输出轴机械加工工艺规程设计.doc

目 录

毕业设计概述 4
1、任务分析及设计思路 5
1.1任务分析 5
1.2设计思路 5
2、研究和分析零件的工作图 6
2.1零件的结构分析 6
2.2零件图的工艺分析 6
2.3生产类型的确定 7
3、毛坯种类的确定 8
3.1 毛坯的选择的确定 8
3.2确定毛坯的尺寸 8
3.3确定毛坯热处理方式 8
4、拟定零件加工的工艺路线 9
4.1定位基准的选择 9
4.2确定主要表面的加工方法 9
4.3制定工艺路线 11
5、拟定各工序的机床设备、工艺装备和辅助工具 13
5.1 工序的机床设备确定 13
5.2 工艺装备和辅助工具确定 13
6、确定各工序的加工余量、工序尺寸 15
6.1 工序的加工余量及工序尺寸 15
7、确定各工序的切削用量及工时定额 18
7.1 工序的切削用量的选择 18
7.2工时定额的选择 19
8、填写工艺文件 21
9、作品特点 34
10、设计总结 35
11、 参考文献 36

毕业设计概述

机械加工制造业从建国后至今经过 60 多年的发展，它在不断的壮大，并发展成我国的先进制造业，这是一个巨大的进步，从一开始制造那些小零件到现在大型机械装置，这是一个质的飞跃。
在本次课程设计的过程中，让我对机械加工工艺方面有了一个了解：
1.能熟练运用加工工艺设计中，并且熟练的掌握基础知识和实训中所学到的实践知识，如何来理解零件在加工工艺的设计方法、零件工艺加工尺寸的确定等问题，零件加工性能的确定。
2.对以上加工工艺设计分析和理解之后。能够单独完成毕业设计的制作
3.去书上以及网上查看加工工艺设计手册及文献资料。对这些资料进行分析和理解。
就我个人而言，这次毕业设计的制作，让我学会了对零件从毛坯到成品的加工工艺设计，并且对工艺路线的制定以及加工工艺装备的选择和切削用量的选择方面有了深刻的了解。并在设计过程中学习到了很多以前都没有接触过的资料和图纸以及计算公式，并对它们逐一去理解想方法去解决。
26

1、任务分析及设计思路

1.1任务分析
1）查找文献资料， 下载相关设计文件，制定好毕业设计的框架;

2)针对输出轴类零件在机械加工中的注意事项，深入车间请教师傅，提出创新性的解决办法。

3)CAD 画出输出轴零件图，了解加工工艺，选择加工方法流程。

4)针对任务书里面的八个方面完成说明书， 并且制出工艺卡片。

1.2设计思路

1)分析CAD零件图;

2)选择毛坯的制造方法和形状;

3)拟定输出轴工艺路线;

4)选择输出定位基准;

5)输出轴工序所需的设备、计算工序尺寸和公差的确定;

6)输出轴工序设备和辅助工具的确定;

7)确定各工序技术要求及检验方法;

8)输出轴切削用量和工时定额的确定;

9)工艺文件的制作；

10)介绍作品的特点;

2、研究和分析零件的工作图

2.1零件的结构分析
如图所示零件是输出轴，它属于台阶型轴类零件，由圆柱面、轴肩、键槽组成。轴肩一般用来确定安装在其他零件的轴向位置，起定位作用；键槽用于安装和固定各种传动齿轮。如图所示的输出轴零件的A是装配基准，故对 A 段外圆的加工提出了很高的要求。
主轴的支撑轴颈、配合轴颈、端面、键槽等表面是主要加工表面。其中输出轴本身的尺寸精度、几何形状精度、相互位置精度和表面粗糙度尤为重要。
2.2零件图的工艺分析
该零件的是材料是45号钢，45钢属于合金钢,他的高质量钢结构其强度和硬度较高，其可塑性和韧性略低。工艺分析主要从结构、尺寸、精度分析，主要从以下两个方面进行分析：
①主要加工面：Φ54.4，左边Φ60，右边Φ60,Φ80 的外圆柱面。Φ54.4 的尺寸公差等级为IT8级，Φ60的尺寸公差等级为IT5级,Φ80 的尺寸公差等级为IT6级，Φ60的尺寸公差等级为IT5级。两链槽宽度的尺寸公差等级为IT9级，而两链槽长度的尺寸公差等级均为IT11级。
②精糙度方面表现;Φ54.4的外圆柱面，Φ60的外圆柱面，Φ80的外圆柱面左边，Φ60外圆柱的精糙度要求均为Ra1.6要求较高，其余表面均为Ra12.5um要求不高。
③位置精度：Φ54.4，左Φ60和Φ80轴线对右边Φ60轴线的同轴度为Φ0.02mm。
2.3生产类型的确定

生产类型
同类零件的年产量/年
重型（零件质量大于2000kg）
中型（零件质量大于100~2000kg）
轻型（零件质量小于100kg）
单件生产
≤5
≤20
≤100
成批生产
小批生产
5~100
20~200
100~500
中批生产
100~300
200~500
500~5000
大批生产
300~1000
500~5000
5000~50000
大量生产
≥1000
≥5000
≥50000
（表1-1）
依设计题目查表可知Q= 50台/年，n=1件/台，结合调查，备品率和废品率分别为15%和3%。代入公式得生产纲领
N=Qn(1+α)(1+β)=50×1（1+0.15）（1+0.03）=57件/年≤100
零件是轴类零件中的输出轴，查表可知生产类型属于轻型小批量生产。
3、毛坯种类的确定
3.1 毛坯选择的确定
①轴类零件最常用的毛坯是棒料和锻件，只有某些大型或结构复杂的轴（如曲轴），在质量允许下采用锻件。由于毛坯经过加热，锻造后能使金属内部的纤维组织表面均与分布，可获得较高的抗拉，抗弯级抗扭强度，所以除轴外直径相差不大的阶梯轴可使用热轧棒成冷轧棒料，一班比较重要的轴大部分都采用锻件，这样既可以改善力的性能，又能节约材料，减少机械加工量：机械生产规模的大小毛坯的锻造有自由锻和模锻。自由锻多用于中小批量生产，模锻多运用于大批量生产。而且毛坯制造精度高， 加工量小， 效率高。 可以锻造形状复杂的毛坯，本零件为大批量生产，所以综上所述采用模锻。②选择通过零件直径的平面为分型面③输出轴属于台阶轴类零件，由于是单件小批量生产采用自由锻造.
3.2确定毛坯的尺寸外圆与长度尺寸（ø100×390mm）

3.3确定毛坯热处理方式
机械零件常采用的热处理工艺有退火、正火、调质，时效、淬火、回火、渗碳及氧化等。热处理工艺分为预备热处理和最终热处理两大类，由于采用的45号钢是最常见的合金钢，其力学性能较好，小型应采用调质的热处理方式，调质处理可以改善材料的性能，因此许多中碳钢常采用这种热处理方法，要安排在粗车之后半精之前完成。
4、拟定零件加工的工艺路线

4.1定位基准的选择
1、轴类零件定位基准的选择
输出轴加工中，为了保证各主要表面的相互位置精度，选择定位基准时，应遵循基准重合、基准统一和互为基准等重要原则，并能在一次装夹中尽可能加工出较多的表面。由于输出轴外圆表面的设计基准是主轴轴心线，根据基准重合的原则考虑应选择输出轴右端的顶尖孔作为精基准面。用顶尖孔定位，还能在一次装夹中将许多外圆表面及其端面加工出来，有利于保证加工面间的位置精度。所以主轴在粗车之前应先加工顶尖孔。为了保证支承轴的同轴度要求，宜按互为基准的原则选择基准面。定位基准每转换一次，都使主轴的加工精度提高一步。
4.2确定主要表面的加工方法
本零件的加工面有外圆、小孔、端面、键槽等，材料为45号钢。公差等级和表面粗糙度要求，参考和查下表，可以选择如下加工方法：
从轴的右到左。Φ54. 4， Φ60， Φ70， Φ88， Φ80， Φ70， Φ80 都用车床进行车削，而两个链槽则采用铣床进行铣削。 具体加工方法的分析如下：
① 输出轴最左端Φ54.4+0.050的公差分段为 IT8，表面粗超度 Ra=1.6um。查表4-2 及表 4-5 可知需进行粗车—半精车—精车
② 轴左也Φ60+0.024 +0.011 段的公差等级为IT5，表面粗糙度Ra=1.6um， 查表4—2及表 4—5 可知， 需进行： 粗车—半精车—粗磨—精磨
③ 左轴Φ70 为未注公差尺寸公差等级按IT14.表面粗糙度 Ra=12.5um， 故粗车就可以了
④ Φ90 段位未注公差尺寸，公差等级为 IT14，表面粗糙度 Ra=12.5um，故粗车就可以了
⑤ Φ80+0.021 +0.002 段公差等级为IT6，表面粗糙度Ra=1. 6um,查表 4—2 及表4—5 可知，采用：粗车—半精车—精车
⑥ 右边轴段Φ70 为未注公差尺寸， 公差等级按 IT14，表面粗超度Ra=12. 5um，查表可知粗车就可以
⑦ 右端Φ60+0. 024 +0. 011 的公差等级为 IT5 级，表面粗糙度Ra=1. 6um，查表可知：可采用粗车—半精车—粗磨—精磨即可
⑧ 两个链槽的宽度尺寸公差为 IT9 级而长度尺寸公差为IT11 级，又因为是面粗超度Ra=12. 5um，所以采用粗铣—精铣
4.3制定工艺路线
主轴加工工艺过程可划分为三个加工阶段， 即粗加工阶段（加工顶尖孔、粗车外圆等）；半精加工阶段（半精车外圆，精车外圆等）；精加工阶段（包括精铣键槽，粗、精磨外圆等）。在机械加工工序中间尚需插入必要的热处理工序，这就决定了主轴加工各主要表面总是循着以下顺序的进行，即粗车→调质（预备热处理）→半精车→精车→淬火-回火。
工序号
内容
设备
10
模锻毛坯
车床
20
车端面，钻中心孔，车另一断面保证总长，钻中心孔
车床
30
粗车三个台阶，调头粗车另一端四个台阶
车床
40
热处理，调质

50
修两端中心孔
车床
60
半精车2个台阶，倒角，调头半精车另外2个台阶面，倒角
车床
70
精车F80+0.021 +0.02，调头精车，F54.4+0.05 0
车床
80
划两个键槽加工线

90
粗铣两个键槽
铣床
100
精铣两个键槽
铣床
110
修两端中心孔

120
粗磨左F60+0.024 +0.011右半轴F60+0.024 +0.011外圆
磨床
130
精磨右F60+0.024 +0.011外圆，精磨F60+0.024 +0.011
磨床
140
检验

5、拟定各工序的机床设备、工艺装备和辅助工具
5.1 工序的机床设备确定
（1）机床设备的选择，根据工序来选择相应的机床设备
（1）工序10，20，30，50，60，70是粗车，半精车和精车各工序的工步数不多，大批量生产不要求很高的生产率，故选用卧式车床就能满足要求，本零件外轮廓尺寸不大，选用最常用的GSK980TDa型卧式车床。
（2）工序90，100为铣削，工序工步简单，外轮廓尺寸不大，考虑本零件为大批量生产，所选机床便使用范围广泛为宜，故可选常用的X6132型铣床能满足加工要求。
（3）工序120，130是粗磨，精磨，由于是磨削阶梯轴的外表面，所以宜选用常用的M1432A型磨床。
5.2 工艺装备和辅助工具确定
（1）选择夹具：
（1）在工序20，30中选用三爪自定心卡盘
（2）50，60，70工序用顶尖夹紧
（3）90，100工序平口钳
（4）120，130工序用顶尖+中心架
（2）选择刀具： 根据工序选择刀具
(1)由于零件车床输出轴材料为45钢，推荐用硬质合金中的YT15类道具，因为YT类硬质合金是有较高的硬度和耐磨性，尤其是有高的耐热性，在高速切削钢料时道具磨损小，寿命长，所以车端面时选用60°偏头端面车刀，而车外圆时选用75°偏头外圆车刀刀杆尺寸B×H：16×25 牌号P10
（2）铣刀选用平键槽铣刀
（3）采用白刚玉砂轮
（3）选择量具 ：
（1）选择两段F70的台阶的量具
该两段台阶为未注公差尺寸按IT14要求，标准公差值为0.74mm，查《机械制造技术课程设计指导》表5—56可知计量器具确定度允许值U1=0.054mm，查表5—57，分度值0.05mm的游标卡尺，其不确定度数值U=0.050mm，U＜U1，查表5—59，用0～200mm／0.05mm
（2）F54.4+0.05 0 F60+0.024 +0.011 F80+0.021 +0.002 F60+0.024 +0.011（右段）的台阶的量具选择
由于这四段的公差尺寸太小，千分尺和游标卡尺达不到表5—57要求，故选用量块和千分尺一起用，减小千分尺的不确定性。千分尺选用分度值为0.01mm的外径千分尺
（3）键槽量具的选择
查表可知 同上选用量块+千分尺
（4）轴长度方向尺寸用游标卡尺量0～200mm／0.05mm

6、确定各工序的加工余量、工序尺寸

6.1 工序的加工余量及工序尺寸

工序号
双边余量／mm
工序尺寸／mm
表面粗糙度Ra／um
10
a=5

12.5
20
车端面
380
12.5
30
（1）粗车∮54台阶直径余量a=1.2

12.5
（2）粗车轴左边∮60台阶直径余量为a=1.1
61.1+0.3 0
12.5
（3）粗车轴左端∮70台阶直径至零件图未示尺寸
F70
12.5
（4）粗车轴右端∮60台阶直径余量为a=1.1
61.6+0.3 0
12.5
工序号
单边余量／mm
工序尺寸／mm
表面粗糙度Ra／um
30
（5）粗车轴右端F70台阶至零件所标尺寸
F70
12.5
（6）粗车F80台阶，余量a=1.2
F81.2+0.3 0
12.5
（7）粗车F88台阶至零件图所标尺寸
F88
12.5
60
（1）半精车F54.4台阶，直径余量为0.1
54.5+0.074 0
6.3
（2）半精车左轴F60台阶直径余量为0.4mm
60.5+0.046 0
6.3
（3）半精车轴右端F60台阶直径余量0.4
60.5+0.046 0
6.3
（4）半精车轴F80台阶直径余量0.1
F80.1+0.074 0
6.3
70
（1）精车F80台阶
F80+0.021 +0.002

1.6
（2）精车F54.4台阶
F54.4+0.05 0
90
（1）粗铣左边键槽余量为1.0

F19+0.084 0

12.5
（2）粗铣右边键槽双面余量为1.0
100
（1）精铣左边键槽至图示尺寸
F180 -0.043

12.5
（2）精细边键槽至图示尺寸
F47.50 -0.2
120
粗磨两段F60台阶，余量为0.1
F60.1+0.019 0
1.6
130
精磨两段F60的台阶至图示尺寸
F60+0.024 0.011
1.6

8、填写工艺文件

工艺卡片
1张机械加工工艺过程卡，，4张加工工序卡。

机械加工工艺过程卡片

产品名称
输出轴　
零件名称
输出轴
共 1 页

材料牌号
45号钢
毛坯种类
圆棒料　
毛坯外形尺寸
F100×390mm　
每毛坯件数
1　
件数
1　
姓名

工序号
工序名称
工序内容
车间
工段
加工设备
工艺装备

1
下料
模锻毛坯

锯床

2
车削
车端面，钻中心孔，车另一断面保证总长，钻中心孔

卧式车床
900外圆车刀

3
车削
粗车三个台阶，调头粗车另一端四个台阶

卧式车床
900外圆车刀　

4
热处理
热处理，调质

箱式炉

5

修两端中心孔

卧式车床
　900外圆车刀　

6

半精车2个台阶，倒角，调头半精车另外2个台阶面，倒角

卧式车床
900外圆车刀

7

精车F80+0.021 +0.02，调头精车，F54.4+0.05 0

卧式车床
900外圆车刀

8

划两个键槽加工线

卧式车床
900外圆车刀　

9

粗铣两个键槽

铣床
端铣刀　

10

精铣两个键槽

铣床
端铣刀

11

修两端中心孔

12

粗磨左F60+0.024 +0.011右半轴F60+0.024 +0.011外圆

磨床

13

精磨右F60+0.024 +0.011外圆，精磨F60+0.024 +0.011

磨床

14

清洗、去毛刺、倒角、

钳工台

15
检验、入库
检验各部尺寸、表面粗糙度、各台阶同轴度

检验台

设计（日期）
校对（日期）
审核（日期）
标准化（日期）

2020年11月18　
　2020年12月10

标记
处数
更改文件号
签字
日期
标记
处数
更改文件号
签字
日期

机械加工工序卡片 1

产品名称
车床　
零件名称
齿轮轴加工工艺规程设计　
共 9 页
第 1 页

车间
工序号
工序名称
材料牌号

10
模锻毛胚　
45钢

毛坯种类
毛坯外形尺寸
单件毛坯所需件数
每台件数

锻件　

1　
1　

设备名称
机床型号
机床编号
同时加工件数

　1

夹具编号
夹具名称
切削液

工位器具编号
工位器具名称
工序工时/分

终时
单件

工步号
工步内容
工艺设备
主轴转速
切削速度
进给量
切削深度
进给次数
工步工时

　1
锻造毛胚

r/min
m/min
mm/r
mm

机动
辅助

设计（日期）
校对（日期）
审核（日期）
标准化（日期）
会签（日期）

标记
处数
更改文件号
签字
日期
标记
处数
更改文件号
签字
日期

（表1-10）

机械加工工序卡片 2

产品名称
车床　
零件名称

共 9 页
第 2 页

车间
工序号
工序名称
材料牌号

20
粗车端面
45号钢

毛坯种类
毛坯外形尺寸
单件毛坯所需件数
件数

锻件　

1
1　

设备名称
机床型号
机床编号
同时加工件数

车床　
GSK980TDa　

　1

夹具编号
夹具名称
切削液

三爪定心卡盘　

工位器具编号
工位器具名称
工序工时/分

准终
单件

工步号
工步内容
工艺设备
主轴转速
切削速度
进给量
切削深度
进给次数

　车刀，游标卡尺　
中心钻　

r/min
m/min
mm/r
mm
机动
辅助

1　
粗车左端面至尺寸390
　400
　80.09
0.48
　2.5
　4

　0.84
1.32　

2　
钻中心孔

400　
12　
0.04

　1

3　
粗车右端面，保证总长380
320　
70.34
0.64　
2.5　
4

0.84　
1.32　

4　
钻另一中心孔
400
12
0.04

1

设计（日期）
校对（日期）
审核（日期）
标准化（日期）
会签（日期）

标记
处数
更改文件号
签字
日期
标记
处数
更改文件号
签字
日期

（表1-11）

机械加工工序卡片 3

产品名称
输出轴　
零件名称
输出轴　
共 9 页
第 3 页

车间
工序号
工序名称
材料牌号

30
粗车外圆柱面　
45号钢

毛坯种类
毛坯尺寸
单件毛坯所需件数
件数

锻件　

1　
1　

设备名称
机床型号
机床编号
同时加工件数

车床　
GSK980TDa

　1

夹具编号
夹具名称
切削液

三爪定心卡盘　
乳化液　

工位器具编号
工位器具名称
工序工时/分

终时
单件

工步号
工步内容
工艺设备
主轴转速r/min
切削速度m/min
进给量mm/r
切削深度mm
进给次数
机动辅助

　1
粗车Ф54.4外圆表面至图示尺寸

车刀、游标卡尺、　

220
44
0.66
4.4
1
0.667
1.32

　2
粗车左轴Ф60外圆表面至图示尺寸
200　
44　
0.66
4.45　
　1

0.606　
1.32　

　3
粗车左轴Ф60外圆表面至图示尺寸
200　
50
0.66
5　
　1

0.59　
1.32　

　4
粗车右轴Ф60外圆表面至图示尺寸
200　
44　
0.66　
4.45　
1　

0.287　
1.32　

　5
粗车右轴Ф60外圆表面至图示尺寸
200　
50　
0.66
5　
1　

0.151　
1.32　

6
粗车Ф80外圆表面至图所示尺寸

150
42
0.66
4.4
1

0.818
1.32

7
粗车Ф88外圆表面至图所示尺寸

150
46
0.86
0.86
1

0.232
1.32

设计（日期）
校对（日期）
审核（日期）
标准化（日期）
会签（日期）

标记
处数
更改文件号
签字
日期
标记
处数
更改文件号
签字
日期

机械加工工序卡片4

产品名称
　磨床
零件名称
齿轮轴加工工艺规程设计　　
共4 页
第 4 页

车间
工序号
工序名称
材料牌号

60　
半精车
45钢　

毛坯种类
毛坯尺寸
单件毛坯所需件数
件数

锻件　

1　
1　

设备名称
机床型号
机床编号
同时加工件数

车床　
GSK980TDa

　1

夹具编号
夹具名称
切削液

顶尖　

工位器具编号
工位器具名称
工序工时/分

准终
单件

工步号
工步内容
工艺设备
主轴转速r/min
切削速度m/min
进给量mm/r
切削深度mm
进给次数
机动
辅助

　1
半精车F54.4台阶外圆至如图所示工序尺寸
车刀，外径千分尺+量块，游标卡尺　

500
87.29
0.5
0.55
1
0.369
1.32

　2
半精车左轴段F60台阶外圆至如图所示工序尺寸
450　
86.33　
0.5
0.3　
　1

0.35　
1.32　

　3
半精车右轴段F60台阶外圆至如图所示工序尺寸
450　
86.33
0.5
　0.3
1　

0.19　
1.32　

4　
半精车轴段F80台阶外圆至如图所示工序尺寸
320
81.59
0.5
0.4　
1　

0.53　
1.32　

5　
倒圆角C1
500
87.29
0.5
1
1

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