输出轴批量200件机械加工工艺规程设计说明书.docx

目     录
一．机械制造课程设计的目的…………………………………………………
二．减速箱输出轴的工艺性分析………………………………………………
1.轴的工作原理………………………………………………………………
2.零件图样分析………………………………………………………………
3.零件的工艺分析……………………………………………………………
4 减速箱输出轴的表面粗糙度、形状和位置精度要求…………………
5 审查零件的结构工艺性…………………………………………………
三．生产纲领的计算与生产类型的确定………………………………………
1.生产类型的确定……………………………………………………………
2.生产纲领的计算……………………………………………………………

四 选择毛坯、确定毛坯尺寸、设计毛坯图……………………………………
1．毛坯的选择………………………………………………………………
2确定毛坯的尺寸公差及机械加工余量……………………………………

五 选择减速箱输出轴的加工方法，制定工艺路线……………………………
1．定为基准的选择…………………………………………………………
2．零件表面加工方法的确定………………………………………………
3.加工阶段的划分……………………………………………………………
4.工序的集中与分散…………………………………………………………
5.加工顺序的安排……………………………………………………………
6.减速箱输出轴工艺路线的确定……………………………………………

六 机床设备的选用………………………………………………………………
1．机床设备的选用…………………………………………………………
2．工艺装备的选用…………………………………………………………

七 工序加工余量的确定，工序尺寸及公差的计算……………………………
八、确定工序的切削用量………………………………………………………
九 课程设计体会…………………………………………………………………
十 参考文献………………………………………………………………………
一．机械制造课程设计的目的
1.加强对课堂知识的理解。通过课程设计可以使我们更熟悉书本知识，能更加熟练地运用书本知识。
2.培养工程意识。通过课程设计，综合生产实际，贴近就业岗位，培养学生分析和解决机械制造工程的实际问题，培养工程意识，做到学以致用。
3.训练基本技能。通过课程设计使学生掌握工艺规程和工艺装备设备设计的方法和步骤，初步具备设计工艺规程和工艺装备的能力，进一步培养学生识图、绘图、计算和编写技术文件的基本技能。
4.培养质量意识。技术设计是根据产品质量要求而进行的，应在保证质量的前提下，充分考虑生产率和经济性。通过课程设计，可强化质量意识，使学生学会协调技术性和经济性的矛盾。
5.培养规范意识。通过课程设计，使学生养成遵守国家标准的习惯，学会使用与设计有关的手册、图册、标准和规范。

二．减速箱输出轴的工艺性分析
1.轴的工作原理：轴套上的两个齿轮一端置于减速箱内，一端置于输出终端，作用是输出转矩，传递动力，所以材料具有较高的抗弯强度、扭转强度。
2.零件图样分析
（1）该零件轴段的安排是呈阶梯型，中间粗两端细，符合强度外形原则，便于安装和拆卸。其加工精度要求较高，要有较高的形位公差，表面粗糙度最高达到了0.8µm。零件的中心轴是设计基准和工艺基准。
（2）φmm对公共轴线的圆跳动为0.012mm。
（3）ø48mm的左端面对公共轴线的圆跳动度为0.012mm。
（4）ø35mm对公共轴线的的圆跳动度为0.012mm。
（5）φ×35mm键槽对基准D平行度为0.08mm。
（6）φmm×26mm键槽对基准C的平行度为0.06mm
（7）零件的材料为45钢。
（8）热处理224
（9）φmm为轴承配合，所以轴表面的精度，配合要求较高，Ra为0.8µm。
（10）各轴肩处过度圆角R=1。
（11）轴端加工出45°倒角，是为了便与装配。
3.零件的工艺分析
（1）零件的毛坯材料为45，是典型的轴用材料，综合机械性能良好。该材料是优质碳素钢，经调制处理之后具有良好的力学性能和切削加工性能。经淬火加高温回火后具有良好的综合力学性能，具有较高的强度、较好的韧性和塑性。
（2）该轴式阶梯轴，其结构复杂程度一般，其有三个过渡台阶，一个锥度台阶。根据表面粗糙度要求和生产类型，表面加工根围粗加工和精加工。加工时应把精加工和粗加工分开，这样经多次加工以后逐渐减少了零件的变形误差。
（3）此零件的毛坯为模锻件，外形不需要加工。
（4）该轴的加工以车削为主，车削时应保证外圆的同轴度。
（5）在精车前安排了热处理工艺，以提高轴的疲劳强度和保证零件的内应力减少，稳定尺寸、减少零件变形。并能保证工件变形之后能在半精车时纠正。
（6）同一轴心线上各轴 孔的同轴度误差会导致轴承装置时歪斜，影响轴的同轴度和轴承的使用寿命。所以在车削磨削过程中，要保证其同轴度。
4 减速箱输出轴的表面粗糙度、形状和位置精度要求与表面粗糙度要求见表2

表2

5 审查零件的结构工艺性
（1）结构力求简单、对称，横截面尺寸不应该有突然地变化。
（2）应有合理的圆角半径
（3）45刚具有良好的锻性
6 由于ø48的左端面的粗糙度为1.6µm，要求较高，需要磨削工艺。为了磨削加工方便，不损坏φ ×0.5mm。一方面在加工轴面时退刀需要。另一方面在磨削加工时能给刀具足够的进退空间。

三．生产纲领的计算与生产类型的确定
机械加工的工艺规程的详细程度与生产类型有关，不同的生产类型由产品的生产纲领来区别。
1.生产类型的确定
（1）零件的生产类型是指企业生产专业化程度的分类，它对工艺规程的制定具有决定性的影响。机械制造的生产类型一般分为大量生产、成批生产和单件生产，成批生产分为大批生产、中批生产、和小批生产。产量越大生产专业化程度越高。按重型机械、中型机械、和轻型机械的年生产量列出了不同的生产类型的规范如表1
表1 各种生产类型的规范
生产类型

零件的年生产纲领/件/年
重型机械
中型机械
轻型机械
单件生产
≤5
≤20
≤100
小批生产
5～10
20～200
100～500
中批生产
100～300
200～500
500～5000
大批生产
300～1000
500～5000
5000～50000
大量生产
＞1000
＞5000
＞50000
(2)生产类型的划分要考虑生产纲领还得考虑产品本身的大小及其结构的复杂性。
2.生产纲领的计算
（1）生产纲领是产品的年生产量。生产纲领的大小对生产组织和零件加工工艺规程起着很重要的作用，它决定了各工序所需的专业化和自动化的程度以及所选用的工艺方法和工艺装备。
（2）零件的生产纲领的计算方式
N=Qm(1+α%)(1+b%)
结合生产实际：零件的备品率α%和零件的平均废品率b%分别取4%和6%，产品的年产量Q要求为200件/年，每台产品中该零件的数量为1件/台。所以综合以上数据代入上式中得：
N=221件
（3）减速箱输出轴的体积估计为
零件的质量估计为m=2.2kg
零件的质量为所以查表1可得其属于轻型零件，生产类型为小批量生产。

四 选择毛坯、确定毛坯尺寸、设计毛坯图
1．毛坯的选择
因为减速箱输出轴在工作过程中要承受冲击载荷、扭转力矩。且载荷比较大。为增强它的抗扭强度和冲击韧度，毛坯应选用优质低碳钢。应为生产类型属于小批量生产，为了提高生产效率宜采用模锻方法制造毛坯。
2确定毛坯的尺寸公差及机械加工余量
（1） 公差等级
根据零件图个部分的加工精度要求，锻件的尺寸公差等级为8-12级，加工余量等级为普通级，故取IT=12级。
（2） 锻件的质量估算与形状复杂系数S的确定。
锻件的质量为mf=2.2kg
形状系数S等于mf/mn其中mf为锻件的质量，mn为相应的锻件外廓包容体质量，
S=2.2/2.8=0.786
根据S值查相关文献可知锻件的形状复杂系数为S1级，既简单级。
（3） 零件表面粗糙度
根据零件图可知该轴各加工表面的粗糙度至少为0.8µm。
（4） 毛坯加工余量的确定
根据上面估算的锻件的质量、形状复杂系数与零件的长度，查表可得单边余量的范围为1.7～2.2mm。由于零件为阶梯轴，可以把台阶相差不大的轴的毛坯合成为同一节。
① 对轴左端φ的外圆表面粗糙度0.8µm的要求，对其加工方案为粗车——半精车——磨削。
查工艺手册得：磨削的加工余量为0.4,半精车的加工余量为1.5，粗车的加工余量为4.5，总得加工余量为6.4，所以去总的加工余量为6，将粗车的加工余量修正为4.1 。
精车后工序的基本尺寸为35mm，其它各工序的基本尺寸为：
磨削：35+0.4=35.4
半精车：35.4+1.5=36.9
粗车：36.9+4.1=41
确定各工序的加工经济精度和表面粗糙度：由工艺手册查得：后为IT7，Ra为0.8µm。半精车后为IT8,Ra为3.2µm，粗车后为IT11,Ra为16µm。
② 对于ø48和µm，确定其加工方案为：粗车——半精车——精车。
由工艺手册查得：精车的加工余量为1.1，半精车的加工余量为1.5，粗车的加工余量为4.5，所以总加工余量为7.1，取加工余量为10，修正粗车余量为7.4 。
精车后工序的基本尺寸为40，其他各工序的基本尺寸为:
精车：40+1.1=41.1
半精车：41.1+1.5=42.6
粗车：42.6+7.4=50
确定各工序的加工经济精度和表面粗糙度：精车后为IT7，Ra0.8µm，半精车后为IT8，Ra3.2µm ，粗车后为IT11，Ra16µm。③对ø48的外圆端面，加工方案为粗车。粗车的加工余量为2.0.其工序尺寸为
粗车：48+2.0=50
③ ø35和 ø30的毛坯加工余量的确定：由于台阶相差较小，在确定毛坯时可处于同一台阶面，以ø35为对象，其外圆的表面粗糙度为Ra0.8µm ,确定其加工法案为：粗车——半精车——磨削。
后的尺寸为35，其它各工序的基本尺寸为：
磨削：35+0.4=35.4
半精车：35.4+1.5=36.9
粗车：36.9+4.1=41
确定各工序的加工经济精度和表面粗糙度：由工艺手册查得：后为IT7，Ra为0.8µm。半精车后为IT8,Ra为3.2µm，粗车后为IT11,Ra为16µm。
所以ø30的总加工余量为41-30=11
⑤对轴端面加工余量的确定：
根据轴的尺寸长度与零件直径，查工艺手册得端面的加工余量为2 。

五 选择减速箱输出轴的加工方法，制定工艺路线
1．定为基准的选择：正确的选择定位基准是设计工艺过程中的一项重要的内容，也是保证加工精度的关键，定为基准分为精基准和粗基准，以下为定位基准的选择。
（1）粗基准的选择
粗基准的选择应能保证加工面与非加工面之间的位置精度，合理分配各加工面的余量，为后续工序提供精基准。所以为了便于定位、装夹和加工，可选轴的外圆表面为定为基准，或用外圆表面和顶尖孔共同作为定为基准。用外圆表面定位时，因基准面加工和工作装夹都比较方便，一般用卡盘装夹。为了保证重要表面的粗加工余量小而均匀，应选该表面为粗基准，并且要保证工件加工面与其他不加工表面之间的位置精度。
（2）精基准的选择
根据减速箱输出轴的技术要求和装配要求，应选择轴右端面φ端面φø48的左端面的粗糙度Ra为0.8µm，采用磨削加工。
减速箱输出轴的各表面具体的加工方法如表3
表3
加工表面
尺寸精度等级
表面粗糙度Ra（µm）
加工方法
φ
IT6
0.8
粗车——半精车——磨削
ø48外圆面
IT12
12.5
粗车
φ外圆面
IT7
1.6
粗车——半精车——精车
锥面

3.2
粗车——半精车
φ外圆表面
IT6
0.8
粗车——半精车——磨削
φ
IT6
3.2
粗车——半精车
φ
IT6
1.6
粗车——半精车——精车
左端面
IT12
12.5
粗车
右端面
IT12
12.5
粗车
螺纹孔
IT12
12.5
钻
12P9键
IT7
1.6
粗铣——半精铣
8P6键
IT7
1.6
粗铣——半精铣
3.加工阶段的划分
①划分的原因：保证加工质量合理，划分加工阶段能合理地使用机床设备，便与热处理工序的安排，便于及时发现毛坯的缺陷，保护精加工过后的表面。
②阶段的划分：减速箱输出轴的加工质量要求较高，其中表面粗糙度要求最高为Ra 0.8µm，另外几处圆跳动也有较高的位置精度要求。精加工方案的确定，可将加工阶段分为粗加工，半精加工和精加工等几个阶段。粗加工阶段主要是为了切除各加工表面上的大部分余量，提高生产量。将右端φ、φ、φ、φφ以及中段φø48左端面，12P9、8P6键槽进行铣削。
4.工序的集中与分散
该轴的生产类型为小批量生产，零件的结构复杂程度一般，但有较高的技术要求，可选用工序集中原则安排轴的加工工序。采用通用机床和部分高生产率专用设备，配用专用夹具，与部分划线法达到精度，以减少工序数目，缩短工艺路线，提高生产效率。采用工序集中原则，有利于保证各加工面之间的位置精度要求，节省安装工件的时间，减少工件的搬动次数，使生产计划、生产组织工作得到简化，工作装夹次数减少，辅助时间缩短。
5.加工顺序的安排
（1）机械加工工序
①按先基准平面后其他的原则：机械加工工艺安排是总是先加工好定位基准面，所以应先安排为后续工序准备好定为基准。先加工精基准面，转中心孔及车表面的外圆。
②按先粗后精的原则：先安排粗加工工序，后安排精加工工序。先安排精度要求较高的各主要表面，后安排精加工。
③按先主后次的原则:先加工主要表面，如车外圆各个表面，端面等。后加工次要表面，如铣键槽等。
④先外后内，先大后小原则：先加工外圆再以外圆定位加工内孔，加工阶梯外圆时先加工直径较大的后加工直径小的。
⑤次要表面的加工安排：键槽等次要表面的加工通常安排在外圆精车或粗磨之后，精磨外圆之前。
⑥对于轴左端和中间
⑦先面后孔原则：先加工端面，再铣键槽，钻螺孔。
（2）热处理工序的安排
在切削加工前宜安排正火处理，岂能提高改善轴的硬度，消除毛坯的内应力，改善其切削性能。在粗加工后进行调质处理，能提高轴的综合性能。最终热处理安排在半精车之后磨削加工之前。其能提高材料强度、表面硬度和耐磨性。在精加工之前安排表面淬火，这样可以纠正因淬火引起的局部变形，提高表面耐磨性。
（3）辅助工序的安排
在粗加工和热处理后，安排校直工序。在半精车加工之后安排去毛刺和中间检验工序。在精加工之后安排去毛刺、清洗和终检工序。
综上所述，该轴的工序安排顺序为：基准加工——主要表面粗加工——热处理——主要表面半精加工——主要表面的精加工（磨削）——攻螺纹、铣键槽——去毛刺、淬火回火等。
6.减速箱输出轴工艺路线的确定
根据以上的加工工艺过程的分析确定零件的工艺路线如表4
表4
工序号
工序名称
机床设备
刀具
量具
01
粗车左右端面及45°倒角
CA6140
45°刀
游标卡尺
02
钻中心孔
CA6140
麻花钻
卡尺
03
粗车外圆
CA6140
60°刀
游标卡尺
04
调质处理

05
半精车外圆
CA6140
60°刀
游标卡尺、尺规
06
校正

游标卡尺
07
精车外圆
CA6140
60°刀
游标卡尺
08
功右端螺纹
钻床Z515
钻头
游标卡尺
09
磨削
M1412
砂轮
游标卡尺
10
粗铣键槽
铣床X083
铣刀
游标卡尺
11
半精铣键槽
铣床X083
铣刀
游标卡尺
12
去毛刺

手锤
13
最终热处理和清洗

14
最终热处理

卡尺 塞规

六 机床设备的选用
1．机床设备的选用
在本方案中，减速箱输出轴的生产类型为小批量生产，可以选用较高效率的专用机床和通用机床。根据该轴尺寸的大小要求，选用卧式铣床CA6140，外圆磨M1412，台式钻床钻床Z515。
2．工艺装备的选用
在小批量生产的条件下，所用的刀具有通用道具和特殊刀具，量具有游标卡尺、卡尺、塞规等。另外还要用到夹具。

七 工序加工余量的确定，工序尺寸及公差的计算
（1）轴左端φ外圆表面。其加工路线为粗车——半精车——磨削。由工序03、05、09组成，据之前查到的加工余量得磨削余量为0.4 。半精车为1.5 。经修正后的粗车余量为4.1 。确定总加工余量为6 。
计算各工序尺寸：
磨削前：35+0.4=35.4
半精车之前：35.4+1.5=36.9
粗车前：36.9+4.1=41
按照加工方法能达到的经济精度给各工序尺寸确定公差,查工艺手册可知每道工序的经济精度所对应的值为：
取磨削的经济精度公差等级为IT6，其公差值为T1=0.016mm。
取半精车的经济精度公差等级IT8，其公差值为T2=0.039mm。
取粗车的经济精度公差等级IT11，其公差值为T3=0.16mm。
其数据如下表
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)
尺寸、公差(mm)
磨削
0.4
IT6
0.8
35
φ
半精车
1.5
IT8
3.2
35.4

粗车
4.1
IT11
12.5
36.9

锻造

±2

41
41±2
现用计算法对磨削径向的工序量进行分析：查表得Z1=0.4mm。则半精车基本尺寸为A2=35+0.4=35.4mm，半精加工工序的经济加工精度等级为IT8级。可确认其公差值0.039mm，故取A1=（35.4±0.02）mm。
工序最大余量Z1max=35.42-35.008=0.412mm
工序最小余量Z1min=(35.4-0.02)-(35+0.025)=0.365mm
(2)对轴左端
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)
尺寸、公差(mm)
粗车
2
IT11
12.5
48

锻造

±2

50
±2
（3）对轴左端φφRa1.6µm。
精车前尺寸：40+1.1=41.1mm
半精车前尺寸：41.1+1.5=42.6mm
粗车前尺寸：42.6+3.4=46mm
按照各工序所得到的经济精度所对应的值
精车的经济精度公差等级IT7，其公差值T1=0.025mm。
半精车的经济精度公差等级IT8，其公差值T2=0.039mm。
粗车的经济精度公差等级为IT11，其公差值T3=0.16mm。
将上面的数据填入下表：

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)
尺寸、公差(mm)
精车
1.1
IT7
1.6
40
φ
半精车
1.5
IT8
3.2
41.1

粗车
7.4
IT11
12.5
42.6

锻造

±2

50
50±2
用计算发对精车径向的工序量Z2进行分析：
查表Z2=1.1mm，则半精车的基本尺寸为A2=40+1.1=41.1mm。半精加工工序的经济加工精度等级达到IT8级。确定公差值为0.039mm,所以A1=（41.1+0.02）mm。
工序最大余量Z2max=(41.1+0.02)-(40+0.034)=1.106mm
工序最小余量Z2min=（41.1-0.02）-（40+0.05）=1.07mm.
（4）对轴锥度面的加工工序为：粗车——半精车。由工序03、05组成，表面粗糙度Ra3.2µm 。
（5）对轴中端φ磨削余量为0.4 。半精车为1.5 。经修正后的粗车余量为4.1 。确定总加工余量为6 。
磨削前：35+0.4=35.4
半精车之前：35.4+1.5=36.9
粗车前：36.9+4.1=41
取磨削的经济精度等级为IT6，公差值为T1=0.016mm。
取半精车的经济精度等级为IT8，公差值为T2=0.039mm。
取粗车的经济精度等级为IT11，公差值为T1=0.16mm。
将以上数据填入表格
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)
尺寸、公差(mm)
磨削
0.4
IT6
0.8
35
φ
半精车
1.5
IT8
3.2
35.4

粗车
4.1
IT11
12.5
36.9

锻造

±2

41
41±2
（6）对轴右端φφRa3.2µm。确定工艺路线：粗车——半精车。

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)
尺寸、公差(mm)

φ

±2

41±2
φ取磨削的经济精度等级为IT6，公差值为T1=0.025mm。
取半精车的经济精度等级为IT8，公差值为T2=0.039mm。
取粗车的经济精度等级为IT11，公差值为T1=0.16mm。
计算各工序尺寸
精车：30+1.1=31.1mm
半精车：31.1+1.5=32.6
粗车：32.6+8.4=41
将以上数据填入下表
表10
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)
尺寸、公差(mm)
精车
1.1
IT7
1．6
30
φ
半精车
1.5
IT8
3.2
31.1

粗车
8.4
IT11
12.5
32.6

毛坯

±2

41
±2

八、确定工序的切削用量
确定切削用量的原则：首先应选去尽可能大的背吃刀量，其次在机床动力和刚度允许的条件下，又满足以加工表面粗糙度的情况下，选取尽可能大的进给量。最后根据公式确定最佳切削速度。
1、工序01，粗车轴的左右端面
该工序为两个工步，工步1是以左边定位。粗车右端面；工步2是以右边定位，粗车左端面。由于这两个工步是在一台机床上经一次走刀加工完成的，故其选用的切削用量相同。
① 背吃刀量的确定：
根据加工余量，工步1和工步2的北吃刀量都为2.5mm
② 进给量的确定：
本设计采用的是硬质合金车刀，工件材料是45钢，查表取进给量f＝0.86mm/r
③ 切削速度的计算：
硬质合金车刀切削45钢时，取切削速度V为60m/min，根据公式n=1000Vc/d，可得车床转速n=1000×60/×35r/min，查表CA6140的主轴转速范伟为10~1400，1400~1580（r/min），符合要求。
2、工序03粗车及工序05半精车
① 该工序为工步1粗车和工步2半精车，则进给量依次为
ap1=z=1.7mm， ap2=z=0.8mm
②查表得 粗车 f1=0.86mm/r
③半精车，取Vc为90m/min，则n=819r/min (n=1000Vc/d)
粗车，取Vc为60m/min，则n=546r/min
3、工序05、工序07的过渡面部分
粗车——半精车尺寸为φ48的轴肩两端面
粗车尺寸为φ40轴段与φ35轴段的过渡端面
其切削用量与上述结论类似，不再计算
4、其余工序
①粗车加工时，取f=0.81mm/r Vc=60m/min n=546 r/min
②半精车加工时，取f=0.51mm/r Vc=90m/min n=819 r/min
③精加工时，取f=0.2mm/r Vc=120m/min n=955 r/min
皆符合要求。
5、磨削加工轴段φ两端
查表取磨削深度进给量为0.032mm
工件的运动速度为15m/min
背吃刀量等于磨削余量0.3mm
6、工序10、11粗铣及半铣键槽
对12P9键槽 粗铣：每一行程ap1 =0.3mm Vc=22mm/min fm=350 m/min
半精铣：每一行程ap2=0.2mm Vc=25mm/min fm=395 mm/min
对8P6键槽、粗铣，每一行程ap1=0.3mm Vc=21mm/min
fm=370 mm/min
半精铣每一行程ap2=0.2mm Vc=24mm/min
fm=420 mm/min
（查表5—16《机械制造技术基础课程设计指导教程》，刀具为高速钢键槽铣刀）
7、工序8，粗钻直径为6的两螺纹孔
本工序采用的是莫民锥柄花钻
查表得：钻头直径为6mm进给量f=0.13mm/r，切削速度Vc=20m/min。