阶梯轴的工艺规程及工装设计课程设计

前 言

毕业设计实在学完了机械制造工艺学、数空机床、数控变编程及经过了生产实习后，进行的一个重要的教学环节，是在培养学生独立工作的能力的重要手段，也是为搞好以后的工作一次预备训练。其目的是培养学生运用过去所学的知识。每个学生通过毕业设计，要求能做到以下几点： 1、能熟练运用“机械制造工艺学”、“夹具设计”、“数控机床”、

“数控编程”等课程的基本理论。正确解决实际生产比较复杂的毛坯选择，确定加工中的定位与加紧、工艺路线、尺寸标注、机床操作和工艺装备选择等问题。掌握正确编制零件机械加工工艺规程的原则、方法、步骤。 2、能够运用规定加紧符号，正确绘制工序图，并能正确标注工序尺寸、尺寸公差、形位公差和表面粗糙度。

3、通过夹具设计的训练，能根据工件的具体加工要求，正确选择定位元件与夹紧元件，能正确进行定位误差和夹紧误差的计算，合理布置夹紧力的作用点和作用方向。根据国家制图标准，设计出高效、省力，既经济合理，又能保证加工质量。

4、 掌握零件的数控加工工艺编制原则、方法和步骤，并完成零件加工数控程序一套。

5、学会准确使用有关工具手册、标准和图表资料。

6、通过编写设计说明书，进一步提高撰写技术总结和文件的能力。

目 录

毕业设计（论文）任务书﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍２ 前 言﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍３ 第一篇 零件图分析﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍５ 第二篇 工艺规程的制定﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍７ 第三篇

零件的编程﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍18

毕业设计(论文) 体会﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍23 参考文献﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍24

第一篇 零件图分析

一、零件图分析

零件图的技术要求

由于条件不同，轴类零件的技术要求不完全相同。结合本零件的介绍其技术要求如下： 1．尺寸精度.

配合轴颈尺寸公差等级通常为IT8~IT6，该轴配合轴颈Φ24、Φ9的公差等级为IT7。支承轴颈一般为IT7~IT6，精密的的为IT5，该轴支承轴颈Φ10、Φ16为IT6。 2．位置精度.

配合轴颈对支承轴颈一般有径向圆跳动或同轴度要求，装配定位用的轴肩对支承轴颈一般有端面圆跳动或垂直度要求。径向圆跳动和端面圆跳动公差通常为0.01~0.03mm，高精度轴为0.001~0.005mm，该轴均为0.02mm 。

3．表面粗糙度的要求：

轴颈的表面粗糙度值Ra 应与尺寸公差等级相适应。装配定位用的轴肩的Ra 值为0.4~0.2μm；公差等级为IT6的Ra 值通常为0.8~0.4μm；公差等级为IT8~IT7的Ra 值为1.6~0.8μm。装配定位的轴肩Ra 值通常为1.6~0.8μm；其余的为6.3μm。该轴的Φ24的Ra 值为1.6μm；Φ10~Φ16的Ra 值为0.8μm；Φ12的轴肩Ra 值为0.8μm；M12X1轴肩的Ra 值为3. μm。

二、通过对零件图所示数据及实际加工中条件的要求，需要对零件图进行分析，并制定详细的工艺规程的路线，根据工艺路线进行实际加工，要加工图1－1所示的零件，在图纸上所放应的实际加工出的零件所需要达到的尺寸，而我们要加工出此零件就需要制定我们所选用的毛坯尺寸。首先要设定毛坯的种类。

1．根据图示所给信息及零件的特点：

（1）本工件的材料为45#（钢），宜选用锻件毛坯；

（2）本工件加工余量大、加工精度低、生产率不高，且结构简单，宜选用

锻件毛坯；

（3）由于本工件是小批量生产，宜选用锻件毛坯；

（4）由实际加工工艺水平及经济性决定毛坯的形状和尺寸尽量与工件储存

相接近；

总上所示，我们确定选用毛坯的种类：自由锻件。 2．毛坯的尺寸如图所示：

第二篇 工艺规程的制定

一、 参考 1． 零件图 2． 技术要求 3． 加工手册等 二、 编制工艺 1． 毛坯（料）

包括：材料、毛坯长、直径及毛坯的技术要求。 2． 分阶段加工顺序

包括：各阶段如何进行，如：车削等。 3． 辅助顺序的安排

包括：热处理、检验、去毛刺、清洗等。

三、 工序图

1． 画本工序的加工部位

2． 工序尺寸公差、形位公差和粗糙度 3． 填写明细表

4． 注明各工序的加工技术要求 四、 工艺规程

零件名称：阶梯轴 材料：45#（钢）

工艺路线卡

五、 机床与工艺装备的选择 （一）机床的选择

为了合理选择机床，必须对各种机床的规格、性能等进行详细的了解。在工件的加工方法确定以后，加工工件所需的的机床就已基本确定由于同一类型的机床中有多种规格，其性能也不完全相同，所以加工范围和质量各不相同，只有合理选择机床，才能加工出理想的产品。通过对本工件的尺寸和公差分析，应选用普通卧室车床，其型号：CA6140。 （二）工艺装备的选择 1．夹具的选择

单件小批量生产，尽量选用通用夹具和机床自带夹具。本工件是一个实心轴，并且轴的长度不很长，所以使用普通三爪卡盘夹紧工件。 2．刀具的选择

尽量选用标准刀具，适当时可选用特殊刀具。 3．量具选择

本零件属于单件小批量生产，所以采用通用量具：游标卡尺、 分尺等。

六、 工艺规程的分析 1．下料

输出轴加工毛坯的选择，毛坯种类有铸件、锻件、型材、毛坯组合、板料等进行加工完成。按照零件的要求：

（1） 按小批量生产编制工艺规程；

（2） 零件台阶直径相差较大，为节约材料和尽量减少机械加工的劳

动量，宜选用锻件毛坯；

（3） 零件加工的材料为45钢，45钢是适合锻造的材料；

因此，该零件应采用自由锻件毛坯； L=70mm L1=14mm L2=38mm D1=34mm D2=16mm D3=20mm

技术要求：保证外圆表面光滑，无凹凸之处，各边无毛刺，各外圆无锈、氧化腐蚀等。 2. 正火

一般在下料之后要对工件进行热处理，以便消除工件内部的应力对工件的加工带来的影响。根据本工件的材料和加工性能应对工件进行正火处理降低工件的硬度。并保证工件的硬度厚度。正火后的硬度值为HB320~350 3．车右端面

通过对零件图的分析及其精度、表面粗糙度的给定，根据以精基准定位先加工粗基准。再以粗基准定位加工精基准面的原则，结合通常机床加工的不同，我们首先以毛坯的左基准定位来加工右端面，由于对右端面的要求较高，我们分别将此工序分为三个工步：

第一工步：以左端面为基准平面，用三爪自定心卡盘紧固零件，用粗车刀加工右端面，保证尺寸至55. 2mm ，表面粗糙度达到Ra=6.3μm。

第二工步：以左端面为基准平面，用三爪自定心卡盘紧固零件，换刀半精车右端面，保证尺寸至54.2mm ，表面粗糙度达到6.3μm。

第三工步：以左端面为基准平面，用三爪自定心卡盘禁固零件，用中心钻钻右端面的中心孔，为以后加工的定位基准重合做准备。

技术要求：保证端面的Ra=3.2μm 机床：普通车床 型号：CA6140 夹具：三爪自定心卡盘 量具：三用游标卡尺

刀具：45度外圆偏刀、中心钻 4．粗车外圆

通过对零件图的分析，本工序首先确定定位基准，因为：

（1） 轴类零件的定位基准最常用的就是中心孔，以已加工好的中心空定 位，车外圆。

（2） 零件对对称度等的要求较高，用中心孔定位可达到图标的要求的尺 寸，而且符合基准重合的原则；

（3） 用中心孔定位能够最大限度的在一次装夹中加工出多个外圆表面，而 且符合基准统一的原则。

所以以已加工好的中心孔为定位基准，来车外圆表面。根据零件的的几何形状将本工序分为以下三个工步。

第一工步：以中心孔定位，用三爪卡盘紧固零件的左端面，从右端面开始车，横向进给保证外圆尺寸Φ=14mm，进给至L=14mm。

第二工步：以中心孔定位，用三爪卡盘紧固零件的左端面，从右端面开始车，横向进给保证外圆尺寸Φ=18mm，进给至L=38mm。

第三工步：以中心孔定位，用三爪卡盘紧固零件的左端面，从右端面开始车，横向进给保证外圆尺寸Φ=28mm，进给至L=54.2mm。 5．调质

在轴的加工过程中应安排足够的热处理工序，以保证轴的力学性能及加工精度的要求，并改善工件的切削加工性能。轴的的热处理要根据其材料和使用要求确定。

结合本工件的的材料和加工性能将热处理工序放在粗加工之后、半精加工之前，有利于消除粗加工所产生的残余应力对工件的有影响，并可保

证调质层的厚度。本工件经调质硬度在HBS220~250之间。 6．半精车外圆

半精车是在粗车外圆的基础上，为精车做准备的工序，在保证给精车留有合理的余量的前提下进行的一道工序，对本工件的尺寸分析的后，可以将本工序分为以下五个工步：

第一工步：中心孔作为定为基准，用三爪卡盘紧固零件的左端面，从右端面开始车，横向进给保证外圆尺寸Φ=13.2mm，进给至L=14mm。

第二工步: 以中心孔定位，用三爪卡盘紧固零件的左端面，从L=14mm处开始车，车锥面保证Φ=17.2mm，进给至L=18mm。

第三工步：以中心孔定位，用三爪卡盘紧固零件的左端面，从L=18mm处开始车，横向进给车锥面Φ=11.2mm。进给至L=38mm。

第四工步：以中心孔定位，用三爪卡盘紧固零件的左端面，从L=38mm处开始车，横向进给用93度外圆偏刀车R=4的圆弧面，进给至L=42mm。改变G 指令切削R=3的圆弧面。进给至L=45。

第五工步：以中心孔定位，用三爪卡盘紧固零件的左端面，从L=45mm处车削Φ=25.2mm，横向进给至L=54.2mm。保证余量为1.2mm 。 7．检验

本工序是主要的辅助工序，是保证工件质量的重要措施。根据机械加工工序的安排，要在热处理前要检验，要求对半精加工后的零件的尺寸、公差、精度等要求作以检验。

首先进行尺寸检查，检查各台阶、锥面、圆弧面的尺寸是否达标，其

次，检查工件的表面粗糙度、尺寸公差、位置公差等是否合格。各项均达到图标要求后，进行下一道工序。

本工序是在检验台上进行检验，量具为三用游标卡尺。 8．修研中心孔

以中心孔作为定位基准，中心孔的圆度和多角形会复映到加工表面上去，中心孔的同轴度误差会使中心孔与顶尖接触不良，中心孔与顶尖接触精度将直接影响主轴的加工精度。作为定位基面的中心孔经过多次使用后可能磨损和拉毛，或内应力发生位置变动或表面产生氧化皮，因此需要对中心孔进行修磨。 9．精车外圆

精车是在半精车外圆的基础上，对工件精车一道的工序，对本工件的尺寸分析的后，可以将本工序分为以下五个工步：

第一工步：中心孔作为定为基准，用三爪卡盘紧固零件的左端面，从右端面开始车，横向进给保证外圆尺寸Φ=12.8mm，进给至L=14mm。

第二工步: 以中心孔定位，用三爪卡盘紧固零件的左端面，从L=14mm处开始车，车锥面保证Φ=16mm，进给至L=18mm。

第三工步：以中心孔定位，用三爪卡盘紧固零件的左端面，从L=18mm处开始车，横向进给车锥面Φ=10mm, 进给至L=38mm。

第四工步：以中心孔定位，用三爪卡盘紧固零件的左端面，从L=38mm处开始车，横向进给用93度外圆偏刀车R=4的圆弧面，进给至L=42mm。改变G 指令切削R=3的圆弧面。进给至L=45。

第五工步：以中心孔定位，用三爪卡盘紧固零件的左端面，从L=45mm处车削Φ=24mm，横向进给至L=54.2mm。 技术要求：

外圆表面粗糙度Φ=24mm 的Ra=1.6μm、锥面Ra=0.8μm 10．切削退刀槽

退刀槽在车削车削螺纹时，为便于退出刀具，预先制出退刀的空槽。按照本工件工序的安排，在下一道工序（车螺纹）之前安排此工序确保螺纹的加工。

根据对工件尺寸的分析，要车L=10mm的螺纹应在L=10处切一个D=4mm的退刀槽。根据螺纹的尺寸标准确定槽深为H=1.5mm。 11．车螺纹

第一工步：以中心孔定位，用三爪卡盘紧固零件的左端面，从右端面开始用60度普通螺纹刀车M12x1的螺纹，保证螺纹长度L=10mm。

第二工步：以中心孔定位，用三爪卡盘紧固零件的左端面，换45度外圆偏刀车削右端面的45度倒角。 12．切断

本工序是在对工件所有外圆车削完成之后进行的最后一道工序，在保证零件总长L=50mm从毛坯上切下以加工好的零件。

机床：普通车床 型号：CA6140 夹具：三爪自定心卡盘

量具：三用游标卡尺 刀具：切槽刀 13．调头车左端面

用三爪卡盘夹紧螺纹套，然后紧固零件的右端面。换45°外圆偏刀车削切断面，保证工件的总长L=50mm，端面粗糙度Ra=3.2μm，以右端面的中心孔定位，加工左端面中心孔，因为对左端面要求较高，故将此工序分为以下两个工步：

第一工步：用三爪卡盘夹紧螺纹套，紧固零件的右端面，车削零件左端面，保证L=50mm。

第二工步：用三爪卡盘夹紧螺纹套，紧固零件的右端面，以右端面中心孔定位，钻中心孔。 14．去毛刺

由于上道工序为此工件主要加工工序的终工序，因此，必须除去其留有的毛刺，影响工件的质量和用途等，所以必须对其去毛刺，以保证工件以后正常进行和工件的加工精度等，去除毛刺后方可进入下一道工序。

工种：钳工 刀具：锉刀 夹具：虎钳 15．修研中心孔

以中心孔作为定位基准，中心孔的同轴度误差会使中心孔与顶尖接触不良，中心孔与顶尖接触精度将直接影响主轴的加工精度。此工序是为了

下一道工序做的辅助工序，保证定位基准的重合度。 16．磨外圆

磨削是外圆表面精加工的主要方法。它既能加工淬火的黑色金属零件，也可以加工不淬火的黑色金属和有色金属零件。外圆磨削可分为粗磨、精磨、精密磨削，超精密磨削、镜面磨削，其中，后三种属于光整加工。粗磨后工件的精度可达到IT8~IT9，表面粗糙度值Ra=1.6~0.8μm，精磨后的工件的精度可达IT6~IT7，表面粗糙度值Ra=0.8~0.2μm，结合本工件的技术要求，要求只需对本工件进行粗磨加工。

磨削方式：横向进给磨削法。 17．检验

检验工序是主要的辅助工序，是保证工件质量的重要措施，早重要的工件或工序较长的工序前后均要安排检验工序。作为轴类零件的阶梯轴，在外形大致加工完后必须进行检验，以保证工件的质量和工件加工的继续性，检验主要有：

（1）零件各部分的尺寸； （2）工件各尺寸的公差； （3）表面粗糙度等；

（4）尺寸形位公差（如对称度、垂直度） 18．清洗

使用煤油清洗，按照清洗操作规程进行清洗工件，去除在加工过程中附粘在工件上的碎片或金属杂质等，从而保证工件清洁、光滑、光亮等。

19．检验

本工序是该工件的最后一道工序，所以要进行细致的检查，具体分为以下步骤：

（1） 外观检查零件的整体形状；

（2） 检查图标要求注释各个面的粗糙度，是否达到图样的要求； （3） 用螺纹套检查螺纹是否合格； （4） 检查形位公差是否达到要求； （5） 检查其余尺寸； （6） 按技术要求检查零件。 20．入库

将加工好的工件阶梯轴存放于仓库。

第四篇 零件的编程

1. 因为毛坯为锻件，所以加工余量较小。可一次性车成并达到技术要求， 以右端面为起刀点来加工。

其工艺路线为：倒角（1）→台阶轴（2）→切削锥度（3）→切削锥度（4）→切削圆弧（5）→切削圆弧（6）→切台阶（7）→切槽（8）→切削螺纹M12×1（9）并保证右端面倒角1×45°。

（1）主程序 ○001:

N001 G50 X200.0 Z150.0 T0101; N002 S500 M03; N003 G00 X30.0 Z0 M08; N004 G01 X-1.0 F0.2; N005 G00 X60.0;

N006 X200.0 Z150.0 T0100 M09; N007 T0202;

N008 S700 M03;

N009 G00 X22.0 Z2.0 M08; M010 M98 P0006; M011 G00 X19.0 Z2.0; M012 M98 P0006; N013 G00 X16.0 Z2.0; N014 M98 P0006; N015 G00 X13.0 Z2.0; N016 M98 P0006; N017 G00 X12.0 Z2.0; N018 M98 P0006;

N019 G00 X200.0 Z150.0 T0200 M09; N020 T0303 S500 M03; N021 G00 X25.0 Z-14.0 M08; N022 G01 X9.0 F0.08; N023 G04 X4.0; N024 G00 X200.0; N025 Z150.0 T0300 M09; N026 T0404;

N027 G00 X12.0 Z2.0;

N028 G76 X8.32 Z-11.0 K1.84 D750 F1.0 A60;

N029 G00 X200.0 Z150.0; N030 M05; N031 M02; （2）子程序 ○0006

N001 G01 U0.W-16.0 F0.2； N002 U4.0 W-4.0； N003 U-6.0 W-20.0； N004 G02 U8.0 W-4.0 R4.0； N005 G03 U6.0 W-3.0 R3.0； N006 G01 W-12.0； N007 G00 U50.0； N008 W55.0； N009 M99；

2. 确定切削用量

3. 备注

利用绝对值和增量值混合编程，绝对值用X 、Z 地址，增量值用U 、W 地址并采用小数点编制加工程序。

毕业设计体会

通过这次毕业设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次毕业设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。

我的心得也就这么多了，总之，不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。最后终于做完了有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。

在此要感谢我的指导老师对我悉心的指导，感谢老师给我的帮助。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立解决问题的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，使我终身受益。

参考文献

（1）《机械加工工艺与夹具》 主编：兰建设

机械工业出版社 2004.07

（2）《机械工程材料》 主编：许德珠

高等教育出版社 2004.04

（3）《公差配合与测量技术》 主编：姚云英机械工业出版社 2004.12

（4）《机械制图基础与计算机绘图》 主编：冯秋官机械工业出版社 2005.03

（5）《数控机床》 主编：夏凤芳高等教育出版社 2004.09

毕业设计（论文）指导教师意见书

毕业设计（论文）评阅教师意见书

毕业设计（论文）答辩记录

毕业设计（论文）答辩成绩评定书

系部 机电工程系

专业 数控技术

设计（论文）题目 阶梯轴的工艺规程与工装设计

成绩总评

学生姓名 种江锋 学号 0553103

指导教师 职称

评阅教师 职称

答辩委员会主任（签字）

年 月 日