机械制造工艺学课程设计

机械制造工艺学课程设计说明书

机械制造工艺学课程设计任务书

题 目：齿轮轴零件机械加工工艺规程设计 内 容：

1、 齿轮轴的零件图 一 张 2、机械加工工艺过程卡片 一 张 3、齿轮齿面机械加工工序卡 一 张 4、课程设计说明书 一 份

班 级： 13机械 姓 名： 吴明其 学 号： 1310619022 指导教师： 黄宁

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目录

序 言 ....................................................................................................... 3 零件图（附图） ............................................................. 错误！未定义书签。 设计要求 ........................................................................................................... 5 课程设计说明书 ............................................................................................... 6 一 零件分析 ........................................................................................................... 7

1.1零件的结构特点 ........................................................................................ 7 1.2加工工艺性 ................................................................................................ 8 1.3确定零件毛胚 ............................................................................................ 8 二 基准的选择 ....................................................................................................... 8

2.1有关基准的选择说明 ................................................................................ 8

2.1.1粗基准的选用原则 .......................................................................... 9 2.1.2精基准的选用原则 .......................................................................... 9 2.2确定零件的定位基准 ................................................................................ 9 三 制定加工工艺路线 ......................................................................................... 10

3.1 齿轮轴零件加工工艺过程分析 ............................................................. 10 3.2工艺路线的拟定 ...................................................................................... 10 3.3、加工余量的确定 ................................................................................. ..12 设计总结 ...................................................................................................... ...12 齿轮轴零件机械加工工艺过程卡 .............................................................. ...13 齿轮轴零件齿轮齿面机械加工工序卡 ................................................ .........13 参考文献 ................................................................................................. ... ....17

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序 言

本课程设计是学生在学完机械制造工艺学课程、进行了生产实习之后的一个综合性和实践性

很强的教学环节，学生通过课程设计，能综合运用所学基本理论以及在生产实习中学到的实践知识进行工艺及结构设计的基本训练，掌握机械制造过程中的加工方法、加工装备等基本知识，提高学生分析和解决实际工程问题的能力，为后续课程的学习及今后从事科学研究、工程技术工作打下较坚实的基础。

课程设计的主要目的是：

1.检验学生在学完机械制造工艺学课程后，对知识的理解与掌握程度。 2.提高学生分析和解决实际工程问题的能力。

3.为今后从事科学研究、工程技术工作打下较坚实的基础。

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零件图（附图）

图1-齿轮轴零件图

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设计要求

要求编制齿轮轴零件的机械加工工艺规程，按照老师的设计，并编写设计说明书。具体内容如下：

1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、

选择毛胚的制造方法，指定毛胚的技术要求。 拟定齿轮轴零件的机械加工工艺过程。 合理选择各工序的定位定位基准。 确定各工序所用的加工设备。

确定刀具材料、类型和规定量具的种类。 确定一个加工表面的工序余量和总余量。 确定一个工序的切削用量。

确定工序尺寸，正确拟定工序技术要求。 计算一个工件的单件工时。

10、 编写工艺文件。 11、 编写设计说明书。

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机械制造工艺学

课程设计说明书

设计题目：齿轮轴零件的机械加工

工艺规程设计

班级：13机械 学号：1310619022 姓名：吴明其

贺州学院

2016年 7月 7日

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一 零件分析

根据轴类零件的功用和工作条件，其技术要求主要在以下方面：

⑴ 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）。 ⑵ 几何形状精度

轴类零件的几何形状精度主要是指轴颈、莫氏锥孔等的圆度、圆柱度等，一般应将其公差限制在尺寸公差范围内。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。

⑶ 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。

⑷ 表面粗糙度

一般与传动件相配合的轴径表面粗糙度为Ra0.63～2.5μm，与轴承相配合的支承轴径的表面粗糙度为Ra0.16～0.63μm。

1.1零件的结构特点

图1所示零件是齿轮轴。齿轮轴是转轴，起支撑作用，两端轴承支撑，中间安装轴承，一般键连接。用来支撑传动零部件，传递扭矩和承受载荷，以保证装在主轴上的工件或刀具具有一定的回转精度。该零件的加工表面主要由阶梯轴的外圆表面，锥螺钉孔，普通平键键槽和齿轮表面等几部分组成。

0.0201)阶梯轴的外圆表面 阶梯轴的外圆表面由两个?40?两个Φ50mm的外?0.006mm的外圆表面，

0.055圆表面，一个?60??0.035mm的外圆表面，一个Φ73.116 mm的外圆表面和一个?69.464mm的外圆表

面组成。

2）普通平键键槽 与该齿轮轴配合的为普通平键A型，其尺寸为14mm×24mm，工作表面的表面粗糙度为Ra3.2μm。键槽在轴上的深度8mm。

3）齿轮表面 该齿轮为标准圆柱斜齿轮。其齿数、模数未知，分度圆直径为Φ69.464mm，齿顶圆直径为Φ73.116mm。

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1.2加工工艺性

零件的工艺分析就是通过对零件图纸的分析研究，判断该零件的结构和技术要求是否合理，是否符合工艺性要求。

（1）：审查零件图纸

通过对该零件图的重新绘制，知原样的视图正确，完整，尺寸，公差及技术要求齐全。 （2）：零件的结构工艺性分析

该零件比较简单，没有较复杂的结构和较高的加工要求。主要的加工有各个外圆表面、端面的车削、磨削等。各个待加工表面的加工精度和表面粗糙度都不难获得。

零件的材料为45#钢，可锻铸铁生产工艺简单，铸造性能优良，。该主动齿轮结构比较简单，属典型的轴类零件，为实现其连接与传递动力的功能，加工精度要求较高。为保证其术要求，增加耐磨性，对零件进行调质处理，HBS179-229。

该零件除主要工作表面加工精度均较低，不需要高精度机床加工，通过车削的粗加工，半精加工，精加工等就可以达到加工要求；而主要工作表面虽然加工精度相对较，但也可以在正常的生产条件下，采用磨削的方法加工出来。此可见，该零件的工艺性较好。

1.3确定零件毛胚

（1）毛坯的确定

轴类毛坯常用圆棒料和锻件。大型轴或结构复杂的轴采用铸件，毛坯经过热处理后，可使金属内部纤维组织沿表面均匀分布，获得较高的硬度及较好的综合力学性能。

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。中小批量生产多采用自由锻，大批量生产时采用模锻。 （2）确定毛坯种类

该齿轮轴材料为45号钢，因其属于一般齿轮轴，故选45号钢可满足其要求。本例齿轮轴属于中、小齿轮轴，并且各外圆直径尺寸相差不大。选择?80的热轧圆钢作毛坯。

二 基准的选择

2.1有关基准的选择说明

零件是由若干个要素（点、线、面）组成，各要素之间都有一定的尺寸和位置公差要求。用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的那些点、线、面称为基准。根据零件的用途不同，可分为两类：设计基准和工艺基准。

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2.1.1粗基准的选用原则

1、保证不加工表面与加工表面相互位置要求原则。当有些不加工表面与加工表面之间有相互位置要求时，一般不选择加工表面作为粗基准。

2、保证各加工表面的加工余量合理分配的原则。应选择重要加工表面为粗基准。

3、粗基准不重复使用的原则。粗基准的精度低，粗糙度数值大，重复使用会造成较大的定位误差，因此，同一尺寸方向的粗基准，通常只允许使用一次。

2.1.2精基准的选用原则

1、基准重合原则。尽可能使设计基准和定位基准重合，以减少定位误差。

2、基准统一原则。尽可能使用同一定位基准加工个表面，以保证各表面的位置精度。如轴类零件常用两端顶尖孔作为统一的定位基准。

3、互为基准原则。当两个加工表面间的位置精度要求比较高的时候，可用互为基准的原则反复加工。

4、自为基准的原则。当要求加工余量小而均匀时，可选择加工表面作为自身的定位基准。

2.2确定零件的定位基准

齿轮轴零件加工中，为了保证各主要表面的相互位置精度，选择定位基准时，应遵循基准重合、基准统一和互为基准等重要原则，并能在一次装夹中尽可能加工出较多的表面。

合理的选择定位基准，对于保证零件的尺寸和位置精度有着决定性的作用。由于该齿轮轴没有径向圆跳动和端面圆跳动的要求，它又是实心轴，所以应选择两端中心孔为基准，采用双顶尖装夹方法，以保证零件的技术要求。

轴类零件的定位基准，最常用的是两中心孔。因为轴类零件各外圆表面、螺纹表面的同轴度及端面对轴线的垂直度是相互位置精度的主要项目，而这些表面的设计基准一般都是轴的中心线，采用两中心孔定位就能符合基准重合原则。而且由于多数工序都采用中心孔作为定位基面，能最大限度地加工出多个外圆和端面，这也符合基准统一原则。 但下列情况不能用两中心孔作为定位基面：

（1） 粗加工外圆时，为提高工件刚度，则采用轴外圆表面为定位基面，或以外圆和中心孔同时作为定位基面，即一夹一顶。

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（2） 当轴为通孔零件时，在加工过程中，作为定位基面的中心孔因钻出通孔而消失。为了在通孔加工后还能用中心孔作为定位基面，工艺上常采用以下三种方法：

① 当中心通孔直径较小时，可直接在孔口倒出宽度不大于2mm的60°内锥面来代替中心孔； ② 当轴有圆柱孔时，可采用锥堵，取1：500锥度；当轴孔锥度较小时，取锥堵锥度与工件两端定位孔锥度相同；

③ 当轴通孔的锥度较大时，可采用带锥堵的心轴，简称锥堵心轴。

使用锥堵或锥堵心轴时应注意，一般中途不得更换或拆卸，直到精加工完各处加工面，不再使用中心孔时方能拆卸。

三 制定加工工艺路线

该零件为轴类零件，主要加工表面为外圆表面。应先以棒材的外圆表面为粗基准，车削轴的两个端面同时钻中心孔，然后以中心孔为精基准车削棒材的外圆。轴向尺寸的基准则是以两个端面以及轴肩为精基准，键槽的定位也是以右端面作为精基准。

3.1 齿轮轴零件加工工艺过程分析

由于零件部分表面的加工精度要求比较高，故将零件的工艺过程划分为粗加工阶段，半精加工阶段和精加工阶段，这样就可以使后续加工精度提高，并且合理的使用设备和安排人力资源，提高产品质量。

粗加工外圆时，为提高工件刚度，则采用轴外圆表面为定位基面，或以外圆和中心孔同时作为定位基面，即一夹一顶。

半精车阶段在精度相对较高的卧式车床上对表面质量要求较高的表面进行半精车，其中表面粗糙度要求为Ra3.2μm的两个外面要半精车才能达到表面粗糙度要求，齿顶面和锥面也要进行半精加工。另外还应切退刀槽，以及倒角。

半精加工后，需要加工齿轮。因为齿顶面的精度等级为8级，齿面的表面粗糙度为Ra3.2μm，故先精车齿顶面。这样做既可以满足齿顶表面的质量 要求，还能避免精加工后再进行齿轮加工可能会破坏已经加工好的外圆表面的情况。齿面加工采用滚齿加工，插齿加工、剃齿加工和磨齿加工都能达到要求。由于滚齿加工的应用较广，效率较高，而插齿加工对加工双联齿轮或三联齿轮及内齿轮更为合适，故选择滚齿加工。为了达到要求的加工精度，需要先进行粗滚。由于齿面局部淬火安排在齿面粗加工之后，精加工时继续采用滚齿加工会因为齿面过硬而无法加工，故精加

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工时应采用剃齿加工。

键槽可以通过铣削，插削，刨削的方法加工，该锥面上的键槽通过选用合适的键槽铣刀进行加工比较方便。由于键槽工作表面的表面粗糙度要求达到Ra3.2μm，故可分粗铣和半精铣两步铣削。

3.2工艺路线的拟定

为保证几何形状、尺寸精度、位置精度及各项技术要求，必须判定合理的工艺路线。

工艺路线

序号 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

工序名称 备料、锻造 热处理 车两端面 粗车 粗车A面 热处理 钻锥螺钉孔 钳工 半精车 精车齿顶面 滚齿加工 热处理 剃齿加工 铣键槽 粗磨 半精磨 精磨 钳工 热处理 检验 入库 工 序 内 容 正火 粗车齿轮轴两端面，并钻中心孔 粗车各处外圆 粗车左端Φ40外圆 调质处理 钻右端锥螺钉孔 修研中心孔 半精车各处外圆，倒角 精车Φ73.116齿顶面 滚齿粗加工Φ69.464齿轮表面 齿面局部淬火 剃齿精加工Φ69.464齿轮表面 铣14×24键槽 粗磨各处外圆 半精磨圆面 精磨各处外圆 去锐边倒角，去毛刺 发蓝 按照零件图样要求检验 涂上防锈油 第 11 页 共 15 页

定位基准 毛坯外圆 中心孔 Φ40外圆外形、中心孔 Φ40外圆外形、中心孔 中心孔 中心孔 Φ60外圆 中心孔 中心孔 中心孔 设 备 回火炉 锯床 车床 车床 钻床 车床 车床 铣床 磨床 磨床 磨床 机械制造工艺学课程设计说明书

3.3加工余量的确定

工艺路线拟定以后，应确定每道工序的加工余量、工序尺寸及其公差。工序尺寸是工件加工过程中，每个工序加工应保证的尺寸，工序尺寸允许的变动范围就是工序尺寸的公差。工序尺寸的确定与加工余量有着密切的关系。

零件图上的尺寸和公差就是最终的加工工序尺寸和公差。将此尺寸加上加工余量就是上一工序的工序尺寸。

根据零件“齿轮轴”的使用性能、劳动强度确定采用棒料，材料45号钢，结合加工工艺分析，分别确定加工余量、工序尺寸及主尺寸如下：（其中Z为直径上的加工余量）

① 外圆表面轮廓只需粗车、半精车、精车可达到要求。外圆加工余量的确定：外圆加工直径余量（mm），粗车1.5~4 mm，半精车0.5~2.5 mm。 粗车：加工余量Z=3mm；半精车：加工余量Z=1.5 mm。 ② 外圆表面轴向长度方向的加工余量：总长余量Z=5mm。 ③ 齿轮齿数、模数未知，齿高加工余量h=(2ha*+c*)m

设计总结

时光飞逝，为期一个星期的机械制造工艺课程设计已经接近尾声。回首这段时间的设计过程，感慨万千。使我从中学到了以前在课内根本就学不到的东西。受益匪浅！

在这次设计过程中，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。

在这次课程设计中，对我来说有所收获也存在着不足之处。

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收获：

（1）能把以前所学的各种知识，综合的运用的这次课程设计中，巩固了以前所学的知识。 （2）学会了参阅各种资料及查各种余量、切削用量等手册。 （3）学会了，分析问题，解决问题的能力。 不足之处：

（1）有些步骤，问题解决的方法不是很好，需在以后的学习、实践中进一步改进。 （2）有些工艺路线制定的不是太好，而且余量、切削用量设计不是很精确，需在以后的实践中积累经验，进一步改进。综上所述：这次的械制造工艺课程设计对我以后的工作起了很大的帮助，我认识到，无论是工作还是学习都必须做到认真、谨慎，时时处处细心。

齿轮轴零件机械加工工艺过程卡

序号 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 工序名称 备料、锻造 热处理 车两端面 粗车 粗车A面 热处理 钻锥螺钉孔 钳工 半精车 精车齿顶面 工 序 内 容 正火 粗车齿轮轴两端面，并钻中心孔 粗车各处外圆 粗车左端Φ40外圆 调质处理 钻右端锥螺钉孔 修研中心孔 半精车各处外圆，倒角 精车Φ73.116齿顶面 滚齿粗加工Φ69.464齿轮10 11

定位基准 毛坯外圆 中心孔 Φ40外圆外形、中心孔 Φ40外圆外形、中心孔 中心孔 中心孔 设 备 回火炉 锯床 车床 车床 钻床 车床 车床 滚齿加工 热处理 表面 齿面局部淬火 第 13 页 共 15 页

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12 13 14 15 16 17 18 19 20 剃齿加工 铣键槽 粗磨 半精磨 精磨 钳工 热处理 检验 入库 剃齿精加工Φ69.464齿轮表面 铣14×24键槽 粗磨各处外圆 半精磨圆面 精磨各处外圆 去锐边倒角，去毛刺 发蓝 按照零件图样要求检验 涂上防锈油 Φ60外圆 中心孔 中心孔 中心孔 铣床 磨床 磨床 磨床 齿轮轴零件齿轮齿面机械加工工序卡

工步号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 工步内容 粗车齿端侧面至70mm 粗车外圆至Φ75mm 半精车外圆至Φ73.5mm，并倒角 滚齿 珩齿至图纸要求 剃齿至精度要求 按图样检查各部分精度 时效处理 去毛刺 工艺装备 车刀 车刀 车刀 滚齿刀 珩刀 剃刀 专用量具 专用夹具 工艺参数 工时定额 第 14 页 共 15 页

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参考文献

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[4]吴拓,方琼.机械制造工艺与机床夹具课程设计指导[C]. 北京：机械出版社，2005.11. [5]吴国华. 金属切削机床[C]. 北京：机械出版社, 2001.2.

[6]鲁昌国，何冰强. 机械制造技术[M]. 大连：大连理工大学出版社，2009.6. [7]张以鹏. 实用金属切削手册[M]. 沈阳：辽宁科学技术出版社，2007.5. [8]陈国香. 机械制造与模具制造工艺学[M]. 北京：清华大学出版社，2006.5. [9]李彩霞. 机械精密设计与检测技术[C]. 上海：上海交通大学出版社， 2006.1. [10]顾崇衍 等编著。机械制造工艺学[M]。陕西：科技技术出版社，1981. [11]倪森寿 主编。机械制造工艺与装备[M]。化学工业出版社，2001. [12]张进生 主编。机械制造工艺与夹具设计指导[M]。机械工业出版社，1994. [13]杨楠.ISO/TS 16949 技术规范介绍[J].世界标准化与质量管理.2003.

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