1、 機(jī)械制造技術(shù)課程設(shè)計(jì) 研究性訓(xùn)練載體2-1：車床傳動(dòng)軸機(jī)械加工工藝過(guò)程設(shè)計(jì)1問(wèn)題提出： 零件的幾何精度直接影響零件的使用性能，而機(jī)械加工工藝過(guò)程制定的是否合理將直接影響零件的加工精度。針對(duì)車床傳動(dòng)軸，應(yīng)用所學(xué)的機(jī)械制造基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行一次機(jī)械加工工藝過(guò)程設(shè)計(jì)的綜合性工程應(yīng)用訓(xùn)練。2專題研究的目的：（1）掌握零件主要部分技術(shù)要求的分析方法；（2）掌握零件材料的選擇方法和確定毛坯的制備方法及工藝；（3）掌握工藝分析方法；（4）掌握定位基準(zhǔn)的選擇方法；（5）掌握制定出合理的零件加工順序的原則和方法；（6）掌握制定出合理的零件加工路線的方法。3研究?jī)?nèi)容： 圖1所示為車床的傳動(dòng)軸，軸上開有鍵槽用來(lái)安裝齒輪

2、以傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，兩端是安裝滾動(dòng)軸承的支承軸頸。完成該傳動(dòng)軸零件的機(jī)械加工工藝過(guò)程設(shè)計(jì)。工藝設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容包括：（1）進(jìn)行零件主要部分的技術(shù)要求分析研究；.本零件是傳動(dòng)軸，傳動(dòng)過(guò)程中只傳遞轉(zhuǎn)矩而不承受彎矩，可以通過(guò)熱處理方法提高軸的耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度。.此傳動(dòng)軸的形狀簡(jiǎn)單，屬于對(duì)稱零件，同時(shí)階梯軸很少，而且各段直徑相差不太大。.軸上需磨削的軸段都設(shè)計(jì)出了砂輪越程槽，而且砂輪越程槽都是統(tǒng)一大小的。.傳動(dòng)軸上的各個(gè)鍵槽開在同一母線的位置上，便于加工。鍵槽和齒輪通過(guò)與鍵配合，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的傳遞。.軸端設(shè)有倒角，以便于裝配，并且軸肩高度不妨礙零件的拆卸。.此傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)成兩端小中間大的形狀，便于零件從兩端裝

3、拆。.17圓柱表面為支撐軸頸與滾動(dòng)軸承相配合，對(duì)其要求圓柱度公差則可控制橫剖面和軸剖面內(nèi)的各種形狀誤差。.24圓柱面要與齒輪配合，為保證其平穩(wěn)性和減少噪音，對(duì)其表面有徑向全跳動(dòng)的要求。 .24和32軸段處的軸肩用于定位，防止其端面圓跳動(dòng)產(chǎn)生偏心。.軸上鍵槽有對(duì)稱度要求，一般來(lái)說(shuō)鍵槽都有對(duì)成度公差。（2）確定傳動(dòng)軸的材料、毛坯的制備方法及工藝、熱處理工藝；.選用材料為45鋼，由于此車床傳動(dòng)軸是一般的階梯軸，并且各階梯的直徑相差小，則可以直接以熱軋圓柱棒料做毛坯。.選用調(diào)質(zhì)和表面淬火的熱處理工藝。（3）進(jìn)行加工工藝分析；.傳動(dòng)軸大多是回轉(zhuǎn)表面，主要是采用車削和外圓磨削。由于該軸主要配合表面24和1

4、7的公差等級(jí)都較高（IT6），因此最終加工應(yīng)采用磨削。其加工方案可參考表（工藝路線圖）.該傳動(dòng)軸加工劃分為三個(gè)加工階段，即粗車（粗車外圓、鉆中心孔），半精車（半精車各處外圓、臺(tái)肩和修研中心孔等），粗精磨各處外圓。各加工階段大致以熱處理和銑鍵槽為界。（4）確定定位基準(zhǔn)；因?yàn)榇藗鲃?dòng)軸是精度要求高的軸類零件，因此先以毛坯外圓為粗基準(zhǔn)，加工兩端面及中心孔，再以中心孔定位完成各表面的粗加工；精加工開始先再修整中心孔，以提高軸在精加工時(shí)的定位精度，再以中心孔為精基準(zhǔn)加工外圓。（5）制定傳動(dòng)軸的加工順序；.外圓表面加工順序應(yīng)為，先加工大直徑外圓 ，然后再加工小直徑外圓，以免一開始就降低了工件的剛度。.軸上的

5、鍵槽等表面的加工應(yīng)在外圓精車或粗磨之后，精磨外圓之前。.為了改善工件材料的力學(xué)性質(zhì)而進(jìn)行的熱處理工藝調(diào)質(zhì)、表面淬火通常安排在粗加工之后、加工之前進(jìn)行。（6）制定傳動(dòng)軸的加工路線；車端面和鉆中心孔粗車半精車調(diào)質(zhì)表面淬火粗磨銑鍵槽精磨外圓去毛刺車床傳動(dòng)軸的機(jī)械加工工藝路線序號(hào)工序內(nèi)容定位基準(zhǔn)1車端面和鉆中心孔毛坯外表面2粗車32、24、17臺(tái)階面中心孔3半精車32、24、17臺(tái)階面中心孔4銑鍵槽中心孔5調(diào)質(zhì)6表面淬火7粗磨32、24、17，臺(tái)階面中心孔8銑鍵槽中心孔9精磨32、24、17，臺(tái)階面中心孔10去毛刺4設(shè)計(jì)過(guò)程： 圖1 傳動(dòng)軸研究性訓(xùn)練載體2-2：車床主軸箱齒輪機(jī)械加工工藝過(guò)程設(shè)計(jì)1問(wèn)題

6、提出： 零件的幾何精度直接影響零件的使用性能，而機(jī)械加工工藝過(guò)程制定的是否合理將直接影響零件的加工精度。針對(duì)車床主軸箱齒輪，應(yīng)用所學(xué)的機(jī)械制造基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行一次機(jī)械加工工藝過(guò)程設(shè)計(jì)的綜合性工程應(yīng)用訓(xùn)練。2專題研究的目的：（1）掌握零件主要部分技術(shù)要求的分析方法；（2）掌握零件材料的選擇方法和確定毛坯的制備方法及工藝；（3）掌握工藝分析方法；（4）掌握定位基準(zhǔn)的選擇方法；（5）掌握制定出合理的零件加工順序的原則和方法；（6）掌握制定出合理的零件加工路線的方法。3研究?jī)?nèi)容： 圖1所示為車床的一根傳動(dòng)軸車床主軸箱齒輪，完成該齒輪零件的機(jī)械加工工藝過(guò)程設(shè)計(jì)。工藝設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容包括：進(jìn)行零件主要部分的技術(shù)

7、要求分析研究； 齒輪的工作面為齒面，齒輪在傳動(dòng)過(guò)程中，接觸的兩齒面會(huì)產(chǎn)生一定相互滑動(dòng)。發(fā)生滑動(dòng)摩擦，導(dǎo)致齒面發(fā)生磨損。磨損嚴(yán)重時(shí)，會(huì)加大齒側(cè)間隙而引起傳動(dòng)不平穩(wěn)和沖擊。為保證齒輪傳動(dòng)的平穩(wěn)性，并且減小摩擦等要求，應(yīng)采用較高的表面粗糙度，此處選擇2.5um； 齒輪40H7內(nèi)孔表面與傳動(dòng)軸為過(guò)盈配合，并且其內(nèi)孔表面為摩擦表面，應(yīng)采取較高的表面粗糙度要求，此處選擇2.5um； 齒輪端面和齒頂面為非工作表面，表面粗糙度要求較低，此處為5um。 齒輪端面采用端面圓跳動(dòng)，這樣同時(shí)保證了端面與基準(zhǔn)軸的垂直度要求與齒輪軸向的圓柱度要求。 40H7內(nèi)孔選用了直線度、垂直度、圓柱度等形位公差，保證了內(nèi)孔對(duì)基準(zhǔn)軸的

8、高精度要求。確定齒輪的材料、毛坯的制備方法及工藝、熱處理工藝； 選用齒輪的材料時(shí)，考慮到材料應(yīng)滿足加工要求，應(yīng)具有好的綜合力學(xué)性能，所以材料要有高的硬度和好的耐磨性。另外應(yīng)充分考慮經(jīng)濟(jì)性，選擇材料應(yīng)價(jià)格相對(duì)便宜，降低零件的成本。綜合考慮材料力學(xué)性能和價(jià)格之后，此處選用45#鋼 。 毛坯制備方法鍛造:下料-自由鍛-正火處理。熱處理工藝.正火工藝:將齒輪放人爐中加熱到840-880，保溫約3 h。出爐空氣中分散冷卻。目的是充分消除鍛造引起的內(nèi)應(yīng)力，細(xì)化晶粒，適當(dāng)提高齒輪的硬度，為以后的機(jī)加工作性能準(zhǔn)備。同時(shí)為后序的熱處理作組織準(zhǔn)備。. 表面淬火+回火表面淬火：通常利用感應(yīng)加熱淬火裝置，只對(duì)輪齒部位

9、進(jìn)行局部感應(yīng)加熱表面淬火。工藝：將齒輪置于感應(yīng)器內(nèi)，通入交流電，輪齒溫度達(dá)到860900后。隨后用水快速冷卻，淬火后表面不得有裂紋。目的是提高輪齒表面硬度和耐磨性，淬火后表面硬度可達(dá)到4853 HRC，淬硬層可達(dá)34mm.回火工藝：將齒輪放人回火爐中加熱到200-240，保溫約1h，出爐空氣中冷卻。目的是消除在淬火時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，防止齒輪在工作中的變形和開裂；獲得穩(wěn)定的組織，保證尺寸的穩(wěn)定性；提高齒輪的韌性，調(diào)整齒輪的強(qiáng)度和硬度，獲得較好的綜合力學(xué)性能.進(jìn)行加工工藝分析；作為定位的基準(zhǔn)內(nèi)孔40H7表面其粗糙度精度比基準(zhǔn)端面的要求高，基準(zhǔn)端面的粗糙度較粗，為5um。但它對(duì)基準(zhǔn)孔的端面圓跳動(dòng)0.0

10、18um，比一般精度的齒輪要求高，因此在齒坯加工中，尚需留一定的余量進(jìn)行精加工。精加工孔和端面采用磨削的的加工方法。先以齒輪分度圓和端面作為定位基準(zhǔn)磨孔，再以孔位定位基準(zhǔn)磨削面，控制端面圓跳動(dòng)的要求，以確保齒形精加工用的精基準(zhǔn)的精確度。該例齒輪精度要求較高，工序安排滾齒后應(yīng)留有一定磨齒的加工余量。確定定位基準(zhǔn)；粗基準(zhǔn)：毛坯外圓及端面精基準(zhǔn): 內(nèi)孔及端面制定齒輪的加工順序；齒輪下料后，一般先鍛造，鍛造后再進(jìn)行去除鍛造引起的內(nèi)應(yīng)力，然后車成合適形狀，先粗車，后精車，車后再滾齒，做出齒輪的形狀后再進(jìn)行提高齒輪表面強(qiáng)度、硬度的熱處理工藝，如表面淬火/回火去應(yīng)力，再進(jìn)行的是消除在淬火時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力工序，

11、最后再磨齒，磨到設(shè)計(jì)的粗糙度。制定齒輪的加工路線；工工藝路線：下料鍛造毛坯正火 粗車精車滾齒其他加工鉗工去毛刺齒面的高頻淬火回火磨磨齒總檢入庫(kù)機(jī)床主軸箱齒輪機(jī)械加工工藝路線圖工序號(hào)工序名稱工序內(nèi)容定位基準(zhǔn)1下料棒料2鍛毛坯鍛造尺寸110mm38mm外圓及端面3熱處理正火外圓及端面4粗車粗車各部分，考慮各部分加工量，留余量1.5-2mm內(nèi)孔及端面5精車精車各部分，內(nèi)孔至40.1H8，總長(zhǎng)留加工余量0.2mm，其余至尺寸內(nèi)孔及端面6滾齒齒厚留磨加工余量0.10-0.15mm內(nèi)孔及端面7其他加工倒角內(nèi)孔8鉗工去毛刺內(nèi)孔及端面9熱處理高頻感應(yīng)加熱淬火，然后回火去應(yīng)力內(nèi)孔及端面10磨磨內(nèi)孔至40H7，及

12、磨齒輪兩端面保證尺寸為30mm內(nèi)孔及端面11磨齒內(nèi)孔及端面12總檢入庫(kù)4.設(shè)計(jì)過(guò)程： 圖1 齒輪研究性訓(xùn)練載體1-2：車床傳主軸箱齒輪的幾何精度設(shè)計(jì)1問(wèn)題提出：零件的幾何精度直接影響零件的使用性能，而零件的配合表面和非配合表面的精度要求高低各不相同；即便是配合表面，其工作性質(zhì)不同，提出進(jìn)度要求及公差項(xiàng)目也不相同，針對(duì)車床主軸箱齒輪進(jìn)行幾何精度設(shè)計(jì)。2專題研究的目的：（1）理解零件幾何精度對(duì)其使用性能的影響；（2）根據(jù)零件不同表面的工作性質(zhì)及要求提出相應(yīng)的公差要求；（3）掌握正確的零件公差標(biāo)注方法；（4）掌握零件的幾何精度設(shè)計(jì)方法；3研究?jī)?nèi)容： 完成圖1所示齒輪零件的幾何精度設(shè)計(jì)。工藝設(shè)計(jì)的具體

13、內(nèi)容包括：（1） 對(duì)零件各表面主要部分的技術(shù)要求進(jìn)行分析研究；車床主軸箱齒輪主要用于降低主軸轉(zhuǎn)速，增加扭矩。一般車床主軸箱齒輪屬于中速、中載荷的一般齒輪。其性能要求順序?yàn)椋簣A周速度=齒面載荷分布均勻性運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確性。（2）根據(jù)零件不同表面的工作性質(zhì)及要求，提出相應(yīng)的公差項(xiàng)目及公差值；包括齒輪的尺寸精度設(shè)計(jì)、形狀精度設(shè)計(jì)、位置精度設(shè)計(jì)及表面粗糙度。尺寸設(shè)計(jì)：.為保證齒輪嚙合時(shí)存在頂隙，在齒頂圓直徑采取上偏差為零的設(shè)計(jì)，公差為IT1，查表得下偏差為0.22。.為保證孔與軸的小過(guò)盈配合40孔公差為IT7，選用基孔制，下偏差為0，查表得上偏差為0.025。表面粗糙度設(shè)計(jì)：.齒輪的工作表面為齒面。要保證傳動(dòng)

14、的平穩(wěn)性，同時(shí)減小摩擦等要求，齒面應(yīng)采用零件最高的表面粗糙度要求，即選擇Ra3.2.主軸箱齒輪與主軸為過(guò)盈配合，且其孔的內(nèi)表面為摩擦表面，應(yīng)采取高的表面粗糙度要求。選擇3.2.齒輪外端面A的運(yùn)動(dòng)精度要求高于齒輪外端面B，故其表面粗糙度要求高與B，故選擇Ra6.4形狀位置精度設(shè)計(jì)：為檢測(cè)齒輪端面A采用跳動(dòng)公差中的端面圓跳動(dòng)。這樣同時(shí)保證了端面與軸線的垂直度要求與齒輪軸向的圓柱度要求。（3）把公差正確的標(biāo)注在零件圖上。4設(shè)計(jì)過(guò)程： 圖1研究性訓(xùn)練載體1-1：車床傳動(dòng)軸的幾何精度設(shè)計(jì)一問(wèn)題提出：零件的幾何精度直接影響零件的使用性能，而零件的配合表面和非配合表面的精度要求高低各不相同；即便是配合表面，

15、其工作性質(zhì)不同，提出進(jìn)度要求及公差項(xiàng)目也不相同，針對(duì)車床傳動(dòng)軸進(jìn)行幾何精度設(shè)計(jì)。二專題研究的目的：1.理解零件幾何精度對(duì)其使用性能的影響；2.根據(jù)零件不同表面的工作性質(zhì)及要求提出相應(yīng)的公差要求；3.掌握正確的零件公差標(biāo)注方法；4.掌握零件的幾何精度設(shè)計(jì)方法；三研究?jī)?nèi)容： 完成圖1所示傳動(dòng)軸零件的幾何精度設(shè)計(jì)。工藝設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容包括：1.對(duì)軸上各部分的作用進(jìn)行分析研究；傳動(dòng)軸的作用： 車床傳動(dòng)軸多用于傳動(dòng)，兩端圓柱面與軸承配合。軸肩的位置是為了便于軸與軸上零件的裝配，鍵槽通過(guò)與鍵配合實(shí)現(xiàn)扭矩的傳遞。 由給定傳動(dòng)軸的零件圖可知，各階梯軸的基本尺寸均已給出，但在設(shè)計(jì)時(shí)，我們要根據(jù)軸所受的轉(zhuǎn)矩來(lái)初步估

16、算，然后再按軸上零件的配合方案和定位要求，從而逐一確定各段直徑。在此過(guò)程中，我們需注意以下幾點(diǎn)：（1）軸上裝配標(biāo)準(zhǔn)件的軸段（如圖1中、），其直徑必須符合標(biāo)準(zhǔn)件的標(biāo)準(zhǔn)直徑系列值。（2）與一般零件（如齒輪、帶輪等）相配合的軸段（該軸中無(wú)此段），其直徑應(yīng)與相配合的零件毅孔直徑相一致，井采用標(biāo)準(zhǔn)尺寸（GB282281）。而不與零件相配合的軸段（如圖1中、），其直徑可不取標(biāo)準(zhǔn)尺寸。（3）起定位作用的軸肩稱力定位軸肩（如圖1中與、與之間的軸肩），其高度按相關(guān)的原則確定。為便于軸上零件安裝而設(shè)置的非定位軸肩，其高度一般取13mm。2.對(duì)零件各表面主要部分的技術(shù)要求進(jìn)行分析研究；基準(zhǔn)的選擇及加工工藝： （1）

17、定位基準(zhǔn)的選擇：粗基準(zhǔn)的選擇：軸類零件粗基準(zhǔn)一般選擇外圓表面。這樣，一方面可方便裝夾，同時(shí)也容易獲得較大的支撐剛度。精基準(zhǔn)的選擇：軸類零件的精基準(zhǔn)在可能的情況下一般都選擇軸兩端面中心孔。這是因?yàn)檩S類零件的各主要表面的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)都是軸線，選擇中心孔作精基準(zhǔn)，既可滿足基準(zhǔn)重合的要求，又可滿足基準(zhǔn)統(tǒng)一的要求。當(dāng)不能選中心孔作為精基準(zhǔn)時(shí)，可采用軸的外表面或軸的外表面加一中心孔作為精基準(zhǔn)。 對(duì)精度要求不高的軸，為了減少加工工序，增加支撐剛度，一般選擇軸的外圓作精基準(zhǔn)。 （2）工藝路線：軸類零件主要表面加工的工藝路線如下：下料（圓棒料毛坯）車端面、打中心孔粗車各外圓表面正火或調(diào)質(zhì)修研中心孔半精車和精車各外圓表面、車螺紋銑鍵槽淬火修研中心孔粗、精磨外圓檢驗(yàn)。3.根據(jù)零件不同表面的工作性質(zhì)及要求，提出相應(yīng)的公差項(xiàng)目及公差值；包括傳動(dòng)軸的尺寸精度設(shè)計(jì)、形狀精度設(shè)計(jì)、位置精度設(shè)計(jì)及表面粗糙度。（1）尺寸設(shè)計(jì)： 主軸兩段17的圓柱面與軸承過(guò)盈配合，采用基軸制。為保證過(guò)盈，上偏差取+0.012下偏差取+0.001。 鍵槽所在24圓柱面為過(guò)盈配合，