題目：機車車軸零件機械加工工藝及夾具設計課題類別:設計□ 論文口學生姓名：學 號： 班 級: 專業（全稱）：指導教師：一、 本課題設計（研究）的目的：近年來，我國高速鐵路快速發展，帶動了鐵路運輸設備的發展，本次設計的課題就是機車車軸的機械制造工藝設計，本次課程設計要求學生全面地運用機械制造工藝學課程及大學所學相關專業課程（如機械原理，金屬切削機床，金屬切削原理與刀具，公差與技術測量，機械設計，工程材料與熱處理）的知識，結合實習中所學到的實踐知識，獨立的分析和解決工藝問題，初步掌握設計零件的工藝規程的能力，此次設計還要求對某一關鍵工序進行夾具設計，使學生掌握夾具設計的基本原理和方法，學會擬定夾具設計方案，完成夾具結構設計，提高自己的結構設計能力。本次畢業設計是我們走生工作崗位前的一次與實踐相結合的機會，可以鍛煉我們我們熟悉并運用有關手冊，規范，圖表等技術資料的能力，進一步培養識圖，制圖的能力，學會編寫相關技術文件的基本技能。二、 設計（研究）現狀和發展趨勢（文獻綜述）：機車行業的發展鐵路作為國民經濟的大動脈、國家重要基礎設施和大眾化交通工具，在推進我國經濟社會發展、構建社會主義和諧社會中發揮著重要作用，2008年前后路網相對完善之后。處于產業下游的運輸業務的爆發式增長.我國的鐵路設備制造行業主要包括鐵路機車車輛以及動車組制造業、鐵路機車車輛配件制造業、鐵路專用設備及器材、配件制造業。在鐵道部《中長期鐵路網規劃》以及“十一五”規劃的指導下，我國鐵路行業將實現跨越式大發展。提高鐵路運力最主要的方式有四種［1，包括新建鐵路營運里程、客貨分離、提速、重載。其中提速重載是提高鐵路綜合運輸能力的重要方式。提速重載改造將加速鐵路車輛的更新換代和推動對相關零配件需求的增長。我國在進行新車制造的同時還要對原有30萬輛車進行提速改造，即每年還需完成7-10萬輛貨車的改造。車輛更新改造帶動了車輛配件的需求，要完成對30萬輛車的改造，需要更換1/3的軸，即需要更換約40萬根軸。04年改造速度較慢，05年開始改造的速度逐步加快。綜合來看，隨著08年改造車的基本完成，國內對貨車的市場需求將較07年又有明顯增加，車軸的市場容量也也將明顯擴大.03年前國內火車車軸行業市場需求維持在16萬根左右，其中新增鐵路車輛形成的車軸年需求約為14萬根，另外2萬根用于車輛的修理和改造。隨著近幾年鐵路投資的增加，以及舊車提速、重載改造的需求影響，車軸市場容量在不斷擴大。新增鐵路營業里程帶動新造車的需求增長，從而使得車輛保有量增加，并帶來車軸的需求。04年的新車招標量僅為2.3萬輛，而05、06年的新車招標量分別達到3.92萬輛和3.75萬輛，改造車分別為7萬輛，兩年新車引致的年車軸需求量都超過了15萬根。綜合新舊車的車軸需求，05、06年的車軸需求量分別達到了26萬根和25.6萬根。2007年根據鐵道部對貨車的初步招標計劃，新車招標數約為4.1萬輛，仍將改造7萬輛車，再加上機車和客車的車軸需求，合計車軸需求將為27萬根左右，市場容量增長有限。但隨著國內對新車需求量的提高，車軸需求將繼續擴大。車軸是內燃機車走行部的重要部件，其質量狀態直接影響行車安全。隨著鐵路運輸的發展，特別是火車提速以后,對機車車軸的質量要求十分嚴格。軸類零件的功用、結構特點及技術要求軸類零件是機器中經常遇到的典型零件之一。它的作用主要是⑵：來支承傳動零部件，傳遞扭矩和承受載荷。軸類零件是旋轉體零件，其長度大于直徑，一般由同心軸的外圓柱面、圓錐面、內孔和螺紋及相應的端面所組成。根據結構形狀的不同，軸類零件可分為光軸、階梯軸、空心軸和曲軸等。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。軸用軸承支承，與軸承配合的軸段稱為軸頸。軸頸是軸的裝配基準，它們的精度和表面質量一般要求較高，其技術要求一般根據軸的主要功用和工作條件制定，通常有以下幾項⑶：（一）尺寸精度起支承作用的軸頸為了確定軸的位置，通常對其尺寸精度要求較高（IT5?IT7）。裝配傳動件的軸頸尺寸精度一般要求較低（IT6~IT9）。（二）幾何形狀精度 軸類零件的幾何形狀精度主要是指軸頸、外錐面、莫氏錐孔等的圓度、圓柱度等，一般應將其公差限制在尺寸公差范圍內。對精度要求較高的內外圓表面，應在圖紙上標注其允許偏差。（三）相互位置精度軸類零件的位置精度要求主要是由軸在機械中的位置和功用決定的。通常應保證裝配傳動件的軸頸對支承軸頸的同軸度要求，否則會影響傳動件（齒輪等）的傳動精度，并產生噪聲。普通精度的軸，其配合軸段對支承軸頸的徑向跳動一般為0.01~0.03mm，高精度軸（如主軸）通常為0.001~0.005mm。細長軸的加工3.1細長軸的加工特點：細長軸是機器上的重要零件之一，用來支配機器中的傳動零件，使傳動零件有確定的工作位置，并且傳遞運動和轉矩。當軸的長度與直徑之比L/D>25時，軸稱為細長軸。由于細長軸的加工精度要求高，但細長軸本身的結構特點使之剛性差、振動大，所以加工起來存在一定的難度。其加工特點如下⑷：（1）細長軸剛性很差。在車削加工時，如果裝夾不當，很容易因切削力及重力的作用而產生彎曲變形，從而引起振動，降低加工精度和表面粗糙度。（2）細長軸的散熱性差。在切削熱的作用下，工件軸向尺寸會變熱伸長，如果軸的兩端為固定支承，則會因變擠而產生彎曲變形，甚至會使工件卡死在頂尖間而無法加工。（3） 工件高速旋轉時，在離心力作用下，加劇工件彎曲與振動。（4） 細長軸軸向尺寸較長，加工時一次給所需時間長，刀具磨損較大，從而增加了工件的幾何形狀誤差3.2提高加工精度的方法3.2.1增加細長軸的剛性，減小車削時的振動1選擇合適的裝夾方法（1） 兩頂尖裝夾定位準確，容易保證工件同軸度要求。但該方法車削剛性較差，要求頂緊力適當，否則彎曲變形大，而且極易產生振動。只適宜于長度與直徑比不很大，加工余量小，需要多次以兩頂尖孔定位來保證同軸度要求的工件加工。（2） 一端用卡盤夾緊，另一端用頂尖頂緊頂尖頂得太緊，工件切削時變熱伸長變阻，將引起軸變形彎曲；頂尖頂得太松，則穩定性差，另外，頂尖孔與裝夾基面往往不同軸，會形成裝夾的過定位而使工件彎曲。此時，可在三爪卡盤與工件間墊入一個開口鋼絲圈，使工件與卡爪成線接觸，使細長軸在自由狀態下定位夾緊，不會產生內應力。此外，后頂尖還可以采用彈性活頂尖，使工件變熱伸長時不變阻，以減少彎曲變形。（3） 一夾一拉裝夾細長軸在車削過程中工件始終受到軸向拉力，因切削熱而產生的軸向伸長量，可用后尾座手輪進行調整，這是加工細長軸比較理想的一種裝夾方法⑷使用中心架和跟刀架（1） 當工件可分段車削時，中心架直接支承在工件中間。采用這種支承，長度與直徑之比可以減少一半，相當于減少了軸與支承跨距，細長軸的剛度可以增加幾倍，能有效防止軸加工時的繞曲變形。（2） 跟刀架的使用相當于在刀具旁8?12mm處設置了一個隨動的支承，能有效的提高軸的剛度。3.2.2減小熱變形伸長影響車削時，因切削熱傳導給工件，使工件溫度升高，工件就開始變形伸長，其熱變形伸長量為△L=B1逆t式中[4]61為材料的線膨脹系數；L為工件總長；Bt為工件升高的溫度。如前所述，車削細長軸時，一般用兩頂尖或一端夾緊，另一端頂緊的方法加工，其軸向位置是固定的，如果工件變熱伸長了BL,X件就受擠壓彎曲，一旦產生彎曲后，細長軸就很難進行加工，因此，加工細長軸時，需采取措施⑷以減小熱變形的影響：使用彈性回轉頂尖來補償熱變形伸長實踐證明，用彈性回轉頂尖加工細長軸，可有效的補償工件的熱變形伸長，工件不易彎曲，車削可順利進行。采用反向進給車削反向進給是指刀具從床頭到床尾方向作切削運動。常規的切削方向使尾架的頂緊軸向力與切削軸向力Px方向一致，加劇了細長軸工件的彎曲。若反向進給，其軸向分力Px對工件產生的拉力，使工件已加工部分軸向拉伸，與工件變熱伸長方向一致，共同向彈性頂尖壓縮。為取得最佳效果，反向進給和彈性頂尖一般配合使用。加注充分的切削液車削細長軸時，無論是低速切削還是高速切削，使用切削液進行冷卻，能有效地抑制工件溫度上升，從而控制熱變形。刀具應經常保持銳利狀態，以減小刀具與件的摩擦發熱3.2.3選擇適當的刀具及切削用量3.2.4采用適當的車削方法一夾一頂上中心架，或兩頂尖上中心架，正裝車刀車削，適用于允許調頭接刀車削的工件。一夾一頂上跟刀架，正裝車刀車削，適用于不允許調頭接刀車削的工件。兩爪跟刀架不適用于高速切削，三爪跟刀架適用于高速切削。一夾一頂或一夾一拉，卡盤夾緊面用開口鋼絲圈，上跟刀架，反向進給，適用于精車長徑比L/d<50的軸。改裝中滑板，設前后刀架，兩把45°車刀同時車削，工件振動和變形小，加工精度高，適用于批量生產。細長軸的加工振動問題細長軸車削加工實質上屬于恒定轉速的細長軸在旋轉并移動的載荷下的響應問題。用有限元法對細長軸自身的振動作了仿真研究國采用浮動跟刀架對細長軸振幅最大部位給給予了補償控制，振型分析結果表明，可有效地降低振幅，減輕振動，改善細長軸的加工質量。細長軸車磨工藝分析細長軸的車削，磨削研究數據表明⑹：細長軸車磨加工是機械制造業中的一難點。改進措施⑹：熱處理方面為了提高切削加工性能，細長軸坯料在車加工前調質HRC28?32。熱處理時對細長軸采用工裝保證彎曲度，或垂吊淬硬，回火去應力。校直后工件硬度盡可能一致。車加工方面分粗車和精車，粗車用螺紋刀，精車用特制的細長軸車刀，提高車刀抗振能力。磨加工方面首先，修整中心孔，對中心孔進行研磨，。第二，磨加工分粗磨、半精磨和精磨保證磨削時工件尺寸精度。第三，為了減少細長軸磨削時的熱變形，應加大冷卻水噴管口徑，使磨削時冷卻更加充分。第四，改變傳統磨削方式“來回磨削”為從頭架磨至尾架，目的是減少磨削熱產生熱膨脹而使工件彎曲變形。第五，改裝尾架頂緊彈簧鋼絲的直徑，使彈簧彈性適當降低，當磨削熱引件膨脹時，降低由于彈簧彈力太大造成工件彎曲。第六，改變傳統砂輪修整形式，階梯形或平整形為“矩形齒形狀”使磨削產生集中受力為均布受力，減少磨削中工件彎曲.機車車輛工藝標準的發展現狀簡況目前，我所歸口有關機車車輛工藝方面的標準共347項。其中，工藝基礎標準9項。通用工藝標準41項。專用產品工藝標準57項。樣板檢具和工裝模具標準156項。檢測方法和金相標準45項，以及有關蒸汽機車方面（均是暫緩廢止）的標準39項。從標齡來看1990年以前的標準有148項。1991?1997年的標準有151項，1997年以后的標準有48項。通過調查看"],現行的347項標準中，除蒸汽機車方面的標準逐步停用外,其余絕大多數標準都在廣泛使用。大家普遍反映,近40年來，機車車輛工藝標準化方面的工作是卓有成效的，機車車輛行業的工藝標準的執行情況總體是好的。這些工藝標準的制定、貫徹實施，對迅速穩定和提高機車車輛工業的產品質量，起到了非常重要的作用。特別是80年代中期起，我所在機車車輛工藝標準化工作中開始積極采用國際標準與國外先進標準，使一批機車車輛工藝基礎標準、機車車輛產品工藝標準和重要零部件的工藝標準達到了國際的先進水平，有力地促進了機車車輛的產品質量和工藝技術三、設計（研究）的重點與難點，擬采用的途徑（研究手段）：本次設計的課題是機車車軸的機械加工工藝及夾具設計，由所給圖紙可以看出軸的長度與直徑之比L/D>25，軸稱為細長軸。由于所加工的是一根細長軸，而且表面質量要求較高，端面有螺紋孔，由于細長軸本身剛性較差，工件材料的自重會引起工件中部的下垂彎曲，因此加工比較困難且加工的表面質量不易保證，端面的螺紋孔也不易加工這些是本次設計的重點與難點.擬采用的途徑：采用跟刀架在中部支撐，解決細長軸的剛度問題。端面的螺紋孔問題，由于是大批生產，可采用設計專用的鉆模夾具解決，而且可以提高生產效率。具體方法：（1）粗車時，采用一頂一夾裝夾。精車時，采用兩頂尖安裝工件，并用跟刀架輔助支承。（2）尾座頂尖如采用普通頂尖，當頂尖頂住工件后，用手捏住就能旋轉的頂尖頭較為合適，但因其頂緊力不好掌握，在操作中有一定難度。若采用可伸縮的彈性滑移活頂尖，當工件受切削熱而膨脹伸長時，頂尖能軸向壓縮，能減小工件彎曲變形，且安裝操作簡單，切實可行。四、設計（研究）進度計劃：（1） 第一周至第四周：讀懂圖紙，繪制零件平面圖和三維圖（2） 第五周至第六周：查閱資料，明確任務，寫出開題報告（3） 第七周至第十周：工藝設計，完成工藝文件（零件毛壞圖、工藝過程卡、工序卡）（4） 第十一周至第十四周：夾具設計（方案與圖紙）（5） 第十五周：完成說明書（6） 第十六周：結束設計，準備答辯（7） 第十七周：答辯五、參考文獻：[□./stock/hyyj/20061218shtml.徐學林.互換性與技術測量[M].湖南：湖南大學出版社，2006[2].王先奎.機械制造工藝學[M].北京：機械工業出版社，2007.李家偉.細長軸加工方法探略[J].機械，2007，（09）.謝新偉，趙千紅，徐國榮，劉玉珍，麻祥國.減緩車削加工時細長軸振動的方[J].應用能源技術，2007，（09）.徐穎斌，俞勁創.細長軸車磨工藝分析[J].浙江交通職業技術學院學報，2006，（S1）.蔣田芳.機車車輛工藝標準的現狀與展望[J].鐵道技術監督，2003，（06）.AmrikS.Sohal。GloriaL.Lee。PeterG.Burcher.Advancedmanufacturingtechnologyinvestmentsinbritan:1989versus1996[J].InternationalJournalofManufacturin