齿轮轴课程设计说明书

机械制造工艺学课程设计

设计说明书

设计“齿轮轴”零件的 机械加工工艺规程

起止日期： 2011 年 12 月 19 日 至 2011 年 12 月 25 日

学班学成

生姓名 级 号 绩

指导教师(签字)

机械工程学院（部） 2011年 12月19日

目录

一、 零件的分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3

1. 阶梯轴的外圆表面………………………………………………………………3 2. 外螺纹表面………………………………………………………………………3 3. 锥面………………………………………………………………………………3 4. 普通平键键槽……………………………………………………………………3 5. 齿轮表面…………………………………………………………………………4

二、

毛坯的确定„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4

1. 毛坯材料的选择…………………………………………………………………4 2. 毛坯机械加工余量的确定………………………………………………………4 3. 毛坯的尺寸示意图………………………………………………………………4

三、 工艺规程设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5

1. 工艺路线的制订…………………………………………………………………5

定位基准的选择…………………………………………………………………5 热处理工序的安排………………………………………………………………5 加工方法的选择…………………………………………………………………5 工艺路线的制订…………………………………………………………………6 2. 机械加工余量、工序尺寸的确定………………………………………………7 3. 刀具选用、切削用量和工时定额的确定………………………………………11

四、 设计小结„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„15 五、 参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„16

一、 零件的分析

该零件的零件图如图1所示，为一齿轮轴，主要用来传递运动和扭矩。假设该零件的生产类型为单件小批生产（≤500件）。该零件的加工表面主要由阶梯轴的外圆表面，外螺纹表面，锥面，普通平键键槽和齿轮表面等几部分组成。

1) 阶梯轴的外圆表面

阶梯轴的外圆表面由两个Φ20±0.0065mm 的外圆表面，一个Φ24mm 的外圆表面，一个Φ21 mm的外圆表面和一个Φ18 mm的外圆表面组成。 2) 外螺纹表面

该齿轮轴的外螺纹为公称直径为Φ12mm 的粗牙普通螺纹，螺距为1.75mm ，螺纹长度为10mm 。 3) 锥面

该锥面的大端直径为Φ18 mm ，锥度为1：10。锥面的轴向长度为28mm 。且该锥面围绕公共基准线A-B 旋转的圆跳动公差为0.012mm ，公差等级为IT7级。 4) 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5mm ×22mm ，工作表面

的表面粗糙度为Ra3.2µm。键槽在轴上的深度mm 。 5) 齿轮表面

该齿轮为标准圆柱直齿轮。其齿数z 1=15，模数m=2，压力角ɑ=20°。分度圆直径为Φ30mm ，齿顶圆直径为mm 。

该齿轮轴除了由以上几部分组成之外，还包括四个尺寸为C1和两个尺寸为C2的倒角，两个尺寸为2mm ×Φ18mm 和一个尺寸为2mm ×Φ10mm 的退刀槽组成。

二、 毛坯的确定

(一)

毛坯材料的选择

该齿轮轴零件的材料为45钢，为轴类零件。根据设计要求，其硬度需达到220~250HBS，经查表可得，45号热轧钢的硬度小于等于241HBS （黑p109）。因为该齿轮轴的外圆直径变化不大，加工简单，且对其机械性能没有很高的要求，且无须选用锻件，选择棒料即可。经过调质处理（淬火温度：820~840℃，淬火介质：水；回火温度：560~600℃，冷却介质：空气），其硬度为220~250HBS，符合设计要求（黑145）。故材料选择45号热轧钢，然后进行调质处理。

(二) 毛坯机械加工余量的确定

由零件图可知，零件的长度为154mm ，零件的最大直径为Φ34mm ，两者

之比，经查表，可以确定毛坯的直径为Φ38mm 。另外，因为毛坯是由45号热轧钢切断得到，经查表，并计算，一个零件的毛坯长度。切断后，可以得到长度为161mm ，直径为Φ38mm 的棒料。

(三) 毛坯的尺寸示意图

三、 工艺规程设计

(一) 工艺路线的制订

1) 定位基准的选择

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。 2) 热处理工序的安排

为了消除材料的内应力，在毛坯进行切削加工之前安排正火。 为了改善材料的切削性能，获得较好的机械综合性能，在粗加工之后，半精加工之前安排调质处理。

为了提高齿面硬度，在齿轮粗加工之后，精加工之前安排齿面局部淬火。 为了消除淬火过程中的应力和防锈，增加金属表面美观，在机加工完成后安排发蓝。 3) 加工方法的选择

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。

粗加工阶段应在卧式车床上对毛坯外圆表面进行粗车外圆，粗车圆锥面。经查相关技术手册（白758黑320）得知，粗车圆锥面时有转动小刀架车锥体，用靠模板车锥体，用偏移尾座车锥体和用宽刀刃车锥体。由于该零件为单件小批生产，圆锥长度较短，但锥面的位置公差和表面质量要求比较高，故采用转动小刀架粗车锥体的加工方法。

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的两个端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Ra1.6µm，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。

键槽加工完成后，应对上面半精车后的圆锥面，一个直径为Φ10的螺纹外圆和两个直径为Φ20的外圆进行精加工。由于直径为Φ20的外圆表面粗糙度要求为Ra1.6µm，精度等级为IT6级，故可以采用先精车后金刚石车或者先粗磨后精磨的方法。为了便于加工，降低对设备和工人的要求，故采用先粗磨后精磨的方法。圆锥面要求的公差等级为7级，表面粗糙度为Ra1.6µm，精加工时可以精车或者粗磨与半精磨，这里采用粗磨与半精磨的方法以便获得较高的加工精度。而螺纹外圆的加工因为精度要求不高，只需粗磨即可。

外螺纹的加工放在机加工的最后，目的是避免在加工别的表面时破坏已加工完成的螺纹表面。其尺寸为M12-6g ，公称直径比较小，经查表，可采用车削螺纹、套螺纹和滚压螺纹的加工方法。因为该零件为单件小批生产，则采用车削螺纹的方式比较合适。 4) 工艺路线的制订

(二) 机械加工余量、工序尺寸的确定

1) 沿轴线方向两端面的长度加工余量

2) 直径为Φ34mm 的齿顶面加工余量

3) 直径为Φ24mm 的外圆表面加工余量

4) 齿轮左侧直径为Φ20mm 的外圆表面加工余量

5) 直径为Φ21mm 的外圆表面加工余量

6) 齿轮右侧直径为Φ20mm 的外圆表面加工余量

7) 直径为Φ18mm 的外圆表面加工余量

8) 分度圆为Φ30mm 的齿面加工余量

9) 锥度为1：10的锥面加工余量

10) 尺寸为5mm ×22mm 的键槽加工余量（黑414，蓝307）

11) 公称尺寸为M12-6g 的螺纹加工余量

(三) 刀具选用、切削用量和工时定额的确定

1) 车削两端面，钻中心孔的切削用量的确定

该加工过程为粗车，加工表面为两端面，且精度等级和表面质量要求均

不高，因此选用YT15硬质合金车刀。刀具的主偏角，副偏角，前角，后角，刃倾角。经查，其切削用量为：

切削速度：

进给量：

背吃刀量：双边余量，故第1次背吃刀量为，第2次背吃刀量为。

2) 粗车外圆和圆锥面的切削用量的确定

该加工过程仍为粗车，加工表面分别为外圆和圆锥面，且精度等级和表

面质量要求均不高，因此选用YT15硬质合金车刀。刀具的主偏角，副偏角，前角，后角，刃倾角。经查，其切削用量为：

切削速度：

进给量：

背吃刀量：第1次背吃刀量为，第2次背吃刀量为，第3次背吃刀量为，

第4次背吃刀量为，第5次背吃刀量为，第6次背吃刀量为，第7次背吃刀量为，第8次背吃刀量为，第9次背吃刀量为，第10次（粗车圆锥面）背吃刀量为。

3) 半精车外圆和圆锥面的切削用量的确定

该加工过程为半精车，加工表面为外圆和圆锥面，精度等级和表面质量

要求相比粗加工稍高，但仍选用YT15硬质合金车刀。刀具的主偏角，副偏角，前角，后角，刃倾角。经查，其切削用量为：

切削速度：

进给量：

背吃刀量：半精车外圆的背吃刀量为，半精车螺纹外圆的背吃刀量为，半精车圆锥面的背吃刀量为。

4) 精车齿顶面的切削用量的确定

该加工过程为精车，加工表面为外圆，精度等级和表面质量要求比较高，因此选用YT30硬质合金车刀。刀具的主偏角，副偏角，前角，后角，刃倾角。经查，其切削用量为：

切削速度：

进给量：

背吃刀量：

5) 滚齿加工的切削用量的确定

该加工过程属于粗加工阶段，加工表面为齿面，精度等级和表面质量要求也比较高，之后还要进行剃齿加工，因此选用剃前齿轮滚刀。滚齿刀的模数m=2，长度L=50mm，=63mm，D=27mm，=5mm，齿数z=12，滚刀精度为A 级。经查，其切削用量为：

切削速度：

进给量：

背吃刀量：

6) 剃齿加工的切削用量的确定

该加工过程属于精加工阶段，加工表面为齿面，精度等级和表面质量要求很高，加上之前已完成了滚齿加工，因此选用盘形剃齿刀。剃齿刀的公称分度圆直径d=180mm，模数m=2，宽度B=20mm，D=63.5mm，d 1=120mm，齿数

z=83，剃齿刀精度为B 级。经查，其切削用量为：

切削速度：

进给量：纵向进给量，径向进给量

背吃刀量：

7) 键槽铣削的切削用量的确定

该加工过程包括粗加工阶段和半精加工阶段，加工表面为键槽，表面质量要求一般，可以选用削平柄键槽铣刀，2°斜削平直柄键槽铣刀和螺纹柄键槽铣刀几种，这里选用高速钢螺纹柄键槽铣刀。键槽铣刀的基本尺寸，，，。经查，其切削用量为：

铣削速度：

进给量：纵向进给量，径向进给量

背吃刀量：粗铣时背吃刀量为，半精铣时背吃刀量为。

8) 粗磨外圆，圆锥面和螺纹外圆的切削用量的确定

该加工过程属于精加工阶段，加工表面为外圆和圆锥面，精度等级和表面质量要求比较高，采用纵向磨削法。因此选用型号为MQ1320的外圆磨床，型号为P 50×6×13 A 46 P 5 V 35的平形砂轮。经查，其切削用量为：

砂轮圆周速度：

切削速度：

进给量：纵进给量，横进给量

磨削深度：粗磨外圆的磨削深度为，粗磨圆锥面和螺纹外圆的磨削深度为。

9) 半精磨圆锥面的切削用量的确定

该加工过程属于精加工阶段，加工表面为圆锥面，精度等级和表面质量要求更高，采用纵向磨削法。因此选用型号为MQ1320的外圆磨床，型号为P 50×6×13 A 60 M 4 V 35的平形砂轮。经查，其切削用量为：

砂轮圆周速度：

切削速度：

进给量：纵进给量，横进给量。

磨削深度：。

10) 精磨外圆的切削用量的确定

该加工过程属于精加工阶段，加工表面为外圆，精度等级和表面质量要求最高，采用纵向磨削法。因此选用型号为MQ1320的外圆磨床，型号为P 50×6×13 A 60 K 3 V 35的平形砂轮。经查，其切削用量为：

砂轮圆周速度：

切削速度：

进给量：纵进给量，横进给量。

磨削深度：

11) 螺纹车削的切削用量的确定

该加工过程的加工表面为粗牙普通螺纹面，精度等级和表面质量要求一般，这里选用高速钢外三角形螺纹车刀高速车削三角形螺纹。螺纹的螺距为

1.75mm ，需要进行三次粗车和一次精车。粗车时车刀的前角，后角，刀尖角。精车时车刀的前角，后角，刀尖角。经查，其切削用量为：

切削速度：粗车螺纹时切削速度为，精车螺纹时切削速度为。

进给量：

背吃刀量：总背吃刀量，第一次背吃刀量为，第二次背吃刀量为，第三次背吃刀量为，第四次背吃刀量为。

四、 设计小结

为期一周的课程设计结束了，在这次的课程设计中我们不仅检验了所学习的知识，也培养了如何去把握一件事情，如何去做好一件事情，又如何完成一件事情的良好习惯。学会了冷静分析问题，学会了理解，学会了细心，也培养了严谨的工作态度。

通过这次的机械制造工艺学课程设计, 我有一些感触收获。

首先, 对机械制造工艺学这门课程有了更深入的了解。平时只停留在一个初等的感性认识水平, 没有真正的理解透所学的具体原理的应用问题, 但在自己做设计过程中发现很多问题都不懂，老在问为什么, 甚至觉得自己一无是处。静下心来之后，细细地想，仔细分析问题的关键所在，如何解决, 通过这样的想法, 使自己对自己所学的理论有了深入的理解。在设计过程中, 如何才能把所学的理论运用到实际中, 这才是我们学以致用的真正宗旨, 这也是当我们从这个专业毕业后所必需具有的能力, 这也更是从学到实践的过程, 才能为自己在以后的工作中游刃有余, 才能为机械工业的发展贡献出自己的一份力量。

其次对所学的专业课产生了更加浓厚的兴趣。在做设计的过程中, 发现机械的很多东西渗透在我们生活的方方面面, 我们平日里接触到的许多东西都用到了机械的相关内容。这也给自己很大的学习范围和任务，更给了自己很大的发展空间和兴趣的培养。

在这次作业过程中我遇到了许多困难，一遍又一遍地计算，查找资料。有时候做得真的感觉烦了，一次又一次的设计方案修改，这都暴露出了在这方面的知识欠缺和经验不足。在此，要感谢指导老师对我们悉心的指导，感谢老师给我们的帮助。尽管这次作业的时间是漫长的，过程是曲折的，但其实我们的收获还是很大的。对我来说收获最大的是方法和能力, 那些分析和解决问题的方法与能力，在整个过程中我发现像我们这些学生最最缺少的是经验没有感性的认识空有理论知识有些东西很可能与实际脱节。

课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程。

虽然这次设计已告一段落，但是我知道学海无涯、学无止境，这是一个结尾，同时也只是一个开始。我们从这次的课程设计中学到了许多平时无法学得的实践知识，要求我们将学过的相关知识都系统地联系起来，这无疑将是一笔非常宝贵的财富。

五、 参 考 文 献

《机械制造工艺学》（第二版） 王先逵主编 机械工业出版社 《金属机械加工工艺人员手册》（第三版） 赵如福主编 上海科技技术出版社