制造流程及工艺方案设计

目录

摘要 (3)

引言 (4)

1．任务与分析 (5)

1.1确定生产纲领 (5)

1.2确定生产类型 (5)

2.设计的目的、要求和内容 (6)

2.1设计目的 (6)

2.2设计要求 (7)

2.3设计内容 (7)

3．工艺分析 (8)

3.1技术要求 (8)

3.2零件特点 (8)

4.毛坯的选择 (9)

4.1毛坯的选择 (9)

4.2轴类零件的毛坯和材料 (9)

4.3轴类零件加工工艺规程注意点 (10)

4.4轴类零件加工的技术要求 (10)

5.基准的选择 (11)

5.1粗基准的选择原则 (11)

5.2选择精基准 (11)

6.加工余量、工序尺寸和公差的确定 (12)

6.1加工余量概述 (12)

6.2影响加工余量的因素 (12)

6.3加工余量的确定 (12)

6.4零件图的加工余量、工序尺寸和公差的确定 (12)

7.切削用量的确定 (16)

7.1粗车 (16)

7.2半精车 (16)

7.3精车 (16)

8.机床及工艺装备的确定 (17)

8.1机床的选择 (17)

8.2工艺装备的确定 (17)

9.拟定机械加工工艺路线 (17)

9.1选择定位基准 (17)

9.2表面加工方法的选择 (17)

9.3拟定工艺路线 (18)

结论 (20)

致谢 (20)

参考文献 (20)

摘要

车削加工是在车床上利用工件相对于刀具旋转对工件进行切削加工的方法。车削是最基本、最常见的切削加工方法，在生产中占有十分重要的地位车削适于加工回转表面，大部分具有回转表面的工件都可以用车削方法加工，如加工轴类零件的内外圆柱面、内外圆锥面、端面、沟槽、螺纹和回转成形面等，所用刀具主要是车刀。

在各类金属切削机床中，车床是应用最广泛的一类，约占机床总数的50%。车床既可用车刀对工件进行车削加工，又可用钻头、铰刀、丝锥和滚花刀进行钻孔、铰孔、攻螺纹和滚花等操作。按工艺特点、布局形式和结构特性等的不同，车床可以分为卧式车床、落地车床、立式车床、转塔车床以及仿形车床等，其中大部分为卧式车床。

在各种机械产品中，带有螺纹的轴类零件应用很广泛。螺纹切削是加工螺纹件效率最高、经济性最好的加工方法，用车削方法加工螺纹是机械制造业目前常用的加工方法。

在车床上车削螺纹轴可采用成形车刀或螺纹梳刀（见螺纹加工工具）。用成形车刀车削螺纹，由于刀具结构简单，是单件和小批生产螺纹工件的常用方法；用螺纹梳刀车削螺纹，生产效率高，但刀具结构复杂，只适于中、大批量生产中车削细牙的短螺纹工件。普通车床车削梯形螺纹的螺距精度一般只能达到8～9级。在专门化的螺纹车床上加工螺纹，生产率或精度可显著提高。

关键词：车削加工卧式车床螺纹轴工艺

引言

机械加工的目的是将毛坯加工成符合产品要求的零件。

在机械制造工艺流程中机械加工占有主要的地位，不同的机械加工方法决定了机床、刀具及其他工艺装备的选择。由毛坯加工成零件，通常也有多种机械加工方法可供选择，主要需要考虑的因素有零件的表面形状和尺寸、零件要求的尺寸精度和表面粗糙度、被加工工件的材料及加工性能和生产类型。

机械制造工艺与流程由以下环节组成：原材料和能源供应、毛坯和零件成形、零件机械加工、材料改性与处理、装配与包装、搬运与储存以及检测与质量监控。

工艺是指产品的制造方法和手段。

工艺过程是指按一定的次序改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和机械性能等，使其成为产品的过程。机械加工工艺过程是指通过机械加工的方法，逐次改变毛坯的形状、尺寸、相互位置和表面质量等，使之成为合格零件的过程。一个零件的机械加工工艺过程往往是比较复杂的。为了便于组织和管理生产，以保证零件质量，生产中常把机械加工工艺过程分为若干工序，而工序又可分为工位、工步和走刀等。

为了能精确地指导生产，需要制订工艺规程设计。工艺规程是指导生产的主要技术文件机械加工车间生产的计划、调度，工人的操作，零件的加工质量检验，加工成本的核算，都是以工艺规程为依据的。处理生产中的问题，也常以工艺规程作为共同依据。如处理质量事故，应按工艺规程来确定各有关单位、人员的责任。工艺规程是生产准备工作的主要依据车间要生产新零件时，首先要制订该零件的机械加工工艺规程，再根据工艺规程进行生产准备。工艺规程是新建机械制造厂（车间）的基本技术文件新建（改.扩建）批量或大批量机械加工车间（工段）时，应根据工艺规程确定所需机床的种类和数量以及在车间的布置，再由此确定车间的面积大小、动力和吊装设备配置以及所需工人的工种、技术等级、数量等。工艺规程的制订是对于工厂的生产和发展起到非常重要的作用，是工厂的基本技术文件。

1 任务与分析

本课题主要的目的是根据给定复合轴的生产数据确定复合轴的生产纲领和生产类型，并根据零件图制定加工工艺流程。

题目给定为车削螺纹轴，分析如下。

1.1确定生产纲领

根据任务书已知：

⑴产品的生产纲领为50台/年，每台产品螺纹轴数量1件 ⑵螺纹轴的备品百分率为2％，废品百分率为1％。 生产纲领计算公式为：()%%1*βα++=Q N 所以零件的年产量 N=50*（1+2%+1%）

=52件

1.2 确定生产类型

各种生产类型的规范见表1

表1

该螺纹轴的生产纲领是52件/ 年，根据生产类型的划分原则可知：该零件生产类型为单件生产零件，其工艺特征见表2。

表2

2 设计的目的、要求和内容

2.1设计目的

为了能精确地指导生产，需要制订工艺规程设计。

（1）工艺规程是指导生产的主要技术文件

机械加工车间生产的计划、调度，工人的操作，零件的加工质量检验，加工成本的核算，都是以工艺规程为依据的。处理生产中的问题，也常以工艺规程作为共同依据。如处理质量事故，应按工艺规程来确定各有关单位、人员的责任。

（2）工艺规程是生产准备工作的主要依据

车间要生产新零件时，首先要制订该零件的机械加工工艺规程，再根据工艺规程进行生产准备。如：新零件加工工艺中的关键工序的分析研究；准备所需的刀、夹、量具（外购或自行制造）；原材料及毛坯的采购或制造；新设备的购置或旧设备改装等，均必须根据工艺来进行。

（3）工艺规程是新建机械制造厂（车间）的基本技术文件

新建（改.扩建）批量或大批量机械加工车间（工段）时，应根据工艺规程确定所需机床的种类和数量以及在车间的布置，再由此确定车间的面积大小、动力和吊装设备配置以及所需工人的工种、技术等级、数量等。

此外，先进的工艺规程还起着交流和推广先进制造技术的作用。典型工艺规程可以缩短工厂摸索和试制的过程。因此，工艺规程的制订是对于工厂的生产和发展起到非常重要的作用，是工厂的基本技术文件。

2.2设计要求

1.明确生产类型，熟悉零件及各种资料，绘制A3零件图纸一张，对零件进行工艺分

析。

2.工艺设计：计算生产纲领，拟定工艺路线，选择加工设备与工艺装备。

3.工序设计：加工余量，切削用量，工序尺寸，工序简图，填写工艺规程综合卡一

张。

4.撰写设计说明书。

2.3 设计内容

1.工艺分析

（1）明确零件加工技术要求

（2）分析零件特点

2.毛坯的选择

确定轴类零件的毛坯和材料

3.基准的选择

（1）粗基准的选择

（2）精基准的选择

4．加工余量、工序尺寸和公差的确定

5.切削用量的确定

（1）粗车的切削用量

（2）半精车的切削用量

（3）精车的切削用量

6. 机床及工艺装备的确定

7．拟定工艺路线

（1）选择定位基准

（2）表面加工方法的选择

3 工艺分析

3.1 技术要求

保证各表面、内孔和螺纹的公差等级要求和粗糙度要求：

两端面粗糙度是6.3，经济精度是IT10，需要经过粗车→半精车才能达到尺寸的要求；

φ420-0.025外圆粗糙度是1.6，经济精度是IT8，需要经过粗车→半精车→精车才能达到尺寸要求；

φ360-0.039外圆粗糙度1.6是，经济精度是IT8，需要经过粗车→半精车→精车才能达到尺寸要求；

φ260-0.033外圆粗糙度1.6是，经济精度是IT8，需要经过粗车→半精车→精车才能达到尺寸要求；

M36x2粗糙度是6.3，经济精度是IT10，需要经过粗车→半精车才能达到尺寸要求；

锥面粗糙度是1.6，经济精度是IT8，需要经过粗车→半精车→精车才能达到尺寸要求；

沟槽表面粗糙度是6.3，经济精度是IT10，需要经过粗车→半精车才能达到尺寸要求；

φ250+0.033孔粗糙度是1.6，经济精度是IT8，需要经过钻→半精车→精车才能达到尺寸要求；

3.2 零件特点

轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一。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。它主要用来支承传动零部件，传递扭矩和承受载荷。

轴类零件是旋转体零件，其长度大于直径，一般由同心轴的外圆柱面、圆锥面、内孔和螺纹及相应的端面所组成。根据结构形状的不同，轴类零件可分为光轴、阶梯轴、空心轴和曲轴等。

4 毛坯的选择

零件是由毛坯按照其技术要求经过各种加工而最后形成的，毛坯选用正确与否直接关系到机械加工质量、工艺和成本等。

4.1 毛坯的选择

毛坯的选用原则：

1.满足材料的工艺性要求

2.满足零件的使用性能要求

3.降低制造成本

4.符合生产条件

此零件为常见阶梯轴零件，根据《常见毛坯类型》可知，选择毛坯材料为45钢。

4.2 轴类零件的毛坯和材料

（1）轴类零件的毛坯

轴类零件的结构特征是其轴向尺寸远大于径向尺寸。

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。

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。中小批生产多采用自由锻，大批大量生产时采用模锻。

（2）轴类零件的材料

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20Mn2B、20Cr等低碳合金钢或38CrMoAl 氮化钢。

45钢是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过调质（或正火）后，可得到较好的切

削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达45～52HRC。40Cr等合金结构钢适用于中等精度而转速较高的轴类零件，这类钢经调质和淬火后，具有较好的综合机械性能。

轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn，经调质和表面高频淬火后，表面硬度可达50～58HRC，并具有较高的耐疲劳性能和较好的耐磨性能，可制造较高精度的轴。

精密机床的主轴（例如磨床砂轮轴、坐标镗床主轴）可选用38CrMoAIA氮化钢。这种钢经调质和表面氮化后，不仅能获得很高的表面硬度，而且能保持较软的芯部，因此耐冲击韧性好。与渗碳淬火钢比较，它有热处理变形很小，硬度更高的特性。

4.3轴类零件加工工艺规程注意点

在学校机械加工实习课中，轴类零件的加工是学生练习车削技能的最基本也最重要的项目，但学生最后完工工件的质量总是很不理想，经过分析主要是学生对轴类零件的工艺分析工艺规程制订不够合理。

1.轴类零件中工艺规程的制订，直接关系到工件质量、劳动生产率和经济效益。一零件可以有几种不同的加工方法，但只有某一种较合理，在制订机械加工工艺规程中，须注意以下几点：

1）零件图工艺分析中，需理解零件结构特点、精度、材质、热处理等技术要求，且要研究产品装配图，部件装配图及验收标准。

2）渗碳件加工工艺路线一般为：下料→锻造→正火→粗加工→半精加工→渗碳→去碳加工（对不需提高硬度部分）→淬火→车螺纹、钻孔或铣槽→粗磨→低温时效→半精磨→低温时效→精磨。

3）粗基准选择：有非加工表面，应选非加工表面作为粗基准。对所有表面都需加工的铸件轴，根据加工余量最小表面找正。且选择平整光滑表面，让开浇口处。选牢固可靠表面为粗基准，同时，粗基准不可重复使用。

4）精基准选择：要符合基准重合原则，尽可能选设计基准或装配基准作为定位基准。符合基准统一原则。尽可能在多数工序中用同一个定位基准。尽可能使定位基准与测量基准重合。选择精度高、安装稳定可靠表面为精基准。

4.4轴类零件加工的技术要求

1.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IT5～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，通常为IT6~IT9。

2.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。

3.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。

4.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。

5 基准的选择

基准的选择包括粗基准和精基准。为使所选的定位基准能保证整个机械加工工艺过程顺利进行，通常应先考虑如何选择精基准来加工各个表面，然后考虑如何选择粗基准把座位精基准的表面先加工出来。

5.1 粗基准的选择原则

选择粗基准主要是选择第一道机械加工工序的定位基准，以便为后续工序提供精基准。在选择时一般应遵循下列原则：

1)保证相互位置要求原则。

2)保证加工表面加工余量合理分配的原则

3)便于工件装夹原则。

4)粗基准在同一尺寸方向上只允许使用一次的原则。

5.2 精基准的选择原则

选择精基准时，应重点考虑所选用的精基准有利于保证加工精度，并使加工过程操作方便。遵循以下原则：

1)基准重合的原则

2)基准统一的原则

3)互为基准的原则

4)自为基准的原则

6 加工余量、工序尺寸和公差的确定

6.1 加工余量概述

1.加工余量：为保证零件质量，一般都要从毛坯上切除一层材料。毛坯上留作加工用

的材料层，成为加工余量。

2.总余量：某一表面毛坯尺寸与零件设计尺寸之差。

3.工序余量：每道工序切除的金属层厚度，即相邻两道工序尺寸之差。

6.2 影响加工余量的因素

1)上工序表面粗糙度和缺陷层加工前（或毛坯）的表面质量（表面缺陷层深度H 和

表面粗糙度）

2)前工序的尺寸公差 Ta

3)前工序的形状与位置公差（如直线度、同轴度、垂直度公差等）ρa

4)本工序加工时的安装误差ε a

6.3 加工余量的确定

加工余量大小，直接影响零件的加工质量和生产率。

加工余量过大，不仅增加机械加工劳动量，降低生产率，而且增加材料、工具和电力的消耗，增加成本。

加工余量过小，又不能消除前工序的各种误差和表面缺陷，甚至产生废品。因此，必须合理地确定加工余量。其确定的方法有：

1 ．经验估算法

2 ．查表修正法

3 ．分析计算法

6.4 零件图的加工余量、工序尺寸和公差的确定

1. 长140mm的轴：

经济精度是IT8，需要经过粗车→半精车→精车才能达到尺寸要求，精车为最终工序，所以精车的工序尺寸为140mm，

查表得精车的加工余量为0.3 mm

140+0.3=140.3 mm

半精车的经济精度是IT10，由此可得半精车的工序尺寸为：140.3-0.16-0.25 mm

查表得半精车的加工余量为1mm ，

故粗车的工序基本尺寸是：

140.3+1=141.3 mm

粗车的经济精度是IT12 ，由此可得粗车的工序尺寸为：141.3-0.25-0.39 mm

所以粗车的加工余量为：（144-141.3）/2=1.35 mm

2．φ420-0.025mm的轴：

经济精度是IT8，需经过粗车→半精车→精车才能达到尺寸要求；

精车为最终工序，所以精车的工序尺寸为φ420-0.025mm，

查表得精车的加工余量为0.6mm ，

故半精车的工序基本尺寸是：

42+0.6=42.6mm

半精车的经济精度是IT10，查表得T=0.1mm，由此得半精车的工序尺寸为：φ42.60-0.1mm 查表得半精车的加工余量为2mm ，

故粗车的工序基本尺寸是：

42.6+2=44.6mm

粗车的经济精度是IT12，查表得T=0.25mm，由此可得粗车的工序尺寸为：φ44.60-0.25mm 所以粗车的加工余量为：（46-44.6）/2=0.7mm

3．φ360-0.039mm的轴：

经济精度是IT8，需要经过粗车→半精车→精车才能达到尺寸要求；

精车为最终工序，所以精车的工序尺寸为φ360-0.039mm，

查表得精车的加工余量为0.6mm ，

36+0.6=36.6mm

半精车的经济精度是IT10，查表得T=0.1mm,由此得半精车的工序尺寸为:φ36.60-0.1mm 查表得半精车的加工余量为 2mm ，

故粗车的工序基本尺寸是：

36.6+2=38.6mm

粗车的经济精度是IT12，查表得T=0.25mm，由此可得粗车的工序尺寸为:φ38.60-0.25mm 所以粗车的加工余量为：（42-38.6）/2=1.7mm

4．φ260-0.033mm的轴：

经济精度是IT8，需要经过粗车→半精车→精车才能达到尺寸要求；

精车为最终工序，所以精车的工序尺寸为φ260-0.033mm，

查表得精车的加工余量为0.6mm ，

故半精车的工序基本尺寸是：

26+0.6=26.6mm

半精车经济精度是IT10，查表得T=0.084,由此得半精车的工序尺寸为:φ26.60-0.084mm 查表得半精车的加工余量为2mm ，

故粗车的工序基本尺寸是：

26.6+2=28.6mm

粗车的经济精度是IT12，查表得T=0.21mm，由此可得粗车的工序尺寸为:φ28.60-0.21mm 所以粗车的加工余量为：（36-28.6）/2=3.7mm

5．沟槽：

经济精度是IT10，需要经过粗车→半精车才能达到尺寸要求；

半精车为最终工序，所以半精车的工序尺寸为φ26，

查表得半精车的加工余量为2mm ，

26+2=28mm

粗车的经济精度是IT12，查表得T=0.21，由此可得粗车的工序尺寸为:φ280-0.21mm 所以粗车的加工余量为：（36-28）/2=4mm

6．φ250+0.033mm的内孔：

经济精度是IT8，需要经过钻→扩→半精车→精车才能达到尺寸要求；

精车为最终工序，所以精车的工序尺寸为φ250+0.033mm，

查表得精车的加工余量为0.6mm ，

故半精车的工序基本尺寸是：

25-0.6=24.4mm

的经济精度是IT10，查表得T=0.084mm，由此得半精车的工序尺寸为:φ24.40+0.084mm 查表得半精车的加工余量为2mm ，

故钻孔的工序基本尺寸是：

24.4-2=22.4mm

7 切削用量的确定

切削用量的确定：切削深度a sp，进给量f，切削速度v c，主轴转速n.

7.1 粗车

1.车端面：

f=o.51mm , v c=1.8m/s

2.φ420-0.025mm的轴：

a sp=0.7mm , f=0.48mm , v c=1.8m/s

3.φ360-0.03mm的轴：

a sp=1.7mm , f=0.36mm , v c=3.7m/s

4.φ260-0.033mm的轴：

a sp=3.7mm , f=0.2mm , v c=1.8m/s

5.M36x2的螺纹：

, f=0.5mm , v c=1.0mm/s

6.沟槽：

切刀宽度4mm, f=0.11mm , v c=1.8m/s 7.2 半精车

1.车端面：

f=0.48mm , v c=3.7m/s

2.φ420-0.025mm的轴：

a sp=1mm , f=0.51mm , v c=1.8m/s

3.φ360-0.03mm的轴：

a sp=1mm , f=0.51mm , v c=1.8m/s

4. φ260-0.033mm的轴：

a sp=1mm , f=0.51mm , v c=1.8m/s

5. M36x2的螺纹：

, f=0.013mm ,v c=1.5m/s

6. 沟槽：

a sp=1mm , f=0.1mm , v c=4.2m/s

7.φ250+0.033mm的内孔：

a sp=1mm f=0.125mm v c=1.2m/s

7.3 精车

1.φ420-0.025mm的轴：

a sp=0.3mm , f=0.2mm , v c=4.2m/s

2.φ360-0.03mm的轴：

a sp=0.3mm , f=0.2mm , v c=4.2m/s

3. φ260-0.033mm的轴：

a sp=0.3mm , f=0.2mm , v c=4.2m/s

4.φ250+0.033mm的内孔：

a sp=0.3mm ,f=0.3mm v c=3.7m/s

8 机床及工艺装备的确定

8.1 机床的选择应符合以下原则：

1)机床的尺寸规格要与被加工工件的外廓尺寸相适应，应避免盲目加大机床规格。

2)机床的加工精度应与被加工工件在该工序的加工精度相适应。

3)机床的生产率应与被加工工件的生产类型相适应。

4)机床的选择应考虑工厂（车间）的现有设备条件。如果工件尺寸太大，精度要求

过高，没有相应设备可供选择时，就需改装设备或设计专用机床。

8.2 工艺装备的确定

1)夹具选择

单件小批生产尽量选用通用夹具和组合夹具；大批大量生产应采用高效专用夹具。

2)刀具选择

优先选用标准刀具。

3)量具选择

单件小批生产应广泛选用通用量具。

9 拟定工艺路线

9.1 选择定位基准

1）选择粗基准

选择φ42的外圆表面作为粗基准，该表面加工余量最小，能保证其他表面有足够的加工余量。

2）选择精基准

经分析零件图可知，采用顶尖孔作为统一的基准，加工各外圆表面，保证了各表面之间有较高的同轴度。符合了基准重合原则和基准统一原则。

考虑选择以加工的轴φ42外圆为精基准，保证外圆表面与φ25孔中心线的距离为21mm。该基准面积较大，工件的装夹稳定可靠，容易操作，夹具结构也比较简单。

9.2 表面加工方法的选择

1．选择加工方法

根据加工表面的精度和表面粗糙要求，查附表可得内孔、平面的加工方案，见表3如下：

表3 螺纹轴各面的加工方案

9.3拟定工艺路线

内容见表4

表4 螺纹轴的机加工工艺方案

结论

通过这次课程设计，螺纹轴的设计已经完成。这次设计不但巩固了也学知识，也是对个人能力及团队合作的训练，这次设计是分工合作，整体讨论，具有极好的成果。

在设计中，每个人都提出自己的想法发，然后整个组的在一起讨论，有什么好的或者不好的想法都发表出来，各抒己见，取长补短，讨论设计方案和设计步骤。

课程设计是锻炼个人能力的最好方法，对于安排给自己的任务必须独自完成，有问题就和老师同学讨论，设计中不但要考虑方法，也要考虑设计后用于实践的成本，以及适用性，因此设计也要和实际相联系，源于实践，处于理论，用于实践。

最后，感谢老师和同学在这次设计中的帮助。

致谢

【参考文献】

［1］邹青. 机械制造技术基础课程设计指导教程. 机械工业出版社.2006

［2］邓志平.机械制造技术基础. 西南交通大学出版社.2004

［3］李益明.机械制造工艺设计简明手册. 哈尔滨工程大学出版社.2004

［4］万晓亮.切削用量简明手册. 机械工业出版社.2005

［5］机械装备工艺设计手册.中国计量出版社.2005