齿轮轴加工工艺规程设计

课程设计

齿轮轴加工工艺规程设计教学单位: 机电工程学院

专 业: 机械设计制造及其自动化 班 级: 机械09C(本) 学 号: ………… 学生姓名: XXX

指导教师: XXX（讲师） 完成时间: 2013年5月5日

电子科技大学中山学院机电工程学院

齿轮轴加工工艺规程设计

摘 要

机械加工工艺规程设计能力是从事机械制造专业的科研、工程技术人员必须具备的基本素质之一。机械加工工艺规程设计作为高等工科院校教学的基本科目，在实践中占有极其重要的地位，工艺流程设计在加深对专业课程基本理论的理解和加强对解决工程实际问题的能力培养方面所发挥的作用是显而易见的。

本设计是齿轮轴的加工工艺规程设计，其结构虽然规则，但是精度要求比较高，所以工艺要求比较复杂。需要粗车、精车、铣车、磨销，其中精车是加工关键。车床加工工艺是以机械制造中的工艺基本理论为基础，结合车床的特点，综合运用多方面的知识解决车床加工过程中面临的工艺问题。

工艺规程是保证机械产品高质量、低成本的一种重要的工艺依据，工艺规程设计在机械加工中就显得更为突出，因此中小型零件加工的规程设计常被选作毕业设计的主要内容之一。

关键字：工艺规程；齿轮轴

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齿轮轴加工工艺规程设计

目 录

1 绪 论········································································································ 1

1.1 引言 ·································································································· 1 1.2 设计的内容及要求 ················································································ 1 2 零件分析 ···································································································· 3

2.1 齿轮轴的概述 ······················································································ 3 2.2 零件的结构工艺分析 ············································································· 4 2.3 零件的校核 ························································································· 5 3 齿轮轴的工艺规程分析 ················································································ 10

3.1 毛坯的选择 ······················································································· 10 3.2 制定工艺路线 ····················································································· 11

3.2.1 基本加方案 ················································································ 11 3.2.2 工艺路线的设定 ·········································································· 11 3.2.3 加工工艺过程内容 ······································································ 12 3.3 基准的选择 ······················································································· 13

3.3.1 粗基准的选择 ············································································ 13 3.3.2 精基准的选择 ············································································ 14 3.4 机械加工工艺过程分析 ········································································ 15

3.4.1 加工阶段的划分及划分加工阶段的原因 ·········································· 15 3.4.2 加工顺序的安排 ········································································· 15 3.4.3 机床的选择 ··············································································· 16 3.5 切削用量 ·························································································· 16

3.5.1 粗加工时切削用量的选择原则 ······················································· 16 3.5.2 精加工时切削用量的选择原则 ······················································· 17 3.5.3 选择切削用量 ············································································ 18 3.6 确定加工余量、工序尺寸及公差 ···························································· 19 3.7 基本工时 ·························································································· 20 4 结束语······································································································ 22 参考文献······································································································ 23 致 谢 ·········································································································· 24

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1 绪 论

1.1 引言

机械设计在机械工程中十分重要，它是理论联系实际的重要纽带。本次课程设计不仅加深了我们对与课本理论知识的理解，更是将机械的理论与实际中的运用有机的结合并进行深层次的实践训练，使学生对于理论联系实际认识更加清晰，为以后社会的经验埋下重要的伏笔，即锻炼了我们的设计创新能力，又增强了机械设计构思。机械加工工艺流程设计能力是从事机械制造专业的科研、工程技术人员必须具备的基本素质之一。机械加工工艺流程设计作为高等工科院校教学的基本科目，在实践中占有极其重要的地位，工艺流程设计在加深对专业课程基本理论的理解和加强对解决工程实际问题的能力培养方面所发挥的作用是显而易见的。

减速器是原动机和工作机之间的的闭式传动装置,用来降低转速和增大转矩,以满足工作需要。齿轮减速器在各行各业中十分广泛地使用着，是一种不可缺少的机械传动装置。当前减速器普遍存在着体积大、重量大，或者传动比大而机械效率过低的问题。国外的减速器，以德国、丹麦和日本处于领先地位，特别在材料和制造工艺方面占据优势，减速器工作可靠性好，使用寿命长。但其传动形式仍以定轴齿轮传动为主，体积和重量问题，也未解决好。日本住友重工研制的FA型高精度减速器和美国Alan-Newton公司研制的X-Y式减速器，在传动原理和结构上与本项目类似或相近，都为目前先进的齿轮减速器。国内的减速器多以齿轮传动、蜗杆传动为主。齿轮轴是减速器的一个基本零部件，在现代生活中有十分重要和不可忽视的地位。

1.2 设计的内容及要求

本设计是齿轮轴的加工工艺规程的设计，其结构虽然规则，但是精度要求比较高，所以工艺要求比较复杂。总体介绍所追踪的典型零件的加工流程,包括毛坯-初检-粗加工-精加工工零等步骤；所加部件的形状、结构、尺寸及重要配合参数，并完成工件的三维造型。确定零部件的加工方法和步骤，包括使用设备、装夹方法、工装夹具、加工方位、刀具选择、加工参数选择等。工艺流程是保证机械产品高质量、低成本的一种重要的工艺依据，工艺流程设计在机械加工中就显得更为突出[1]。本设计的目的是为了巩固加工工艺规程设计的基础理论和专业知识，能够用新的更合理的工艺规程来代替旧的相对不合理的工艺规程。要求我们能对机械制造有一个总体的、全面的了解与把握，能掌握金属切削过程的基

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本规律；掌握机械加工的基本知识；能选择加工方法与机床、刀具、夹具及加工参数；具备制定工艺规程的能力和掌握机械加工精度和表面质量分析的基本理论及基本知识；对于在设计过程中出现的问题能够通过翻阅参考文献进行解决。

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2 零件分析

2.1 齿轮轴的概述

本零件为减速器的输出齿轮轴，其功用是传递动力和改变输出轴运动方向。齿轮轴类件的工艺特点首先是它的形面特征多，在基于特征的零件信息描述中可以把它分为主特征：内外圆柱面、圆锥面、齿轮表面等；辅助特征：键槽、小平面、花键、螺纹等。另外，齿轮轴类件加工所使用的机床多，材料及热处理种类也较多。再者，它的工艺特征如尺寸精度、形位公差、表面质量也要求较高。在机械加工中，每一种零件都有几种加工工艺方法与之对应，根据生产规模、零件整体形状和轮廓尺寸、制造资源等，针对每一特征的加工精度、表面粗糙度及不同材料选择不同加工方法。

轴用轴承支承，与轴承配合的轴段称为轴颈。轴颈是轴的装配基准，它们的精度和表面质量一般要求较高，其技术要求一般根据轴的主要功用和工作条件制定，通常有以下几项：

1）尺寸精度

起支承作用的轴颈为了确定轴的位置，通常对其尺寸精度要求较高（IT5～IT7）。装配传动件的轴颈尺寸精度一般要求较低（IT6～IT9）。 2）几何形状精度

轴类零件的几何形状精度主要是指轴颈、外锥面、莫氏锥孔等的圆度、圆柱度等，一般应将其公差在尺寸公差范围内。对精度要求较高的内外圆表面，应在图纸上标注其允许偏差。

3）相互位置精度

轴类零件的位置精度要求主要是由轴在机械中的位置和功用决定的。通常应保证装配传动件的轴颈对支承轴颈的同轴度要求，否则会影响传动件（齿轮等）的传动精度，并产生噪声。普通精度的轴，其配合轴段对支承轴颈的径向跳动一般为0.01~0.03mm，高精度轴（如主轴）通常为0.001~0.005mm。 4）表面粗糙度

一般与传动件相配合的轴径表面粗糙度为Ra2.5~0.63m，与轴承相配合的支承轴径的表面粗糙度为Ra0.63~0.16m。

此外，相互位置精度还有内外圆柱面的同轴度，轴向定位端面与轴心线的垂直度要求等[5]。

轴的材料主要是碳钢和合金钢。钢轴的毛坯多数用轧制圆钢和锻件，有的则直接用圆钢。下表2-1列出了轴常用材料45号钢的主要力学性能[2]。

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表2-1 45号钢的主要力学性能

[2]

屈服抗拉强材料 牌号 热处理 毛坯直径/mm 硬度 /HBS B弯曲疲劳极限 1剪切疲劳极限 1许用弯曲应力[] 1强度度极限 极限 sMPa 45 正火 调质 ≤100 ≤200 170-217 217-255 600 650 300 360 240 275 140 155 55 60 2.2 零件的结构工艺分析

分析研究产品要从两方面分析。先熟悉产品的性能、用途、工作条件，明确给零件的相互装配位置极其作用，了解及研究各项技术条件制订的依据，找出其主要技术要求和关键技术问题。再对零件图进行工艺审查，图样上的规定的各项技术条件是否合理，零件的结构工艺性能是否好，图样上是否缺少必要的尺寸、视图、或技术条件。

图2-1 齿轮轴零件图

从图2-1上看，本零件为回转体零件，结构比较简单，需进行机械加工的主要表面有：

30mm、40mm圆柱面及66mm的齿面，5030mm的槽。由于传动与装配的要求较高，对于30mm、40mm圆柱面有较高的同轴度要求，粗糙度方面表现在：对于40mm圆柱表面有较高的要求为Ra0.8m,30mm的圆柱面为Ra1.6m,这些在安排加工工艺时也需给予注意。

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2.3 零件的校核

轴的校核通常是在初步完成结构设计后进行校核计算，计算准则是满足轴的强度或刚度要求，必要时还应校核轴的震动稳定性。进行轴的强度校核计算时，应根据轴的具体受载及应力情况，采用相应的计算方法，并恰当地选择其许用应力[3]。

轴的强度校核计算[2]，轴的扭转强度条件为：

Pn （2-1）

TTTWT95500000.2d2式中：T--扭转切应力，MPa； T--轴所受的扭矩，N•mm； WT--轴的抗扭截面系数，mm3； n--轴的转速，r/min； P--轴转递的概率，KW； d--计算截面处轴的直径，mm； T--许用扭转切应力，MPa，见表2-2。

表2-2 轴常见几种材料的[T]及A0值

[2]

轴的材料 [T]/MPa Q235-A、20 15-25 149-126 Q275、35（1Cr18Ni9Ti） 20-35 135-112 45 25-45 126-103 40Cr、35SiMn 38SiMnMo 35-55 112-97 A0 注：1）表示[T]值是考虑了弯矩影响而降低了的许用扭转切应力。

2）在下述情况时，[T]取较大值，A0取值较小：弯矩较小或只受扭矩作用、载荷较平稳、无轴向载荷或只有较小的轴向载荷、减速器的低速轴、轴只做单向旋转；反之，[T]取较小值，A0取较大值。

由上式可得轴的直径：

d39550000P9550000Pp33A03 （2-2）

0.2[T]n0.2[T]nn9550000,查表2-2。

0.2[T]式中，与轴材料有关的系数A03计算弯矩时分别按水平面和垂直面计算各力产生的弯矩，并按计算结果分别做出水平面上的弯矩MH图和垂直面上的弯矩MV图；然后按下式（2-3）计算总弯矩并做出M图，并做出扭矩图。

22MMHMV （2-3）

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已知轴的弯矩和扭矩后，可正对某些危险截面做弯扭合成强度校核计算。按第三强度理论，计算应力：

ca24()2 （2-4）

当扭转切应力为静应力时，取0.3；当扭转切应力为脉动循环变应力时，取0.6；若扭转切应力为对称循环变应力时，则取1。

对于直径为d的圆柱，弯曲应力为（2-4），则轴的弯扭合成强度条件为：

TTM,扭转切应力,将和代入式WT2WWM2(T)2M2T2ca()4()[1] （2-5）

W2WW式中：ca--轴的计算应力，MPa； M--轴所受的弯矩，N•mm； T--轴所受的扭矩，N•mm； W--轴的抗弯曲截面系数，mm； [1]--轴的许用弯曲应力，其值查表2-1。 各圆轴截面的抗弯、抗扭矩截面系数的计算公式。

圆轴上面没有键槽时： 抗弯截面系数Wd3320.1d3； 0.2d3。

抗扭截面系数WTd316圆轴上面有一个键槽时：

bt(dt)2W抗弯截面系数； 322dd3bt(dt)2抗扭截面系数WT。 162dd3减速箱的输入轴与电动机相连，输出轴通过弹性柱销联轴器与工作机相连，已知零件输出齿轮的功率P4KW，转速n1180r/min，齿轮机构的参数列于下表：

表2-3 齿轮机构的参数

mn/mm 级别 低速轴 z  n * ha20 3 8°06 20° 1 根据已知条件，轴上的载荷（弯矩和扭矩）已可以求得，因而可按弯扭合成强度条件对轴进行强度校核计算。

1）计算最小直径。

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应用式（2-2）估算轴的最小直径。由表2-2取A0103,于是得：

dA03P4103328.90mm n180计算所得应是最小轴径（即安装联轴器）处的直径。该轴段因有键槽，应加大3%并圆整，取d30mm。

2）计算齿轮受力。

齿轮分度圆直径dmnz32060mm； 齿轮所受扭转矩T9.55106Pn9.55106•4180212222N•mm； 圆周力F2T2212222td607074N； FFttann7074tan20径向力rcoscos806'2600N； 轴向力FaFttan7074tan806'994N。 轴受力的大小及方向如图2-2b所示。 3）计算轴承反力（图2-2c及e）。 F水平面Ra•d270Fr994301H1307026001301629N；

R2HFrR1H26001629971N； F垂直面

Rt1VR2V2707423537N。 4）绘制弯矩图。

水平面弯矩图（图2-2d）。

截面b:MbH'70R1H701629114030N•mm； M\"'dbHMbHFa211403099460284210N； 垂直面弯矩图（图2-2f）。

MbV70R1V703537247590N•mm。 合成弯矩图（2-2g）。

M'M'2211403022475902bbHMbV272586N•mm； M\"\"2M222bMbHbV84210247590261518N•mm；

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图2-2 轴的载荷分析图

5）绘制扭矩图（图2-2h）。 由前知T212222N•mm；

又根据表2-1查得B600MPa，而0.6；

T0.6212222127333N•mm。

根据式（2-5）及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取0.6，轴的计算应力：

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2ca\"Mb(T)2W2725862(0.6960000)20.1663MPa19.8MPa

选定轴的材料为45钢，调质处理，由表2-1查得[1]60MPa。因此ca[1]，故 9

安全。

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3 齿轮轴的工艺规程分析

3.1 毛坯的选择

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，金属组织等）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，本零件的主要功用是传递动力，其工作时需承受较大的冲击载荷，要求有较高的强度和韧性，故毛坯应选择锻件，以使金属纤维尽量不被切断[6]。又由于年产量为5000件，达到了批量生产的水平，且零件形状较简单，尺寸也不大，故应采用模锻。

毛坯（锻件）图是根据产品零件设计的，经查《实用机械加工工艺手册》 ，再考虑到其所要加工的次数，知磨削余量，精车-粗车各余量,粗车加工时，尽量一次走刀切削全部余量，精车余量可选用0.05mm~0.8mm。传动轴磨削余量可取0.01mm~0.08mm。

图3-1 毛坯图

外圆38mm、47mm的只要粗加工就可以达到要求，30mm与38mm锻一样的直径，而38mm只要粗加工就可以达到要求，查参考文献可知直径加工余量为2mm，同上，所

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以取毛坯直径为40mm。6600.190mm要经过粗加工和精加工，查参考文献可知直径加工余量为8mm0.6mm9mm[7],考虑实际加工时，因锻造表面较硬而加工余量少可能难加工，所以取毛坯直径为75mm。长度方向的余量值规定2~6mm，取2mm。所以本零件的毛坯是可以确定的，图3-1就是本零件的毛坯图。

3.2 制定工艺路线

制订工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状。尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。由于连杆通常进行的是中批量的生产，所以可以考虑采用万能性机床加以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外，还应考虑经济效益，以便使生产成本尽量下降。

3.2.1 基本加方案

根据对加工零件加工表面的精度和粗糙度的要去、零件的结构和被加工表面的形状、大小以及车间或工厂的具体条件，选取最经济合理的加工方案。外圆加工的方法很多，基本加工方案可归纳为四条。 1）粗车—半精车—精车；

对于一般常用材料，这是外圆表面加工采用的最主要的工艺路线。 2）粗车—半精车—粗磨—精磨；

对于黑色金属材料，精度要求高和表面粗糙度值要求较小、零件需要淬硬时，其后续工序只能用磨削而采用的加工路线。 3）粗车—半精车—精车—金刚石车；

对于有色金属，用磨削加工通常不易得到所要求的表面粗糙度，因为有色金属一般比较软，容易堵塞沙粒间的空隙，因此其最终工序多用精车和金刚石车。 4）粗车—半精—粗磨—精磨—光整加工；

对于黑色金属材料的淬硬零件，精度要求高和表面粗糙度值要求很小，常用此加工路线。

3.2.2 工艺路线的设定

齿轮轴的主要加工表面是外圆表面，也还有常见的特特形表面，因此针对各种精度等级和表面粗糙度要求，按经济精度选择加工方法。所以设定了两个工艺路线如下： 工艺路线方案一如表3-1所示:

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齿轮轴加工工艺规程设计 表3-1工艺路线方案一

工序 1 2 3 4 5 6 7 8 工序内容 模锻 正火 车端面、打中心孔 粗车各外圆 调制处理 修研中心孔 精车直径为30mm、40mm的外圆 铣键槽 工序 9 10 11 12 13 14 15 工序内容 粗滚齿 精滚齿 修研中心孔 磨直径为40mm的外圆（两段） 去毛刺 检验 入库 由于该工艺路线方案在加工齿轮上考虑不够精细，还需进一步修改，才能精确达到加工标准。工艺路线改进为方案二如下表3-2所示：

表3-2工艺路线方案二

工序 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 工序内容 模锻 正火 车端面、打中心孔 粗车各外圆 粗车检验 调制处理 修研中心孔 精车直径为30mm、40mm的外圆 铣键槽 齿坯检测 工序 11 12 13 14 15 16 17 18 19 工序内容 滚齿 倒棱去毛刺 剃齿 热处理 研磨中心孔 磨直径为40mm的外圆（两段） 珩齿 检验 入库 两方案的不同主要在于齿轮的加工工序不同。通过比较可知方案二比较好。因为方案一只采用滚齿，要达到零件图上所要求的精度需采用高精度的滚刀和高精度的滚齿机。而方案二采用剃齿、珩齿来达到零件图上的精度要求。对于一般工厂来说比较适合，所以采用方案二作为加工方案。

3.2.3 加工工艺过程内容

根据各表面加工要求和各加工方法能达到的经济精度，确定各表面的加工方法如下： 尺寸40k6mm：粗车→精车→磨削；

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尺寸6600.190mm：粗车→半精车→精车； 尺寸30r6mm：粗车→半精车→精车；

尺寸宽为8mm深为4mm长为50mm的键槽：粗铣；

大径为6600.190mm的直齿轮：滚齿→剃齿或粗滚齿→精滚齿。

根据先粗后精，基准先行，以及先主后次的原则，加工顺序：两端面和中心孔的加工，粗车各外圆表面，精车外圆40k6mm，30r6mm表面，铣键槽，直齿轮的加工，磨削两外圆面。

3.3 基准的选择

零件是由若干表面组成的，各表面之间都有一定的尺寸和相互位置要求。用以确定零件上点、线、面间的相互位置关系所依据的点、线、面称为基准。

正确的选择定位基准是设计工艺规程的一项重要内容。基准决定了加工顺序，先行的工序为后序工序创造条件，作好定位面的准备工作。选择工件的定位基准，实际上是确定工件的定位基面。根据选定的基面加工与否，又将定位基准分为粗基准和精基准。在起始工序中，只能选择未经加工的毛坯表面作为定位基准，这种基准称为粗基准。用加工过的表面作为定位基准，则称为精基准。在选择定位基准时，是从保证精度要求出发的，因此分析定位基准选择的顺序就应为精基准到粗基准。

基准选择时应考虑到用哪一个面作加工时的精基准，才可以使整个机械加工工艺过程顺利进行；为了加工上述基准面应采用哪一个表面作为粗基准；是否有个别工序为了特殊的要求，而需要采用第二个精基面。

3.3.1 粗基准的选择

选择粗基准时，要保证工序的连续性以及位置精度，使各个加工面有足够的加工余量。首先应为后续工序准备基面（即加工出精基准），其次选择零件上不加工面为粗基准，来保证加工与不加工面间的位置精度，接着选择重要加工表面保证该平面的余量最小。选择的粗基准应保证其平整光洁，应该避开锻件飞边，铸造冒口，分型面毛刺。并且在同一自由度方向，粗基准应避免重复使用。

在加工零件左端时，是以右端的未加工外圆柱面B作为粗基准。加工零件右端时，是以左端的外圆柱面C为基准。如下图3-2。

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图3-2 粗基准加工

3.3.2 精基准的选择

在选择精基准的时候，要保证主要表面的加工精度，使零件在装夹时方便、可靠。应尽可能选取加工表面的设计基准作为定位基准，只有基准重合了，才容易保证加工表面对其设计基准的位置要求，并且可以避免采用调整法加工时引起的定位误差；其次应尽可能选择多的加工表面，即基准不变原则，基准统一，可使多数表面用同一精度基面定位加工出来，易保证这些面间的相互位置精度。此外，还可以避免基准转换带来不重合误差；为了满足基准不变的原则，就要在零件上选择出一组合适的精基准，在工艺过程开始，尽快地在头几道工序中把该组精基面先加工出来，并达到一定的精度。在以后的各工序都是以这组精基准为定位基面，加工出其他表面，这也就是工序顺序的安排中所谓的先基面后其他的原则，常用在加工复杂零件上；然而某些加工余量小而均匀的精加工工序，便可选择加工面本身作为定位基准，加工面的位置精度由前工序保证，可见遵循自为基准原则，不能提高加工面的位置精度，只能提高加工面的本身精度；为了使加工面间有较高的位置精度，并使其加工余量小而均匀，可采用“互为基准”的办法反复加工；所选的精基准面应是精度较高，表面粗糙度值较小，支承面积大，尽量靠近加工面，并且具有足够的安装刚度的表面[1]。

该传动轴的几个主要配合表面有较高的同轴度要求。所以精基准选择如下图3-2中所示的B、C两圆柱面的两中心线，即两端面的中心孔。采用双顶尖装夹方法，以保证零件的技术要求。

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3.4 机械加工工艺过程分析

机械加工工艺规程是规定零件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件之一，它是在具体的生产条件下，把较为合理的工艺过程和操作方法，按照规定的形式书写成工艺文件，经审批后用来指导生产。

3.4.1 加工阶段的划分及划分加工阶段的原因

工件的加工质量要求较高时，都应划分加工阶段，一般可分为粗加工、半精加工和精加工三个阶段。如果加工精度和表面质量要求特别高，则还可增设光整加工和超密加工阶段。

粗加工阶段中切除金属较多，产生的切削热和切削力都较大，所需的夹紧力也较大，因而使工件产生的内应力和由此引起的变化也大，不可能达到高的精度和低的表面粗糙度，因此需要先完成各表面的粗加工，再同过半精加工和精加工逐步减小切削用量、切削力和切削热，逐步修正工件的变形，提高加工精度和减小表面粗糙度最后达到零件图的要求。同时各阶段之间的时间间隔相当于自然时效，有利于消除工件的内应力，使工件有变形的时间，以便在后一道工序加以修改。为了在机械加工工序中插入必要的热处理工序，同时使热处理发挥充分的效果，这就自然而然地把机械加工工艺过程划分为几个阶段，并且每个阶段各有其特点及该达到的目的[4]。

3.4.2 加工顺序的安排

1）切削加工的安排原则：a.基准先行；b.先粗后精；c.先主后次；d.先面后孔 2）热处理工序的安排：a.预备热处理的目的的改善工件的加工性能，消除残余内应力，改善金相组织，为最终热处理做好准备，如正火、退火和调质等。预备热处理一般安排在粗加工前，但调质常安排在粗加工后进行；b.消除残余应力处理的目的是消除毛坯制造和切削加工过程中产生的残余应力，如时效和退火；c.最终热处理的目的是提高零件的力学性能（如强度、硬度、耐磨性等），如调质、淬火、回火以及各种表面处理，一般安排在精加工前。

本零件的主要功用是传递动力，其工作时需承受较大的冲击载荷，要求有较高的强度和韧性，故需要进行渗碳淬火回火热处理。

3）辅助工序的安排：辅助工序包括检验、去毛刺、清洗、防锈等检验。除了工序中自检外，还需在下列场合单独安排检验工序：a.重要工序前后；b.送往外车间加工之前；c.

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全部加工工序完成、去毛刺之后。有些特殊去毛刺常安排在下列场合进行：a.淬火工序之前；b.全部加工工序结束之后。

此零件为配合件，配合部位的精度要求比较高，为了达到图纸的精度要求，应该安排磨削工序，来达到精度要求和提高表面性能。

3.4.3 机床的选择

机床的选择首先决定于现有的生产条件，应根据确定的加工方法选择正确的机床设备，机床的选择不仅影响工件的加工质量，还影响工件的加工效率和制造成本。

综合考虑所要加工零件的尺寸及要加工表面所要达到的粗糙度，使用到的机床有CA616普通车床；CJK6132A数控机床；M1432A外圆磨床；GL2-X336端面铣床；Z4006A台式钻床；YM3608滚齿机。

3.5 切削用量

切削用量是在切削加工过程中的切削速度、进给量和切削深度的总称。正确地选择切削用量，对提高切削效率、保证必要的刀具寿命和经济性以及加工质量都有重要的意义。切削用量的选取有计算法和查表法。大多数情况下，切削用量的选取是根据给定的条件按有关切削用量手册中推荐的数值选取。切削用量是切削时各参数的合称，包括切削速度、进给量、背吃刀量（切削深度）三要素，它们是设计机床运动的依据。

1)切削速度v0：在单位时间内，刀具和工件在主运动方向上的相对位移，单位为m/s。若主运动为旋转运动，则计算公式为：

vdwn100060 （3-1）

式中dw为工件待加工表面或刀具的最大直径（mm）；n为工件或刀具每分钟转数（r/min)

2)进给量f。在主运动每转一转或每一行程时，刀具和工件之间在进给运动方向上的相对位移，单位是mm/r。进给量还可以用进给速度vf或每齿进给量fz表示。一般情况下：

vfnfnzfz （3-2）

式中：n为主运动的转速（r/s）；z为刀具齿数。

3)背吃刀量ap（切削深度）。待加工表面与已加工表面之间的垂直距离（mm）。

3.5.1 粗加工时切削用量的选择原则

粗加工时加工精度与表面粗糙度要求不高,毛坯余量较大。因此，在选择粗加工的切削用量时，要尽可能保证较高的单位时间金属切削量（金属切除率）和必要的刀具耐用度，

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以提高生产效率和降低加工成本。

金属切除率可以用下式计算：

ZwvfAp1000 （3-3）

式（3-1）中Zw--单位时间内的金属切除量（mm/s）

v--切削速度（m/s）

f--进给量（mm/r） Ap--切削深度（mm）

提高切削速度、增大进给量和切削深度，都能提高金属切除率。 1）切削深度的选择：

粗加工时切削深度应根据工件的加工余量和由机床、夹具、刀具和工件组成的工艺系统的刚性来确定。在保留半精加工、精加工必要余量的前提下，应当尽量将粗加工余量一次切除。只有当总加工余量太大，一次切不完时，才考虑分几次走刀。

2）进给量的选择：

粗加工时进给量提高的因素主要是切削力。因此，进给量应根据工艺系统的刚性和强度来确定。选择进给量时应考虑到机床进给机构的强度、刀杆尺寸、刀片厚度、工件的直径和长度等。在工艺系统的刚性和强度好的情况下，可选用大一些的进给量；在刚性和强度较差的情况下，应适当减小进给量。

3）切削速度的选择：

粗加工时，切削速度主要受刀具耐用度和机床功率的。切削深度、进给量和切削速度三者决定了切削功率，在确定切削速度时必须考虑到机床的许用功率。如超过了机床的许用功率，则应适当降低切削速度。

3.5.2 精加工时切削用量的选择原则

精加工时加工精度和表面质量要求较高，加工余量要小且均匀。因此，选择精加工的切削用量时应先考虑如何保证加工质量，并在此基础上尽量提高生产效率[4]。

1）切削深度的选择：

精加工时的切削深度应根据粗加工留下的余量确定。通常希望精加工余量不要留得太大，否则，当吃刀深度较大时，切削力增加较显著，影响加工质量。

2）进给量的选择：

精加工时进给量提高的主要因素是表面粗糙度。进给量增大时，虽有利于断屑，但残留面积高度增大，切削力上升，表面质量下降。

3）切削速度的选择：

切削速度提高时，切削变形减小，切削力有所下降，而且不会产生积屑瘤和鳞刺。一

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般选用切削性能高的刀具材料和合理的几何参数，尽可能提高切削速度。只有当切削速度受到工艺条件而不能提高时，才选用低速，以避开积屑瘤产生的范围。

由此可见，精加工时选用较小的吃刀深度Ap和进给量f，并在保证合理刀具耐用度的前提下，选取尽可能高的切削速度v，以保证加工精度和表面质量，同时满足生产率的要求。

3.5.3 选择切削用量

1）粗车加工

已知工件材料：45号钢；加工的精度为IT11；采用硬质合金车刀，机床选用CA616卧式车床。

粗加工66mm的外圆柱面时背吃刀量apd0/26.6/23.3mm；进给量，参考文献[7]关于切削用量选择有关内容，由表6-14得f0.5~0.7mm/r，按机床说明书取

f0.7mm/r；切削速度vc0.45m/s。按公式计算主轴转速：

n1000vc/d010000.45/[(756.6)]2.10r/s，根据机床说明书，取n3.33r/s。故实际切削速度vcd0n/100068.43.33/10000.72m/s。同理可得粗加工30mm的外圆柱面时的背吃刀量ap3.8mm，进给量f0.7mm/r，切削速度vc0.34m/s。粗加工

40mm的外圆柱面时的背吃刀量ap4.7mm，进给量f0.7mm/r，切削速度vc0.42m/s。

2）半精车加工

半精车加工66mm的外圆柱面时背吃刀量apd1/22/21mm；进给量，参考文献[7]关于切削用量选择有关内容，由表6-15得f0.3~0.4mm/r，按机床说明书取

f0.4mm/r；切削速度vc1.0m/s。按公式计算主轴转速：

n1000vc/d010001.0/[(68.42)]4.80r/s，根据机床说明书，取n5.83r/s。故实际切削速度vcd0n/100066.45.83/10001.22m/s。同理可得粗加工30mm的外圆柱面时的背吃刀量ap1mm，进给量f0.4mm/r，切削速度vc5.58m/s。

3)精车加工

低速精车加工时选用硬质合金精车刀。精车加工66mm的外圆柱面时背吃刀量

apd2/20.4/20.2mm；进给量，参考文献[7]关于切削用量选择有关内容，由表5-2得f0.1~0.3mm/r，按机床说明书取f0.1mm/r；切削速度vc1.33m/s。按公式计算主轴转速：n1000根据机床说明书，取n8.38r/s。vc/d010001.33/(66)6.41r/s，故实际切削速度vcd0n/1000668.38/10001.7m/s。

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3.6 确定加工余量、工序尺寸及公差

在由毛坯变成为成品的过程中，在某加工表面上切除的金属层的总厚度称为该表面的加工总余量。每一道工序所切除的金属层厚度称为工序间加工余量。

对于工序间加工余量，目前不采取计算的方法来决定，一般都按经验估计，也有在积累经验的基础上总结出来的手册资料。 总的加工余量：

A总AiA粗车A半精车A精车A磨削 (3-4)

i1n齿轮轴66mm外圆柱面的工艺基本尺寸为6600.190mm，工序经济精度为H611。由参考文献[7]机械工人切削手册查得：

粗车双边余量：Z粗6.6mm；半精车工序双边余量：Z半精2mm；精车的工序双边余量：Z精车0.4mm。查表孔加工方案的经济精度和表面粗糙度，可依次确定各工序尺寸的加工精度等级，精车：IT11；半精车：IT12；粗车：IT13。根据上述结果，再查标准公差数指表可确定各工步的公差值，精车：0.190mm；半精车：0.30mm；粗车：0.460mm。齿轮轴66mm外圆柱面的工序尺寸和加工余量及其公差如下表3-3所示：

表3-3 轴外圆面66mm的工序尺寸及公差

工序名称 精车 半精车 粗车 毛坯 工序双边余量/mm 0.4 2 6.6 工序的经济度 IT11 IT12 IT13 公差值 0.19 0.300 0.460 工序尺寸及偏差/mm 6600.190 66.400.300 68.400.460 752 轴外圆面66mm的毛坯尺寸为75mm（设计尺寸），其他各工序尺寸依次为：

粗车：756.668.4mm 半精车：68.4266.4mm 精车：66.40.466mm

0.018齿轮轴40mm外圆柱面的工艺基本尺寸为400.002mm，工序经济精度为H611。由参考文献[7]机械工人切削手册查得：

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粗车双边余量：Z粗9.5mm；精车工序双边余量：Z精车0.4mm；磨削加工的工序双边余量：Z精车0.1mm。查表孔加工方案的经济精度和表面粗糙度，可依次确定各工序尺寸的加工精度等级，磨削：IT6；精车：IT8；粗车：IT10。根据上述结果，再查标准公差数指表可确定各工步的公差值，磨削：0.020mm；精车：0.039mm；粗车：0.100mm。齿轮轴40mm外圆柱面的工序尺寸和加工余量及其公差如下表3-4所示：

表3-4 轴外圆面40mm的工序尺寸及公差

工序名称 磨削 精车 粗车 毛坯 工序双边余量/mm 0.1 0.4 9.5 工序的经济度 IT6 IT8 IT10 公差值 0.020 0.039 0.100 工序尺寸及偏差/mm 0.018400.002 0.039 40.100.100 40.50502 轴外圆面40mm的毛坯尺寸为50mm（设计尺寸），其他各工序尺寸依次为：

粗车：509.540.5mm 精车：40.50.440.1mm 磨削：40.10.140mm

由机械加工工艺手册知各加工余量再由式（3-4）可得：表3-5

表3-5 各阶梯的加工余量

直径 粗车（直径） 半精车（直） 精车（直） 磨削（直） 总余量（直） Ø40mm 9.5 0.4 0.1 10 Ø30mm 7.6 2 0.4 10 Ø66mm 6.6 2 0.4 9 3.7 基本工时

时间定额是在一定的组织、技术条件下定制出来的完成一个工序或单件产品所需的时间，是安排核算成本、生产计划的重要依据之一，也是设计或扩建厂房时计算设备和人员

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数量的重要依据。时间定额中的基本工时是根据行程长度和切削用量来计算。基本工时是指直接改变工件的尺、形状、相对位置和表面质量所耗费的时间。对于切削加工来说，基本时间是切除金属所耗费的机动时间（包括刀具的切入和切除时间在内）。

车齿轮轴各外圆面基本时间Tj可以用下式表示：

TjLi （3-5） fn式（3-5）中L表示工件长度、f表示进给量（mm/r）、n表示转速、i为进给次数（此零件i1）。而不同外圆半径加工时对应不同的转速和进给量。 车66mm外圆柱齿面面基本时间的确定：

由3.5.3节可知进给量：f粗0.7mm/r；f半精车0.4mm/r;f精车0.1mm/r。 转速：n粗车3.33r/s;n半精5.83r/s;n精车8.38r/s。 基本时间：TjTj粗车Tj半精Tj精车656565133.3s

3.330.75.830.48.380.1 21

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4 结束语

在这次课程设计过程中，使我真正的认识到自己的不足之处，以前上课没有学到的知识，在这次设计当中也涉及到了。使我真正感受到了知识的重要性。这次设计将我以前学过的机械制造工艺与装备、公差与配合、机械制图、工程材料与热处理工艺等知识很好的串联了起来，起到了穿针引线的作用，巩固了所学知识的作用。在课程设计中，首先是对工件机械加工工艺规程的制定，这样在加工工件就可以知道用什么机床加工，怎样加工，加工工艺装备及设备等，因此，工件机械加工工艺规程的制定是至关重要的。

在课程设计中还用到了CAD制图和一些计算机软件，因为学的时间长了，因此在开始画图的时候有很多问题，而且不熟练，需参阅课本。但不久就能熟练的画了。CAD制图不管是现在，对以后工作也是有很大的帮助的。因此，这次课程设计真正将以前所学的联系到实际应用中来了。

在这次课程设计中，我学到了很多知识，有一点更是重要，就是我能作为一个设计人员，设计一个零件，也因此，我了解了设计人员的思想，每一个零件，每件产品都是先设计出来，再加工的。因此，作为一个设计人员，在设计的过程中一点不能马虎，每个步骤都必须有理有据，不是凭空捏造的。而且，各种标准都要严格按照国家标准和国际标准，查阅大量资料，而且设计一个零件，需要花好长时间。亲自上阵后我才知道，做每件是都不是简简单单就能完成的，是要付出大量代价的。因此，我们也要用心去体会每个设计者的心思，这样才能像他们一样设计出好的作品。

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参考文献

[1]崔长花，左会峰，崔雷.机械加工工艺规程设计[M].北京.机械工业出版社.2009 [2]濮良贵，纪名刚.机械设计[M].北京.高等教育出版社.2006 [3]李育锡.机械设计课程设计[M].北京.高等教育出版社.2008 [4]卢秉恒.机械制造技术基础[M].北京.机械工业出版社.2007 [5]孔晓玲.公差与测量技术[M].北京.北京大学出版社.2009 [6]赵程.机械工程材料[M].北京.机械工业出版社.2007

[7]《机械工人切削手册》编委会.机械工人切削手册[M].北京.化学工业出版社.2011

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致 谢

在彭伟老师悉心指导和同组同学的大力帮助下，经过这段时间的努力设计，完成了此次的毕业设计——齿轮轴加工工艺规程设计。

本次设计是在彭伟老师全面指导和同学们的大力合作下完成的，设计的全过程无不渗透着彭伟老师和自己的努力。在设计中的每一点提高都来源于彭伟老师教导和同学们的热情帮助。老师知识的渊博，治学严谨的态度，一丝不苟的作风，对科学研究的热爱以及不断进取的精神，给我留下了深刻印象，并会对我以后工作产生深远影响，使我终身受益。与同学们的通力合作，也使我受益匪浅。

在设计过程中，同组同学给予了诸多的帮助和支持。我们共同研究，相互鼓励，使我们之间营造了一个良好的团体协作氛围。同时，也对周围同学的鼓励和支持表示感谢，你们辛苦了，谢谢你们。在我的设计过程中，正是由于老师严谨、求实、细致、认真负责的工作态度和对学生无微不至的关怀，使我在大学里最后的设计中受益匪浅，为以后步入工作岗位打下了坚实的基础。在此感谢彭伟老师在设计中的辅导与帮助，感谢大学期间所有帮助我的老师和同学。在即将毕业之际，我向各位老师问好。

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