陜西航空 職業技術學院 畢業設計（論文） 題目： 傳動軸加工工藝的設計 姓名： 屈建宏 學號： 1324126 二級院系部： 機械工程學院 班級 : 13241 專業： 機械制造與自動化 指導教師： 耶建寧 年 月 傳動軸加工工藝的設計 【摘要】 傳動軸是組成機器零件的主要零件之 一 ，一切做回轉運動的傳動零件（例如：齒輪，蝸輪等）都必須安裝在傳動軸上才能進行運動及動力的傳動，傳動軸常用于變速箱與驅動橋之間的連接 。 通過對該零件的圖樣進行分析到選取制作該零件毛坯的材料 ，再對該零件的表面的加工方法的確定及定位基準的確定，和對該零件加工的各階段進行了仔細的劃分及一些其他因素（熱處理 ，加工尺寸和切削用量）的安排，最后 擬定 了 工藝過程 。 【關 鍵詞 】 傳動軸 ;加工工藝 ;加工尺寸 ;切削用量 目 錄 摘要 . 2 關鍵詞 . 2 緒 論 . 1 1軸類零件加工 . 2 1.1 軸類零件的功用與結構特點 . 2 1.2 主要技術要求 . 2 1.2.1 尺寸精度 . 2 1.2.2 幾何形狀精度 . 2 1.2.3 位置精度 . 2 1.2.4 表面粗糙度 . 2 1.3 軸類零件的材料和毛坯 . 2 1.3.1 軸類零件的材料 . 2 1.3.2 軸類零件的毛坯 . 3 1.4 軸類零件的預加工 . 3 1.5 軸類零件的熱處理 . 3 1.6 軸類零件加工工藝規程注意點 . 3 1.7 零件傳動軸圖樣分析 . 5 2.傳動軸的加工工藝分析 . 6 2.1 確定毛坯 . 6 2.2 確定主要表面的加工方法 . 6 2.3 確定定位基準 . 6 2.3.1 粗基準選擇 . 6 2.3.2 精基準選擇 . 6 2.4 劃分加工階段 . 7 2.5 熱處理工序安排 . 8 2.6 加工尺寸和切削用量 . 8 2.7 工件的裝夾方法 . 8 2.8 擬定工藝過程 . 8 3. 選擇設備和加工工序 . 11 3. 選擇設備和加工工序 . 11 3.1 設備的選擇 . 11 3.2 確定加工順序及進給路線 . 11 3.3 刀具選擇 . 11 3.3.1 對刀具的要求 . 11 3.3.2 加工過程中的精度控制 . 15 4. 成品的最后工序 . 16 4.1 尺寸檢測 . 16 4 2 淬火 . 16 設計總結 . 17 致 謝 . 錯誤 !未定義書簽。 參考文獻 . 18 1 緒 論 軸類零件是常見的典型零件之一。按軸類零件結構形式不同，一般可分為光軸、階梯軸和異形軸三類；或分為實心軸、空心軸等。它們在機器中用來支承齒輪、帶輪等傳動零件，以傳遞轉矩 或運動。臺階軸的加工工藝較為典型，反映了軸類零件加工的大部分內容與基本規律。 零件圖工藝分析中，需理解零件結構特點、精度、材質、熱處理等技術要求，且要研究產品裝配圖，部件裝配圖及驗收標準 該零件是減速器中的傳動軸。它屬于臺階軸類零件，由圓柱面、軸肩、螺紋、螺尾退刀槽、砂輪越程槽和鍵槽等組成。軸肩一般用來確定安裝在軸上零件的軸向位置，各環槽的作用是使零件裝配時有一個正確的位置，并使加工中磨削外圓或車螺紋時退刀方便；鍵槽用于安裝鍵，以傳遞轉矩；螺紋用于安裝各種鎖緊螺母和調整螺母。 在當細化課程教學內容，根據本課 程在專業課程中承上啟下的特點，進行了以能力主線，實出綜合性、應用性和實踐性的教學改革，實施案例教學，注重學生工程綜合實踐能力以及創新意識的培養。突出應用性，即講解理論和方法要結合工程技術的實際應用；注重實踐性，即多動手進行實踐，少講多練。在教學方法上逐步過渡到以工程實際典型零件的毛坯選擇、工藝路線的制定、相關夾具的設計為案例，實行案例教學，利用研究式，討論式來激發學生的求知欲，調動其學習興趣。 今機器工業日益發達的今天其在生產上的應用也越來越重要，并且它的需求量也越來越大，本論文就是研究其在生產過程中的機械 加工以及生產工藝，以求為其大批量的生產提供一定的技術參考，以滿足市場對其日益增長的需求。 2 1軸類零件加工 1.1 軸類零件的功用與結構特點 功用：為支承傳動零件（齒輪、皮帶輪等）、傳動扭矩、承受載荷，以及保證裝在主軸上的工件或刀具具有一定的回轉精度。 分類：軸類零件按其結構形狀的特點，可分為光軸、階梯軸、空心軸和異形軸（包括曲軸、凸輪軸和偏心軸等）四類。 表面特點：外圓、內孔、圓錐、螺紋、花鍵、橫向孔。 軸的長徑比小于 5 的稱為短軸，大于 20 的稱為細長軸，大多數軸介于兩者之間。 1.2 主要技術要求 主要技術要求包括尺寸精度、幾何形狀精度、位置精度、表面粗糙度。 1.2.1 尺寸精度 軸頸是軸類零件的主要表面，它影響軸的回轉精度及工作狀態。軸頸的直徑精度根據其使用要求通常為 IT6 9，精密軸頸可達 IT5。 1.2.2 幾何形狀精度 軸頸的幾何形狀精度（圓度、圓柱度），一般應限制在直徑公差點范圍內。對幾何形狀精度要求較高時，可在零件圖上另行規定其允許的公差。 1.2.3 位置精度 主要是指裝配傳動件的配合軸頸相對于裝配軸承的支承軸頸的同軸度，通常是用配合軸頸對支 承軸頸的徑向圓跳動來表示的；根據使用要求，規定高精度軸為 0.0010.005mm，而一般精度軸為 0.01 0.03mm。 此外還有內外圓柱面的同軸度和軸向定位端面與軸心線的垂直度要求等。 1.2.4 表面粗糙度 根據零件的表面工作部位的不同，可有不同的表面粗糙度值，例如普通機床主軸支承軸頸的表面粗糙度為 Ra0.16 0.63um，配合軸頸的表面粗糙度為 Ra0.63 2.5um，隨著機器運轉速度的增大和精密程度的提高，軸類零件表面粗糙度值要求也將越來越小。 1.3 軸類零件的材料和毛坯 合理選用 材料和規定熱處理的技術要求，對提高軸類零件的強度和使用壽命有重要意義，同時，對軸的加工過程有極大的影響。 1.3.1 軸類零件的材料 一般軸類零件常用 45 鋼，根據不同的工作條件采用不同的熱處理規范（如正火、調 3 質、淬火等），以獲得一定的強度、韌性和耐磨性。 對中等精度而轉速較高的軸類零件，可選用 40Cr 等合金鋼。這類鋼經調質和表面淬火處理后，具有較高的綜合力學件能。精度較高的軸，有時還用軸承鋼 GCrls 和彈簧鋼65Mn 等材料，它們通過調質和表面淬火處理后，具有更高耐磨性和耐疲勞性能。 對于高轉速、重載荷 等條件下工作的軸，可選用 20CrMnTi、 20MnZB、 20Cr 等低碳含金鋼或 38CrMoAIA 氮化鋼。低碳合金鋼經滲碳淬火處理后，具有很高的表面硬度、抗沖擊韌性和心部強度，熱處理變形卻很小。 1.3.2 軸類零件的毛坯 軸類零件的毛坯最常用的是圓棒料和鍛件，只有某些大型的、結構復雜的軸才采用鑄件。 1.4 軸類零件的預加工 輪類零件在切削加工之前，應對其毛坯進行預加工。預加工包括校正、切斷和切端面和鉆中心孔。 校正：校正棒料毛坯在制造、運輸和保管過程中產生的彎曲變形，以保證加工余量均勻 及送料裝夾的可靠。校正可在各種壓力機上進行。 切斷：當采用棒料毛坯時，應在車削外圓前按所需長度切斷。切斷叮在弓鋸床上進行，高硬度棒料的切斷可在帶有薄片砂輪的切割機上進行。 切端面鉆中心孔：中心孔是軸類零件加工最常用的定位基準面，為保證鉆出的中心孔不偏斜，應先切端面后再鉆中心孔。 荒車：如果軸的毛坯是向由鍛件或大型鑄件，則需要進行荒車加工，以減少毛坯外國表面的形狀誤差，使后續工序的加工余景均勻。 1.5 軸類零件的熱處理 1 鍛造毛坯在加工前，均需安排正火或退火處理，使鋼材內部晶粒細化，消除鍛造應力，降低 材料硬度，改善切削加工性能。 2 調質一般安排在粗車之后、半精車之前，以獲得良好的物理力學性能。 3 表面淬火一般安排在精加工之前，這樣可以糾正因淬火引起的局部變形。 4 精度要求高的軸，在局部淬火或粗磨之后，還需進行低溫時效處理。 1.6 軸類零件加工工藝規程注意點 軸類零件中工藝規程的制訂，直接關系到工件質量、勞動生產率和經濟效益。一零件可以有幾種不同的加工方法，但只有某一種較合理，在制訂機械加工工藝規程中，須 4 注意以下幾點。 1.零件圖工藝分析中，需理解零件結構特點、精度、材質、熱處理等技術要求，且要研 究產品裝配圖，部件裝配圖及驗收標準。 2.滲碳件加工工藝路線一般為：下料鍛造正火粗加工半精加工滲碳去碳加工（對不需提高硬度部分）淬火車螺紋、鉆孔或銑槽粗磨低溫時效半精磨低溫時效精磨。 3.粗基準選擇：有非加工表面，應選非加工表面作為粗基準。對所有表面都需加工的鑄件軸，根據加工余量最小表面找正。且選擇平整光滑表面，讓開澆口處。選牢固可靠表面為粗基準，同時，粗基準不可重復使用。 4.精基準選擇：要符合基準重合原則，盡可能選設計基準或裝配基準作為定位基準。符合基準統一原則。盡可能在多數工 序中用同一個定位基準。盡可能使定位基準與測量基準重合。選擇精度高、安裝穩定可靠表面為精基準。 工藝規程制訂得是否合理，直接影響工件的質量、勞動生產率和經濟效益。一個零件可以用幾種不同的加工方法制造，但在一定的條件下，只有某一種方法是較合理的。因此，在制訂工藝規程時，必須從實際出發，根據設備條件、生產類型等具體情況，盡量采用先進加工方法，制訂出合理的工藝規程。 5 1.7 零件傳動軸圖樣分析 圖 1-1 傳動軸零件圖 圖 1-1所示零件是減速器中的傳動軸。它屬于臺階軸類零件，由圓柱面、軸肩、螺紋、螺尾退刀槽、砂輪越程槽和鍵槽等組成。軸肩一般用來確定安裝在軸上零件的軸向位置，各環槽的作用是使零件裝配時有一個正確的位置，并使加工中磨削外圓或車螺紋時退刀方便；鍵槽用于安裝鍵，以傳遞轉矩；螺紋用于安裝各種鎖緊螺母和調整螺母。 根據工作性能與條件，該傳動軸圖樣 (圖 1-1)規定了主要軸頸 M， N，外圓 P、 Q以及軸肩 G、 H、 I有較高的尺寸、位置精度和較小的表面粗糙度值，并有熱處理要求。這些技術要求必須在加工中給予保證。因此，該傳動軸的 關鍵工序是軸頸 M、 N和外圓 P、Q的加工。 6 2.傳動軸的加工工藝分析 2.1 確定毛坯 該傳動軸材料為 45 鋼，因其屬于一般傳動軸，故選 45 鋼可滿足其要求。該傳動軸屬于中、小傳動軸，并且各外圓直徑尺寸相差不大，故選擇 60mm 的熱軋圓鋼作毛坯。 2.2 確定主要表面的加工方法 傳動軸大都是回轉表面，主要采用車削與外圓磨削成形。由于該傳動軸的主要表面M、 N、 P、 Q的公差等級 (IT6)較高，表面粗糙度 Ra 值較小，故車削后還需磨削。外圓表面的加工方案可為： 粗車半精車磨削。 2.3 確定定位基準 包括粗基準與精基準的選擇。 2.3.1 粗基準選擇 有非加工表面，應選非加工表面作為粗基準。對所有表面都需加工的鑄件軸，根據加工余量最小表面找正。且選擇平整光滑表面，讓開澆口處。選牢固可靠表面為粗基準，同時，粗基準不可重復使用。 2.3.2 精基準選擇 要符合基準重合原則，盡可能選設計基準或裝配基準作為定位基準。符合基準統一原則。盡可能在多數工序中用同一個定位基準。盡可能使定位基準與測量基準重合。選擇精度高、安裝穩定可靠表面為精基準。 合理地選擇定位基準，對于保證零件的尺寸和 位置精度有著決定性的作用。由于該零件的幾個主要配合表面 (Q、 P、 N、 M)及軸肩面 (H、 G)對基準軸線 A-B 均有徑向圓跳動和端面圓跳動的要求，它又是實心軸，所以應選擇兩端中心孔為基準，采用雙頂尖裝夾方法，以保證零件的技術要求。 粗基準采用熱軋圓鋼的毛坯外圓。中心孔加工采用三爪自定心卡盤裝夾熱軋圓鋼的毛坯外圓，車端面、鉆中心孔。但必須注意，一般不能用毛坯外圓裝夾兩次鉆兩端中心孔，而應該以毛坯外圓作粗基準，先加工一個端面，鉆中心孔，車出一端外圓；然后以已車過的外圓作基準，用三爪自定心卡盤裝夾 (有時在上工步已車外圓 處搭中心架 )，車另一端面，鉆中心孔。如此加工中心孔，才能保證兩中心孔同軸。 如表 2-1 不同生產類型下主軸加工定位基準的選擇。 7 表 2-1 主軸加工基準選擇 工 序 名 稱 定 位 基 準 面 大 批 生 產 小 批 生 產 加工頂尖孔 毛坯外圓 劃 線 粗車外圓 頂尖孔 頂尖孔 鉆深孔 粗車后的支承軸頸 夾一端，托另一端 半精車和精車 兩端錐堵的頂尖孔 夾一端，頂另一端 粗、精磨外錐 兩端錐堵的頂尖孔 兩端錐堵的頂尖孔 粗、精磨外國 兩端錐堵的頂尖孔 兩端錐堵的頂尖孔 粗、精磨難孔 兩 支承軸頸外表面或靠近兩支承軸頸的外圓表面 夾小端，托大端 2.4 劃分加工階段 對精度要求較高的零件，其粗、精加工應分開，以保證零件的質量。 該傳動軸加工劃分為三個階段：粗車 (粗車外圓、鉆中心孔等 )，半精車 (半精車各處外圓、臺階和修研中心孔及次要表面等 )，粗、精磨 (粗、精磨各處外圓 )。各階段劃分大致以熱處理為界。 頂尖孔的研磨 因熱處理、切削力、重力等的影響，常常會損壞頂尖孔的精度，因此在熱處理工序之后和磨削加工之前，對頂尖孔要進行研磨，以消 除誤差。常用的研磨方法有以下幾種。 （ 1）用鑄鐵頂尖研磨 （ 2）用油石或橡膠輪研磨 （ 3）用硬質合金頂尖刮研 （ 4）用中心孔磨床磨削 工序的確定要按加工順序進行，應當掌握兩個原則： （ 1） 工序中的定位基準面要安排在該工序之前加工。例如，深孔加工所以安排在外圓表面粗車之后，是為了要有較精確的軸頸作為定位基準面，以保證深孔加工時壁厚均勻。 （ 2）對各表面的加工要粗、精分開，先粗后精，多次加工，以逐步提高其精度和粗 8 糙度。主要表面的精加工應安排在最后。 為了改善金屬組織和加工性能而安排的熱處理工序，如退火、正火等 ，一般應安排在機械加工之前。 為了提高零件的機械性能和消除內應力而安排的熱處理工序，如調質、時效處理等，一般應安排在粗加工之后，精加工之前。 2.5 熱處理工序安排 軸的熱處理要根據其材料和使用要求確定。對于傳動軸，正火、調質和表面淬火用得較多。該軸要求調質處理，并安排在粗車各外圓之后，半精車各外圓之前。 綜合上述分析，該傳動軸的工藝路線如下：下料車兩端面，鉆中心孔粗車各外圓調質修研中心孔半精車各外圓，車槽，倒角車螺紋劃鍵槽加工線銑鍵槽修研中心孔磨削檢驗。 2.6 加工尺寸 和切削用量 車削用量的選擇，單件、小批量生產時，可根據加工情況由工人確定；一般可由機械加工工藝手冊或切削用量手冊中選取。 傳動軸磨削余量可取 0.5mm，半精車余量可選用 1.5mm。加工尺寸可由此而定，見該軸加工工藝卡的工序內容。 2.7 工件的裝夾方法 粗加工時，由于切削余量大，工件受的切削力也大，一般采用卡頂法，尾座頂尖采用彈性頂尖，可以使工件在軸向自由伸長。但是，由于頂尖彈性的限制，軸向伸長量也受到限制，因而頂緊力不是很大。在高速、大用量切削時，有使工件脫 離頂尖的危險。采用卡頂法可避免這種 現象的產生。 精車時，采用雙頂尖法（此時尾座應采用彈性頂尖）有利于提高精度，其關鍵是提高中心孔精度。 2.8 擬定工藝過程 定位精基準面中心孔應在粗加工之前加工，在調質之后和磨削之前各需安排一次修研中心孔的工序。調質之后修研中心孔為消除中心孔的熱處理變形和氧化皮，磨削之前修研中心孔是為提高定位精基準面的精度和減小錐面的表面粗糙度值。擬定傳動軸的工藝過程時，在考慮主要表面加工的同時，還要考慮次要表面的加工。在半精加工 52mm、44mm 及 M24mm 外圓時，應車到圖樣規定的尺寸，同時加工出各退刀槽、倒角 和螺紋；三個鍵槽應在半精車后以及磨削之前銑削加工出來，這樣可保證銑鍵槽時有較精確的定位 9 基準，又可避免在精磨后銑鍵槽時破壞已精加工的外圓表面。 在擬定工藝過程時，應考慮檢驗工序的安排、檢查項目及檢驗方法的確定。 工藝規程制訂得是否合理，直接影響工件的質量、勞動生產率和經濟效益。一個零件可以用幾種不同的加工方法制造，但在一定的條件下，只有某一種方法是較合理的。因此，在制訂工藝規程時，必須從實際出發，根據設備條件、生產類型等具體情況，盡量采用先進加工方法，制訂出合理的工藝規程。 綜上所述，所確定的該傳動軸加工工藝 過程見表 2-2。 表 2-2 傳動軸機械加工工藝卡 工序號 工序名稱 工序內容 定位基準 加工設備 1 鍛造 鍛造毛坯 2 車鉆 1. 三爪卡盤夾持工件，車端面見平，鉆中心孔，用尾架頂尖頂住，粗車三個臺階，直徑長度均留余量2mm 2. 調頭，三爪卡盤夾持工件另一端，車端面保證 .總長 259，鉆中心孔，用尾架頂尖頂住，粗車另外四個臺階，直徑長度均留余量 2mm 毛坯 60 外圓 車床 3 熱處理 調制處理 HRC24-38 4 研修 研修中心孔 車床 10 5 半精車 1. 雙頂尖裝夾。 半精車三個臺階，螺紋大徑車到 24，其余兩個臺階直徑上留余量 0.5mm，車槽三個，倒角三個 2.調頭，雙頂尖裝夾，半精車余下的五個臺階， 44 及52臺階車到圖紙規定的尺寸。螺紋大徑車到 24=8： 1 2，其余兩個臺階直徑上留余量0.5mm，槽三個，倒角四個 兩中心孔 車床 6 車削 雙頂尖裝夾，車一端螺紋 M24 1.5-6g，調頭，雙頂尖裝夾，車另一端螺紋 M24 1.5-6g 兩中心孔 車床 7 鉗 劃鍵槽及一個止動墊圈槽加工線 兩中心孔 車床 8 銑削 劃鍵槽兩個及一個止動墊圈槽，鍵槽深度比圖紙規定尺寸多銑 0.25mm，作為磨 削的余量 兩中心孔 鍵槽銑床或立銑床 9 鉗 研修兩端中心孔 兩中心孔 車床 10 磨削 粗，精磨外圓及軸肩端面至尺寸 兩中心孔 外圓磨床 11 檢驗 按圖樣技術要求全部檢驗 11 3. 選擇設備和加工工序 3.1 設備的選擇 數控車床，是一種高精度、高效率的自動化機床。它具有廣泛的加工工藝性能，可加工直線圓柱、斜線圓柱、圓弧和各種螺紋。具有直線插補、圓弧插補各種補償功能，并在復雜零件的批量生產中發揮了良好的經濟效果 。 合理選用數控車床，應遵循如下原則： 確定典型零件的工藝要求、加工工件的批量。 滿足典型零件的工藝要求 典型零件的工藝要求主要是零件的結構尺寸、加工范圍和精度要求。根據精度要求，即工件的尺寸精度、定位精度和表面粗糙度的要求來選擇數控車床的控制精度。 根據可靠性來選擇 可靠性是提高產品質量和生產效率的保證。數控機床的可靠性是指機床在規定條件下執行其功能時，長時間穩定運行而不出故障。即平均無故障時間長，即使出了故障，短時間內能恢復，重新投入使用。選擇結構合理、制造精良，并已批量生產的 機床。 本論文根據被加工零件的外形和材料等條件，選用 CK400 數控車床。 3.2 確定加工順序及進給路線 加工順序的確定按由內到外、由粗到精、由近到遠的原則確定，在一次裝夾中盡可能加工出較多的工件表面。結合本零件的結構特征，可先加工內孔各表面，然后加工外輪廓表面。由于該零件 為單件小批量生產，走刀路線設計不必考慮最短進給路線或最短空行程路線，外輪廓表面車削走刀路線可沿零件輪廓順序進行。 3.3 刀具選擇 3.3.1 對刀具的要求 數控車床能兼作粗、精加工。為使粗加工能以較大切削 深度、較大進給速度地加工，要求粗車刀具強度高、耐用度好。精車首先是保證加工精度，所以要求刀具的精度高、耐用度好。為減少換刀時間和方便對刀，應可能多地采用機加工車刀。 數控車床還要求刀片耐用度的一致性好，以便于使用刀具壽命管理功能。在使用刀具壽命管理時，刀片耐用度的設定原則是以該批刀片中耐用度最低的刀片作為依據的。在這種情況下，刀片耐用度的一致性甚至比其平均壽命更重要。 為了表達清楚各工序的內容及要求，其傳動軸加工工藝過程見表 3-1的工序圖。 12 13 14 15 3.3.2 加工過程中的精度控制 在實際生 產中加工精度控制方法有兩種，即修改程序、修改刀具補償。 （ 1）修改程序 這種方法主要用于控制程序中的部分的尺寸誤差較大的。按程序加工出來的如出現與實際編程數值誤差較大的現象，我們就要把數值修改與實際相近，修改時切記不要一次修改太多，同時為了節約時間，然后利用跳段的方法加工從新加工直到合格為止。 （ 2）修改刀具補償 每把刀具所切削的部分是不一樣的，而在切削過程中由于對刀、測量、刀具磨損等原因均會造成零件的尺寸精度不合格，針對這種情況，我們可以利用修改各把刀的刀具補償來實現零件精度的控制，例如在粗車此段外圓時， 理論值是 16.5，結果實際測出為16.32，說明粗車后零件變小了，為了保證最終的精度 16，所以要在精加工之前通過修改刀補的方式，假設加工該段程序的刀具原刀補的 X 為 12.66，那我們就要將刀補改成X12.66+（ 16.5- 16.32） =12.84 即可。 16 4. 成品的最后工序 4.1 尺寸檢測 零件最終檢測時，用千分尺進行檢測，各項結果要在公差范圍之內。若公差范圍之內，光潔度達標則合格，若尺寸有誤差則分析超差的主要原因，再進行重新加工。 4 2 淬火 將 成形 工件 進行 淬火 ，完成后進行 工件硬度 檢測 達到規定 要求 。 17 設計總結 機械制造技術課程設計是學生在學完機械制造技術課程、進行了認識實習之后，綜合運用 機械制造技術 及有關課程內容，分析和解決實際工程問題的一個重要教學環節。要求學生全面地綜合運用機械制造技術及其有關先修課程的基本理論，并結合