傳動軸的加工工藝規(guī)程設(shè)計
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設(shè)計任務(wù)書
課程設(shè)計題目： 傳動軸的加工工藝規(guī)程設(shè)計
完成期限：從 年 月 日起到 年 月 日
課程設(shè)計的意義： 課程設(shè)計作為學(xué)生專業(yè)課程學(xué)習(xí)的重要組成部分，是對課程理論學(xué)習(xí)的綜合運用，通過課程設(shè)計可以使學(xué)生系統(tǒng)的將所學(xué)的專業(yè)知識進(jìn)行回顧和總結(jié)，并在此基礎(chǔ)上針對設(shè)計題目進(jìn)行具體分析和應(yīng)用。達(dá)到理論學(xué)習(xí)與教學(xué)實踐相結(jié)合，更好的保證學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。
設(shè)計的主要任務(wù)：
1、完成課程設(shè)計說明書一份（6000字左右）。
2、完成零件毛坯圖一張（A2或A3）。
3、完成零件圖一張（A3）。
4、完成零件加工工序圖（包括所有機(jī)加工序）。
5、完成典型工序工序卡的填寫（2張）。
設(shè)計要求：
零件生產(chǎn)批量
10000件
選用設(shè)備類型
C620-1臥式車床、聯(lián)合機(jī)床XZ22.4型號
選用工具
直尺、游標(biāo)卡尺、千分尺
目 錄
第1章………………………………………設(shè)計說明
第2章………………………………………零件分析
第3章………………………………………工藝分析
第4章………………………………………制定工藝路線
第5章………………………………………機(jī)械加工余量的確定
第6章………………………………………確定切削用量
第7章………………………………………加工的幾點說明
第8章………………………………………總結(jié)
第9章………………………………………參考文獻(xiàn)
設(shè)計說明
本次課程設(shè)計是在我們學(xué)完了大學(xué)的全部基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)課之后進(jìn)行的。這是我們在進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計之前所學(xué)各課程的一次深入的綜合性的總復(fù)習(xí)，也是一次理論聯(lián)系實際的訓(xùn)練。因此，它在我們四年的大學(xué)生活中占有重要的地位。
就我個人而言，我希望能通過這次課程設(shè)計對自己未來將從事的工作進(jìn)行一次適應(yīng)性訓(xùn)練，從中鍛煉自己分析問題、解決問題的能力，為今后參加祖國的現(xiàn)代化建設(shè)打下一個良好的基礎(chǔ)。
由于能力所限設(shè)計尚有許多不足之處，懇請各位老師給予指教。
1 .2.1 零件的分析
1.2.1.1 生產(chǎn)類型
本題目所要加工的為一階梯軸，要求批，量為10000件，可確定其生產(chǎn)類型為大批量生產(chǎn)。
1.2.1.2 零件分析
題目所給定的零件是一主要支撐傳動件和傳遞扭矩的階梯軸，軸類零件是旋轉(zhuǎn)體零件，其長度大于直徑，一般由圓柱面、圓錐面、螺紋、花鍵、溝槽等?？紤]到加工工藝，在車外圓時在兩端車刀無法順利退出所以零件在兩端應(yīng)加退刀槽，詳見零件圖。
1.2.1.3 零件的工藝分析
階梯軸零件圖樣的視圖正確、完整、尺寸、公差及技術(shù)要求齊全。本零件各表面的加工并不困難，但零件左邊的鍵槽與其左端面距離只有3mm，有點小加工時估要精確的保證上述要求則比較困難。分析該零件是作傳動齒輪轉(zhuǎn)矩所用，故可以將其鍵槽長度做的稍微小一點，也保證了階梯軸的強度。又零件圖中的直線度精度要求較高，加工時比較困難，即定位基準(zhǔn)要保證。
1.2.2 工藝規(guī)程的設(shè)計
1.2.2.1 確定毛坯的制造形式
該階梯軸均勻分布三個鍵槽，要求有一定的強度，該 零件材料為45鋼，輪廓尺寸不大，形狀亦不復(fù)雜，又屬于大批量生產(chǎn)，考慮到軸在傳遞力矩中經(jīng)常承受交變載荷及沖突性載荷，因此應(yīng)選用鍛件，以是金屬纖維盡量不被切斷，保證零件工作可靠。由于零件年產(chǎn)10000件，已達(dá)到大批生產(chǎn)的水平，而且零件的輪廓尺寸不大，故采用模鍛成型。這對提高生產(chǎn)率、保證加工質(zhì)量也是有利的。
毛坯尺寸通過確定加工余量后決定。
1.2.2.2 基準(zhǔn)的選擇
粗基準(zhǔn)的選擇。粗加工時，由于切削余量大，工件受的切削力也大，一般采用卡頂法，尾座頂尖采用彈性頂尖，可以使工件在軸向自由伸長。但是，由于頂尖彈性的限制，軸向伸長量也受到限制，因而頂緊力不是很大。在高速、大用量切削時，有使工件脫離頂尖的危險。采用卡拉法可避免這種現(xiàn)象的產(chǎn)生。
精車時，采用雙頂尖法（此時尾座應(yīng)采用彈性頂尖）有利于提高精度，其關(guān)鍵是提高中心孔精度。
1.2.2.3制訂工藝路線
由于生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)，估采用萬能機(jī)床配以專用工具夾，并盡量使工序集中提高生產(chǎn)率。除此以外，還應(yīng)降低生產(chǎn)成本。
(1)工藝路線方案一：
工序1： 下料。L=1008mm，D=45mm的圓柱棒料。
工序2： 鍛造。其毛坯尺寸詳見機(jī)械工序卡片。
工序3： 退火，因原料為45鋼，故選用退火處理以消除內(nèi)應(yīng)力。
工序4： 粗銑端面L=1008，精銑端面L=1000鉆中心孔。
工序5： 粗車、精車外圓Ф24×45、Ф28×45、Ф30×40、Ф35×63、
Ф42×12、Ф35×657、Ф30×30、Ф28×45、Ф24×58。
工序6： 畫線、銑鍵槽45h8、53h10、50h8。
工序7： 調(diào)質(zhì)處理。提高其機(jī)械性能。HBS220～250
工序8： 鉆螺紋M6深8。
工序9： 去毛刺，
工序10：磨外圓使其達(dá)到零件圖對粗糙度的要求。
工序11：終檢。
(2)工藝路線方案二：
工序1： 下料。L=1008mm，D=45mm的圓柱棒料。
工序2： 鍛造。其毛坯尺寸詳見機(jī)械工序卡片。
工序3： 退火，因原料為45鋼，故選用退火處理以消除內(nèi)應(yīng)力。
工序4： 粗車外圓Ф24×45、Ф28×45、Ф30×40、Ф35×63、
Ф42×12、Ф35×657、Ф30×30、Ф28×45、Ф24×58。
工序5： 車端面，鉆中心孔。
工序6： 精車外圓Ф24×45、Ф28×45、Ф30×40、Ф35×63、
Ф42×12、Ф35×657、Ф30×30、Ф28×45、Ф24×58。倒角1×45°
工序7： 攻螺紋M6深8
工序8： 調(diào)質(zhì)處理。提高其機(jī)械性能。HBS220～250
工序9： 去毛刺，
工序10：磨外圓使其達(dá)到零件圖對粗糙度的要求。
工序11：畫線、銑鍵槽45h8、53h10、50h8。
工序12：終檢。
(3)工藝方案的比較與分析
上述兩個工藝方案的特點在于：方案一是先加工端面然后已此為基面加工外圓；而方案二先以外圓為粗基準(zhǔn)加工中心孔，然后以中心孔為精基準(zhǔn)精加工外表面，經(jīng)過比較可以看出方案二更能保證其精度。但是方案二的鍵槽加工按照先粗后精原則盡可能向前按排，應(yīng)該按排在精磨加工之前，最終所得的具體的工藝過程如下：
工序1： 下料。L=1008mm，D=45mm的圓柱棒料。
工序2： 鍛造。其毛坯尺寸詳見機(jī)械工序卡片。
工序3： 退火，因原料為45鋼，故選用退火處理以消除內(nèi)應(yīng)力。
工序4: 銑端面，鉆中心孔
工序5： 粗車、精車外圓Ф24×45、Ф28×45、Ф30×40、Ф35×63、
Ф42×12、Ф35×657、Ф30×30、Ф28×45、Ф24×58。倒角1×45°
工序6： 攻螺紋M6深8
工序7： 畫線、銑鍵槽45h8、53h10、50h8。
工序8： 調(diào)質(zhì)處理。提高其機(jī)械性能。HBS220～250
工序9： 去毛刺，
工序10：磨外圓使其達(dá)到零件圖對粗糙度的要求。
工序11：終檢。
以上加工方案比較合理，下面對其各個工序加工所用的夾具及加工工具詳細(xì)列為如下：
下料→鍛造→退火→銑端面→鉆中心孔→粗車外圓→精車外圓→倒角→攻螺紋→畫線→銑鍵槽→磨外圓→去毛刺→終檢。
工序1: 銑端面，鉆中心孔 。選用銑端面鉆中心孔聯(lián)合機(jī)床XZ22.4型號
工序2：粗車 Ф24、Ф28、Ф30、Ф35、Ф42。 選用C620-1臥式車床和專用夾具
工序3：精車外圓 Ф24、Ф28、Ф30、Ф35、Ф42 ， 倒角1×45°。選用C620-1臥式車床和專用夾具
工序4：攻螺紋M6深8mm。選用絲錐
工序5：畫線、銑鍵槽 。選用立式銑床X51型號
工序6：磨外圓。
工序7：磨床選用萬能外圓磨床M131W型號和專用夾具。
工序8：去毛刺。鉗工臺
工序9：終檢
以上工藝過程祥見機(jī)械加工工藝過程卡片和機(jī)械加工工序卡片。
1.2.2.4 機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定
該零件材料為45鋼，硬度HBS為220～250HBS，毛坯重量約為6.7kg，生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)，采用在鍛錘上合模模鍛毛坯。
根據(jù)上述原始資料及加工工藝，分析確定各加工表面的機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：
（1） 外圓表面（Ф24、Ф28、Ф30、Ф35、Ф42）查表《工藝手冊》表2.2-14其中鍛件質(zhì)量為6.7kg，鍛件復(fù)雜形狀系數(shù)為S1,鍛件系數(shù)取M1, Ф24、Ф28、Ф30 外圓輪廓尺寸在0～30mm范圍內(nèi)，估直徑偏差為
Ф35、Ф42外圓輪廓尺寸在30～80mm范圍內(nèi)，估直徑偏差為
直徑方向余量查《工藝手冊》2.2-25取單邊余量1.25mm所以外圓將變?yōu)?
Ф26.5、Ф30.5、Ф32.5、Ф37.5、Ф44.5
（2） 外圓表面沿軸線長度方向的加工余量級公差（Ф24的兩端面）。查表
《工藝手冊》2.2-14，其中鍛件質(zhì)量為6.7kg，鍛件復(fù)雜形狀系數(shù)為S1,鍛件系數(shù)取M1,鍛件輪廓尺寸（長度方向）在800～1250mm范圍內(nèi)，估長度偏差為 長度方向余量《工藝手冊》2.2-25，其余量值規(guī)定為2.73～4.0mm現(xiàn)取為3.2mm
外圓表面 查表2.2-25 直徑方向2.0～2.5mm取 2.5 mm
水平方向2.7～4.0mm取3.2mm
1.2.2.5 確定切削用量及基本工時
工序1：銑端面、鉆中心孔
（1）加工條件
工件材料：45鋼正火， =0.60GPa，模鍛。
加工要求：銑端面Ф24mm，長度方向尺寸達(dá)到1000鉆中心孔，表面粗糙度值Ra=6.3；兩端面鉆中心孔
機(jī)床： 銑端面鉆中心孔聯(lián)合機(jī)床XZ22.4型號
刀具： 工件材料YT15，
刀桿尺寸為16mm×25mm.kv=75°.Y。=15°.a。=12°
（2）計算切削用量
a 粗銑Ф24mm的兩端面 ：
確定端面最大加工余量，查表《工藝手冊》2.2-25，可查得毛坯長度方向的加工余量為3.2mm。實際端面最大加工余量為1.6mm,以外圓為粗基準(zhǔn)，同時銑兩端面，保證工件長度尺寸為 fz=0.08mm/齒（參考《切削手冊》表3.3）切削速度：參考有關(guān)手冊，確定v=0.45m/s，即27m/min。利用高速鋼鑲齒三面刃銑刀，dw=225mm，齒數(shù)z=20。
ns= ==38（r/min）.
現(xiàn)采用XZ22.4銑端面鉆中心孔機(jī)床，根據(jù)機(jī)床使用說明書（見《工藝手冊》表42-39）。取nw=37.5r/min，估實際切削速度為v=《切削手冊》表1.27 ==26.5（m/min）.
當(dāng)Nw=37.5（r/min）時，工件臺的每分鐘進(jìn)給量
fm: fm=fzzNw=0.08×20×37.5=60（mm/min）.查機(jī)床說明書，剛好有fm=60（mm/min）,估直接用該值 機(jī)動工時 tm==0.42(min).
b粗車Ф26.5mm左端外圓，同時應(yīng)校驗機(jī)床功率及機(jī)給機(jī)構(gòu)強度切削速度：單邊余量z=1.0mm，可一次切除。
進(jìn)給量：根據(jù)《切削手冊》表1.4，選用f=0.5mm/r.
計算切削速度：見《切削手冊》表1.27，CV=242，XV=0.35,yv=0.35,m=0.2。修正系數(shù)kv見《切削手冊》表1.28,kmv=1.44,ksv=1.04,
Kkrv=0.81,kbv=0.97。所以
==123(m/min)
確定主軸轉(zhuǎn)速 ns===603（m/min）
按機(jī)床選取 n=600r/min。所以實際切削速度
V===38.6（m/min）
檢驗機(jī)床功率： 主切削力Fc按《切削手冊》表1.29所示公式計算
Fc= 式中： =2795， =1.0，=0.75， =-0.15
===0.94 ； Kkr=0.89
所以Fc=2795×10×0.5×0.75×122-0.15×0.94×0.89=675(N)。
切削工時 t= ==0.15min； 式中：l2 =45
切削時消耗功率Pc為
Pc= ==2.06(kw)
由《切削手冊》表1.30中C602-1機(jī)床說明書可知，C602-1主電動機(jī)功率為7kw，當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速為600r/min時，主軸傳遞的最大功率為5.5kw，所以機(jī)床功率足夠，可以正常加工。
（3） 車Ф30.5mm外圓柱面：ap =1mm，f=0.5mm/r
《切削手冊》表1.6,Ra=3.2μm,
切削速度
式中：cv=242，m=0.2,T=60,T=60, xv=0.15, Km=1.44, Kk=0.81。
則 vc==182（m/min）
n= ==1900(r/min)
按機(jī)床說明書取 n=1900r/min
則此時 V=145m/min
切削工時
t= ==0.047min 式中：l2 =45
（4）車Ф32.5mm外圓柱面：ap=1mm，f=0.5mm/r《切削手冊》表1.6,Ra=3.2μm,
切削速度
式中：cv=242，m=0.2,T=60,T=60,Xv=0.15, Km=1.44, Kk=0.81。
則
vc= =180（m/min）
n= ==1763(r/min)
按機(jī)床說明書取 n=1650r/min，
則此時 V=145m/min
切削工時
t= = =0.055min 式中： l2 =40
（5）車Ф37.5mm外圓柱面：ap=1mm，f=0.5mm/r《切削手冊》表1.6,Ra=3.2μm,
切削速度
式中：cv=242，m=0.2,T=60,T=60,Xv=0.15, Km=1.44, Kk=0.81。
則 vc = =175（m/min）
n= = ==1485(r/min)
按機(jī)床說明書取n=1370r/min，則此時 V=145m/min
切削工時
t= = ==0.09min 式中：l2 =63
（6）車Ф44.5mm外圓柱面：ap=1mm，f=0.5mm/r《切削手冊》表1.6,Ra=3.2μm,
切削速度
式中：cv =242，m=0.2,T=60,T=60, Xv=0.15, Km =1.44, Kk =0.81。
則 vc= =153（m/min）
n== =1095(r/min)
按機(jī)床說明書取n=1050r/min，則此時 V=145m/min
切削工時
t= = =0.023min 式中：l2=12
7）車Ф37.5mm外圓柱面：ap=1mm，f=0.5mm/r《切削手冊》表1.6,Ra=3.2μm,
切削速度
式中：cv=242，m=0.2,T=60,T=60,Xv=0.15, Km=1.44, Kk=0.81。
則vc =242×1.44×1.04×0.81/37.50.2×10.15×0.5×0.35 =175（m/min）
n== =1485(r/min)
按機(jī)床說明書取n=1370r/min，則此時V=145m/min
切削工時
t= = =0.96min 式中：l2 =657
工序4攻螺紋
由于螺紋孔較小，深度也較小，故選用絲錐。
工序5銑鍵槽
?。?）刀具的選擇 查《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》第三章P66 選用鍵槽銑刀
（2）銑削時間的確定 查表《工藝手冊》6.2-7知
T=+ =1.5
h --------鍵槽深度，h1=h3=4mm,h2=5mm;
fMc --------工作臺的垂直進(jìn)給量，查表《工藝手冊》4.2-35取200mm/min;
d --------銑刀直徑，取d=5mm;
fMz --------工作臺的水平進(jìn)給量，查表《工藝手冊》4.2-35取400mm/min;
--------鍵槽長度，分別為45mm,56mm,50mm;
T=T1+T2+T3=(+)+(+)+(+)=0.670.675in;
工序6磨外圓 粗糙度達(dá)到零件圖的要求，最終尺寸Ф24、Ф28、Ф30、Ф35、Ф42、Ф35、Ф30、Ф28、Ф24。
砂輪的選擇。見《工藝手冊》第三章2.2 選擇結(jié)果為：SA60KV5P350×2050×203
其含義：砂輪磨料為單晶剛玉 ，粒度為60號，硬度為中軟一級，陶瓷結(jié)合劑，6號組織，平型砂輪，其尺寸為350×50×203（D×B×d）
切削用量的選擇。砂輪轉(zhuǎn)速n速 =1990(r/min) ，v砂 =36.45m/s。
軸向進(jìn)給量 fa=0.5B= 25mm (雙行程)
工作速度 vw =5m/min
徑向進(jìn)給量 fr=0.015mm(雙行程)
切削工時。當(dāng)加工一個表面時
=
-----單面加工余量，zb＝0.2mm;
A -----切入次數(shù)，Ａ＝１２；
-----工作臺往返一次砂輪的進(jìn)給量0.05mm;
T -----光磨時間
t＝0.15 +0.15+0.12+0.28+0.08+0.57×4+0.09+0.15+0.16=3.22min
-----光磨時間的修正系數(shù) 直徑余量取0.4mm,
查表《工藝手冊》6.2-12 =0.89
K -----修磨系數(shù) 圓柱體帶一個圓角所以k=1.3
所以 T1==66.13min
該細(xì)長軸加工過程的幾點說明：
由于細(xì)長軸剛性很差，在加工中極易變形，對加工精度和加工質(zhì)量影響很大。為此，生產(chǎn)中常采用下列措施予以解決。
(一) 改進(jìn)工件的裝夾方法
粗加工時，由于切削余量大，工件受的切削力也大，一般采用卡頂法，尾座頂尖采用彈性頂尖，可以使工件在軸向自由伸長。但是，由于頂尖彈性的限制，軸向伸長量也受到限制，因而頂緊力不是很大。在高速、大用量切削時，有使工件脫離頂尖的危險。采用卡拉法可避免這種現(xiàn)象的產(chǎn)生。
精車時，采用雙頂尖法（此時尾座應(yīng)采用彈性頂尖）有利于提高精度，其關(guān)鍵是提高中心孔精度。
(二)采用跟刀架跟刀架是車削細(xì)長軸極其重要的附件。采用跟刀架能抵消加工時徑向切削分力的影響，從而減少切削振動和工件變形，必須注意仔細(xì)調(diào)整，使跟刀架的中心與機(jī)床頂尖中心保持一致。但跟到架跟刀尖支撐處距離太大，就會導(dǎo)致圓柱度誤差，故應(yīng)縮短其距離（一般為2mm），以保證車床上加工外圓和孔圓柱度超差。
(三)采用反向進(jìn)給
車削細(xì)長軸時，常使車刀向尾座方向作進(jìn)給運動（此時應(yīng)安裝卡拉工具），這樣刀具施加于工件上的進(jìn)給力方向朝向尾座，因而有使工件產(chǎn)生軸向伸長的趨勢，而卡拉工具大大減少了由于工件伸長造成的彎曲變形。為防止工件振動，減少變形，車削細(xì)長軸采用反向（自左向右）進(jìn)給，使工件內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力。此外宜采用彈性尾頂尖，以防止工件熱變形而導(dǎo)致工件彎曲，在工件和卡盤卡爪間墊入開口鋼絲圈，以防止工件變形，并且采用75°主偏角的車刀，可以減少徑向切削分力，防止工件變形。
(四)采用車削細(xì)長軸的車刀
車削細(xì)長軸的車刀一般前角和主偏角較大，以使切削輕快，減小徑向振動和彎曲變形。粗加工用車刀在前刀面上開有斷屑槽，使斷屑容易。精車用刀常有一定的負(fù)刃傾角，使切屑流向待加工面。
（五）車削階梯軸時要提高生產(chǎn)率，在加工過程中不宜采用工作行程等于空行程的走刀方式。
（六）車削細(xì)長軸粗車刀主偏角不宜太小
為了防止細(xì)長軸粗車時的彎曲變形和振動，采用較大主偏角（75°）使徑向力Fy較小，軸向力Fx 較大，在反向切削中使工件受到較大的拉力，前角磨出大的前角（ r。=15°-20°） 小的后角（α。=3°）既減小切削力有加強刃口強度。
（七）采用了二中心孔為定位基準(zhǔn)，符合前述的基準(zhǔn)重合及基準(zhǔn)統(tǒng)一原則。
（八）由于該零件在加工過程中在Ф42之間車刀無法順利退出，故在粗精車之間在Ф42兩端分別加退刀槽h×b=2mm×3mm。
設(shè)計總結(jié)
本次設(shè)計是我們完成了《機(jī)械制造基礎(chǔ)》后，對這門課進(jìn)行總結(jié)性的一次設(shè)計，也是大學(xué)以來我們第一次正式的課程設(shè)計，這次設(shè)計的目的是加深我們對課程的了解以及對有關(guān)專業(yè)的了解，并對以后的畢業(yè)設(shè)計做好準(zhǔn)備，因此，我認(rèn)為它對我是非常重要的，我也非常重視它。
就我個人而言，我希望能通過這次課程設(shè)計對自己未來將從事的工作進(jìn)行一次適應(yīng)性訓(xùn)練，從中鍛煉自己分析問題、解決問題的能力，為今后參加祖國的現(xiàn)代化建設(shè)打下一個良好的基礎(chǔ)。
由于能力所限設(shè)計尚有許多不足之處，懇請各位老師給予指教。
參考文獻(xiàn)
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