1、湖南工業大學課程設計資料袋機械工程學院（系、部）年第 1 學期2012 2013 學課程名稱機械制造工藝學指導教師鄧根青 職稱學生姓名王維專業班級 機械設計 1002 學號 題 目軸的設計成 績起止日期2012年12月 28日2013目 錄 清 單序號材料名稱資料數量備注1課程設計任務書12課程設計說明書13課程設計圖紙13張456湖南工業大學課程設計任務書2012 2013學年第一學期機械工程 學院（系、部）機械設計與制造與自動化專業 機設1002 班級課程名稱：機械制造工藝學設計題目：軸的設計完成期限：自2012年 12月28日 至 2013 年 1月13日共_2周內容與任務一、設計的主要

2、技術參數二、設計任務根據零件圖對零件進行工藝分析，編制工藝文件。三、設計工作量 根據零件圖對零件進行工藝分析 計算零件的生產綱領，確定生產類型 確定毛坯的種類和制造方法 確定毛坯的尺寸和公差 擬定加工路線 確實各工序的加工余量，計算工序尺寸和公差 選擇各工序的機床設備與刀具、量具等工藝裝備 確定各工序的切削用量 編制工藝文件進度 安 排起止日期工作內容2012年12月28日2012 年12月30日零件的工藝分析2012 年 12 月 31 日 2013 年 12 月12日工藝規程設計以與制作工藝卡2013 年 12 月 13 日 2013 年 12 月13日整理、排版說明書以與準備答辯參 考

3、資 料【1】王先逵.機械制造工藝學M.北京：機械工業出版社，2006.【2】陳錫渠.金屬切削原理與工具M.北京：北京大學出版社，2006.【3】葛金印.機械制造技術基礎基本常識M.北京：高等教育出版社,2004.【4】馬永杰熱處理工藝方法600種M.北京：化學工業出版社，2008.【5】鄧文英.金屬工藝學M 北京：高等教育出版社，2008.指導教師（簽字）： 年 月系（教研室）主任（簽字）： 年 月日機械制造工藝學課程設計說明書軸的設計起止日期： 2012 年12月28日 至 2013 年丄月 型 日學 生 姓 名王維班級機設1002學號成績指導教師（簽字）機械工程學院2013 年 1 月 1

4、3 日本課程設計是學生在學完機械制造工藝學課程的一個綜合性和實踐 性很強的教學環節，通過課程設計，能綜合運用所學基本理論以與在生產實習中學到的實踐知識進行工藝與結構設計的基本訓練，掌握機械制造過程中的加工方法、加工裝備等基本知識，提高學生分析和解決實際工程問題的能力，為后續課程的學習與今后從事科學研究、工程技術工作打下較 堅實的基礎。本次機械制造工藝學課程設計不僅僅能幫助我們利用已學的知識進行 設計，還培養了我們自己分析，獨立思考的能力。這次綜合性的訓練，我 在以下幾方面得到鍛煉：（1）、運用機械制造工藝學課程中的基本原理以與在生產實習中學到的 實踐知識，正確地解決 一個零件在加工中的定位，夾

5、緊以與工藝路線安 排，工藝尺寸確定等問題，保證零件的加工質量。（1） 提高結構設計能力。 通過設計零件的訓練， 獲得根據被加工零件的 加工要求，設計出高效，省力，經濟合理而能保證加工質量的零件 的能力。（2） 學會使用手冊以與圖表資料。掌握與本設計有關的各種資料的名 稱，出處，能夠做到熟練的運用。就我個人而言， 我希望通過這次課程設計對自己未來將從事的工作進行一次適應性訓練，從中鍛煉自己發現問題，分析問題和解決問題的能 力，為今后參加工作打下良好的基礎。由于個人水平亟待提高， 設計尚有許多不足之處， 懇請老師給予指教， 本人將表示真誠的感謝！目錄第一章 零件的工藝分析6第二章生產綱領的計算與生

6、產類型的確定10第三章確定毛坯、繪制毛坯圖11第四章擬定軸的工藝路線12第五章選擇加工設備與工藝裝備 16第六章加工工序設計17第七章 加工后零件的三維圖 24第八章 參考資料 25第九章 設計小結 26第十章 致謝 27第一章 零件的工藝分析一、軸的用途：軸是組成機器的主要零件之一。 一切作回轉運動的傳動零件 （如齒輪、 蝸桿登），都必須安裝在軸上才能進行運動與動力的傳遞。因此軸的主要 作用是支承回轉零件與傳遞運動和動力。按照軸的承受載荷不同，軸可分 為轉軸、 心軸和傳動軸三類。 工作中既承受彎矩又承受扭矩的軸成為轉軸， 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軸。該軸主要

7、采用 40 鋼能承受一定的載荷與沖擊。此軸為臺階類零件，尺寸精度，形位精度要求均較高。14 ,©15 ,©16為主要配合面，精度 均要求較高，需通過磨削得到。軸線直線度為 ©0.01，兩鍵槽有同軸度要 求。在加工過程中須嚴格控制。二、技術要求：軸通常是由支承軸頸支承在機器的機架或箱體上，實現運動傳遞和動力傳遞的功能。支承軸頸表面的精度與其與軸上傳動件配合表面的位置精 度對軸的工作狀態和精度有直接的影響。其技術要求包括以下內容：1. 尺寸精度軸段 1 ，2，4 ，5 為主要配合面，尺寸精度要求較高。2. 形狀精度該軸公共軸線的直線度公差為0.01。其圓度與圓柱度無特

8、殊要求，但應控制在尺寸公差范圍內。3. 位置精度零件對位置精度要求較低，無特別要求。故可按一般規定普通精 度軸的配合軸徑對支承軸徑的徑向圓跳動取為 0.010.03 。4. 表面粗糙度具有配合要求的各軸頸表面粗糙度為1.6卩m，肩側面表面粗糙度為3.2卩m,鍵槽底面粗糙度要求較低，為3.2卩m,側面為3.2卩m。其余為 12.5 口 m.5. 熱處理 :鍛造后應對毛坯安排正火處理,為消除內應力粗加工之后安排退火處理,為改善材料的力學物理性質半精加工之后,精加工之前 安排調質處理（850 C油淬加520 C持續2小時回火）。零件圖一軸的表面粗糙度、形狀和位置精度要求與表面粗糙度要求見表力口工表面

9、尺寸與偏差（）公差與精度等級表面粗糙度（口 m）形位公差軸段114未注1.6軸線直線度為0.01軸段2呱81.6軸線直線度為0.01軸段2端面3.2軸段320未注12.5軸線直線度為0.01軸段3端面3.2軸段4)-6h1.6軸線直線度為0.01軸段4端面3.2軸段51p1.6軸線直線度為0.01鍵槽2505 0.0573.2鍵槽550J 0.0573.2表三、審查軸的工藝性：1. 結構工藝軸類零件為其長度大于直徑的回轉體類零件，是機器中的主要零件之一。其主要功能是支承傳動件（齒輪、帶輪、離合器等）和傳遞扭矩。本次設計中的軸為階梯軸，其主要表面元素為圓柱面與鍵槽。該軸軸段4與齒輪配合，通過平鍵

10、以傳遞扭矩，軸段2與軸段5與滾動軸承配合,軸段1連接半聯軸器，將扭矩輸出。（零件圖見圖一所示）2. 加工工藝（ 1）該軸采用合金結構鋼 40 ，中等精度，轉速較高。經調質處理 后具有良好的綜合力學性能，具有較高的強度、較好的韌性和塑性。（ 2 ）該軸為階梯軸，其結構復雜程度中等，其有多個過渡臺階， 根據表面粗糙度要求和生產類型，表面加工分為粗加工、半精加工和精加 工。加工時應把精加工、半精加工和粗加工分開，這樣經多次加工以后逐 漸減少了零件的變形誤差。（ 3）零件毛坯采用自由鍛，鍛造后安排正火處理。（ 4）該軸的加工以車削為主，車削時應保證外圓的同軸度。（ 5 ）在精車前安排了熱處理工藝，以提

11、高軸的疲勞強度和保證零 件的內應力減少，穩定尺寸、減少零件變形。并能保證工件變形之后能在 半精車時糾正。（ 6 ）同一軸心線上各軸孔的同軸度誤差會導致軸承裝置時歪斜， 影響軸的同軸度和軸承的使用壽命。在兩端面鉆中心孔進行固定裝夾可以 有效防止徑向圓跳動、保證其同軸度。第二章生產綱領的計算與生產類型的確定機械加工的工藝規程的詳細程度與生產類型有關，不同的生產類型由 產品的生產綱領來區別。1生產類型的確定（1）零件的生產類型是指企業生產專業化程度的分類，它對工藝規程的 制定具有決定性的影響。機械制造的生產類型一般分為大量生產、成批生 產和單件生產，成批生產分為大批生產、中批生產、和小批生產。產量越

12、 大生產專業化程度越高。按重型機械、中型機械、和輕型機械的年生產量 列出了不同的生產類型的規范如表 1表1各種生產類型的規范生產類型零件的年生產綱領/件/年重型機械中型機械輕型機械單件生產<5<20<100小批生產5 10020 200100 500中批生產100 300200 500500 5000大批生產300 1000500 50005000 50000大量生產> 1000> 5000>500002.生產綱領的計算(1 )生產綱領是產品的年生產量。生產綱領的大小對生產組織和零件加 工工藝規程起著很重要的作用，它決定了各工序所需的專業化和自動化的 程度以

13、與所選用的工藝方法和工藝裝備。(2) 零件的生產綱領的計算方式(1+ a%)結合生產實際：零件的備品率a %和零件的平均廢品率(3%分別取4%和 6%，假定產品的年產量 Q要求為200件/年，每臺產品中該零件的數量 為1件/臺。所以綜合以上數據代入上式中得：220件(3) 由零件尺寸可知其屬于輕型零件，生產類型為小批量生產。第三章確定毛坯、繪制毛坯圖一、選擇毛坯：零件材料為40鋼，要求強度較高，且工件的形狀比較簡單，毛坯精度 低，加工余量大，生產類型為單件小批量生產。綜上考慮，采用鍛件，其 鍛造方法為自由鍛，毛坯的尺寸精度要求為12以下。二、確定毛坯的尺寸公差1、毛坯尺寸由工藝人員手冊可查得鍛

14、件單邊余量厚度方向1.5-2，取4，水平方向為2.0-2.7，取2.5.鍛件質量小于1，長度小于120，取其上偏差+0.17，下偏差-0.08。鍛件厚度尺寸小于 40，取其上偏差+0.12，下偏差-0.04<1,故取起偏角為5度。則鍛件毛坯長度尺寸為840.170.08mm直徑尺寸為240.120.04 mm。2、毛坯公差等級根據零件圖各部分的加工精度要求，鍛件的尺寸公差等級為8-12級,加工余量等級為普通級，故取12級。3、零件表面粗糙度根據零件圖可知該軸各加工表面的粗糙度至少為12.5卩m。一、定位基準的選擇正確的選擇定位基準是設計工藝過程中的一項重要的內容，也是保證加工 精度的關鍵

15、，定位基準分為精基準和粗基準，以下為定位基準的選擇。粗基準的選擇(1) 粗基準的選擇應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，為后續工序提供精基準。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，或用外圓表面和頂尖孔共同作為定位基準。用外圓 表面定位時，因基準面加工和工作裝夾都比較方便，一般用卡盤裝夾。為 了保證重要表面的粗加工余量小而均勻，應選該表面為粗基準，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。按照粗基準的選擇原 則，選擇次要加工表面為粗基準。又考慮到階梯軸的工藝特點，所以選擇 ©24的外圓與一端面為粗基準。(2) 精基準的選擇

16、根據軸的技術要求，軸的中心線為設計基準，也是測量基準，按照 基準重合原則與加工要求，應選軸心線與一端面為精基準，其他各面都能 以此為定位，從而也體現了基準統一的原則。二、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40,參考有關資料，加工方法選擇如下20、 14外圓面：為未注公差尺寸，表面粗糙度為1.6 (1 m,需進行粗車、半精車、精車。瘍 1bo55°外圓面：公差等級為8，表面粗糙度為1.6 i m需進行粗車、01 肚0.0055半精車、精車。外圓面：公差等級為 6，表面粗糙度為1.6 im需進行粗 車、半精車、精車、粗磨、精磨。端面：本零件端面為回轉體端面，

17、尺寸精度都要求不高，表面粗糙度 為3.2 口 m,需進行粗車、半精車。m,鍵槽：槽寬公差等級為 乙槽深公差等級未注，表面粗糙度為 3.2卩 需采用三面刃銑刀，粗銑、半精銑三、工藝順序的安排(一) 機械加工工序(1) 遵循先基準平面后其他的原則：機械加工工藝安排是總是先加 工好定位基準面，所以應先安排為后續工序準備好定為基準。先加工精基 準面，鉆中心孔與車表面的外圓。(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，如車外圓各個表面，端 面等。后加工次要表面，如銑鍵槽等。(4) 遵循外后內，

18、先大后小原則：先加工外圓再以外圓定位加工內 孔，加工階梯外圓時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 或粗磨之后，精磨外圓之前。(6) 對于軸右端與中間軸段加工質量要求較高的表 面，安排在后面，并在前幾道工序中注意形位公差，在加工過程中不斷調整、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，消除毛坯的內應力，改善其切削性能。在粗加工后進行調質處理， 能提高軸的綜合性能。 最終熱處理安排在半精車之后磨削加工之前。其能提高材料強度、表面硬 度和耐磨性

19、。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。在半精車加工之后安排去毛刺和中間檢驗工序。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為：下料一一鍛造一一預備熱處理力口工工序:車端面粗車 調質 半精車 精車 車端面一一銑鍵槽一一淬火一一磨外圓一一精磨一一檢驗四、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，粗車外圓，以高生產效率去除毛坯余量。2、在半精加工階段，對外圓進行半精車，銑鍵槽等，減小粗加工中留下的誤差，使加工面達到一定的精度

20、，為精加工做好準備。3、 精加工階段，砲5吧咖、016堆亂、 14外圓面表面粗糙度要求為1.6卩m,對其進行精車以達到要求。而對于外圓面其公差等級為6，表面粗糙度要求為1.6安排粗磨、精磨。五、確定工藝路線根據以上的加工工藝過程的分析確定零件的工藝路線如表三工序號工序名稱工序內容10自由鍛毛坯鍛造加工20熱處理正火30車端面車斷頭與端面保證 端面尺寸，鉆中心孔；調 頭車另一端面，鉆中心 孔；40粗車粗車軸段3外圓，以 其端面為基準面，依次粗 車軸段1、2外圓；調頭 再以軸段3右端面為基 準粗車軸段4、5 ;粗車 各退刀槽50熱處理調質60半精車以軸段3外圓為基準依次半精車軸段 1、2外圓；半精

21、車槽深0.5的2個；調頭再以軸段3外 圓為基準半精車軸段4、5外圓；半精車槽深0.5.70精車用調整法找正以頂尖中心線為基準精車軸段1 ；精車軸段2;調頭精車軸段4;精車軸段5 ；80車端面車端面保持長82 ； 倒角1X45調頭車另一端 面保持全長80 ；倒角1X45度，車槽深0.390粗銑鍵槽銑兩個寬為5的鍵槽100半精銑鍵槽半精銑兩個鍵槽110熱處理表面淬火120粗磨粗磨軸段1 ； 調頭粗磨軸段4130精磨精磨軸段4 ； 調頭精磨軸段1140檢驗表三第五章選擇加工設備與工藝裝備一、機床設備的選用零件軸的生產類型為小批量生產，可以選用較高效率的專用機床和通用機床。根據該軸尺寸的大小要求，選用

22、臥式車床6140，外圓磨床M1412,銑床 X083。二、工藝裝備的選用1）刀具選擇因為該傳動軸為階梯軸，所以選用90度角外圓車刀（車臺階）材料為1545。刀（倒角）和切槽刀（切槽）2）量具選擇因為該軸最大長度為85，所以選用量程0-100，精度0.05游標卡尺。各工序具體所用工藝設備見下表工序號機床設備刀具量具10游標卡尺2030614090。刀游標卡尺40614090。刀游標卡尺5060614090。刀游標卡尺70614090。刀游標卡尺80614090。刀游標卡尺90銑床X083銑刀游標卡尺100銑床X083銑刀游標卡尺110120M1412砂輪130M1412砂輪140游標卡尺表四第六

23、章加工工序設計一、確定工序尺寸（1）對軸段3外圓表面，加工工藝路線僅為粗車，由工序 40組成。 可得粗車余量為4。 取粗車的經濟精度公差等級 11 ，查表可確認其公差 值為0.13。將上面數據填入下表工工加表工尺序名稱序余量（）工經濟精面粗糙度序基本尺寸、公差（）度（）（口 m）寸（）鍛1224I十024 0, 24造粗41112.200020-0, 13車5表五（2）對軸段2外圓表面加工工藝路線為：粗車一一半精車一一精車。由工序40、60、70組成，查表可得工序余量：精車余量為0.3,半精車余量為1.5，修正后的粗車余量為 6.2。總加工余量為8 o計算各項工序尺寸：精車后達到圖紙上的尺寸1

24、 J 1 '',其表面粗糙度為1.6卩m。精車前尺寸：16+0.3=16.3半精車前尺寸：16.3+1.5=17.8粗車前尺寸：17.8+6.2=24按照各工序所得到的經濟精度所對應的值精車的經濟精度公差等級 8，其公差值T1=0.027 o半精車的經濟精度公差等級 9，其公差值T2=0.043 o粗車的經濟精度公差等級為11，其公差值T3=0.11 o將上面的數據填入下表：序名稱工工序余量（）加工經濟精度（）表面粗糙度（口 m）工序基本尺寸（）尺寸、公差（）車精0.381.61616豔；半1.593.216.163 0.043精車3粗6.21112.17.17.8°

25、0.11車58鍛122424°12厶氣0.04造表六用計算法對精車徑向的工序量Z2進行分析：查表Z2=0.3，則半精車的基本尺寸為A2=16+0.3=16.3。半精加工工序的經濟加工精度等級達到9級。確定公差值為0.043,所以A1= （ 16.3 ±0.02 ）。（3）軸段2、5外圓面。其加工路線為粗車一一半精車一一精車粗磨一一精磨。由工序 40、60、70、120、130組成，據查到的加 工余量得精磨余量為0.1，粗磨為0.25，精車為0.25，半精車為2.2，經 修正后的粗車余量為6.2。確定總加工余量為 9。計算各工序尺寸：精磨前：15+0.1 = 15.1粗磨前：

26、15.1+0.25=15.35精車前：15.35+0.25=15.6半精車之前：15.6+2.2=17.8粗車前：17.8+6.2=24按照加工方法能達到的經濟精度給各工序尺寸確定公差，查工藝手冊可知 每道工序的經濟精度所對應的值為:取精磨的經濟精度公差等級為 取粗磨的經濟精度公差等級為 取精磨的經濟精度公差等級為 取半精車的經濟精度公差等級 取粗車的經濟精度公差等級 其數據如下表6，其公差值為T1=0.0117,其公差值為T1=0.0188，其公差值為T1=0.0279，其公差值為T2=0.04311，其公差值為 T3=0.11 。工序名稱工序余量（）加工經濟精度（）表面粗糙度（口 m）工序

27、基本尺寸（）尺寸、公差（）磨精0.161.61515 0.0055磨粗50.271.6115.15.1 0.018車精50.283.23515.15.3500.027半精車2.296.4615.015.6 0.043粗6.21112.17.17.800.11車58鍛造122424黑2表七現用計算法對精磨徑向的工序量進行分析：查表得 Z1=0.1。則粗 磨基本尺寸為A2=15+0.1=15.1 ，粗磨加工工序的經濟加工精度等級為 7 級。可確認其公差值 0.018，故取A1= （ 15.1 ±0.02 ）。（4）對軸段1外圓表面，加工工藝路線為：粗車一一半精車一一 精車。由工序40、6

28、0、70組成。查工藝手冊得各加工余量：精車余量為 0.3，半精車為1.5，經修正后的粗車余量為 8.2。確定總加工余量為10 o精車前：14+0.3=14.3半精車之前：14.3+1.5=15.8粗車前：15.8+8.2=24取精車的經濟精度等級為 8，公差值為T1=0.027 o取半精車的經濟精度等級為9，公差值為T2=0.043 o取粗車的經濟精度等級為11，公差值為T1=0.11 o將以上數據填入表格工工加表工尺序名稱序余量（）工經濟精面粗糙度序基本尺寸、公差（）度（）（口 m）寸（）精0.361.6140114-0. 05車半精車1.583.214.3143 0.027粗車8.2111

29、2.515.815 8 0.043鍛造122424 0.04表八（5 ）對于鍵槽，可確定工藝路線：粗銑一一半精銑。查工藝手冊可知半精銑的加工余量為1.5，且總加工余量為 6，則粗銑余量為4.5。取半精銑的經濟精度公差等級為乙其公差值為T1=0.039 o粗銑的經濟精度公差等級為11，其公差值為T2=0.16 o將以上數據填入表格序名稱工工序余量（）加工經濟精度（）表面粗糙度（口 m）工序基本尺寸（）尺寸、公差（）精銑半1.573.25500.01粗4.51112.6.565 0.075銑5鍛造121111 0.04表九綜合以上可得加工余量表為:工工工序尺寸精力口工表面序名稱序余量度等級軸粗42

30、011段3車軸半0.156段1、4精磨1(+0.0055,外-0.0055 )圓面粗0. 15.17磨25(0, -0.018 )精0. 15.358車25(0 , -0.027 )半2. 15.69精車2(0, -0.043 )粗6. 17.811車2(0, -0.11 )軸精0.158段2外圓面車3(+0.021 ，-0.007)半1. 15.39精車5(0，-0.043 )粗6. 16.811車2(0，-0.11 )軸精0.158段5外圓面車3半1. 15.3(009精車5.043)粗8. 16.8(0011車2.011)鍵半1.5 ( 0，7槽精銑5-0.01 )粗4.6.5 ( 0，

31、11銑5-0.075 )表十二、確定工序的切削用量確定切削用量的原則：首先應選取盡可能大的背吃刀量，其次在機 床動力和剛度允許的條件下，又滿足以加工表面粗糙度的情況下，選取盡 可能大的進給量。最后根據公式確定最佳切削速度。1）工序30,粗車軸的左右端面該工序為兩個工步，工步 1 是以左邊定位。粗車右端面；工步 2 是以右邊定位，粗車左端面。由于這兩個工步是在一臺機床上經一次走刀 加工完成的，故其選用的切削用量相同。背吃刀量的確定：根據加工余量，工步 1 和工步 2 的背吃刀量都為 0.5 進給量的確定：本設計采用的是硬質合金車刀，工件材料是40,查表取進給量f =0.5 切削速度的計算：硬質合金車刀切削 40 時，取切削速度 V 為 50 ，根據公式 n 1000v/ d ,可得車床轉速1000 X50/ （ X24） 663，查表6140的主 軸轉速范圍為 101400 ， 14001580 （），符合要求。2）工序 40 粗車與工序 60 半精車 該工序為工步 1 粗車和工步 2 半精車，則背吃刀量依次為16.2 ， 22.2 查表得 粗車 f1=0.81 ，取為 60 ，則 796 半精車，取 f2=0.4，為 90,貝V 1194（1000）3）工序 40 、工序 60 的過渡面部分粗車半