输出轴毕业设计

金 华 职 业 技 术 学 院

JINHUA COLLEGE OF PROFESSION AND TECHNOLOGY

毕业综合项目成果

（2013届）

题 目 输出轴的加工工艺分析 学 院 专 业 数控技术 班 级 学 号姓 名 王海鹏 指导教师 黄新标

2012年3月2日

金华职业技术学院毕业综合项目成果

目 录

摘要 ................................................................... 1 引言 ................................................................... 1 1 零件的工艺分析 ...................................................... 1 1.1零件综合分析 .................................................... 2 1.2确定毛坯 ......................................................... 2 1.3基准的选择 ....................................................... 3 1.4机床设备及工艺装备的选用 ......................................... 5 1.5刀具的确定 ....................................................... 5 1.6 切削用量的确定和冷却液的选用 .................................... 6 1.7 加工工艺过程与工序划分 .......................................... 7 2 夹具的设计 .......................................................... 9

2.1 Φ8夹具设计 .................................................... 9 2.2 Φ20夹具设计 .................................................. 10 3 结论 ................................................................ 11 致谢 .................................................................. 11 参考文献 .............................................................. 12 附件 .................................................................. 13

输出轴的加工工艺分析

机电学院数控专业 王海鹏

摘要: 本文主要是介绍输出轴的加工工艺，设计专用夹具，制订其工序卡，从而锻炼了我识图、制图、编写技术文件和操作各种软件的应用能力。 关键词：输出轴 工序卡 专用夹具 加工工艺卡 引言

数控技术，简称“数控”。英文：Numerical Control（NC）。是指用数字、文字和符号组成数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。它所控制的通常是位置、角度、速度等机械量和与机械能量流向有关的开关量。数控的产生依赖于数据载体和二进制形式数据运算的出现。1908年，穿孔的金属薄片互换式数据载体问世；19世纪末，以纸为数据载体并具有辅助功能的控制系统被发明；1938年，香农在美国麻省理工学院进行了数据快速运算和传输，奠定了现代计算机，包括计算机数字控制系统的基础。数控技术是与机床控制密切结合发展起来的。1952年，第一台数控机床问世，成为世界机械工业史上一件划时代的事件。 现在，数控技术也叫计算机数控技术，目前它是采用计算机实现数字程序控制的技术。这种技术用计算机按事先存贮的控制程序来执行对设的控制功能。由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置，使输入数据的存贮、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能的实现，均可通过计算机软件来完成。 输出轴的用途很广泛， 该输出应用在动力输出装置中，是动力输出的关键零件之一。该输出轴在工作中需要承受一定冲击载荷和较大的扭矩，因此该零件应具有足够的耐磨性和抗扭强度。所以设计中一定要注意表面热处理。

本毕业设计内容主要是如何设计加工轴类零件，包适了工艺分析过程、数控编程、机床操作与零件自检过程等，基本含概了我们所学到的所有专业知识，完成毕业设计对于我们来说是一种挑战。

我们以严谨务实的认真态度进行了此次设计的编写，但由于知识水平与实际经验有限，时间又较为紧迫。 1 输出轴零件的工艺分析 1.1零件的综合分析 （1) 零件的用途

输出轴主要应用在动力输出装置中，是输出动力的主要零件之一。其主要作用是传

递转矩，使主轴获得旋转的动力，其工作中要承受较大的冲击载荷和扭矩。因此，该零件需具有足够的耐磨性和抗扭强度。

(2)输出轴的结构特点、工艺，表面技术要求分析图

图1 输出轴零件图

从图示零件分析，该输出轴结构简单，属于阶梯轴类零件。主要由有φ55、φ60、φ65、φ75、φ176的外圆柱面、φ50、φ80、φ104的内圆柱表面和10个φ20的孔和一个16的键槽组成。为了保证输出轴旋转时的速度，表面粗糙度有较高的要求，外圆的粗糙度要求都为Ra1.25um, 内圆的粗糙度为Ra2.5um，其余为Ra2.0um。形位精度也比较高，为了外圆和外面零件的配合后受力均匀，φ55，φ60 的外圆的径向跳动量小于0.04mm，φ80的跳动量小于0.04mm，φ20孔的轴线的跳动量小于0.05mm，为了保证键槽和键的配合，键槽对φ55外圆的对称度为0.08mm。由于输出轴在工作中要承受较大的冲击载荷和扭矩，为了增强耐磨性和抗扭强度，要对输出轴进行调质处理，硬度为250HBS。 1.2确定毛坯 (1) 毛坯的种类

铸件：铸件适用于形状较复杂的零件毛坯。其铸造方法有砂型铸造、精密铸造、金属型铸造、压力铸造等。较常用的是砂型铸造，当毛坯精度要求低、生产批量较小时，采用木模手工造型法；当毛坯精度要求高、生产批量很大时，采用金属型机器造型法。

铸件材料有铸铁、铸钢及铜、铝等有色金属。

锻件：锻件适用于强度要求高、形状比较简单的零件毛坯。其锻造方法有自由锻和模锻两种。自由锻毛坯精度低、加工余量大、生产率低，适用于单件小批生产以及大型零件毛坯。模锻毛坯精度高、加工余量小、生产率高，但成本也高，适用于中小型零件毛坯的大批大量生产。

型材：型材有热轧和冷拉两种。热轧适用于尺寸较大、精度较低的毛坯；冷拉适用于尺寸较小、精度较高的毛坯。

焊接件：焊接件是根据需要将型材或钢板等焊接而成的毛坯件，它简单方便，生产周期短，但需经时效处理后才能进行机械加工。

冷冲压件：45号钢是优质碳素结构钢，它的强度是61，HRC是48-55，机械上用的比较多；冷冲压件毛坯可以非常接近小成品要求，在小型机械、仪表、轻工电子产品方面应用广泛。但因冲压模具昂贵而仅用于大批大量生产。

该零件的外表形状简单、小批量生产、要求强度高，模锻毛坯精度高、加工余量小、生产率高，但成本也高，适用于中小型零件毛坯的大批大量生产，该轴的毛坯种类为锻件。

1.2.1确定零件的材料

45号钢广泛用于机械制造，这种钢的机械性能很好。但是这是一种中碳钢，淬火性能并不好， 45号钢可以淬硬至HRC42~46。所以如果需要表面硬度，又希望发挥45号钢优越的机械性能，常将45＃钢表面渗碳淬火，这样就能得到需要的表面硬度，45钢是中碳结构钢，冷热加工性能都不，且价格低、来源广，所以应用广泛，所以选45号钢。

1.3 基准的选择

基准是机械制造中应用十分广泛的一个概念，机械产品从设计时零件尺寸的标注,制造时工件的定位，校验时尺寸的测量，一直到装配时零部件的的装配位置确定等，都要用到基准的概念。基准就是用来确定生产对象上几何关系所依据的点,线或面。 (1) 粗基准的选择原则:

① 选择重要表面为粗基准 为保证工件上重要表面的加工余量小而均匀，则应选择该表面为粗基准。所谓重要表面一般是工件上加工精度以及表面质量要求较高的表面，如床身的导轨面，车床主轴箱的主轴孔，都是各自的重要表面。因此，加工床身和主轴箱时，应以导轨面或主轴孔为粗基准。

② 选择不加工表面为粗基准 为了保证加工面与不加工面间的位置要求，一般应选择不加工面为粗基准。如果工件上有多个不加工面，则应选其中与加工面位置要求较高的不加工面为粗基准，以便保证精度要求，使外形对称等。

③ 选择加工余量最小的表面为粗基准 在没有要求保证重要表面加工余量均匀的情况下，如果零件上每个表面都要加工，则应选择其中加工余量最小的表面为粗基准，以避免该表面在加工时因余量不足而留下部分毛坯面，造成工件废品。

④ 选择较为平整光洁、加工面积较大的表面为粗基准 以便工件定位可靠、夹紧方便。

⑤ 粗基准在同一尺寸方向上只能使用一次 因为粗基准本身都是未经机械加工的毛坯面，其表面粗糙且精度低，若重复使用将产生较大的误差。

为了保证精度 所以选择外圆作为粗基准面。首先选用三爪卡盘自动找正原理 夹紧。以外圆为粗基准面 加工端面、中心孔、外圆。然后用已加工过的外圆作为基准 加工另一端面和钻中心孔 保证两个中心孔在同一直线上。 (2) 精基准选择原则: ① 基准重合原则:

即选用设计基准作为定位基准，以避免定位基准与设计基准不重合而引起的基准不重合误差 。

② 基准统一原则;

应采用同一组基准定位加工零件上尽可能多的表面，这就是基准统一原则。这样做可以简化工艺规程的制订工作，减少夹具设计、制造工作量和成本，缩短生产准备周期；由于减少了基准转换，便于保证各加工表面的相互位置精度。例如加工轴类零件时，采用两中心孔定位加工各外圆表面，就符合基准统一原则。 ③ 自为基准原则

某些要求加工余量小而均匀的精加工工序，选择加工表面本身作为定位基准，称为自为基准原则。 ④ 互为基准原则

当对工件上两个相互位置精度要求很高的表面进行加工时，需要用两个表面互相作为基准，反复进行加工，以保证位置精度要求。例如要保证精密齿轮的齿圈跳动精度，在齿面淬硬后，先以齿面定位磨内孔，再以内孔定位磨齿面，从而保证位置精度。 此零件选用两端的中心孔作为精基准，所以用两端中心孔来对外圆半精加工和磨

削。外圆加工完成后用外圆作为精基准，加工内圆。 1.4 机床设备及工艺装备的选用

（1）在选择机床时主要考虑以下因素：

① 机床规格应与工件的外形尺寸相适应，即大件用大机床，小件用小机床。 ② 机床精度应与工件加工精度要求相适应。机床精度过低，不能保证加工精度； 机床精度过高，又会增加工件的制造成本，应根据工件的精度要求合理选择。 ③ 机床的生产效率应与工件的生产类型相适应。单件小批生产用通用设备或数控 机床，大批大量生产应选高效专用设备。

④ 与现有的条件相适应。要根据现有设备及设备负荷状况、外协条件等确定机床， 避免“闭门造车”。

从零件图看来，可以选用高效的专用设备和组合机床，也可选用通用设备。 （2） 工艺装备的选用

工艺装备主要包括刀具.夹具和量具。在工艺卡片中简要写出它们的名称，如：“钻头”“百分表”和“机床夹具”等。

本输出轴选用选数控铣床、数控车床。 1.5刀具的确定 (1) 刀具的要求

数控车床能兼作粗精车削，因此粗车时，要迁强度高、耐用度好的刀具，以便满足粗车时大背吃量、大进给量的要求。精车时，要选精度高、耐用度好的刀具，以保证加工精度的要求。

(2) 刀具选择原则：

① 尽可能选择大的刀杆横截面尺寸，较短的长度尺寸进步刀具的强度和刚度，减小刀具振动；

② 选择较大主偏角（大于75°，接近90°）；粗加工时选用负刃倾角刀具，精加工时选用正刃倾角刀具；

③ 精加工时选用无涂层刀片及小的刀尖圆弧半径； ④ 尽可能选择标准化、系统化刀具； ⑤ 选择正确的、快速装夹的刀杆刀柄。 (3) 刀具的材料

数控最普遍的是硬质合金刀具和高速钢刀具两种。

表1 数控车床加工刀具卡

表2数控铣床加工刀具卡

1.6切削用量的确定与切削液的选择 1.6.1切削用量的确定

数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写入程序中。切削用量包括切削速度、背吃刀量或侧吃刀量及进给速度等。用不同的切削用量。切削用量的选择原则是：保证零件加工精度和表面粗糙度，充分发挥刀具切削性能，保证合理的刀具耐用度并充分发挥机床的性能，最大限度地提高生产率，降低成本。 切削用量的选择：

(1) 被吃刀量ap：在机床工件和机床刀具刚度允许的情况下，应以最少的进给次数去除待加工的余量，以提高生产效率。为了保证零件的加工精度和表面粗糙度可留少许余量进行精加工。本设计被吃刀量ap取2mm。

(2) 切削速度Vc：加大切削速度能提高生产效率，由于切削速度与刀具耐用度成反比，故切削速度的选取取决于刀具的耐用度即刀具的材料和工件的材料。本设计中切削

速度V取为30～75m/min,S取375～475r/min。n=1000vc/3.14D。

(3) 进给速度Vf：进给速度是数控机床切削用量中的重要参数，主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及大局零件的性质来选取。当加工精度和表面粗糙度要求高时进给量应选择小些，最大进给量受机床刚度和进给系统性能影响并与数控系统脉冲当量的大小有关。本设计中vf取30mm～60mm／min。如下表是螺杆的切削用量:

表3车削加工的切削速度(m/min)

1.6.2 切削液的选择

(1) 粗加工，加工余量大，所用切削用量大，产生大量的切削热，因而会使刀具磨损加快，这时应选用以冷却为主的乳化液。

(2) 精加工时，主要为了保证工件的精度和表面粗糙度，延长刀具使用寿命，最好选用切削油。

1.7确定输出轴的加工工艺过程与工序划分 1.7.1 工艺阶段的划分

当零件的加工质量要求较高时，往往不可能用一道工序来满足其要求，而要用几道工序逐步达到所要求的加工质量。为保证加工质量和合理地使用设备、人力，零件的加工过程通常按工序性质不同，可分为粗加工、半精加工、精加工和光整加工四个阶段。 （1）粗加工阶段 其任务是切除毛坯上大部分多余的金属，使毛坯在形状和尺寸上接近零件成品，因此，其主要目标是提高生产率。

（2）半精加工阶段 其任务是使主要表面达到一定的精度，留有一定的精加工余量，为主要表面的精加工做好准备。并可完成一些次要表面加工。

（3）精加工阶段 其任务是保证各主要表面达到规定的尺寸精度和表面粗糙要求，主要目标是全面保证加工质量。

在安排加工顺序时一般应遵循以下原则：

（1）先基准面后其它： 应首先安排被选作精基准的表面的加工，再以加工出的精基准为定位基准，安排其它表面的加工。该原则还有另外一层意思，是指精加工前应先修一下精基准。例如，精度要求高的轴类零件，第一道加工工序就是以外圆面为粗基准加工两端面及顶尖孔，再以顶尖孔定位完成各表面的粗加工；精加工开始前首先要修整顶尖孔，以提高轴在精加工时的定位精度，然后再安排各外圆面的精加工。 （2）先粗后精： 这是指先安排各表面粗加工，后安排精加工。

（3）先主后次：主要表面一般指零件上的设计基准面和重要工作面。这些表面是决定零件质量的主要因素，对其进行加工是工艺过程的主要内容，因而在确定加工顺序时，要首先考虑加工主要表面的工序安排，以保证主要表面的加工精度。在安排好主要表面加工顺序后，常常从加工的方便与经济角度出发，安排次要表面的加工。可以同时方便地加工出箱体顶面上所有紧固孔，故将这些紧固孔安排在加工工艺孔的工序中进行加工。此外，次要表面和主要表面之间往往有相互位置要求，常常要求在主要表面加工后，以主要表面定位进行加工。

（4) 先面后孔：这主要是指箱体和支架类零件的加工而言。一般这类零件上既有平面，又有孔或孔系，这时应先将平面（通常是装配基准）加工出来，再以平面为基准加工孔或孔系。此外，在毛坯面上钻孔或镗孔，容易使钻头引偏或打刀。此时也应先加工面，再加工孔，以避免上述情况的发生。 1.7.2工序的划分 (1)工序的划分

在数控机床上加工零件，工序可以比较集中，在一次装夹中尽可能完成大部分或全部工序。一般工序划分有以下几种方式： ① 按零件装卡定位方式划分工序

由于每个零件结构形状不同，各加工表面的技术要求也有所不同，故加工时，其定位方式则各有差异。一般加工外形时，以内形定位；加工内形时又以外形定位。因而可根据定位方式的不同来划分工序。 ② 粗、精加工划分工序

根据零件的加工精度、刚度和变形等因素来划分工序时，可按粗、精加工分开的原

则来划分工序，即先粗加工再精加工。此时可用不同的机床或不同的刀具进行加工。通常在一次安装中，不允许将零件某一部分表面加工完毕后，再加工零件的其他表面。加工零件时，应先切除整个零件的大部分余量，再将其表面精车一遍，以保证加工精度和表面粗糙度的要求。 ③ 按所用刀具划分工序

为了减少换刀次数，压缩空程时间，减少不必要的定位误差，可按刀具集中工序的方法加工零件，即在一次装夹中，尽可能用同一把刀具加工出可能加工的所有部位，然后再换另一把刀加工其他部位。在专用数控机床和加工中心中常采用这种方法。 (2) 加工路线确定

加工路线的确定首先必须保持被加工零件的尺寸精度和表面质量，其次考虑数值计算简单、走刀路线尽量短、效率较高等。

表4 轴的加工工艺过程卡

2夹具的设计 2.1 2—Φ8夹具

本夹具是钻2—Φ8通孔的专用夹具。在给定的零件中，对本步加工的定位并未提出具体的要求，是自由公差，定位要求较低。因此，本设计的重点应在卡紧的方便性与快速性以及实现钻孔的分度上。下面是夹具设计过程： （1）定位方案

夹具特点，工件以另一端面和键槽定位，通过轴心，用螺栓夹紧。结构简单，制造容易。分度副间有污物时，不直接影响分度副的接触。缺点是无法补偿分度度间的配合间隙对分度精度的影响。分度板孔中一般压入耐磨衬套，与圆柱定位销采用H7/g6配合。其结构图如图1所示：

1 手柄 2 螺母 3开口销

图2 Φ8夹具装配图

（2）分度设计

通过分度盘来实现。拧紧螺母，并通过开口垫圈将工件夹紧。转动手柄，可将分度盘松开。此时用捏手将定位销从定位套中拔出，使分度盘连同工件一起回转180°将定位销重新插入定位套中，即实现了分度。再将手柄转回，销紧分度盘，即可进行加工。 2.2 10xΦ20夹具

1 螺钉 2螺母 3弹簧 4 输出5壳体

图2 Φ20夹具装配图

本次夹具用于10xΦ20mm的孔放在铣 床上，在夹具设计时，应该注意提高劳动生产率。设计时由于装夹时，可能会出现轴的旋转，因此需要足够的力来使轴固定住，因此在轴跟箱盖之间放一个弹簧来产生力，起到加紧力的作用。保证夹具箱盖与轴不产生相应的位置滑动。夹具底部与铣床进行固定。 3结论

本次设计中，遇到了很多平时没有注重的问题，甚至以前从没遇到过的难题，通过向指导老师请教以及自己的学习，才能够基本上得以解决。通过本次设计，对汽车零件的形状、尺寸进行分析，得出总体加工方案。在这次设计中通过对汽车零件的加工工艺，使我对其加工方法、步骤有了较深的认识。

本次设计贯穿了所学的专业知识，综合运用了各科专业知识，从中使我学习了很多平时在课本中未学到的或未深入的内容.我相信这次设计对以后的工作学习都会有很大的帮助. 由于自己所学知识有限，本次设计虽然完成，由于自己知识水平的欠缺，本次毕业设计中存在着许多缺陷与不足，诚请各位老师批评与指正。让我在以后的学习工作中去完善。

这次毕业设计的加工使自已看到了以前学习的很多漏洞，同时，也提高了自身的自学能力和综合知识的能力。从而具有结构分析和结构设计的初步能力；建立正确的设计思想和理论联系实际的工作。 致谢

本设计是在郭生霞老师悉心指导下完成的。在本次设计期间,除了自己的努力对该课题的学习、研究外,离不开指导郭老师的精心指导、好的建议与意见。在此，我要特别感谢我的指导老师郭生霞老师，他对我毕业设计给予了很多的指导，在郭老师悉心教导的这段时间里，他严谨的治学态度，渊博的知识，正直的人格，温和的态度，给我留下了极为深刻的印象，为我今后的工作、生活树立了良好的榜样。

在这里我还要感谢学校这三年提供的学习机会，使我学到了许多的知识和对知识的应用。在整个论文期间，自始自终得到了郭老师的大力支持和热情帮助。在此谨向郭生霞老师表示衷心的谢意！

同时，在完成论文的过程中，还得到了数控车间老师和众多同学的热情帮助，在此一并表示感谢！ 参考文献

[1] 机械设计手册.机械工业出版社.2004.

[2] 李华.机械制造技术.清华大学出版社.2006.

[3] 郑金兴.机械制造装备设计.哈尔滨工程大学出版社.2008. [4] 胡家秀.机械零件设计实用手册.机械工业出版社.2004. [5] 朱骥北.机械控制工程基础.机械工业出版社.1999.10.

[6] 倪森寿.机械制造工艺与装备课程设计指导书. 机械工业出版社.2004. [7] 机床夹具图册.机械工业出版社.2001

[8] 现代机械设备设计手册.机械工业出版社.2006 [9] 机械工程手册.机械工业出版社.2003 [10] 机床夹具设计.机械工业出版社.2005

附件1

附件2

G21 G40 G97 G99; M03 S600 T0101; G00 X185 Z2.0; G71 U0.5 R1 G71 P1 Q2 U0.5 R0.5 F0.2; N1 G00 X55; G01 Z -80 F0.1; X 58; X 60 Z-81; Z-102; X 63; X 65 Z-103; Z -127; X 75; Z-195; X 100; X 120 Z-212; X 176; Z-244; N2 G01 X 185; G00 X190 Z 100; M05 M 30; M03 S1000 T0101; G00 X185 Z 2.0; G 70 P 1 Q 2 F0.2; G00 X 190 Z 100; M05 M30;

G21 G40 G97 G99; M03 S600 T0202;

G00 X16 Z2.0; G71 U0.5 R1 G71 P1 Q2 U-0.5 R0.5 F0.2; N1 G00 X50; G01 Z -40 F0.1; X 80; Z-23;neng X104; Z 20

N2 G00 X100 Z100; M05 M 30; M03 S1000 T0202; G00 X16 Z 2.0; G 70 P 1 Q 2 F0.2; G00 X 100 Z 100; M05 M30;

O00001：

M03S1000G16G99G81X140Y0Z-5F200; G91Y36K5; G91G28Z0; G91G28Y0; M30； Q00001：

M03S1000G91G01Z-0.2F200; X16F300; Y50; GO3X4R2; Y-50; G03X-4R2;

X-16; M99; O00002; MO3S1200; M30;