机械制造工艺设计说明书.docx
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机械制造工艺设计说明书
机械制造工艺设计说明书
课程设计名称：
传动轴机械加工工艺设计
设计者姓名：
郑彦
学院：
南通纺织职业技术学院
专业及班级：
机电系10数控
学号：
10027104
指导老师：
肖慧
2012年3月20日
前言
机械制造工艺学（machinerytechnology）是研究集机械、电子、光学、信息科学、材料科学、生物科学、激光学、管理学等最新成就为一体的一个新兴技术与新型工业，归纳总结机械制造工艺的科学理论与实践，探索解决工艺过程中遇到的实际问题，从而揭示出一般规律的一门科学。
主要包括机械加工工艺规程的制订、机床夹具设计原理、机械加工精度、加工表面质量、典型零件加工工艺、机器装配工艺基础、机械设计工艺基础、现代制造技术及数控加工工艺等部分。
加工工艺课程设计是我们在学习数控加工工艺、机械加工实训及其他有关课程之后进行的一个重要的实践性教学环节，是第一次较全面的工艺设计训练，其目的是培养学生运用机械制造工艺学及有关课程的知识,分析和解决工艺问题的能力,初步具备设计一个中等复杂程度零件的工艺规程的能力。
能根据被加工零件的技术要求,运用夹具设计的基本原理和方法,学会拟订夹具设计方案,完成夹具结构设计,初步具备设计出高效,省力,经济合理并能保证加工质量的专用夹具的能力。
以进一步巩固、深化、扩展本课程所学到的理论知识，强化工艺设计能力。
通过加工工艺课程设计，同学应进一步提高识图、制图和机械设计的水平；掌握机械加工工艺设计的方法，学会查阅和运用有关专业资料、手册等工具书；培养独立思考和工作的能力，为毕业后走向社会从事相关技术工作打下良好的基础。
加工工艺设计课程要求我们应该像真正在工厂工作一样的严格要求自己，必须以科学务实和诚信负责的态度对待自己所做的技术决定、数据和计算结果，培养良好的工作作风。
目录
一、机械制造课程设计的目的……………………………………4
二、传动轴的工艺分析……………………………………………5
2.1零件的结构特点与应用………………………………………5
2.2零件的工艺性分析……………………………………………5
3、毛坯的选择……………………………………………………6
3.1毛坯尺寸和形状的确定………………………………………6
3.2设计毛坯图……………………………………………………8
4、加工工艺路线的制定…………………………………………8
4.1定位基准的选择………………………………………………8
4.2表面加工方法的确定…………………………………………9
4.3制定工艺路线…………………………………………………11
5、机械加工工序的设计…………………………………………12
5.1加工余量的确定………………………………………………12
5.2工序尺寸与公差的确定………………………………………12
5.3机床及设备的选择……………………………………………15
5.4切削用量的选择………………………………………………16
5.5工时定额的确定………………………………………………17
6、课程设计体会…………………………………………………18
7、参考文献………………………………………………………18
8、附录……………………………………………………………19
一、机械制造课程设计目的
机械加工工艺课程设计是机械类学生在学完了机械制造技术，进行了生产实习之后的一项重要的实践性教学环节。
本课程设计主要培养学生综合运用所学的知识来分析处理生产工艺问题的能力，使学生进一步巩固有关理论知识，掌握机械加工工艺规程设计的方法，提高独立工作的能力，为将来从事专业技术工作打好基础。
另外，这次课程设计也为以后的毕业设计进行了一次综合训练和准备。
通过本次课程设计，在下述各方面得到锻炼：
（1）熟练的运用机械制造基础、机械制造技术和其他有关先修课程中的基本理论，以及在生产实习中所学到的实践知识，正确的分析和解决某一个零件在加工中基准的选择、工艺路线的拟订以及工件的定位、夹紧，工艺尺寸确定等问题，从而保证零件制造的质量、生产率和经济性。
（2）通过夹具设计的训练，进一步提高结构设计（包括设计计算、工程制图等方面）的能力。
（3）能比较熟练的查阅和使用各种技术资料，如有关国家标准、手册、图册、规范等。
（4）在设计过程中培养学生严谨的工作作风和独立工作的能力。
二、传动轴的工艺分析
2.1零件的结构特点与应用
轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一，它的作用是用来支承齿轮。
它在机器中主要用于支承齿轮，带轮，凸轮以及连杆等传动件，以及传递扭矩。
按结构形式不同，轴可以分为阶梯轴，锥度分轴，空心轴，曲轴，凸轮轴，偏心轴，各种丝杆等。
它主要用来支承传动零部件，传递扭矩和承受载荷。
轴类零件是旋转体零件，其长度大于直径，一般由同心轴的外圆柱面，圆锥面，内孔和螺纹及相应的端面所组成。
轴的长径比小于5的称为短轴，大于20的称为细长轴，大多数轴介于两者之间。
图示传动轴零件属于台阶轴零件，由圆柱面，轴肩，螺纹，螺尾退刀槽，砂轮越程槽和键槽等组成。
轴肩一般用来确定安装在轴上的零件的轴向位置，各环槽的作用是使零件装配时有一个正确的位置，并使加工中磨削外圆或车螺纹时退刀方便；键槽用于安装键，以传递转矩；螺纹用于安装各种锁紧螺母和调整螺母。
2.2零件的工艺性分析
传动轴毛坯材料为45钢。
该材料属于优质碳素钢，经热处理后具有良好的综合力学性能，即有较高的强度和较高的塑性，韧性，一般用来制作机床主轴，机床齿轮和其它受力不大的轴类零件。
主要技术要求如下：
根据工作性能与条件，该传动轴图样规定了主要轴颈M,N外圆P,Q以及轴肩E有较高的尺寸，位置精度和较小的表面粗糙度值，并有热处理要求。
这些技术要求必须在加工中给予保证。
因此，该传动轴的关键是轴颈M,N和外圆P,Q及轴肩E的加工。
三、毛坯的选择
3.1毛坯尺寸和形状的确定
45钢是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过调质后，可得到较好的切削性能，而且能够获得较高的强度和韧性等综合机械性能，调质后表面硬度可达220-240HBS。
轴类毛坯，常用圆棒料和锻件，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。
毛坯经过加热锻造后，可使金属内部纤维组织表面均匀分布，获得较高的抗拉，抗弯及抗扭强度；锻造后的毛坯，能改善金属内部组织，提高其抗拉，抗弯等机械性能。
同时，因锻件的形状和尺寸与零件相近，可以节约材料，减少切削加工的劳动量，降低生产成本。
在选择锻件的制造方法时，并非是制造精度高就越好，需要综合考虑机械加工成本和毛坯制造成本，以达到零件制造总成本最低的目的。
当生产批量较小，毛坯精度要求较低时，锻件一般采用自由锻造法生产。
根据传动轴的制造材料（45钢），毛坯类型可采用型材和锻件，现选用锻件；毛坯采用自由锻造法。
（1）公差等级
该锻件的尺寸公差等级IT为13-15级，加工余量等级为普通级。
故IT为15级，MA为普通级。
（2）锻件质量
根据计算可得机械加工后零件的质量为传动轴的重量估计值为1.31Kg。
由此可初步估计机械加工前锻件毛坯的重量为2.5Kg。
（3）零件表面的粗糙度
由零件图可知，该轴除E表面的粗糙度为0.3um外，其它各加工表面的粗糙度均大于或等于0.8um，螺纹的表面粗糙度为3.2um，键槽的表面粗糙度为3.2um。
（4）确定机械加工余量
根据锻件质量，零件表面粗糙度，形状复杂系数查表2-9，由此查得单边余量在厚度方向3.5mm，平方向亦为3.5mm。
不妨取锻件各外径的单边余量为3.5mm，各轴向尺寸的单边余量亦为3.5mm。
（5）确定毛坯尺寸
表1
零件尺寸
单边加工余量
锻件尺寸
Φ40h8
3.5
Φ45
Φ35h7
6.0
Φ45
Φ30h6
3.5
Φ35
Φ30h7
3.5
Φ35
Φ25h7
6.0
Φ35
Φ20h8
3.5
Φ25
（6）确定毛坯尺寸公公差
表2
锻件尺寸
极限偏差
锻件尺寸
极限偏差
Φ45
+1.4
32
+1.2
-0.4
-0.6
Φ45
+1.4
79
+1.2
-0.4
-0.6
Φ45
+1.2
84
+1.4
-0.4
-0.6
20
+1.1
-0.5
表1，表2依据《机械制造技术基础课程设计指导教程》表2-10,2-11查得。
3.2设计毛坯图
零件毛坯图见附件1
4、加工工艺路线的制定
4.1定位基准的选择
合理选择定位基准，对于保证零件的尺寸和位置精度有着决定性的作用。
由于该传动轴的几个主要配合表面（N，M）及轴肩面（Q，P）对基准轴线A-B均有径向圆跳动和端面圆跳动的要求，它又是实心轴，所以应选择两端面中心孔为基准，采用双顶尖装夹方法，以保证零件的技术要求。
（1）传动轴零件的精基准
传动轴零件的加工，以两端的中心孔作为定位精基准。
因为轴的设计基准是中心线，这样既符合基准重合原则，又符合基准统一原则，还能在一次装夹中最大限度地完成多个外圆及端面的加工，易于保证各轴颈间的同轴度以及端面的垂直度。
（2）传动轴零件的粗基准
轴类零件的粗加工，可选择外圆表面作为定位粗基准，以此定位加工两端面和中心孔，为后续工序准备精基准。
中心孔加工采用三爪自定心卡盘装夹热轧圆钢的毛坯外圆，车端面，钻中心孔。
但必须注意，一般不能用毛坯外圆装夹两次钻两端面中心孔，而应该以毛坯外圆作为粗基准，先加工一个端面，钻中心孔，车出一端外圆；然后以已车过的外圆作基准。
用三爪自定心卡盘装夹，车另一端面，钻中心孔。
如此加工中心孔，才能保证两孔中心同轴。
4.2表面加工方法的确定
本零件的加工面有外圆，端面，槽，螺纹面等，材料为45钢。
根据传动轴零件上各加工表面的尺寸精度和表面的粗糙度确定各加工方法，其加工方法选择如下：
表3
加工表面
尺寸精度等级
表面粗糙度Ra
加工方法
备注
Φ40h8外圆面
IT8
3.2
粗车-半精车-精车
文献1表3-10
Φ35h6外圆面
IT6
0.8
粗车-半精车-磨削
文献1表3-10
Φ30h6外圆面
IT6
0.8
粗车-半精车-磨削
文献1表3-10
Φ30h6外圆面
IT6
0.8
粗车-半精车-磨削
文献1表3-10
Φ25h6外圆面
IT6
0.8
粗车-半精车-磨削
文献1表3-10
Φ20h8外圆面
IT8
3.2
粗车-半精车-精车
文献1表3-10
左端面
IT9
6.3
粗车-半精车
文献1表3-10
右端面
IT8
1.6
粗车-半精车-精车
文献1表3-10
轴肩面
IT6
0.8
粗车-半精车-磨削
文献1表3-10
螺纹
IT8
3.2
车削
文献1表3-10
左键槽
IT8
3.2
精铣-精铣
文献1表3-12
右键槽
IT8
3.2
精铣-精铣
文献1表3-12
（1）轴类零件外圆加工方法
对于中小型铸铁和锻件，可以直接进行粗车，经过粗车后工件的精度可达到IT12-IT13，表面粗糙度Ra值可50um至100um，粗车可切除毛坯的大部分余量。
对经过粗车的工件，采用半精车可达到IT8-IT19级精度，表面粗糙度Ra值可3.2um至6.3um。
对于中等精度的加工表面，半精车可作为终加工工序，也可作为磨削或精加工的预加工工序。
精车可作为最终加工工序或光整工序的预加工，精车后工件表面可达IT7-IT8级精度，表面粗糙度Ra值0.8um至1.6um。
（2）键槽加工方法
键槽是轴类零件上常见的机构，其中以普通平键应用最广泛，通常在普通立式铣床上用铣刀加工。
（3）主要表面的加工方法
传动轴大都是回转表面，主要采用车削与外圆磨削成形。
由于该传动轴的主要表面M，N，F的公差等级（ＩＴ6）较高，表面粗糙度值Ｒａ（0.８um）较小，故车削后还需磨削。
故主要外圆表面加工方案可为：
粗车－半精车－磨削。
4.3制定工艺路线
（1）划分加工阶段
传动轴主要表面的加工可划分为粗加工，半精加工，精加工三个阶段。
该传动轴加工划分为三个阶段：
粗车（粗车外圆，钻中心孔等），半精车（半精车各处外圆，台阶和次要表面等），粗，精磨（粗，精磨各处外圆），各阶段划分大致以热处理为界。
（2）安排加工顺序
<1>遵循“先基准后其他”原则，首先加工精基准——钻中心及车表面的外圆。
<2>遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。
<3>遵循“先主后次”先加工主要表面——车外圆各个表面，后加工次要表面——铣键槽和加工各个小槽。
<4>遵循“先面后孔”原则，先加工左右端面，再加工各个台阶面。
（3）初步拟定工艺路线
定位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基准面的精度和减少圆柱面的表面粗糙度值。
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Φ40mm，Φ35mm，Φ30mm，Φ20mm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；两个键槽应该在半精车后以及磨削之前铣削加工出来，这样可以保证铣键槽时有精确的定位基准，又可避免在磨削后铣键槽时破坏已精工的外圆表面。
传动轴的工艺路线如下：
传动轴的热处理要根据其材料和使用要求确定。
对于传动轴，正火，调质和表面淬火用得较多。
该轴要求调制处理，并安排在粗车各外圆之后，半精车各外圆之前。
综合上述分析，传动轴的工艺路线如下：
下料——车两端面，钻中心孔——粗车各外圆——调质——修研中心孔——半精车各外圆——车槽，倒角，车螺纹——划键槽加工线——铣键槽——精车——修研中心孔——磨削——检验。
5、机械加工工序的设计
5.1加工余量的确定
5.2工序尺寸与公差的确定
各工序的加工余量可依据机械制造技术基础课程设计指导教程表2-16，表2-17，表2-18，表2-19查得。
Φ40轴段外圆的加工：
表4
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
公差/mm
精车
0
-0.039
半精车
2.5
h9
6.3
40
0
-0.062
粗车
2.5
h11
Rz>=50
42.5
0
-0.16
锻造
+2
45
-2
左端Φ35轴段的加工：
表5
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
公差/mm
磨削
0.5
h6
0.8
35
+0.0008
-0.0008
半精车
2.5
h9
35.5
0
-0.062
粗车
7
h11
Rz>=50
38
0
-0.16
锻造
+2
45
-2
左端Φ30轴段的加工：
表6
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
公差/mm
磨削
0.5
h6
0.8
30
+0.0065
-0.0065
半精车
2.5
h9
6.3
30.5
0
-0.052
粗车
12
h11
Rz>=50
33
0
-0.13
锻造
+2
45
-2
右端Φ25轴段的加工：
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
公差/mm
磨削
0.5
h6
0.8
25
0
-0.013
半精车
2.5
h9
6.3
25.5
0
-0.052
粗车
17
h11
Rz>=50
28
0
-0.13
锻造
+2
45
-2
M20×1.5螺纹的加工：
表8
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
公差/mm
车螺纹
h7
0.8
20
0
-0.021
半精车
2.5
h9
6.3
20
0
-0.052
粗车
22.5
h11
Rz>=50
22.5
0
-0.13
锻造
+2
45
-2
5.3机床及设备的选择
（1）选择机床
根据传动轴的工艺特性，根据不同工艺选车床。
工序3，4，7是粗车和半精车，成批生产不需要很高的生产率，故选用普通卧式车床就可以，此选用CA6140。
铣床选用X51。
该零件磨削精度不高，选用一般的磨床即可，选用M131W。
（2）选用工艺设备
（1）选择夹具
该零件的加工工艺不需要专用夹具。
工艺装备采用通用夹具（三爪卡盘及顶尖）。
（2）选择刀具
粗车，半精车采用YT5，精车用YT15类车刀，铣刀采用直径为6mm的立式铣刀，切槽选用高速钢。
（3）选择量具
车削及键槽采用测量范围为0-300mm，规格为300×0.05的双面游标卡尺，磨削采用测量范围为25-50mm，读数值为0.01mm的外径千分尺。
5.4切削用量的选择
粗车
b）背尺刀量的确定由于采用硬质YT5车刀，Φ40轴段取背吃刀量
ap1=1.25mm，左端Φ35轴段ap2=3.5mm，左端Φ30轴段ap3=6mm，右端Φ30轴段ap4=6mm，右端Φ25轴段ap5=mm，M20轴段ap6=mm。
a）进给量的确定取f=0.5mm/r。
b）进给速度的确定取v=65m/min。
Φ40mm轴段n=1000*65/3.14*45=460m/min，取480m/min，得切削实际速度v=480*3.14*45/1000=67.5m/min。
左端Φ35mm轴段同Φ40mm轴段。
左端Φ30mm轴段，n=1000*65/3.14*45=460r/min，取480r/min，得切削实际速度v=480*3.14*45/1000=67.5m/min。
右端Φ30mm轴段，Φ25mm轴段同左端Φ30mm轴段。
右端Φ20mm轴段n=1000*65/3.14*45=460r/min，取n=480r/min，得实际切削速度v=480*3.14*45/1000=67.5m/min。
5.5工时定额的确定
1.基本时间tm的计算
（1）粗车
粗车各外圆，其中l1=3mm，12=3mm，右端Φ20mm轴段，L=l+l1+l2=26mm，则tj=L/f×n=26×60/800=1.95s。
右端Φ25轴段L=l+l1+l2=44，tj=L/f×n=44×60/500=5.28s。
右端Φ30轴段L=l+l1+l2=52mm，tj=L/f×n=52*60、500=6.24s。
Φ40轴段右轴肩面，tj=0.12s。
Φ40轴段，tj=L/f×n=4.39s。
左端Φ30轴段，tj=L/f×n=4.56s。
左端Φ35轴段，tj=L/f×n=2.78s。
左端Φ40轴肩面，tj=0.08s。
（2）半精车
半精车各外圆，其中l1=3mm，12=3mm，则Φ40轴段，L=l+l1+l2=52mm，tj=L/f×n=52×60/0.5×630=9.9s。
左端Φ35轴段，L=l+l1+l2=39mm，tj=L/f×n=39×60/0.5×800=5.85s。
左端Φ30轴段，L=l+l1+l2=38mm，tj=L/f×n=38×60/0.5×800=5.7s。
右端Φ30轴段，L=l+l1+l2=52mm，tj=L/f×n=52×60/0.5×800=7.8s。
右端Φ25轴段，L=l+l1+l2=44mm，tj=L/f×n=44×60/0.5×1000=5.28s。
右端Φ20轴段，L=l+l1+l2=26mm，tj=L/f×n=26×60/0.5×1250=2.5s。
2.辅助时间tf的计算
辅助时间tf与基本时间tj的关系为tf=（0.15-0.2）tj，这里取tf=0.15tj，则工序的辅助时间分别为：
粗车的辅助时间：
tf=0.15×25.4=3.81s；
半精车的辅助时间：
tf=0.15×37.0=5.55s；
3.其它时间的计算
除了作业时间以外，没到工序的单件时间还包括布置工作地时间，休息与生理需要时间和准备与终结时间。
布置场地时间tb为作业时间的2%-7%，休息与生理需要时间tx是作业时间的2%-4%，此均取3%，准备与终结时间也取3%，则其它时间为：
粗车的其它时间：
tb+tx+tz=9%×（25.4+3.81）=2.62s。
半精车的其它时间：
tb+tx+tz=9%×（37+5.55）=3.83s。
4.单件时间tdj的计算
工序Ⅱ的单件时间为：
tdj=25.4+3.81+2.62=31.83s。
工序Ⅴ的单件时间为：
tdj=37+5.55+3.83=46.38s。
工序Ⅷ的单件时间为：
tdj=31.2+4.68+3.23=39.11s。
六、课程设计体会
在传动轴的机械加工工艺规程设计中.我学到了很多。
锻炼了自己的动手，动脑能力。
独立查找资料来完成课程设计，不懂的通过同同组的同学探讨来得出结果。
在设计中我深刻的体会到：
首先，在课程设计中，我们要确立科学严谨的态度，要仔细，认真的对待每一个小的细节，有时一个小细节的错误将导致整个设计的错误，更明白了团队协作的重要性。
其次，在课程设计时，要多查找资料，通过多方比对来确定设计中的参数，通过这次的课程设计使我对以前所学的内容有了更深一层次的了解，把以前所学的各科都综合起来了，对CAD的使用也更加熟练，课程设计就是对以前所学的最好实践，也更加的巩固了以前所学的知识。
最后，在本次课程设计中，我也认识到了自己的很多不足，看到了自己的实践经验比较缺乏，理论联系实际的能力还急需提高。
这次课程设计是对我的一种锻炼，知识的积累，能力的提高，不仅培养了我独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。
课程设计给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门辩思课，给了我很多思考的空间。
再者，让我对机械制造工艺有了更深层次的了解，这对将来我们的工作有很大的帮助。
7、参考文献
1、《机械制造技术基础》主编：
陆名彰、胡忠举长沙：
中南大学出版社，2004年8月
2、《机械制造技术基础课程设计指导教程》主编：
邹青北京：
机械工业出版社，2004年9月
3、《金属切削手册》第三版主编：
史全富,汪麟上海：
上海科学技术出版社，2003年10月
4、《切削用量手册》主编：
艾兴肖诗纲北京：
机械工业出版社，1994年7月
4、《工程材料及应用》主编：
周凤云武汉：
华中科技大学出版社，2004年9月
5、《机械制造工艺学》徐嘉元主编机械工业出版社,2004年06月
6、《现代机械制造工艺设计》实训教程段名扬主编广西师范大学出版社,2007年0
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