机械制造低速轴(输出轴)工艺设计.doc

机械制造低速轴(输出轴)工艺设计

设计减速箱低速轴零件的机械加工工艺规程及工艺装备设计

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目 录
一、目的 3
二、要求 3
三、内容与步骤 3
1、对零件进行工艺分析，画零件图（1：1） 3
2、选择毛坯的制造方式 3
3、制订零件的机械加工工艺路线 4
4、工艺装备设计 4
四、审查零件图样的工艺性 5
1、轴的工作原理 5
2、零件图样分析 5
3、零件的工艺分析 6
五、确定毛坯 6
1、毛坯的选择 6
2、毛坯加工余量的确定 6
六、拟定零件的机械加工工艺路线 11
1、定位基准的选择 11
2、零件表面加工方法的选择 11
3、加工阶段的划分 13
4、加工顺序的安排 13
5、零件的工艺路线的确定 13
七、确定切削用量 14
1、背吃刀量的确定 14
2、进给速度的确定： 14
3、切削速度的确定 15
八、填写机械加工工艺过程综合卡片 15
九、工艺装备设计 16
十、心得体会 16
十一、参考文献 16

一、目的
机械制造工艺规程的编制要求学生通过工艺设计获得综合运用所学过的全部课程进行工艺及结构设计的基本能力，也为以后的毕业设计进行一次综合训练和准备，并能得到下列各方面的锻炼：
1、运用机械制造技术基础课程中的基本理论正确地解决一个零件在加工过程中的定位、夹紧以及工艺路线的安排、工艺尺寸的确定、加工定位误差的计算等问题，保证加工质量，
2、提高结构设计能力。学生通过设计夹具的训练，获得根据被加工零件的加工要求，设计高率，省力、经济合理而保证加工质量的夹具能力。
3、学会使用手册及图表的资料。掌握与本设计有关的各种资料的名称、出处，能够做到熟练运用
二、要求
1、生产纲领为中批或大量生产（1、3、5为中批，2、4、6为大量）
2、零件图 1 张
3、毛坯图 1张
4、机械加工工艺过程综合卡片 1张
5、工艺装备设计（铣键槽的夹具）图 1套
三、内容与步骤
1、对零件进行工艺分析，画零件图（1：1）
（1）分析零件图的作用及零件图上的技术要求；
（2）分析零件的主要加工表面的尺寸、形状及位置精度、表面粗糙度及设计基准；
3）分析零件的材料、热处理及机械加工的工艺性；
2、选择毛坯的制造方式
主要以生产性质决定
3、制订零件的机械加工工艺路线
（1）制订工艺路线；。在对零件进行分析的基础上，制订零件的工艺路线和划分粗、精加工阶段。
（2）选择定位基准；进行必要的工序尺寸的计算。根据粗、精基准的选择原则合理选定各工序的定位基准，当定位基准与设计基准不重合，需对它的工序尺寸进行换算。
（3）选择机床及工、夹、量、刀具。机床设备的选择应当保证加工质量，又要经济合理；装备可是通用也可是专用。
（4）加工余量及工序间尺寸及公差的确定。根据工艺路线的安排，要求逐工序逐表面的确定加工余量，其工序间的尺寸公差按经济加工精度。一个表面的总加工余量，则为该表面各工序间加工余量之和。
（5）切削用量的确定。在机床、刀具、加工余量等已确定的基础上，先用公式计算1~2道工序的切削用量，其余用手册进行选择。
（6）画毛坯图（1：1）。在加工余量已确定的基础上画毛坯图。要求毛坯图轮廓用粗实线绘制，零件图的实体尺寸用双点画线绘出，同时应在图标明毛坯的尺寸、公差、技术要求。如选铸造和模锻还应有毛坯制造的分模面、圆角半径和起模斜度。
（7）填写机械加工工艺过程综合卡片。将前面的各项内容以及各工序加工简图，一并填入机械加工工艺过程综合卡片。
1）工序简图可按比例缩小，并尽量用较少的投影绘出。简图中的加工表面用粗实线表示，对定位、夹紧表面就以规定的符号标明，并标明各加工表面在本工序加工后的尺寸、公差及表面粗糙度。
2）对定位、夹紧表面就以规定的符号查资料。
4、工艺装备设计
（1）确定设计方案，绘制结构原理示意图。
（2）选择定位元件，计算定位误差。
（3）计算所需夹紧力，设计夹紧机构。
（4）画出夹具装配图。
四、审查零件图样的工艺性
1、轴的工作原理
作为减速箱的低速轴，即输出轴，轴安装在圆锥磙子轴承上，轴承盖凸缘挡住轴承外圈，因此轴得到轴向定位。齿轮和联轴器用轴肩、轴套和挡圈轴向定位。用平键作周向定位，以传递运动和转矩。该轴上两个齿轮一端置于减速箱内，一端置于输出终端，作用是输出转矩和传递动力。
2、零件图样分析

（1） 该零件是阶梯轴，零件的中心轴是设计基准和工艺基准，其加工精度要求较高，除要求有较高的形位公差外，最高的表面粗糙度达到了0.8。
（2） Φ45和Φ50外圆柱面为轴承配合面，配合要求较高，所以轴表面粗糙度为0.8。
（3） 零件材料为45钢，调质处理，表面硬度为217~225。
（4） 为了便于装配，轴两端面都加工了45°的倒角。
（5） 其余未注表面的表面粗糙度为12.5。
3、零件的工艺分析
（1）减速箱输出轴的毛坯材料，首先应有足够的强度，对应力集中敏感性低，良好的工艺性，而且价格低廉，供应方便。优质中碳钢有足够的强度，对应力集中敏感性小，便于进行各种热处理及机加工，价格比合金钢低廉。因此，轴的材料选用45钢，该材料属于优质碳素结构钢，经调制处理后具有良好的力学性能与切削加工性能。经淬火加高温回火后，具有良好的综合力学性能，以满足输出轴对硬度和综合力学性能的要求，即具有较高的的强度和较高的塑性、韧性。
（2）减速器的输出轴的结构比较复杂，又属于细长轴类零件，其刚性较差，加工工序需要分得很细。根据表面的粗糙度要求和生产类型，表面加工分为粗加工、半精加工、精加工，加工件应粗、精加工分开，这样经过多次加工以后逐次减小了零件的变形误差和毛坯复印误差。
（3）该轴属于短丝杠加工，其特点是以车削为主，但车削时应该保证外圆的同轴度。
（4）轴的位置精度：同一轴心线上各轴:的同轴度误差会导致轴承装置歪斜，影响轴的回转精度和轴承的使用寿命，在车削磨削过程中要保证其同轴度。
（5）在半精车前安排了热处理工艺，以保证零件的内应力减小，稳定尺寸，减小零件变形。
（6）无论车削还是磨削，工件夹紧力要适中，在保证工件无轴向串动的条件下，应尽量减小夹紧力避免工件产生弯曲变形，特别是在最后精车精磨时。
五、确定毛坯
1、毛坯的选择
为使它有足够抗扭强度和冲击韧度，毛坯选用45钢，优质碳素结构钢，它属于中碳钢。因为减速箱输出轴直接与负载相联，在工作中承受冲击载荷、扭转力矩并且载荷也比较大，为增强轴的抗扭强度和冲击韧度，获得纤维组织，毛坯选用热扎圆钢，为得到合适的生产效率和圆钢的精度，宜采用模锻方法制造毛坯。减速箱输出轴是阶梯轴，并且各阶直径相差不大，可直接选用棒料，也可直接采用模锻方法制造毛坯。
2、毛坯加工余量的确定
由于零件为阶梯轴，我们可以把台阶相差不多的阶梯轴的毛坯合成同一节。
（1） 外圆表面Φ45j6、Φ50h6的毛坯加工余量的确定：为提高效率，毛坯可以作为同一台阶：
1） 外圆表面Φ45j6：其粗糙度为08，对其加工的方案：粗车——半精车——磨削。由工艺手册查得，磨削余量为0.4，半精车余量为1.5，粗车余量为4.5，可得加工总余量为6.4,取总加工余量为10,并将粗车余量修正为8.1。确定各工序的加工精度和表面粗糙度，由工艺手册查得如下表：
工序名称
工序余量
加工精度
表面粗糙度
工序基本尺寸
尺寸、公差
磨削
0.4
6
0.8
45
Φ45j6
半精车
1.5
8
3.2
45.4
Φ45.4j8
粗车
8.1
11
16
46.9
Φ46.9j11
模锻

±2

55
Φ55±2
2） 外圆表面Φ50h6和外圆表面Φ45j6在同一台阶上，因此，它的毛坯尺寸也为55：其粗糙度为1.6，对其加工的方案：粗车——半精车——精车。由工艺手册查得，精车余量为1.0，半精车余量为1.5，粗车余量为4.5，可得加工总余量为7.0,取总加工余量为5,并将粗车余量修正为2.5。确定各工序的加工精度和表面粗糙度，由工艺手册查得如下表：
工序名称
工序余量
加工精度
表面粗糙度
工序基本尺寸
尺寸、公差
精车
1.0
6
1.6
50
Φ50h6
半精车
1.5
8
3.2
51
Φ51h8
粗车
2.5
11
16
52.5
Φ52.5h11
模锻

±2

55
Φ55±2
（2） 外圆表面Φ58、Φ50的毛坯加工余量的确定：为提高效率，毛坯可以作为同一台阶：
1） 外圆表面Φ50:其粗糙度为12.5，对其加工的方案：粗车。由工艺手册查得，粗车余量为4.5，可得加工总余量为4.5,取总加工余量为10,并将粗车余量修正为10。确定各工序的加工精度和表面粗糙度，由工艺手册查得如下表：
工序名称
工序余量
加工精度
表面粗糙度
工序基本尺寸
尺寸、公差
粗车
10
11
12.5
50
Φ50
模锻

±2

60
Φ60±2
2） 外圆表面Φ58和外圆表面Φ50在同一台阶上，因此，它的毛坯尺寸也为60: 确定各工序的加工精度和表面粗糙度，由工艺手册查得如下表：
工序名称
工序余量
加工精度
表面粗糙度
工序基本尺寸
尺寸、公差
粗车
2.0
11
12.5
58
Φ58
模锻

±2

60
Φ60±2
（3） 右外圆表面Φ45j6、Φ40的毛坯加工余量的确定：为提高效率，毛坯可以作为同一台阶：
1） 外圆表面Φ40：其粗糙度为1.6，对其加工的方案：粗车——半精车——精车。由工艺手册查得，精车余量为1.0，半精车余量为1.5，粗车余量为4.5，可得加工总余量为7.0,取总加工余量为10,并将粗车余量修正为7.5。确定各工序的加工精度和表面粗糙度，由工艺手册查得如下表：

工序名称
工序余量
加工精度
表面粗糙度
工序基本尺寸
尺寸、公差
精车
1.0
6
1.6
40
Φ40
半精车
1.5
8
3.2
41
Φ41
粗车
2.5
11
16
42.5
Φ42.5
模锻

±2

50
Φ50±2
2） 右外圆表面Φ45j6和外圆表面Φ40在同一台阶上，因此，它的毛坯尺寸也为50：其粗糙度为0.8，对其加工的方案：粗车——半精车——磨削。由工艺手册查得，精车余量为0.4，半精车余量为1.5，粗车余量为4.5，可得加工总余量为6.4,取总加工余量为5,并将粗车余量修正为3.1。确定各工序的加工精度和表面粗糙度，由工艺手册查得如下表：
工序名称
工序余量
加工精度
表面粗糙度
工序基本尺寸
尺寸、公差
磨削
0.4
6
1.6
45
Φ45j6
半精车
1.5
8
3.2
45.4
Φ45.4j8
粗车
2.5
11
16
46.9
Φ46.9j11
模锻

±2

50
Φ50±2
(4)外圆表面Φ36的毛坯加工余量的确定：其粗糙度为1.6，对其加工的方案：粗车——半精车——精车。由工艺手册查得，精车余量为1.0，半精车余量为1.5，粗车余量为4.5，可得加工总余量为7.0确定各工序的加工精度和表面粗糙度，由工艺手册查得如下表：
工序名称
工序余量
加工精度
表面粗糙度
工序基本尺寸
尺寸、公差
精车
1.0
6
1.6
36
Φ36h6
半精车
1.5
8
3.2
37
Φ37h8
粗车
4.5
11
16
38.5
Φ38.5h11
模锻

±2

43
Φ43±2
(5) 轴两端面毛坯加工余量的确定：其表面粗糙度为12.5，粗车既可达到要求，粗车余量为1.0，所以轴毛坯总长度为315+1.0*2=316.6。如下表：
工序名称
工序余量
加工精度
表面粗糙度
工序基本尺寸
尺寸、公差
粗车
1.0
11
12.5
315
315
模锻

±2

315+1.0*2=317
317±2
（6）外圆表面Φ50h6左端面的毛坯加工余量的确定：其粗糙度为3.2，对其加工的方案：粗车——半精车。由工艺手册查得，半精车余量为1.0，粗车余量为1.0，可得加工总余量为2.0确定各工序的加工精度和表面粗糙度，由工艺手册查得如下表：
工序名称
工序余量
加工精度
表面粗糙度
工序基本尺寸
尺寸、公差
半精车
1.0
9
3.2
22
22
粗车
1.0
11
16
21
21
模锻

±2

20
20±2
（7）外圆表面Φ58左端面的毛坯加工余量的确定：其粗糙度为3.2，对其加工的方案：粗车——半精车。由工艺手册查得，半精车余量为1.0，粗车余量为1.0，可得加工总余量为2.0确定各工序的加工精度和表面粗糙度，由工艺手册查得如下表：
工序名称
工序余量
加工精度
表面粗糙度
工序基本尺寸
尺寸、公差
半精车
1.0
9
3.2
90
90
粗车
1.0
11
16
89
89
模锻

±2

88
88±2
（8）外圆表面Φ58右端面的毛坯加工余量的确定：其粗糙度为12.5，：粗车即可达到要求。确定各工序的加工精度和表面粗糙度，由工艺手册查得如下表：
工序名称
工序余量
加工精度
表面粗糙度
工序基本尺寸
尺寸、公差
粗车
1.0
11
12.5
8
8
模锻

±2

9.0
9.0±2
（9）外圆表面Φ50右端面的毛坯加工余量的确定：其粗糙度为3.2，对其加工的方案：粗车——半精车。由工艺手册查得，半精车余量为1.0，粗车余量为1.0，可得加工总余量为2.0确定各工序的加工精度和表面粗糙度，由工艺手册查得如下表：
工序名称
工序余量
加工精度
表面粗糙度
工序基本尺寸
尺寸、公差
半精车
1.0
9
3.2
60
60
粗车
1.0
11
16
61
61
模锻

±2

62.0
62.0±2
（10）右外圆表面Φ45j6右端面的毛坯加工余量的确定：其粗糙度为12.5，：粗车即可达到要求。确定各工序的加工精度和表面粗糙度，由工艺手册查得如下表：
工序名称
工序余量
加工精度
表面粗糙度
工序基本尺寸
尺寸、公差
粗车
1.0
11
12.5
125
125
模锻

±2

124.0
124.0±2
（11）外圆表面Φ40右端面的毛坯加工余量的确定：其粗糙度为3.2，对其加工的方案：粗车——半精车。由工艺手册查得，半精车余量为1.0，粗车余量为1.0，可得加工总余量为2.0确定各工序的加工精度和表面粗糙度，由工艺手册查得如下表：
工序名称
工序余量
加工精度
表面粗糙度
工序基本尺寸
尺寸、公差
半精车
1.0
9
3.2
75
75
粗车
1.0
11
16
74
74
模锻

±2

73.0
73.0±2
根据以上毛坯加工余量分析，可画出毛坯图，如下。

六、拟定零件的机械加工工艺路线
1、定位基准的选择
（1）粗基准的选择：一般采用轴的外圆表面作为粗基准，这样可以使得定位装夹和加工变得很方便，而且这也符合基准统一原则。以它为粗基准定位加工顶尖孔，为后续工序加工出精基准，这样使外圆加工时余量均匀，避免后续加工精度受到“误差复映”的影响。提高工件加工时工艺系统的刚度，可采用外圆表面和一端中心轴共同作为定位基准，这样可以使定位基准与设计基准重合，并获得较高的定位基准。
（2）精基准的选择：零件上的很多表面都以两端面作为基准进行加工，可避免基准转换误差，也遵循基准统一原则。因此以轴的两端面为精基准；两端面的中心轴线是设计基准，选用中心轴线为定位基准，可保证表面最后加工位置精度，符合基准重合原则。
2、零件表面加工方法的选择
加工表面
公差等级
表面粗糙度（μm）
加工方法
Φ45j6外圆
表面
6
0.8
粗车——半精车——磨削
Φ50h6外圆
表面
6
1.6
粗车——半精车——精车
Φ58外圆表面
11
12.5
粗车
Φ50外圆表面
11
12.5
粗车
Φ45j6外圆
表面
6
0.8
粗车——半精车——磨削
Φ40外圆表面
6
1.6
粗车——半精车——精车
Φ36h6外圆
表面
6
1.6
粗车——半精车——精车
轴两端面
11
12.5
粗车（1）
Φ50h6外圆
表面左端面
9
3.2
粗车——半精车（2）
Φ58外圆
表面左端面
9
3.2
粗车——半精车（3）
Φ58外圆
表面右端面
11
12.5
粗车（4）
Φ50外圆
表面右端面
9
3.2
粗车——半精车（5）
右Φ45j6外圆
表面右端面
11
12.5
粗车（6）
Φ40外圆
表面右端面
9
3.2
粗车——半精车（7）
14x9x50键
7
3.2
粗铣——半精铣
10x8x50键
7
3.2
粗铣——半精铣
3、加工阶段的划分
该轴为多阶梯轴，为了提高毛坯生产率，将毛坯大大的简化了，但是这使得毛坯机械加工余量较大，需要切除大量金属，产生大量的切削热，而且引起残余应力重新分布而变形，因此安排工序时，应将加工过程分为以下阶段：
（1） 粗加工阶段：粗加工阶段主要是去除各加工表面的余量，并作出精基准，它包括粗车外圆以及钻中心孔。
1） 粗车两端面钻中心孔，为精基面作好准备，使后续工序定位精准，从而保证其他加工表面的形状和位置要求。
2） 粗车阶梯轴外圆，将零件加工出Φ36、Φ40、Φ45、Φ50、Φ58的轴外圆，调头，粗车Φ45、Φ50，使此时坯件的形状接近工件的最终形状和尺寸，只留下适当的加工余量。
（2） 半精加工阶段：半精加工阶段的任务是减小粗加工留下的误差，使加工面达到一定的精度，为精加工做好准备，它包括主轴各处外圆台肩的半精车和修研中心孔等。
（3） 精加工阶段：精加工阶段的任务是确保达到图纸规定的精度要求和表面粗糙度要求，它包括对表面粗糙度要求较高的外圆表面进行磨削加工，对一些外圆表面和轴肩端面的精车加工，以及粗铣、半精铣键槽。
4、加工顺序的安排
（1）为改善工件材料的切削性能，在切削加工前应进行调质热处理。
（2）粗车之后由于此轴粗车余量较大，为了消除粗车后工件的内应力，应安排退火。
（3）为了增加轴的耐磨性和表面硬度，精车之后对整个轴进行淬火。
（4）在半精加工之后安排去毛刺；精加工后安排去毛刺、清洗和终检工序。
（5）按先基准面后其他的原则，首先加工精基准面，钻中心孔及车表面的外圆；遵循先面后孔的原则先加工端面，再铣键；按先主后次的顺序，先加工主要表面：车外圆各个表面，后加工次要表面：铣键槽；按先粗后精的顺序，先加工精度要求较高的各主要表面，后安排精加工。
5、零件的工艺路线的确定
根据上面加工工艺过程的分析，确定工艺路线，如下图：

七、确定切削用量
在刀具耐用度一定的情况下，为了提高生产率，选择切削用量的基本原则是：首先应选尽可能大的背吃刀量，其次要在机床动力和刚度允许的条件下，同时又满足已加工表面粗糙度要求的情况下，选取尽可能大的进给量，最后根据车床的功率情况选定切削速度。
1、背吃刀量的确定：粗加工时，背吃刀量应根据加工余量和工艺系统刚度来确定。由于粗加工时是以提高生产率为主要目标，所以在留出半精加工、精加工余量后，应尽量将粗加工余量一次切除，一般可达8-10。当遇到断续切削、加工余量太大或不均匀时，则应考虑多次走刀，而此时的背吃刀量应依次递减。粗车的背吃刀量为各个外圆表面粗车加工余量的二分之一，半精车的背吃刀量为0.75，精车的背吃刀量为0.25；轴端面和轴肩端面：粗车的背吃刀量为0.8，半精车的背吃刀量为0.5。
2、进给速度的确定：外圆表面：粗车1，半精车0.45，精车0.1；轴端面和轴肩端：粗车0.5，半精车0.5。
3、切削速度的确定
八、填写机械加工工艺过程综合卡片

九、工艺装备设计

十、心得体会
首先，我学会了如何正确的解决和分析问题，领悟诸多平时学习难以理解掌握的知识。经过这次的期末大作业，锻炼了综合运用所学过的全部课程进行工艺及结构设计的基本能力，也为以后的毕业设计进行一次综合训练和准备，感觉自己学到了很多的其他的计算机方面的知识，能够非常熟练的使用和。
十一、参考文献
[1]吕明 主编 《机械制造技术基础》 武汉理工大学出版社 2012.4
[2]何铭新 钱可强 徐祖茂 主编 《机械制图》 高等教育出版社 2013.5
[3]陈国定 吴立言 主编 《机械设计》 高等教育出版社 2014.5
[4]万书亭 主编 《互换性与技术测量》 电子工业出版社 2007.8
[5]百度文库
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