梯度轴工艺设计

机械制造工艺学课程设计任务书

班 级： 姓 名： 学 号：

指导老师：

序 言

机械制造工艺是我们完成本专业教学计划的一个极为重要的实践性教学环节，是使我们综合运用所学过的基本课程，基本知识与基本技能去解决专业范围内的工程技术问题而进行的一次基本训练。

我们在完成课程设计的同时，也培养了我们正确使用技术资料，国家标准，有关手册，图册等工具书，进行设计计算，数据处理，编写技术文件等方面的工作能力，也为我们以后的工作打下坚实的基础，所以我们要认真对待这次综合能力运用的机会！

其主要目的是：

1.培养学生综合分析和解决本专业的一般工程问题的能力，拓宽和深化所学的知识。

2. 培养学生树立正确的设计思想，设计思维，掌握工程设计的一般程序，规范和方法。

3.培养学生正确的使用技术知识，国家标准，有关手册，图册等工具书，进行设计计算，数据处理，编写技术文件等方面的工作能力和技巧。

4. 培养学生进行调整研究，面向实际，面向生产，向工人和工程

技术人员学习的基本工作态度，工作作风和工作方法。

第1章 课题介绍

1.1、课题

车床主轴是车床的主要零件，它的头端装有夹具、工件或刀具，工作时要承受扭曲和弯矩，所以要求有足够的刚性、耐磨性和抗振性，并要求很高的回转精度。所以主轴的加工质量对机床的工作精度和使用寿命有很大的影响。

其原始资料如下：

零件材料： 45钢

加工毛胚： 206×32的棒料生产批量： 10000件零件数据：（见零件图）

图1 车床主轴零件图

1.2、设计要求

要求编制一个车床主轴零件的机械加工工艺规程，按照老师的设计，并编写设计说明书。具体内容如下：

1、 选择毛胚的制造方法，指定毛胚的技术要求。

2、 拟定车床主轴的机械加工工艺过程。3、 合理选择各工序的定位定位基准。4、 确定各工序所用的加工设备。

5、 确定刀具材料、类型和规定量具的种类。6、 确定一个加工表面的工序余量和总余量。7、 确定一个工序的切削用量。

8、 确定工序尺寸，正确拟定工序技术要求。9、 计算一个工件的单件工时。10、 编写工艺文件。11、 编写设计说明书。

第二章 有关零件的分析

根据轴类零件的功用和工作条件，其技术要求主要在以下方面：⑴ 尺寸精度 轴类零件的主要表面常为两类：一类是与轴承的内圈配合的外圆轴颈，即支承轴颈，用于确定轴的位置并支承轴，尺寸精度要求较高，通常为IT 5~IT7；另一类为与各类传动件配合的轴颈，即配合轴颈，其精度稍低，常为IT6~IT9。

⑵ 几何形状精度 主要指轴颈表面、外圆锥面、锥孔等重要表面的圆度、圆柱度。其误差一般应在尺寸公差范围内，对于精密轴，需在零件图上另行规定其几何形状精度。

⑶ 相互位置精度 包括内、外表面、重要轴面的同轴度、圆的径向跳动、重要端面对轴心线的垂直度、端面间的平行度等。

⑷ 表面粗糙度 轴的加工表面都有粗糙度的要求，一般根据加工的可能性和经济性来确定。支承轴颈常为0.2~1.6μm，传动件配合轴颈为0.4~3.2μm。

⑸ 其他 热处理及外观修饰等要求。

2.1、零件的结构特点

图1所示零件是车床的主轴，它属于台阶型轴类零件，由圆柱面、轴肩、螺纹、退刀槽和配做螺孔等组成。轴肩一般用来确定安装在轴上零件的轴向位置；配做螺孔是用于用于紧固与轴配合的零件的，以传递转矩；螺纹用于安装各种锁紧螺母和调整螺母。

从图1所示的车床主轴零件的支撑轴颈A、B是装配基准，故对A、B两段轴颈的加工提出了很高的要求。主轴的支撑轴颈、配合轴颈、前端圆柱面及端面、锁紧螺纹等表面是轴的主要加工表面。其中支撑轴颈本身的尺寸精度、几何形状精度、相互位置精度和表面粗糙度尤为重要。

2.2、加工工艺性

零件的技术要求不高，用车床、磨床和钳工就可以加工出来，精度要求一般是7到8级，而且大部分表面粗糙度要求也不太高，是一个较好加工的零件。

2.3、确定零件毛胚

考虑到零件的经济性和综合性能要求，零件材料为45钢。

第三章 基准的选择

3.1、有关基准的选择说明1、粗基准的选用原则

1、保证不加工表面与加工表面相互位置要求原则。当有些不加工表面与加工表面之间有相互位置要求时，一般不选择加工表面作为粗基准。

2、保证各加工表面的加工余量合理分配的原则。应选择重要加工表面为粗基准。

3、粗基准不重复使用的原则。粗基准的精度低，粗糙度数值大，重复使用会造成较大的定位误差，因此，同一尺寸方向的粗基准，通常只允许使用一次。

2、精基准的选用原则

1、基准重合原则。尽可能使设计基准和定位基准重合，以减少定位误差。

2、基准统一原则。尽可能使用同一定位基准加工个表面，以保证各表面的位置精度。如轴类零件常用两端顶尖孔作为统一的定位基准。

3、互为基准原则。当两个加工表面间的位置精度要求比较高的时候，可用互为基准的原则反复加工。

4、自为基准的原则。当要求加工余量小而均匀时，可选择加工表面作为自身的定位基准。

3.2、确定零件的定位基准

主轴加工中，为了保证各主要表面的相互位置精度，选择定位基准时，应遵循基准重合、基准统一和互为基准等重要原则，并能在一次装夹中尽可能加工出较多的表面。

由于主轴外圆表面的设计基准是主轴轴心线，根据基准重合的原则考虑应选择主轴两端的顶尖孔作为精基准面。用顶尖孔定位，还能在一次装夹中将许多外圆表面及其端面加工出来，有利于保证加工面间的位置精度。所以主轴在粗车之前应先加工顶尖孔。

为了保证支承轴颈的同轴度要求，宜按互为基准的原则选择基准。

第四章 轴类零件的材料、毛坯及热处理

4.1、轴类零件的材料

常用45钢，精度较高的轴可选用40Cr、轴承钢GCr15、弹簧钢65Mn，也可选用球墨铸铁；对高速、重载的轴，选用20CrMnTi、

20Mn2B、20Cr等低碳合金钢或38CrMoAl氮化钢。

4.2、轴类毛坯

常用圆棒料和锻件；大型轴或结构复杂的轴采用铸件。毛坯经过加热锻造后，可使金属内部纤维组织沿表面均匀分布，获得较高的抗拉、抗弯及抗扭强度。

4.3、轴类零件的热处理

锻造毛坯在加工前，均需安排正火或退火处理，使钢材内部晶粒细化，消除锻造应力，降低材料硬度，改善切削加工性能。调质一般安排在粗车之后、半精车之前，以获得良好的物理力学性能。表面淬火一般安排在精加工之前，这样可以纠正因淬火引起的局部变形。精度要求高的轴，在局部淬火或粗磨之后，还需进行低温时效处理。

第五章 制定加工工艺路线

拟订零件的加工路线是制定工艺规程的总体布局，主要任务是选择各表面的加工方法，及定位基准，确定加工顺序，各工序采用的机床设备和工艺装备等。

5.1主轴加工工艺过程分析

主轴加工工艺过程可划分为四个加工阶段，即粗加工阶段（包括车端面，加工顶尖孔，粗车外圆，切削退刀槽等）；半精加工阶段（半精车外圆，精车外圆，倒角等）；精加工阶段（包括粗，精磨外圆等）；最后由钳工钻内孔及绞制内螺纹。

在机械加工工序中间尚需插入必要的热处理工序，这就决定了主轴加工各主要表面总是循着以下顺序的进行，即粗车→调质（预备热处理）→半精车→精车→淬火-回火（最终热处理）→粗磨→精磨→钻孔

→绞螺纹。

综上所述，主轴主要表面的加工顺序安排如下：

外圆表面粗加工（以顶尖孔定位）→外圆表面半精加工（以顶尖孔定位）→外圆表面精加工（以锥堵顶尖孔定位）→粗磨→精磨。

当主要表面加工顺序确定后，就要合理地插入非主要表面加工工序。对主轴来说非主要表面指的是螺孔、键槽、螺纹等。这些表面加工一般不易出现废品，所以尽量安排在后面工序进行，主要表面加工一旦出了废品，非主要表面就不需加工了，这样可以避免浪费工时。但这些表面也不能放在主要表面精加工后，以防在加工非主要表面过程中损伤已精加工过的

对凡是需要在淬硬表面上加工的螺孔、键槽等，都应安排在淬火前加工。非淬硬表面上螺孔、键槽等一般在外圆精车之后，精磨之前进行加工。螺纹安排在以非淬火-回火为最终热处理工序之后的精加工阶段进行，这样半精加工后残余应力所引起的变形和热处理后的变形，就不会影响螺纹的加工精度。

5.2、工艺路线的拟定

为保证几何形状、尺寸精度、位置精度及各项技术要求，必须判定合理的工艺路线。

工艺路线方案一序号

51015

工序名称

备 料锻 造热处理

工 序 内 容

定位基准

设 备

磨 锻正 火

锯小端，保持总长为

立式精锻机回火炉

20锯 车端面打中心孔车端面打中心孔206+0.5mm车端面钻=5mm的中心孔车端面，并取工件总长204mm钻=5mm的中心孔将工件夹紧在20mm 锯 床25工件外形车 床30工件外形车 床35车处，顶尖顶住。粗车余量为0.5mm工件外形端28mm外圆至174mm处，面，中心孔车 床40车粗车25mm外圆至69mm处，余量为0.5mm粗车20mm外圆至28mm处，余量为0.5mm工件外形端面，中心孔工件外形端面，中心孔车 床45车车 床50车使用3mm槽刀在69mm处工件外形端切槽宽3mm深至24.5mm面，中心孔使用3mm槽刀在28mm处工件外形端切槽宽3mm深至19mm面，中心孔车 床55车车 床60车使用3mm槽刀在18mm处工件外形端切槽宽8mm深至18mm使用2mm槽刀在29.8mm面，中心孔工件外形端面，中心孔车 床65车处切槽宽2.5mm深至车 床23.9mm

70

车

在工件端面处倒1×45°的角在工件28mm处倒0.5×45°的角将工件调头，夹在120mm处，顶尖顶住。

80

车

粗车30mm外圆至30mm处，余量为0.5mm并取工件的总长204mm

85

热处理

1、 按图要求对各部

位进行热处理半精车各档外圆，余量为0.2mm半精磨各档外圆精车各档外圆，使工

100

车

件尺寸达到图中标注的数值

精磨各档外圆，使工

105

磨

件达到图纸所要求的粗糙度

110

钳

根据图纸要求，钻孔

工件外形端

面

钻 台

工件外形端面，中心孔工件外形端面，中心孔

车 床

75车车 床

工件外形端面，中心孔

车 床

9095

车磨

工件外形端面，中心孔

车 床外圆磨床

工件外形端面，中心孔

车 床

外圆磨床

115120125

钳清 除检 查

根据图纸要求，攻丝清洗去毛刺按图样要求检查

工件外形端面

丝锥，绞杠

工艺路线方案二序号5101520工序名称备 料锻 造热处理锯 工 序 内 容 定位基准 设 备 磨 锻正 火锯小端，保持总长为206+0.5 mm立式精锻机回火炉锯 床 25车端面打中车端面钻=5mm的中心心孔车端面打中心孔孔车端面，并取工件总长204mm钻=5mm的中心孔使用双顶尖，顶住工工件外形车 床30工件外形车 床35车件。粗车30mm外圆至206mm处，余量为0.5mm工件外形端面，中心孔车 床40车粗车28mm外圆至174mm工件外形端处，余量为0.5mm面，中心孔车 床45车

粗车25mm外圆至69mm处，余量为0.5mm粗车20mm外圆至28mm处，余量为0.5mm使用3mm槽刀在69mm处

工件外形端面，中心孔工件外形端面，中心孔工件外形端面，中心孔

车 床

50车车 床

55车切槽宽3mm深至24.5mm

车 床

60车

使用3mm槽刀在28mm处工件外形端切槽宽3mm深至19mm

面，中心孔

车 床

65车

使用3mm槽刀在18mm处工件外形端切槽宽8mm深至18mm使用2mm槽刀在29.8mm

面，中心孔工件外形端面，中心孔

车 床

70车处切槽宽2.5mm深至23.9mm

车 床

75热处理

按图要求对各部位进行热处理

半精车各档外圆，余

80车

工件外形端面，中心孔

量为0.2mm

按图要求对各部位进行热处理

精车各档外圆，使工

车 床

85热处理

90车件尺寸达到图中标注

工件外形端面，中心孔

车 床

的数值

精磨各档外圆，使工

95

磨

件达到图纸所要求的粗糙度

100

钳

根据图纸要求，钻孔

工件外形端

面工件外形端

面

外圆磨床

钻 台

105110115

钳清 除检 查

根据图纸要求，攻丝清洗去毛刺按图样技术要求项目检查

丝锥，绞杠

两个工艺路线的分析：相比工艺路线方案一，工艺路线方案二采用双顶尖的思路，双顶尖加工用于多次重复装卸，并要基准重复性好的零件，还的重复定位精度高，并且可一次加工完整个外圆面。而加工方案一加工步骤繁琐，不利于大批量生产。

另外，选择方案时还应考虑工厂的具体条件等要素，如：设备能否借用工、夹、量具等。本次设计采用工艺路线二.

5.3、车床主轴机械加工工艺过程卡序号

51015

工序名称

备 料锻 造热处理

工 序 内 容

定位基准

设 备

磨 锻正 火

立式精锻机回火炉

20锯 锯小端，保持总长为206+0.5 mm 锯 床25车端面打中车端面钻=5mm的中心心孔车端面打中心孔孔车端面，并取工件总长204mm钻=5mm的中心孔使用双顶尖，顶住工工件外形车 床30工件外形车 床35车件。粗车30mm外圆至206mm处，余量为0.5mm工件外形端面，中心孔车 床40车粗车28mm外圆至174mm工件外形端处，余量为0.5mm粗车25mm外圆至69mm处，余量为0.5mm粗车20mm外圆至28mm处，余量为0.5mm使用3mm槽刀在69mm处面，中心孔工件外形端面，中心孔工件外形端面，中心孔工件外形端面，中心孔车 床45车车 床50车车 床55车切槽宽3mm深至24.5mm 车 床使用3mm槽刀在28mm处工件外形端60车切槽宽3mm深至19mm面，中心孔车 床使用3mm槽刀在18mm处工件外形端65车切槽宽8mm深至18mm使用2mm槽刀在29.8mm

面，中心孔车 床

70车处切槽宽2.5mm深至23.9mm

工件外形端面，中心孔

车 床

75热处理

按图要求对各部位进行热处理

半精车各档外圆，余量为0.2mm

按图要求对各部位进行热处理

精车各档外圆，使工

80车

工件外形端面，中心孔

车 床

85热处理

90车件尺寸达到图中标注的数值

精磨各档外圆，使工

工件外形端面，中心孔

车 床

95磨件达到图纸所要求的粗糙度

外圆磨床

100钳根据图纸要求，钻孔

工件外形端

面工件外形端

面

钻 台

105110115

钳清 除检 查

根据图纸要求，攻丝清洗去毛刺按图样技术要求项目

丝锥，绞杠

检查

5.4、加工余量的确定

工艺路线拟定以后，应确定每道工序的加工余量、工序尺寸及其公差。工序尺寸是工件加工过程中，每个工序加工应保证的尺寸，工序

尺寸允许的变动范围就是工序尺寸的公差。工序尺寸的确定与加工余量有着密切的关系。

零件图上的尺寸和公差就是最终的加工工序尺寸和公差。将此尺寸加上加工余量就是上一工序的工序尺寸。

第七章 轴类零件的检验

7.1、加工中的检验

自动测量装置，作为辅助装置安装在机床上。这种检验方式能在不影响加工的情况下，根据测量结果，主动地控制机床的工作过程，如改变进给量，自动补偿刀具磨损，自动退刀、停车等，使之适应加工条件的变化，防止产生废品，故又称为主动检验。主动检验属在线检测，即在设备运行，生产不停顿的情况下，根据信号处理的基本原理，掌握设备运行状况，对生产过程进行预测预报及必要调整。在线检测在机械制造中的应用越来越广。

7.2、加工后的检验

单件小批生产中，尺寸精度一般用外径千分尺检验；大批大量生产时，常采用光滑极限量规检验，长度大而精度高的工件可用比较仪检验。表面粗糙度可用粗糙度样板进行检验；要求较高时则用光学显微镜

或轮廓仪检验。圆度误差可用千分尺测出的工件同一截面内直径的最大差值之半来确定，也可用千分表借助V形铁来测量，若条件许可，可用圆度仪检验。圆柱度误差通常用千分尺测出同一轴向剖面内最大与最小值之差的方法来确定。主轴相互位置精度检验一般以轴两端顶尖孔或工艺锥堵上的顶尖孔为定位基准，在两支承轴颈上方分别用千分表测量。

总 结

在这次设计过程中，使我真正的认识到自己的不足之处，以前上课没有学到的知识，在这次设计当中也涉及到了。使我真正感受到了知识的重要性。

这次设计将我以前学过的机械制造工艺与装备、公差与配合、机械制图、工程材料与热处理工艺等知识很好的串联了起来，起到了穿针引线的作用，巩固了所学知识的作用。

在机械制造工艺课程设计中，首先是对工件机械加工工艺规程的制定，这样在加工工件就可以知道用什么机床加工，怎样加工，加工工艺装备及设备等，因此，工件机械加工工艺规程的制定是至关重要的。

在机械制造工艺课程设计中还用到了CAD制图和一些计算机软件，因为学的时间长了，因此在开始画图的时候有很多问题，而且不熟练，需参阅课本。但不久就能熟练的画了。CAD制图不管是现在，对以后工作也是有很大的帮助的。因此，这次真正将以前所学的联系到实际应用中来了。

在这次机械制造工艺课程设计中，我学到了很多知识，有一点更是重要，就是我能作为一个设计人员，设计一个零件，也因此，我了解了设计人员的思想，每一个零件，每件产品都是先设计出来，再加工的，因此，作为一个设计人员，在设计的过程中一点不能马虎，每个步骤都

必须有理有据，不是凭空捏造的。而且，各种标准都要严格按照国家标准和国际标准，查阅大量资料，而且设计一个零件，需要花好长时间。亲自上阵后我才知道，做每件是都不是简简单单就能完成的，是要付出大量代价的。因此，我们也要用心去体会每个设计者的心思，这样才能像他们一样设计出好的作品。

在这次械制造工艺课程设计中，对我来说有所收获也存在着不足之处。

收获：

1）能把以前所学的各种知识，综合的运用的这次设计中，巩固了以前所学的知识。

2）学会了参阅各种资料及查各种余量、切削用量等手册。3）学会了，分析问题，解决问题的能力。不足之处：

1）有些步骤，问题解决的方法不是很好，需在以后的学习、实践中进一步改进。

2）有些工艺路线制定的不是太好，而且余量、切削用量设计不是很精确，需在以后的实践中积累经验，进一步改进。

综上所述：这次的械制造工艺课程设计对我以后的工作起了很大的帮助，我认识到，无论是工作还是学习都必须做到认真、谨慎，时时处处细心。