傳動軸加工工藝及夾具設計

1、武昌職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文）題目傳動軸加工工藝及夾具設計院系名稱機電工程學院班級11級機械制造一班學生姓名胡鵬緣學號11580201836時間2014-5-20摘要通過在校期間對傳動軸的學習和認識對傳動軸進行一下系統(tǒng)的分析和設計，支承傳動件的零件稱為軸。軸類零件畢業(yè)設計是機械工程類專業(yè)學生完成本專業(yè)教學計劃的最后一個極為重要的實踐性教學環(huán)節(jié)，是使學生綜合運用所學過的基本理論、基本知識與基本技能去解決專業(yè)范圍內(nèi)的工程技術問題而進行的一次基本訓練。這對學生即將從事的相關技術工作和未來事業(yè)的開拓都具有一定意義傳動軸是組成機器零件的主要零件之，一切做回轉(zhuǎn)運動的傳動零件（例如：齒輪，蝸輪等）都必須安

2、裝在傳動軸上才能進行運動及動力的傳動，傳動軸常用于變速箱與驅(qū)動橋之間的連接。這種軸一般較長，且轉(zhuǎn)速高，只能承受扭矩而不承受彎矩。應該使傳動軸具有足夠的剛度和高臨界轉(zhuǎn)速，在強度計算中，由于所取的安全系數(shù)較大，從而使軸的尺寸過大，本文討論的傳動軸工藝設計方法，并根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范增添了些表面處理的方式比如表面發(fā)蘭。關鍵詞：傳動軸，零件，剛度，強度，表面發(fā)蘭摘要工1概述1.1.1 問題的提出及研究意向11.2 本文研究的目的和研究內(nèi)容22零件的分析1.1 生產(chǎn)綱領1 零件的作用1 零件的工藝分析1 零件表面加工方法3加工方案的選擇5.1 方案選擇5.2 加工的技術要求4確定毛坯傳動軸毛坯傳動軸材料確定鍛件

3、加工余量5工藝規(guī)程設計定位基準的選擇熱處理方法擬定工藝規(guī)程加工順序安排制定工藝路線6夾具的設計夾具的作用銃床夾具的設計特點定位原理的幾種情況6心得體會7致謝8參考文獻1概述問題的提出問題:傳動軸是機械零件中重要零件之一，它起到連接支撐和傳遞轉(zhuǎn)矩。就目前來看傳動軸存在的問題還是很多的，重要表面質(zhì)量達不到要求，裝配中密封不到位等，尤其是汽車方面。很多汽車生產(chǎn)商不得不把自己所產(chǎn)汽車召回，浪費了大量的人力物力，也給消費者帶來了諸多麻煩，給自己企業(yè)造成了負面影響。論文研究的目的和研究內(nèi)容本文研究的目的是研究傳動軸的設計工藝，從而培養(yǎng)學生綜合分析和解決本專業(yè)的一般工程技術問題的獨立工作能力、分析解決能力，

4、加深學生的知識和所學課程之間的聯(lián)系。綜合運用機械設計課程及其他有關已修課程的理論和生產(chǎn)實際知識進行機械設計訓練，主要內(nèi)容是傳動軸的如何選擇材料，傳動軸的分析和加工方法的選擇，傳動軸的加工方案的選擇以及如何選擇毛坯。通過計算設計出加工傳動軸的加工時間、及夾具設計。做到有計劃的利用時間去生產(chǎn)提高生產(chǎn)效率。增添了些表面處理防止傳動軸生銹和腐蝕。2零件的分析2.1生產(chǎn)綱領因為傳動軸的年產(chǎn)量為360,由表查得為小批量生產(chǎn)生產(chǎn)類型零件生產(chǎn)綱領重型機械中型機械輕型機械單件生產(chǎn)<5<20<100小批生產(chǎn)>5-100>20-200>100-500中批生產(chǎn)>100-300

5、>200-500>500-5000大批生產(chǎn)>300-1000>500-5000>5000-50000零件的作用軸是組成機器零件的主要零件之一。一切做回轉(zhuǎn)運動的傳動零件(例如：齒輪，蝸輪等)都必須安裝在軸上才能進行運動及動力的傳遞。因此，軸的主要功用是支撐回轉(zhuǎn)零件和傳遞運動和動力。跟據(jù)軸線形狀的不同可分為，直軸、曲軸、撓性軸。按照承受載荷的不同，軸可以分為轉(zhuǎn)軸，心軸，和傳動軸三類。工作中，既承受彎矩又承受轉(zhuǎn)矩的軸稱為轉(zhuǎn)軸。這類軸在各種機器中最為常見。只承受彎矩而不承受轉(zhuǎn)矩的軸稱為心軸。心軸又分為回轉(zhuǎn)心軸和靜止心軸兩種。只能承受轉(zhuǎn)矩而不承受彎矩的軸叫傳動軸。零件的工藝

6、分析(1)對于7級精度、表面粗糙度Ra0.80.4m的一般傳動軸，其工藝路線是：正火-車端面鉆中心孔-粗車各表面-精車各表面-銃花鍵、鍵槽-熱處理修研中心孔粗磨外圓精磨外圓檢驗。(2)軸類零件一般采用中心孔作為定位基準，以實現(xiàn)基準統(tǒng)一的方案。在單件小批生產(chǎn)中鉆中心孔工序常在普通車床上進行。在大批量生產(chǎn)中常在銃端面鉆中心孔專用機床上進行。(3)中心孔是軸類零件加工全過程中使用的定位基準，其質(zhì)量對加工精度有著重大影響。所以必須安排修研中心孔工序。修研中心孔一般在車床上用金剛石或硬質(zhì)合金頂尖加壓進行。(4)軸上的花鍵、鍵槽等次要表面的加工，一般安排在外圓精車之后，磨削之前進行。因為如果在精車之前就銃

7、出鍵槽，在精車時由于斷續(xù)切削而易產(chǎn)生振動，影響加工質(zhì)量，又容易損壞刀具，也難以控制鍵槽的尺寸。但也不應安排在外圓精磨之后進行，以免破壞外圓表面的加工精度和表面質(zhì)量。(5)在軸類零件的加工過程中，應當安排必要的熱處理工序，以保證其機械性能和加工精度，并改善工件的切削加工性。一般毛坯鍛造后安排正火工序，而調(diào)質(zhì)則安排在粗加工后進行，以便消除粗加工后產(chǎn)生的應力及獲得良好的綜合機械性能。淬火工序則安排在磨削工序之前。零件表面加工方法的選擇傳動軸的加工面有鍵槽、端面、退刀槽、越程槽。因此主要采用車削和外圓磨削。因為軸兩邊的精度較高所以要進行磨削，所以外圓加工的方法為:粗車-半精車-磨削外圓表面加工方案加工

8、方案經(jīng)濟加工精度等級(IT)表面粗糙度Ra/mm粗車11-125012.58-106.33.2精車6-71.60.8磨削6-70.80.4鍵槽加工方案加工方案經(jīng)濟加工精度等級（IT）表面粗糙度Ra銃11-12P12.53加工方案的選擇工序1銃軸的兩端面，打中心孔工序2粗車外圓大小端各外徑工序3半精車，倒角工序4銃鍵槽工序5精車，切退刀槽工序6調(diào)質(zhì)工序7去毛刺工序8磨削工序1車軸一端打中心孔工序2車軸另一端打中心孔工序3半精車倒角工序4精車，切退刀槽工序5調(diào)質(zhì)工序6銃鍵槽工序7去毛刺工序8磨削比較上面兩方案，方案一在加工兩中心孔時存在同軸度誤差，若把銃鍵槽放在精車之前，在精車時斷續(xù)車削容易引起振

9、動，影響加工質(zhì)量。綜上所述方案二合理本設計的加工方法如下：兩端面：公差等級IT12,表面粗糙度Ra12.5pm,需進行銃削加工。小25左外圓表面：公差等級IT7,表面粗糙度為Ra1.6需進行粗車，半精車，精車。小30外圓表面：公差等級IT7,表面粗糙度為Ra12.5pm需進行粗車，半精車，精車。小25右外圓表面：公差等級IT6,表面粗糙度為Ra1.6艮m需要進行粗車,半精車或磨削加工。3.2加工的技術要求(1)尺寸精度軸類零件的主要表面常為兩類，一類是與軸承的內(nèi)圈配合的外圓軸頸，即支承軸頸，用于確定軸的位置并支承軸，尺寸精度要求較高，通常為IT5IT7;另一類為與各類傳動件配合的軸頸，即配合軸

10、頸，其精度稍低，通常為IT6IT9。(2)幾何形狀精度主要指軸頸表面、外圓面等重要表面的圓度、圓柱度。其誤差一般應限制在尺寸公差范圍內(nèi)，對于精密軸，需在零件圖上另行規(guī)定其幾何形狀精度。(3)相互位置精度包括內(nèi)、外表面，重要軸面的同軸度、圓的徑向跳動、重要端面對軸心線的垂直度、端面間的平行度等。(4)表面粗糙度軸的加工表面都有粗糙度的要求，一般根據(jù)加工的可能性和經(jīng)濟性來確定。4傳動軸毛坯材料及加工余量毛坯傳動軸毛坯：軸類零件可根據(jù)使用要求、生產(chǎn)類型、設備條件及結(jié)構(gòu)，選用棒料、鍛件等毛坯形式。對于外圓直徑相差不大的軸，一般以棒料為主；而對于外圓直徑相差大的階梯軸或重要的軸，常選用鍛件，這樣既節(jié)約材

11、料又減少機械加工的工作量，還可改善機械性能。根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模的不同，毛坯的鍛造方式有自由鍛和模鍛兩種。中小批生產(chǎn)多采用自由鍛，大批大量生產(chǎn)時采用模鍛。傳動軸材料軸類零件應根據(jù)不同的工作條件和使用要求選用不同的材料并采用不同的熱處理規(guī)范(如調(diào)質(zhì)、正火、淬火等)，以獲得一定的強度、韌性和耐磨性。45鋼是軸類零件的常用材料，它價格便宜經(jīng)過調(diào)質(zhì)(或正火)后，可得到較好的切削性能，而且能獲得較高的強度和韌性等綜合機械性能，淬火后表面硬度可達4552HRC40Cr等合金結(jié)構(gòu)鋼適用于中等精度而轉(zhuǎn)速較高的軸類零件，這類鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)和淬火后，具有較好的綜合機械性能。軸承鋼GCr15和彈簧鋼65M"經(jīng)調(diào)質(zhì)和表面

12、高頻淬火后，表面硬度可達5058HRC并具有較高的耐疲勞性能和較好的耐磨性能，可制造較高精度的軸一般在滿足使用要求的前提下，盡量采用國家資源豐富的材料確定鍛件加工余量及形狀：加工表面工序名稱加工余量工序尺寸尺寸公差表面粗糙度(Pm小350.535Ra6.3nm粗車236Ra12.5m毛坯40小25精磨0.0825H6Ra1.6nm粗磨0.1225.16H9Ra3.2mm0.825.4H12Ra6.3nm粗車227H12Ra12.5m毛坯30小25精車0.125H7Ra1.6nm0.925.2H9Ra6.3mm粗車227H12Ra12.5m毛坯30小30精車0.130H7Ra1.6nm0.930

13、.2H9Ra6.3mm粗車432H12Ra12.5m毛坯405工藝規(guī)程設計定位基準的選擇(1)粗基準的選擇：由于本傳動軸全部表面均需加工，而軸的中心線作為精基準，應該選擇該傳動軸的一端面作為主要的定位粗基準。(2)精基準的選擇：本零件是傳動軸，孔是其設計基準亦是其裝配基準和測量基準，為避免由于基準不重合而造成的誤差且考慮到要保證零件的加工精度和裝火準確方便，依據(jù)“基準重合”原則和“基準統(tǒng)一”原則，應該選擇傳動軸的中心線以及粗加工后的端面為主要的定位精基準。熱處理(1)鍛造毛坯在加工前，均需安排正火或退火處理，使鋼材內(nèi)部晶粒細化,消除鍛造應力，降低材料硬度，改善切削加工性能。(2)調(diào)質(zhì)一般安排在

14、粗車之后、半精車之前，以獲得良好的物理力學性能。(3)表面淬火一般安排在精加工之前，這樣可以糾正因淬火引起的局部變形。(4)精度要求高的軸，在局部淬火或粗磨之后，還需進行低溫時效處理擬定工藝規(guī)程定位精基準面中心孔應在粗加工之前加工，在調(diào)質(zhì)之后和磨削之前各需安排一次修研中心孔的工序。調(diào)質(zhì)之后修研中心孔為消除中心孔的熱處理變形和氧化皮，磨削之前修研中心孔是為提高定位精基準面的精度和減小錐面的表面粗糙度值。擬定傳動軸的工藝過程時，在考慮主要表面加工的同時，還要考慮次要表面的加工。在半精加工。35mm030mm外圓時，應車到圖樣規(guī)定的尺寸，同時加工出各退刀槽、倒角和螺紋；三個鍵槽應在半精車后以及磨削之

15、前銃削加工出來，這樣可保證銃鍵槽時有較精確的定位基準，又可避免在精磨后銃鍵槽時破壞已精加工的外圓表面。在擬定工藝過程時，應考慮檢驗工序的安排、檢查項目及檢驗方法的確定。綜上所述，所確定的該傳動軸加工工藝過程見表。機械加工工藝過出卡片武昌職業(yè)學院實習工廠機械加工工藝過程卡片產(chǎn)品類型ZSY零件圖號01-01共頁產(chǎn)品名稱減速箱零件名稱傳動軸第頁材料牌號45毛坯種類鍛件每毛坯件數(shù)1臺件數(shù)'1工序名稱工序內(nèi)容車間工段設備工裝1下料下料2鉆中心孔加一頭伸出長40mm車端面鉆中心孔機加工C6132三抓伺3粗車一加一頂機加工C6132一夾一頂4鉆中心孔調(diào)頭夾左端裝中心架車右端面鉆中心孔機加工C6132

16、三抓伺5粗車車右端外圓機加工C6132一夾一頂6調(diào)質(zhì)處理調(diào)制熱處理217-255HBS熱處理7修中心孔修研中心孔機加工C6132三抓伺8半精車左端外圓切槽倒角機加工C6132一夾一頂9調(diào)頭半精車有段尺寸切槽倒機加工C6132一夾角一頂10精車精車左端外圓至尺寸機加工C6132雙頂尖11精車精車右端外圓至尺寸機加工C6132雙頂尖12劃線花鍵槽線機加工13銃鍵槽銃鍵槽機加工X613214粗磨粗磨左右端外圓25機加工M1432B雙頂尖15精磨精磨左右端外圓至尺寸小25機加工M1432B雙頂尖加工順序的安排(2)加工工藝路線為：下料一鍛造一正火一粗加工一調(diào)質(zhì)一半精加工一淬火一精加工一劃鍵槽線一銃槽一

17、粗磨一低溫時效一精磨一低溫時效一檢驗。制定工藝路線根據(jù)零件的幾何形狀，尺寸精度及位置精度等技術要求，以及加工方法所能達到的經(jīng)濟精度，在生產(chǎn)綱領已確定的情況下。可以考慮采用萬能性機床配以專用工卡具，并且盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。除此之外，還應該考慮經(jīng)濟效果,以便使生產(chǎn)成本盡量下降。加工條件：加工材料采用45鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后的鍛件工序1粗車軸的兩端面，打中心孔機床：采用組合車床加專用夾具刀具：YT6硬質(zhì)合金外圓車刀工序2粗車外圓大小端各外徑機床：CA6140臥式車床，轉(zhuǎn)速n=400r/min刀具：查簡明手冊選用YT6硬質(zhì)合金外圓車刀，主偏角為90,后刀面最大磨損限度1.01.4,刀具壽命60mi

18、n.切肖U速度vc=兀dn/1000=3.14x47x400/1000=59.032m/min進給量：f=0.05mm/r進給速度：vf=fn=0.05x400=20mm/min加工工時：tm=L/vf端面加工毛坯小30段加工小25加工小25從小30切削至小26.4,背吃刀量ap=1.8mm;切削長度L=88mm;加工工時tm=L/vf=4.4min從小30切削至小26.7,背吃刀量ap=1.65mm切削長度L=15mm加工工時tm=L/vf=0.75min毛坯040段力口工小30從小40切削至小31.4,背吃刀量ap=4.3mm切削長度L=75mm加工工時tm=L/vf=3.75min力口工

19、小35從小40切削至小35.9,背吃刀量ap=2.05mm切削長度L=42mm加工工時tm=L/vf=2.1min第二道工序所需工時Tm=11min工序3半精車，倒角加工,$25從小26.4切削至小25.5,背吃刀量ap=0.45mm®削長度L=88mm加工工時tm=L/vf=4,4min加工,$25從小26.7切削至小25.8,背吃刀量ap=0.45mm切削長度L=15mm加工工時tm=L/vf=0.75min加工,$30從小31.4切削至小30.5,背吃力量ap=0.45mm切肖I長度L=75mm加工工時tm=L/vf=3.75min加工4)35從小35.9切削至小35,背吃刀量

20、ap=0.45mm切削長度L=42mm加工工時tm=L/vf=2.1min車倒角車刀選用kr=45的直頭通切車刀車45倒角工序所需工時Tm=8.9min工序4精車，切退刀槽加工小25從小25.5切削至小25,背吃刀量ap=0.25mm切削長度L=86mm加工工時tm=L/vf=4.3min力口工小25從小25.8切削至小25.3,背吃刀量ap=0.25mm®肖長度L=13mm加工工時tm=L/vf=0.65min加工小30從小30.5切削至小30,背吃刀量ap=0.25mm切削長度L=73mm加工工時tm=L/vf=3.65min切退刀槽取a=1.5和a=2的切槽刀進給量f為手動，查

21、砌削手冊得v=0.17m/sn=0.5工序所需工時Tm=8.6min工序5調(diào)質(zhì)淬火加回火叫調(diào)質(zhì)處理，淬火時將工件加熱到臨界溫度以上，然后通過介質(zhì)迅速冷卻，回火時根據(jù)工件要求的硬度不同將工件加熱到臨界溫度以下某個溫度進行回火。調(diào)質(zhì)處理后零件具有良好的綜合機械性能，廣泛應用于各種重要的結(jié)構(gòu)零件，特別是那些在交變負荷下工作的連桿、螺栓、齒輪及軸類等。但表面硬度較低，不耐磨?？捎谜{(diào)質(zhì)十表面淬火提高零件表面硬度。滲碳處理一般用于表面耐磨、芯部耐沖擊的重載零件，具耐磨性比調(diào)質(zhì)+表面淬火高。經(jīng)熱處理后，表面可以獲得很高的硬度，芯部硬度低，耐沖擊。所以調(diào)質(zhì)處理是不可或缺的一道重要工序。工序6銃鍵槽機床：立式銃

22、床X53T轉(zhuǎn)速n=18r/min縱向進給量為f1=10mm/min橫向進給量為f2=10mm/minh=4mm,L=35mm計算工時得tm縱=h/f1n=0.022mintm橫=L/f2n=0.166mintm1=0.188minh=4mm,L=30mm計算工時得tm縱=h/f1n=0.022mintm橫=L/f2n=0.166mintm2=0.188min工序所需工時Tm=0.376min工序7去毛刺毛刺是沖裁后沖件斷面邊緣鋒利的凸起。經(jīng)過去毛刺處理后會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磨削機床：萬能外圓磨床M131W工作臺移動速度v=100mm/min加工

23、小25從小25.3切削至小25,背吃刀量ap=0.15mm切削長度L=13mm加工工時tm=L/vf=0.65min工序所需工時Tm=0.65min綜上所述，本設計所需總基本工時Tm總=29.525min6夾具設夾具的作用零件在加工的過程中夾具的定位固定是非常重要的，當定位不準確或加工中出現(xiàn)振動，都會影響零件在加工中各段的精度。并且會隨著最終的完工使工件偏離原來尺寸要求達不到設計的要求，這就要有合理的裝夾保證在加工中的穩(wěn)定，保證加工質(zhì)量。使用夾具要簡單裝夾或拆卸方便，本節(jié)以在銃床上銃鍵槽為例來說明。銃床夾具的設計特點銃床夾具與其它機床夾具的不同之處在于：它是通過定位鍵在機床上定位，用對刀裝置決

24、定銃刀相對于夾具的位置。A、床夾具的安裝銃床夾具在銃床工作臺上的安裝位置，直接影響被加工表面的位置精度，因而在設計時必須考慮其安裝方法，一般是在夾具底座下面裝兩個定位鍵。定位鍵的結(jié)構(gòu)尺寸已標準化，應按銃床工作臺的T形槽尺寸選定，它和夾具底座以及工作臺T形槽的配合為H7/h6、H8/h8o兩定位鍵的距離應力求最大，以利提高安裝精度。作為定位鍵的安裝是夾具過兩個定位鍵嵌入到銃床工作臺的同一條T形槽中，再用T形螺栓和墊圈、螺母將夾具體緊固在工作臺上，所以在夾具體上還需要提供兩個穿T形螺栓的耳座。如果夾具寬度較大時，可在同側(cè)設置兩個耳座，兩耳座的距離要和銃床工作臺兩個T形槽間的距離一致。B、銃床夾具的

25、對刀裝置銃床夾具在工作臺上安裝好了以后，還要調(diào)整銃刀對夾具的相對位置，以便于進行定距加工。為了使刀具與工件被加工表面的相對位置能迅速而正確地對準，在夾具上可以采用對刀裝置。對刀裝置是由對刀塊和塞尺等組成，其結(jié)構(gòu)尺寸已標準化。各種對刀塊的結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)工件的具體加工要求進行選擇。由于銃削時切削力較大，振動也大，火具體應有足夠的強度和剛度，還應盡可能降低夾具的重心，工件待加工表面應盡可能靠近工作臺，以提高夾具的穩(wěn)定性，通常夾具體的高寬比H/B011.25為宜。定位原理的幾種情況(i)完全定位工件的六個自由度全部被限制，它在夾具中只有唯一的位置，稱為完全定位。(2)部分定位工件定位時，并非所有情況下

26、都必須使工件完全定位。在滿足加工要求的條件下，少于六個支撐點的定位稱為部分定位。在滿足加工要求的前提下，采用部分定位可簡化定位裝置，在生產(chǎn)中應用很多。如工件裝夾在電磁吸盤上磨削平面只需限制三個自由度。(3)過定位(重復定位)幾個定位支撐點重復限制一個自由度，稱為過定位。A、一般情況下，應該避免使用過定位。通常，過定位的結(jié)果將使工件的定位精度受到影響，定位不確定可使工件（或定位件）產(chǎn)生變形，所以在一般情況下，過定位是應該避免的。B、過定位亦可合理應用雖然工件在夾具中定位，通常要避免產(chǎn)生“過定位”，但是在某些條件下，合理地采用“過定位”，反而可以獲得良好的效果。這對剛性弱而精度高的航空、儀表類工件更為顯著。6心得體會在大學期間經(jīng)過三年的努力和學習，對于機電一些問題已初具雛形。作為一名即將畢業(yè)的學生，我覺得能做這樣的課程設計是十分有意義。我們在課堂上掌握的僅僅是專業(yè)基礎課的理論面，如何去面對現(xiàn)實中的各種機械設計？如何把我們所學到的專業(yè)基礎理論知識用到實踐中去呢？我想做類似的大作業(yè)就為我們提供了良好的實踐平臺。在做本次課程設計的過程中，我感觸最深的當屬查閱了很多次設計書和指導書。為了讓自己的設計更加完善，更加符合工程標準，一次次翻閱機