模塊四 軸類零件機械加工工藝編制

模塊四軸類零件機械加工工藝編制任務１分析軸類零件的技術資料任務２確定軸類零件的生產(chǎn)類型任務３確定軸類零件的毛坯類型及其制造方法任務４選擇軸類零件的定位基準和加工裝備任務５擬定軸類零件的工藝路線任務６設計軸類零件的加工工序任務７填寫軸類零件的機械加工工藝文件任務１分析軸類零件的技術資料教學目標能看懂軸類零件的零件圖和裝配圖。明確軸類零件在產(chǎn)品中的作用，找出其主要技術要求。確定軸類零件的加工關鍵表面。任務引入通過分析傳動軸的技術資料，能看懂傳動軸的零件圖和裝配圖，明確傳動軸在產(chǎn)品中的作用，找出其主要技術要求，確定傳動軸的加工關鍵表面，從而學習軸類零件技術資料的分析方法。下一頁返回任務１分析軸類零件的技術資料相關知識一、軸類零件的功用軸類零件主要用于支承傳動零部件（齒輪、帶輪等），傳遞扭矩和承受載荷以及保證裝在軸上零件的回轉(zhuǎn)精度等。根據(jù)結構形狀的不同，軸類零件可分為光軸、階梯軸、空心軸和異形軸等，如

圖４-３所示。二、軸類零件的結構特點常見軸類零件的基本形狀是階梯狀的回轉(zhuǎn)體，其長度大于直徑，主體由多段不同直徑的回轉(zhuǎn)體組成。軸上一般有軸頸、軸肩、鍵槽、螺紋、擋圈槽、銷孔、內(nèi)孔、螺紋孔等要素，以及中心孔、退刀槽、倒角、圓角等機械加工工藝結構。下一頁上一頁返回圖４-１傳動軸零件圖返回任務１分析軸類零件的技術資料三、軸類零件的材料軸類零件的制造材料一般多為碳鋼，其中４５號優(yōu)質(zhì)碳素鋼最常用。不重要或受力較小的軸，可采用Ｑ２３５-Ａ等普通碳素鋼。外形復雜的軸一般采用高強度鑄鐵或球墨鑄鐵。任務實施一、看懂傳動軸的結構形狀（１）如圖４-１，零件圖采用了主視圖和移出斷面圖表達其形狀結構。從主視圖可以看出，主體由四段不同直徑的回轉(zhuǎn)體組成，有軸頸、軸肩、鍵槽、擋圈槽、倒角、圓角等結構，由此可以想象出傳動軸的結構形狀，如圖４-４所示。上一頁返回任務２確定軸類零件的生產(chǎn)類型教學目標掌握軸類零件生產(chǎn)綱領的計算方法。掌握軸類零件生產(chǎn)類型及其工藝特征的確定方法。任務引入通過計算傳動軸的生產(chǎn)綱領、確定傳動軸的生產(chǎn)類型及其工藝特征圖，學習軸類零件生產(chǎn)綱領的計算方法、生產(chǎn)類型及其工藝特征的確定方法。下一頁返回任務２確定軸類零件的生產(chǎn)類型相關知識一、產(chǎn)品的生產(chǎn)綱領（１）產(chǎn)品的生產(chǎn)綱領是指企業(yè)在一年的計劃期內(nèi)應當生產(chǎn)的產(chǎn)品產(chǎn)量和進度計劃。零件的生產(chǎn)綱領是指該零件（包括備品和廢品在內(nèi)）的年生產(chǎn)總量。（２）零件的產(chǎn)量和產(chǎn)品的產(chǎn)量不一定相同。每臺產(chǎn)品中相同零件的數(shù)量可能不止一件，所以在中批生產(chǎn)產(chǎn)品的企業(yè)，也有可能有大批生產(chǎn)零件的車間。（３）零件的生產(chǎn)綱領按下式計算：下一頁上一頁返回任務２確定軸類零件的生產(chǎn)類型（４）零件生產(chǎn)類型的確定，主要取決于產(chǎn)品的生產(chǎn)綱領，但也要考慮零件質(zhì)量的大小和結構的復雜程度。輕型和重型的零件、結構簡單和結構復雜的零件，它們的加工難度和工藝技術都有很大差別。（５）不同生產(chǎn)類型的零件，其加工過程、加工設備和工藝裝備等都有很大差別。各種機加工生產(chǎn)類型的生產(chǎn)綱領及工藝特點見附表２《機加工工作各種生產(chǎn)類型的生產(chǎn)綱領及工藝特點》。下一頁上一頁返回任務２確定軸類零件的生產(chǎn)類型二、各種生產(chǎn)類型的工藝特征（１）各種生產(chǎn)類型具有不同的工藝特征。成批生產(chǎn)的覆蓋面比較大，其特征比較分散。其中，小批生產(chǎn)接近于單件生產(chǎn)，大批生產(chǎn)接近于大量生產(chǎn)，所以通常按照單件小批生產(chǎn)、中批生產(chǎn)和大批大量生產(chǎn)來劃分生產(chǎn)類型。各種生產(chǎn)類型下的工藝特點見附錄中的附表２和附表３。（２）隨著科學技術的發(fā)展和市場需求的變化，生產(chǎn)類型的劃分正在發(fā)生深刻的變化，傳統(tǒng)的大批大量生產(chǎn)，往往不能很好地適應市場對產(chǎn)品及時更新?lián)Q代的需要，多品種的中、小批量生產(chǎn)的比重逐漸上升，需要大量應用成組技術和現(xiàn)代制造技術。下一頁上一頁返回任務２確定軸類零件的生產(chǎn)類型任務實施一、計算傳動軸的生產(chǎn)綱領根據(jù)任務書知：（１）產(chǎn)品的生產(chǎn)綱領Ｑ＝１５０臺／年；（２）每臺產(chǎn)品中傳動軸的數(shù)量ｎ＝１件／臺；（３）傳動軸的備品百分率ａ＝５％；（４）傳動軸的廢品百分率ｂ＝０.５％；傳動軸的生產(chǎn)綱領計算如下：下一頁上一頁返回任務２確定軸類零件的生產(chǎn)類型二、確定傳動軸的生產(chǎn)類型及其工藝特征傳動軸屬于中型機械類零件。根據(jù)生產(chǎn)綱領（１５８件／年）及零件類型（中型機械），由附表２《機加工工作各種生產(chǎn)類型的生產(chǎn)綱領及工藝特點》可查出，傳動軸的生產(chǎn)類型為小批生產(chǎn)，工藝特征見表４-２。上一頁返回任務３確定軸類零件的毛坯類型及其制造方法教學目標掌握軸類零件毛坯的類型及其制造方法的選擇。掌握軸類零件毛坯的機械加工余量的估算方法。掌握軸類零件的毛坯簡圖的繪制方法。任務引入通過選擇傳動軸毛坯的類型及其制造方法，估算傳動軸毛坯的機械加工余量、繪制傳動軸的毛坯簡圖，學習軸類零件毛坯的類型及其制造方法的選擇，以及軸類零件毛坯的機械加工余量的估算方法、毛坯簡圖的繪制方法。下一頁返回任務３確定軸類零件的毛坯類型及其制造方法相關知識（１）毛坯的種類和制造方法主要與零件的使用要求和生產(chǎn)類型有關。（２）軸類零件最常用的毛坯是鍛件與圓棒料，只有結構復雜的大型軸類零件（如曲軸）才采用鑄件。（３）鍛造后的毛坯，能改善金屬的內(nèi)部組織，提高其抗拉、抗彎等機械性能。同時，因鍛件的形狀和尺寸與零件相近，因此可以節(jié)約材料，減少切削加工的勞動量，降低生產(chǎn)成本。所以比較重要的軸或直徑相差較大的階梯軸時，大都采用鍛件。下一頁上一頁返回任務３確定軸類零件的毛坯類型及其制造方法（４）對不重要的光軸或直徑相差不大的階梯軸，一般以圓棒料為主。（５）鍛件的制造方法有自由鍛、模鍛等。不同的毛坯制造方法，其生產(chǎn)率和成本都不相同。在選擇鍛件的制造方法時，并非是制造精度越高就越好，而是需要綜合考慮機械加工成本和毛坯制造成本，以達到零件制造總成本最低的目的。（６）當生產(chǎn)批量較小、毛坯精度要求較低時，鍛件一般采用自由鍛造法生產(chǎn)。由于不用制造鍛造模型，使用工具簡單、通用性較大，生產(chǎn)準備周期短，靈活性大，所以應用較為廣泛，特別適用于單件和小批生產(chǎn)。（７）當生產(chǎn)批量較大、毛坯精度要求較高時，鍛件一般采用模鍛法生產(chǎn)。模鍛鍛件尺寸準確，加工余量小，生產(chǎn)率高。因需配備鍛模和相應的模鍛設備，一次性投入費用較高，所以適用于較大批量的生產(chǎn)，而且生產(chǎn)批量越大，成本就越低。下一頁上一頁返回任務３確定軸類零件的毛坯類型及其制造方法任務實施一、選擇傳動軸毛坯類型及其制造方法根據(jù)傳動軸的制造材料（４５鋼），查附表５《常用毛坯類型》可確定，毛坯類型可采用型材或鍛件，傳動軸毛坯選用鍛件，而采用自由鍛造法來制造。二、繪制傳動軸毛坯簡圖１確定傳動軸毛坯的余量根據(jù)附表８《自由鍛件機械加工余量計算公式》中階梯軸的自由鍛造機械加工余量計算公式（Ｄ＜６５ｍｍ時，按６５ｍｍ計算，Ｌ＜３００ｍｍ時，按３００ｍｍ計算），傳動軸鍛件余量計算如下：下一頁上一頁返回任務３確定軸類零件的毛坯類型及其制造方法傳動軸毛坯的余量取整數(shù)７ｍｍ。２繪制傳動軸毛坯簡圖傳動軸毛坯簡圖的繪制方法和步驟如表４-３。上一頁返回表４-３傳動軸毛坯簡圖的繪制方法

和步驟返回任務４選擇軸類零件的定位基準和

加工裝備教學目標掌握軸類零件的精基準和夾緊方案的選擇的方法。掌握軸類零件的粗基準和夾緊方案的選擇的方法。掌握傳動軸加工裝備的選擇方法。相關知識下一頁返回任務４選擇軸類零件的定位基準和

加工裝備一、軸類零件精基準的選擇（１）零件已加工的表面作為定位基準，這種基準稱為精基準。合理地選擇定位精基準是保證零件加工精度的關鍵。（２）選擇精基準應先根據(jù)零件關鍵表面的加工精度（尤其是有位置精度要求的表面），同時還要考慮所選基準的裝夾是否穩(wěn)定可靠、操作方便。（３）選定精基準所用的夾具結構是否簡單。下一頁上一頁返回任務４選擇軸類零件的定位基準和

加工裝備（４）精基準的選擇原則：①基準重合原則。盡量選擇設計基準作為精基準，避免基準不重合而引起的定位誤差。②基準統(tǒng)一原則。盡量選擇多個加工表面共享的定位基準面作為精基準，以保證各加工面的相互位置精度，避免誤差，簡化夾具的設計和制造。③自為基準原則。精加工或光整加工工序應盡量選擇加工表面本身作為精基準，該表面與其他表面的位置精度則由先行工序保證。④互為基準原則。當兩個表面相互位置精度以及各自的形狀和尺寸精度都要求很高時，可以采取互為基準原則，反復多次地進行加工。下一頁上一頁返回任務４選擇軸類零件的定位基準和

加工裝備（５）在選擇基準時不能同時遵循各選擇原則（甚至相互矛盾）時，應根據(jù)具體情況具體分析，以保證關鍵表面為主，兼顧次要表面的加工精度。（６）軸類零件的精基準：①軸類零件的加工，多以軸兩端的中心孔作為定位精基準。因為軸的設計基準是中心線，這樣既符合基準重合原則，又符合基準統(tǒng)一原則，還能在一次裝夾中最大限度地完成多個外圓及端面的加工，易于保證各軸頸間的同軸度以及端面的垂直度。②當不能用兩端中心孔定位（如帶內(nèi)孔的軸）時，可采用外圓表面或外圓表面和一端孔口作為精基準。下一頁上一頁返回任務４選擇軸類零件的定位基準和

加工裝備二、軸類零件粗基準的選擇（１）以毛坯表面作為定位基準，稱為粗基準。（２）粗基準選擇要考慮下列原則：①選用的粗基準必須便于加工精基準，以盡快獲得精基準。②粗基準應選用面積較大，平整光潔，無澆口、冒口、飛邊等缺陷的表面，這樣工件的定位才穩(wěn)定可靠。③當有多個不加工表面時，應選擇與加工表面位置精度要求較高的表面作為粗基準。下一頁上一頁返回任務４選擇軸類零件的定位基準和

加工裝備④當工件的加工表面與某不加工表面之間有相互位置精度要求時，應選擇該不加工表面作為粗基準。⑤當工件的某重要表面要求加工余量均勻時，應選擇該表面作為粗基準。⑥粗基準在同一尺寸方向上應只使用一次。（３）軸類零件的粗加工，可選擇外圓表面作為定位粗基準，以此定位加工兩端面和中心孔，為后續(xù)工序準備精基準。下一頁上一頁返回任務４選擇軸類零件的定位基準和

加工裝備三、軸類零件加工裝備的選擇１機床夾具的分類（１）通用夾具：指尺寸已經(jīng)系列化、形狀已經(jīng)標準化、無需調(diào)整或稍加調(diào)整就可用于裝夾不同工件的夾具，如三爪自定心卡盤、四爪單動卡盤、平口鉗、回轉(zhuǎn)工作臺、分度頭、電磁吸盤、中心架、跟刀架和頂尖等。這類夾具一般由機床制造廠以機床附件的形式提供給用戶，也可在市場采購或向?qū)I(yè)制造廠定購。其最大特點是通用性好，生產(chǎn)準備周期短，但定位夾緊過程費時費力，一般效率較低，所以主要用于單件、小批量生產(chǎn)。下一頁上一頁返回任務４選擇軸類零件的定位基準和

加工裝備（２）專用夾具：專門為某一工件的一道工序加工而設計制造的夾具。其結構緊湊，操作方便，生產(chǎn)效率高。主要用于產(chǎn)品固定的大批大量生產(chǎn)，但設計、制造的費用高，周期長。（３）組合夾具：是指由一套大部分通用的元件和部件組合而成的夾具。這種夾具進行拆卸或重新組裝后，可加工不同的工件，具有生產(chǎn)周期短、專用夾具的品種和數(shù)量少的優(yōu)點。適用于新產(chǎn)品的試制及多品種、小批量的生產(chǎn)。２.車床常用夾具及夾緊方法車床常用夾具及夾緊方法見表４-４。下一頁上一頁返回表４-４常用的車削裝夾方法返回下一頁任務４選擇軸類零件的定位基準和

加工裝備３車床常用夾具的特點工件的裝夾方法大體上可分為卡盤裝夾、頂尖裝夾、傳動軸裝夾三種。（１）卡盤裝夾卡盤的種類主要有三爪自定心卡盤、四爪單動卡盤和花盤等。①三爪自定心卡盤。圖４-６所示的三爪自定心卡盤能自動定心，裝夾方便，應用廣泛。但它的夾緊力較小，且不便于夾持外形不規(guī)則的工件。主要適用于裝夾軸類、盤套類零件。下一頁上一頁返回圖４-６三爪自定心卡盤返回任務４選擇軸類零件的定位基準和

加工裝備（２）頂尖裝夾雙頂尖裝夾見表４-４，適于較長的軸類工件（４＜長徑比＜１５）。加工細長軸（長徑比＞１５）時，為減小工件振動和彎曲變形，常用跟刀架或中心架作輔助支承，以增加工件的剛性，表４-４所示為最常用的車削裝夾方法。（３）傳動軸裝夾對于以孔為定位基準的盤套類工件，可采用傳動軸裝夾，因其易于保證外圓、端面和內(nèi)孔之間的位置精度，圖４-９所示，為常用的圓柱傳動軸和花鍵傳動軸。下一頁上一頁返回任務４選擇軸類零件的定位基準和

加工裝備任務實施一、選擇傳動軸的精基準和夾緊方案根據(jù)基準重合原則，考慮選擇傳動軸的軸線作為定位精基準是最理想的，即采用兩端中心孔作為精基準，如圖４-１０所示。二、選擇傳動軸的粗基準和夾緊方案選擇毛坯φ５１外圓作為粗基準，能方便地加工兩端面和中心孔，可以盡快獲得精基準，如圖４-１１所示。下一頁上一頁返回圖４-１１傳動軸粗基準返回圖４-９圓柱傳動軸和花鍵傳動軸返回任務４選擇軸類零件的定位基準和

加工裝備三、選擇傳動軸的加工裝備根據(jù)傳動軸的工藝特性，加工設備采用通用機床，即普通車床、立式銑床、萬能磨床。工藝裝備采用通用夾具（三爪卡盤及頂尖）、通用刀具（標準車刀、鍵槽銑刀、砂輪等）、通用量具（游標卡尺、外徑千分尺等）。上一頁返回任務５擬定軸類零件的工藝路線教學目標掌握選擇軸類零件各表面的加工方法。掌握初步擬定軸類零件機械加工工藝路線的方法。任務引入通過選擇傳動軸表面的加工方法以及初步確定傳動軸機械加工工藝路線，學習選擇軸類零件的加工方法，以及軸類零件機械加工工藝路線的擬定方法。下一頁返回任務５擬定軸類零件的工藝路線相關知識一、軸類零件表面常用的加工方法１軸類零件外圓的加工方法（１）車削加工車削加工是軸類零件外圓的主要加工方法。根據(jù)生產(chǎn)批量不同，可在臥式車床、多刀半自動車床或仿形車床上進行。軸類零件外圓車削的工藝范圍很廣，根據(jù)毛坯的類型、制造精度以及軸的最終精度要求不同，可采用粗車、半精車、精車和細車等不同的加工階段。下一頁上一頁返回任務５擬定軸類零件的工藝路線（２）磨削加工磨削加工是軸類零件外圓精加工的主要方法。它既能加工淬火零件，也能加工非淬火零件。通過磨削加工能有效地提高軸類零件，尤其是淬硬件的加工質(zhì)量。磨削加工可以達到的經(jīng)濟精度為ＩＴ６級，表面粗糙度Ｒａ可達到０.３２μｍ～１.２５μｍ。根據(jù)不同的精度和表面質(zhì)量要求，磨削可分為粗磨、精磨、細磨和鏡面磨削等。下一頁上一頁返回任務５擬定軸類零件的工藝路線２軸類零件鍵槽的加工方法鍵槽是軸類零件上常見的結構，其中以普通平鍵應用最為廣泛，通常在普通立式銑床上用鍵槽銑刀加工。鍵槽一般都放在外圓精車或粗磨之后、精加工之前進行。如果安排在精車之前銑鍵槽，在精車時由于斷續(xù)切削而產(chǎn)生振動，既影響加工質(zhì)量，又容易損壞刀具。另一方面，鍵槽的尺寸也較難控制。如果安排在主要表面的精加工之后，則會破壞主要表面的已有精度。下一頁上一頁返回任務５擬定軸類零件的工藝路線二、加工階段的劃分（１）加工階段按加工性質(zhì)和作用的不同可分為粗加工、半精加工和精加工三個階段。（２）劃分加工階段的作用①避免加工殘余應力釋放過程中引起工件的變形。②避免粗加工時較大的夾緊力和切削力所引起的變形對精加工的影響。③及時發(fā)現(xiàn)毛坯的缺陷，避免不必要的損失。④便于精密機床長期保持精度。⑤熱處理工序的安排要求。下一頁上一頁返回任務５擬定軸類零件的工藝路線三、切削加工順序的安排原則（１）按“先基面、后其他”的順序，先加工基準表面，后加工其他表面。（２）按“先主后次、先粗后精”的原則，先加工主要表面（指裝配基面、工作表面等），后加工次要表面（指沉孔、螺孔等），先安排粗加工工序，后安排半精加工、精加工工序。（３）對于與主要表面有位置要求的次要表面，應安排在主要表面加工之后再加工。（４）除各工序操作者自檢外，零件全部加工結束之后應單獨安排檢驗工序。下一頁上一頁返回任務５擬定軸類零件的工藝路線四、中心孔的應用與加工（１）中心孔的形式與應用范圍見附表２２《常見中心孔形式與應用范圍》，選用按附表２３《中心孔的尺寸及其選用》。（２）車床上常用加工中心孔的方法見附表２４《車床上常用加工中心孔的方法》。（３）兩端中心孔（或兩端孔口６０°倒角）作為工件車削和磨削加工的定位基準，其誤差會直接影響工件的加工精度。中心孔誤差如圖４-１２所示。（４）中心孔在使用過程中的磨損及熱處理后產(chǎn)生的變形都會影響加工精度。因此，在熱處理之后、精加工之前，應安排研修中心孔工序，以消除誤差。中心孔的研修方法如圖４-１３和表４-５所示。下一頁上一頁返回表４-５中心孔的研修方法返回圖４-１３中心孔研修返回任務５擬定軸類零件的工藝路線任務實施一、確定各表面的加工方法根據(jù)加工表面的精度和表面粗糙度要求，查附表１０《外圓表面加工方案》可得各加工表面的加工方案，詳見表４-６。下一頁上一頁返回表４-６各加工表面的加工方案返回任務５擬定軸類零件的工藝路線二、初步擬定傳動軸機械加工工藝路線１劃分加工階段根據(jù)以上相關知識和分析可知，傳動軸主要表面的加工可劃分為粗加工、半精加工和精加工三個階段。２安排加工順序根據(jù)機械加工的安排原則，先安排基準和主要表面的粗加工，然后再安排基準和主要表面的精加工。先以φ５１作為基準粗加工兩端中心孔（精基準），加工兩端中心孔前需車平兩端面。３初步擬定工藝路線上一頁返回任務６設計軸類零件的加工工序教學目標掌握軸類零件工序加工余量及尺寸的確定方法。掌握軸類零件工序加工時定額的計算方法。任務引入通過具體確定傳動軸各工序加工余量及工序尺寸，來計算傳動軸各工序工時的定額，學習軸類零件工序尺寸及其公差的確定方法，以及工時定額的計算方法。相關知識一、時間定額的概念

時間定額是在一定的生產(chǎn)條件下，規(guī)定生產(chǎn)一件產(chǎn)品或完成一道工序所消耗的時間。時間定額是安排作業(yè)計劃、進行成本核算、確定設備數(shù)量和人員編制、規(guī)劃生產(chǎn)面積的重要依據(jù)。下一頁返回任務６設計軸類零件的加工工序二、時間定額及其組成時間定額由以下幾部分組成。１基本時間直接改變生產(chǎn)對象的尺寸、形狀、性能和相對位置關系的時間。２輔助時間為配合基本加工工作完成各種輔助動作所消耗的時間。確定輔助時間的方法與零件生產(chǎn)類型有關?；緯r間與輔助時間的總和稱為作業(yè)時間。３布置工作地時間為使加工正常進行，照管工作地所消耗的時間，稱為布置工作地時間，又稱工作地點服務時間，一般按作業(yè)時間的２％～７％估算。下一頁上一頁返回任務６設計軸類零件的加工工序４休息和生理需要的時間

工人在工作班內(nèi)為恢復體力和滿足生理需要所消耗的時間，一般按作業(yè)時間的２％估算。５準備與終結時間工人為生產(chǎn)一批工件而進行準備和結束工作所消耗的時間。三、時間定額的制定方法１經(jīng)驗估算法工時定額員和工人根據(jù)經(jīng)驗對產(chǎn)品工時定額進行估算的一種方法，主要應用于新產(chǎn)品試制。２統(tǒng)計分析法對多人生產(chǎn)同一種產(chǎn)品測出的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，計算出最優(yōu)數(shù)、平均達到數(shù)、平均先進數(shù)，并以平均先進數(shù)為工時定額的一種方法，主要應用于大批、重復生產(chǎn)的產(chǎn)品工時定額的修訂。下一頁上一頁返回任務６設計軸類零件的加工工序３類比法主要于有可比性的系列產(chǎn)品。４技術定額法分為實測法和計算法兩種，是目前最常用的方法。任務實施一、確定傳動軸各工序加工余量及工序尺寸