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1、I 郑州大学现代远程教育 毕 业 设 计 入入 学学 年年 月月_2013.03_2013.03_ 姓姓 名名_ _ _ 学学 号号_ 专专 业业_机电一体化机电一体化_ 联联 系系 方方 式式_ 学学 习习 中中 心心_ _郑州大学远程教育郑州大学远程教育_ _ 指指 导导 教教 师师_ _ 完成时间完成时间_2016_2016_年年_2_2_月月_20_20_日日 II 设计任务书 设计题目：设计题目： 输出轴的机械加工 设计要求：设计要求： 1、根据输出轴的图纸要求，制定加工方案。 2、正确选择零件的材料，并按图纸要求正确选择零件的各种基准尺寸。 3、考虑制造工艺，使用，维护，经济和安全
2、等问题； 设计进度：设计进度： 第一周：确定题目，收集材料。 第二周：了解输出轴的加工工艺及机床加工，为下步制定工艺做好基础； 第三周：按照上一阶段工作所得的知识完成所有零件的工艺规程； 第四周：根据零件工艺要求选择机床、刀具、夹具、工件安装、量具等； 第五周：根据要求绘制图纸及论文的撰写，打电子稿； 第六周：经老师检查后修改毕业论文； 第七周：打印论文，完成毕业设计； 第八周：进行论文答辩。 指导教师（签名）：指导教师（签名）： III 摘 要 机械制造工艺学是机械制造专业生的一门专业课程。学习时需要应用加工方法、 机床、工具、测量等方面的知识来研究错综复杂的零件生产工艺的问题。 轴类零件的
3、主要作用是支撑传动零部件、传递扭矩和承受载荷。通常应保证装 配传动件的轴颈对支撑轴颈的同轴度要求，否则会影响传动件的传动精度，并产生 噪声。轴的加工首先应选择适当的毛坯、材料、机床、夹具、道具等，经过粗、精 加工等一系列工序，完成所要求的轴类零件。 本次输出轴的加工将按照理论与实际相结合，加工顺序的安排主要根据基面先 行（先端面后中心孔） 、先粗后精、先主后次（次要工序按需插入）的原则，制定出 合适的工艺过程，保证了产品质量，充分发挥了设备的利用率，人力、物力消耗最 少。 关键词：工艺规程，机械制造 IV 目 录 摘 要.II 1 轴的类型及材料选择1 1.1轴的类型.1 1.2 轴类零件的材
4、料和毛坯选择 1 2 车工和零件加工工艺设计4 2.1 车床 4 2.2 车刀及其安装 4 2.3 车外圆 6 2.4 车端面 9 2.5 切削与切槽 .11 2.6 车螺纹 .12 2.7 零件加工工艺设计 .14 3 铣工和零件加工.17 3.1 铣床 .17 3.2 铣刀和工件的安装 .17 3.3 铣削加工 .18 4 钻孔.20 4.1 钻床 .20 4.2 钻孔工具的选择及零件的孔加工 .20 5 输出轴加工工艺 .22 结 论.24 致 谢.25 参考文献.26 1 1 轴的类型及材料选择 1.11.1 轴的类型轴的类型 轴类零件是常见的典型零件之一，其主要功用是支持传动零部件（
5、齿轮、皮带 轮、离合器等） ，传递扭矩和承受载荷，就其功用可分为：主轴、异形轴和其它轴三 类，主轴除支持齿轮或皮带轮、离合器外，还将旋转运动及扭转力矩通过主轴端部 的夹具传给工件或刀具；异形轴可通过凸轮、偏心和曲拐部分将回转运动变为直线 运动，其它轴则主要传递扭矩或承受载荷。 从轴类零件的结构特性来看，它们是长度（L）大于直径（d）的回转体零件， 若 L/d12，通常称为刚性轴；而 L/d12 称为挠性轴，其被加工表面常有内外圆 柱表面、圆锥面及花键、键槽、螺纹等。根据轴类零件的结构特点和精度要求，应 选择合理的定位基准和加工方法进行加工。 1.21.2 轴类零件的材料和毛坯选择轴类零件的材料
6、和毛坯选择 轴类零件应根据不同的工件条件和使用要求选用不同的材料。 45 号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，局部淬火后在回 火，表面硬度可达 HRC4552。 40Cr 等合金钢结构钢适用于中等精度，而转速较高的轴类零件，具有较高的综 合机械性能。轴承钢 GCr15 和弹簧钢 Mn 可制造较高精度的轴。 20CrMnTi、18CrMnTi、20Mn2B、20Cr 等低碳合金钢含铬、锰钛和硼等元素，可用来 制造在高速度、重载荷等条件下的轴类零件。 轴杆类零件是机械产品中支承传动件、承受载荷、传递扭矩和动力
7、的常见典型 零件，其结构特征是轴向（纵向）尺寸远大于径向（横向）尺寸，包括各种传动轴、 机床主轴、丝杆、光杆、偏心轮、凸轮轴、齿轮轴等。 轴类零件最常用的毛坯是型材和锻件，对于某些大型的结构形状复杂的轴也可 用铸件或焊接结构件。 对于光滑的或有阶梯但直径相差不大的一般轴，常用型材（即热轧或冷拉圆钢） 2 作为毛坯。 对于直径相差较大的阶梯轴或要承受冲击载荷和交变应力的重要轴，均采用锻 件作为毛坯。当生产批量较小时，应采用自由锻件；当生产批量较大时，应采用模 锻件。 对于结构形状复杂的大型轴类零件，其毛坯可用砂型铸造件、焊接结构件或铸 焊结构毛坯。 本次设计加工的零件为输出轴，需要较高的强度和韧
8、性等综合机械性能，工作 载荷基本平衡，故选用 45 号钢。由于该轴工作时不承受冲击载荷，工作性质一般， 且各阶梯轴径相差不大，因此可选用热轧圆钢作为毛胚。下料尺寸为 55200mm 圆柱毛坯，加工如图 1.1 的零件。mm 3 图 1.1 输出轴 4 2 车工和零件加工工艺设计 2.12.1 车床车床 车床是利用工件的旋转运动和刀具的直线运动来加工工件的，它能完成的切削 加工最多，就其基本的工作内容来说，可以车外圆、车端面、切断、切槽、钻中心 空、钻孔、车孔、铰孔、车各种螺纹、车圆锥、车成形面、滚花以及盘绕弹簧、在 机械制造中，车床是应用很广泛的金属切削机床之一。 CA6140 型卧式车床是我
9、国自行设计自造的新型车床，具有性能良好、结构先进、 操作方便、外形美观等优点。CA6140 型普通车床的通用性能较好。它适用于加工各 种轴类，套类和盘类零件上的回转表面，如车削内外圆柱面，圆锥面，环槽及成型 回转表面；车削端面及各种常用的公制，英制，牟数制和径节制罗螺纹；在普通车 床上还能作钻孔，扩孔，铰孔，滚花等工作。 CA6140 型普通车床是普通精度级机床，根据普通车床的精度检验标准，新机床 应达到的加工精度为： 精车外圆的圆度 0.01mm 精车外圆的圆柱度 0.01/100mmmm 精车端面的平面度 0.02/300mmmm 精车螺纹的螺距精度 0.04/100,0.06/300mm
10、mmmmmm 精车的表面粗糙度可达 Ra=1.252.5m CA6140 型普通车床实质上是一种通用车床，它的加工范围较广，但结构复杂且 自动化程度低，所以适用于单件小批量生产及修配车间。 因此，本次设计的轴类零件将在此机床上进行加工。 2.22.2 车刀及其安装车刀及其安装 2.2.12.2.1 车刀车刀 1、对刀具材料的基本要求 在切削加工时，刀具切削部分与切屑、工件相互接触的表面上成上承受了很大 的压力和强烈的摩擦，刀具在高温下进行切削的同时，还承受着切削力、冲击和振 动，因此要求刀具切削部分的材料具备以下性能： 5 1）硬度要求 刀具材料必须具有高于工件材料的硬度，常温硬度在 HRC6
11、0 以下。 2）耐磨性要求 耐磨性表示刀具抵抗磨损的能力，通常刀具材料的硬度越高耐磨性越好；材料 中硬质点的硬度越高，数量越多，颗粒越小，分布越均匀，则耐磨性越好。 3）足够的强度和韧性 为了承受切削力、冲击和振动，刀具材料应具有足够的强度和韧性，一般用抗 弯强度和冲击韧性值表示。 4）良好的耐热性 刀具材料应在高温下保持较高的硬度、耐磨性、强度和韧性，并有良好的抗扩 散、抗氧化的能力，这就是刀具材料的耐磨性，它是衡量刀具材料综合切削性能的 重要指标。 5）良好的工艺性与经济性 为了便于刀具制造，要求刀具材料有良好的可加工性，包括锻、轧、焊接、切 削加工、可磨削性和热处理特性等。 此外，在选用
12、刀具材料时，还要考虑经济性，经济性差的刀具材料难以推广使 用。 刀具材料种类很多，常用的有碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金钢、 陶瓷、金刚石和立方氮化硼等。碳素工具钢和合金工具钢，因其耐热性较差，仅用 于低速手工工具。陶瓷、金刚石和立方氮化硼则由于性质脆、工艺性差及价格昂贵 等原因，目前只在较小的范围内使用。当今，用得最多的刀具材料为高速钢和硬质 合金刚。 2、刀具切削部分的材料 目前工厂中的刀具切削部分材料主要有高速钢和硬质合金钢两种。高速钢是一 种含钨、铝、铬、钒等合金元素较多的高合金工具钢。高速钢主要优点是具有高的 硬度、强度和耐磨性，且耐磨性和淬透性良好，其允许的切削速度是碳素
13、工具钢和 合金钢的两倍以上。高速钢刃磨后切削刃锋利，故又称之为“锋钢”和“白钢” 。高 速钢是一种综合性能好、应用范围广的刀具材料。 硬质合金钢是由碳化钨（wc） 、碳化钛（Tic）等 碳化物和钴（co）用粉末冶金 6 方法制成的。这种刀具材料有高的硬度（HRA8893）和耐热性（耐热温度为 8501000） 。但它的抗弯强度低、性脆、特别是怕震动和冲击。 因此，本次设计的轴类零件车外圆端面车刀选用材料为高速钢的 90车刀，车 倒角用 45车刀，切槽选用高速钢切槽刀，刀宽为 4mm，车螺纹则选用刀尖为 60 的螺纹刀。 2.2.22.2.2 车刀的安装车刀的安装 车刀使用时必须正确安装，其基本
14、要求有以下几点： 1、车刀不能伸出刀架太长，否则，切削时刀杆刚性减弱，容易产生振动，使车 出来的工件表面不光洁，甚至会使车刀损坏。车刀伸出的长度，一般以不超过刀杆 厚度的 11.5 倍为宜。车刀下面的垫片要平整洁净，垫片应与刀架对齐，而且垫片 的量应尽量少些，以防止振动。 2、车刀的刀尖应对准工件中心。刀尖高于工件中心，会使车刀的实际后角减小， 车刀后面与工件之间的摩擦增大；刀尖低于工件中心，会使车刀的实际前角减小， 切削不顺利。要使车刀迅速对准工件中心可用下列方法： 1）根据尾座顶尖的高度把车刀对准； 2）根据车床的主轴中心高，用钢尺测量装到； 3）把车刀靠近工件端面，目测车刀刀尖的高低，然
15、后紧固车刀，试车端面，再 根据端面的中心装准车刀； 4）安装车刀时，刀杆轴线应与工件轴线垂直，否则，会使主偏角和副偏角的数 值发生变化； 5）车刀装上后要紧固刀架螺钉，一般要紧固两个螺钉，紧固时应轮换逐个拧紧， 拧紧是不得用力过大，否则会损坏螺钉。 2.32.3 车外圆车外圆 圆柱形表面是构成各种机器零件形状的基本表面之一。例如：轴套筒等都是由 大小不同的圆柱面组成的。 将工件夹在车床卡盘上左作旋转运动，车刀夹在刀架上作纵向进刀，就可以车 出外圆柱面来。它是车刀基本操作之一。 7 2.3.12.3.1 车外圆车外圆 由于粗车外圆与精车外圆的要求不大一样，所以使用的车刀也不同。 1 、外圆粗车刀 常用的外圆粗车刀有 45弯头刀、75弯头刀和 90偏刀等几种。选择粗车刀 几何角度的一般规则是： 1）可取小些，在保证刀头强度的情况下，应尽量将刀具磨锋利些，以减小切削 力； 2）增加刀头强度，后角可取小一些，一般取 5 7； 3）角不宜过小，太小容易引起振动。在机床、工件、刀具刚性较好的条件下选 用 45 60；在机床、工件、刀具刚性较差的条件下用 75 90； 4）角可以选大一些，一般在 15 30之间； 5）角一般选 0 3，以增加刀头强度； 6）削刃上应磨有负倒棱，其宽度为（0.30.8）f,倒棱前角为-10-15， 以增加切削刃，提高刀具耐用度。负倒棱多用于加工钢料的硬质合金车刀
