機(jī)械制造(階梯軸工藝規(guī)程)

1、一、零件的分析1.1 軸的作用軸的主要作用是支承回轉(zhuǎn)零件及傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。按照軸的承受載荷不同，軸可分為轉(zhuǎn)軸、心軸和傳動(dòng)軸三類(lèi)。工作中既承受彎矩又承受扭矩的軸成為轉(zhuǎn)軸，只承受彎矩的軸稱為心軸，只承受扭矩而不承受彎矩的軸稱為傳動(dòng)軸。1.2 軸的工藝分析該軸主要采用40Cr 鋼能承受一定的載荷與沖擊。此軸為階梯軸類(lèi)零件，尺寸精度，形位精度要求均較高。 21， 22.5 ， 24， 22.55 為主要配合面，精度均要求較高，需通過(guò)磨削得到。軸線直線度為 0.01 ，兩鍵槽有同軸度要求。在加工過(guò)程中須嚴(yán)格控制。（1）該軸采用合金結(jié)構(gòu)鋼 40Cr，中等精度，轉(zhuǎn)速較高。經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后具有良好的綜合力學(xué)性能，

2、具有較高的強(qiáng)度、較好的韌性和塑性。（2）該軸為階梯軸，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度中等，其有多個(gè)過(guò)渡臺(tái)階，根據(jù)表面粗糙度要求和生產(chǎn)類(lèi)型，表面加工分為粗加工、半精加工和精加工。加工時(shí)應(yīng)把精加工、半精加工和粗加工分開(kāi)，這樣經(jīng)多次加工以后逐漸減少了零件的變形誤差。（3）零件毛坯采用模鍛，鍛造后安排正火處理。（4）該軸的加工以車(chē)削為主，車(chē)削時(shí)應(yīng)保證外圓的同軸度。（5）在精車(chē)前安排了熱處理工藝，以提高軸的疲勞強(qiáng)度和保證零件的內(nèi)應(yīng)力減少，穩(wěn)定尺寸、減少零件變形。并能保證工件變形之后能在半精車(chē)時(shí)糾正。（6）同一軸心線上各軸孔的同軸度誤差會(huì)導(dǎo)致軸承裝置時(shí)歪斜，影響軸的同軸度和軸承的使用壽命。在兩端面鉆中心孔進(jìn)行固定裝夾可以

3、有效防止徑向圓跳動(dòng)、保證其同軸度。零件圖如下軸的各表面粗糙度、公差及偏差見(jiàn)表一尺寸及偏差加工表面（ mm）軸段 122.5 00.00550055軸段 2240.0120.001軸段 2端面軸段 330軸段 3端面軸段 422.5 00.00550055軸段 4端面軸段 5021 - 0.01鍵槽 2700.03鍵槽 5700.03公差及精度表面粗糙度形位公差等級(jí)Ra（ m）IT61.6軸線直線度為0.01IT81.6軸線直線度為0.013.2未注12.5軸線直線度為0.013.2IT61.6軸線直線度為0.013.2未注1.6軸線直線度為0.01IT73.2IT73.2表一二、工藝規(guī)程設(shè)計(jì)2

4、.1 確定毛坯的制造形式階梯軸材料為40Cr 鋼，要求強(qiáng)度較高，且工件的形狀比較簡(jiǎn)單，毛坯精度低，加工余量大，因年產(chǎn)5000 件，所以達(dá)到批量生產(chǎn)水平。綜上考慮，采用鍛件，其鍛造方法為模鍛，毛坯的尺寸精度要求為IT12 以下。2.2定位基準(zhǔn)的選擇正確的選擇定位基準(zhǔn)是設(shè)計(jì)工藝過(guò)程中的一項(xiàng)重要的內(nèi)容，也是保證加工精度的關(guān)鍵，定位基準(zhǔn)分為精基準(zhǔn)和粗基準(zhǔn)，以下為定位基準(zhǔn)的選擇。粗基準(zhǔn)的選擇。（ 1） 粗基準(zhǔn)的選擇應(yīng)能保證加工面與非加工面之間的位置精度，合理分配各加工面的余量，為后續(xù)工序提供精基準(zhǔn)。所以為了便于定位、裝夾和加工，可選軸的外圓表面為定位基準(zhǔn)，或用外圓表面和頂尖孔共同作為定位基準(zhǔn)。用外圓表面

5、定位時(shí)，因基準(zhǔn)面加工和工作裝夾都比較方便，一般用卡盤(pán)裝夾。為了保證重要表面的粗加工余量小而均勻，應(yīng)選該表面為粗基準(zhǔn)，并且要保證工件加工面與其他不加工表面之間的位置精度。按照粗基準(zhǔn)的選擇原則，選擇次要加工表面為粗基準(zhǔn)。又考慮到階梯軸的工藝特點(diǎn)，所以選擇30 的外圓及一端面為粗基準(zhǔn)。（ 2）精基準(zhǔn)的選擇根據(jù)軸的技術(shù)要求，軸的中心線為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，也是測(cè)量基準(zhǔn)，按照基準(zhǔn)重合原則及加工要求，應(yīng)選軸心線及一端面為精基準(zhǔn)，其他各面都能以此為定位，從而也體現(xiàn)了基準(zhǔn)統(tǒng)一的原則。2.3擬定軸的工藝路線零件表面加工方法的選擇本零件的加工面有外圓、端面、鍵槽等，材料為40Cr，參考有關(guān)資料，加工方法選擇如下：30 外圓

6、面：為未注公差尺寸，表面粗糙度為Ra12.5m，需進(jìn)行粗車(chē)、半精車(chē)。24車(chē)。0.0120.001外圓面：公差等級(jí)為IT8 ，表面粗糙度為Ra1.6m，需進(jìn)行粗車(chē)、半精車(chē)、精22.5 00.00550055 外圓面：公差等級(jí)為IT6 ，表面粗糙度為 Ra1.6m需進(jìn)行粗車(chē)、半精車(chē)、精車(chē)、粗磨、精磨。端面：本零件端面為回轉(zhuǎn)體端面，尺寸精度都要求不高，表面粗糙度為Ra3.2m，需進(jìn)行粗車(chē)、半精車(chē)。鍵槽：槽寬公差等級(jí)為IT7 ，槽深公差等級(jí)未注，表面粗糙度為Ra3.2m，需采用三面刃銑刀，粗銑、半精銑工藝順序的安排（一）機(jī)械加工工序（ 1）遵循先基準(zhǔn)平面后其他的原則：機(jī)械加工工藝安排是總是先加工好定位

7、基準(zhǔn)面，所以應(yīng)先安排為后續(xù)工序準(zhǔn)備好定為基準(zhǔn)。先加工精基準(zhǔn)面，鉆中心孔及車(chē)表面的外圓。（2）遵循先粗后精的原則：先安排粗加工工序，后安排精加工工序。先安排精度要求較高的各主要表面，后安排精加工。（3）遵循先主后次的原則 : 先加工主要表面，如車(chē)外圓各個(gè)表面，端面等。后加工次要表面，如銑鍵槽等。（4）遵循外后內(nèi)，先大后小原則：先加工外圓再以外圓定位加工內(nèi)孔，加工階梯外圓時(shí)先加工直徑較大的后加工直徑小的外圓。（5）次要表面的加工：鍵槽等次要表面的加工通常安排在外圓精車(chē)或粗磨之后，精磨外圓之前。（6）對(duì)于軸右端及中間軸段22.5 00.00550055 加工質(zhì)量要求較高的表面，安排在后面，并在前幾道

8、工序中注意形位公差，在加工過(guò)程中不斷調(diào)整、保證其形位公差。（7）按照先面后孔的原則：先加工端面，再銑鍵槽。（二）熱處理工序的安排在切削加工前宜安排正火處理，能提高改善軸的硬度，消除毛坯的內(nèi)應(yīng)力，改善其切削性能。在粗加工后進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，能提高軸的綜合性能。最終熱處理安排在半精車(chē)之后磨削加工之前。其能提高材料強(qiáng)度、表面硬度和耐磨性。在精加工之前安排表面淬火，這樣可以糾正因淬火引起的局部變形，提高表面耐磨性。（三）輔助工序的安排在粗加工和熱處理后，安排校直工序。在半精車(chē)加工之后安排去毛刺和中間檢驗(yàn)工序。在精加工之后安排去毛刺、清洗和終檢工序。綜上所述，該軸的工序安排順序?yàn)椋合铝襄懺祛A(yù)備熱處理。該軸的

9、加工工序 : 車(chē)端面粗車(chē)調(diào)質(zhì)半精車(chē)精車(chē)車(chē)端面銑鍵槽淬火磨外圓精磨檢驗(yàn)。加工階段的劃分該軸精度要求較高，其加工階段可劃分為粗加工、半精加工、精加工階段。1、在粗加工階段，粗車(chē)外圓，以高生產(chǎn)效率去除毛坯余量。2、在半精加工階段，對(duì)外圓進(jìn)行半精車(chē)，銑鍵槽等，減小粗加工中留下的誤差，使加工面達(dá)到一定的精度，為精加工做好準(zhǔn)備。22.5 0.00550.0055 、 30、03、精加工階段，21 - 0.01 外圓面表面粗糙度要求為Ra1.6m，對(duì)其進(jìn)行精車(chē)以達(dá)到要求。而對(duì)于22.5 00.00550055 外圓面其公差等級(jí)為IT6 ，表面粗糙度要求為Ra1.6m安排粗磨、精磨。確定工藝路線根據(jù)以上的加工

10、工藝過(guò)程的分析確定零件的工藝路線如表二工序號(hào)工序名稱工序內(nèi)容10模鍛毛坯鍛造加工20熱處理正火30車(chē)端面車(chē)斷頭及端面保證端面尺寸，鉆中心孔；調(diào)頭車(chē)另一端面，鉆中心孔；粗車(chē)軸段 3 外圓，以其端面為基準(zhǔn)面，依次粗車(chē)軸段1、2 外40粗車(chē)圓；調(diào)頭再以軸段3 右端面為基準(zhǔn)粗車(chē)軸段4、 5；粗車(chē)各退刀槽50熱處理調(diào)質(zhì)以軸段 3 外圓為基準(zhǔn)依次半精車(chē)軸段1、2 外圓；半精車(chē)槽深60 半精車(chē)0.5 的 2 個(gè)；調(diào)頭再以軸段 3 外圓為基準(zhǔn)半精車(chē)軸段 4、5 外圓；半精車(chē)槽深 0.5 。70精車(chē)用調(diào)整法找正以頂尖中心線為基準(zhǔn)精車(chē)軸段1；精車(chē)軸段 2。調(diào)頭精車(chē)軸段4；精車(chē)軸段 5；80車(chē)端面車(chē)端面保持長(zhǎng)122

11、；倒角 1X45 調(diào)頭車(chē)另一端面保持全長(zhǎng)120；倒角 1X45 度，車(chē)槽深 0.390粗銑鍵槽銑兩個(gè)寬為 7 的鍵槽100半精銑鍵半精銑兩個(gè)鍵槽槽110熱處理表面淬火120粗磨粗磨軸段 1；調(diào)頭粗磨軸段 4130精磨精磨軸段 4；調(diào)頭精磨軸段 1140 檢驗(yàn)表二2.4 加工工序的設(shè)計(jì)加工余量的確定加工余量見(jiàn)表三加工表面工序名工序工序尺寸精度等級(jí)稱余量軸段 3粗車(chē)430IT11半精磨0.122.5 （ +0.0055， -IT60.0055 ）軸段 1、4粗磨0.2522.6 （0，-0.018）IT7外圓面精車(chē)0.2522.85 （0，-0.027 ）IT8半精車(chē)2.223.1 （0，-0.0

12、43）IT9粗車(chē)8.725.3 （0，-0.11）IT11精車(chē)0.324（ +0.012 ，+0.001 ）IT8軸段2外圓半精車(chē)1.524.3 （0，-0.043）IT9面粗車(chē)8.225.8 （0，-0.11）IT11精車(chē)0.321(0,-0.01)IT8軸段5外圓半精車(chē)1.521.3(0,-0.043)IT9面粗車(chē)8.222.8(0,-0.011)IT11鍵槽半精銑1.57.5 （0，-0.03 ）IT7粗銑69（0，-0.075 ）IT11表三毛坯尺寸及公差等級(jí)由工藝人員手冊(cè)可查得鍛件單邊余量厚度方向1.5-2mm，取2mm，水平方向?yàn)?.0-2.7mm，取2.5mm.鍛件質(zhì)量小于1kg

13、，長(zhǎng)度等于120mm，取其上偏差 +0.17mm，下偏差 -0.08mm。鍛件厚度尺寸小于40mm，取其上偏差 +0.12mm，下偏差 -0.04mm。 B/H<1, 故取起偏角為5 度。則鍛件毛坯長(zhǎng)度尺寸為124 00.1708 mm，直徑尺寸為 34 00.1204 mm。根據(jù)零件圖各部分的加工精度要求，鍛件的尺寸公差等級(jí)為8-12 級(jí)，加工余量等級(jí)為普通級(jí)，故取IT=12 級(jí)。毛坯圖的繪制根據(jù)零件圖可知該軸各加工表面的粗糙度至少為12.5 m。綜上，鍛件毛坯圖如下所示。2.5 確定切削用量及基本工時(shí)確定切削用量的原則：首先應(yīng)選取盡可能大的背吃刀量，其次在機(jī)床動(dòng)力和剛度允許的條件下，

14、又滿足以加工表面粗糙度的情況下，選取盡可能大的進(jìn)給量。最后根據(jù)公式確定最佳切削速度。1）工序 30，粗車(chē)軸的左右端面該工序?yàn)閮蓚€(gè)工步，工步1 是以左邊定位。粗車(chē)右端面；工步2 是以右邊定位，粗車(chē)左端面。由于這兩個(gè)工步是在一臺(tái)機(jī)床上經(jīng)一次走刀加工完成的，故其選用的切削用量相同。背吃刀量的確定：根據(jù)加工余量，工步1 和工步 2 的背吃刀量都為 0.5mm1 進(jìn)給量的確定：本設(shè)計(jì)采用的是硬質(zhì)合金車(chē)刀，工件材料是40Cr，查表取進(jìn)給量f 0.5mm/r 切削速度的計(jì)算：硬質(zhì)合金車(chē)刀切削40Cr 時(shí)，取切削速度V 為 50m/min，根據(jù)公式 n1000v /d ，可得車(chē)床轉(zhuǎn)速n=1000×

15、50/（× 34 ） r/min=663r/min，查 表CA6140的主軸轉(zhuǎn)速范圍為101400，14001580（r/min），符合要求。2）工序40 粗車(chē)及工序60 半精車(chē) 該工序?yàn)楣げ?1 粗車(chē)和工步 2 半精車(chē)，則背吃刀量依次為ap1=z=8.2mm， ap2=z=2.2mm查表得粗車(chē) f1=0.81mm/r ，取 Vc 為 60m/min，則 n=796r/min半精車(chē)取 f2=0.4mm/r ，Vc 為 90m/min，則 n=1194r/min (n=1000Vc/d)3）工序 40、 60 的過(guò)渡面部分粗車(chē)半精車(chē)尺寸為 30 的軸肩兩端面粗車(chē)軸段 2 與軸段 1 的

16、過(guò)渡端面，其切削用量與上述結(jié)論類(lèi)似，不再計(jì)算4）工序 90、 100 粗銑及半精銑鍵槽粗銑 取 f=2mm/r Vc=60m/min n=118 r/min半精銑取 f=0.8mm/r Vc=74m/min n=200 r/min5）工序 120、130 粗磨、精磨加工軸段1、 4 外圓面查表取粗磨、精磨深度進(jìn)給量為分別為0.032mm， 0.008mm工件的運(yùn)動(dòng)速度為15m/min，18m/min背吃刀量等于磨削余量0.25mm及 0.1mm6）其余工序粗車(chē)加工時(shí)，取 f=0.81mm/r Vc=60m/min 半精車(chē)加工時(shí)，取 f=0.51mm/r Vc=90m/min 精加工時(shí)，取 f=

17、0.2mm/r Vc=120m/min 皆符合要求。三、機(jī)床設(shè)備的選用3.1 各工序所用機(jī)床、夾具、刀具、量具和輔具（表四，表五）表四表五3.2 機(jī)床設(shè)備的選用由以上的表四、五，結(jié)合零件軸的生產(chǎn)類(lèi)型為大批量生產(chǎn)，可以選用較高效率的專(zhuān)用機(jī)床和自動(dòng)機(jī)床。根據(jù)該軸尺寸的大小要求，選用數(shù)控車(chē)床CK6140，外圓磨床M1432,銑床 X083。3.3 機(jī)床夾具設(shè)計(jì)1）刀具選擇因?yàn)樵搨鲃?dòng)軸為階梯軸，所以選用90 度角外圓車(chē)刀（車(chē)臺(tái)階）材料為YT15，45°刀（倒角）和切槽刀（切槽）。2）量具選擇因?yàn)樵撦S最大長(zhǎng)度為124，所以選用量程0-200 ，精度 0.05 游標(biāo)卡尺。各工序具體所用工藝設(shè)備見(jiàn)

18、下表工序號(hào)機(jī)床設(shè)備刀具量具10游標(biāo)卡尺2030CK614090°刀游標(biāo)卡尺40CK614090°刀游標(biāo)卡尺5060CK614090°刀游標(biāo)卡尺70CK614090°刀游標(biāo)卡尺80CK614090°刀游標(biāo)卡尺90銑床 X083銑刀游標(biāo)卡尺100銑床 X083銑刀游標(biāo)卡尺110120M1432砂輪130M1432砂輪140游標(biāo)卡尺3）夾具選擇機(jī)床夾具的作用及分類(lèi)： 1 保證加工精度 夾具可準(zhǔn)確確定工件、刀具和機(jī)床之間的相對(duì)位置，可以保證加工精度。 2 提高生產(chǎn)效率 夾具可快速地將工件定位和夾緊，減少輔助時(shí)間。 3 減輕勞動(dòng)強(qiáng)度 采用機(jī)械、氣動(dòng)、液壓

19、等夾緊機(jī)構(gòu)，可以減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。 4 擴(kuò)大機(jī)床的工藝范圍 采用機(jī)床夾具可使機(jī)床的加工范圍擴(kuò)大。機(jī)床夾具按應(yīng)用范圍分為：通用夾具、專(zhuān)用夾具、組合夾具。以工序40 選擇夾具，根據(jù)零件的功用、特點(diǎn)及材料，可選擇三爪卡盤(pán)進(jìn)行零件的夾緊，定位基準(zhǔn)選軸的一個(gè)端面，定位元件選擇浮動(dòng)頂尖即可定位。材料牌號(hào)工序名工序號(hào)稱10模鍛20熱處理30車(chē)端面40粗車(chē)50熱處理60半精車(chē)70精車(chē)80車(chē)端面90粗銑槽100半精銑槽110熱處理120粗磨130精磨140檢驗(yàn)機(jī)械加工工藝過(guò)程卡產(chǎn)品型零件圖號(hào)號(hào)片產(chǎn)品名階梯軸零件名共1頁(yè)第1頁(yè)稱稱階梯軸Cr40毛坯種類(lèi)鍛件毛坯外形124x 34每毛坯件數(shù)1每 臺(tái) 件1尺寸數(shù)工

20、序 內(nèi)容車(chē)間 工段設(shè) 備工藝裝備工時(shí)準(zhǔn)終單件毛坯鍛造加工游標(biāo)卡尺正火車(chē)端面鉆中心孔，掉頭另一端鉆中心孔CK614090 o游標(biāo)卡尺粗車(chē)軸段3 外圓，以其端面為基準(zhǔn)面，依90 o 游標(biāo)卡尺次粗車(chē)軸段 1、2外圓；調(diào)頭再以軸段3 右CK6140端面為基準(zhǔn)粗車(chē)軸段 4、5；粗車(chē)各退刀槽調(diào)質(zhì)以軸段 3外圓為基準(zhǔn)依次半精車(chē)軸段1、2外圓；半精車(chē)槽深0.5 的 2 個(gè)；調(diào)頭再以CK614090 o 游標(biāo)卡尺軸段 3 外圓為基準(zhǔn)半精車(chē)軸段4、 5外圓；半精車(chē)槽深 0.5 。用調(diào)整法找正以頂尖中心線為基準(zhǔn)精車(chē)軸段 1；精車(chē)軸段2。調(diào)頭精車(chē)軸段 4；精車(chē)CK614090 o 游標(biāo)卡尺軸段 5；車(chē)端面保持長(zhǎng) 12

21、2；倒角1X45 調(diào)頭車(chē)另90 o 游標(biāo)卡尺一端面保持全長(zhǎng)120；倒角1X45 度，車(chē)槽CK6140深 0.3銑兩個(gè)寬為 7 的鍵槽銑床 X083銑刀 游標(biāo)卡尺半精銑兩個(gè)鍵槽銑床 X083銑刀 游標(biāo)卡尺表面淬火粗磨軸段1；調(diào)頭粗磨軸段 4M1432精磨軸段4；調(diào)頭精磨軸段 1M1432游標(biāo)卡尺設(shè)計(jì)（日 期）校對(duì)（日期）審核（日期）標(biāo)準(zhǔn)化（日會(huì)簽（日期）期）處更改文日期標(biāo)記簽字?jǐn)?shù)件號(hào)機(jī)械加工工序卡片產(chǎn)品型號(hào)零件圖號(hào)產(chǎn)品名稱階梯軸零件名稱階梯軸共1頁(yè)第1頁(yè)工步工步內(nèi)容號(hào)10粗車(chē)軸段3， Ra=12.5 um20粗車(chē)軸段 1、2， Ra=1.6 um30粗車(chē)軸段4、5，Ra=1.6 um4050標(biāo)記處更改簽字日期標(biāo)處數(shù)數(shù)文件記車(chē)間工序號(hào)工序名稱材料牌號(hào)40粗車(chē)cr40毛坯種