西安工业大学课程设计封面

课程设计说明书

题目：卷扬机滚筒轴机械制造工艺课程设计

院、 系： 机电工程学院 学科专业： 工业工程 学 生： 黄涛 学 号： 110217108 指导教师： 贾培刚

14 年 7 月

1. 前言

机械制造工艺学课程设计是在我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业之后进行的。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, 就我个人而言，我希望能通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后参加祖国的现代化建设打下一个良好的基础。我也相信通过课程设计能将零碎的知识点都联系起来，系统而全面的做好设计。

本次课程设计是机械制造工艺学这门课程的一个阶段总结，是对课堂中学习的基本理论和在生产实习中学到的实践知识的一个实际应用过程。由于知识和经验所限，设计会有许多不足之处，所以恳请老师给予指导。本次机械制造工艺学课程设计不仅仅能帮助我们利用已学的知识进行设计，还培养了我们自己分析，独立思考的能力。由于知识和经验所限，设计会有许多不足之处，所以恳请老师给予指导。

2. 轴的用途及改进意见

轴是组成机器的主要零件之一。轴类零件的功用及结构特点轴类零件是典型的机器零件。用来支承传动件, 传递运动和扭矩。一切作回转运动的传动零件（如齿轮、蜗杆登），都必须安装在轴上才能进行运动及动力的传递。因此轴的主要作用是支承回转零件及传递运动和动力。按照轴的承受载荷不同，轴可分为转轴、心轴和传动轴三类。工作中既承受弯矩又承受扭矩的轴成为转轴，只承受弯矩的轴称为心轴，只承受扭矩而不承受弯矩的轴称为传动轴。

2.1了解各项技术条件, 提出必要的改进意见

零件的功用, 及使用条件分析：

滚筒轴支承在两个轴承上, 右端通过圆锥面和传动键同滚筒相连, 中部经花键与齿轮相连；动力经齿轮传递到滚筒轴和传动键以实现滚筒的转动；为减少灰尘危

害, 设有内喷雾装置, 相应滚筒零件轴做成空心的, 以便钢管通过。为防止泄漏, 还设有密封装置. 由于工作负荷较大, 滚筒轴将承受较大的扭, 弯载荷, 工作条件十分恶劣。

2.2滚筒轴主要的技术要求

对支承轴颈的要求：

为保证与轴承有良好的配合及满足装配要求, 规定支承轴颈的尺寸精度为IT6, 两支承轴颈与定位台阶面对公共轴线的跳动为0.01mm ；并能综合控制形, 位误差, 表面粗糙度Ra1.6~0.8µm 。 对配合锥面的要求：

为使滚筒转动时, 不产生较大的跳动, 规定锥面对公共轴线的跳动为0.01mm; 为保证锥面配合的可靠性, 规定锥面与锥孔配合接触面积不小于75%,

外锥面的表面粗糙度Ra2.5~1.25µm 。平键槽侧面对锥面轴线的对称度为0.03mm 。 对其它表面的要求

齿轮孔与轴外花键的配合, 为减小齿轮转动时的跳动, 规定花键内径对公共轴线的跳动为0.01mm, 为保证密封效果, 还规定Φ50H7对公共轴线的跳动为0.01mm. 对花键用综合环规检验, 以保证装配精度。 热处理要求

毛坯锻造后正火, 为提高材料的综合机械性能粗加工后应按排调质处理，硬度HB240-280。

3. 结构工艺性分析

3.1选择毛坯

滚筒轴为阶梯轴, 台阶之间相差不大, 但使用条件对工件材料有强度方面的要求, 应选择锻件, 零件的生产纲领为中批生产, 最后确定为模锻毛坯.

3.1.1毛坯尺寸

由工艺人员手册可查得锻件单边余量厚度方向1.5-2mm ，取2mm ，水平方向为2.0-2.7mm ，取2.5mm. 锻件质量小于1kg ，长度大于120mm ，取其上偏差+0.17mm，下偏差-0.08mm 。锻件厚度尺寸大于40mm ，取其上偏差+0.12mm，下偏差-0.04mm 。

0. 17B/H

3.1.2毛坯公差等级

根据零件图各部分的加工精度要求，锻件的尺寸公差等级为8-12级，加工余量等级为普通级，故取IT=12级。

3.1.3零件表面粗糙度

根据零件图可知该轴各加工表面的粗糙度至少为12.5µm。 综上，锻件毛坯图如附件所示。

3.2拟定工艺过程 3.2.1定位基准的选择

3.2.1.1精基准的选择

根据定位精基准的选择原则:基准重合与基准统一原则, 应选择轴的公共回转轴线作为统一的定位精基准。

这样既可避免基准不重合误差, 也能保证各表面之间的位置精度。

由于滚筒轴是一空心轴, 半精车时可采用两端中心孔作为定位精基准, 轴心线上孔加工以后, 应再加工出两端的60º内锥面作为后续加工的定位精基准。

3.2.1.2粗基准

应能保证加工面与非加工面之间的位置精度，合理分配各加工面的余量，为后续工序提供精基准。所以为了便于定位、装夹和加工，可选轴的外圆表面为定位基准，或用外圆表面和顶尖孔共同作为定位基准。用外圆表面定位时，因基准面加工和工作装夹都比较方便，一般用卡盘装夹。为了保证重要表面的粗加工余量小而均匀，应选该表面为粗基准，并且要保证工件加工面与其他不加工表面之间的位置精度。按照粗基准的选择原则，选择次要加工表面为粗基准。又考虑到阶梯轴的工艺特点，所以选择φ220的外圆及一端面为粗基准。

3.3加工方法的选择

1:主要表面, 两支承轴颈, 尺寸精度IT6,Ra0.8µm, 应选:车—磨, 的加工方法。 2、配合锥面:Ra1.6µm, 应选车-磨, 3、花键:内径Ra1.6µm, 其余Ra6.4-3.3 µm, 选铣-磨；

4、Φ30深孔:车床钻削； 5、3-M12螺孔:钻床钻-攻加工； 6、平键槽:普通铣床铣削； 7、其它表面:均可采用车床车削；

3.4 划分加工阶段

1、支承表面:(根据精度, 毛坯, 批量, 结构及尺寸大小) 应划分为: 粗车-半精车-精车-磨削。 2、锥面:粗车-半精车-精车-磨削.

3、花键:铣两侧面-铣底径-铣空刀槽-磨底径。 4、 Φ30深孔:在车床上用加长钻削； 5、3-M12螺孔:钻床钻-攻加工； 6、平键槽:普通铣床铣削；

7、其它表面:粗车-精车；

3.5按排加工顺序

1、机械加工顺序的按排

1) 基准先行

作为定位精基准的表面应首先按排加工；由于滚筒轴毛坯为模锻, 毛坯精度较低, 加工余量也较大。

加工前应先划线, 打洋冲眼, 再按划线, 打洋冲眼的位置钻中心孔, 作为粗车各外圆的定位精基准.

在后续的半精车时, 再平两端面, 重钻中心孔; 以消除调质变形的影响, 提高定位精度。

由于滚筒轴的具体结构, 需在轴心线位置钻Φ30mm 通孔, 原有的两端面定位中心孔被切除, 因此, 需在两端面孔口车出两60º锥面作为后面加工的定位精基准。 2、主次分开, 划分加工阶段

零件是由多个不同类型的表面组成的, 在按排这些表面的加工先后顺序时, 必须把主要表面和次要表面的加工分开, 先按排主要表面的加工, 再视具体 情况按排次要表面的加工，对主要表面的加工应划分加工阶段。

对滚筒轴, 中等精度, 批量不大, 可划分为粗加工阶段:包括, 中心孔, 各外圆的粗车; 半精加工阶段:包括各外圆的半精车, 深孔的加工, 孔两端台阶孔,60º定位锥面的加工；精加工阶段:包括各外圆的精车, 支承轴颈的磨削, 锥面的磨削。 3、先面后孔

这一原则适用于支架箱体零件的加工. 4、次要表面加工穿插进行

使加工阶段的划分更加明显, 加大各加工阶段

之间的时间间隔, 使残余应力有足够的时间重新分布以稳定加工尺寸, 保证加工精度。

在主要表面的半精车到精车之间穿插:Φ34mm 深孔, 两端台阶孔,60º定位内锥面的加工。

Φ34mm 深孔的加工, 按排在调质与半精车以后, 为深孔的加工提供了可靠的定位基准, 并避免了热处理引起变形的影响, 可使得壁厚均匀, 保证了在加工60º定位

内锥面的精度, 同时提高了作为定位精基准面的60º定位内锥面的定位精度。 在精车与磨削之间穿插两端面挡板固定螺孔(4-M16及4-M27) 的加工。 花键的加工, 由于花键轴上, 安装动力输入齿轮, 二者之间有较高的位置精度, 把花键的加工放在两支承轴颈精加工的后边, 以精加工过的两支承轴颈作为定位精基准, 能保证相关的加工精度。

为进一步保证花键的加工精度, 铣花键后再按排磨削, 中间穿插锥面上平键槽的加工, 最后按排固定平键的3-M12螺孔的加工。 2、热处理工序的按排

毛坯锻糙后正火处理; 粗加工后调质处理。 3、辅助工序的按排

所有工序完成以后, 按排一次抽检。

4工序集中与工序分散程度的确定

由于滚筒轴为中小批生产, 宜采用工序集中的原则划分工序。如外圆的车削, 粗车, 半精车, 精车各外圆表面, 台阶面, 都是集中在一道工序内完成的。

5. 选择机床及工艺装备, 确定加工余量, 工序尺寸及公差, 估算工时定额后即完成了滚筒轴的工艺设计。

5.1机床选择

零件轴的生产类型为小批量生产，可以选用较高效率的专用机床和通用机床。根据该轴尺寸的大小要求，选用卧式车床CA6140，外圆磨床M1412, 铣床X083。

5.2刀具选择

因为该传动轴为阶梯轴，所以选用90度角外圆车刀（车台阶）材料为YT15

45°刀（倒角）和切槽刀（切槽） 量具选择

因为该轴最大长度为85，所以选用量程0-100，精度0.05游标卡尺。各工序具体所用工艺设备见下表

5.3确定工序尺寸

1. 轴段4、6外圆面。其加工路线为粗车——半精车——精车——磨。由工序6、8、11、13组成，据查到的加工余量得磨为0.25，精车为0.6，半精车为1.5 ，经修正后的粗车余量为5 。确定总加工余量为7.85。

计算各工序尺寸： 磨前：215+0.25=215.25 精车前：215.25+0.6=215.85 半精车之前：215.85+1.5=217.35 粗车前：217.35+5=222.35

按照加工方法能达到的经济精度给各工序尺寸确定公差, 查工艺手册可知 每道工序的经济精度所对应的值为：

取磨的经济精度公差等级为IT7，其公差值为T1=0.018mm。

取精车的经济精度公差等级为IT8，其公差值为T1=0.027mm。 取半精车的经济精度公差等级IT9，其公差值为T2=0.043mm。 取粗车的经济精度公差等级IT11，其公差值为T3=0.11mm。 其数据如下表

现用计算法对磨径向的工序量进行分析：查表得Z1=0.1mm。则磨基本尺寸为A2=215+0.1=215.1mm，磨加工工序的经济加工精度等级为IT7级。可确认其公差值0.018mm ，故取A1=（215.1±0.02）mm 。

2. 对轴段5外圆表面，工序其加工路线为粗车——半精车——精车——磨。由工序6、8、11、13组成，据查到的加工余量得磨为0.25，精车为0.6，半精车为1.5 ，经修正后的粗车余量为5 。确定总加工余量为7.35。

计算各工序尺寸： 磨前：201+0.25=201.25 精车前：201.25+0.6=207.85 半精车之前：207.85+1.5=209.35 粗车前：209.35+5=214.35

取磨的经济精度公差等级为IT7，其公差值为T1=0.018mm。 取精车的经济精度等级为IT8，公差值为T1=0.027mm。

取半精车的经济精度等级为IT9，公差值为T2=0.043mm。 取粗车的经济精度等级为IT11，公差值为T1=0.11mm。 将以上数据填入表格

现用计算法对磨径向的工序量进行分析：查表得Z1=0.1mm。则磨基本尺寸为A2=215+0.1=215.1mm，磨加工工序的经济加工精度等级为IT7级。可确认其公差值0.018mm ，故取A1=（215.1±0.02）mm 。

3. 轴段3外圆面。其加工路线为粗车——半精车——精车——磨。由工序6、8、11、13组成，据查到的加工余量得磨为0.25，精车为0.6，半精车为1.5 ，经修正后的粗车余量为5 。确定总加工余量为25。

计算各工序尺寸： 磨前：190+0.25=190.25 精车前：190.25+0.6=190.85 半精车之前：190.85+1.5=191.35 粗车前191.35+23.65=215

按照加工方法能达到的经济精度给各工序尺寸确定公差, 查工艺手册可知 每道工序的经济精度所对应的值为：

取磨的经济精度公差等级为IT7，其公差值为T1=0.018mm。 取精车的经济精度公差等级为IT8，其公差值为T1=0.027mm。 取半精车的经济精度公差等级IT9，其公差值为T2=0.043mm。

取粗车的经济精度公差等级IT11，其公差值为T3=0.11mm。 其数据如下表

5. 轴段7外圆面。其加工路线为粗车——半精车——精车——磨。由工序6、8、11、13组成，据查到的加工余量得磨为0.25，精车为0.6，半精车为1.5 ，经修正后的粗车余量为24.65 。确定总加工余量为25。

计算各工序尺寸： 磨前：188+0.25=188.25 精车前：188.25+0.6=188.85 半精车之前：188.85+1.5=190.35 粗车前190.35+24.65=215

按照加工方法能达到的经济精度给各工序尺寸确定公差, 查工艺手册可知 每道工序的经济精度所对应的值为：

取磨的经济精度公差等级为IT7，其公差值为T1=0.018mm。 取精车的经济精度公差等级为IT8，其公差值为T1=0.027mm。 取半精车的经济精度公差等级IT9，其公差值为T2=0.043mm。 取粗车的经济精度公差等级IT11，其公差值为T3=0.11mm。 其数据如下表

现用计算法对磨径向的工序量进行分析：查表得Z1=0.1mm。则磨基本尺寸为A2=188+0.1=188.1mm，磨加工工序的经济加工精度等级为IT7级。可确认其公差值0.018mm ，故取A1=（188.1±0.02）mm 。

5. 轴段2外圆面。其加工路线为粗车——半精车——精车——磨。由工序6、8、11、13组成，据查到的加工余量得磨为0.25，精车为0.6，半精车为1.5 ，经修正后的粗车余量为 。确定总加工余量为10。

计算各工序尺寸： 磨前：180+0.25=180.25 精车前：180.25+0.6=180.85 半精车之前：180.85+1.5=182.35 粗车前182.35+7.65=190

按照加工方法能达到的经济精度给各工序尺寸确定公差, 查工艺手册可知 每道工序的经济精度所对应的值为：

取磨的经济精度公差等级为IT7，其公差值为T1=0.018mm。 取精车的经济精度公差等级为IT8，其公差值为T1=0.027mm。 取半精车的经济精度公差等级IT9，其公差值为T2=0.043mm。 取粗车的经济精度公差等级IT11，其公差值为T3=0.11mm。 其数据如下表

现用计算法对磨径向的工序量进行分析：查表得Z1=0.1mm。则磨基本尺寸为A2=180+0.1=180.1mm，磨加工工序的经济加工精度等级为IT7级。可确认其公差值0.018mm ，故取A1=（180.1±0.02）mm 。

6. 轴段1外圆面。其加工路线为粗车——半精车——精车——磨。由工序6、8、11、13组成，据查到的加工余量得磨为0.25，精车为0.6，半精车为1.5 ，经修正后的粗车余量为 。确定总加工余量为10。

计算各工序尺寸： 磨前：150+0.25=150.25 精车前：150.25+0.6=150.85 半精车之前：150.85+1.5=152.35 粗车前152.35+27.65=180

按照加工方法能达到的经济精度给各工序尺寸确定公差, 查工艺手册可知 每道工序的经济精度所对应的值为：

取磨的经济精度公差等级为IT7，其公差值为T1=0.018mm。 取精车的经济精度公差等级为IT8，其公差值为T1=0.027mm。 取半精车的经济精度公差等级IT9，其公差值为T2=0.043mm。 取粗车的经济精度公差等级IT11，其公差值为T3=0.11mm。 其数据如下表

现用计算法对磨径向的工序量进行分析：查表得Z1=0.1mm。则磨基本尺寸为A2=150+0.1=150.1mm，磨加工工序的经济加工精度等级为IT7级。可确认其公差值0.018mm ，故取A1=（150.1±0.02）mm 。

5.4确定工序的切削用量

确定切削用量的原则：首先应选取尽可能大的背吃刀量，其次在机床动力和刚度允许的条件下，又满足以加工表面粗糙度的情况下，选取尽可能大的进给量。最后根据公式确定最佳切削速度。

1）工序30，粗车轴的左右端面

该工序为两个工步，工步1是以左边定位。粗车右端面；工步2是以右边定位，粗车左端面。由于这两个工步是在一台机床上经一次走刀加工完成的，故其选用的切削用量相同。

背吃刀量的确定：

根据加工余量，工步1和工步2的背吃刀量都为0.5mm ② 进给量的确定：

本设计采用的是硬质合金车刀，工件材料是40Cr ，查表取进给量f ＝0.5mm/r

③ 切削速度的计算：

硬质合金车刀切削40Cr 时，取切削速度V 为50m/min，根据公式

n =1000v /πd ，可得车床转速n=1000³50/（π³24）r/min=663r/min，查表CA6140

的主轴转速范围为10~1400，1400~1580（r/min），符合要求。

2）工序40粗车及工序60半精车

① 该工序为工步1粗车和工步2半精车，则背吃刀量依次为 ap1=z=6.2mm， ap2=z=2.2mm

②查表得 粗车 f1=0.81mm/r，取Vc 为60m/min，则n=796r/min ③半精车，取f2=0.4mm/r，Vc 为90m/min，则n=1194r/min (n=1000Vc/πd)

3）工序40、工序60的过渡面部分 粗车——半精车尺寸为φ20的轴肩两端面 粗车轴段2与轴段1的过渡端面 其切削用量与上述结论类似，不再计算 4）工序90、100粗铣及半精铣键槽

粗铣 取f=2mm/r Vc=60m/min n=118 r/min 半精铣取f=0.8mm/r Vc=74m/min n=200 r/min 5）工序120、130粗磨、精磨加工轴段1、4外圆面

查表取粗磨、精磨深度进给量为分别为0.032mm ，0.008mm 工件的运动速度为15m/min，18m/min 背吃刀量等于磨削余量0.25mm 及0.1mm 6）其余工序

①粗车加工时，取f=0.81mm/r Vc=60m/min ②半精车加工时，取f=0.51mm/r Vc=90m/min ③精加工时，取f=0.2mm/r Vc=120m/min 皆符合要求。

6. 滚筒轴的简单工艺规程如下所示:

7. 夹具设计

本夹具是第11道工序钻2-φ8通孔的专用夹具。刀具为直柄麻花钻8-L GB/T

6135.3－1996。

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：

7.1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。其结构图附件3所示：

7.2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。

7.3切削力和夹紧力的计算

本工序加工是钻削可估算其夹紧力，其为螺旋夹紧机构。实际效果可以保证可靠的卡紧。

根据公式：

`

M Q =W K [r `tan ϕ1+r Z tan(α+ϕ2)]

1

η0

M Q ——原动力（N ²mm ）

W K ——实际所需夹紧力

r `——螺杆端部与工件间的当量摩擦半径（mm ）

r Z ——螺纹中径之半(mm)

α——螺纹升角（°）

ϕ1——螺杆端部与工件间的当量摩擦角（°）

``

——螺旋副的当量摩擦角（°），ϕ2ϕ2=cot

tan ϕ2

cos β

η0——除螺旋机构以外的效率，其值为0.85~0.958。

参数:Wk = 100

使用快速螺旋定位机构快速人工卡紧，调节卡紧力调节装置，即可指定可靠的卡紧力。

8. 设计小结

本次的《机械制造工艺》课程设计让我又重新温习了书本上的内容，我明白了不论什么时候不管干什么事总是离不开书本，不管什么时候从书上我们总可以找

得到我们想要的东西。书上的东西永远是基础的，而基础正是向更深的领域迈进，没有这个基础我们永远都不会享受到成功的喜悦。课程设计不仅培养了我们发现问题、分析问题、解决问题的逻辑思维能力, 更重要的是学会了熟悉运用机械制造工艺学中的基本理论实际知识解决零件在加工中的定位，夹紧，以及工艺路线安排，工艺尺寸确定等问题保证加工质量。通过这次轴的设计, 让我们从机械基础到公差配合、从机械制图、计算机绘图到机床设备应用，把机械制造过程中的各种知识综合整理，又有了更高层次的理解和发现。在绘制各种零件图或毛坯图的时候，一定要细心不能马虎一点，因为这些图都比较烦琐，所以必须一步一步来，不可贪图方便。同时，在设计的过程中，我们也遇到了很多问题，其中就有不少就是因为自己的知识储备是很有限的，因此，我也更加感受到了自己的不足并决心努力克服改正。

9. 参考资料

【1】王先逵. 机械制造工艺学［Ｍ］. 北京：机械工业出版社，2006. 【2】陈锡渠. 金属切削原理与工具［Ｍ］. 北京：北京大学出版社，2006.

【3】葛金印. 机械制造技术基础基本常识［Ｍ］. 北京：高等教育出版社,2004. 【4】马永杰. 热处理工艺方法600种［Ｍ］. 北京：化学工业出版社，2008. 【5】邓文英. 金属工艺学［Ｍ］. 北京：高等教育出版社，2008.

10. 附件

附件1毛胚图1张 附件2零件图1张 附件3夹具装配图1张 附件4夹具零件图1张 附件5工艺过程卡片19张