1、 “传动轴”零件的机械加工工艺规程的设计 1第 1 章 零件的分析1.1 生产类型本题目所要加工的为一阶梯状传动轴，要求批量为 5000 件，可确定其生产类型为大批量生产。1.2 零件分析题目所给定的零件是一传动轴，主要作用是支撑传动件和传递扭矩，轴类零件是旋转体零件，其长度大于直径，此轴上面有圆柱面、螺纹、键槽、平面等。考虑到加工工艺，为了在车外圆时车刀顺利退出，零件在轴肩及两端部位应加退刀槽，详见零件图。1.3 零件的工艺分析该阶梯传动轴零件的主要加工表面为： 沿同一轴线的一系列圆柱面和端面，包括：30，35，44，28，40，32 的圆柱面以及两端面； 与轴共中心线且横截面内切圆为 16
2、 的正六棱柱的六个侧面； M24 与轴共中心线的外螺纹； 10*8*30 的键的键槽。本零件加工表面主要为圆柱面，加工比较容易，其中 35 的圆柱面与右端面有 0.04的垂直度要求，且圆柱度要求为 0.01；键槽与 40 的圆柱面有 0.03 的对称度要求，要求较高，加工时要准确定位。表面粗糙度多为 1.6 和 1.6 以上的，通过半精车和精车就可以保证，只有 35 的圆柱面和定位轴环一侧面表面粗糙度要求为 0.8，需要通过磨削来保证。陕西科技大学课程设计说明书 2第 2 章 工艺规程的设计2.1 确定毛坯的制造形式零件材料为 45 钢，轴的径向尺寸变化不大，因此毛坯形状比较简单，又属于大批量
3、（年产量为 5000 件）生产，因其主要作用是传递力矩，需要有强度保证正常工作，且考虑其生产批量，为了提高生产率，故采用模锻件，具体尺寸在确定加工余量后决定。详见毛坯图。2.2 基准的选择粗基准的选择。粗加工时，由于切削余量大，工件受的切削力也大，一般采用卡顶法，尾座顶尖采用弹性顶尖，可以使工件在轴向自由伸长。但是，由于顶尖弹性的限制，轴向伸长量也受到限制，因而顶紧力不是很大。在高速、大用量切削时，有使工件脱离顶尖的危险。采用卡拉法可避免这种现象的产生。精车时，采用双顶尖法（此时尾座应采用弹性顶尖）有利于提高精度，其关键是提高中心孔精度。2.3 制订工艺路线由于生产类型为大批生产，估采用万能机
4、床配以专用工具夹，并尽量使工序集中提高生产率。除此以外，还应降低生产成本。(1) 工艺路线方案一：工序 1： 下料。L=494mm，D=51mm 的圆柱棒料。工序 2： 锻造。其毛坯尺寸详见机械工序卡片。工序 3： 退火，原料为 45 钢，故选用退火处理以消除内应力。工序 4： 粗车端面 L=480。工序 5： 粗车、精车外圆 2448、3035、3557、445、2820、40300、3215，导角 2*45、1*45。工序 6： 车螺纹 M24。 。工序 7： 铣左侧正六棱柱表面，铣键槽 40h8。工序 8： 调质处理。提高其机械性能。HBS190230。工序 9： 去毛刺。“传动轴”零件
5、的机械加工工艺规程的设计 3工序 10：磨外圆 35 使其达到零件图对粗糙度的要求。工序 11：终检。(2) 工艺路线方案二：工序 1： 下料。L=1008mm，D=45mm 的圆柱棒料。工序 2： 锻造。其毛坯尺寸详见机械工序卡片。工序 3： 退火，因原料为 45 钢，故选用退火处理以消除内应力。工序 4： 粗车外圆 2448、3035、3557、445、2820、40300、3215。工序 5： 车端面。工序 6： 精车外圆 2448、3035、3557、445、2820、40300、3215，导角 2*45、1*45。工序 7： 调质处理。提高其机械性能。HBS190230。工序 8：
6、去毛刺。工序 9： 铣左侧正六棱柱表面，铣键槽 40h8。工序 10：车螺纹 M24。工序 11：磨外圆 35 使其达到零件图对粗糙度的要求。工序 12：终检。(3) 工艺方案的比较与分析上述两个工艺方案的特点在于：方案一是先加工端面然后已此为基面加工外圆，而且车外螺纹在铣棱柱端面之前；而方案二先以外圆为粗基准加工中心孔，然后以中心孔为精基准精加工外表面，并且将车螺纹放在最后磨削之前。经过比较可以看出方案二更能保证其精度。综合螺纹加工及机床和刀具更换等因素，最终所得的具体的工艺过程如下：工序 1： 下料。L=1008mm，D=45mm 的圆柱棒料。工序 2： 锻造。其毛坯尺寸详见机械工序卡片。
7、工序 3： 退火，因原料为 45 钢，故选用退火处理以消除内应力。工序 4: 粗车端面。工序 5： 粗车、精车外圆 2448、3035、3557、445、2820、40300、3215。倒角 245工序 6： 铣左侧正六棱柱表面，铣键槽 40h10。工序 7： 调质处理。提高其机械性能。HBS190230。工序 8： 车螺纹 M24。工序 9： 磨外圆使其达到零件图对粗糙度的要求。陕西科技大学课程设计说明书 4工序 10：去毛刺。工序 11：终检。以上加工方案比较合理，下面对其各个工序加工所用的夹具及加工工具详细列为如下：下料锻造退火粗车端面粗车外圆精车外圆倒角铣棱柱平面铣键槽车螺纹磨外圆去毛
8、刺终检。工序 1: 粗车端面，选用 C620-1 卧式车床和专用夹具。工序 2：粗车 24、28、30、35、42 和 40、32。 选用 C620-1 卧式车床和专用夹具。工序 3：半精车、精车外圆 24、30、35、44、28、40、32 ， 倒角 245。选用 C620-1 卧式车床和专用夹具工序 4：铣左侧正六棱柱表面，铣键槽 。选用卧式铣床 X62 型号和立式铣床 X52K型。工序 5：车螺纹 M24。选用 C620-1 卧式车床和专用夹具。工序 6：磨外圆。磨床选用外圆磨床 M120 型号和专用夹具。工序 7：去毛刺。钳工台工序 8：终检以上工艺过程详见机械加工工艺过程卡片和机械加
9、工工序卡片。2.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定该零件材料为 45 钢，硬度 HBS 为 190230HBS，毛坯重量约为 4.6kg，生产类型为大批生产，采用在锻锤上合模模锻毛坯。根据估算的锻件质量、加工精度及锻件形状复杂系数，由表可查表面的加工余量为 7+2mm。机械加工余量即锻件的外径的双面余量为 7+2mm，各轴向尺寸的双面余量亦为 7+2mm。（1） 查表机械制造工艺设计简明手册表 2.2-10，其中锻件质量为 4.6kg，锻件复杂形状系数为 S2,属于一般级别 （2） 零件除 35mm 的外圆表面为 F2,其余为一般加工精度 F1，精度总体并不高。（3） 确定毛坯尺寸还要
10、考虑所加工表面的粗糙度，当 Ra1.6um 时，可直接用 7+2mm做为加工余量，当 Ra1.6um 时，余粮应适当增大。因此轴 35 需增加磨削的加工余量。参考磨削余量表确定磨削轴的单边余量为 0.2mm，而其余的表面直接使用 7+2mm 做为加工余量即可。故毛坯尺寸如表 1。（4） 毛坯尺寸公差根据锻件重量、形状复杂系数、分模线形状种类及锻件精度等级从有关的表中查得。则毛坯公差可从表查得，本零件毛坯尺寸允许偏差如表 2。毛坯同轴度偏差允许值 0.8mm，残留飞边为 0.8mm.“传动轴”零件的机械加工工艺规程的设计 5表 2.4.1 轴毛坯（锻件）尺寸 （mm）零 件 尺 寸 单边加工余量
11、 锻 件 尺 寸40 3.5 47232 7.5 47244 3.5 51228 9.5 47230 6 42224 9 42235 3.5 422毛坯的轴向尺寸因为基准的改变以及中间轴环在轴向切削余量的增加，用表格不便描述，因此详细尺寸参见毛坯图表 2.4.2 轴毛坯（锻件）尺寸允许偏差 （mm）锻 件 尺 寸 偏 差 根 据51 247 242 2表 2.2-13141 1494 1336 1 表 2.2-16陕西科技大学课程设计说明书 62.5 确定工序尺寸圆柱表面多次加工的工序尺寸只与加工余量有关。表 2.5.1双边余量 工序尺寸加工表面 粗车 半精车精车磨削粗车 半精车 精车 磨削4
12、0 7 - - - 400.25- - -32 13.7 1.3 - - 33.3 .32 0.39- -44 5.9 1.1 - - 45.1 0.1544 .1- -35 5.5 1.1 - 0.4 36.5 .235.4 0.2- 35 0.13230 10.7 1.1 0.2 - 31.3 0.1530.2 .530 -28 19 - - - 28 - - -24 18 - - - 24 - - -“传动轴”零件的机械加工工艺规程的设计 7第 3 章 选择加工设备与工艺装备3.1 选择机床（1）粗车与半精车的各工序的工步数不多，成批生产不要求很高的生产率，故选用卧式车床就能满足要求。本
13、零件外廓尺寸不大，精度要求不是很高，选用最常用的 C620-1 型卧式车床即可。（2）粗铣、半精铣键槽应选立式铣床。考虑本零件成批生产，所选机床使用范围较广为宜，故选常用的 X52k 型满足要求（3）粗铣、半精铣六棱柱面应选卧式铣床。考虑到生产批量，所选机床使用范围较广为宜，故选常用的 X62 型就能满足要求（4）磨削 35 外圆表面应选用外圆磨床 M120，选择砂轮 A50KV5P350*40*1273.2 选择刀具（1）在车床上的加工的工序，一般都选用硬质合金车刀。加工钢质零件采用 YT 类硬质合金，粗加工用 YT15，半精加工用 YT15，精加工用 YT30。为提高生产率及经济性，可选用
14、可转位车到。（2）键槽铣刀按表选直键槽铣刀。零件要求铣切深度为 4 mm，按表铣刀直径应为8mm。（3）铣棱柱平面铣刀按表选用圆柱面铣刀。根据铣削深度 8mm，铣刀直径应为 6075mm。3.3 选择量具本零件属成批生产，一般采用能够通用量具。选择量具的方法有两种：一是按计量器具的不确定度选择；二是按计量器的测量方法极限误差选择。选择是，采用其中的一种方法既可。（1）选择各外圆加工面的量具 工序 2 粗车 40 mm，T=0.025mm，按表 5.11，0.25计量器具的不确定度允许值 U1=0.0018mm，根据表 5.13，选取分度值为 0.002的比较仪，满足 UU 1 ，故可以满足要求
15、。按照上述方法选择本零件各外圆加工面的量具如下表所示。陕西科技大学课程设计说明书 8表 2.6.1加工面尺寸 尺寸公差 量具40 0-0.025 0025 分度值为 0.002，测量范围为 25-40 的比较仪。35 011 分度值为 0.01，测量范围为 0-50 的外径百分尺。32，44，28分度值为 0.05，测量范围为 0-50 的游标卡尺。（2）选择加工轴向尺寸所用量具 分度值为 0.02mm，测量范围为 0-150mm 的游标卡尺。“传动轴”零件的机械加工工艺规程的设计 9第 4 章 确定切削用量及基本工时4.1 工序 1：粗车端面本工序为粗车端面，选用 C6201 型卧式车床，所
16、选刀具为 YT15 硬质合金可转位车刀。由于 C620-1 机床的中心高为 200，故选用刀杆尺寸 BH=1625，刀片厚度为 4.5，选择车刀几何形状为卷屑槽带倒棱型前刀面，前角 r。=15,后角a。=12，主偏角 Kr=90，刀尖圆弧半径 r=0.5。车削端面最大加工余量 z=7mm,分两次加工得。（1） 加工条件工件材料：45 钢正火， =0.60GPa，模锻。b（1） 切削用量：p=3.5。（2） 确定进给量：f=0.3/r。（3） 计算切削速度：按表 127*,选(T=60min)v=Cvkv/Tmapxvfy其中 Cv=291,Xv=0.15,Yv=0.20,M=0.20。而 Kv
17、 见表 128*，其切削速度的修正系数为Kkv=1.05，Kmv=1.32,Ksv=0.9,Kkrv=0.85,Kbv=0.96,其余的修正系数均为 1， 故 v=131.87m/s。（4） 确定机床的转速：Ns=(1000*131.87)/3.14*51=823.48r/min.查表工艺手册42-8 与 955 接近，取 Nw=955r/min。按 C620-1 机床的转速， 则实际切削速度 v=153m/s.计算切削工时：按表工艺手册6.2-1 取 L=(51-40)/2=5.5mm,L1=2mm,L2=3mm,L3=0。Tm=L+L1+L2+L3/nwf=5.5+2+3/955*0.3=
18、0.037mim。（5） 检验机床功率：主切削力按切削手册表 1.29 公式计算得1347.8N。P=2.8kw。由简明手册表 4.2-7 可知 CA6140 的主电动机功率为 7.5 千瓦，机床功率足够，可以正常加工。（6）校验机床进给系统强度。主切削力=1347.8 牛，切深抗力按切削手册公式计算得 252 牛，进给抗力=637.5牛总力=637.5+0.1*（1347.8+252）牛=797.5 牛，而机床纵向进给机构可承受的最大纵向力为 3530 牛，故机床进给运动正常工作。陕西科技大学课程设计说明书 104.2 工序 2： 粗车外圆（C620-1）（1） 粗车 40mm 外圆柱面。
19、切削深度：单边 Z=3.5，可一次切除，故 p=3.5。 确定进给量：查表 1.4*,f=0.30.5/r，取 f=0.3/r。 计算切削速度：按表 127*,选(T=60min)v=Cvkv/Tmapxvfy其中 Cv=291,Xv=0.15,Yv=0.20,M=0.20。而 Kv 见表 128*，其切削速度的修正系数为Kkv=1.05，Kmv=1.32,Ksv=0.9,Kkrv=0.85,Kbv=0.96,其余的修正系数均为 1，故 v=129.65。 确定机床的转速：Ns=(1000*129.65)/3.14*51=809.60r/min.查表工艺手册42-8 与 955 接近，取 Nw
20、=955r/min。按 C620-1 机床的转速， 则实际切削速度 v=153m/s.计算切削工时：按表工艺手册6.2-1 取 L=(51-40)/2=5.5mm,L1=2mm,L2=3mm,L3=0。Tm=L+L1+L2+L3/nwf=5.5+2+3/955*0.3=0.037mim。（2） 粗车 44mm 的轴环 切削深度：p=2.95。 确定进给量：查表 1.4*,f=0.40.5/r，取 f=0.4/r。 计算切削速度：按表 127*,选(T=60min)v=Cvkv/Tmapxvfy其中 Cv=291,Xv=0.15,Yv=0.20,M=0.20。而 Kv 见表 128*，其切削速度
21、的修正系数为Kkv=1.05，Kmv=1.32,Ksv=0.9,Kkrv=0.85,Kbv=0.96,其余的修正系数均为 1， 故 v=124.44m/s。 确定机床的转速：Ns=(1000*124.44)/3.14*51=777.07r/min.查表工艺手册4.2-8 与 800 接近，取 Nw=800r/min。按 C620-1 机床的转速， 则实际切削速度 v=128.11m/s. 计算切削工时：按表工艺手册6.2-1 取L=3.5mm,L1=2mm,L2=3mm,L3=0。Tm=L+L1+L2+L3/nwf=3.5+2+3/800*0.4=0.027mim。“传动轴”零件的机械加工工艺
22、规程的设计 11（3）车 32mm 的外圆，2Z=13.7mm,Z=6.855 切削用量：p=3.4，分两次走完。 确定进给量：查表 1.4*,f=0.30.4/r，取 f=0.3/r。 计算切削速度：按表 127*,选(T=60min)v=Cvkv/Tmapxvfy其中 Cv=291,Xv=0.15,Yv=0.20,M=0.20，而 Kv 见表 128*，其切削速度的修正系数为Kkv=1.05，Kmv=1.32,Ksv=0.9,Kkrv=0.85,Kbv=0.96,其余的修正系数均为 1，故 v=140.97m/s。 确定机床的转速：Ns=(1000*140.97)/3.14*51=1150
23、.9r/min.查表工艺手册4.2-8 与 1200r/min 接近，取 Nw=1200r/min。按 C620-1 机床的转速， 则实际切削速度 v=147m/s. 计算切削工时：按表工艺手册6.2-1 取 L=(39-32)/2=3.5mm,L1=2mm,L2=3mm,L3=0。Tm=L+L1+L2+L3/nwf=3.5+2+3/1200*0.3=0.024mim。（4）车 35mm 的外圆柱面 切削深度：2Z=5.5mm,Z=2.75 ，p=2.75。 确定进给量：查表 1.4*,f=0.30.4/r，取 f=0.4/r 。 计算切削速度：按表 127*,选(T=60min)v=Cvkv
24、/Tmapxvfy其中 Cv=291,Xv=0.15,Yv=0.20,M=0.20。而 Kv 见表 128*，其切削速度的修正系数为Kkv=1.05，Kmv=1.32,Ksv=0.9,Kkrv=0.85,Kbv=0.96,其余的修正系数均为 1，故 v=145.56m/min。 确定机床的转速：Ns=(1000*145.56)/3.14*42=1103.7r/min.查表工艺手册42-8 与 1200 接近，取 Nw=1200r/min。按 C620-1 机床的转速， 则实际切削速度 v=158.3m/s.计算切削工时：按工艺手册表 6.2-1 取L=3.5mm,L1=2mm,L2=3mm,L
25、3=0。 Tm=L+L1+L2+L3/nwf=3.5+2+3/1200*0.4=0.018mm。（5） 工序 2 其余步骤（与上述步骤的加工条件、加工要求以及机床刀具均相同）计陕西科技大学课程设计说明书 12算结果列表如下：表 4.2.5.1工序说明切削深度（mm）走刀次数 进给量(mm)主轴转速(r/min)切削速度(m/min)切削工时(min)粗车30mm圆柱面2.2 1 0.4 1200 140.92 0.18粗车24mm圆柱面4.5 2 0.4 1200 124.34 0.22粗车28mm圆柱面4.75 2 0.3 955 125.95 0.344.3 工序 3：半精车、精车外圆计算
26、结果如下表：工序说明切削深度（mm）走刀次数 进给量(mm)主轴转速(r/min)切削速度(m/min)切削工时(min)半精车44mm圆柱面0.55 1 0.4 1200 165.73 0.02半精车35mm圆柱面0.35 1 0.4 1200 140.92 1.03“传动轴”零件的机械加工工艺规程的设计 13半精车30mm圆柱面0.55 1 0.4 1200 124.43 0.18半精车32mm圆柱面0.65 1 0.4 1200 124.34 0.04精车30mm圆柱面0.1 1 0.4 1200 116.81 0.1844 工序 4：铣左侧正六棱柱表面，铣键槽（1） 粗铣，半精铣铣棱柱
27、表面采用圆柱铣刀，X62 型卧式铣床。粗铣是 ap=3.5mm，一次加工完成一个平面，半精铣 ap=0.5mm 同样是一次加工完成一个（2） 铣键槽采用键槽铣刀，X52k 型立式铣床。粗铣 ap=3mm，一次加工完成，半精铣 ap=1mm，一次加工完成45 工序 5：车螺纹 M24采用高速钢螺纹车刀，规定粗车螺纹时，切削深度 p=0.17,走刀次数 i=4。（1） 计算切削速度：按表 127*,选(T=60min)v=Cvkv/Tmapxvfy其中 Cv=11.8,Xv=0.70,Yv=0.30,M=0.11，而 Kv 见表 128*，其切削速度的修正系数为 Kkv=0.75，Kmv=1.11
28、,余的修正系数均为 1，故 v=21.57m/min。（2） 确定机床的转速：Ns=(1000*2121.57)/3.14*24=286.2r/min.查表工艺手册4.2-8 与 305 接近，取 Nw=305r/min。按 C620-1 机床的转速， 则实际切削速度 v=22.98m/s.陕西科技大学课程设计说明书 14（3） 计算切削工时：按表工艺手册6.2-1 取 L1=3mm。Tm=0.236min。4.6 工序 6：磨外圆 35mm选择砂轮 A50KV5P 35040127切削用量 N 砂=1500r/min,V 砂=27.5n/s。轴向进给量 Fa=0.5B=20，工件速度 Nw=
29、10m/min.径向进给量 Fr=0.015mm/双行程切削工时 T=2LbZbk/1000vFaFr=2*73*68*1.1/1000*10*20*0.015=3.64min.4.7 加工注意事项由于该轴轴向和径向尺寸比值较大，刚性较差，在加工中极易产生弯曲变形，对加工精度和加工质量影响很大。因此，生产中一定要注意：（1） 改进工件的装夹方法粗加工时，由于切削余量大，工件受的切削力也大，一般采用卡顶法，尾座顶尖采用弹性顶尖，可以使工件在轴向自由伸长。但是，由于顶尖弹性的限制，轴向伸长量也受到限制，因而顶紧力不是很大。在高速、大用量切削时，有使工件脱离顶尖的危险。采用卡拉法可避免这种现象的产生
30、。精车时，采用双顶尖法（此时尾座应采用弹性顶尖）有利于提高精度，其关键是提高中心孔精度。（2） 采用跟刀架跟刀架是车削细长轴极其重要的附件。采用跟刀架能抵消加工时径向切削分力的影响，从而减少切削振动和工件变形，必须注意仔细调整，使跟刀架的中心与机床顶尖中心保持一致。但跟到架跟刀尖支撑处距离太大，就会导致圆柱度误差，故应缩短其距离（一般为 2mm） ，以保证车床上加工外圆和孔圆柱度超差。（3） 定位时遵循基准重合及基准统一原则。“传动轴”零件的机械加工工艺规程的设计 15第 5 章 总 结本次机械制造课程设计，让我了解了不少与本专业息息相关但以前在课堂上很少学懂的知识，让我感受到了机械制造过程的
31、复杂性和严格性以及每一个环节的重要性，对我以后学习知识作了一定的心理准备。从开始的选料到最后的加工过程每一个环节都要自己动手查找相关资料，在自己动手解决问题的过程中体验到了自己主动学习的不足和获得知识的乐趣。在与同学的讨论和共同解决问题中感受到了团队精神对于解决问题的重要。经过本次课程设计，使我更加的了解机械加工的一般过程，认识到了知识海洋的浩瀚无边，让我从新审视这个自己即将从事的行业，重新确定自己的学习方法和心态。总之，本次课程设计对我来说，受益匪浅，在将来的后续课程中定会更加努力！陕西科技大学课程设计说明书 16第 6 章 参考文献1 孙丽媛编著.机械制造工艺及专用夹具设计指导.北京：冶金工业出版社，20032 李益民主编.机械制造工艺设计简明手册.北京：机械工业出版社，19933 黄健求主编.机械制造技术制造基础. 北京：机械工业出版社，20054 艾兴，肖诗钢编.切削用量手册. 北京：机械工业出版社，1985
