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1、 机械制造技术基础课程设计名称：_阶梯轴的机械加工工艺及夹具设计_班级：_15级机械一班_姓名：_学号：_指导老师：_刘庆民_目录一、阶梯轴机械加工工艺3（一）、轴的工艺分析3（二）、毛坯的选择5（三）、选择定位基准和装夹5（四）、工序集中和分散考虑6（五）、制订零件的机械加工工艺规程6（六）、机床设备和工艺装备的选用9（七）、确定工序的切削用量及工时9二、夹具设计18（一）、确定工件的定位方案，选择定位元件18（二）、六点定位原理18（三）、确定要限制的自由度19（四）、计算定位误差19三、设计小结21四、参考资料21一、阶梯轴机械加工工艺（一）、轴的工艺分析1.1 零件的结构特点及应用轴类
2、零件是机器中经常遇到的典型零件之一。它在机器中主要用于支承齿轮，带轮，凸轮以及连杆等传动件，以及传递扭矩。按结构形式不同，轴可以分阶梯轴，锥度分轴，空心轴，曲轴，凸轮轴，偏心轴，各种丝杆等。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。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。图示传动轴零件属于台阶轴零件，由圆柱面，轴肩，砂轮越程槽和键槽等组成。轴肩一般用来确定安装在轴上的零件的轴向位置，各环槽的作用是使零件装配时有一个正确的位置，并使加工中磨削外圆或车螺纹
3、时退刀方便；键槽用于安装键，以传递转矩。 轴的主要作用是支承回转零件及传递运动和动力。按照轴的承受载荷不同，轴可分为转轴、心轴和传动轴三类。工作中既承受弯矩又承受扭矩的轴成为转轴，只承受弯矩的轴称为心轴，只承受扭矩而不承受弯矩的轴称为传动轴。1.2 传动轴图样分析它属于台阶轴类零件，由圆柱面、轴肩、砂轮越程槽和键槽等组成。轴肩一般用来确定安装在轴上零件的轴向位置，各环槽的作用是使零件装配时有一个正确的位置，并使加工中磨削外圆或车螺纹时退刀方便；键槽用于安装键，以传递转矩。根据工作性能与条件，该传动轴图样规定了主要轴颈，外圆以及轴肩有较高的尺寸、位置精度和较小的表面粗糙度值，并有热处理要求。这些
4、技术要求必须在加工中给予保证。因此，该传动轴的关键工序是轴颈和外圆的加工。1.下图所示零件是传动轴图一2. 传动轴的工艺性分析（1）.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）。（2）.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。（3）.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
5、（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。（4）.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 Ra0.630.16m。（5）.主要技术要求如下：根据工作性能与条件，该传动轴图样规定了主要轴颈外圆，以及轴肩有较高的尺寸，位置精度和较小的表面粗糙度值，并有热处理要求。这些技术要求必须在加工中给予保证。因此，该传动轴的关键是轴颈和外圆及轴肩的加工。（二）、毛坯的选择2.1 毛坯类型分析机械加工常用的毛坯有铸件、锻件、型材
6、及焊接件。不同的毛坯种类及毛坯的精度、粗糙度和硬度等对机械加工工艺过程有着直接的影响。还有毛坯的形状和特性，直接会影响到机械加工的难易、材料的消耗等。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。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
7、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。本文传动轴的制造材料（45 钢），毛坯采用轧制成型，尺寸为70260mm。（三）、选择定位基准和装夹3.1 基准的选择粗基准选择考虑的重点是如何保证各加工表面有足够的余量，及保证不加工表面与加工表面的尺寸、位置符合零件图样设计要求。还要考虑装夹方便、可靠，选一大端面和外圆作
8、为定位粗基准。精基准选择考虑的重点是如何减少误差。保证加工精度和安装方便。轴齿轮的设计基准是内孔，根据基准重合原则，并同时考虑统一精基准原则，选内孔作为主要定位精基准。考虑定位稳定可靠。选一大端面作为第二定位精基准。在磨孔工序中。为保证齿面与孔的同轴度，选齿面作为定位基准。在加工环槽工序中，为装夹方便。选外圆表面作为定位基准。3.2 工件的装夹方法选择粗加工时，由于切削余量大，工件受的切削力也大，一般采用卡顶法，尾座顶尖采用弹性顶尖，可以使工件在轴向自由伸长。但是，由于顶尖弹性的限制，轴向伸长量也受到限制，因而顶紧力不是很大。在高速、大用量切削时，有使工件脱离顶尖的危险。采用卡拉法可避免这种现
9、象的产生。精车时，采用双顶尖法（此时尾座应采用弹性顶尖）有利于提高精度，其关键是提高中心孔精度。（四）、工序集中和分散考虑4.1 工序集中工序集中就是将零件的加工集中在少数几道工序中完成，每道工序加工内容多，工艺路线短。其主要特点是：1.可以采用高效机床和工艺装备，生产率高；2.减少了设备数量以及操作工人人数和占地面积，节省人力、物力；3.减少了工件安装次数，利于保证表面间的位置精度；4.采用的工装设备结构复杂，调整维修较困难，生产准备工作量大。4.2 工序分散工序分散就是将零件的加工分散到很多道工序内完成，每道工序加工的内容少，工艺路线很长。其主要特点是：1.设备和工艺装备比较简单，便于调整
10、，容易适应产品的变换,对工人的技术要求较低。2.可以采用最合理的切削用量，减少机动时间。3.所需设备和工艺装备的数目多，操作工人多，占地面积大。综上所诉：工序集中或分散的程度，主要取决于生产规模。一般情况下，单件小批生产时，采用工序集中，在一台普通机床上加工出尽量多的表面；批量生产时，采用工序分散。综上以及结合图纸要求，生产批量为中批生产，采用工序分散。（五）、制订零件的机械加工工艺规程5.1 选择表面加工方式1.外圆的考虑： 生产批量较大，应采用高效加工方法； 零件热处理会引起较大变形，要保证加工面的精度和同轴度。2. 采用粗车半精车粗磨精磨加工方法。3. 键槽 采用铣削方法。5.2 制定工
11、艺路线1.划分加工阶段该传动轴加工划分为四个阶段：粗车（粗车外圆，钻中心孔等），半精车（半精车各处外圆，台阶和次要表面等），粗磨，精磨（粗，精磨各处外圆）， 各阶段划分大致以热处理为界。2.安排加工顺序遵循“先基准后其他”原则，首先加工精基准钻中心及车表面的外圆。遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。遵循“先主后次”先加工主要表面车外圆各个表面，后加工次要表面铣键槽和加工各个小槽。遵循“先面后孔”原则，先加工左右端面，再加工各个台阶面。3.初步拟定工艺路线定位基准面中心孔应在粗加工之前加工，在调质之后和磨削之前各需安排一次修研中心孔的工序。调质后修研中心孔为消除中心孔的热处
12、理变形和氧化皮，磨削之前修研中心孔是为提高定位基准面的精度和减少圆柱面的表面粗糙度值。拟定传动轴的工艺过程时，在考虑主要表面加工的同时，还要考虑次要表面的加工。在半精加工62mm，46mm，35mm，30mm，24mm 外圆时，应车到图样规定的尺寸，同时加工出各退刀槽，倒角；两个键槽应该在半精车后以及磨削之前铣削加工出来，这样可以保证铣键槽时有精确的定位基准，又可避免在磨削后铣键槽时破坏已精工的外圆表面。表一 传动轴的工艺路线5.3 传动轴的工艺路线工序号工序名称机床设备刀具量具1下料2粗车左右端面，各台阶，钻中心孔CA6140YT15双面游标卡尺3调头，粗车剩余台阶，钻中心孔CA6140YT
13、15双面游标卡尺 4热处理，调质处理 5修研两端中心孔双面游标卡尺 6半精车左右端面，各台阶CA6140YT15双面游标卡尺 7调头，半精车剩余台阶CA6140YT15双面游标卡尺 8 双顶尖装夹，车螺纹，倒角CA6140YT15双面游标卡尺9修研两端中心孔双面游标卡尺10铣左右边键槽X516立式铣刀双面游标卡尺11粗磨外圆及端面M131W砂轮12粗磨外圆及端面M131W砂轮13 检查双面游标卡尺5.4 热处理工序安排1. 锻造毛坯在加工前，均需安排正火或退火处理，使钢材内部晶粒细化，消除锻造应力，降低材料硬度，改善切削加工性能。2. 调制一般安排在粗车之后，半精车之前，以获得良好的物理力学性
14、能。3. 表面淬火一般安排在精加工之前，这样可以纠正因淬火引起的局部变形。 4.精度要求高的轴，在局部淬火或粗磨之后，还需进行低温时效处理。传动轴的热处理要根据其材料和使用要求确定。对于传动轴，正火，调质和表面淬火用得较多。该轴要求调制处理，并安排在粗车各外圆之后，半精车各外圆之前。综合上述分析，传动轴的工艺路线如下：下料车两端面，钻中心孔粗车调制修研中心孔半精车车槽，倒角，车螺纹划键槽加工线铣键槽修研中心孔磨削检验。5.5 轴类零件加工工艺规程注意点轴类零件中工艺规程的制订，直接关系到工件质量、劳动生产率和经济效益。一零件可以有几种不同的加工方法，但只有某一种较合理，在制订机械加工工艺规程中，须注意以下几点：1.零件图工艺分析中，需理解零件结构特点、精度、材质、热处理等技术要求，且要研究产品装配图，部件装配图及验收标准。2.渗碳件加工工艺路线一般为：下料锻造正火粗加工半精加工渗碳去碳加工（对不需提高硬度部分）淬火车
