畢業(yè)設計階梯軸的工藝系統(tǒng)設計

階梯軸的工藝系統(tǒng)設計二○一四年五月目錄摘要………………=1\*ROMANIABSTRACT………………………Ⅱ序言………………1第一章階梯軸的分析………21.1階梯軸的作用…………21.2階梯軸的工藝分析……………………21.2.1加工措施的選擇……………………31.2.2機床、夾具、刀具的選擇……………31.2.3加工階段及加工次序的安排………4第二章階梯軸的材料及熱處理……………52.1階梯軸的材料選擇……………………52.2階梯軸的熱處理………5第三章階梯軸的工藝系統(tǒng)…………………63.1階梯軸的圖樣分析……………………63.2確定毛坯的制造方式…………………63.3選擇定位基準及工藝路線……………73.4確定表面的加工措施…………………73.5切削加工的有關計算…………………83.5.1機械加工余量、工序尺寸確實定…………………83.5.2切削加工時的計算…………………9第四章階梯軸的檢查……………………114.1加工后的檢查………114.2加工中的檢查………11設計小節(jié)………………………12道謝……………13參照文獻………………………14摘要階梯軸的加工工藝，在機械加工中占有重要的地位，零件工藝設計得合不合理，這直接關系到零件最終能否到達質量規(guī)定，因此這在機械加工行業(yè)中是至關重要的環(huán)節(jié)。伴隨我國經(jīng)濟建設的發(fā)展，機械制造業(yè)也伴隨迅猛發(fā)展；而機械工業(yè)肩負著為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、國防及社會生活各個方面提供技術裝備的重要任務，因此國民經(jīng)濟各部門日益迫切規(guī)定機械工業(yè)為其提供多種構造先進、性能優(yōu)良、價格低廉、使用以便各安全可靠的機械產(chǎn)品。而任何機械產(chǎn)品或設備的開發(fā)和生產(chǎn)都必須首先進行設計。械設計水平的高下已成為衡量一種國家科學技術、經(jīng)濟水平以及國防力量的重要標志；因此進行零件機械加工工藝規(guī)程的設計有著重要的意義。階梯軸是機器中常常碰到的經(jīng)典零件之一。它重要用來支撐傳動零件，傳遞扭矩和承受載荷。階梯軸屬于旋轉體零件，其長度不小于直徑，一般由同心軸的外圓柱面、內孔和螺紋及對應的端面構成。軸的長度一般介于5~20之間，稱其長度不不小于5的軸為短軸，長度不小于20的軸為長軸。此設計以加工的需要、使用性能、經(jīng)濟性規(guī)定和實際生產(chǎn)的條件為基礎。所選用的階梯軸材料為鑄造45號鋼，故毛坯成形采用鑄造的措施。階梯軸零件的重要加工表面為外圓表面。外圓表面加工根據(jù)精度規(guī)定可選擇車削和磨削。本次設計的軸，為保證其精度和表面質量將先后通過粗車、半精車、精車、粗磨、精磨等五道工序加工。關鍵詞：階梯軸工藝設計車削加工ABSTRACTTheprocessingtechnology,steppedshaftinmachining,occupiesanimportantpositionpartsdesigntofitunreasonable,itdirectlyrelatestothequalityrequirementscouldeventuallyparts,sothatinthemechanicalprocessingindustryiscruciallink.Alongwiththedevelopmentofourcountry'seconomicconstruction,machinerymanufacturingindustrywithrapiddevelopment,Andindustrialmachineryforindustry,agriculture,commerce,nationaldefenseandprovidetechnicalaspectsofsociallifeofequipment,soimportantsectorsofthenationaleconomyincreasinglyurgentrequirementofmechanicalindustrytoprovideadvancedstructure,goodperformance,lowprice,conveniencethesafeandreliablemechanicalproducts.Butanymechanicalproductsorthedevelopmentandproductionofequipmentmustbefirst.Armeddesignlevelhasbecomeanationalscienceandtechnology,economiclevelsandtheimportantsymbolofnationaldefenseforces,Sopartsmachiningprocedureofdesignhasimportantsignificance.

Steppedshaftisfrequentlyencounteredinthemachineisoneofthetypicalparts.Itismainlyusedtosupporttransmissionparts,torqueandload.Steppedshaftparts,itslengthbelongstothediameter,generallybymorethanoneaxisoftheYuanZhuMian,holeandthreadandthecorrespondingsurfacecomposition.Axiallengthbetween5-20commonly,saysitslengthbetween<5axisforshortaxis,thelengthoftheshaftfor20paxis.Thisdesignbyusingtheprocessperformance,economy,requirementsandactualproductioncondition.Selectedpartsmaterialfor45steelforging,blankformingforgedmethod.Themainpartsofsteppedshaftmachinedsurfaceforthesurface.Accordingtothesurfaceprocessingaccuracyrequirementsofmachiningandgrindingcanchoose.Thedesignoftheshaft,inordertoensureitsaccuracyandsurfacequalitywillsuccessivelythroughrough,pure,pureandcar,coarseandfinegrindingprocess.Keywords:SteppedShaftProcessDesignTurning序言畢業(yè)設計是我們完畢本專業(yè)教學計劃的一種極為重要的實踐性教學環(huán)節(jié)，是使我們綜合運用所學過的基本課程，基本知識與基本技能去處理專業(yè)范圍內的工程技術問題而進行的一次基本訓練。首先我們要熟悉設計任務書，明確設計任務和規(guī)定，另一方面理解零件的形狀，尺寸的精度和表面的粗糙度材料的工藝特性等技術規(guī)定和生產(chǎn)批量特點。我們在完畢畢業(yè)設計的同步，也培養(yǎng)了我們對的使用技術資料，國標，有關手冊，圖冊等工具書，進行設計計算，數(shù)據(jù)處理，編寫技術文獻等方面的工作能力，也為我們后來的工作打下堅實的基礎，因此我們要認真看待這次綜合能力運用的機會！階梯軸工藝系統(tǒng)的設計，受到刀具、量具、輔具、機床的限制，加工特點適合車床的特性，如加工工序集中、加工精度高、自動化程度高、加工效率高、能進行多種平面、曲面的混合加工，對多種孔能進行鉆、擴、車、鏜的加工。被加工零件的內容與有關知識結合起來，包括機床的操作，公差配合，加工工藝分析，裝夾，加工基準的選擇，切削參數(shù)的選擇，零件的檢測等。此設計以加工的需要、使用性能、經(jīng)濟性規(guī)定和實際生產(chǎn)的條件為基礎。所選用的零件材料為鑄造45號鋼，故毛坯成形采用鑄造的措施。階梯軸零件的重要加工表面為外圓表面。外圓表面加工根據(jù)精度規(guī)定可選擇車削和磨削。本次設計的階梯軸，為保證其精度和表面質量將先后通過粗車、半精車、精車、粗磨、精磨等五道工序加工。第一章階梯軸的分析1.1階梯軸的作用階梯軸是機械構造中用于傳遞運動和動力的重要零件之一，其加工質量直接影響到機械的使用性能和運動精度。階梯軸重要用來支撐傳動零件（齒輪、皮帶輪等），傳遞扭矩和承受載荷。階梯軸屬于旋轉體零件，其長度不小于直徑，一般由同心軸的外圓柱面、內孔和螺紋及對應的端面構成。軸的長度一般介于5~20之間，稱其長度不不小于5的軸為短軸，長度不小于20的軸為細長軸。本設計階梯軸以東風4型機車傳動軸為例，該階梯軸的作用是將柴油機輸出功輸送到靜液壓變速箱,驅動兩靜液壓泵工作,泵出高壓靜液壓油,同步根據(jù)油、水溫度的規(guī)定,驅動和調整靜液壓馬達工作,冷卻高、低溫冷卻水。1.2零件的工藝分析階梯軸的加工工藝較為經(jīng)典，反應了軸類零件加工的大部分內容與基本規(guī)律。下面分析該階梯軸的加工工藝系統(tǒng)。圖1.11.2.1加工措施的選擇圖1-1為減速箱的傳動軸，從構造上看，是一種經(jīng)典的階梯軸，工件材料為45號鋼，生產(chǎn)大綱為小批或中批生產(chǎn)，調質處理220～250HBS。傳動軸大都是回轉表面，重要采用車削與外圓磨削成形。由于該傳動軸的重要表面M、N、P、Q的公差等級(IT6)較高，表面粗糙度Ra值(Ra=0.8um)較小，最終加工應采用磨削。1.2.2機床、夾具、刀具的選擇（1）機床的選擇階梯軸的加工重要用CA6140車床，車床按照用途和功能不一樣，可分為許多類型，如臥式車床、立式車床、落地車床和轉塔車床等，車床合用于加工多種軸類、套筒類和盤類零件上的回轉表面，如內外圓柱面、圓錐面及成形回轉表面、車削端面及多種常用的螺紋，還可以鉆孔、擴孔、鉸孔、滾花等工作。此設計的階梯軸的加工，還需要的設備有磨削加工設備：萬能外圓磨床M1432A，銑削加工設備：銑床X52。（2）夾具的選擇在機床上，為了使工件占有對的的位置并使其在加工的過程中一直保持不變的工藝裝備稱為機床的夾具。應用機床夾具，有助于保證工件的加工精度、穩(wěn)定產(chǎn)品質量；有助于提高提高勞動生產(chǎn)率并減少成本；有助于改善工人勞動條件，保證安全生產(chǎn)；有助于擴大機床范圍，實線“一機多用”。根據(jù)CA6140車床的加工特點，夾具一般安裝在車床的主軸前端，與主軸一起旋轉。綜上所述，夾具應具有如下幾種規(guī)定：夾具的坐標方向與機床的坐標方向相對固定；夾具上個零部件應不阻礙機床對零件各個表面的加工，保證工件有足夠的運轉空間；有足夠的剛性，防止震動使夾具變形；以便排屑。根據(jù)上述夾具的選擇原則，在CA6140機床上加工一般軸類零件，選用一般三爪自定心卡盤。由于零件調頭加工后，要將以加工表面作為定位元件表面，為保證其加工精度，故選用輔助夾具銅皮。（3）刀具的選擇車刀是金屬切削加工中應用最廣的一種刀具，它可在多種類型的車床上加工外圓、內孔、倒角、切槽與切斷、車螺紋以及其他成形面。車刀的類型諸多，既可按用途可分，也可按刀具材料，還可按構造分。但該傳動軸在加工時，采用90°偏刀或45°偏頭硬質合金焊接式車刀；在加工止動墊圈槽和螺紋加工時，可采用切斷刀和螺紋車刀。除此之外，還需要的刀具有鍵槽銑刀、砂輪等。1.2.3加工階段及加工次序的安排（1）劃分加工階段該軸加工劃分為三個加工階段，即粗車（粗車外圓、鉆中心孔）、半精車（半精車各處外圓、臺肩和修研中心孔等），粗精磨Q、M、P、N段外圓。各加工階段大體以熱處理為界。求較高的零件，其粗、精加工應分開，以保證零件的質量。1）、粗加工階段①毛坯處理毛坯備料、鑄造和正火②粗加工鋸去多出部分，銑端面、鉆中心孔和荒車外圓等2）、半精加工階段①半精加工前熱處理對于45鋼一般采用調質處理以到達220～250HBS。②半精加工車工藝錐面（定位錐孔）半精車外圓端面和鉆深孔等。3）、精加工階段①精加工前熱處理調質處理②精加工前多種加工粗磨定位基面、粗磨外圓、銑鍵槽，以及車螺紋等。④精加工精磨外圓以保證主軸最重要表面的精度。（2）加工次序的安排加工次序安排的應遵照一般原則，如先粗后精、先主后次等。此外還應注意：外圓表面加工次序應為：先加工大直徑外圓，然后再加工小直徑外圓，以免一開始就減少了工件的剛度。軸上的鍵槽等表面的加工應在外圓精車或粗磨之后、外圓精磨之前。這樣既可保證鍵槽的加工質量，也可保證精加工表面的精度。軸上的螺紋一般有較高的精度，其加工應安排在工件局部淬火之前進行，防止因淬火后產(chǎn)生的變形而影響螺紋的精度。第二章階梯軸的材料及熱處理2.1階梯軸的材料選擇在單件小批生產(chǎn)中，軸類零件的毛坯往往使用熱軋棒料。對于直徑差較大的階梯軸，為了節(jié)省材料和減少機械加工的勞動量，則往往采用鍛件。單件小批生產(chǎn)的階梯軸一般采用自由鍛，在大批大量生產(chǎn)時則采用模鍛。一般階梯軸類零件材料常選用45鋼；對于中等精度而轉速較高的軸可用40Cr；對于高速、重載荷等條件下工作的軸可選用20Cr、20CrMnTi等低碳含金鋼進行滲碳淬火，或用38CrMoAIA氮化鋼進行氮化處理。階梯軸類零件的毛坯最常用的是圓棒料和鍛件。2.2階梯軸的熱處理為了改善金屬組織和加工性能而安排的熱處理工序，如退火、正火等，一般應安排在機械加工之前。為了提高零件的機械性能和消除內應力而安排的熱處理工序，如調質、時效處理等，一般應安排在粗加工之后，精加工之前。該軸需進行調質處理。它應放在粗加工后，半精加工前進行。假如采用鍛件毛坯，必須首先安排退火或正火處理。該軸毛坯為鍛件，需要進行正火處理。詳細熱處理工藝路線如下：毛坯及其熱處理→預加工→車削外圓→銑鍵槽等熱處理→磨削。第三章階梯軸的工藝系統(tǒng)3.1階梯軸的圖樣分析該傳動軸為一般的實心階梯軸，軸類零件一般只有一種重要視圖，重要標注對應的尺寸和技術規(guī)定，而其他要素如退刀槽、鍵槽等尺寸和技術規(guī)定標注在對應的剖視圖。軸頸和裝傳動零件的配合軸頸表面，一般是軸類零件的重要表面，其尺寸精度、形狀精度（圓度、圓柱度等）、位置精度（同軸度、與端面的垂直度等）及表面粗糙度規(guī)定均較高，是軸類零件機械加工時，應著重保障的要素。該階梯傳動軸，軸頸M和N處是裝軸承的，各項精度規(guī)定均較高，其尺寸為Ф35±0.008，且是其他表面的基準，因此是重要表面。配合軸頸Q和P處是安裝傳動零件的，與基準軸頸的徑向圓跳動公差為0.02（實際上是與M、N的同軸度），公差等級為IT6，軸肩H、G和I端面為軸向定位面，其規(guī)定較高，與基準軸頸的圓跳動公差為0.02（實際上是與M、N的軸線的垂直度），也是較重要的表面，同步尚有鍵槽、螺紋等構造要素。3.2確定毛坯的制造方式用于機械加工的毛坯有下列幾種：鑄件、鍛件、型材、組合毛坯和其他毛坯。鑄件：形狀復雜的毛坯，宜采用鑄造的措施制造。鑄件可分為型砂鑄造、金屬型鑄造、離心鑄造、壓力鑄造、精密鑄造等。鍛件：用鑄造的措施制造。鍛件制造可分為自由鍛、模鍛和精密鍛。鍛件的機械性能優(yōu)于鑄件及一般型材，常用于重要零件或傳遞動力零件的制造（如機床主軸）。型材：型材按截面形狀可分為多種，有圓形、方形、六角形、和特殊截面。按制造過程可分為熱軋和冷拉型材，冷拉型材精度較高，機械性能優(yōu)于熱軋型材，合用于制造精度較高的中小零件。組合毛坯：根據(jù)零件需要，將鑄件、鍛件或型材通過焊接的措施連在一起，合用于大型、形狀簡樸的零件毛坯。其他毛坯：冷沖壓、粉未冶金、冷擠、塑料壓制等。階梯軸一般采用鍛件毛坯、熱軋或冷軋型材毛坯，本項目毛坯采用鍛件圓鋼為毛坯。3.3選擇定位基準及工藝路線定位基準的選擇軸類零件各表面的設計基準一般是軸的中心線，其加工的定位基準，最常用的是兩中心孔。采用兩中心孔作為定位基準不僅能在一次裝夾中加工出多處外圓和端面，并且可保證各外圓軸線的同軸度以及端面與軸線的垂直度規(guī)定，符合基準統(tǒng)一的原則。在粗加工外圓和加工長軸類零件時，為了提高工件剛度，常采用一夾一頂?shù)姆绞剑摧S的一端外圓用卡盤夾緊，一端用尾座頂尖頂住中心孔，此時是以外圓和中心孔同作為定位基面。軸類零件的定位基面，最常用的是兩中心孔。由于軸類零件各外圓表面、螺紋表面的同軸度及端面對軸線的垂直度是互相位置精度的重要項目，而這些表面的設計基準一般都是軸的中心線，采用兩中心孔定位就能符合基準重疊原則。并且由于多數(shù)工序都采用中心孔作為定位基面，能最大程度地加工出多種外圓和端面，這也符合基準統(tǒng)一原則。

（2）工藝路線確實定該軸的加工工藝路線為：下料→正火→車兩端面，鉆中心孔，粗車各外圓→調質→修研中心孔→半精車各外圓，車槽，倒角→車螺紋→劃鍵槽加工線→銑鍵槽→修研中心孔→磨削→檢查。3.4確定表面的加工措施階梯軸大都是回轉表面，重要采用車削與外圓磨削成形。由于該傳動軸的重要表面M、N、P、Q的公差等級(IT6)較高，表面粗糙度Ra值(Ra=0.8um)較小，故車削后還需磨削。外圓表面的加工措施如下：粗車→半精車→磨削。詳細的加工方案可見下表：工序號工種工序內容設備1下料ф65х265

2熱正火處理，消除熱加工缺陷3車三爪卡盤夾持工件，車端面見平，鉆中心孔，用尾架頂尖頂住，粗車P、N及螺紋段三個臺階，直徑、長度均留余量2mmCA6140調頭，三爪卡盤夾持工件另一端，車端面保證總長259，鉆中心孔，用尾架頂尖頂住，粗車此外四個臺階，直徑、長度均留信余量2mmCA61404熱調質處理200~250HRC

5鉗修研兩端中心孔CA61406車雙頂尖裝夾。半精車三個臺階，螺紋大徑車到,P、N兩個臺階直徑上留余量0.5mm，車槽三個,倒角三個CA6140調頭，雙頂尖裝夾，半精車余下的五個臺階，ф44及ф62臺階車到圖紙規(guī)定的尺寸。螺紋大徑車到,其他兩個臺階直徑上留余量0.5mm,車槽三個,倒角四個CA61407車雙頂尖裝夾，車一端螺紋M24х1.5-6g，調頭，雙頂尖裝夾，車另一端螺紋M24х1.5-6gCA61408鉗劃鍵槽及一種止動墊圈槽加工線

9銑銑兩個鍵槽及一種止動墊圈槽，鍵槽深度比圖紙規(guī)定尺寸多銑0.25mm，作為磨削的余量X5210鉗修研兩端中心孔CA614011磨磨外圓Q和M，并用砂輪端面靠磨臺H和I。調頭，磨外圓N和P，靠磨臺肩G。M1432A12檢檢查

3.5切削加工的有關計算3.5.1機械加工余量、工序尺寸確實定（1）加工余量確實定

由于毛坯不能到達零件所規(guī)定的精度和表面粗糙度，因此要留有加工余量，以便通過機械加工來到達這些規(guī)定。

加工余量是指加工過程中從加工表面切除的金屬層厚度。加工余量分為工序余量和總余量。

1）工序余量

工序余量是指某一表面在一道工序中切除的金屬層厚度。

對于外表面：Z=a－

b

對于內表面：Z=b

—

a

式中：

Z

——本工序的工序余量

(mm)

；

a

——前工序的工序尺寸（

mm

）；

b

——本工序的工序尺寸

(mm)

。

上述加工余量均為非對稱的單邊余量，旋轉表面的加工余量為雙邊對稱余量。

對于軸：Z=d

a

—

d

b

對于孔：Z=d

b

—

d

a

式中：

Z

——直徑上的加工余量（

mm

）；

d

a

——前工序的加工直徑（

mm

）；

d

b

——本工序的加工直徑（

mm

）。

當加工某個表面的工序是分幾種工步時，則相鄰兩工步尺寸之差就是工步余量。它是某工步在加工表面上切除的金屬層厚度。

2）加工總余量

毛坯尺寸與零件圖樣的設計尺寸之差稱為加工總余量。它是從毛坯到成品時從某一表面切除的金屬層總厚度，也等于該表面各工序余量之和，即

式中

：Z

i——第i道工序的工序余量（

mm

）；

n

——該表面總加工的工序數(shù)。

加工總余量也是個變動值，其值及公差一般可從有關手冊中查得或憑經(jīng)驗確定。

（2）確定工序尺寸毛坯下料尺寸：Φ65×265；粗車時，各外圓及各段尺寸按圖紙加工尺寸均留余量2（mm）；半精車時，螺紋大徑車到，Φ44及Φ62臺階車到圖紙規(guī)定尺寸，其他臺階均留0.5（mm）余量。銑加工：止動墊圈槽加工到圖紙規(guī)定尺寸，鍵槽銑到比圖紙尺寸多0.25（mm），作為磨銷的余量。精加工：螺紋加工到圖紙規(guī)定尺寸M24х1.5-6g，各外圓車到圖紙規(guī)定尺寸。3.5.2切削加工時的計算切削加工時牽扯的計算重要是切削用量的選擇，傳動軸磨削余量可取0.5（mm），半精車余量可選用1.5（mm）。加工尺寸可由此而定，見該軸加工工藝方案。切削用量是切削加工過程中切削速度、進給量和背吃刀量的總稱。切削速度車削時切削速度的計算公式為：式中d——工件切削處的最大直徑，單位為（mm）；n——工件的轉速，單位為（r/min）。（2）進給量f進給量為刀具在進給運動方向相對工件的位移量，可用工件每轉刀具的位移量來度量，單位為（mm/r）。進給量還可用進給速度來表達。進給速度是指切削刃上選定點相對于進給運動的瞬時速度，單位為（mm/s）或(m/min)。車削時的進給速度:(3)背吃刀量背吃刀量為垂直于進給運動方向的切削層最大尺寸，單位為(mm)。式中——待加工表面的直徑，單位為(mm)；——已加工表面的直徑，單位為(mm)。

切削用量的選擇，單件、小批量生產(chǎn)時，還可根據(jù)加工狀況由工人確定；一般可由《機械加工工藝手冊》或《切削用量手冊》中選用。第四章軸類零件的檢查4.1加工中的檢查

自動測量裝置，作為輔助裝置安裝在機床上。這種檢查方式能在不影響加工的狀況下，根據(jù)測量成果，積極地控制機床的工作過程，如變化進給量，自動賠償?shù)毒吣p，自動退刀、停車等，使之適應加工條件的變化，防止產(chǎn)生廢品，故又稱為積極檢查。積極檢查屬在線檢測，即在設備運行，生產(chǎn)不停止的狀況下，根據(jù)信號處理的基本原理，掌握設備運行狀況，對生產(chǎn)過程進行預測預報及必要調整。在線檢測在機械制造中的應用越來越廣。4.2加工后的檢查

單件小批生產(chǎn)中，尺寸精度一般用外徑千分尺檢查；大批大量生產(chǎn)時，常采用光滑極限量規(guī)檢查，長度大而精度高的工件可用比較儀檢查。表面粗糙度可用粗糙度樣板進行檢查；規(guī)定較高時則用光學顯微鏡或輪廓儀檢查。圓度誤差可用千分尺測出的工件同一截面內直徑的最大差值之半來確定，也可用千分表借助V形鐵來測量，若條件許可，可用圓度儀檢查。圓柱度誤差一般用千分尺測出同一軸向剖面內最大與最小值之差的措施來確定。主軸互相位置精度檢查一般以軸兩端頂尖孔或工藝錐堵上的頂尖孔為定位基準，在兩支承軸頸上方分別用千分表測量。設計小節(jié)時光飛逝，半個月的畢業(yè)設計已經(jīng)靠近尾聲?；厥走@段時間的設計過程，感慨萬千。使我從中學到了此前在課內主線就學不到的東西。受益匪淺！在這次設計過程中，使我真正的認識到自己的局限性之處，此前上課沒有學到的知識，在這次設計當中也波及到了。使我真正感受到了知識的重要性。這次設計將我此前學過的機械制造工藝與裝備、公差與配合、機械制圖、工程材料與熱處理工藝等知識很好的串聯(lián)了起來，起到了穿針引線的作用，鞏固了所學知識的作用。在這次畢業(yè)設計中，通過對階梯軸的工藝系統(tǒng)設計，讓我明白在加工工件時用什么機床加工，怎樣加工，加工工藝裝備及設備等，因此，工件機械加工工藝系統(tǒng)的設計是至關重要的。畢業(yè)設計中，我做的題目是階梯軸的工藝系統(tǒng)設計，由于零件的設計在學