输出轴机械制造工艺学课程设计说明书

机电及自动化学院《机械制造工艺学》课程设计说明书设计题目：输出轴工艺规程设计

目录

1、零件的分析

1.1、计算生产纲领，确定生产类型------------------------- 3

1.2、零件的作用-----------------------------------------3

1.3、零件的工艺分析-------------------------------------3

2、工艺规程设计

2.1、确定毛坯的制造形式---------------------------------3

2.2、基准的选择-----------------------------------------4

2.3、制定工艺路线---------------------------------------4

2.3.2、加工顺序的安排---------------------------------4

2.3.3、拟定加工工艺路线-------------------------------5

2.3.4、加工路线的确定--------------------------------6

2.3.5、加工设备的选择--------------------------------6

2.3.6、刀具的选择------------------------------------7

3、机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定-------------7

4、确定切削用量及加工时间

4.1、切削用量选定--------------------------------------10

4.2、基本加工时间确定-----------------------------------14

5、小结----------------------------------------------------18

6、参考文献------------------------------------------------19

7、附件---------------------------------------------19

第一章零件的分析

1.1计算生产纲领，确定生产类型

如下面零件图所示为输出轴，该产品年产量为5000台，设其备品率为16%，机械加工废品率为2%，现制订该零件的机械加工工艺规程。

技术要求如下：

①锻件消除应力；

②未注明倒角为1×45o；

③调质处理217~255HBS；

④材料45钢，N=Qn(1+a%+b%)=5000×1×(1+16%+2%)=5900(件/年）。

输出轴的年生产量为5900件，现通过计算，该零件质量约为3kg。根据教材表2-3，生产纲领与生产类型的关系，可确定其生产类型为大批量生产。

1.2 零件的作用

题目所给定的零件为输出轴，主要应用在动力输出装置中，是输出动力的主要零件之一。其主要作用是支撑传动零件并传递转矩，其工作条件为：（1）承受交变扭荷、交变弯曲载荷或拉-压载荷；（2）局部承受摩擦和磨损（3）特殊条件下受温度或介质作用。因此，该零件需具有足够的耐磨性和抗扭强度。

1.3 零件的工艺分析

从零件图上看，该零件是典型的零件，结构比较简单，其主要加工的面有φ55、φ60、φ65、φ75、φ176的外圆柱面，φ50、φ80、φ104的圆柱表面，10个φ20的通孔，还有2个φ8的斜孔，其中径向尺寸中的左端的φ55、φ60、φ65、φ75精度要求较高为IT7级，表面粗糙度为Ra0.8um,右端的φ80圆柱面精度要求为IT7级，表面粗糙度为Ra3.2um,右端面上的的10个φ20的通孔精度为IT7级，表面粗糙度为Ra3.2um;位置要求较严格，表现在φ55、φ60的圆柱面、φ80孔圆柱面对φ75、φ65外圆轴线的跳动量为0.04mm, φ20孔的轴线对φ75、φ65外圆轴线的位置度为φ0.05mm,键槽对φ55外圆轴线的对称度为0.08mm ；热处理方面需要调质处理，到217～255HBW ，保持均匀。通过分析该零件，其布局合理，方便加工，我们通过径向夹紧可保证其加工要求，整个图面清晰，尺寸完整合理，能够完整表达物体的形状和大小，符合要求。

第二章 工艺规程设计

2.1. 确定毛坯的制造形式

毛坯的选择和拟定毛坯图是制定工艺规程的最初阶段工作之一，也是一个比较重要的阶段，毛坯的形状和特征（硬度，精度，金相组织等）对机械加工的难易，工序数量的多少有直接影响，因此，合理选择毛坯在生产占相当重要的位置，同样毛坯的加工余量的确定也是一个非常重要的问题。

毛坯种类的选择决定与零件的实际作用，材料、形状、生产性质以及在生产中获得可能性，毛坯的制造方法主要有以下几种：1、型材2、锻造3、铸造4、焊接5、其他毛坯。根据零件的材料，推荐用型材或锻件，但从经济方面着想，如用型材中的棒料，加工余量太大，这样不仅浪费材料，而且还增加机床，刀具 及能源等消耗，而锻件具有较高的抗拉抗弯和抗扭强度，冲击韧性常用于大载荷或冲击载荷下的工作零件。

如上面所述，若采用棒料 棒料直径为φ180，最小的情况需要切削到φ55，切削掉的长度近200，则需要切掉

的材料为保留下来材料的2.5倍（4532250200*98l *222≈≈-=L D d D V V 总切,5.232

-4532-≈==留留总留切V V V V V ），产生的废料过多，不经济，同时加工耗时过长，严重影响加工效率，再者刀具磨损严重，在大批量生产的前提下，毛坯采

用模锻的方法来获得再大大提升效率，同时也能降低成本。

2.2基准的选择

在选择基准时要遵循几个原则。对于粗基准：①保证相互位置要求的原则；②保证加工表面加工余量合理分配的原理；③便于工件装夹的原则；④粗基准一般不得重复使用的原则。对于精基准：①基准重合原则；②统一基准原则；③互为基准原则；④自为基准原则；⑤便于装夹原则。

工件在加工第一道或最初几道工序时，一般选毛坯上未加工的表面作为定位基准，这个是粗基准，该零件选用毛坯左端的φ80外圆柱面作为粗基准来加工φ180外圆柱面和右端面使其达到要求的尺寸φ176。以上选择符合粗基准的选择原则中的余量最小原则、便于装夹原则，在以后的工序中，则使用经过加工的表面作为定位基准，φ176的外圆柱面和右端面作为定位基准，这个基准就是精基准。在选精基准时采用有基准重合，基准统一。这样定位比较简单可靠，为以后加工重要表面做好准备。

2.3制定工艺路线

2.3.1加工方法的选择

市场经济的前提下，一切都是为能创造出更多的财富和提高劳动率为目的，同样的加工方法的选择一般考虑的是在保证工件加工要求的前提下，提高工件的加工效率和经济性，而在具体的选择上，一般根据机械加工资料和工人的经验来确定。由于方法的多种多样，工人在选择时一般结合具体的工件和现场的加工条件来确定最佳的加工方案。

2.3.2加工顺序的安排

（1）工序的安排

1、加工阶段的划分

当零件的加工质量要求较高时,往往不可能用一道工序来满足要求,而要用几道工序逐步达到所要求的加工质

量和合理地使用设备、人力,零件的加工过程通常按工序性质不同,可以分为粗加工,半精加工,精加工三个阶段。

①粗加工阶段：其任务是切除毛坯上大部分余量，使毛坯在形状和尺寸上接近零件成品，因此，主要目标是提高生产率，去除孔，端面以及外圆表面的大部分余量，并为后续工序提供精基准，如加工φ176、φ55、φ60、φ65、φ75外圆柱表面。

②半精加工阶段：其任务是使主要表面达到一定的精加工余量，为主要表面的精加工做好准备，如φ55、φ60、φ65、φ75外圆柱面，φ80圆柱面、φ20孔等。

③精加工阶段：其任务就是保证各主要表面达到规定的尺寸精度，留一定的精加工余量，为主要表面的精加工做好准备，并可完成一些次要表面的加工。如精度和表面粗糙度要求，主要目标是全面保证加工质量。

2、基面先行原则

该零件进行加工时，要将端面先加工，再以左端面、外圆柱面为基准来加工，因为左端面和φ55外圆柱面为后续精基准表面加工而设定的，才能使定位基准更准确，从而保证各位置精度的要求，然后再把其余部分加工出来。

3、先粗后精

即要先安排粗加工工序，再安排精加工工序，粗车将在较短时间将工件表面上的大部分余量切掉，一方面提高金属切削效率，另一方面满足精车的余量均匀性要求，若粗车后留余量的均匀性满足不了精加工的要求时，则要安排半精车，以此为精车做准备。

4、先面后孔

对该零件应该先加工平面，后加工孔，这样安排加工顺序，一方面是利用加工过的平面定位，稳定可靠，另一方面是在加工过的平面上加工孔，比较容易，并能提高孔的加工精度，所以对于输出轴来讲先加工φ75外圆柱面，做为定位基准再来加工其余各孔。

（2）工序划分的确定

工序集中与工序分散：工序集中是指将工件的加工集中在少数几道工序完成每道工序加工容较多，工序集中使总工序数减少，这样就减少了安装次数，可以使装夹时间减少，减少夹具数目，并且利用采用高生产率的机床。工序分散是将工件的加工分散在较多的工序中进行，每道工序的容很少，最少时每道工序只包括一简单工步，工序分散可使每个工序使用的设备，刀具等比较简单，机床调整工作简化，对操作工人的技术水平也要求低些。

综上所述：考虑到工件是大批量生产的情况，采用工序集中。

辅助工序的安排：辅助工序一般包括去毛刺，倒棱角，清洗，除锈，退磁，检验等。

（3）、热处理工序的安排

热处理的目的是提高材料力学性能，消除残余应力和改善金属的加工性能，热处理主要分预备热处理，最终热处理和应力处理等，本零件输出轴材料为45钢，在加工过程中预备热是消除零件的应力，在毛坯锻造之后。最终热处理在半精车之后精车之前，按规在840℃温度中保持30分钟释放应力。

2.3.3拟定加工工艺路线

根据以上各个零部件的分析以及加工工艺确定的基本原则，可以初步确定加工工艺路线，具体方案如下：

综上所述：二个工艺方案的特点在于工序集中和工序分散和加工顺序，从零件本身来考虑，由于轴类零件在切削加工时易产生弯曲变形，如采用工序分散，在加工时零件的位置精度无法保证，为了同时保证零件图示的圆跳动要求，所以采用方案二。

2.3.4加工路线的确定

确定刀具走刀路线主要是提高生产效率，正确的加工工艺程序，在确定走刀路线时主要考虑以下几个方面：

1、应能保证零件的加工精度和表面粗糙度

2、应使走刀路线最短，减少刀具空行程时间，提高加工效率

3、应使数值计算简单，程序段数量少，以减少编程工作量

具体加工路线见工序图。

2.3.5加工设备的选择

①工序40，50采用CM6125普通车床，车床的参数如下：

型号TYPE CM6125，刀架最大横向行程350mm，刀架最大回转角度±60o，刀架进给量纵向0.02～0.4，横向0.01～0.2mm/r，主轴速度级数16级，主轴速度围20-1800r.p.m，公制螺纹0.2-6mm，英制螺纹21-4牙/in，，尾坐套孔锥度3#，主电机功率1.5KW。

②工序70，80，90采用数控车床CK7150A，车床参数如下：

8工位电动转塔刀架，可实现自动换刀，数控装置：FANUCOI，最大回转直径590mm，最大加工直径500 mm，最大加工长度1000 mm，主轴转速围30-2000RMP/min，主轴电机功率7.5KW，主要精度X定位精度≤0.016 mm,Z定位精度≤0.025 mm,X重复定位精度≤0.007 mm,Z重复定位精度≤0.01 mm

③工序120采用X51，铣床的参数如下：

型号X51,主轴孔锥度7:24,主轴孔径25mm。主轴转速65～1800r/min。工作台面积(长×宽)1000×250。工作台最大行程:纵向(手动/机动)620mm,横向手动190mm、机动170mm，升降手动370mm、机动350mm。工作台进给量:纵向35～980mm/min、横向25～765mm/min、升降12～380mm/min。工作台快速移动速度:纵向2900mm/min、横向

2300mm/min、升降1150mm/min。工作台T型槽数:槽数3、宽度14、槽距50。主电机功率7.5KW。

④工序100，130采用立式钻床Z550。

⑤工序110采用磨床MQ1350。

2.3.6刀具的选择

由于刀具材料的切削性能直接影响着生产率，工件的加工精度，已加工表面质量，刀具的磨损和加工成本，所以正确的选择刀具材料是加工工艺的一个重要部分，刀具应具有高刚度，足够的强度和韧度，高耐磨性，良好的导热性，良好的工艺性和经济性，抗粘接性，化学稳定性。由于零件材料为45钢，推荐用硬质合金中的YT15类刀具，因为加工该类零件时摩擦严重,切削温度高,而YT类硬质合金具有较高的硬度和耐磨性,尤其具有高的耐热性,在高速切削钢料时刀具磨损小寿命长,所以加工45钢这种材料时采用硬质合金的刀具。

①粗车外圆柱面：刀具号为T0101，90°可转位车刀，圆弧半径为1，刀片型号为VCUM160408R-A4，刀具型号为