刘坚、夏罗生主编.数控原理与数控机床［M］.北京:
北京国防工业出版社,2015
［5］夏罗生主编.机械设计基础［M］.南京:
南京大学出版社,2012
［6］金大鹰主编，机械制图［M］.北京:
机械工业出版社,2008
［7］郑修本主编.机械制造工艺学［M］.北京:
机械工业出版社,2011
致谢
随着毕业日子的即将到来，我们的毕业设计也划上了圆满的句号。
毕业设计是我们学业生涯的最后一个环节，不仅是对所学基础知识和专业知识的一种综合应用，更是对我们所学知识的一种检测与丰富，是一种综合的再学习、再提高的过程，这一过程对我们的学习能力、独立思考及工作能力也是一个培养。
在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做毕业设计发现自己的看法有点太片面。
毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。
通过这次毕业设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。
我认为，毕业设计也是对在校大学生最后一次知识的全面检验，是对学生基本知识、基本理论和基本技能掌握与提高程度的一次总测试。
毕业设计不是单一地对学生进行某一学科已学知识的考核，而是着重考查学生运用所学知识对某一问题进行探讨和研究的能力。
毕业设计的过程是训练我们独立地进行科学研究的过程。
毕业设计有指导教师的指导与传授，可以减少摸索中的一些失误，少走弯路，是一次系统的、全面的实践机会。
在此要感谢我的指导老师陈益林老师对我悉心的指导，感谢陈老师给我的帮助。
在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。
在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。
毕业设计的期间，我大大提高了动手、动脑的能力，使我充分体会到了过程中探索的艰难和成功时的喜悦。
在此，我向帮助我的老师和同学们表示衷心的感谢！
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黎丹
2017.3.12
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