输出齿轮轴零件加工工艺设计

三明职业技术学院

毕业作业

作业形式： 毕 业 设 计 作业题目： 输出齿轮轴零件加工工艺设计

姓 名：

学 号： 所 在 系： 机 械 电 子 系 专 业： 数控技术 年(班)级： 数控07（大专） 学 制： 三 年 制

指导教师： 完成日期： 2010 年 5月3 日

目录

一、 绪论 2 二、 零件的分析 3 三、 零件的工艺规程设计 4 四、 工艺措施说明 5 五、 零件的技术条件分析 8 六、 刀具的选择及刀具材料使用性能........................9 七、工艺卡 13 八、数控编程............................................................19 九、零件图...........................................................22 十、参考文献...........................................................23

一、绪论

机械制造工艺学课程设计是在我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业课之后进行的。这是我们在进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练，因此，它在我们三年的大学生活中占有重要的地位。

就我个人而言，我希望能通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性的训练，希望在设计中能锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为自己今后参加祖国的“四化”建设打下一个良好的基础。

由于能力有限，设计尚有许多不足之处，希望各位老师给予指教。

二、零件的分析

零件的工艺分析：

齿轮轴这个零件从零件图上可以看出，它一共有两组加工表面，现将这二组加工表面分述如下：

1.夹右端车车端。这一组加工表面包括：外圆Ф86.3 ，Ф35 、Ф25及其余外圆、端面。。

2.夹左端车右端。这一组加工表面包括：外圆Ф50 、Ф40其余外圆、端面、倒角。

由以上分析可知，对于这两组加工表面而言，我们可以先加工其中一组表面，然后借助于专用夹具进行另一组表面的加工，并且保证它们之间的位置精度要求。

三、零件的工艺规程设计

3.1确定毛坯的制造形式：

零件为模锻零件，考虑到输出齿轮轴强度要求高，并要求耐磨损、耐冲击时，故零件应该选锻件，以便使金属纤维尽量不被切断，使零件工作可靠。由于零件年产量多，已达成批生产的水平，而且零件的轮廓尺寸不大，可以采用模锻成型，这从提高生产率，保证加工精度上考虑，也是应该的。 3.2制定工艺路线：

制定工艺路线的出发点，应当是零件的尺寸精度以位置精度等技术要求能够妥善的得到保证。在生产纲领已确定为成批生产的条件下，可以考虑采用CJK6132A数控机床与专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。 工序路线方案： A: 外购毛坯 B、粗车外圆 C、车端面打中心孔 D、车端面取总长 E、转孔 F、扩孔倒角 G、攻丝 H、粗车检验 I、精车 J、齿坯检验 K、滚齿 L、剃齿 M：热处理 N：磨外圆 O：成品检验

四、工艺措施说明

4.1基准的概念和分类

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。基准按其作用不同，可分为设计基准和工艺基准。 4.1.1设计基准

设计图样上所采用的基准称为设计基准。如零件图上的轴心线是各外圆和孔的设计基准。 4.1.2工艺基准

在工艺中采用的基准称为工艺基准。按用途可分为定位基准、测量基准等。 定位基准。加工时使工件在机床或夹具中占据正确位置所使用的基准。如零件在精车时，中心孔就是定位基准。

测量基准。零件检验时，用于测量已加工表面尺寸及位置的基准。如检验Ø86.3、Ø24外圆表面全跳动时，中心孔是测量基准。

4.2 定位基准的选择

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。 4.2.1精基准的选择

选择的原则是：（1）基准重合原则（2）基准统一原则（3）自为基准原则（4）互为基准原则（5）便于装夹原则。 根据以上选择的原则，我们就可以选择两端面的中心孔作为精基准。 4.2.2粗基准的选择

选择的原则是：（1）非加工表面原则（2）加工余量最小原则（3）重要表面原则（4）不重复使用原则（5）便于装夹原则。根据以上选择的原则，在加工时：

（1）车短头时，可以选择长头端面中心孔和Ø53.5外圆作为粗基准。 （2）车长头时，可以选择短端端面中心孔和Ø87.8外圆作为粗基准 。 （3）车两端面时，可以选择Ø53.5和Ø87.5作为粗基准。 4.3 加工阶段划分

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

4.3.1各加工阶段的主要任务。

（1）粗加工阶段的任务是切除毛坯大部分余量，使毛坯接近成品的形状和尺寸。 （2）半精加工阶段的任务是留下精加工余量后使主要表面达到一定的精度，为精加工做好准备并完成一些次要表面的加工。

（3）精加工阶段的任务是保证各主要表面达到规定的精度和表面粗糙度。 4.3.2划分加工阶段的原因

保证加工质量。工件加工划分阶段后，粗加工因加工余量大、切削力大等因素造成的误差可以通过半精车和精车加工逐步得到纠正。

有利于合理使用设备。粗加工要求功率大、刚性好、生产率高的设备，可用精度不高的普通机床来完成；精加工则要求在精度高的设备上完成。可见，划分加工阶段后，就可以充分发挥粗、精加工设备的特点，避免以精干粗，做到合理使用设备。

便于安排热处理工序。如粗加工后一般要安排时效处理，消除残余应力；精加工前要安排淬火等最终热处理，引起的变形又可在精加工中消除，使冷热工序配合得更好。

便于及时发现毛坯缺陷。毛坯的各种缺陷，如气孔、砂眼和加工余量不足等，在粗加工后即可发现，便于及时修补或报废，以免继续加工后造成工时和资金的浪费。

精加工安排在后，可保护精加工过的表面少受磕碰和损坏。

上述划分加工阶段不应绝对化，要灵活应用。例如，对质量要求不高，或毛坯精度较高、余量较小时，就可少分或不划分阶段；有些大型、重型工件，由于装夹

及运输很费时，也常在一次装夹中完成全部粗、精加工。为了弥补不分阶段带来的缺陷，其工件在粗加工后，应松开夹紧机构，停留一段时间，让工件充分变形，然后再用较小的夹紧力重新夹紧，进行精加工。 4.3.3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。 （3）辅助工序的安排

辅助工序包括检验、去毛刺、倒棱、清洗、防锈、去磁和平衡等

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.全部加工工序完成、去毛刺之后。有些特殊的检验（如探伤）用于检查工件内部质量，一般安排在精加工阶段。密封性检验、工件的平衡和重量检验一般安排在工艺过程最后进行。B.去毛刺。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。

五、零件的技术条件分析

1.为了改善工件的加工性能、消除内应力改善金相组织，所以锻件锻后安排正火+回火热处理工序。

2.技术条件要求锻件不允许有白点、夹层、折叠、裂纹、锻伤、结疤、夹条等缺陷，为了检验锻件是否存在以上缺陷，所以必须经超声波探伤检验，此工序应安排在粗加工之后，精加工之前进行。为了达到零件的使用性能，锻件必须按JB/T91781-1999Ⅱ级锻件验收。

3.此输出齿轮轴精度要求比较高，应严格按照加工工艺流程进行加工。

六、刀具的选择及刀具材料使用性能

6.1车削刀具的选择

刀片夹紧方式的选择 在国家标准中，一般夹紧方式有上压式(代码为C)、上压与销孔夹紧(代码M)、销孔夹紧(代码P)和螺钉夹紧(代码S)四种，有的公司还有牢固夹紧(代码为D)。但这仍不可能包括可转位车刀所有的夹紧方式。例如代号P是用刀片的中心圆柱形销夹紧，而夹紧方式有杠杆式，偏心式等，而且，各刀具商所提供的产品并不一定包括了所有的夹紧方式，因此选用时要查阅产品样本。各夹紧方式适用不同形式的刀片，如无孔刀片常用上压式(C型)，陶瓷、立方氮化硼等刀片常用此夹紧方式。D和M型夹紧可靠，适用于切削力较大的场合，如加工条件恶劣、钢的粗加工、铸铁等短屑的加工等。P型前刀面开放，有利于排屑，一般中、轻切削可选用。S型结构简单紧凑，无阻排屑，是沉孔刀片的夹紧方式，可用正前面刀片，适合于轻切削和小孔加工等。 这是很多时候我们在挑选刀杆的时候的选择的先择条件 6.1.1刀片外形的选择

刀片外形与加工的对象、刀具的主偏角、刀尖角和有效刃数等等有关。一般外圆车削常用80°凸三边形(W型)，四方形(S型)和 80°棱形( C型)刀片。仿形加工常用55°(D型)、35°(V型)棱形和圆形(R型)刀片。90°主偏角常用三角形(T型)刀片。不同的刀片形状有不同的刀尖强度，一般刀尖角越大，刀尖强度越大，反之亦然。圆刀片(R型)刀尖角最大，35°菱形刀片(V型)刀尖角最小)。在选用时，应根据加工条件恶劣与否，按重、中、轻切削针对性地选择。在机床刚性、功率允许的条件下，大余量、粗加工应选用刀尖角较大的刀片，反之，机床刚性和功率小、小余量、精加工时宜选用较小刀尖角的刀片。 刀片形状与刀尖强度、切削振动关系：

从切削力考虑，刀尖角越大，在车削中对工件的径向分力越大，越易引起切削振动。

6.1.2杆头部形式的选择

刀杆头部形式按主偏角和直头、偏头分有15～18种，各形式规定了相应的代码，国家标准和刀具样本中都-一列出，可以根据实际情况选择。有直角台阶

的工件，可选大于或等于叨往偏角的刀杆。一般粗车，可选主偏角45°～90°的；精车，可选45°～75°的；中间切入、仿形，可选45°～107.5°的；工艺系统刚性好时可选较小值，工艺系统刚性差时，可选较大值。 6.1.3刀片后角的选择

常用的刀片后角有N(0°)、C(7°)、P(11°)、E(20°)等，一般粗加工，半精加工可用N型。半精加工、精加工可用C型、P型、也可用带断屑槽形的N型刀片。加工铸铁、硬钢可用N型。加工不锈钢可用C型、P型。加工铝合金可用P型、E型等。加工弹性恢复性好的材料可选用较大一些的后角。 一般镗孔刀片，选用C型、P型，大尺寸孔可选用N型。 左右手刀柄的选择

有三种选择：R(右手)、L(左手)和N(左右手)。要注意区分左右刀的方向。选择时要考虑机床刀架是前置式还是后置式、前刀面是向上还是向下、主轴的旋转方向以及需要的进给方向等，表示了左右手螺纹刀在不同的情况下所得到的不同结果。

6.1.4刀杆尺寸的选择

刀杆基本尺寸有刀尖高度，刀杆的宽度和长度，在标准尺寸系列中，这些都是相对应的，选择时应与所使用的机床相匹配，使车刀装在卧式车床刀架上的刀尖位置处于车床主轴中心线等高位置，若略低一点可以加垫片解决，但对于数控机床，原则上不得加垫片。刀杆的长度应考虑到刀杆需要的悬伸量，这悬伸量应尽可能小。内孔刀杆还要考虑加切削。要考虑到主偏角对有效切削刃长度的影响。 析：杠杆紧固中的各种刀具（P这样的夹紧方式用在刀片的中心圆柱形销夹紧，而夹紧方式有杠杆式，偏心式等，这种前刀面开放，有利于排屑，一般中、轻切削可选用）

6.2刀具材料使用性能

一般来说，性能较低的刀具，如高速钢和非涂层硬质合金，在普通切削加工中应用面广，但高速性能不好。而高性能的刀具，例如聚晶金刚石刀具，是所有刀具材料中最硬的，具有非常高的耐磨性和速度能力，切削热对它几乎没有什么影响，在高速加工有色金属和非金属材料时充分体现出了它的优越性。但是它的抗冲击能力差，在切削钢和铸铁类材料时的热性能很差。因为在高速切削铁质金

属时，刀具材料中的碳原子会向工件扩散，引起刀具磨损加剧。

刀具的热硬性和刀具磨损问题成为关键。为了实现高速切削，必须有适合于高速切削的刀具材料和刀具制造技术来支持。

现在使用的金属切削刀具材料可分为九种，包括从切削速度最低、耐磨性能最差的高速钢到高速性能最好的聚晶金刚石刀具。高速切削还需要同时具有韧性好、抗冲击能力强和耐磨性好的刀具材料。

硬质合金刀具的应用量最大，占各种刀具销售额总量的80％。普通速度的金属切削90%采用硬质合金刀具。硬质合金具有比较好的抗冲击韧度，但是高速性能不好。另外，高速切削刀具还要具有极高的热硬性和化学稳定性，这方面硬质合金也不能满足要求。

CBN刀具耐热性极好，可以在高温下切削硬材料，但是价格昂贵，而且不能加工软金属材料。而化学稳定性好的铝基陶瓷材料，正好适合于这种加工，但是缺乏热硬性，不能用于高速加工。

集中不同特性刀具材料的优点，开发新的刀具材料，使之同时具有抗冲击韧度和高的耐磨性，是高速切削刀具研究中要解决的主要问题之一。在具有比较好的杭冲击韧度的刀具基体材料上，用热硬性和耐磨性好的材料进行表面涂层，产生新的刀具，常常具有两种材料的优点，这类刀具在高速切削中具有很大的适用范围。

适用于高速切削的涂层硬质合金刀具，由于使用了耐热性好、硬度高的涂层材料以及多层涂层技术，使涂层硬质合金刀具的切削范围大、寿命长，其切削性能大大优于非涂层硬质合金。因此，涂层硬质合金大有取代普通非涂层硬质合金的趋势。

刀具涂层技术不仅可用存硬后合金刀具上，而且在其他刀具材料上也得到很好的效果，如金属陶瓷、陶瓷等。

陶瓷刀具也是可以用于高速切削的刀具，是近年来刀具材料研究发展的一个重要组成部分。晶须增强陶瓷刀具是一种特殊材料的刀具，由于它具有抗冲击韧度好、抗热冲击性能强的特点，很适合于高速加工。

高速切削刀具要解决的另一个问题是在刀片上磨出或压出一定几何形状的断屑槽，以便实现断屑和控制切屑方向，这也是提高加工效率和提高刀具耐用度

的重要技术。

高速切削刀具应该具有优良的抗冲击韧度和抗热冲击性能，更好的耐热性、耐磨性和化学稳定性，以及更好的断屑效果，并适应于更大的金属切削范围。

八、数控编程

O0001(粗车长头) G99 S02 M03 M08

T0101（粗车刀） G00 X50.0 Z2.0 GOO X36.5 G01 Z0 X40.5 Z-1.5 Z-49.8 X40.4 Z-69.8 X50.5 Z-74.5 X84.8 Z-75.5 G00 X150 Z150 M30

O0002（粗车短头） G99SO2 M03 M08

T0101（粗车刀） G00 X50.0 Z2.0 GOO X23.5 G01 Z0

X25.5 Z-0.5 Z-17.5 X35.5 Z-29.5 X70.5 x86.8 Z-31.6 Z-59.5 G00 X150 Z150 M30

O0001(精车长头) G99 S02 M03 M08

T0202（精车刀） G00 X50.0 Z2.0 GOO X36.0 G01 Z0 X40.0 Z-2.0 Z-50.3 X40.35 Z-70.3 X50.0 Z-75.0 X84.3 Z-76.0 G00 X150 Z150 T0303（槽刀） GOO X45.0 Z-70.3 G01 X39.0 F0.1

G00 X150.0 Z150.0 M30

O0002（精车短头） G99SO2 M03 M08

T0202（精车刀） G00 X50.0 Z2.0 GOO X23.0 G01 Z0 X25.0 Z-1.0 Z-18.0 X35.0 Z-30.0 X70.0 x86.3 Z-32.1 Z-60.0 G00 X150 Z150 T0202

GOO X45.0 Z-18.0 G01 X24.0 F0.1 G00 X150.0 Z150.0 M30

十、参考文献

主编 教材名称 出版社名称 时间

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15、成大先主编.机械设计手册.（第4版）.北京化学工业出版社，2002 16、卢玉明主编.机械设计基础.（第6版）.北京高等 教育出版社，1998 17、张富洲主编.机械设计课程设计.(1994年修订本).西安西北工业大学出版社，1994

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