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个人收集整理 勿做商业用途襄阳职业技术学院（毕业)论文车床主轴机械加工工艺分析及工艺规程编制专业班级： 机械设计与制造1002 学 生： 张文峥 学 号： 102140230 指导教师: 黄贞贞 教学单位：汽车工程学院毕 业 届：2013届毕 业 设 计（论 文）课 题 任 务 书 汽车工程学院 系（院） 机械设计与制造专业 1002 班 学生 张文峥毕业设计(论文）课题 ：车床主轴机械加工工艺分析及工艺规程编制二、毕业设计(论文）工作自 2013年3 月1日起至 2013 年6月6 止三、毕业设计(论文)进行地点 襄阳职业技术学院学院 四、毕业设计（论文)的内容要求机械专业毕业生通过学习机械设计与制造的基础理论，学习工艺设计和实施，工装设计制造与调试,机床安装、调试、使用、维护、改装及维修，机械加工质量分析与控制，计算机辅助绘图及设计，数控设备的编程、调试及操作.能够在工业生产第一线从事机械制造领域内的设计制造、科技开发、应用研究、运行管理和经营销售等方面工作的高级工程技术人才.要求在顶岗实习后的毕业生能够扎实的掌握：1自然科学基础、较好的人文社会科学基础及正确运用本国语言、文字的表达能力2系统地掌握本专业领域的技术理论基础知识，主要包括:机械绘图、UG、CAXA、CAD、等软件的运用以及工程材料及热处理、机械设计基础、零件几何测量、机床夹具设计、数控工艺编制等课程的学习。3应届毕业生必须具有制图、计算、实验、测试、文献检索和基本工艺操作等基本技能.初步的科学研究、科技开发及组织管理能力和较强的自学能力和创新意识。要求通过本论文的写作能后使学生巩固以前的知识更好的掌握以上专业技能和基础知识。 五教师指定的主要参考文献(期刊、书籍、网页）1. 张晓红,机械设计基础，华中师范大学出版社52. 宋敏，机械设计基础课程设计指导书,西安电子科技大学3于爱武,机械加工工艺编制，北京大学出版社,20084. 黄丽荣，金属材料及热处理，大连理工大学出版社,20115傅玲梅,机床夹具设计与制作，中国劳动社会保障出版社，2008指导教师: 黄贞贞_学 生:张文峥目录摘要：5第一章 车床主轴加工工艺实施步骤51。1车床主轴零件加工总概括5第二章 车床主轴零件加工工艺分析62。1车床主轴零件图的分析62.2明确毛坯尺寸72.3拟定工艺路线92.4划分加工阶段102.5选择定位基准112。6加工顺序安排122.7设计工序内容14第三章 车床主轴工艺卡的编制16小结17致谢18参考文献19车床主轴机械加工工艺分析及工艺规程编制学生：张文峥指导教师:黄贞贞摘要： 轴是组成机器的重要零件之一，其主要功能是支持做回转 动零件（如齿轮、蜗轮、带轮等),并传递运动和动力。 根据轴的承载性质可分为转轴、心轴、传动轴三类. 根据轴的轴线形状，又可分为直轴、曲轴和挠性轴。 轴在选择材料时大多会根据轴的强度、刚度及耐磨性要求；轴的热 处理方法及机械加工工艺要求;轴的材料来源和经 性等一般会选取碳钢和合金钢.关键词： 轴、工艺、加工、设计第一章 车床主轴加工工艺实施步骤1.1车床主轴零件加工总概括1.分析零件的结构和技术要求1）分析图样资料对图样资料进行分析，包括零件技术要求分析和结构工艺分析两个方面。（1）零件技术要求包括；加工工艺表面的尺寸精度和形状精度各加工表面之间以及加工表面和不加工表面之间的位置精度加工表面的粗糙度及表面的其他要求热处理及其他要求 (2)零件的结构工艺分析。零件的结构工艺是指所设计的零件在满足性能的要求下,制造的经济性和可行性，它包括整个工艺过程，有毛坯制作、切削加工、装配及维修等工艺，涉及面广，具有综合性。而且在不同生产条件下同一零件的制造可行性和经济性可能不同.所以，对零件分析时要根据生产条件，全面具体的分析.2。明确毛坯的状况 1）零件的材料及热处理轴类零件应根据不同工作条件和使用要求选不同的材料和热处理方式，以获得一定的强度、韧性及耐磨性。（1） 轴类零件的材料：轴类零件的材料一般选取45#钢，经过调制后具有较强的切削性能，较高的强度和韧性等综合力学性能。表面硬度可达45-52HRC。对于转速转速较高的轴我们选40Cr。对于高速重载荷条件下的轴可选20CrMnTi，20Mn2B，20Cr等低碳合金钢或38CrMoALA中碳合金钢。（2） 轴类零件的热处理:轴类零件的性能除了和材料外还和热处理有关，在加工车床主轴时，我们先进行正火或退火处理,以消除锻造后的残余应力，降低毛坯硬度,改善切削加工性能。 2)毛坯的形状和尺寸的确定 3）毛坯的选用3拟定工艺路线 （1）确定单个面的加工方法(外圆、内孔、端面等表面的加工方法） (2）划分加工工段 （3）选择定位基准(4）加工顺序4。设计工序内容 (1）确定余量，工序尺寸及其公差 （2）选择设备及工装5。填写工艺卡完成以上工作后,按要求填写工序卡片第二章 车床主轴零件加工工艺分析2.1车床主轴零件图的分析分析图纸：如图车床主轴为50*235com的阶梯轴，左端面为M221.5的螺纹倒角为2com整个轴由5个圆柱组成，其中50*70com的上有14*34的键槽可作为装配轴颈，并与两边的轴用R3的圆弧倒角相接,其两边的轴可作为支撑轴颈因此要具有较高的刚度.该轴的表面粗糙度为3。2。主轴上有个支撑钉，可以起到固定轴的作用。车床零件结构分析：因为车床主轴要具有高速的运动和较高的强度和韧性，为了加工经济性和工艺性能考虑这里选取40Cr作为车床的加工材料.以左端面作为定位几面可减少装卡次数，提高加工工艺性.并以左端面作定位基准面，便于其测量。2.2明确毛坯尺寸1）车床主轴零件的毛坯确定: 轴类零件可根据使用要求、生产类型、设备条件及结构，选用棒料、锻件等毛坯形式。对于外圆直径相差不大的轴，一般以棒料为主；而对于外圆直径相差大的阶梯轴或重要的轴，常选用锻件,这样既节约材料又减少机械加工的工作量,还可改善机械性能。 根据生产规模的不同,毛坯的锻造方式有自由锻和模锻两种.中小批生产多采用自由锻，大批大量生产时采用模锻。 2） 轴类零件的材料： 轴类零件应根据不同的工作条件和使用要求选用不同的材料并采用不同的热处理规范（如调质、正火、淬火等），以获得一定的强度、韧性和耐磨性。 45钢是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过调质（或正火)后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达4552HRC. 40Cr等合金结构钢适用于中等精度而转速较高的轴类零件，这类钢经调质和淬火后，具有较好的综合机械性能. 轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn，经调质和表面高频淬火后，表面硬度可达5058HRC，并具有较高的耐疲劳性能和较好的耐磨性能，可制造较高精度的轴。精密机床的主轴（例如磨床砂轮轴、坐标镗床主轴）可选用38CrMoAIA氮化钢。这种钢经调质和表面氮化后，不仅能获得很高的表面硬度,而且能保持较软的芯部，因此耐冲击韧性好。与渗碳淬火钢比较，它有热处理变形很小,硬度更高的特性.3) 轴类零件的功用、结构特点及技术要求： 轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一。它主要用来支承传动零部件，传递扭矩和承受载荷。轴类零件是旋转体零件，其长度大于直径，一般由同心轴的外圆柱面、圆锥面、内孔和螺纹及相应的端面所组成。根据结构形状的不同，轴类零件可分为光轴、阶梯轴、空心轴和曲轴等。 轴的长径比小于5的称为短轴，大于20的称为细长轴,大多数轴介于两者之间.轴用轴承支承，与轴承配合的轴段称为轴颈。轴颈是轴的装配基准，它们的精度和表面质量一般要求较高，其技术要求一般根据轴的主要功用和工作条件制定，通常有以下几项： （一）尺寸精度 起支承作用的轴颈为了确定轴的位置，通常对其尺寸精度要求较高（IT5IT7)。装配传动件的轴颈尺寸精度一般要求较低（IT6IT9）。 （二） 几何形状精度 轴类零件的几何形状精度主要是指轴颈、外锥面、莫氏锥孔等的圆度、圆柱度等，一般应将其公差限制在尺寸公差范围内。对精度要求较高的内外圆表面，应在图纸上标注其允许偏差。（三）相互位置精度 轴类零件的位置精度要求主要是由轴在机械中的位置和功用决定的。通常应保证装配传动件的轴颈对支承轴颈的同轴度要求，否则会影响传动件(齿轮等)的传动精度，并产生噪声。普通精度的轴,其配合轴段对支承轴颈的径向跳动一般为0.010.03mm，高精度轴（如主轴)通常为0.0010.005mm。（四)表面粗糙度 一般与传动件相配合的轴径表面粗糙度为Ra2.50。63m,与轴承相配合的支承轴径的表面粗糙度为RaO0。630.16微米.CA6140的车床主轴需要有较高的承载能力和转速,我们选取40Cr 60*250的圆棒料比较合理经济，两个支撑轴颈尺寸精度为IT6，装配轴颈的尺寸要求为IT8。2。3拟定工艺路线在拟定工艺路线之前，先分析轴的结构和精度要求。从结构上分析，轴由五段圆柱组成,上面有一个键槽和一个定位孔以及左右两个中心孔。从精度和粗糙度分析，有两段圆柱要求达到IT6级精度，粗糙度为3。2.以上两段圆柱之间又要求有较高的位置精度。根据该轴主要由圆柱构成和多数段均要求较高的加工精度和较小的粗糙度这一特点，在拟定工艺路线时，应以外圆表面的加工贯穿始终，将全轴的加工分成粗、半精和精加工三个阶段,而将键槽和螺纹的加工穿插于各加工阶段中.至于中心孔，其作用是为加工时提供安装定位基准。根据“基准先行的原则，应该在一开始就将其加工出来。现将大批量生产时,该轴的主要加工工艺路线安排如表321所示支撑轴颈的加工方法:加工方法加工性质加工经济精度(IT）表面粗糙度Ra/微米车粗车半精车精车13121110878010102。551.25外磨精磨7-61。250.16装配轴颈加工方法：加工方法加工性质加工经济精度（IT）表面粗糙度Ra/微米车粗车半精车精车3121110878010102.551.25轴承轴颈的加工方法:加工方法加工性质加工经济精度（IT）表面粗糙度Ra/微米车粗车半精车精车3121110878010102.55-1.25右端外螺纹轴加工方法：加工方法加工性质加工经济精度（IT)表面粗糙度Ra/微米车粗车半精车精车3121110878010102.551.252.4划分加工阶段（） 加工阶段按加工性质和作用的不同可分为粗加工、半精加工和精加工三个阶段. （） 划分加工阶段的作用： 避免加工残余应力释放过程中引起工件的变形。 避免粗加工时较大的夹紧力和切削力所引起的变形对精加工的影响。 及时发现毛坯的缺陷,避免不必要的损失. 便于精密机床长期保持精度。 热处理工序的安排要求。（3） 各加工阶段的主要任务 粗加工阶段：这一阶段的主要任务是切除毛坯的大部分余量， 并制出精基准。该阶段的问题是如何提高生产率。 半精加工阶段：这一阶段的主要任务是减少粗加工阶段留下的误差,为主要加工表面做好准备，同时完成零件上各次要表面的加工。 精加工阶段：任务是保证各主要表面达到图样规定的加工精度和表面粗糙度要求。这一阶段的主要问题是如何保证加工质量。 光整加工阶段:对于零件的尺寸精度和表面粗糙度要求较高的表面，还要安排光整加工阶段，这一阶段的主要问题是减少表面粗糙度值和进一步提高精度。当毛坯量较大、表面非常粗糙时,在粗加工阶段前还可以安排光整加工阶段.为能及时发现毛坯缺陷，减少运输量，光加工阶段常在毛坯准备车间进行。2.5选择定位基准一）基准的概念零件都是由若干表面组成，各表面之间有一定的尺寸和相互位置要求。模具零件表面间的相对位置要求包括两方面：表面间的距离尺寸精度和相对位置精度（如同轴度、平行度、垂直度和圆跳动等）要求。研究零件表面间的相对位置关系离不开基准，不明确基准就无法确定零件表面的位置.基准就其一般意义来讲,就是零件上用以确定其他点、线、面的位置所依据的点、线、面。基准按其作用不同，可分为设计基准和工艺基准两大类。1、设计基准在零件图上用以确定其他点、线、面的基准，称为设计基准。2、工艺基准零件在加工和装配过程中所使用的基准，称为工艺基准。工艺基准按用途不同,又分为定位基准、测量基准和装配基准。(1）定位基准加工时使工件在机床或夹具中占据正确位置所用的基准，称为定位基准。(2）测量基准零件检验时，用以测量已加工表面尺寸及位置的基准，称为测量基准。（3）装配基准装配时用以确定零件在部件或产品中位置的基准，称为装配基准。3。粗基准选择有非加工表面，应选非加工表面作为粗基准。对所有表面都需加工的铸件轴,根据加工余量最小表面找正.且选择平整光滑表面，让开浇口处。选牢固可靠表面为粗基准，同时,粗基准不可重复使用。4.精基准选择要符合基准重合原则,尽可能选设计基准或装配基准作为定位基准。符合基准统一原则。尽可能在多数工序中用同一个定位基准。尽可能使定位基准与测量基准重合。选择精度高、安装稳定可靠表面为精基准。分析车床主轴零件的基准：1采用了二中心孔为定位基准，符合前述的基准重合及基准统一原则。2该零件先以外圆作为粗基准，车端面和钻中心孔，再以二中心孔为定位基准粗车外圆,又以粗车外圆为定位基准加工锥孔，此即为互为基准原则，使加工有一次比一次精度更高的定位基准面。3半精加工、精加工外圆时,采用了三爪卡盘，以装配轴颈作为精加工该轴外圆面的定位基准。2.6加工顺序安排1。在安排加工顺序时一般应遵循以下原则： 1） 先基准面后其它 应首先安排被选作精基准的表面的加工，再以加工出的精基准为定位基准，安排其它表面的加工.该原则还有另外一层意思,是指精加工前应先修一下精基准。例如，精度要求高的轴类零件，第一道加工工序就是以外圆面为粗基准加工两端面及顶尖孔，再以顶尖孔定位完成各表面的粗加工；精加工开始前首先要修整顶尖孔，以提高轴在精加工时的定位精度，然后再安排各外圆面的精加工。 2) 先粗后精 这是指先安排各表面粗加工，后安排精加工。 3） 先主后次 主要表面一般指零件上的设计基准面和重要工作面。这些表面是决定零件质量的主要因素，对其进行加工是工艺过程的主要内容，因而在确定加工顺序时,要首先考虑加工主要表面的工序安排，以保证主要表面的加工精度。在安排好主要表面加工顺序后，常常从加工的方便与经济角度出发，安排次要表面的加工.此外,次要表面和主要表面之间往往有相互位置要求，常常要求在主要表面加工后,以主要表面定位进行加工. 4） 先面后孔 这主要是指箱体和支架类零件的加工而言。一般这类零件上既有平面，又有孔或孔系，这时应先将平面(通常是装配基准）加工出来，再以平面为基准加工孔或孔系。此外，在毛坯面上钻孔或镗孔，容易使钻头引偏或打刀.此时也应先加工面，再加工孔,以避免上述情况的发生。 车床主轴加工顺序:粗车外圆半精车装配轴颈以装配轴颈作粗基准粗加工其他外圆半精加工其他外圆精加工装配轴颈精加工其他轴颈。2。热处理工序的安排：热处理的作用就是提高材料的机械性能、消除残余应力和改善金属的切削加工性.按照热处理不同的目的，热处理工艺可分为两大类：预备热处理和最终热处理。 1 预备热处理 预备热处理的目的是改善加工性能、消除内应力和为最终热处理准备良好的金相组织。其热处理工艺有退火、正火、时效、调质等。 ( 1 ）退火和正火 退火和正火用于经过热加工的毛坯。含碳量大于 0.5% 的碳钢和合金钢,为降低其硬度易于切削，常采用退火处理;含碳量低于 0。5 % 的碳钢和合金钢,为避免其硬度过低切削时粘刀，而采用正火处理。退火和正火尚能细化晶粒、均匀组织，为以后的热处理作准备。退火和正火常安排在毛坯制造之后、粗加工之前进行。 （ 2 )时效处理 时效处理主要用于消除毛坯制造和机械加工中产生的内应力。 为避免过多运输工作量，对于一般精度的零件,在精加工前安排一次时效处理即可。但精度要求较高的零件（如座标镗床的箱体等)，应安排两次或数次时效处理工序。简单零件一般可不进行时效处理。 除铸件外，对于一些刚性较差的精密零件（如精密丝杠)，为消除加工中产生的内应力，稳定零件加工精度,常在粗加工、半精加工之间安排多次时效处理。有些轴类零件加工，在校直工序后也要安排时效处理。 ( 3 ）调质 调质即是在淬火后进行高温回火处理，它能获得均匀细致的回火索氏体组织，为以后的表面淬火和渗氮处理时减少变形作准备，因此调质也可作为预备热处理. 由于调质后零件的综合力学性能较好，对某些硬度和耐磨性要求不高的零件，也可作为最终热处理工序。 2 最终热处理 最终热处理的目的是提高硬度、耐磨性和强度等力学性能。 （ 1 )淬火 淬火有表面淬火和整体淬火。其中表面淬火因为变形、氧化及脱碳较小而应用较广，而且表面淬火还具有外部强度高、耐磨性好，而内部保持良好的韧性、抗冲击力强的优点。为提高表面淬火零件的机械性能，常需进行调质或正火等热处理作为预备热处理.其一般工艺路线为：下料锻造正火（退火）粗加工-调质半精加工表面淬火精加工. ( 2 ）渗碳淬火 渗碳淬火适用于低碳钢和低合金钢，先提高零件表层的含碳量，经淬火后使表层获得高的硬度，而心部仍保持一定的强度和较高的韧性和塑性。渗碳分整体渗碳和局部渗碳。局部渗碳时对不渗碳部分要采取防渗措施（镀铜或镀防渗材料）。由于渗碳淬火变形大，且渗碳深度一般在 0.5 2mm 之间，所以渗碳工序一般安排在半精加工和精加工之间。其工艺路线一般为：下料-锻造正火-粗、半精加工渗碳淬火精加工。 当局部渗碳零件的不渗碳部分采用加大余量后，切除多余的渗碳层的工艺方案时，切除多余渗碳层的工序应安排在渗碳后，淬火前进行。 （ 3 ）渗氮处理 渗氮是使氮原子渗入金属表面获得一层含氮化合物的处理方法。渗氮层可以提高零件表面的硬度、耐磨性、疲劳强度和抗蚀性。由于渗氮处理温度较低、变形小、且渗氮层较薄（一般不超过 0。6 0。7mm ）,渗氮工序应尽量靠后安排,为减小渗氮时的变形，在切削后一般需进行消除应力的高温回火. 车床主轴热处理安排:正火/退火粗加工调质半精加工表面淬火精加工. 3.辅助工序的安排零件加工过程中根据需要安排动、静平衡、退磁等其他工序。2。7设计工序内容加工余量的确定如图对被包容面 Z=上工序工称尺寸本工序工称尺寸对于包容面 Z=本工序工称尺寸上工序工称尺寸工序余量、工序尺寸及其公差计算公式为Z=Zmin+TaZmax=Z+Tb=Zmin+Ta+Tb式中:Zmin为最小工序余量Zmax-为最大工序余量Ta上工序尺寸的公差Tb本工序尺寸的公差1. 加工余量的确定 确定加工余量的方法有计算法、查表法和经验法三种。 1) 计算法如果对影响加工余量的因素比较清楚，则采用计算法确定加工余量比较准确。要弄清影响余量的因素,必须具备一定的测量手段,掌握必要的统计分析资料。在掌握了各种误差因素大小的条件下，才能比较准确地计算加工余量。 2) 查表法此法主要以根据工厂的生产实践和实验研究积累的经验所制成的表格为基础,并结合实际加工情况对数据加以修正，确定加工余量。这种方法方便、迅速，在生产上应用较广泛。 3) 经验法由一些有经验的工程技术人员或工人,根据经验确定加工余量的大小。由经验法确定的加工余量往往偏大，这主要是因为主观上怕出废品的缘 故，这种方法在模具生产中广泛采用。在加工台车床主轴50*70时表面粗糙度为3。2采用粗车半精车精车.用查表法确定各工序尺寸及余量。其他轴颈的加工方法雷同。其粗车留有2mm的余量，半精车留有1mm的余量，精车留有0。5mm的余量。加工5070的外圆柱的工序尺寸计算工序工序基本余量工序尺寸公差工序尺寸工序尺寸及其公差精车0.50.02(IT8)5050半精车10。07（IT10）50.550。5粗车20.25(IT12)5151毛坯5252加工3250和的3240外圆柱的工序尺寸计算工序工序基本余量工序尺寸公差工序尺寸工序尺寸及其公差精磨0。20.01（IT6)3232精车0.50.02（IT8)32.232。2半精车10。07（IT10)32.532。5粗车20。25（IT12）3333毛坯3434选择设备机床、工装（刀具、 量具 、夹具等）机床：数控车床、磨床、锯床刀具:90度直角车刀、割刀、铣刀量具:游标卡尺、千分尺夹具：三爪卡盘、中心架第三章 车床主轴工艺卡的编制7654321工序号材料牌号襄阳职业技术学院检车车车钻车下料工序名称40Cr车床主轴加工工艺卡片按零件图各项要求检验精车车50*70com以及其两侧的外圆，至规定尺寸车各圆的倒角以及右端面圆的外螺纹半精车5070com以及两侧的外圆,并留有1mm的余量。锯毛坯60250com的圆棒料粗车60*250com的圆棒料，钻7mm的孔，并留有2mm的余量。锯毛坯60*250com的圆棒料工序内容毛坯种类产品名称产品型号圆棒车床主轴金工金工金工金工金工金工车间毛坯尺寸零件名称零件图号CA6140锯床设备60250com轴三爪卡盘、90度车刀、游标卡尺锯刀工艺设备装配件数共1页共1页小结 通过这次设计,使我对先前所学的机械设计基础、机械加工工艺编制、零件几何测量等课程的学习有了很大的认识和了解，并使我对曾经所学知识进行了巩固，也增强了实践和学习经验，同样也使我对以后进入工厂工作实习奠定了基础，收获颇丰。另外，这次课程设计，使我自己对工艺人员所从事的工作有了亲身的体验,学会了查图表、资料、手册等工具书。 在这次设计中，我们了解了轴的结构、功用，轴的机加工工艺过程及工艺装备（包括机床、夹具、刀具、量具)；热处理工艺。本次设计任务看似简单，其实要做的东西有很多和很琐碎，标准的东西也不少，需要我们自己查阅大量的工具书，这次任务完成的整个过程中，让我明白了耐性，细心的重要性，也明白了实践检验真知的道理，让我知道了以后该怎样学习.致谢在毕业论文的完成过程中，感谢黄贞贞老师对我的耐心指导！岁月如流，来不及感叹，大学生活已近尾声，三年多的努力与付出,随着本次论文的完成，将要划下完美的句号.在临近毕业之际,我还要借此机会向在这三年中给予我诸多教诲和帮助的各位老师表示由衷的谢意，感谢他们三年来的辛勤栽培.不积跬步何以至千里，各位任课老师认真负责，在他们的悉心帮助和支持下，我能够很好的掌握和运用专业知识,并在设计中得以体现，顺利完成毕业论文。同时,在论文写作过程中，我还参考了有关的书籍和论文，在这里一并向有关的作者表示谢意。我还要感谢同组的各位同学以及我的各位室友，在毕业设计的这段时间里,你们给了我良多的启发，提出了许多宝贵的意见,对于你们帮助和支持，在此我表示深深地感谢。参考文献1. 张晓红，机械设计基础，华中师范大学出版社52。 宋敏,机械设计基础课程设计指导书，西安电子科技大学3于爱武，机械加工工艺编制，北京大学出版社,20084。 黄丽荣，金属材料及热处理,大连理工大学出版社，20115傅玲梅，机床夹具设计与制作，中国劳动社会保障出版社,2008 6.http:/zhidao。baidu。com/question/49781092.html？si=419