《机械制造技术基础》课程设计-传动轴的设计.doc

成绩2011-2012学年第一学期机械制造技术基础课程设计说明书 题目： 传动轴的设计 系 别： 专 业：班 级： 学 号： 学生姓名： 指导老师： 课程设计任务书 题目名称传动轴的设计学生姓名专业班级学号设计目的机械制造技术基础课程设计的目的是让学生在学习了机械制造技术基础和进行了校内外的生产实习之后让学生获得综合运用过去所学过的全部课程进行工艺及结构设计的基本能力。同时，课程设计也是为了毕业设计进行一次综合训练和准备。机械制造技术基础的课程设计可以使学生在下述三方面得到锻炼：（1）能把机械制造技术基础课程中的基本理论和在校内外生产实习中学到的实践知识有机的相结合，从而解决零件在加工中的定位、夹紧以及工艺路线安排、工艺尺寸确定等问题，从而确保零件的加工质量。（2）提高学生的机械结构设计能力。通过针对某一典型零件的夹具（或量具）的设计，从而使学生能够通过所给出的被加工零件的加工要求，设计出高效率、低成本、装夹简单、省力、省时而能保证加工质量的夹具的能力。（3）锻炼学生使用手册及图表资料的能力。能够熟练地依据给定的任务而查找相关的资料、手册及图表并掌握其中的设计信息用于设计参数的确定。设计要求1、生产要求：生产纲领为小批量生产。2、设计的要求：（1）零件图 1张 （2）毛坯图 1张 （3）机械加工工艺过程综合卡片 1张（4）工艺装备设计 12套（5）工艺装备主要零件图 1张（6）课程设计说明书 1份计划进度按教学计划规定，机械制造技术基础课程设计总学时数为2周，其进度及时间大致分配入下：第1阶段：熟悉零件，画零件图 约占一天（10%）第2阶段：选择加工方案，确定工艺路线和工艺尺寸，填写工艺过程综合卡 约占三天（40%）第3阶段：工艺装备设计（画总装图及主要零件图） 约占四天（40%）第4阶段：编写设计说明书 约占二天（10%）设计内容1、从工艺方法上分析零件，画零件图2、对进行工艺分析零件包括以下几个主要内容：（1）分析零件的作用、设计基准及技术要求；（2）分析零件的形状位置精度、表面粗糙度以及主要加工表面的尺寸等；（3）分析零件的机械加工的工艺性、材质、及完成后热处理的要求。3、零件图按机械制图国家标准绘制，按：比例画出。主要参考文献1于骏一,邹青.机械制造技术基础M.2版.机械工业出版社，20112邹青.机械制造技术基础课程设计指导教程M.机械工业出版社，20113田凌，冯涓，刘朝儒.机械制图M.清华大学出版社，20074陈天民，吴建平.热处理设计简明手册M.机械工业出版社，1993学生接受任务签字接受任务时间： 2011 年 11 月 日 学生签名： 目录第一章课题题目及主要技术参数说明6第二章 毛坯82.1 明确毛坯状况82.2 毛坯选择8第三章 加工准备93.1 拟定工艺路线93.1.1确定加工方案93.1.2划分加工阶段93.1.3选择定位基准93.1.4热处理工序安排93.1.5加工工序安排93.2选择设备113.3刀具的选择113.3.1刀具种类的选择123.3.2车刀的选择123.4机械加工余量、工序尺寸及公差123.5刀具的安装133.6工件的安装13第四章 加工144.1下料144.2粗车端面144.2.1粗平端面144.2.2半精车平端面164.2.3 打两端中心孔184.2.3粗车端面总时间204.3粗车204.3.1粗车最大直径37204.3.2粗车台阶32214.3.3粗车台阶30234.3.4粗车外圆B244.3.5粗车台阶28254.3.6粗车总时间274.4热处理274.5半精车284.5.1半精车B284.5.2车退刀槽294.5.3半精车26314.5.4倒角C1324.5.5半精车32344.5.6半精车30354.5.7半精车总时间364.6铣364.6.1粗铣键槽8*24374.6.2粗铣键槽10*20384.6.3精铣键槽8*24394.6.4精铣键槽10*20404.6.6铣键槽总时间414.7磨削414.7.1磨外圆B424.7.2磨外圆A434.7.3磨削总时间444.8加工总时间454.9检验45设计小结46参考文献47第一章课题题目及主要技术参数说明 1.1课题题目 从动轴的制造1.2技术要求分析 图1-1从结构上看（如图1-1），这是一个典型的阶梯轴，工件材料为45#，生产纲领为小批或中批生产，调质处理HBS217255，尺寸为37*151。 轴颈和装传动零件的配合轴颈表面，一般是轴类零件的重要表面，其尺寸精度，位置精度（同轴度、与端面的垂直度等）及表面粗糙度要求和键槽的尺寸精度要求均较高，是轴类零件机械加工时，应着重保障的要素。轴颈A和B处是装轴承的，各项精度要求均较高，其尺寸为30K6，以中心线为基准，因此是主要表面。配合轴颈F和C处是安装传动零件的，与基准中心线对称度为0.2，公差等级为IT7。48第二章 毛坯2.1 明确毛坯状况 一般阶梯轴类零件材料常选用45钢；对于中等精度而转速较高的轴可用40Cr；对于高速、重载荷等条件下工作的轴可选用20Cr、20CrMnTi等低碳含金钢进行渗碳淬火，或用38CrMoAIA氮化钢进行氮化处理。2.2 毛坯选择该轴选用45钢。光轴、直径相差不大的阶梯轴，常选用热轧棒料或冷拉棒料。一般比较重要的，直径相差较大的轴都采用锻造件，以提高杭拉、抗弯及抗扭强度。对于某些大型或结构复杂的轴(如曲轴)，在保证质量的条件下允许采用铸造。这里选用截面形状为圆形的热轧钢，尺寸选择由于该轴最大外圆为37直径为151，长度与直径之比大于8，选用毛坯为38*155。第3章 加工准备3.1 拟定工艺路线3.1.1确定加工方案轴类在进行外圆加工时，会因切除大量金属后引起残余应力重新分布而变形。应将粗精加工分开，先粗加工，再进行半精加工和精加工，主要表面精加工放在最后进行。传动轴大多是回转面，主要是采用车削和外圆磨削。由于该轴的A,B段用于安装轴承，表面粗糙度值为1.6适中，精度要求比较高，采用磨削。C，F段有键槽，用于安装齿轮，采用半精加工。其它外圆面粗糙度和尺寸要求不高，采用粗车、半精车的加工方案。键槽粗糙度为3.2，应采用粗铣，半精铣的加工方案便能达到要求。3.1.2划分加工阶段 该轴加工划分为三个加工阶段，即粗车（粗车外圆，端面，钻中心孔）、半精车（半精车各处外圆和修研中心孔等），铣2个键槽，磨削A，B段外圆。 3.1.3选择定位基准该轴各表面的设计基准是轴的中心线，其加工的定位基准是两端面。采用两中心孔作为定位基准不但能在一次装夹中加工出多处外圆和端面，符合基准统一的原则。在粗加工外圆和加工长轴类零件时，为了提高工件刚度，常采用一夹一顶的方式，即轴的一端外圆用三爪卡盘夹紧，另一端用尾座顶尖顶住中心孔，此时是以外圆和中心孔同作为定位基面。铣键槽时，对称度以键槽中心线对称度为0.2，采用一夹一顶方式加工，并且要找正对称中心线。3.1.4热处理工序安排该轴需进行调质处理。它应放在粗加工后，半精加工前进行。如采用锻件毛坯，必须首先安排退火或正火处理。该轴毛坯为热轧钢，可不必进行正火处理。 3.1.5加工工序安排该阶梯轴的加工应遵循加工顺序安排的一般原则。如先粗后精、先主后次等。另外还应注意：1 外圆表面加工顺序应为：先加工大直径外圆，然后再加工小直径外圆，以免一开始就降低了工件的刚度。2 轴上的键槽等表面的加工应在半精车之后、外圆磨削之前。这样便可保证键槽的加工质量。3 通过对该轴分析，其加工工艺路线为：毛坯下料粗车外圆热处理半精加工外圆铣键槽磨削。工序一：下料工序二：CA6140卧式车床上用三爪卡盘夹持工件 1.粗，精车端面 2.钻中心孔，以尾架顶住，粗车3个台阶，37加工到位，其余每台阶留2mm余量。3.调头，车另一端面，并保证总长154mm。4.钻中心孔，以尾架顶住，粗车另外3个台阶，每个直径留2mm余量。工序三：调质处理HBS217255 。工序四：CA6140卧式车床上双顶尖装夹，半精加工右面3个台阶，大直径加工到31，28和26加工到位。车槽1个，倒角1个。调头，双顶尖装夹，半精车余下的2个台阶，32的加工到位，小直径加工到31，车倒角1个。 工序五：立式铣床X5032双顶尖装夹。分别粗铣宽为10，8的键槽到留1mm的加工余量。再分别精铣2个键槽。工序六：无心外圆磨床双顶尖装夹，将两端A,B磨到规定要求工序七：检验由前面确定的加工，可以确定零件各处的加工余量如表3-1：加工面加工方法加工余量工序尺寸精度等级表面粗糙度37粗车137IT1112.532粗车半精车粗铣精铣4.51.54133.532280+0.25，100 -0.2 270+0.02，100-0.036IT11IT8IT12IT812.53.26.33.230粗车半精车粗磨61.50.53230.530+0.002+0.015IT11IT8IT712.53.21.630粗车半精车粗磨61.5，4（槽）0.53230.5，2830+0.002+0.015IT11IT8IT8IT712.53.23.21.628粗车1028IT1112.526粗车半精车粗铣精铣10.71.33127.326230+0.25，80 -0.2220+0.02，80 -0.036IT11IT8IT12IT812.53.26.33.2端面粗车精车钻1.50.510L152L151L121IT12IT86.33.2表3-13.2选择设备车削加工设备：普通车床CA6140铣削加工设备：立式铣床X5032磨削加工设备：无心外圆磨床3.3刀具的选择1应根据零件的切削性能选择刀具。2应根据零件的加工阶段选择刀具。3根据加工区域的特点选择刀具和几何参数。3.3.1刀具种类的选择高速钢：高速钢是含有W、Mo、Cr、V等合金元素较多的合金工具钢，热处理后硬度为6266HRC，抗弯强度约为33GPa，耐热性为600左右。高速钢又可分为普通高速钢、高性能高速钢、粉末冶金高速钢及涂层高速钢。硬质合金：由硬度和熔点很高的碳化物（硬质相，如WC、TiC、TaC、NbC等）和金属（粘结相，如Co、Ni、Mo等）通过粉末冶金工艺制成的。硬质合金按加工对象和切削时排出切悄形状可分为三类，其中YG主要用于脆性材料，YT用于碳钢类塑性材料，YW用于不锈钢等难加工材料。陶瓷：是以氧化铝或以氧化硅为基体再添加少量金属，在高温下烧结而成。陶瓷刀具有很高的耐磨性和耐热性，良好的抗粘结性和较低的摩擦系数，化学性能稳定。陶瓷刀具在切削时不易粘刀、不易产生切削瘤，但其强度和和抗热冲击性较差，一般用于在高速下精加工硬材料，如氧化铝复合陶瓷适合于中速下切削冷硬铸铁、淬硬钢等；氮化硅基陶瓷宜能进行高速切削，故适宜精加工和半精加工，也可加工5154HRC硬度的镍基合金、高锰钢等难加工材料。金刚石：金刚石的硬度的耐磨性很好，可用于切削硬度高的一些材料，但由于金刚石的耐热度较低，只有700800，故工作温度不能过高。另外，因其易与碳亲合，因此不宜用于加工含碳的黑色金属。立方氮化硼：其硬度与耐磨性仅次于金刚石，有较强的抗粘结能力，与钢的摩擦系数小，适用于高速切削钢材及耐热合金。因其价格高，一般用于加工高硬度材料或超精加工。3.3.2车刀的选择外圆加工设备：1车端面：90端面车刀 2车外圆：90外圆车刀,45倒角车刀 3切槽：切槽刀选用YG8硬质合金刀具。 铣削加工设备：键槽铣刀（d=10，l=13；d=8，l=11），齿数为5，选用YT15硬质合金刀具。磨削加工设备：平行砂轮(粒度100280，颗粒尺寸160125um，结合剂选陶瓷）。中心孔加工设备：麻花钻（高速钢d=5，l=62.l1=26）。 3.4机械加工余量、工序尺寸及公差合理的切削用量是指充分利用刀具的切削性能和机床性能，在保证加工质量的前提下，获得较高的生产率和低的加工成本的切削用量。制定切削用量，就要在已经选好刀具材料和几何角度的基础上，合理的确定背吃刀量和进给量。加工部位 粗背吃刀量 精背吃刀量 进给量mm/r外圆 0.5/2/3/3/4/4 0/1/0.5/0.5/0/1 0.4端面 1.5 0.5 0.4/0.2键槽 4/3 1 0.1钻中心孔 0.33.5刀具的安装车刀刀尖应与工件中心等高，实际生产中要求车端面、圆锥面、螺纹、成形车削等等高安装，粗车孔、切断空心工件时，刀尖应等高机床主轴线；粗车一般外圆、精车孔、安装时刀尖应等高或稍高工件中心线。刀杆偏斜对工作主、副偏角的影响。刀杆偏斜会使车刀的工作主偏角增大，工作副偏角减小。车刀刀杆截面形状有矩形、方形和圆形三种。一般用矩形，切削力较大时采用方形，圆形多用于内孔车刀。刀杆高度H可按车床中心高选择。车刀装夹在刀架上伸出部分应尽量短以增强其刚性，一般车刀伸出长度约为刀杆宽度的11.5倍，下面的垫片数量要尽量少，并与刀架边缘对齐。3.6工件的安装（1）三爪卡盘上找正安装工件三爪卡盘装夹能自动定心，但其定心准确度不高。装夹时，把工件直接夹持在三爪卡盘上，根据工件的一个或几个表面用划针或指示表找正工件准确位置后再进行夹紧。（2）一夹一顶安装工件一夹一顶即轴的一端外圆用卡盘夹紧，一端用尾座顶尖顶住中心孔的工件安装方式。这种安装方式可提高轴的装夹刚度，此时轴的外圆和中心孔同作为定位基面，常用于长轴加工及粗车加工中。（3）在双顶尖间安装工件在实心轴两端钻中心孔，在空心轴两端安装带中心孔的锥堵或锥套心轴，用车床主轴和尾座顶尖顶两端中心孔的工件安装方式。此时定位基准与设计基准统一，能在一次装夹中加工多处外圆和端面，并可保证各外圆轴线的同轴度以及端面与轴线的垂直度要求，是车销、磨销加工中常用的工件安装方法。第4章 加工4.1下料选用热轧棒料，截取直径为40，长为155的棒料。这样直径有3毫米，长度有4毫米的加工余量，够后面的粗加工，半精加工余量的需要刚度足以满足要求。4.2粗车端面在 CA6140普通卧式车床上用三爪楔形卡盘夹持毛坯，用端面车刀车一端面，然后钻该端面的中心孔，用尾架顶尖顶住，以一夹一顶的方式安装工件。粗车3个台阶，37加工到位，其余每台阶留2mm余量，用于满足后面半精加工，铣，磨削加工的要求。 调头，用三爪卡盘夹持工件另一端，用尾架顶尖顶住，以一夹一顶的方式安装工件。以前一端面定位，车该端面并保证总长为154mm。接着钻改面中心孔，用尾架顶尖顶住，以一夹一顶安装工件，粗车另外3个台阶，37加工到位，其余直径留2mm余量，用于后续加工。机床：CA6140卧式车床刀具：YT5硬质合金端面车刀4.2.1粗平端面加工材料：45#加工要求：粗车端面。刀具要求：YT5硬质合金车刀，刀具前角010后角010，副后角0=10，刃倾角s=10,主偏角Kr=40,过渡刃Kr=40,副偏角Kr=10（由切削手册表1.3）。2. 切削用量1）确定切削深度ap因为余量较小，故选择ap =1.5mm，查机械加工余量手册表5-10查加工余量，一次走刀即可完成。 2）确定进给量fz根据切削手册表1-4得f =0.4mm/r，使用YT5硬质合金车刀加工，机床功率为7.5kw（据简明手册表4.2-7。3）确定刀具寿命及磨钝标准根据切削手册表1-9，车刀刀齿后刀面最大磨损量为,1.4mm；刀具使用命T=60min（据简明手册表1-9）。4）计算车削速度vc切削速度公式 其中d为加工工件的直径。由机械制造技术基础课程设计指导教程表5-2可得Vc=65m/min。所以n=544.5r/min5）计算基本工时式中式中 tb 基本时间（ min ）； Lj工作行程式的计算长度，包括加工表面的长度，刀具切出和切入长度（ mm ）； Z 工序余量（ mm ）； n 工件的旋转速度（ r/min ）； f 刀具的进给量（ mm/r ）； ap 背吃刀量（ mm ）。 其中Lj =L+ y+=21mm，Z=1.5mm，n=544.5r/min，f=0.4mm/r，ap =1.5mm，查切削手册表1. 26，入切量及超切量为：y+=2mm，具体参数见表4-2-1；车硬质合金车刀车外、内圆理论工时计算硬质合金车刀车外、内圆理论工时计算硬质合金钻头钻孔理论工时计算硬质合金车刀车外、内圆理论工时计算硬质合金车刀车外、内圆理论工时计算硬质合金车刀车外、内圆理论工时计算硬质合金车刀车外、内圆理论工时计算硬质合金车刀车外、内圆理论工时计算硬质合金车刀车外、内圆理论工时计算零件参数推荐切削参数范围材料种类中碳钢热轧切削深度 mm2.0 4.0 工件直径 mm32.00 每转进给量 mm0.3 0.6 加工长度 mm16.00 切削速度 m/min90 110 直径余量 mm4.00 主轴转速895 1094 请输入实际