1、沈陽理工大學應用技術學院機械制造基礎課程設計 第1部分刀具部分 設計題目：工件材料GCr15,使用機床CA6140加工后dm=30,Ra=3.2,需粗，半 精車完成，加工余量自定，設計裝 S刀片45偏頭外圓車刀。 設計步驟： 1.1選擇刀片夾固結構 考慮到加工是在CA6140普通機床上進行，屬于連續切削，參照典型車刀夾 固結構簡圖和特點，采用杠桿式刀片夾固結構。 1.2選擇刀片材料 由原始條件結構給定：被加工工件材料為GCr15連續切削，完成粗車、半 精車兩道工序，按照硬質合金的選用原則，選取刀片材料(硬質合金牌號)為 YG6X 1.3選擇車刀合理角度 根據刀具合理幾何參數的選擇原則，并考慮到

2、可轉位車刀：幾何角度的形成 特點，選取如下四個主要角度 (1) 前角=14，后角=6 ,(3)主偏角=45, 刃傾角=-6 后角0的實際數值以及副后角和副偏角在計算刀槽角度時，經校驗后確定。 1.4選擇切削用量 根據切削用量的選擇原則，查表確定切削用量為： 粗車時：切削深度 a p =3 mm 進給量f=0.6mm/r，切削速度v=110m/min 半精車時 a p =1 mm f=0.3mm/r,v=130mm/min 1.5選擇刀片型號和尺寸 1.5.1選擇刀片有無中心固定孔 由于刀片夾固結構已選定為杠桿式，因此應選用有中心固定孔的刀片 1.5.2選擇刀片形狀 按選定的主偏角=45。，選用

3、正方形刀片。 1.5.3選擇刀片精度等級 選用U級 1.5.4選擇刀片邊長內切圓直徑d （或刀片邊長L） 根據已選定的ap,kr s,可求出刀刃的實際參加工作長度 Lse。為; = ap se = sin kr cos s =4.267mm L1.5L aP se sin kr cos =6.401mm 因為是菱形，Ld6.401 1.5.5選擇刀片厚度S 根據ap,f，利用諾模圖，得S 4.8 1.5.6選擇刀尖圓半徑r 根據a p ,f, 利用諾模圖，得連續切削r =1.2 1.5.7選擇刀片切屑槽型式和尺寸 根據條件，選擇A型。當刀片型號和尺寸確定后，斷屑槽尺寸便可確定 確定刀片型號：S

4、NUM190612-A5尺寸為 L=d=19.05mm,S=6.35mm,d 仁 7.93mm,m=3.452,r=1.2mm 刀片參數：精車刀尖角r=90O，刃傾角 入sn=0,法后角sn=0,法前角 sn=20,斷屑槽寬 wn=4mm 1.6確定刀墊型號和尺寸 硬質合金刀墊型號和尺寸的選擇，取決于刀片夾固結構的需要及刀片型號和 尺寸： 適合于杠桿式夾固結構的需要，并于刀片型號SNUM190612-A相對應的硬質 合金刀墊的型號為：S15B,其具體尺寸為： L=d=18.05mm,S=6.35mm,d1=8.7mm, r =1.6,D=10.3mm C=2.0mm 1.7計算刀槽角度可轉位車

5、刀幾何角度、刀片幾何角度和刀槽幾何角度之間的關 系 1.7.1 刀桿主偏角 22 Krg =Kr =450 1.7.2 刀槽刃傾角 sg sg = s =-6 1.7.3 刀槽前角og tan og 刀槽底面可看作前刀面，則刀槽前刀角 tan nb tan。一 cos s 1 tan o tan nb cos s og的計算公式為: 將 o =14， nb =20 s =-6 0代入式 得： tan g =-0.107 則 og =-6.107 取 og =-6 1.7.4驗算車刀后角 車刀后角 0的驗算公式為 tan (tan nb tan g cos s) cos s 0 = 1 tan

6、nb tan og cos s nb =0 時, 將 og=1， s =-6 代入 tan 0=0.1040 0=5.937 與所選后角值相近，可以滿足切削要求 而刀桿后角 og 故 og =5.937 ，取 og =6 1.7.5刀桿副偏角Kg K rg=Kr 而 K r =180 -Kr- r 又 t rg = r , Krg =Kr -Kg=180 -K rg - rg =180 -K r - r 車刀刀尖角r的計算公式為 cot r=cot rb 1 (tan og cos s)2 tan og sin scos 將 rb =90 = 14 ?og s =-6 代入 得 cot r =

7、cotrb - 1(tan og cos 2 s)tan og sin scos s 則 r =90.63 故 K =K rgr =180 45 90.63 =44.37 取 K rg =44.5 1.7.6檢驗車刀副后角o 車刀副后角o 的驗算公式為 tan (ta n nb tan og cos rg ) COS rg 1 tan nb tan。g cos rg 當nb =0 時，貝U式為 tan a o =-tan 2 og cos rg tan 丫 og = -tan og cos rg +tan rg sin rg tanrg =tan og sin rg +tan rg cos r

8、g 將 og =-6 , rg = r=-6 , rg = r =90.63 代入得： tan og =-tan (-6 ) cos90.63 +tan (-6 ) sin90.63 =-0.106 則og =-6.05 tanrg =tan (-6 ) sin90.63 +tan (-6 ) cos90.63 =-0.104 則；g =-5.94 再將 og =-6.05 ， og =-5.94。代入式 得：tan=-tan(-6.05) cos2 (-5.94) =0.105 則o=5.99 可以滿足切削要求 而刀桿副后角og = o 故 og =5.99。，取 og =60 綜合上述計算

9、結果，可以歸納為: 車刀的幾何角度為： o=14, o =5.94 , Kr =45 ,K； =14.37 , s=-6 o =5.99 刀桿于刀槽的幾何角度為; og =-6 og =6, Krg =45, Krg =14.5, rg =-6 og =6 1.8選擇刀桿的材料和尺寸 (1) 選擇刀桿材料 選用45鋼為刀桿材料，熱處理硬度為 HRC38-45發黑。 (2) 選擇刀桿尺寸 1)選擇刀桿截面尺寸 因為加工使用CA6140車床加工，其中心高為200mm并考慮到位提高刀桿，選取 刀桿的截面尺寸B H=20 25mm 由于切削深度ap=3,進給量f=0.6/r，可以不必校驗刀桿強度。 2

10、）選擇刀桿長度尺寸 選取刀桿長度為150mm 1.9選擇偏心銷及其相關尺寸 （1）選擇偏心銷材料 偏心銷材料選用40Cr,熱處理硬度為HRC40-45發藍。 （2）選擇偏心銷直徑de和偏心量e dc=d1-（0.2 0.4）mm 前面已經選定d1=6.35，括號內取最大值0.4 貝U dc=5.95mm 偏心值e即 do 出 m sin cos 2 d n= cos 2 d_sin 2 2 1 =1 ,則上式成為 并取螺釘偏心銷轉軸直徑 1 2 2 為使計算方便取 1 =2 =0.13, d。d2，, 0.13d0.77mm 取 e=0.75 為使刀片夾固可靠，選用自鎖性能較好的螺釘偏心銷，

11、d2為 M6 （3）計算偏心銷轉軸孔中心在刀槽前面上的位置 用公式將m和n求出 2 根據前面已選定的尺寸知 d16.35mmd 15.875mm do 5.95mm0.75mm 取 30 貝U m=8.14mm n=7.19mm 第2部分 工藝部分 2.1零件的作用 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)都必須安裝在軸上才能進行運動及動力的傳遞。因此，軸的主要 功用是支撐回轉零件和傳遞運動和動力。 按照承受載荷的不同，軸可以分為轉軸，心軸，和傳動軸三類。工作中，既承受 彎矩又承受轉矩的軸稱為轉軸。這類軸在各種機器中最為常見。只承受彎矩而不 承受轉矩的軸

12、稱為心軸。心軸又分為回轉心軸和靜止心軸兩種。只能承受轉矩而 不承受彎矩的軸叫傳動軸。 2.2零件的工藝分析 (1) 對于7級精度、表面粗糙度Ra0.80.4卩m的一般傳動軸，其工藝路線 是：正火-車端面鉆中心孔-粗車各表面-精車各表面-銑花鍵、 鍵槽-熱處理 修研中心孔一粗磨外圓一精磨外圓一檢驗。 (2) 軸類零件一般采用中心孔作為定位基準，以實現基準統一的方案。在單 件小批生產中鉆中心孔工序常在普通車床上進行。 在大批量生產中常在銑端面鉆 中心孔專用機床上進行。 (3) 中心孔是軸類零件加工全過程中使用的定位基準， 其質量對加工精度有 著重大影響。所以必須安排修研中心孔工序。修研中心孔一般在

13、車床上用金剛石 或硬質合金頂尖加壓進行。 (4) 軸上的花鍵、鍵槽等次要表面的加工，一般安排在外圓精車之后，磨削 之前進行。因為如果在精車之前就銑出鍵槽，在精車時由于斷續切削而易產生振 動，影響加工質量，又容易損壞刀具，也難以控制鍵槽的尺寸。但也不應安排在 外圓精磨之后進行，以免破壞外圓表面的加工精度和表面質量。 (5) 在軸類零件的加工過程中，應當安排必要的熱處理工序，以保證其機械 性能和加工精度，并改善工件的切削加工性。一般毛坯鍛造后安排正火工序，而 調質則安排在粗加工后進行，以便消除粗加工后產生的應力及獲得良好的綜合機 械性能。淬火工序則安排在磨削工序之前。 2.3零件表面加工方法的選擇

14、 傳動軸的加工面有鍵槽、端面、退刀槽、越程槽。因此主要采用車削和外圓 磨削。因為軸兩邊的精度較高所以要進行磨削，所以外圓加工的方法為：粗車- 半精車-磨削 外圓表面加工方案 粗車 1112 5012.5 半精車 810 6.33.2 精車 67 1.60.8 磨削 67 0.80.4 加工方案經濟加工 :精度等級（IT ）表面粗糙度f 鍵槽加工方案 Ra/ 卩 m 加工方案 經濟加工精度等級（IT） 表面粗糙度Ra 銑 1112 12.5 2.4加工方案的選擇 241加工方案 萬案一 工序1 銑軸的兩端面，打中心孔 工序2粗車外圓大小端各外徑 工序3 半精車，倒角 工序4銑鍵槽 工序5精車，切

15、退刀槽 工序6調質 工序7去毛刺 工序8磨削 工序1車軸一端打中心孔 工序2 車軸另一端打中心孔 工序3半精車倒角 工序4精車，切退刀槽 工序5 調質 工序6 銑鍵槽 工序7 去毛刺 比較上面兩方案，方案一在加工兩中心孔時存在同軸度誤差， 若把銑鍵槽放在精 車之前，在精車時斷續車削容易引起振動， 影響加工質量。綜上所述方案二合理 本設計的加工方法如下： 1. 端面：公差等級IT12，表面粗糙度Ra12.5卩m,需進行銑削加工。 2. 35外圓表面：公差等級IT7，表面粗糙度為Ra1.6卩m需進行粗車，半精 車，精車。 3. 40外圓表面：公差等級IT7，表面粗糙度為Ra12.5卩m需進行粗車，

16、半 精車，精車。 4. 60外圓表面：公差等級IT6，表面粗糙度為Ra1.6卩m需要進行粗車，半 精車或磨削加工。 5. 30外圓表面：公差等級IT6，表面粗糙度為Ra1.6卩m需要進行粗車，半 精車或磨削加工。 6. 20外圓表面：公差等級IT6，表面粗糙度為Ra1.6卩m需要進行粗車，半 精車或磨削加工 2.4.2加工的技術要求 (1) 尺寸精度軸類零件的主要表面常為兩類，一類是與軸承的內圈配合的外 圓軸頸，即支承軸頸，用于確定軸的位置并支承軸，尺寸精度要求較高，通常為 IT5IT7 ;另一類為與各類傳動件配合的軸頸，即配合軸頸，其精度稍低，通常 為 IT6IT9。 (2) 幾何形狀精度主

17、要指軸頸表面、外圓面等重要表面的圓度、圓柱度。其 誤差一般應限制在尺寸公差范圍內， 對于精密軸，需在零件圖上另行規定其幾何 形狀精度。 (3) 相互位置精度包括內、外表面，重要軸面的同軸度、圓的徑向跳動、重 要端面對軸心線的垂直度、端面間的平行度等。 (4) 表面粗糙度軸的加工表面都有粗糙度的要求， 一般根據加工的可能性和 經濟性來確定。 2.5傳動軸毛坯材料及加工余量毛坯 2.5.1傳動軸毛坯： 軸類零件可根據使用要求、生產類型、設備條件及結構，選用棒料、鍛 件等毛坯形式。對于外圓直徑相差不大的軸，一般以棒料為主；而對于外圓直徑 相差大的階梯軸或重要的軸，常選用鍛件，這樣既節約材料又減少機械

18、加工的工 作量，還可改善機械性能。 根據生產規模的不同，毛坯的鍛造方式有自由鍛和模鍛兩種。中小批生 產多采用自由鍛，大批大量生產時采用模鍛。 2.5.2 傳動軸材料 軸類零件應根據不同的工作條件和使用要求選用不同的材料并采用不同的 熱處理規范（如調質、正火、淬火等），以獲得一定的強度、韌性和耐磨性。 45鋼是軸類零件的常用材料，它價格便宜經過調質（或正火）后，可得到 較好的切削性能，而且能獲得較高的強度和韌性等綜合機械性能，淬火后表面硬 度可達4552HRC 40Cr等合金結構鋼適用于中等精度而轉速較高的軸類零件，這類鋼經調質 和淬火后，具有較好的綜合機械性能。 軸承鋼GCr15和彈簧鋼65M

19、n經調質和表面高頻淬火后，表面硬度可達50 58HRC并具有較高的耐疲勞性能和較好的耐磨性能，可制造較高精度的軸。一 般在滿足使用要求的前提下，盡量采用國家資源豐富的材料 2.5.3確定鍛件加工余量及形狀： 加工表面 工序名稱 加工余量 工序尺寸 尺寸公差 表面粗糙度 （卩m 35 精車 0.5 35 Ra6.3 卩 m 粗車 2 36 Ra12.5 卩 m 毛坯 40 40 精車 0.08 40 H6 Ra1.6 卩 m 半精車 0.8 40.4 H12 Ra6.3 卩 m 粗車 2 42 H12 Ra12.5 卩 m 毛坯 45 60 精車 0.1 60 H7 Ra1.6 卩 m 半精車

20、0.9 60.2 H9 Ra6.3 卩 m 粗車 2 63 H12 Ra12.5 卩 m 毛坯 65 30 精車 0.1 30 H7 Ra1.6 卩 m 半精車 0.9 30.2 H9 Ra6.3 卩 m 粗車 4 32 H12 Ra12.5 卩 m 毛坯 35 20 精車 0.1 20 H7 Ra1.6 卩 m 半精車 0.9 20.2 H9 Ra6.3 卩 m 粗車 4 22 H12 Ra12.5 卩 m 毛坯 25 2.6工藝規程設計 2.6.1定位基準的選擇 （1）粗基準的選擇：由于本傳動軸全部表面均需加工， 而軸的中心線作為精基 準，應該選擇該傳動軸的一端面作為主要的定位粗基準。 （

21、2）精基準的選擇：本零件是傳動軸，孔是其設計基準亦是其裝配基準和測量 基準，為避免由于基準不重合而造成的誤差且考慮到要保證零件的加工精度和裝 夾準確方便，依據“基準重合”原則和“基準統一”原則，應該選擇傳動軸的中 心線以及粗加工后的端面為主要的定位精基準。 2.6.2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

22、 2.6.3擬定工藝規程 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C 35mmC 40mm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

23、目及檢驗方法的確 定。綜上所述，所確定的該傳動軸加工工藝過程見表。 機械加工工藝過程卡片 沈陽理工大學應用技 術學院 機械加工工藝過程卡 產品類 型 ZSY 零件圖 號 01-01 共頁 片 產品名 稱 減速箱 零件名 稱 傳動軸 第頁 材料牌號 GCr15 毛坯種 類 鍛件 每毛坯件 數 1 臺件數 1 工序 號 工序名稱 工序內容 車間 工段 設備 工裝 1 下料 下料 2 鉆中心孔 加一頭伸出長40mm車端面鉆中 心孔 機加工 CA6140 三抓 卡盤 3 粗車 一加一頂 機加工 CA6140 一夾 一頂 4 鉆中心孔 調頭夾左端裝中心架車右端面鉆 機加工 CA6140 三抓 卡盤 中心

24、孔 5 粗車 車右端外圓 機加工 CA6140 一夾 一頂 6 調質處理 調制熱處理217-255HBS 熱處理 7 修中心孔 修研中心孔 機加工 CA6140 三抓 卡盤 8 半精車 半精車左端外圓切槽倒角 機加工 CA6140 一夾 一頂 9 半精車 調頭半精車有段尺寸切槽倒角 機加工 CA6140 一夾 一頂 10 精車 精車左端外圓至尺寸 機加工 CA6140 雙頂 尖 11 精車 精車右端外圓至尺寸 機加工 CA6140 雙頂 尖 12 劃線 花鍵槽線 機加工 13 銑鍵槽 銑鍵槽 機加工 X6132 264加工順序的安排 (2)加工工藝路線為：下料f鍛造f正火f粗加工f調質f半精加

25、工f淬火f 精加工一劃鍵槽線一銑槽一粗磨f低溫時效f精磨f低溫時效f檢驗。 265制定工藝路線 根據零件的幾何形狀，尺寸精度及位置精度等技術要求，以及加工方法所能 達到的經濟精度，在生產綱領已確定的情況下。可以考慮采用萬能性機床配以 專用工卡具，并且盡量使工序集中來提高生產率。除此之外，還應該考慮經濟 效果，以便使生產成本盡量下降。 加工條件：加工材料采用 GCr15經調質處理后的鍛件 工序1 粗車軸的兩端面，打中心孔 機床：采用組合車床加專用夾具 刀具：YT6硬質合金外圓車刀 工序2 粗車外圓大小端各外徑 機床：CA6140臥式車床，轉速 n=400r/min 刀具：查簡明手冊選用YT6硬質

26、合金外圓車刀，主偏角為45 后刀面最大磨損限度1.01.4,刀具壽命60min. 切削速度 vc= n dn/1000=3.14x47x400/1000=59.032m/min 進給量：f=0.05mm/r 進給速度：vf=fn=0.05x400=20mm/mi n 加工工時：tm=L/ vf 端面加工 毛坯 40段 加工 35 從 40切削至 36,背吃刀量ap=1.8mm切削長度L= 20mm; 加工工時tm=L/ vf=1min 加工 35 從 40切削至 36,背吃刀量ap=1.8mm切削長度L= 20mm; 加工工時tm=L/ vf=1min 毛坯 45段 加工 40 從 45切削至

27、 42,背吃刀量ap=4.3mm 切削長度L=8mm 加工工時 tm=L/ vf=0.4min 加工 40 從 45切削至 42,背吃刀量ap=4.3mm 切削長度L=8mm 加工工時 tm=L/ vf=0.4min 毛坯 60段 加工 60 從 65切削至 62,被背吃刀量ap=4.3mm切削長度為60mm 加工時間tm=L/ vf=3min 毛坯 35段 加工 30 從 35切削至 32,背吃刀量ap=4,3m,切削長度L=43mm 加工時間 tm=L/ vf=2.15min 毛坯 25段 加工 20 從 25切削至 22,背吃刀量為ap=4.3mm切削長度L=53mm 加工時間 tm=L

28、/ vf=2.65mm 第二道工序所需工時 Tm=10.6min 工序3半精車，倒角 加工 35 從 36切削至 35.5，背吃刀量ap=0.45mm切削長度L=20mm 加工工時tm=L/ vf=1min 加工 40 從 42切削至 40.4，背吃刀量ap=0.45mm切削長度L=8 加工工時 tm=L/ vf=0.4mi n 加工 60 從 62切削至 60.2，背吃刀量ap=0.45mm切削長度L=60mm 加工工時tm=L/ vf=3mi n 加工 30 從 32切削至 30.2 , 背吃刀量ap=0.45mm切削長度L=43mm 加工工時 tm=L/ vf=2.15min 加工 20

29、 從 22切削至 20.2 , 背吃刀量ap=0.45mm切削長度L=53mm 加工工時 tm=L/ vf=2.65min 車倒角車刀 選用kr=45的直頭通切車刀車45倒角 工序所需工時Tm=10.6min 工序4精車，切退刀槽 加工 35 加工 40 加工 60 加工 30 加工 20 切退刀槽 從 35.5切削至 35,背吃刀量ap=0.45mm切削長度L=20mm 加工工時tm=L/ vf=1min 從 40.4切削至 40,背吃刀量ap=0.45mm切削長度L=8 加工工時 tm=L/ vf=0.4mi n 從 60.2切削至 60,背吃刀量ap=0.45mm切削長度L=60mm 加工工時tm=L/ vf=3mi n 從 30.2切削至 30, 背吃刀量ap=0.45mm切削長度L=43mm 加工工時 tm=L/ vf=2.15min 從 20.2切削至 20, 背吃刀量ap=0.45mm切削長度L=53mm 加工工時 tm=L/ vf=2.65min 取a=1.5和a=2的切槽刀