1、机 械 制 造 工 艺 学 课 程 设 计说 明 书课 题:轴的设计学生姓名：专 业：机械制造及自动化学 号：班 级：指导教师：1机械工程学院2011 年 12 月 28 日目录1 零件的分析 32 毛坯的选择 52.1 毛坯种类的选择 .52.2 毛坯形状尺寸的确定 53 工艺路线的拟定 .63.1 定位基准的选择 .63.3 加工顺序的安排 .73.31 加工阶段的划分 73.32 基面先行原则 73.33 先粗后精 .73.34 工序划分的确定 73.35 热处理工序的安排 823.4 工艺路线的确定83.5 加工路线的确定94 加工设备的选择 .114.1 机床的选择 114.2 夹具
2、的选择 .1114.3 刀具的选用 .1115 加工余量、工序尺寸及公差的确定 136 切屑用量的确定 .157 设计心得 .1888 参考文献 19341 零件的分析图 1-1 零件图从零件图看，该零件结构简单，加工的外圆表面为 ，12.4， ， ， ，图中所给的尺寸精度较高，加工时可以用130.514.0519磨削加工来完成。有些为 IT5 级，IT6 级，可以在精加工之后加，用磨削加工来完成。粗糙度方面：沟槽 20.5 两侧面、 的两端面、 的端面、19140.5两键槽的端面的表面粗糙度为 Ra3.2; 、 、 的外表面的40.50.53表面粗糙度为 Ra1.6，表面粗糙度要求不高，直接
3、用精加工就可以达到要求。轴线对于轴的直线度为 0.01。热处理方面需要调质处理到 220-250HBS,在粗加5工之后，精加工之前可以进行调质处理，这样可以保证零件所要求的表面硬度。通过分析，该零件布局合理，方便加工，通过径向夹紧可保证加工要求，整个图面清晰，尺寸完整合理，能够完整表达物体的形状和大小，符合要求。62 毛坯的选择2.1 毛坯种类的选择 毛坯的选择和拟定毛坯图是制定工艺规程的最初阶段的工作之一，也是较重要的阶段，毛坯的形状和特征（硬度，精度，金相组织等）对机械加工的难易，工序数量的多少有直接影响，因此，合理选择毛坯在生产中占有相当重要的位置，同样毛坯的加工余量的确定也是一个非常重
4、要的问题。毛坯种类的选择决定零件的实际作用，毛坯的制造方法主要有以下几种：1 型材、2 锻造、3 铸造、 4 焊接、5 其他毛坯。根据零件的要求，推荐使用型材或锻件，不过，所要设计的是轴，它要承受较大的扭矩和弯矩，锻件具有较高的抗拉抗弯、抗扭强度和冲击韧性，常用于大载荷或冲击载荷下的工作零件。因此选用锻件。72.2 毛坯形状尺寸的确定根据零件的加工精度要求和表面加工方法确定毛坯的尺寸。由于轴的径向尺寸变化不大，故可选用等径 40Cr 钢因此我们可可以用设计零件的加工最大直径时所需的毛坯的直径做为选用毛坯的直径。查实用金属切削加工工艺手册可知 的总加工余量为 5，因此 40Cr 钢的直径为 24
5、。40Cr 钢两端面的加工总19余量为 4。因此 40Cr 钢的长度为 86图 2-1 毛坯图3 工艺路线的拟定3.1 定位基准的选择工件在加工第一道或最初几道工序时，一般选毛坯上未加工的表面作为定位基准，这个是粗基准，该零件选用 24 外圆柱面作为粗基准来加工 19 外圆柱面和右端面。以上选择符合粗基准的选择原则中的余量最小原则、便于装夹原则，在以后的工序中，则使用经过加工的表面作为定位基准，14 的外圆柱面和右端面作为定位基准，这个基准就是精基准。在选精基准时采用有基准重合，基准统一。这样定位比较简单可靠，为以后加工重要表面做好准备。83.2 加工方法的选择市场经济的前提下，一切都是为能创
6、造出更多的财富和提高劳动率为目的，同样的加工方法的选择一般考虑的是在保证工件加工要求的前提下，译稿工件的加工效率和经济性，而在具体的选择上，一般根据机械加工资料和工人的经验来确定。由于方法的多种多样，工人在选择时一般结合具体的工件和现场的加工条件来确定最佳的加工方案。同样在该零件的加工方法的选择中，我们考虑了工件的具体情况，一般我们按加工顺序来阐述加工方案：加工表面 表面粗糙度 公差等级 加工方法19 外端面 Ra 自由公差 粗车-精车19 外圆柱表面 Ra3.2 自由公差 粗车-精车14 外圆柱表面 Ra1.6 IT6 粗车-精车-磨削14 外圆柱表面 Ra1.6 IT5 粗车-精车-磨削1
7、4 外圆柱面 Ra1.6 IT6 粗车-精车-磨削13 外圆柱面 Ra1.6 自由公差 粗车-精车12.4 外圆柱面 Ra12.5 自由公差 粗车-精车沟槽 Ra12.5 精车左端 Ra12.5 粗车-精车右端面 Ra12.5 粗车-精车键槽 Ra3.2 IT10 精铣倒角 Ra12.3 3.3 加工顺序的安排3.31 加工阶段的划分当零件的加工质量要求较高时,往往不可能用一道工序来满足要求,而要用9几道工序逐步达到所要求的加工质量和合理地使用设备、人力,零件的加工过程通常按工序性质不同,可以分为粗加工,精加工，磨削三个阶段。粗加工阶段：其任务是切除毛坯上大部分余量，使毛坯在形状和尺寸上接近零
8、件成品，因此，主要目标是提高生产率，去除端面以及外圆表面的大部分余量，并为后续工序提供精基准，如加工 19、13、12.4 外圆柱表面。精加工阶段：其任务就是保证各主要表面达到规定的尺寸精度，留一定的磨削余量，为主要表面磨削加工做好准备，并可完成一些表面的加工。如精度和表面粗糙度要求，主要目标是全面保证加工质量。磨削加工阶段：其任务主要是加工公差精度要求高的表面。3.32 基面先行原则该零件进行加工时，要将端面先加工，再以左端面、外圆柱面为基准来加工，因为左端面和 14 外圆柱面为后续精基准表面加工而设定的，才能使定位基准更准确，从而保证各位置精度的要求，然后再把其余部分加工出来。3.33 先
9、粗后精即要先安排粗加工工序，再安排精加工工序，粗车将在较短时间内将工件表面上的大部分余量切掉，一方面提高金属切削效率，另一方面满足精车的余量均匀性要求，若粗车后留余量的均匀性满足不了精加工的要求时，则要安排半精车，以此为精车做准备。3.34 工序划分的确定工序集中与工序分散：工序集中是指将工件的加工集中在少数几道工序内完成每道工序加工内容较多，工序集中使总工序数减少，这样就减少了安装次数，可以使装夹时间减少，减少夹具数目，并且利用采用高生产率的机床。工序分散是将工件的加工分散在较多的工序中进行，每道工序的内容很少，最少时每道工序只包括一简单工步，工序分散可使每个工序使用的设备，刀具等比较简单，
10、机床调整工作简化，对操作工人的技术水平也要求低些。综上所述：考虑到工件是中批量生产的情况，采用工序分散10辅助工序的安排：辅助工序一般包括去毛刺，倒棱角，检验等。3.35 热处理工序的安排热处理的目的是提高材料力学性能，消除残余应力和改善金属的加工性能，热处理主要分预备热处理，最终热处理和内应力处理等，本零件轴材料为 40Cr钢，在加工过程中预备热是消除零件的内应力，在毛坯锻造之后。最终热处理在粗车之后精车之前， 改善轴表面的性能。3.4 工艺路线的拟定根据以上各个零部件的分析以及加工工艺确定的基本原则，可以初步确定加工工艺路线，具体方案如下：方案一1 备料 锻造毛坯 2 热处理 退火（消除内
11、应力）3、 普车 粗车右端面 钻中心孔，粗车左端面，钻中心孔4、 普车 粗车 19,14 外圆面，留精车，磨削余量5、 普车 粗车 14 外圆面，留精车、磨削余量，粗车 13 ， 12.4 外圆面，留精车余量 6、 热处理 调质7、 数控车 精车左端面，19，14 外圆柱面，留磨削余量8、 检验 检验 14 长为 389、 数控车 精车右端面 1312.4 外圆柱面至要求，精车 14 留磨削余量10、检验 检验总长，19 长 4，14 长 12.，13 至要求 12.4 长为 51111、普车 车各键槽与倒角 12、磨床 磨各外圆面至要求13、铣床 铣键槽14、去毛刺15、检验方案二：1 备料
12、 锻造毛坯 2 热处理 退火（消除内应力）3、 普车 粗车右端面 钻中心孔，粗车左端面，钻中心孔4、 普车 粗车 19,14 外圆面，留精车，磨削余量5、 普车 粗车 14 外圆面，留精车、磨削余量，粗车 13 ， 12.4 外圆面，留精车余量 6、 热处理 调质7、 数控车 精车左端面，19，14 外圆柱面，留磨削余量8、 数控车 精车右端面 1312.4 外圆柱面至要求，精车 14 留磨削余量9、磨床 磨削 19 的左右端面10、普车 车各键槽与倒角 11、磨床 磨各外圆面至要求12、铣床 铣键槽13、去毛刺1214、检验综上所述：两个工艺方案的特点在于工序集中和工序分散和加工顺序，从零件
13、本身来考虑，由于轴类零件在切削加工时易产生弯曲变形，如采用工序分散，在加工时零件的位置精度无法保证，所以采用方案一。3.5 加工路线的确定确定刀具走刀路线主要是提高生产效率，正确的加工工艺程序，在确定走刀路线时主要考虑以下几个方面：1、应能保证零件的加工精度和表面粗糙度2、应使走刀路线最短，减少刀具空行程时间，提高加工效率3、应使数值计算简单，程序段数量少，以减少编程工作量具体加工路线见工艺卡134 加工设备的选择4.1 机床的选择1、工序三、工序四采用 CA6140 普通车床，车床的参数如下：型号 TYPE CA6140，中心距 750mm 1000 mm 1500 mm，床身上下最大回转直
14、径400 mm，马鞍内最大工作回转路径550 mm，横拖板上最大回转直径214mm，主轴孔径52 mm，主轴内锥孔 MT6#，主轴速度级数 16 级，主轴速度范围 20-1800r.p.m，公制螺纹（30 种）0.45-20 mm（30 种） ，英制螺纹（30 种）40-0.875t.p.i（30 种） ，模数螺纹 0.125-5mm，径节螺纹 160-4D.P，横拖板行程 239mm 小刀架行程 150mm，尾坐套孔锥度 MT5#，套筒行程 120mm，主电机功率 4/5.5KW，外形尺寸 235010201250mm2、工序七、工序九采用数控车床 CK7150A，车床参数如下：8 工位电动
15、转塔刀架，可实现自动换刀，数控装置：FANUCOI，最大回转直14径 590mm，最大加工直径 500 mm，最大加工长度 1000 mm，主轴转速范围 30-2000RMP/min，主轴电机功率 7.5KW，主要精度 X 定位精度0.016 mm,Z 定位精度0.025 mm,X 重复定位精度0.007 mm,Z 重复定位精度0.01 mm3 工序十三采用 X51，铣床的参数如下：型号 X51,主轴孔锥度 7:24,主轴孔径 25mm。主轴转速 651800r/min。工作台面积(长宽)1000250。工作台最大行程:纵向(手动/机动)620mm,横向手动 190mm、机动 170mm，升降
16、手动 370mm、机动 350mm。工作台进给量:纵向35980mm/min、横向 25765mm/min、升降 12380mm/min。工作台快速移动速度:纵向 2900mm/min、横向 2300mm/min、升降 1150mm/min。工作台 T 型槽数:槽数 3、宽度 14、槽距 50。主电机功率 7.5KW。4.2 夹具的选择主要选用三爪卡盘4.3 刀具的选用（1）车削 粗车端面选用 45弯头车刀；车外圆面用 90外圆车刀；（2）钻中心孔 用中心钻；（3）切槽 用硬质合金切断刀；（4）铣键槽 用铣刀；（5）磨削 用砂轮。155 加工余量、工序尺寸及公差的确定根据各资料及制定的零件加工
17、工艺路线，采用计算与查表相结合的方法确定各工序加工余量，中间工序公差按经济精度选定，上下偏差按入体原则标注，确定各加工表面的机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸如下：1 19 外圆柱面16工序名称 工序余量 工序公差 工序尺寸 表面粗糙度精车 1 IT6 19 12.3粗车 4 IT12 20毛坯 5 242 外圆面0.14工序名称 工序余量 工序公差 工序尺寸 表面粗糙度磨削 0.2 IT5 14 1.6精车 0.8 IT6 14.2 1.6粗车 5 IT12 15 12.3毛坯 6 243 外圆面140.5工序名称 工序余量 工序公差 工序尺寸 表面粗糙度磨削 0.2 IT6 14 1.6精车
18、 0.8 IT6 14.2 1.6粗车 5 IT12 15 12.3毛坯 6 244 13 外圆面工序名称 工序余量 工序公差 工序尺寸 表面粗糙度精车 1 IT6 13 1.617粗车 1 IT12 14毛坯 2 245 12.4 外圆面工序名称 工序余量 工序公差 工序尺寸 表面粗糙度精车 0.6 IT6 12.4 12.3粗车 1 IT12 113毛坯 1.6 246 加工 14 处键槽工序名称 工序余量 工序公差 工序尺寸 表面粗糙度铣槽 IT10 12 3.27 加工 13 处键槽工序名称 工序余量 工序公差 工序尺寸 表面粗糙度铣槽 IT10 10 3.28 加工 19 两端面，先
19、粗车留精加工余量 0.79 精加工各圆面后直接车沟槽至要求186 切屑用量的确定1 加工 19 外圆柱面粗车：查机械加工工艺设计手册：取 f=0.25mm/r ap=2mm 查金属切削手册取 Vc=45 m/min 则 n=1000Vc/（d） =596.8r/min 由CA6140 说明书取 n=620r/min故实际切削速度：Vc=n d/1000=6203.1424/1000=46.7m/min实际取值为 Vc=46.7 m/min，n=620r/min，f=0.25mm/r精车：查机械加工工艺设计手册取 f=0.15mm/r ap=0.5mm 查金属切削手册取 Vc=75 m/min
20、则 n=1000Vc/ d =1193r/min 圆整的n=1190r/min19故实际切削速度：Vc=n d/1000=11903.1420/1000=74.7m/min实际取值为 Vc=74.7 m/min，n=1190r/min，f=0.15mm/r2 加工外 外圆端面140.5粗车：d=19 查金属机械加工工艺人员手册 取 f=0.2 查金属切削手册取 Vc=35 m/min 则 n=1000Vc/ d =586.4r/min 由 CA6140 说明书取n=550r/min 故实际切削速度 Vc=n d/1000=5503.1419/1000=33.8m/min 取 ap=2mm 实际
21、取值为 Vc=33.8m/min，n=550r/min f=0.2mm/r精车：查机械加工工艺设计手册 取 f=0.15 mm/r再查外圆切削数据表知：取 Vc=50 m/min 则 n=1000Vc/ d=1000120/3.1461.1=837.6 r/min 圆整得 n=840 r/min 取 ap=0.4mm 故实际切削速度：Vc=n d/1000=8403.14/1000=50m/min 实际取值为 Vc= 50m/min，n=840r/min f=0.15mm/r磨削：M1432A 外圆磨床，转速 n=15003 加工 外圆端面0.514粗车：查金属机械加工工艺人员手册取 f=0.
22、2mm/r 查金属切削手册取 Vc=35m/min 则 n=1000Vc/ d =586.4r/min 由 CA6140 说明书取n=550r/min 故实际切削速度Vc=n d/1000=33.8m/min 取 ap=2mm 实际取值为 Vc= 33.8m/min，n=550r/min， f=0.2mm/r精车：查机械加工工艺设计手册取 f=0.15mm/r 再查外圆切削数据表知：取 Vc=50 m/min 则 n=1000Vc/ d =100050/193.14=837.6 r/min 圆整得 n=850 r/min 故实际切削速度： Vc=n d/1000=8503.1419/1000=
23、50m/min ap=0.4mm，20实际取值为 Vc=50m/min，n=850r/min f=0.15mm/r磨削：M1432A 外圆磨床，转速 n=15004 加工 13 外圆柱面粗车：d=15 查金属机械加工工艺人员手册取 f=0.2mm/r 查金属切削手册取 Vc=35 m/min 则 n=1000Vc/ d =742.7r/min 由 CA6140 说明书取n=800r/min 故实际切削速 Vc=nd/1000=37.7m/min 取 ap=0.5mm 实际取值为 Vc=37.7m/min，n=800r/min， f=0.2mm/r精车：查机械加工工艺设计手册 取 f=0.15m
24、m/r 再查外圆切削数据表知： 取 Vc=55 m/min 则 n=1000Vc/ d=1167.1 r/min 圆整得n=1170r/min 故实际切削速度： Vc=n d/1000=11703.1415/1000=55.1m/min ap=0.5mm实际取值为 Vc= 55.1m/min，n=1170/min f=0.15m/r5 加工 12.4 外圆端面粗车：d=14 查金属机械加工工艺人员手册取 f=0.2mm/r 查金属切削手册取 Vc=40 m/min 则 n=1000Vc/ d =909.4r/min 由 CA6140 说明书取n=920r/min 故实际切削速 Vc=nd/10
25、00=40.5m/min 取 ap=0.5mm 实际取值为 Vc=40.5m/min，n=920r/min， f=0.2mm/r精车：查机械加工工艺设计手册 取 f=0.15mm/r 再查外圆切削数据表知： 取 Vc=50 m/min 则 n=1000Vc/ d=1224.3 r/min 圆整得n=1220r/min 故实际切削速度： Vc=n d/1000=3.1413/1000=50m/min ap=0.4mm21实际取值为 Vc= 50m/min，n=1220/min f=0.15m/r6 加工 19 端面粗车：查机械制造工艺与机床夹具课程设计指导得： f=0.65mm/r Vc=28m
26、/min n=1000Vc/d=485.8r/min 由 CA6140 说明书取n=550r/min 故实际切削速度 Vc=n d/1000=32.3m/min 取 ap=2mm 实际取值为 Vc=32.3m/min，n=550r/min，f=0.65mm/r.精车：查机械制造工艺与机床夹具课程设计指导得：f=0.41mm/r ap=0.5mm Vc=36m/min n=1000Vc/d=603r/min 实际取值为 Vc=36 m/min，n=603r/min，f=0.41mm/r.7 加工轴两端面粗车：查机械制造工艺与机床夹具课程设计指导得： f=0.65mm/r Vc=26m/min n
27、=1000Vc/d=344.8r/min 由 CA6140 说明书取n=320r/min 故实际切削速度 Vc=n d/1000=24.1m/min 取 ap=2mm 实际取值为 Vc=24.1m/min，n=320r/min，f=0.65mm/r.精车：查机械制造工艺与机床夹具课程设计指导得：f=0.34mm/r ap=0.5mm Vc=34m/min n=1000Vc/d=721r/min 实际取值为 Vc=34 m/min，n=721r/min，f=0.34mm/r.8 铣 13 处键槽粗铣： f=0.12mm/r ap=5mm Vc=40m/min n=1000Vc/d=979.4r/
28、min 精铣： fz=0.10mm/r ap=2mm Vc=55m/min n=1000Vc/d=1346r/min9 铣 14 处键槽粗铣： f=0.12mm/r ap=5mm Vc=40m/min n=1000Vc/d=909r/min 精铣： fz=0.10mm/r ap=2mm Vc=55m/min n=1000Vc/d=1250r/min227 设计心得本次设计让我充分的将课本上所学的知识运用到设计中。设计之前，感觉课本上的知识学的差不多了，设计时应该会比较容易，何况我所设计的轴，差不多是所有设计任务中最简单的，应会很快完成任务。可实际设计时与想象中还是有很大差别的，看到轴的零件图能
29、想象出大概是怎么去加工，可对于怎么满足图纸上所要求的加工要求不清楚。没办法只能到图书馆借些书，去找一些与我所要设计的零件相似的轴的加工工艺规程设计。看看它们的步骤是怎么安排的以及加工中怎么去完成图纸上的工艺要求。看过一些工艺规程后 ，可以将基本的工序排列出来，不过对于一些尺寸精度是用精车或是磨削来完成还不清楚，还有应留多少加工余量也不清楚，只好继续到书上找。不过，几个人合作来完成，可以相互询问一下，交换一些意见，让 设计做的更完美。这次设计，当工序卡片都完成时，发现中间有一些工序太繁琐了，应去掉。结果对所有工序进行一次大改动，花了大量时间。一开始就排好工序在去做，就不会这样了。不过，最终花了一周的时间独立完成了，有收获，感到充实。感谢老师在设计中给我们很多帮助，专门给了我们两次答疑的机会，让我少走了很多弯路。238 参考文献1、 机械加工技术 刘红普主编 中国人民大学版社2、 数控加工编程技术 苗志毅、刘宏伟主编 河南科学技术出版社3、 机械制造工艺学及夹具设计 弈继昌主编 中国人民出版社4、 机械加工工艺设计手册 张耀宸主编 航空工业出版社5、 机械工程师简明手册 河南科学技术出版社6、 机械制造基础 冀秀焕主编 中国人民大学版社7、 机械加工工艺手册 李 洪主编 北京出版社8、 机械制造工艺学 王先逵主编 机械工业出版社9、 金属工艺学 邓文英、宋力宏 高等教育出版社
