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轴加工工艺及夹具毕业设计论文

毕业设计（论文）

（说明书）

题目：

传动轴加工工艺及夹具设计

************

学号：

平顶山工业职业技术学院

年月日

中文摘要Ⅰ

英文摘要Ⅱ

1概述

1.1问题的提出及研究意向

1.2本文的目的和内容

2零件的分析

2.1零件的作用

2.2零件的工艺分析

2.3零件表面加工方法

3加工方案的选择

3.1方案选择

3.2加工的技术要求

4确定毛坯

4.1传动轴毛坯

4.2传动轴材料

4.3确定锻件加工余量

5工艺规程设计

5.1定位基准的选择

5.2热处理方法

5.3拟定工艺规程

5.4加工顺序安排

5.5制定工艺路线

6夹具的选择

6.1夹具的作用

6.2铣床夹具的设计特点

6.3定位原理的几种情况

7心得体会

8致谢

9参考文献

摘要

通过在校期间对传动轴的学习和认识对传动轴进行一下系统的分析和设计，支承传动件的零件称为轴。

轴类零件毕业设计是机械工程类专业学生完成本专业教学计划的最后一个极为重要的实践性教学环节，是使学生综合运用所学过的基本理论、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。

这对学生即将从事的相关技术工作和未来事业的开拓都具有一定意义

传动轴是组成机器零件的主要零件之，一切做回转运动的传动零件（例如：

齿轮，蜗轮等）都必须安装在传动轴上才能进行运动及动力的传动，传动轴常用于变速箱与驱动桥之间的连接。

这种轴一般较长，且转速高，只能承受扭矩而不承受弯矩。

应该使传动轴具有足够的刚度和高临界转速，在强度计算中，由于所取的安全系数较大，从而使轴的尺寸过大，本文讨论的传动轴工艺设计方法，并根据现行规范增添了些表面处理的方式比如表面发兰。

关键词：

传动轴，零件，刚度，强度,夹具

ABSTRACT

Throughthestudyofshaftduringschoolandtransmissionofthesystemareanalyzedanddesign.Supportingtransmissionpartscalledshaft.Axialpartsofgraduationdesignismechanicalengineeringspecialtystudentscompletetheteachingplanlastaveryimportantpracticalteachinglinkistomakethestudentscomprehensiveuseofbasictheory,welearnedthebasicknowledgeandskillstosolvemajorproblemswithinthescopeoftheengineeringtechnologyandabasictraining.Thestudentisengagedintechnicalworkrelatedtothedevelopmentandfuture

careerhascertain

Shaftiscomposedofthemainpartsofthemachineparts,allofthetransmissionpartsmotion（forexample:

gear,gear,etc.）mustbeinstalledinthetransmissionofpowertoexerciseandshafttransmission,oftenusedintheconnectionbetweenthetransmissionanddrive.Theshaftgenerallyislong,andthehighspeed,canwithstandtorquenotinheritthemoment.Shouldmaketheshafthasenoughrigidityandhighspeed,strengthcalculation,becauseofthelargesafetyfactor,thusmakeshaftdimension,thispaperdiscussesthetransmissiontechnologydesignmethods,andaccordingtothecurrentstandardaddedsomewayofsurfacetreatment

Keywords：

Shaft,parts,stiffness,strength,surfaceflange

1概述

1.1问题的提出

问题:

传动轴是机械零件中重要零件之一，它起到连接支撑和传递转矩。

就目前来看传动轴存在的问题还是很多的，重要表面质量达不到要求，装配中密封不到位等，尤其是汽车方面。

很多汽车生产商不得不把自己所产汽车召回，浪费了大量的人力物力，也给消费者带来了诸多麻烦，给自己企业造成了负面影响。

1.2论文的目的和内容

本文目的是研究传动轴的设计工艺，从而培养学生综合分析和解决本专业的一般工程技术问题的独立工作能力、分析解决能力，加深学生的知识和所学课程之间的联系。

综合运用机械设计课程及其他有关已修课程的理论和生产实际知识进行机械设计训练，主要内容是传动轴的如何选择材料，传动轴的分析和加工方法的选择，传动轴的加工方案的选择以及如何选择毛坯。

通过计算设计出加工传动轴的加工时间、及夹具设计。

做到有计划的利用时间去生产提高生产效率。

增添了些表面处理防止传动轴生锈和腐蚀。

2零件的分析

2.1零件的作用

轴是组成机器零件的主要零件之一。

一切做回转运动的传动零件（例如：

齿轮，蜗轮等）都必须安装在轴上才能进行运动及动力的传递。

因此，轴的主要功用是支撑回转零件和传递运动和动力。

跟据轴线形状的不同可分为，直轴、曲轴、挠性轴。

按照承受载荷的不同，轴可以分为转轴，心轴，和传动轴三类。

工作中，既承受弯矩又承受转矩的轴称为转轴。

这类轴在各种机器中最为常见。

只承受弯矩而不承受转矩的轴称为心轴。

心轴又分为回转心轴和静止心轴两种。

只能承受转矩而不承受弯矩的轴叫传动轴。

2.2零件的工艺分析

（1）对于7级精度、表面粗糙度Ra0.8～0.4μm的一般传动轴，其工艺路线是：

正火－车端面钻中心孔－粗车各表面－精车各表面－铣花键、键槽－热处理－修研中心孔－粗磨外圆－精磨外圆－检验。

（2）轴类零件一般采用中心孔作为定位基准，以实现基准统一的方案。

在单件小批生产中钻中心孔工序常在普通车床上进行。

在大批量生产中常在铣端面钻中心孔专用机床上进行。

   （3）中心孔是轴类零件加工全过程中使用的定位基准，其质量对加工精度有着重大影响。

所以必须安排修研中心孔工序。

修研中心孔一般在车床上用金刚石或硬质合金顶尖加压进行。

     （4）轴上的花键、键槽等次要表面的加工，一般安排在外圆精车之后，磨削之前进行。

因为如果在精车之前就铣出键槽，在精车时由于断续切削而易产生振动，影响加工质量，又容易损坏刀具，也难以控制键槽的尺寸。

但也不应安排在外圆精磨之后进行，以免破坏外圆表面的加工精度和表面质量。

   （5）在轴类零件的加工过程中，应当安排必要的热处理工序，以保证其机械性能和加工精度，并改善工件的切削加工性。

一般毛坯锻造后安排正火工序，而调质则安排在粗加工后进行，以便消除粗加工后产生的应力及获得良好的综合机械性能。

淬火工序则安排在磨削工序之前。

2.3零件表面加工方法的选择

传动轴的加工面有键槽、端面、退刀槽、越程槽。

因此主要采用车削和外圆磨削。

因为轴两边的精度较高所以要进行磨削，所以外圆加工的方法为：

粗车-半精车-磨削

外圆表面加工方案

加工方案经济加工精度等级（IT）表面粗糙度Ra/μm

粗车

11~12

50~12.5

半精车

8~10

6.3~3.2

精车

6~7

1.6~0.8

磨削

6~7

0.8~0.4

键槽加工方案

加工方案

经济加工精度等级（IT）

表面粗糙度Ra

铣

11~12

12.5

3加工方案的选择

方案二

工序1铣轴的两端面，打中心孔

工序2粗车外圆大小端各外径

工序3半精车，倒角

工序4铣键槽

工序5精车，切退刀槽

工序6调质

工序7去毛刺

工序8磨削

方案二

工序1车轴一端打中心孔

工序2车轴另一端打中心孔

工序3半精车倒角

工序4精车，切退刀槽

工序5调质

工序6铣键槽

工序7去毛刺

工序8磨削

比较上面两方案，方案一在加工两中心孔时存在同轴度误差，若把铣键槽放在精车之前，在精车时断续车削容易引起振动，影响加工质量。

综上所述方案二合理

本设计的加工方法如下：

①两端面：

公差等级IT12，表面粗糙度Ra12.5μm,需进行铣削加工。

③φ25左外圆表面：

公差等级IT7，表面粗糙度为Ra1.6μm，需进行粗车，半精车，精车。

④φ30外圆表面：

公差等级IT7，表面粗糙度为Ra12.5μm，需进行粗车，半精车，精车。

⑤φ25右外圆表面：

公差等级IT6，表面粗糙度为Ra1.6μm，需要进行粗车，半精车或磨削加工。

3.2加工的技术要求

（1）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IT5～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，通常为IT6~IT9。

（2）几何形状精度主要指轴颈表面、外圆面等重要表面的圆度、圆柱度。

其误差一般应限制在尺寸公差范围内，对于精密轴，需在零件图上另行规定其几何形状精度。

（3）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。

（4）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。

4传动轴毛坯材料及加工余量毛坯

4.1传动轴毛坯：

轴类零件可根据使用要求、生产类型、设备条件及结构，选用棒料、锻件等毛坯形式。

对于外圆直径相差不大的轴，一般以棒料为主；而对于外圆直径相差大的阶梯轴或重要的轴，常选用锻件，这样既节约材料又减少机械加工的工作量，还可改善机械性能。

   根据生产规模的不同，毛坯的锻造方式有自由锻和模锻两种。

中小批生产多采用自由锻，大批大量生产时采用模锻。

4.2传动轴材料

轴类零件应根据不同的工作条件和使用要求选用不同的材料并采用不同的热处理规范（如调质、正火、淬火等），以获得一定的强度、韧性和耐磨性。

   45钢是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过调质（或正火）后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达45～52HRC。

   40Cr等合金结构钢适用于中等精度而转速较高的轴类零件，这类钢经调质和淬火后，具有较好的综合机械性能。

   轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn，经调质和表面高频淬火后，表面硬度可达50～58HRC，并具有较高的耐疲劳性能和较好的耐磨性能，可制造较高精度的轴。

一般在满足使用要求的前提下，尽量采用国家资源丰富的材料

4.3确定锻件加工余量及形状：

加工表面

工序名称

加工余量

工序尺寸

尺寸公差

表面粗糙度（μm）

φ35

半精车

0.5

35

Ra6.3μm

粗车

2

36

Ra12.5μm

毛坯

40

φ25

精磨

0.08

25

H6

Ra1.6μm

粗磨

0.12

25.16

H9

Ra3.2μm

半精车

0.8

25.4

H12

Ra6.3μm

粗车

2

27

H12

Ra12.5μm

毛坯

30

φ25

精车

0.1

25

H7

Ra1.6μm

半精车

0.9

25.2

H9

Ra6.3μm

粗车

2

27

H12

Ra12.5μm

毛坯

30

φ30

精车

0.1

30

H7

Ra1.6μm

半精车

0.9

30.2

H9

Ra6.3μm

粗车

4

32

H12

Ra12.5μm

毛坯

40

5工艺规程设计

5.1定位基准的选择

（1）粗基准的选择：

由于本传动轴全部表面均需加工，而轴的中心线作为精基准，应该选择该传动轴的一端面作为主要的定位粗基准。

（2）精基准的选择：

本零件是传动轴，孔是其设计基准亦是其装配基准和测量基准，为避免由于基准不重合而造成的误差且考虑到要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合”原则和“基准统一”原则，应该选择传动轴的中心线以及粗加工后的端面为主要的

定位精基准。

5.2热处理

（1）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。

（2）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。

（3）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。

（4）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

5.3拟定工艺规程

定位精基准面中心孔应在粗加工之前加工，在调质之后和磨削之前各需安排一次修研中心孔的工序。

调质之后修研中心孔为消除中心孔的热处理变形和氧化皮，磨削之前修研中心孔是为提高定位精基准面的精度和减小锥面的表面粗糙度值。

拟定传动轴的工艺过程时，在考虑主要表面加工的同时，还要考虑次要表面的加工。

在半精加工￠35mm、￠30mm外圆时，应车到图样规定的尺寸，同时加工出各退刀槽、倒角和螺纹；三个键槽应在半精车后以及磨削之前铣削加工出来，这样可保证铣键槽时有较精确的定位基准，又可避免在精磨后铣键槽时破坏已精加工的外圆表面。

   在拟定工艺过程时，应考虑检验工序的安排、检查项目及检验方法的确定。

综上所述，所确定的该传动轴加工工艺过程见表。

机械加工工艺过程卡片

机械加工工艺过程卡片

产品类型

ZSY

零件图号

01-01

共页

产品名称

减速箱

零件名称

传动轴

第页

材料牌号

45

毛坯种类

锻件

毛坯件数

1

台件数

`1

工序号

工序名称

工序内容

车间

工段

设备

工装

1

下料

下料

2

钻中心孔

加一头伸出长<40mm车端面钻中心孔

机加工

C6132

三抓卡盘

3

粗车

一加一顶

机加工

C6132

一夹一顶

4

钻中心孔

调头夹左端装中心架车右端面钻中心孔

机加工

C6132

三抓卡盘

5

粗车

车右端外圆

机加工

C6132

一夹一顶

6

调质处理

调制热处理217-255HBS

热处理

7

修中心孔

修研中心孔

机加工

C6132

三抓卡盘

8

半精车

半精车左端外圆切槽倒角

机加工

C6132

一夹一顶

9

半精车

调头半精车有段尺寸切槽倒角

机加工

C6132

一夹一顶

10

精车

精车左端外圆至尺寸

机加工

C6132

双顶尖

11

精车

精车右端外圆至尺寸

机加工

C6132

双顶尖

12

划线

花键槽线

机加工

13

铣键槽

铣键槽

机加工

X6132

14

粗磨

粗磨左右端外圆φ25

机加工

M1432B

双顶尖

15

精磨

精磨左右端外圆至尺寸φ25

机加工

M1432B

双顶尖

5.4加工顺序的安排

（2）加工工艺路线为：

下料→锻造→正火→粗加工→调质→半精加工→淬火→精加工→划键槽线→铣槽→粗磨→低温时效→精磨→低温时效→检验。

5.5制定工艺路线

根据零件的几何形状，尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能达到的经济精度，在生产纲领已确定的情况下。

可以考虑采用万能性机床配以专用工卡具，并且尽量使工序集中来提高生产率。

除此之外，还应该考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。

加工条件：

加工材料采用45钢，经调质处理后的锻件

工序1粗车轴的两端面，打中心孔

机床：

采用组合车床加专用夹具

刀具：

YT6硬质合金外圆车刀

工序2粗车外圆大小端各外径

机床：

CA6140卧式车床，转速n=400r/min

刀具：

查〈〈简明手册〉〉选用YT6硬质合金外圆车刀，主偏角为90，后刀面最大磨损限度1.0~1.4,刀具寿命60min.

切削速度vc=πdn/1000=3.14x47x400/1000=59.032m/min

进给量：

f=0.05mm/r

进给速度：

Vf=fn=0.05x400=20mm/min

加工工时：

tm=L/vf

端面加工

毛坯φ30段

加工φ25从φ30切削至φ26.4，背吃刀量ap=1.8mm;

切削长度L=88mm;

加工工时tm=L/vf=4.4min

加工φ25从φ30切削至φ26.7，背吃刀量ap=1.65mm切削长度L=15mm

加工工时tm=L/vf=0.75min

毛坯φ40段

加工φ30从φ40切削至φ31.4，背吃刀量ap=4.3mm

切削长度L=75mm

加工工时tm=L/vf=3.75min

加工φ35从φ40切削至φ35.9，背吃刀量ap=2.05mm

切削长度L=42mm

加工工时tm=L/vf=2.1min

第二道工序所需工时Tm=11min

工序3半精车，倒角

加工φ25从φ26.4切削至φ25.5，背吃刀量ap=0.45mm切削长度L=88mm

加工工时tm=L/vf=4,4min

加工φ25从φ26.7切削至φ25.8，背吃刀量ap=0.45mm切削长度L=15mm

加工工时tm=L/vf=0.75min

加工φ30从φ31.4切削至φ30.5，背吃刀量ap=0.45mm切削长度L=75mm

加工工时tm=L/vf=3.75min

加工φ35从φ35.9切削至φ35，背吃刀量ap=0.45mm切削长度L=42mm

加工工时tm=L/vf=2.1min

车倒角车刀选用kr=45的直头通切车刀车45倒角

工序所需工时Tm=8.9min

工序4精车，切退刀槽

加工φ25从φ25.5切削至φ25，背吃刀量ap=0.25mm切削长度L=86mm

加工工时tm=L/vf=4.3min

加工φ25从φ25.8切削至φ25.3，背吃刀量ap=0.25mm切削长度L=13mm

加工工时tm=L/vf=0.65min

加工φ30从φ30.5切削至φ30，背吃刀量ap=0.25mm切削长度L=73mm

加工工时tm=L/vf=3.65min

切退刀槽取a=1.5和a=2的切槽刀

进给量f为手动,查<<切削手册>>得v=0.17m/s

n=0.5

工序所需工时Tm=8.6min

工序5调质

淬火加回火叫调质处理，淬火时将工件加热到临界温度以上，然后通过介质迅速冷却，回火时根据工件要求的硬度不同将工件加热到临界温度以下某个温度进行回火。

调质处理后零件具有良好的综合机械性能，广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。

但表面硬度较低，不耐磨。

可用调质＋表面淬火提高零件表面硬度。

渗碳处理一般用于表面耐磨、芯部耐冲击的重载零件，其耐磨性比调质＋表面淬火高。

经热处理后，表面可以获得很高的硬度，芯部硬度低，耐冲击。

所以调质处理是不可或缺的一道重要工序。

+工序6铣键槽

机床:

立式铣床X53T转速n=18r/min

纵向进给量为f1=10mm/min横向进给量为f2=10mm/min

h=4mm,L=35mm

计算工时得tm纵=h/f1n=0.022min

tm横=L/f2n=0.166min

tm1=0.188min

h=4mm,L=30mm

计算工时得tm纵=h/f1n=0.022min

tm横=L/f2n=0.166min

tm2=0.188min

工序所需工时Tm=0.376min

工序7去毛刺

毛刺是冲裁后冲件断面边缘锋利的凸起。

经过去毛刺处理后会使零件表面的精度大大提高。

所以去毛刺是不可或缺的一道重要工序.

工序8磨削

机床:

万能外圆磨床M131W工作台移动速度v=100mm/min

加工φ25从φ25.3切削至φ25，背吃刀量ap=0.15mm

切削长度L=13mm

加工工时tm=L/vf=0.65min

工序所需工时Tm=0.65min

综上所述,本设计所需总基本工时

Tm总=29.525min

6夹具设计

6.1机床夹具的概念

在机械加工中，为了迅速、准确地确定工件在机床上位置，进而正确

确定工件与机床、刀具的相对位置关系，并在加工中始终保持这个正确位置的工艺装备称为机床夹具。

6.2夹具的作用

零件在加工的过程中夹具的定位固定是非常重要的，当定位不准确或加工中出现振动，都会影响零件在加工中各段的精度。

并且会随着最终的完工使工件偏离原来尺寸要求达不到设计的要求，这就要有合理的装夹保证在加工中的稳定，保证加工质量。

使用夹具要简单装夹或拆卸方便，本节以在铣床上铣键槽为例来说明。

6.3夹具的分类

1.按机床夹具的通用特性分类　这是一种基本的分类方法，主要反映机床夹具在不同生产类型中的通用特性，是我们选择夹具的主要依据。

2.按夹具使用的机床分类　这是专用夹具设计所用的分类方法。

3.按夹紧动力源分类　按夹具夹紧时使用的动力源，可将夹具分为手动夹具和机动夹具，机动夹具又可分为气动夹具、液压夹具、气液夹具、电动夹具、电磁夹具、真空夹具和其他夹具。

6.4车床夹具

1.圆周定位夹具

在数控车削加工中,粗加工,半精加工的精度要求不高时,可利用工件或毛坯的外圆表面定位.

（1）三爪卡盘

三爪卡盘是最常用的车床也是数控车床的通用卡具.三爪卡盘最大的优点是可以自动定心.它的夹持范围大,但定心精度不高,不适合于零件同轴度要求高时的二次装夹.

三爪卡盘常见的有机械式和液压式两种.液压卡盘装夹迅速,方便,但夹持范围小,尺寸变化大时需重新调整卡爪位置.数控车床经常采用液压卡盘,液压卡盘特别适用于批量加工.

（2）软爪

由于三爪卡盘定心精度不高,当加工同轴度要求较高的工件,或者进行工件的二次装夹时,常使用软爪.通常三爪卡盘的卡爪要进行热过处理,硬度较高,很难用常用刀具切削.软爪是改变上述不足而设计制造的一种具有切削性能的夹爪.

加工软爪时要注意