传动器主要部件的加工毕业设计

题目： 传动器主要部件的加工

班 级：

姓 名：

专 业： 机械设计与制造

指导教师：

答辩日期： 2014年6月10日

摘 要

传动器是一种常见的中间传递机构,其构成的主要零部件有底座、箱体、轴、端

盖、调整环和齿轮。通过对传动器原理及主要零部件---轴的加工工艺进行分析，选

出主轴所用的材料，加工所用的刀具、夹具、机床，并且编写出一套工艺规程和工

艺卡片。同时用AutoCAD绘出工程图和装配图，用Pro/E进行实体造型，用MasterCAM

进行模拟加工并生成程序。

关键词： 主轴 工艺分析 数控加工 程序

目 录

摘 要 ......................................................................................................... (1)

1 绪 论

1.1数控机床 ................................................................................................. (1)

1.2数控加工技术......................................................................................... (5)

1.3数控加工工艺 ....................................................................................... (8)

1.4 CAD/CAM技术 ................................................................................... (8)

1.5本课题设计的主要内容 ........................................................................ (9)

2 各部分零件的工艺分析

2.1 金属材料的分析 ................................................................................. (10)

2.2 各零部件的材料选择及工艺分析 ..................................................... (13)

3 主要零件的参数设置及加工路径分析

3.1 概述 ...................................................................................................... (15)

3.2 轴类零件的材料、毛坯及热处理 ..................................................... (16)

3.3 工艺装备的选择 ................................................................................. (17)

3.4 切削用量的选择 ................................................................................. (18)

3.5 进给路线的确定 ................................................................................. (20)

3.6 加工顺序的确定 ................................................................................. (22)

3.7 加工余量的确定 ................................................................................. (22)

3.8 程序的确定.......................................................................................... (23)

3.9 轴的加工程序...................................................................................... (24)

4 结论与展望

4.1 本文总结 .............................................................................................. (38)

4.2 将来展望 .............................................................................................. (39)

致 谢..................................................................................................... (40)

参考文献..................................................................................................... (41)

1 绪 论

1.1 数控机床

1.1.1 数控机床的概述

数控机床和数控技术是微电子技术同传统机械技术相结合的产物，是一种技术

密集型的产品和技术。它是根据机械加工工艺的要求，使电子计算机对整个加工过

程进行信息处理与控制，实现生产过程自动化。较好地解决了复杂、精密、多品种、

中小批量机械零件加工问题，是一种通用、灵活、高效能的自动化机床。同时，数

控技术又是柔性制造系统(FMS)、计算机集成制造系统（CIMS）的技术基础之一，是

机电一体化高新科技的重要组成部分。

1.2 数控加工技术

1.2.1数控加工技术简介

数控加工技术是现代化工业生产中的一门新型的发展十分迅速的高新技术，它

将制造技术、数字化技术、微电子技术、监控检测技术等多种高新建设传统的机械

加工技术有效地结合起来，成为制造自动化领域最重要的基础技术。数控加工技术

的发展十分迅速，从第一代的电子管元件数控装置，经历了晶体管电路、小中规模

集成电路、大规模集成电路控制系统，发展到计算机控制系统。数控装置体积越来

越小，精度越来越高，在工业生产中日益发挥着重要作用。

1.3 数控加工工艺

所谓数控加工工艺，就是用数控机床加工零件的一种方法。在数控机床上加工

时，将记录在控制介质上、描述加工过程所需的全部工艺信息，即原先在通用机床

上加工时需要操作者考虑和决定的内容及动作的数码信息输人数控机床的数控装

置，对输入信息进行运算和控制，并不断向伺服机构——使机床实现加工运动的机

电功能转换部件发送脉冲信号，伺服机构对脉冲信号进行转换与放大处理，然后由

传动机构驱动机床按所编程序进行运动，便可加工出我们所需要的零件。可见，实

现数控加工，编程是关键。但必须有编程前的数控工艺做必要准备工作和编程后的

善后处理工作。严格说来，数控编程也属于数控工艺的范畴。因此，数控加工工艺

主要包括以下几方面的内容：

1)选择并确定需要进行数控加工的零件及内容。

2)进行数控加工工艺设计。

3)对零件图形进行必要的数学处理。

4)编写加工程序(自动编程时为源程序，由计算机自动生成目标程序——加工程

序)。

5)按程序单制作控制介质。

6)对程序进行校验与修改。

7)首件试加工与现场问题处理。

8)数控加工工艺技术文件的编写与归档。

1.4 CAD／CAM技术

1963年，美国麻省理工学院首次提出CAD(Computer Aided Design—计算机辅

助设计)的概念。MIT小组初步设想了采用计算机设计、分析，并开发了交互式图形

处理系统、绘制出了工程图，从而使CAD由试验阶段过渡到了实施阶段。 CAM(Computer Aided Manufacturing—计算机辅助制造)是从APT开始的。它是20

世纪50年代MIT设计的一种专门用于零件NC加工的自动编程语言，到1967年APT

系统己实用化。从l974年开始，人们把CAD系统和生产计划管理及力学计算相结合，

发展成为CAD／CAM综合系统。70年代后期，CAD／CAM进人初期实用阶段。

CAD／CAM技术推动了几乎一切领域的设计革命，CAD技术的发展和应用水平已

成为衡量一个国家科技现代化和工业现代化水平的重要标志之一。CAD／CAM技术从

根本上改变了过去的手工绘图、发图、凭图样组织整个生产过程的技术管理方式，

将它变为在图形工作站上交互设计、用数据文件发送产品定义、在统一的数字化产

品模型下进行产品的设计打样、分析计算、工艺计划、工艺装备设计、数控加工、

质量控制、编印产品维护手册、组织备件订货供应等等。

1.5本课题设计的主要内容

传动器是一种常见的中间传递机构,其构成的主要零部件

,如图所示：

由图可知，该传动器主要有以下几部分组成：中间是箱体,内部是轴,其左侧是

端盖,右侧分别是端盖、调整环和齿轮。

传动器是动力的中间传递机构。当动力通过齿轮输入时，通过键联接，带动轴

传动，只要在轴的左端安上齿轮、带轮等零件，就可实现动力的传递。

下面就对本课题所设计的主要零部件的加工工艺进行分析。

2 各部分零件的工艺分析

2.1 金属材料的分析

一、材料

机械制造中最常用的材料是钢和铸铁，其次是有色金属合金，非金属材料如塑料、

橡胶等，在机械制造中也得到广泛的应用。

金属材料主要指铸铁和钢，它们都是铁碳合金，它们的区别主要在于含碳量的

不同。含碳量小于2%的铁碳合金称为钢，含碳量大于2%的称为铁。

1铸铁

常用的铸铁有灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、合金铸铁等。其中灰铸铁和球墨铸

铁属脆性材料，不能辗压和锻造，不易焊接，但具有适当的易熔性和良好的液态流

动性，因而可铸成形状复杂的零件。灰铸铁的抗压强度高，耐磨性、减振性好，对

应力集中的敏感性小，价格便宜，但其抗拉强度较钢差。灰铸铁常用作机架或壳座。

球墨铸铁强度较灰铸铁高且具有一定的塑性，球墨铸铁可代替铸钢和锻钢用来制造

曲轴、凸轮轴、油泵齿轮、阀体等。

2钢

钢的强度较高，塑性较好，可通过轧制、锻造、冲压、焊接和铸造方法加工各种

机械零件，并且可以用热处理和表面处理方法提高机械性能，因此其应用极为广泛。

钢的类型很多，按用途分，钢可分为结构钢、工具钢和特殊用途钢。结构钢可用

于加工机械零件和各种工程结构。工具钢可用于制造各种刀具、模具等。特殊用途

钢（不锈钢、耐热钢、耐腐蚀钢）主要用于特殊的工况条件下。按化学成分钢可分

为碳素钢和合金钢。碳素钢的性能主要取决于含碳量，含碳量越多，其强度越高，

但塑性越低。碳素钢包括普通碳素结构钢和优质碳素结构钢。普通碳素结构钢（如

Q215、Q235）一般只保证机械强度而不保证化学成分，不宜进行热处理，通常用于

不太重要的零件和机械结构中。碳素钢的性能主要取决于其含碳量。低碳钢的含碳

量低于0.25%，其强度极限和屈服极限较低，塑性很高，可焊性好，通常用于制作螺

钉、螺母、垫圈和焊接件等。含碳量在0.1%~0.2%的低碳钢零件可通过渗碳淬火使其

表面硬而心部韧，一般用于制造齿轮、链轮等要求表面耐磨而且耐冲击的零件。中

碳钢的含碳量在0.3%~0.5%之间，它的综合力学性能较好，因此可用于制造受力较大

的螺栓、螺母、键、齿轮和轴等零件。含碳量在0.55%~0.7%的高碳钢具有高的强度

和刚性，通常用于制作普通的板弹簧、螺旋弹簧和钢丝绳。合金结构钢是在碳钢中

加入某些合金元素冶炼而成。每一种合金元素低于2%或合金元素总量低于5%的称为

低合金钢。每一种合金元素含量为2%~5%或合金元素总含量为5%~10%的称为中合金

钢。每一种合金元素含量高于5%或合金元素总含量高于10%的称为高合金钢。加入

不同的合金元素可改变钢的机械性能并具有各种特殊性质。例如铬能提高钢的硬度，

并在高温时防锈耐酸；镍使钢具有良好的淬透性和耐磨性。但合金钢零件一般都需

经过热处理才能提高其机械性能；此外，合金钢较碳素钢价格高，对应力集中亦较

敏感，因此只用于碳素钢难于胜任工作时才考虑采用。

用碳素钢和合金钢浇铸而成的铸件称为铸钢，通常用于制造结构复杂、体积较大

的零件，但铸钢的液态流动性比铸铁差，且其收缩率的铸铁件大，故铸钢的壁厚常

大于10ｍｍ，其圆角和不同壁厚的过渡部分应比铸铁件大。表1-1是常用的金属材

料的机械性能。

二、材料选用的原则

从各种各样的材料中选择出合用的材料是一项受到多方面因素制约的工作，通常

应考虑下面的原则：

（1） 载荷的大小和性质，应力的大小、性质及其分布状况

对于承受拉伸载荷为主的零件宜选用钢材，承受压缩载荷的零件应选铸铁。脆

性材料原则上只适用于制造承受静载荷的零件，承受冲击载荷时应选择塑性材料。

（2） 零件的工作条件

在腐蚀介质中工作的零件应选用耐腐蚀材料，在高温下工作的零件应选耐热材

料，在湿热环境下工作的零件，应选防锈能力好的材料，如不锈钢、铜合金等。零

件在工作中有可能发生磨损之处，要提高其表面硬度，以增强耐磨性，应选择适于

进行表面处理的淬火钢、渗碳钢、氮化钢。金属材料的性能可通过热处理和表面强

化（如喷丸、滚压等）来提高和改善，因此要充分利用热处理和表面处理的手段来

发挥材料的潜力。

（3） 零件的尺寸及质量

零件尺寸的大小及质量的好坏与材料的品种及毛坯制取方法有关，对外形复杂、

尺寸较大的零件，若考虑用铸造毛坯，则应选用适合铸造的材料；若考虑用焊接毛

坯，则应选用焊接性能较好的材料；尺寸小、外形简单、批量大的零件，适于冲压

和模锻，所选材料就应具有较好的塑性。

（4） 经济性

选择零件材料时，当用价格低廉的材料能满足使用要求时，就不应选择价格高

的材料，这对于大批量制造的零件尤为重要。此外还应考虑加工成本及维修费用。

为了简化供应和储存的材料品种，对于小批制造的零件，应尽可能减少同一部设备

上使用材料的品种和规格，使综合经济效益最高。

2.2 各零部件的材料选择及工艺分析

1.齿轮

齿轮的材料及热处理对齿轮的使用性能和寿命有很大的影响。考虑材料的综合

性能及经济性，本课题所设计的齿轮的材料选用45钢，齿面硬度220～250HBS。因

其加工精度并不高，因此采用：滚齿—齿端加工-齿面热处理-修正内孔的加工方案。

2.端盖

本课题所设计的端盖采用铸铁HT200，因为铸铁具有良好的耐磨性和减振性，而

且价格低廉。加工工艺路线：车削其外形—铣削内形—钻孔。

3.调整环

非合金结构钢Q235碳的质量分数低，具有良好的塑性和焊接性能，但强度较低，

在机械制造中主要用于制造受力不大的普通机械零件，因此本课题所设计的调整环，

选用Q235-A。因其结构简单，故只需先钻孔后车削即可。

4. 箱体

箱体零件是机器的基础零件之一。由它将机器和部件中的轴、套、齿轮等有关

零件集合成一个整体，使它们之间保持正确的相互位置关系，并按一定的传动关系

协调的传递运动或动力。因此，箱体的加工质量对机器的精度、性能和寿命都有直

接的影响。本课题所设计的箱体采用铸铁HT200，因为铸铁具有较好的耐磨性、铸造

性、切削性和减振性，且成本低廉。加工方法多采用铸造，毛坯在铸造时应防止砂

眼和气孔产生。为了减少残余应力，箱体铸造后应进行时效处理。

5. 轴

通过对材料的综合性能及经济性的分析，本课题所设计的轴采用45钢，因其在

机构中起传递作用，则需要有较高的强度、硬度和耐磨性。因此，采用淬火35-45HRC。

其加工工艺路径为：车削其外圆轮廓—铣削键槽—攻螺纹—热处理—精磨。

3. 主要零件的参数设置及加工路径分析

3.1概述

轴是机械加工中常见的典型零件之一。它在机械中主要用于支承齿轮、带轮、凸

轮以及连杆等传动件，以传递扭矩。按结构形式不同，轴可以分为阶梯轴、锥度心

轴、光轴、空心轴、曲轴、凸轮轴、偏心轴、各种丝杠等，其中阶梯传动轴应用较

广，其加工工艺能较全面地反映轴类零件的加工规律和共性。

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 轴类零件的主要表面常为两类：一类是与轴承的内圈配合的外圆

轴颈，即支承轴颈，用于确定轴的位置并支承轴，尺寸精度要求较高，通常为

IT 5～

IT7；另一类为与各类传动件配合的轴颈，即配合轴颈，其精度稍低，常为IT6～IT9。

⑵ 几何形状精度 主要指轴颈表面、外圆锥面、锥孔等重要表面的圆度、圆柱

度。其误差一般应限制在尺寸公差范围内，对于精密轴，需在零件图上另行规定其

几何形状精度。

⑶ 相互位置精度 包括内、外表面、重要轴面的同轴度、圆的径向跳动、重要

端面对轴心线的垂直度、端面间的平行度等。

⑷ 表面粗糙度 轴的加工表面都有粗糙度的要求，一般根据加工的可能性和经

济性来确定。支承轴颈常为0.2～1.6μm，传动件配合轴颈为0.4～3.2μm。

⑸ 其他 热处理、倒角、倒棱及外观修饰等要求。

3.2轴类零件的材料、毛坯及热处理

1．轴类零件的材料

⑴ 轴类零件材料 常用45钢，精度较高的轴可选用40Cr、轴承钢GCr15、弹

簧钢65Mn，也可选用球墨铸铁；对高速、重载的轴，选用20CrMnTi、20Mn2B、20Cr

等低碳合金钢或38CrMoAl氮化钢。

⑵ 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

加热锻造后，可使金属内部纤维组织沿表面均匀分布，获得较高的抗拉、抗弯及抗

扭强度。

2．轴类零件的热处理

锻造毛坯在加工前，均需安排正火或退火处理，使钢材内部晶粒细化，消除锻

造应力，降低材料硬度，改善切削加工性能。

调质一般安排在粗车之后、半精车之前，以获得良好的物理力学性能。

表面淬火一般安排在精加工之前，这样可以纠正因淬火引起的局部变形。

精度要求高的轴，在局部淬火或粗磨之后，还需进行低温时效处理。

经综合考虑，本课题所设计的轴采用45钢，因其在机构中起传递作用，则需要

有较高的强度、硬度和耐磨性。因此，采用淬火35-45HRC。

3.3 工艺装备的选择

工艺装备选择的合理与否，将直接影响工件的加工精度、生产效率和经济效益。

应根据地生产类型、具体加工条件、工件结构特点和技术要求等选择工艺装备。

一、夹具的选择

单件、小批生产应首先采用各种通用夹具和机床附件，如卡盘、机床用平口虎

钳、分度头等；对于大批和大量生产，为提高生产率应采用专用高效夹具；多品种

中、小批量生产可采用可调夹具或成组夹具。

因为本课题所要加工的轴形状较简单，采用通用夹具即可，因此选用三角卡盘。

二、 刀具的选择

一般优先采用标准刀具。若采用机械集中，则可采用各种高效的专用刀具、复

合刀具和多刃刀具等。刀具的类型、规格和精度等级应符合加工要求。

其次在选用刀具时还应注意以下几点：

1）在数控机床上铣削平面时，应采用镶装可转位硬质合金刀片的铣刀。一般采

用两次走刀，一次粗铣，一次精铣。当连续切削时，粗铣刀直径要小一些，精铣刀

直径要大一些，最好能包容待加工面的整个宽度。加工余量大，且加工面又不均匀

时，刀具直径要选得小些，否则当粗加工时会因接刀刀痕过深而影响加工质量。

2）高速钢立铣刀多用于加工凸台和凹槽，最好不要用于加工毛坯面，因为毛坯

面有硬化层和夹砂现象，刀具会很快被磨损。

3）加工余量较小，并且要求表面粗糙度值较低时，应采用镶立方氮化硼刀片的

端铣刀或镶陶瓷刀片的端铣刀。

4）镶硬质合金的立铣刀可用于加工凹槽、窗口面、凸台面和毛坯表面。

5）镶硬质合金的玉米铣刀可以进行强力切削，铣削毛坯表面和用于孔的粗加工。

6）精度要求较高的凹槽加工时，可以采用直径比槽宽小一些的立铣刀，先铣槽

的中间部分，然后利用刀具半径补偿功能铣削槽的两边，直到达到精度要求为止。

7）在数控铣床上钻孔，一般不采用钻模，钻孔深度为直径的5倍左右的深孔

加工容易折断钻头，应注意冷却和排屑。钻孔前最好先用中心钻钻一个中心孔或用

一个刚性好的短钻头锪窝引正。锪窝除了可以解决毛坯表面钻孔引正问题外，还可

以代替孔口倒角。

三、量具的选择

单件、小批生产应广泛采用通用量具，如游标卡尺、百分尺和千分表等；大批、

大量生产应采用极限量块和高效的专用检验夹具和量仪等。量具的精度必须与加工

精度相适应。

因本零件属于小批量生产，因此，选用通用量具即可。

3.4 切削用量的选择

对于高效率的金属切削机床加工来说，被加工材料、切削刀具、切削用量是三

大要素。这些条件决定着加工时间、刀具寿命和加工质量。经济的、有效的加工方

式，要求必须合理地选择切削条件。

在确定每道工序的切削用量时，应根据刀具的耐用度和机床说明书中的规定去

选择。也可以结合实际经验用类比法确定切削用量。在选择切削用量时要充分保证

刀具能加工完一个零件，或保证刀具耐用度不低于一个工作班，最少不低于半个工

作班的工作时间。

背吃刀量主要受机床刚度的限制，在机床刚度允许的情况下，尽可能使背吃刀

量等于工序的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高加工效率。对于表面粗糙度

和精度要求较高的零件，要留有足够的精加工余量，数控加工的精加工余量可比通

用机床加工的余量小一些。

在确定切削用量时，要根据被加工工件材料、硬度、切削状态、背吃刀量、进

给量，刀具耐用度，最后选择合适的切削速度。

表2.1为车削加工时的选择切削条件的参考数据。

根据经验选择，一般粗车切削深度为2～3mm,半精车切削深度为0.5～2mm，

精车切削深度为0.2～0.5mm。本课题所加工的为45钢，由表可知：切削速度应在

70～220mm/min,根据经验,我们选择Vc=120mm/min.由公式n=1000v/∏dw (dw-

未加工工件的直径)可以计算出,粗车时n=500r/min;精车时

n=1200r/min.

刀具及切削参数如下：

3.5 进给路线的确定

在数控机床加工过程中，进给路线的确定是非常重要的，它与工件的加工精度

和粗糙度直接相关。所谓进给路线就是数控机床在加工过程中刀具中心的移动路线。

确定进给路线，就是确定刀具的移动路线。

1）数控车削进给路线的确定 确定数控车削进给路线的工作重点，主要在于确

定粗加工及空行程的进给路线，精加工切削过程的进给路线基本上都是沿其零件设

计图确定的轮廓顺序进行的。

车削进给路线泛指刀具从对刀点（或机床固定原点）开始运动起，直至返回该

点并结束加工程序所经过的路径，包括切削加工的路径及刀具切入、切出等非切削

空行程。其基本原则是：

① 力求空行程路线最短。可通过巧用起刀点、将起刀点与其对刀点重合在一起；

巧设换（转）刀点，如果将第二把刀的换刀点也设置在合适点位置上，则可缩短空

行程距离，在合理安排“回零”路线时，应使其前一刀终点与后一刀起点间的距离

尽量减短，或者为零，即可满足进给路线为最短的要求。

② 力求切削进给路线最短。切削进给路线为最短，可有效地提高生产效率，降

低刀具的损耗等。

矩形进给路线，适用于棒料毛坯，

进给路线较短。

三角形进给路线，适用于棒料毛

坯，进给路线较长。

仿形进给路线，用于铸、锻件毛坯

时进给路线较短。

因毛坯形状为圆棒料，排除第三种进给路线，根据力求进给路线最短原则，第

一种走刀路线较适合。

2）数控铣削进给路线的确定 数控铣削加工中进给路线对零件的加工精度和

表面质量有直接的影响，因此，确定好进给路线是保证铣削加工精度和表面质量的

工艺措施之一。下面是铣削中几种常见的走刀路线。

在图中，左图和中图分别为用行切法加工和环切法加工凹槽的走刀路线，而右

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