齿轮泵主动轴课程设计说明书..

目录

序言

一、零件的分析------------------------------------------------------3

二、工艺规程的设计------------------------------------------------4 （一）确定毛坯的制造形式---------------------------------------4 （二）基准的选择---------------------------------------------------8 （三）工艺路线的拟订及工艺方案的分析---------------------9 （四）机械加工余量及毛坯尺寸的确定------------------------------11（五）各工序的定位夹紧方案、切削用量选择及基本工-----------12

三、总结--------------------------------------------------------------28

四、主要参考资料--------------------------------------------------29

序言

机械制造工艺学课程设计，是我们在学完了大学的全部基础课和大部分专业课后进行的。这也是我们在进行毕业设计之前对所学各课程做一次综合性的复习，也是一次理论联系实际的训练，它在我们四年的学习中有着很重要的地位。

通过此次此次设计，应该得到下述各方面的锻炼：

1)能熟练运用机械制造工艺设计中的基本理论以及在生产实习中学到的实践知识，正确地解决一个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，保证零件的加工质量。

2)提高结构设计的能力。通过设计夹具的训练，应当获得根据被加工零件的加工要求，设计出高效省力，经济合理，而且能保证加工质量的夹具的能力。

3)学会使用手册及图表资料，掌握与本设计有关的各种资料的名称出处，能够做到熟练使用。

由于能力有限，设计中尚有许多不足之处，请各位老师给予批评指教。

本设计书包括：

1.零件图：齿轮泵主动轴

2.零件的毛坯图

3.机械加工工艺过程卡

4.机械加工工序卡

5.课程设计说明书

一、零件的分析

（一）零件的作用

轴是机械加工中常见的典型零件之一。它在机械中主要用于支撑齿轮、带轮、凸轮以及连杆等传动件，以传动扭矩。按结构形式不同，轴可以分为阶梯轴、锥度心轴、光轴、空心轴、曲轴、各种丝杠等，其中阶梯传动轴应用较广，其加工工艺能较全面的反映轴类零件的加工规律和共性。

所设计的为齿轮油泵的主动轴。其作用是：一是支撑回转零件，支撑主动齿轮使其正常转动；二是把旋转运动通过主动齿轮传递给其他部件。如在 18h6mm出安装齿轮，以传递扭矩使其正常工作。在工作中主轴不仅承受扭转力矩，而且承受弯曲力矩。（二）零件的工艺分析

通过对该零件的重新绘制知，原样图的视图正确、完整，尺寸、公差及技术要求齐全。根据零件的尺寸图，可以初步拟定零件的加工表面，其间有一定位置度要求。所设计的轴的尺寸图中下图所示：

分述如下：

1、外圆柱表面：

外圆柱加工表面包括一个Φ18h6mm的圆柱面，要求粗糙

度为0.8，以及Φ17.8f6mm和Φ17.8h11mm的两个圆柱面, 其中Φ17.8h11mm的圆柱面粗糙度要求为1.6。其余粗糙

度为6.3。

2、键槽、通孔：

以轴线为中心的键槽宽度为5N9mm的半圆键槽，槽的两侧面平行于基准A（φΦ17.8f6mm孔的轴线），其平行度公差为0.12mm。通孔为Φ4mm的通孔无要求。

3、槽口：

左端以以轴线为中心的槽口宽度为6H9mm的槽。槽的两侧面平行于基准B（φΦ17.8h11mm孔的轴线），其平行度公差为0.12mm。

根据各加工方法的经济精度及一般机床所能达到的位置精度，该零件没有很难加工的表面尺寸，上述表面的技术要求采用常规加工工艺均可以保证，由以上分析可知可以先加工外圆柱面，然后借助专用夹具加工键槽、通孔及槽口，并保证它们之间的位置要求。

二、工艺规程的设计

（一）确定轴的材料及毛坯的制造形式

1、材料

机械制造中最常用的材料是钢和铸铁，其次是有色金属合金，非金属材料如塑料、橡胶等，在机械制造中也得到广泛的应用。

金属材料主要指铸铁和钢，它们都是铁碳合金，它们的区别主要在于含碳量的不同。含碳量小于2%的铁碳合金称为钢，含碳量大于2%的称为铁。

（1）、铸铁

常用的铸铁有灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、合金铸铁等。其中灰铸铁和球墨铸铁属脆性材料，不能辗压和锻造，不易焊接，但具有适当的易熔性和良好的液态流动性，因而可铸成形状复杂的零件。灰铸铁的抗压强度高，耐磨性、减振性好，对应力集中的敏感性小，价格便宜，但其抗拉强度较钢差。灰铸铁常用作机架或壳座。球墨铸铁强度较灰铸铁高且具有一定的塑性，球墨铸铁可代替铸钢和锻钢用来制造曲轴、凸轮轴、油泵齿轮、阀体等。

（2）、钢

钢的强度较高，塑性较好，可通过轧制、锻造、冲压、焊接和铸造方法加工各种机械零件，并且可以用热处理和表面处理方法提高机械性能，因此其应用极为广泛。

钢的类型很多，按用途分，钢可分为结构钢、工具钢和特殊用途钢。结构钢可用于加工机械零件和各种工程结构。工具钢可用于制造各种刀具、模具等。特殊用途钢（不锈钢、耐热钢、耐腐蚀钢）主要用于特殊的工况条件下。按化学成分钢可分为碳素

钢和合金钢。碳素钢的性能主要取决于含碳量，含碳量越多，其强度越高，但塑性越低。碳素钢包括普通碳素结构钢和优质碳素结构钢。普通碳素结构钢（如Q215、Q235）一般只保证机械强度而不保证化学成分，不宜进行热处理，通常用于不太重要的零件和机械结构中。碳素钢的性能主要取决于其含碳量。低碳钢的含碳量低于0.25%，其强度极限和屈服极限较低，塑性很高，可焊性好，通常用于制作螺钉、螺母、垫圈和焊接件等。含碳量在0.1%~0.2%的低碳钢零件可通过渗碳淬火使其表面硬而心部韧，一般用于制造齿轮、链轮等要求表面耐磨而且耐冲击的零件。中碳钢的含碳量在0.3%~0.5%之间，它的综合力学性能较好，因此可用于制造受力较大的螺栓、螺母、键、齿轮和轴等零件。含碳量在0.55%~0.7%的高碳钢具有高的强度和刚性，通常用于制作普通的板弹簧、螺旋弹簧和钢丝绳。合金结构钢是在碳钢中加入某些合金元素冶炼而成。每一种合金元素低于2%或合金元素总量低于5%的称为低合金钢。每一种合金元素含量为2%~5%或合金元素总含量为5%~10%的称为中合金钢。每一种合金元素含量高于5%或合金元素总含量高于10%的称为高合金钢。加入不同的合金元素可改变钢的机械性能并具有各种特殊性质。例如铬能提高钢的硬度，并在高温时防锈耐酸；镍使钢具有良好的淬透性和耐磨性。但合金钢零件一般都需经过热处理才能提高其机械性能；此外，合金钢较碳素钢价格高，对应力集中亦较敏感，因此只用于碳素钢难于胜任工作时才考虑采用。

用碳素钢和合金钢浇铸而成的铸件称为铸钢，通常用于制造结构复杂、体积较大的零件，但铸钢的液态流动性比铸铁差，且其收缩率的铸铁件大，故铸钢的壁厚常大于10ｍｍ，其圆角和不同壁厚的过渡部分应比铸铁件大。

2、材料选用原则

从各种各样的材料中选择出合用的材料是一项受到多方面因素制约的工作，通常应考虑下面的原则：

（1）载荷的大小和性质，应力的大小、性质及其分布状况对于承受拉伸载荷为主的零件宜选用钢材，承受压缩载荷的零件应选铸铁。脆性材料原则上只适用于制造承受静载荷的零件，承受冲击载荷时应选择塑性材料。

（2）零件的工作条件

在腐蚀介质中工作的零件应选用耐腐蚀材料，在高温下工作的零件应选耐热材料，在湿热环境下工作的零件，应选防锈能力好的材料，如不锈钢、铜合金等。零件在工作中有可能发生磨损之处，要提高其表面硬度，以增强耐磨性，应选择适于进行表面处理的淬火钢、渗碳钢、氮化钢。金属材料的性能可通过热处理和表面强化（如喷丸、滚压等）来提高和改善，因此要充分利用热处理和表面处理的手段来发挥材料的潜力。

（3）零件的尺寸及质量

零件尺寸的大小及质量的好坏与材料的品种及毛坯制取方法有关，对外形复杂、尺寸较大的零件，若考虑用铸造毛坯，则

应选用适合铸造的材料；若考虑用焊接毛坯，则应选用焊接性能较好的材料；尺寸小、外形简单、批量大的零件，适于冲压和模锻，所选材料就应具有较好的塑性。

（4）经济性

选择零件材料时，当用价格低廉的材料能满足使用要求时，就不应选择价格高的材料，这对于大批量制造的零件尤为重要。此外还应考虑加工成本及维修费用。为了简化供应和储存的材料品种，对于小批制造的零件，应尽可能减少同一部设备上使用材料的品种和规格，使综合经济效益最高。

3、确定轴的材料

由以上分析可以选择轴的材料，35钢、45钢、T10、40Cr等都可以满足要求，因为45钢的硬度在220HBS～250HBS之间，其综合力学性能好、承受交变弯曲载荷或交变扭转荷。结合以上两点以及其经济性选用45钢。

4、确定毛坯的制造形式

零件材料为45钢，本可以先用模锻，其精度高加工余量小又可以用与形状复杂、大批量生产，但其设备昂贵。又考虑到轴的应用场合在齿轮泵中其受力不大强度要求不高生产纲领又不是太大。结合生产条件以及经济性故选取型钢又因为其最大直径处为Ф18mm故选取直径为Ф23mm的型钢为毛坯。

（二）、基准的选择

基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得正确与合理可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。

1、粗基准的选择：对于零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准。而对有若干个不加工表面的工件，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作粗基准。根据这个基准选择原则，选取零件的上面和右面的直角平面为粗基准。

2、精基准的选择：主要应该考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸链换算。

（三）工艺路线的拟定及工艺方案的分析

1、工艺路线的拟定

为保证达到零件的几何形状、尺寸精度、位置精度及各项技术要求，必须制定合理的工艺路线。

由于生产纲领为成批生产，所以采用通用机床配以专用的工、夹、量具，并考虑工序集中，以提高生产率和减少机床数量，使生产成本下降。该轴材料为45钢且为Ф23mm的形钢，此主动轴应首先车削成形，对于精度较高在车削之后还应磨削。车削和磨削时以两端的中心孔作为定位精基准，中心孔可在粗车之前加工。因此，该传动轴的工艺过程主要有

加工中心孔、粗车、半精车和磨削四个阶段。结合以上几点制定加工工艺路线如下：

工艺路线如下：

工序1 车端面、钻中心孔，表面粗糙度6.3，；

工序2 加工2?1退刀槽；

工序3 粗车Ф18mm及两端Ф17.8mm的外圆柱面直径余1mm，采用一夹一顶，表面粗糙度6.3、尺寸公差14级。

工序4 半精车各阶梯轴，直径余量0.5mm；

工序5 精加工各阶梯部分表面，粗糙度1.6、尺寸公差6级；

工序6 钻φ4孔

工序7 加工槽口宽度为6H9mm的槽

根据此工艺方案制定出详细的工序划分如下所示：

工序1：车端面，以Ф23mm的外圆轮廓为定位基准，选CA6140卧式车床；

工序2：车2?1退刀槽,车后直径为Ф16mm;

工序3：粗车左端Ф17.8mm，直径余量1mm，表面粗糙度6.3、尺寸公差14级；

工序4：粗车右端Ф17.8mm、Ф18mm,直径余量1mm，定位基准都用左端Ф17.8mm采用一次装夹减少定位误差采用一夹一顶，表面粗糙度16、尺寸公差14级；

工序5：半精车各阶梯轴，直径余量0.5mm，并车倒角，表面粗糙度3.2、尺寸公差9级,倒圆角1×45°；

工序6：淬火;

工序7：钻Ф4mm的通孔，采用专用夹具立式钻床加工,麻花

钻；

工序8：铣6H9mm的槽口，采用专用夹具，卧式铣床，盘形槽铣刀，表面粗糙度3.2；

工序9：精加工整个轴的各阶梯部分,直径余量0.2mm，表面粗糙度1.6、尺寸公差8级；

工序10：磨Φ18mm外圆，表面粗糙度0.8；

工序11：划线铣半圆键槽，采用专用夹具卧式铣床加工表面粗糙度3.2，采用是宽度为5mm的半圆键槽铣刀；

工序12：质检。

根据此工序安排，编出机械加工工艺过程卡及工序卡片。见附表1：机械加工工艺过程卡；附表2:机械加工工序卡。

（四）机械加工余量及毛坯尺寸的确定

齿轮油泵主动轴零件材料为45钢，硬度为220～250HBS毛坯重量约为10Kg，生产类型为中小批量生产，结合生产条件及其经济性选用Ф23mm的型钢作为毛坯。

根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下（机械加工余量及其工序尺寸可用反求法计算即从零件的最后一道工序向前推算）：1．磨削余量查《简明手册》可预留0.3mm～0.4mm，表2.3-4；

2．精加工余量0.5mm-0.6mm（表2.3-3）;

3．半精加工余量0.9 mm～1mm（表2.3-2）;

4．粗加工余量2.5 mm～3.5mm;

从毛坯到成品总的加工余量为4.2 mm～5.5mm，轴的最大直径处为Ф18 mm。

18(4.2 mm～5.5mm）＝22.2mm～23.5mm

故选用Ф23 mm的棒料作为毛坯。

(五)、各工序的定位夹紧方案、切削用量选择及基本工时

工序1、车削端面。

1.加工条件

工件材料：45钢正火，硬度220HBS～250HBS，毛坯为Ф23mm 的形钢。

加工要求：车端面，表面粗糙度值为6.3um。

机床：CA6140卧式车床。刀具、刀片材料为YT5，刀杆尺寸为16mm×25mm，刀具几何角度：Kr＝90°、r o＝15°、a o＝8°、r＝0.5mm。

2.计算切削用量

（1）确定端面最大加工余量：已知毛坯总长129mm，两端面都应切削且应平均分配，一端面切除2.5mm,即a p＝2.5mm，长度公差IT＝13。

（2）确定进给量f：根据《切削用量简明手册》（以下简称《切削手册》）表1.4，当刀杆尺寸为16mm×25mm，a p≤3 mm以及工件直径为16 mm时

f ＝0.3-0.4mm ／r

按CA6140车床说明书取f ＝0.4mm ／r

（3）计算切削速度：按《切削手册》表1.27，切削速度的计算公式为（寿命选T ＝60min ）

v v v

c v x y m p c v k T a f =

式中242v c =，0.15v x =，0.35v y =，m=0.2

V k 见《切削用量简明手册》表1.28即

1.44,0.8,0.83,0.81====v m sv kv krv k k k k

所以

0.20.150.35

242 1.440.80.810.8399/min 60 2.50.4c v mm =????=?? （4）确定机床主轴转速 1000100099/min 1371/min 3.1423

c s w v n r r

d π?===? 按机床说明书，与1371r/min 相近的有1400r/min ，现选取1400r/min 。所以实际切削速度

101.26/min 318dn

v mm ==

（5）切削工时

按《金属切削原理与刀具》1-5公式

3.142338 2.5/min 0.08min 10001000 2.50.4101

m p c DLA t r a fv π???===??? （6）校验机床功率

查《金属切削原理与刀具》由表2-1查得得当比切削功率6332.7//min)uc p KW mm -=?10由表2-8查得75r K ο=时，1v KF K =。故切削

功率为

610001000-==?32.7?10?101?2.5?0.61?0.9?1=4.6Kω

v v c uc c f fF kF p p v a K K CA6140型车床电动机功率为7.8kw,转速为1400r/min 时传递的最大功率为7.2kw 故可以满足使用要求.

（7）校验机床进给机构的强度

查《金属切削原理与刀具》表2-1可知比切削力21962/s k N mm =

故主切削力为:

1962==?2.5?0.61?0.9?1=2693N v v v s fF kF F k afk K

查表2-7当Kr ＝75°时/0.35,/0.4P V f V F F F F ==

因此0.443081507f F N =?=

0.3543081507r F N =?=

若机床进给导轨与溜板磨擦系数为0.1,进给机构在纵向进给方向受力为:

()15070.1(26931507)1927++=++=f v r F u F F N

由机床的说明书可知机床允许的最大进给力不低于3000N.因此可以满足要求.

工序2：车2?1退刀槽,车后直径为Ф16mm;

1.加工条件

工件材料：45钢正火，硬度220HBS ～250HBS ，毛坯为Ф23mm 的形钢。

加工要求：车2X1退刀槽。

机床：CA6140卧式车床。刀具、刀片材料为YT5，刀杆尺寸为16mm ×25mm ，刀刃宽度为2mm 的切断刀

2.计算切削用量

（1）确定端面最大加工余量：1mm

（2） 确定进给量f ：根据《切削用量简明手册》（以下简称《切削手册》）表1.4，当刀杆尺寸为16mm ×25mm ，a p

≤3 mm 以及工件直径为Ф16mm 时

f ＝0.3-0.4mm ／r

按CA6140车床说明书取f ＝0.4mm ／r

（3）计算切削速度：按《切削手册》表1.27，切削速度的计算公式为（寿命选T ＝60min ）

v v v

c v x y m p c v k T a f =

式中242v c =，0.15v x =，0.35v y =，m=0.2

V k 见《切削用量简明手册》表1.28即

1.44,0.8,0.83,0.81====v m sv kv krv k k k k

所以

0.20.150.35242 1.440.80.810.8399/min 6010.4

c v mm =????=??

（4）确定机床主轴转速 1000100099/min 1371/min 3.1423

c s w v n r r

d π?===? 按机床说明书，与1371r/min 相近的有1400r/min ，现选取1400r/min 。所以实际切削速度

101.26/min 318dn

v mm ==

（5）切削工时

按《金属切削原理与刀具》1-5公式

3.142338 2.5/min 0.08min 10001000 2.50.4101

m p c DLA t r a fv π???===??? （6）校验机床功率

查《金属切削原理与刀具》由表2-1查得得当比切削功率6332.7//min)uc p KW mm -=?10由表2-8查得75r K ο=时，1v KF K =。故切削

功率为

610001000-==?32.7?10?101?2.5?0.61?0.9?1=4.6Kω

v v c uc c f fF kF p p v a K K CA6140型车床电动机功率为7.8kw,转速为1400r/min 时传递的最大功率为7.2kw 故可以满足使用要求.

（7）校验机床进给机构的强度

查《金属切削原理与刀具》表2-1可知比切削力21962/s k N mm =

故主切削力为:

1962==?2.5?0.61?0.9?1=2693N v v v s fF kF F k afk K

查表2-7当Kr ＝75°时/0.35,/0.4P V f V F F F F ==

因此0.443081507f F N =?=

0.3543081507r F N =?=

若机床进给导轨与溜板磨擦系数为0.1,进给机构在纵向进给方向受力为:

()15070.1(26931507)1927++=++=f v r F u F F N

由机床的说明书可知机床允许的最大进给力不低于3000N.因此可以满足要求.

工序3、粗车左端Ф17.8mm 的外圆柱面直径余1mm

1.加工条件

工件材料：45钢正火，硬度220HBS ～250HBS ，毛坯为Ф23mm 的形钢。

加工要求：粗车左端Ф17.8mm 的外圆柱面，直径余量1mm ，表面粗糙度值为6.3um 。尺寸公差14级。

机床：CA6140卧式车床。

刀具：刀片材料为YT5刀杆尺寸为20mm ×30mm ，Kr ＝75°，α0＝6°γ0=8°。

2．计算切削用量

（1）粗车Ф17.8mm 的切削用量

A ．切削深度

按加工余量计算的结果粗加工应加工到Ф19mm ，查《机械制造工艺与机床夹具课程设计指导》

Ф23mm-Ф19mm=4mm

故可分为二次切削加工即4p a mm =

B ．进给量

查《机械设计指导》表2-19取r mm r mm f

/5.0/3.0-=之间并结

合机床说明书取r mm f /4.0=。 C ．切削速度

工件材料45钢正火查《机械设计指导》表2-20，并考虑已选

的切削深度和进给量得0.20.150.35242 1.440.80.810.83102.64/min 6020.4c v mm =????=??，刀具寿命60min T =。

D ．确定机床主轴转速

机床主轴转速的计算值为 1000102.6410001421/min 3.1423

c

w v n r d π?===? 对照机床主轴转速表取实际转速为1400/min r

。故实际切削速度为 3.14231400101.1/min 10001000

w c d n v mm π??=== E ．计算切削工时

3.142338min 0.04min 1000100040.4101.1

A m p c dl t a fv π??===???

F ．校验机床功率

查《金属切削原理与刀具》由表2-1查得得当比切削功率6332.7//min)uc p KW mm -=?10由表2-8查得75r K ο=时，1v KF K =。故切削

功率为

610001000v v c uc c f fF kF p p v a K K -==?32.7?10?114?4?0.61?0.9?1=5.4Kω

CA6140型车床电动机功率为7.8kw,转速为560r/min 时传递的最大功率为6.2kw 故可以满足使用要求.

G.校验机床进给机构的强度

查《金属切削原理与刀具》表2-1可知比切削力21962/s k N mm =

故主切削力为:

1962v v v s fF kF F k afk K ==?4?0.61?0.9?1=4308N

查表2-7当Kr ＝75°时/0.35,/0.4P V f V F F F F ==

因此0.443081507f F N =?=

0.3543081507r F N =?=

若机床进给导轨与溜板磨擦系数为0.1,进给机构在纵向进给方向受力为:

()17220.1(43081507)2303.5f v r F u F F N ++=++=

由机床的说明书可知机床允许的最大进给力不低于3000N.因此可以满足要求.

工序4：粗车右端Ф17.8mm 、Ф18mm

各步骤及参数与工序2相同。

工序5：半精车各阶梯轴，直径余量0.5mm ；

1.加工条件

工件材料：45钢正火，硬度220HBS ～250HBS ，毛坯为Ф23mm 的形钢。

加工要求：半精车阶梯轴外圆柱面，直径余量0.5mm ，表面粗糙度值为6.3um 。尺寸公差9级，倒圆角1?45。

机床：CA6140卧式车床。

刀具：刀片材料为YT5刀杆尺寸为20mm ×30mm ，Kr ＝90°，?=60a ，0=s l °。

2．计算切削用量

（1）半精车Ф17.8的切削用量

A ．切削深度

按加工余量计算的结果粗加工应加工到19mm

19-18.5=0.5mm

查《机械制造设计指导》表2-15可知应分为一次切削加工即mm a p 5.0=

B ．进给量

查《金属切削》表4-9切削深度小于2mm 并结合机床说明书取0.41/f mm r =。

C ．切削速度