输出轴的加工工艺与夹具设计设计说明书(详细).doc

目录
1引言 1
1.1 课题设计的目的和意义 1
1.2 课题背景知识 2
1.2.1 零件的作用 2
1.2.2 机械制造工艺相关知识 2
2.1 零件的工艺性分析及生产类型确定 7
2.1.1 零件的作用 7
2.1.2 零件的工艺分析 8
2.1.3 确定零件的生产类型 9
2.2 选择毛坯种类，绘制毛坯图 9
2.2.1 选择毛坯种类 9
2.2.2 确定毛坯尺寸及机械加工余量 10
2.2.3 绘制毛坯图 11
2.3 选择加工方法，拟定工艺路线 11
2.3.1 定位基准的选择 11
2.3.2 零件表面加工方法的选择 12
2.3.3 加工阶段的划分 12
2.3.4 工序的集中与分散 13
2.3.5 工序顺序的安排 13
2.3.6 确定工艺路线 13
2.3.7 加工设备及工艺装备选择 14
2.3.8 工序间余量和工序尺寸的确定 15
2.3.9 切削用量及基本时间定额的确定 18
3. 专用夹具设计 34
3.1 明确设计要求、收集设计资料 34
3.2 确定夹具结构方案 34
3.2.1 确定定位方式，选择定位元件 34
3.2.2 确定导向装置 35
3.2.3 确定工件夹紧方案，设计夹紧机构 35
3.2.4 确定夹具总体结构和尺寸 36
3.2.5 夹具使用说明 37
总 结 38
参考文献 39
致 谢 40
英文摘要 41

输出轴的加工工艺与夹具设计
摘要 :输出轴零件的主要作用是支撑零件、实现回转运动并传递转矩和动力。本文以一典型输出轴零件为例讨论了零件的机械加工工艺规程和专用夹具设计。对于工艺规程设计，在分析了输出轴零件的作用和加工工艺性后，先提出两种工艺方案，再甄选出最佳方案。输出轴零件的机械综合性能要求较高，一般选择锻件作为毛坯。对于夹具设计，本文选取其中钻斜孔工序来设计专用夹具。经过对工序要求进行分析后，采用一面两孔定位，转动压板加紧。导向装置采用可换的特殊钻套。
关键词：输出轴；工艺规程；夹具设计
1引言
1.1 课题设计的目的和意义
本次设计是在我们学完了大学的全部基础课程、技术课程以及全部专业课之后进行的。此次的设计是对大学期间所学各课程及相关绘图软件的一次深入的综合性复习，也是使我们综合运用所学过的基本知识与基本技能去解决专业范围内的工程技术问题而进行的一次基本训练。因此，它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。我们在完成毕业设计的同时，也培养了我们正确使用技术资料、国家标准、有关手册、图册等工具书，进行设计计算、数据处理、编写技术文件等方面的工作能力，也为我们以后的工作打下了坚实的基础。本次设计的目的在于：
（1） 培养综合分析和解决本专业的一般工程问题的独立能力，拓宽和深化所学知识。
（2） 培养树立正确的设计思想、设计思维，掌握工程设计的一般程序、规范和方法的能力。
（3） 培养正确地使用技术知识、国家标准、有关手册、图册等工具书，进行设计计算、数据处理、编写技术文件等方面的工作能力。
（4） 培养自己进行调查研究、面向实际、面向生产，向工人和工程技术人员学习的基本工作态度、工作作风和工作方法。
（5） 熟悉轴类零件加工工艺过程和掌握夹具设计的方法步骤，为以后从事相关的技术性工作打下坚实的基础。
（6） 通过对输出轴零件的机械加工工艺设计，使我们在机械制造工艺规程设计，工艺方案论证，机械加工余量计算，工艺尺寸的确定，编写技术文件及查阅技术文献等各个方面得到一次综合性训练。初步具备设计一个中等复杂程度零件工艺规程的能力。
（7） 能根据被加工零件的技术要求，运用夹具设计的基本原理和方法，拟定夹具设计方案，完成夹具机构设计，初步具备设计出高效、省力、经济合理并能保证加工质量的专用夹具的能力。
（8） 通过零件图、装配图的绘制，使我们进一步熟练绘图软件的使用。熟悉和掌握我国相关的制图标准和要求。
本次设计的主要内容为：首先认真分析已给定的输出轴零件图纸，明确相关技术要求和加工质量要求，在读懂图纸的基础上，利用AUTOCAD绘制该输出轴的三维模型；然后根据图纸上相关要求等确定该零件的生产类型，经分析本次设计的零件属大批量生产。其次，对零件进行工艺分析，确定毛坯类型和制造方法，输出轴的材料为 45 钢。拟采用以锻造的形式进行毛坯的制造，然后设计两套不同的工艺路线方案，分析两套方案的优劣并根据实际生产条件和相关要求确定最终方案，完成机械加工工序设计，进行必要地经济分析。最后，对某道加工工序进行夹具装配图及主要零件图的设计，对夹具进行精度校核并对其设计质量进行评估。
1.2 课题背景知识
1.2.1 零件的作用
本设计所设计的零件是机床变速器输出轴，它是动力输出的主要零件。φ 80 的孔与变速器配合起定心作用，通过 10-φ 20 的通孔将动力传至该轴，再由φ 55 处通过键将动力输出。该轴在工作中需要承受一定的冲击载荷和较大的扭矩。因此，该轴应具有足够的耐磨性和抗扭强度。
1.2.2 机械制造工艺相关知识
基本概念
（1）生产过程是指从原材料到产品出厂的全部劳动过程。
（2）机械加工工艺过程是机械产品生产过程的一部分，是对零件采用机械加工的方法直接改变毛坯的形状、尺寸、和表面质量等，使之成为合格零件的过程。
（3）工序:一个（或一组）工人在一个工作地对一个（或同时对几个）工件连续完成的那一部分工艺过程。
（4）安装:如果在一个工序中需要对工件进行几次装夹，则每次装夹下完成的那一部分内容称为一个安装。
（5）工位:在工件的一次装夹后，工件（或装配单元）与夹具或设备的可动部分一起相对刀具或设备的固定部分所占据的每一个位置称为工位。
（6）工步:在加工表面（或装配时的连接表面）和加工（或装配）工具不变的情况下，所连续完成的那一部分工序称为工步。
（7）走刀:切削刀具在加工表面上切削一次所完成的工步内容，称为一次走刀。
（8）生产纲领是在计划期内生产的产品产量和进度计划。
（9）生产类型是指企业（或车间、工段、班组、工作地）生产专业化的程度分类。一般分为单件生产、成批生产和大批量生产三种类型。
机械加工工艺规程
（1）机械加工工艺规程有：机械加工工艺过程卡片、机械加工工序卡片、标准零件或典型零件工艺过程卡片、单轴自动车床调整卡片、多轴自动车床调整卡片、机械加工工序操作指导卡片、检验卡片等。
（2）制定工艺规程的基本要求是：在保证产品质量的前提下，能尽量提高生产率和降低成本，并充分利用现有生产条件，保证工人具有良好而安全的劳动条件。
（3）制定工艺规程的步骤：
①收集和熟悉制定工艺规程的有关资料图样，进行零件的结构工艺性分析；
②确定毛坯的类型及制造方法；
③选择定位基准；
④拟定工艺路线；
⑤确定各工序的工序余量、工序尺寸及其公差；
⑥确定各工序的设备、刀具、夹具、量具和辅助工具；
⑦确定各工序的切削用量及时间定额；
⑧确定主要工序的技术要求及检验方法；
⑨进行技术经济分析；
⑩编制工艺文件。
机械加工工艺规程制定中应注意的问题
（1）选择零件毛坯时，主要考虑下列因素：零件的材料（包括牌号及标准号）及其机械性能、零件的结构形状及外形尺寸、生产纲领、生产条件、积极推广应用新工艺、新技术和新材料。
（2）基准是用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的那些点、线、面。从设计和工艺两个方面看可分为设计基准和工艺基准两大类。工艺基准又可进一步分为 工序基准、定位基准、测量基准和装配基准。定位基准又有粗基准和精基准之分。
（3）粗基准的选择原则有：保证相互位置要求的原则、保证加工表面加工余量合理分配的原则、粗基准不重复使用的原则、便于工件装夹的原则。
（4）精基准的选择原则有：基准重合原则、基准统一原则、自为基准原则、互为基准原则、便于装夹的原则。
（5）加工经济精度是指在正常加工条件下（采用符合质量标准的设备、工艺装备和标准技术等级的工人，不延长加工时间），所能保证的加工精度和表面粗糙度。
（6）选择加工方法时考虑的主要因素：工件的加工精度、表面粗糙度和其他技术要求，工件材料的性质，工件的形状和尺寸，生产类型、生产率和经济性，本厂设备、人员情况等。
（7）根据精度要求的不同，整个工艺过程可划分为：粗加工阶段、半精加工阶段、精加工阶段、光整加工阶段、超精密加工阶段。划分加工阶段的原因主要有：
①保证加工质量；
②合理使用机床设备；
③便于及时发现毛坯缺陷，避免精加工表面损伤；
④便于安排热处理工序，使冷、热加工配合协调。
（8）机械加工工序的安排原则：
①基面先行；②先粗后精；③先主后次；④先面后孔。
（9）热处理工序在工艺路线中的安排，主要取决于零件的材料和热处理的目的。预备热处理安排在机械加工之前；去除内应力的热处理安排在粗加工之后，精加工之前；最终热处理安排在精加工前后，变形较大的热处理应安排在精加工之前，变形较小的热处理应安排在精加工之后；表面的装饰性镀层和发蓝工序一般安排在工件精加工后；电镀工序后应进行抛光，耐磨性镀铬则放在粗磨和精磨之间。
（10）辅助工序包括检查、检验工序、去毛刺、平衡、清洗工序等，检验工序是主要的辅助工序。除了在每道工序中操作者自检外，还必须在下列情况下安排单独的检验工序：
①粗加工阶段结束后；
②关键工序前后；
③零件从一个车间转到另一个车间前后；
④零件全部加工结束之后。
（11） 工序组合的原则：
①大批大量生产、零件结构叫复杂，适于采用工序集中地原则，对一些结构简单的产品，也可采用分散的原则。成批生产宜采用适当集中的原则，单件小批生产适于采用工序集中的原则；
②产品品种较多，又经常变换，适于采用工序分散的原则；
③零件加工质量、技术要求较高时一般采用工序分散的原则；
④零件尺寸、质量较大，不易运输和安装的，应采用工序集中地原则。
（12） 选择设备时应考虑下列问题：
①机床的精度与工序要求的精度相适应；
②机床的规格与工件的外形尺寸，本工序的切削用量相适应；
③机床的生产率与被加工零件或产品的生产类型相适应；
④选择的设备尽可能与工厂现有条件相适应。
（13） 加工余量是指加工过程中所切除的金属层厚度。加工余量可分为加工总余量（毛坯余量）和工序余量。加工总余量等于各工序余量之和。影响工序余量的因素有：
①上工序的各种表面缺陷和误差因素，包括表面粗糙度和缺陷层、尺寸公差和形位公差；
②本工序加工时的装夹误差。确定加工余量的方法有：分析计算法、查表法、经验估算法。
（14）工艺装备的选择包括确定各工序所需的夹具、刀具和计量器具等。夹具主要根据生产类型和加工要求来确定。刀具的选择主要取决于各工序所采用的加工方法、加工表面的尺寸、工件材料、加工精度和表面粗糙度要求，生产率和经济性等。计量器具主要根据生产类型和工件的加工精度来选取。
时间定额与提高劳动生产率的工艺途径
（1）时间定额TT包括：基本时间Tm、辅助时间Ta、布置工作地时间Ts、休息与生理需要时间Tr、准备与终结时间Te 。
单件和成批生产的单件时间定
大批量生产的单件时间定
（2） 提高劳动生产率的工艺途径有：
①缩短时间定额。缩短基本时间的措施有：提高切削用量和减少切削行程长度；缩短辅助时间的措施有：采用先进夹具、提高机床的自动化程度、采用先进的检测手段等直接缩短辅助时间，使基本时间与辅助时间重合等。
② 推广应用新工艺和新方法。
③提高机械加工自动化程度。
工艺过程的技术经济分析
（1）工艺成本是指生产成本中与工艺过程有关的那一部分费用。按照与年产量的关系分为可变费用V和不变费用 C。
（2）若工件的年产量为N，则工件的全年工艺成本S（元/年）为 ,单件
工艺成本S=VN+C ,单件工艺成本
1.2.3 机床夹具设计基础知识
在机械制造的各个加工工艺工程中，必须使工件在工艺系统中处于正确的位
置，以保证加工质量，并提高生产效率。把为了使工件处于正确位置上所使用的各种工艺装备称为夹具，如检验夹具、焊接夹具、装配夹具等。在机床上对工件进行切削加工时，为了保证加工精度，必须正确地安放工件，使工件相对于刀具和机床占有正确的位置，这一过程称为“定位”。为了保证这个正确位置在加工过程中稳定不变，应该对工件施加一定的夹紧力，这个过程称为“夹紧”。这两个过程总称为“安装”。在机床上实现安装过程的工艺装备，就是“机床夹具”。
机床夹具的种类很多，其中，使用范围最广泛的是通用夹具，如车床上用的三
爪自定心卡盘和铣床上用的平口虎钳等。这类夹具的规格尺寸已经标准化，由专业厂家进行生产。而用于批量生产，专门为工件某加工工序服务的专用夹具，则必须由各个制造厂自行设计制造。 由于专用夹具的设计制造在很大程度上影响加工质量、生产率、劳动条件和生产成本，因此，它是各机械制造厂新产品投资、老产品改进和工艺更新中的一项重要生产技术准备工作，也是每一个从事机械加工工艺的技术人员必须掌握的基础知识。
（1）机床夹具在机械加工中起着重要的作用，所以应用十分广泛。归纳起来有以下几个方面的作用：
①保证工件的加工精度，稳定产品质量
夹具在机械加工中的基本作用就是保证工件的相对位置精度。由于采用了能直接定位的夹具，因此，可以准确地确定工件相对于道具和机床切削成形运动中的相互位置关系，不受或者少受各种主观因素的影响，可以稳定可靠地保证加工质量。
②提高劳动生产率和降低加工成本
提高劳动生产率，降低单件时间定额的主要技术措施是增大切削用量和压缩辅助时间。采用机床夹具，既可以提高工件加工时的刚度，有利于采用较大的切削用量，又可以省去划线找正等工作，使安装工作的辅助工时大大减小，因此能显著地提高劳动生产率和降低成本。
③改善工人劳动条件
采用夹具后，工件的装卸显然比不用夹具方便、省力、安全。使用专用夹具安装工件，定位方便、迅速，夹紧可采用增力、机动等装置，因此可以减轻工人的劳动强度。还可设计保护装置，确保操作者安全。
④在流水线生产中，便于平衡生产节拍
工艺工程中，当某些工件所需要工序时间特别长时，可以采用多工位或高效夹具等，以提高生产效率，使生产节拍能够比较平衡。
（2）机床夹具分类
①专用夹具 专用夹具是针对某一种工件的一定工序而专门设计的。因为不需要考虑通用性，所以夹具可以设计得结构紧凑、操作方便。还可以按需要采用各种省力机构、动力装置、分度装置等。因此，此类夹具可以保证较高的加工精度和劳动生产率。但是，由于这类夹具的专用性很强，并且设计和制造周期较长，制造费用也较高，当产品变更时，往往因无法再使用而报废。因此，这类夹具主要在产品固定和工艺稳定的较大批量生产中应用。
②可调式夹具 可调式夹具的特点是：加工完一种零件后，通过调整或更换夹具中的个别元件，即可加工形状相似、尺寸和加工工件相近的多种零件。
可调式夹具又可以分为通用可调夹具和专用可调夹具。通用可调夹具如滑柱式
钻模等，使用范围较大。专门化可调夹具常称为成组夹具，通常配合成组技术，用于装夹和加工一组结构与工艺相似的工件。
因为这类夹具是在专门夹具基础上少量更换或调整夹具元件，所以只能到达有限目标的通用化。即使这样，也极大提高了专用夹具在多品种、中小批量生产中使用的经济性。
③专门化拼装夹具 专门化拼装夹具是针对其工件的特定工序加工要求，由实现制造好的通用性较强的标准化元件和部件拼装组成。从这个特点来看，这类夹具具有很大的通用性，但同时又是为某一种特定工序而专门拼装的夹具。因此，这类夹具又具有专门夹具的优点。
④自动化生产用夹具 自动化生产用夹具主要是自动线上所使用的夹具。基本上分为两类：一类是固定式夹具，它与一般专用夹具相似；一类是随行夹具，它除了具有一般夹具所担负的安装工件任务外，还担负着沿自动线输送工件的任务，即随着工件从一个工位移动到下一个工位。故称为“随行夹具”。属于自动化生产夹具的还有数控机床夹具。
（3）夹具设计的特点和基本要求
①夹具设计的特点
针对性强。设计人员必须全面掌握工艺和生产现场的实际情况。专用夹具是为某零件的某道工序设计的，设计人员必须全面了解和掌握产品零件的要求，工艺工程的安排以及所使用的机床、刀具，辅具的具体情况才可能提出合理可行的最佳方案，确定最合理的定位、夹紧装置。
保证加工质量和劳动生产率是夹具设计的两项主要任务，而保证加工质量又是第一位的。因此，设计时应重点把住定位方案的确定和精度分析这两道关。对于制造精度要求不高的零件，其夹具设计应该重点保证提高劳动生产率和改善劳动条件。
夹紧机构对整个夹具结构起决定性作用。夹紧装置的结构形式和种类很多，选用的灵活性很大，特别是夹紧装置中力源及传动机构的设计对夹具结构影响最大。因此，在同样能保证工序要求的情况下，每个人设计的结构可能大不相同。而不同复杂程度的夹具在不同的生产规模条件下其经济效果也不一样，设计人员必须使自己的设计和生产规模相适应，不可片面追求高精度而忽视了经济性。
夹具的制造多属于单件生产。因此，设计时应考虑采用组合加工，修配和调整等措施来保证夹具的制造精度，尽可能地考虑设置修配和调整环节，而不能完全依靠用完全互换的办法保证制造精度。
设计周期短，一般不进行强度刚度计算。夹具设计是直接为产品生产服务的生产技术准备工作，其设计周期要求短，因此设计时多采用参照法或是凭经验确定的办法来保证受力件的强度和刚度，通常不进行详细计算，有时采用简便公式或用图表作为设计参考。要注意的是在设计一些具有较高精度的夹具时，应该对定位精度、夹紧力等进行必要的计算和分析。
②设计的基本要求
夹具设计的原则是经济和实用，它可以概括为“好用、好造、好修”这六个字，其中好用是主要的，但好用也必须以不脱离生产现场的实际制造和维修水平为前提。具体要求为：
(a)夹具的结构应与其用途和生产规模相适应，正确处理好质量、效率、方便性与经济性四者的关系。
(b)保证工件精度。
(c)保证使用方便，要便于装卸、便于夹紧、便于测量、便于观察、便于排屑排液、便于安装运输，保证安全第一。
(d)注意结构工艺性，对加工、装配、检验和维修等问题应全面考虑，以降低制造成本。2. 输出轴的机械加工工艺规程设计
2.1 零件的工艺性分析及生产类型确定
2.1.1 零件的作用
轴类零件在机器中用来支承传动零部件，以实现运动和动力。输出轴是典型的轴类零件，其作用在动力输出装置中，是动力输出的关键零件之一。本设计所加工的零件是机床变速器输出轴，它是动力输出的主要零件φ80的孔与变速器配合起定心作用，通过8-φ20的通孔将动力传至该轴，再由φ55处通过键将动力输出。该轴在工作中需要承受一定的冲击载荷和较大的扭矩。因此，该轴应具有足够的耐磨性和抗扭强度。设计中一定要注意表面热处理。因为它是动力输出的关键零件之一，它的加工质量对机床的安全性和稳定性都有很大的影响。

各部分尺寸零件图中详细标注如下：

图 2.1 变速器输出轴零件图
2.1.2 零件的工艺分析
通过对气门摇臂轴支座零件图的重新绘制，知原图样的视图正确、完整，尺寸、公差以及技术要求齐全。通过对零件图的详细审阅，该零件的基本工艺状况已经大致掌握。
主要工艺状况如下叙述：
零件的材料为45号钢，45号钢为优质碳素结构用钢，硬度不高易切削加工。调质处理后零件具有良好的综合机械性能，广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。但表面硬度较低，不耐磨。可用调质＋表面淬火提高零件表面硬度。根据对零件图的分析，该零件需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求如下：
(1)φ55外圆表面，粗糙度为1.25，圆跳动0.04mm，及其外圆表面上的键槽的加工；
(2)φ60和φ75外圆表面，其两者的中心连线为φ55外圆和φ80孔圆跳动的基准线，因此应尽可能的先加工出来，其表面粗糙度均为1..25；
(3)φ65外圆表面，粗糙度为1.25；
(4)φ80的孔，其表面粗糙度为3.2，以及与其具有位置度要求φ0.05 mm的10-φ20的通孔，其均匀分布，表面粗糙度为 3.2；
(5)φ50和φ104的孔、φ176外圆表面及30°的圆锥面，它们的尺寸公差和表面粗糙度要求都不高，通过粗加工或半精加工就可达到要求。
通过上面零件的分析可知，该零件并没有复杂的加工曲面，属于较为简单的零件，所以根据各加工表面的技术要求采用常规的加工工艺均可保证。
2.1.3 确定零件的生产类型
零件的生产类型是指企业（或车间、工段、班组、工作地等）生产专业化程度的分类，一般可分为大量生产、成批生产和单件生产三种类型，在实际生产中一般分为单件小批生产、中批生产、大批大量生产。不同的生产类型有着完全不同的工艺特征，它对工艺规程的制订具有决定性的影响。零件的生产类型是按零件的年生产纲领和产品特征来确定的。生产纲领是指企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划。年生产纲领是包括备品和废品在内的某产品年产量。零件的生产纲领N可按下式计算：

式中：N----零件的生产纲领
Q----产品的年产量（台、辆/年）
m----每台（辆）产品中该零件的数量（件/台、辆）
a %---备品率，一般取2%-4%
b %---废品率，一般取0.3%-0.7%
根据上式就可以计算求得出零件的年生产纲领，再通过查表，就能确定该零件的生产类型。
根据本零件的设计要求，Q=10000台，m=1件/台，分别取备品率和废品率3%和0.5%，将数据代入生产纲领计算公式得出N=10351件/年，零件质量为6kg左右，根据《机械制造技术基础课程设计指导教程》[6]表1-3，表1-4 可知该零件为轻型零件，本设计零件变速器输出轴的生产类型为轻型大批量生产。
2.2 选择毛坯种类，绘制毛坯图
2.2.1 选择毛坯种类
机械加工中毛坯的种类有很多种，如铸件、锻件、型材、挤压件、冲压件、焊接组合件等，同一种毛坯又可能有不同的制造方法。为了提高毛坯的制造质量，可以减少机械加工劳动量，降低机械加工成本，但往往会增加毛坯的制造成本。选择毛坯的制造方法一般应当考虑一下几个因素。
（1）材料的工艺性能
材料的工艺性能在很大程度上决定毛坯的种类和制造方法。例如，铸铁，铸造青铜等脆性材料不能锻造和冲压，由于焊接性能差，也不宜用焊接方法制造组合毛坯，而只能用铸造。低碳钢的铸造性能差，很少用于铸造；但由于可锻性能，可焊接性能好，低碳钢广泛用于制造锻件、型材、冲压件等。
（2）毛坯的尺寸、形状和精度要求
毛坯的尺寸大小和形状复杂程度也是选择毛坯的重要依据。直径相差不大的阶梯轴宜采用棒料；直径相差较大的宜采用锻件。尺寸很大的毛坯，通常不采用模锻或压铸、特种铸造方法制造，而适宜采用自由锻造或是砂型铸造。形状复杂的毛坯，不宜采用型材或自由锻件，可采用铸件、模锻件、冲压件或组合毛坯。
（3）零件的生产纲领
选择毛坯的制造方法，只有与零件的生产纲领相适应，才能获得最佳的经济效益。生产纲领大时宜采用高精度和高生产率的毛坯制造方法，如模锻及熔模铸造等；生产纲领小时，宜采用设备投资少的毛坯制造方法，如木模砂型铸造及自由锻造。 根据上述内容的几个方面来分析本零件，零件材料为45号钢，首先分析45号钢材料的性能，45号钢为优质碳素结构用钢，硬度不高易切削加工。调质处理后零件具有良好的综合机械性能，广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等；其次，观察零件图知，本设计零件为轴类零件（毛坯一般为棒料和锻件），各直径尺寸相差较大，且该轴在工作过程中要承受冲击载荷和扭矩，是变速器主要的动力输出元件，故为增强其强度、刚度和冲击韧性，毛坯选择锻件；再者，前面已经确定零件的生产类型为大批量生产。因此，本零件的毛坯种类以模锻方法获得。
2.2.2 确定毛坯尺寸及机械加工余量
根据零件图估算锻件的重量，包容体重量,锻件形状复杂系数,较复杂，属于 级。零件材料为45号钢，C质量分数小于 0.65%，属于级。
查阅《机械制造工艺设计简明手册》表2.1得锻件机械加工余量及尺寸公差（由于大部分表面加工都需经过粗加工和半精加工，因此余量将要放大，这里为了机械加工过程的方便，将外圆表面的总加工余量统一为一个值：
表2.1加工余量
需加工表面
基本尺寸
锻件尺寸公差
机械加工总余量
锻件尺寸
φ55外圆
Φ55
2.8
5

Φ60外圆
Φ60
2.8
5

Φ65外圆
Φ65
2.8
5

Φ70外圆
Φ70
2.8
5

Φ176外圆
Φ176
3.6
5

Φ50内孔
Φ50
2.8
4

Φ80内孔
Φ80
2.8
5

Φ104内孔
Φ104
3.2
5.2

总长
244
4
5

2.2.3 绘制毛坯图

图2.2毛坯图
2.3 选择加工方法，拟定工艺路线
2.3.1 定位基准的选择
拟定工艺路线的第一步是先择定位基准。为使所选的定位基准能保证整个机械加工工艺过程顺利进行，通常考虑如何选择精基准来加工各个表面，然后考虑如何选择粗基准把作为精基准的表面先加工出来。
在轴类零件加工中，为保证各主要表面的相互位置精度，选择定位基准时，应尽可能使其与装配基准重合并使各工序的基准统一，而且还要考虑在一次安装中尽可能加工出较多的面。
轴类零件加工时，精基准的选择通常有两种： 首先方案是采用顶尖孔作为定位基准。这样，可以实现基准统一，能在一次安装中加工出各段外圆表面及其端面，可以很好的保证各外圆表面的同轴度以及外圆与端面的垂直度，加工效率高并且所用夹具结构简单。所以对于实心轴（锻件或棒料毛坯） ，在粗加工之前，应先打顶尖也，以后的工序都用顶尖孔定位。对于空心轴，由于中心的孔
钻出后，顶尖孔消失，可采用下面的方法：
(1）在中心通孔的直径较小时，可直接在孔口倒出宽度不大于2mm的6°锥面，用倒角锥面代替中心孔。
(2）在不宜采用倒角锥面作为定位基准时，可采用带有中心孔的锥堵或带锥堵的拉杆心轴。锥堵与工件的配合面应根据工件的的形状做成相应的锥形，如果轴的一端是圆柱孔，则锥堵的锥度取1：500。通常情况下，锥堵装好后不应拆卸或更换，如必须拆卸，重装后必须按重要外圆进行找正和修磨中心孔。如果轴的长径比较大，而刚性差，通常还需要增加中间支承来提高系统的刚性，常用的辅助支承是中心架或跟刀架。 精基准选择的另一方案是采用支承轴径定位因为支承轴径既是装配基准，也是各个表面相互位置的设计基准，这样定位符合基准重合的原则，不会产生基准不重合误差，容易保证关键表面间的位置精度。
根据上述定位基准的选择原则，分析本零件，选取顶尖孔作为定位精基准。当零件外圆加工完毕以后，可以以外圆为精基准加工内孔，由于前面的工序使用中心孔精加工出来的输出轴外圆同轴度非常高，并且表面粗糙度等各项性能指标都很高，故使用加工后的外圆作为精基准而加工出来的孔和外圆的同轴度也非常高。本零件选择两中心孔和φ75作为精基准，选择φ55和φ176作为粗基准来加工两中心孔。
2.3.2 零件表面加工方法的选择
根据本零件图上所标注的各加工表面的技术要求，查 《机械制造工艺设计简明手册》[7]表1.4-7，表1.4-8，通过对各加工表面所对应的各个加工方案的比较，最后确定本零件各加工表面的加工方法如下表 2.2：
表 2.2 变速器输出轴各加工表面方案
需加工表面
尺寸精度等级
表面粗糙度Ra/um
加工方案
φ55外圆
IT7
1.6um
粗车→半精车→精车
φ60外圆
IT 6
1.6um
粗车→半精车→精车
φ65外圆
IT 6
1.6um
粗车→半精车→精车
φ75外圆
IT 6
1.6um
粗车→半精车→精车
φ176外圆

12.5um
粗车
φ50内孔

12.5um
粗车
φ80内孔
IT 7
3.2um
粗车→半精车→精车
φ104内孔

12.5um
粗车
φ20通孔
IT 7
3.2um
钻→扩→铰
φ8通孔

12.5um
钻
键槽
IT 9
3.2um
粗铣→精铣
2.3.3 加工阶段的划分
本零件变速器输出轴加工质量要求较高，可将加工阶段分为粗加工、工、精加工三个阶段。
(1) 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件成品，因此，主要目标是提高生产率，去除内孔，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φ176、φ55、φ60、φ65、φ75外圆柱表面。
(2) 半精加工阶段：其任务是使主要表面达到一定的精加工余量，为主要表面的精加工做好准备，如φ55、φ60、φ65、φ75外圆柱面，φ80、φ20孔等。
(3) 精加工阶段：其任务就是保证尺寸、形状和位置精度达到或基本达到（精密件）图样规定的精度要求以及表面粗糙度要求。
2.3.4 工序的集中与分散
本零件采用工序集中原则安排零件的加工工序。本零件变速器输出轴的生产类型为大批量生产，可以采用各种机床配以专用工具、夹具、以提高生产率；而且运用工序集中原则使工件的装夹次数少，不但可缩短辅助时间，而且由于在一次装夹中加工了许多表面，有利于保证各加工表面之间的相对位置精度要求。
2.3.5 工序顺序的安排
（1）机械加工顺序
① 遵循“先基准后其他”原则，首先加工精基准，即在前面加工阶段先加工输出轴的左、右端面，φ55和φ176外圆表面，钻中心孔。
②遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。
③遵循“先主后次”原则，如先加工外圆表面，再加工键槽。
④遵循“先面后孔”原则，先加工φ75外圆表面，做为定位基准再加工其余各孔。
（2）热处理工序
毛坯锻造成型后，应当对毛坯进行正火处理以去除内应力，然后再进行机械加工。在粗加工之后、精加工之前，安排调质处理，调质硬度为 HBS200，获得良好的综合机械性能。
（3）辅助工序
在对本零件的所有加工工序完成之后，安排去毛刺、清洗、终检工序。
2.3.6 确定工艺路线
在综合考虑上述工序的顺序安排原则基础上，拟定该变速器输出轴零件的工艺
路线如下：
方案一：
工序Ⅰ：锻造毛坯 ；
工序Ⅱ：正火；
工序Ⅲ：粗、精车右端面，钻中心孔；
工序Ⅳ：粗车φ176外圆；
工序Ⅴ：粗、精车左端面，钻中心孔；
工序Ⅵ：粗车左端各外圆表面及锥面；
工序Ⅶ：调质；
工序Ⅷ：修研中心孔；
工序Ⅸ：半精车各外圆表面；
工序Ⅹ：粗车右端φ50内孔、φ80内孔、φ104内孔，倒角；
工序Ⅺ：半精车、精车φ80内孔；
工序Ⅻ：精车各外圆表面工序；
ⅩⅢ：钻、扩、铰8-φ20通孔；
工序ⅩⅣ：钻2-φ8斜孔：
工序ⅩⅤ：铣键槽；
工序ⅩⅥ：终检。

方案二：
工序Ⅰ：锻造毛坯 ；
工序Ⅱ：正火；
工序Ⅲ：车φ55端面，钻中心孔；
工序Ⅳ：粗车φ176 外圆及端面，粗车各内孔、倒角，钻中心孔；
工序Ⅴ：粗车小端各外圆表面及锥面；
工序Ⅵ：钻 8-φ20 通孔，倒角；
工序Ⅶ：钻 2-φ8 斜孔；
工序Ⅷ：调质；
工序Ⅸ：修研中心孔；
工序Ⅹ：半精车小端各外圆表面，倒角；
工序Ⅺ：半精车、精车φ80内孔；
工序Ⅻ：扩、铰 8-φ20 通孔；
工序ⅩⅢ：精车小端各外圆表面；
工序ⅩⅣ：铣键槽；
工序ⅩⅤ：终检。
比较方案一和方案二，主要区别在于孔加工顺序的安排，是否在外圆加工完后再加工。分析零件可知，该轴上外圆表面精度较高，而孔除φ80和10-φ20外，其他各孔精度都较低，若在外圆加工完后再以外圆表面定位夹紧来加工孔，可能会损坏已加工表面。故应尽可能按排在外圆表面加工完之前加工。综上分析，采用加工方案二。
2.3.7 加工设备及工艺装备选择
机床及工艺装备的选择是制定工艺规程的一项重要工作，它不但直接影响工件的加工质量，而且还影响工件的加工效率和制造成本。
(1)机床的选择原则 ：
①机床的加工尺寸范围应与零件的外廓尺寸相适应；
②机床的精度应与工序要求的精度相适应；
③机床的功率应与工序要求的功率相适应；
④机床的生产率应与工件的生产类型相适应；
⑤还应与现有的设备条件相适应。
(2)夹具的选择
本零件的生产类型为大批量生产， 为提高生产效率， 所用的夹具应为专用夹具。
(3)刀具的选择
刀具的选择主要取决于工序所采用的加工方法、 加工表面的尺寸、 工件材料、
所要求的精度以及表面粗糙度、生产率及经济性等。在选择时应尽可能采用标准刀具，必要时可采用复合刀具和其他专用刀具。

(4)量具的选择
量具主要根据生产类型和所检验的精度来选择。 在单件小批量生产中应采用
通用量具，在大批量生产中则采用各种量规和一些高生产率的专用量具。 查《机械制造工艺设计简明手册》[7]所选择的加工工艺装备如下表 2.3所示：
表 2.3 变速器输出轴加工工艺装备选用
工序号
机床设备
刀具
量尺
工序Ⅰ：锻

游标卡尺
工序Ⅱ：正火

工序Ⅲ：车
CA6140
车刀
游标卡尺
工序Ⅳ：车
CA6140
车刀
游标卡尺
工序Ⅴ：车
CK6140A
车刀
游标卡尺
工序Ⅵ：钻
Z525
麻花钻
游标卡尺
工序Ⅶ：钻
Z525
麻花钻
游标卡尺
工序Ⅷ：调质

工序Ⅸ：修研

工序Ⅹ：车
CK6140A
车刀
外径千分尺
工序Ⅺ：车
CA6140
车刀
塞规
工序Ⅻ：扩、铰
Z525

塞规
工序ⅩⅢ：车
CK6140A
扩孔刀、铰刀
外径千分尺
工序ⅩⅣ：铣
X51
铣刀
游标卡尺
工序ⅩⅤ：终检

2.3.8 工序间余量和工序尺寸的确定
查《机械制造技术基础课程设计指导教程》[6]表 2-28，表 2-35，并综合对毛坯尺寸以及已经确定的机械加工工艺路线的分析，确定各工序间加工余量如下表 2.4：

表 2.4 机械加工工序间加工余量表
工序号
工步号
工步内容
工序余量

工序Ⅲ
1
车小端面
2mm

2
钻中心孔

工序Ⅵ
1
车φ176端面
工2.5mm

2
车φ176外圆表面
5mm

3
粗车φ104内孔
5.2mm

4
粗车φ80内孔
2.5mm

5
精车φ50内孔
4mm

6
倒角

7
钻中心孔

工序Ⅴ
1
车φ176左端面
1.25mm

2
粗车各外圆表面及锥面
2.5mm
工序Ⅵ
1
钻10-φ18通孔

倒角

工序Ⅶ
1
钻2-φ8斜孔

工序Ⅹ
1
半精车各外圆表面
2mm
工序Ⅺ
1
半精车φ80内孔