机械制造工艺学
课程设计
班级: B110234 姓名: 赵连保 学号: B11023429
洛阳理工学院 Luoyang Institute of Science and Technology
前言
机械制造工艺学课程设计，是以切削理论为基础、制造工艺为主线、兼顾工艺装备知识的机械制造技术基本能力的培养；是综合运用机械制造技术的基本知识、基本理论和基本技能，分析和解决实际工程问题的一个重要教学环节；是对学生运用所掌握的“机械制造技术基础”知识及相关知识的一次全面训练。
机械制造技术基础课程设计，是以机械制造工艺及工艺装备为内容进行的设计。即以所选择的一个中等复杂程度的中小型机械零件为对象，编制其机械加工工艺规程，并对其中某一工序进行机床专用夹具设计。
机械制造工艺学课程设计是作为未来从事机械制造技术工作的一次基本训练。通过课程设计培养学生制定零件机械加工工艺规程和分析工艺问题的能力，以及设计机床夹具的能力。在设计过程中，我熟悉了有关标准和设计资料，学会使用有关手册和数据库。
1、能熟练运用机械制造工艺学课程中的基本理论以及在生产实践中学到的实践知识，正确地解决一个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，保证零件的加工质量。
2、提高结构设计能力。学生通过夹具设计的训练，应获得根据被加工零件的加工要求，设计出高效、省力、经济合理而能保证加工质量的夹具的能力。
3、学会使用手册、图表及数据库资料。掌握与本设计有关的各种资料的名称、出处，能够做到熟练运用。
就我个人而言，我希望能通过这次课程设计锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后所从事的工作打下基础。
由于本人能力有限，设计尚有许多不足之处，可请各位老师给予批评指正。
编 者 于洛阳
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目录
前言 ............................................................................................................. 2 第1节 零件的工艺分析 .......................................................................... 6
1.1花键轴介绍 ............................................................................ 6 1.2零件结构分析 ........................................................................ 7 1.3零件的工艺分析 .................................................................... 7 1.3.1技术要求 ............................................................................. 8 1.3.2零件技术要求分析 ............................................................. 8
第2节 选择毛坯、确定毛坯尺寸、设计毛坯图 ................................ 10
2.1毛坯选择 .............................................................................. 10 2.2毛坯的确定 .......................................................................... 12 2.3毛坯余量确定 ...................................................................... 12 2.4确定锻件毛坯尺寸 .............................................................. 13 2.5设计毛坯图 .......................................................................... 15 2.6确定毛坯的热处理方式 ...................................................... 15
第三节 加工方法的选择及工艺路线的制定 ........................................ 16
3.1定位基准的选择 .................................................................. 16 3.2零件表面加工方法的选择 .................................................. 17
设计感悟 ................................................................................................... 18 致谢 ........................................................................................................... 19 参考文献 ................................................................................................... 20
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机械制造工艺学课程设计任务书
一、设计课题名称:
设计“花键轴”零件的机械加工工艺规程设计 二、设计要求:
1、零件图一张 2、毛坯图一张 3、工艺过程卡一份 4、工序卡若干 5、设计说明书一份 6、零件批量为成批或大批
7、工艺过程卡中一般要求机械加工工序达到8道以上，包含的不同类型的的机械加工机床达到四种以上。
8、工艺过程卡、工序卡按提供的标准格式
设计（论文）开始日期 年 月 日 设计（论文）完成日期 年 月 日
指导老师：
年 月 日
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课 程 设 计 评 语
机械工程 系 机械设计制造及其自动化 专业 姓名： 班级： 学号：
课程名称： 机械制造工艺学设计
设计题目： “花键轴”零件的机械加工工艺规程设计 指导老师：
课程设计篇幅： 图纸2张、
工艺过程卡1份、 工序卡若干、 说明书20页。
指导教师评语：
指导老师：
年 月 日
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第1节 零件的工艺分析
1.1花键轴介绍
花键轴用于各个轴用于轴与轴承配合、螺纹主要用于紧固和传动连接、键与花键用于轴和轴上传动件之间的可拆卸连接，用于传递扭矩，有时也作用轴上传动件的导向。
矩形花键轴能够多齿工作，对中性好，导向性好，齿根较浅，应力集中，轴与毂强度削弱小加工方便，在机械制造中应用非常广泛。
其中，该矩形花键轴按国家标准，为花键的中系列，经过查表（教材《互换性与测量技术》表10-7）可得其规格为N*d*D*B=6*34.2*40*10,标注外花键规格和尺寸代号为6*34.2f7*40f7*10d9 GB/T1144-2001。
零件图
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1.2零件结构分析
根据零件简图分析：该主轴零件的结构有以下特点：从形状上看该工件为阶梯结构的花键，由于长度与直径之比L/D < 5，所以该工件属于钢性主轴。从表面加工类型看，主要加工表面有外圆柱面，花键，双键槽，内螺纹孔，属于典型的加工表面，易加工。
1.3零件的工艺分析
零件的视图正确、完整，尺寸、公差及技术要求齐全。但花键外圆柱面Φ40f7mm与右端外圆柱面Φ35k6mm要求Ra0.8m有些偏高。
该零件属轴类零件，它的所有表面均需切削加工，各表面的加工精度和表面粗糙度都不难获得。花键轴径向设计基准是轴中心线，轴向设计基准是花键外圆柱面Φ40f7mm的左端平面。花键径向设计基准为Φ40f7mm外圆柱面。M12螺纹孔的径向设计基准是轴中心线，轴向设计基准是花键外圆柱面Φ40f7mm的左端平面。M5径向设计基准为花键外圆柱面Φ40f7mm的左端平面，轴向设计基准与花键呈30°角。总体来说，这个零件的工艺性较好。
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1.3.1技术要求
该零件属于轴类零件，主要构成表面主要为外圆、倒角、退刀槽、键槽、内螺纹和外花键等；各轴段装配表面粗糙度要求极高，Ra达0.8m，为IT6、IT7级；而尺寸精度和位置精度要求也高（重点保证外圆表面的加工），轴右端Φ35mm（基面B）以及花键大径Φ40mm（基面A）的加工尤为重要，它们分别与退刀槽侧面、键槽宽有圆度和对称度要求，外花键键齿与基面A有平行度要求。
其中，各个圆柱尺寸精度等级较高，圆柱装配表面表面粗糙度要求也高，Ra达0.8m。退刀槽与花键健齿侧面Ra达1.6m；两键槽的侧面Ra达1.6m；其余则要较低Ra只需达到12.5m，这些表面粗糙度较容易获得，可以通过粗车-半精车-精车、铣削达到要求。各处倒角、圆角、去毛刺达到要求。
1.3.2零件技术要求分析
(1)尺寸精度
右端轴段为Φ35mm，花键外圆为Φ40 mm ，花键齿根圆Φ34.2 mm，键齿宽10 mm ，键槽宽8 mm，键槽底与外圆母线距离4.5（30.5）mm ，花键轴总长191 mm ，右端面与花键右端的距离30 mm。
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(2)位置精度
1Φ40f7在全长上的锥度和不圆度不大于直径公差之半。 ○
2花键的不等分累积误差和键对Φ40f7的不对称度不大于0.03。○ 3花键的侧面对Φ40f7轴线的不平行度不大于0.04。 ○
4Φ35k6对Φ40f7的径向跳动不大于0.04。 ○
5两个8H8键槽对Φ35k6轴线的不对称度不大于0.05。 ○
(3)表面粗糙度
花键外圆Φ40f7和Φ35k6外圆面表面粗糙度为Ra=0.8m，花键齿侧面及其花键左、右端面表面粗糙度为Ra=1.6m ，两键槽侧面和花键齿根圆表面粗糙度为Ra=3.2m，其余表面为Ra=12.5m。
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第2节 选择毛坯、确定毛坯尺寸、
设计毛坯图
2.1毛坯选择
常见毛坯类型： (1)铸件
铸件是用各种铸造方法获得的金属成型物件，即把冶炼好的液态金属，用浇注、压射、吸入或其它浇铸方法注入预先准备好的铸型中，冷却后经落砂、清理和后处理等，所得到的具有一定形状，尺寸和性能的物件。
对形状较复杂的毛坯，一般可用铸造方法制造。目前大多数铸件采用砂型铸造，对尺寸精度要求较高的小型铸件，可采用特种铸造，如永久型铸造、精密铸造、压力铸造、熔模铸造成和离心铸造等。 (2)锻件
锻件是金属被施加压力，通过塑性变形塑造要求的形状或合适的压缩力的物件。这种力量典型的通过使用铁锤或压力来实现。铸件过程建造了精致的颗粒结构，并改进了金属的物理属性。在零部件的现实使用中，一个正确的设计能使颗粒流在主压力的方向。
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锻件毛坯由于经锻造后可得到连续和均匀的金属纤维组织。因此锻件的力学性能较好，常用于受力复杂的重要钢质零件。其中自由锻件的精度和生产率较低，主要用于小批生产和大型锻件的制造。模型锻造件的尺寸精度和生产率较高，主要用于产量较大的中小型锻件。 (3)型材
型材是铁或钢以及具有一定强度和韧性的材料（如塑料、铝、玻璃纤维等）通过轧制，挤出，铸造等工艺制成的具有一定几何形状的物体。
型材主要有板材、棒材、线材等。常用截面形状有圆形、方形、六角形和特殊截面形状。就其制造方法，又可分为热轧和冷拉两大类。热轧型材尺寸较大，精度较低，用于一般的机械零件。冷拉型材尺寸较小，精度较高，主要用于毛坯精度要求较高的中小型零件。 (4)焊接件
焊接件主要用于单件小批生产和大型零件及样机试制。其优点是制造简单、生产周期短、节省材料、减轻重量。但其抗振性较差，变形大，需经时效处理后才能进行机械加工。 (5)其它毛坯
其它毛坯包括冲压件，粉末冶金件，冷挤件，塑料压制件等。
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2.2毛坯的确定
该零件材料为45钢，在工作过程中经常承受交变载荷及冲击性载荷，因此该零件选用锻件，使金属纤维尽量不被切断，保证零件可靠工作。由于该零件属于大批量生产，而且零件的轮廓尺寸不大，可采用模锻成形。从提高生产率和保证加工精度上考虑也是应该的。
模锻的工序为制坯、预锻和终锻。在终锻模时，要确定好锻件的尺寸及形状，并初步定好加工余量，避免毛边出现。
2.3毛坯余量确定
查《机械制造工艺设计简明手册》确定锻件机加工余量。相关数据如下：
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2.4确定锻件毛坯尺寸
花键外圆柱面Φ40f7mm与右端外圆柱面Φ35k6mm表面粗糙度要求为Ra0.8m，毛坯为锻件。其工艺路线为粗车——（调制）——半精车——精车——（淬火）——粗磨——精磨。现在来计算各工序的工序尺寸。
由查表法确定加工余量。有工艺手册查得：精磨余量为0.1mm，粗磨余量为0.3mm，半精车余量为1mm，粗车余量为5mm，由式
Z0= Z1+Z2+„„+Zn
（式中：Z0—加工总余量；Zi—工序余量；N—机械加工工序数目）可得加工总余量为6.4mm，取加工总余量为6mm，把粗车余量修正为4.6mm。
计算各加工工序基本尺寸：
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精磨后花键外圆工序基本尺寸为40mm（设计尺寸）。其他各基本尺寸依次为：
粗 磨 半精车 粗 车 毛 坯 40.0mm+0.1mm=40.1mm 40.1mm+0.3mm=40.4mm 40.4mm+1.0mm=41.4mm 41.4mm+4.6mm=46.0mm 精磨后右端外圆工序基本尺寸为35mm（设计尺寸）。其他各基本尺寸依次为：
粗 磨 半精车 粗 车 毛 坯 35.0mm+0.1mm=35.1mm 35.1mm+0.3mm=35.4mm 35.4mm+1.0mm=36.4mm 36.4mm+4.6mm=41.0mm 同理，可得轴向工序基本尺寸：
精磨后花键轴左段（花键段）工序基本尺寸为161mm（设计尺寸）。其他各基本尺寸依次为：
粗 磨 半精车 粗 车 毛 坯 161.0mm+2*0.1mm=161.2mm 161.2mm+2*0.3mm=161.8mm 161.8mm+2*1.0mm=163.8mm 163.8mm+2*3.3mm=170.4mm 半精车后花键轴右段（Φ35圆柱段）工序基本尺寸为30mm（设计尺寸）。该段长为30mm+1 mm +3.3 mm-（0.4 mm+1 mm+3.3 mm） =29.6 mm。
毛坯总长为170.4 mm +29.6 mm =200mm。
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2.5设计毛坯图
按上述计算结果，绘制毛坯图如下：
0.025( --0.050 )毛坯图
2.6确定毛坯的热处理方式
45钢是最常用的中碳调质钢，综合力学性能良好，淬透性低，水淬时容易产生裂纹，小型件宜采用调质处理，大型件宜采用正火处理。碳含量为c0.4%-0.5%的中碳碳素钢最适于感应加热表面淬火的材料。例如45钢、40Cr等。其一般工艺路线为：下料——锻造——（正火）——粗加工——（调制）——精加工——（感应加热表面淬火）——（低温回火）——磨削。
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0.018(++0.002)
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第三节 加工方法的选择及工艺路线的制定
3.1定位基准的选择
为保证花键轴各圆柱面的同轴度和其他位置精度，半精车、精车和磨削时应该选择基准轴线为定位基准（右Φ35基准圆柱、花键外径Φ40），轴两端钻中心孔，用两顶尖装夹。两端中心孔相关尺寸和位置精度以及粗糙度是影响加工精度的重要因素，因此工件在调质等热处理后要安排修磨中心孔的工序。 (1)粗基准的选择原则
a.相互位置原则；b.余量最小原则；c.重要表面原则；d.不重复使用原则；e.便于装夹原则； (2)精基准的选择原则
a.基准重合原则；b.余量最小原则；c.自为基准原则；d.互为基准原则；e.便于装夹原则；
根据相关的技术要求，定位基准确定如下：
1)选择精基准：以两中心孔为精基准，采用两顶装夹定位，便于位置精度的保证，为后续加工提供精基准。
2)选择粗基准：以外圆柱面为粗基准。
粗车时为了保证工件装夹刚性，常采用一夹一顶的装夹方法，左端采用三爪自定心卡盘夹紧、右端采用活动顶尖支顶。
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3.2零件表面加工方法的选择
根据零件加工表面（外圆、端面、键、键槽及螺纹孔）、零件材料和公差等级及表面粗糙度要求，查阅工艺手册中零件表面加工方法、加工经济精度与表面粗糙度相关内容，其加工方法如下。
(1)Φ40mm与Φ35mm外圆面。表面粗糙度为Ra0.8m，需进行粗车、半精车、粗磨和精磨。
(2)端面。本零件的端面为回转体端面，尺寸精度要求不高，表面粗糙度为Ra1.6m及Ra12.5m两种要求。要求Ra1.6m的端面可粗车、半精车和粗磨，要求Ra12.5m的端面经粗车即可达到要求。
(3)槽。槽宽和槽深公差等级为IT8,表面粗糙度为Ra3.2m，需采用三面刃铣刀，粗铣、半精铣。
(4)螺纹孔。未注公差尺寸，根据GB1800-79规定其公差等级按IT14，需进行钻孔。
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设计感悟
通过本次加工花键零件工艺课程设计，我受益匪浅，在这段时间里，通过查阅资料，自己的知识面得到提高，同时也对前面学的知识进行了温习。这次实训是对我两年来所学课程及知识的考察，也是对我所学基础知识的巩固和提高，更让我对所学专业有了更进一步的了解，为自己今后的工作方向确定了方向，也为以后的工作奠定基础。
这次课程设计的顺利完成，离不开尊敬的康红艳老师和亲爱的同学们的无私的帮助。在查阅资料、同学交流及对专业老师的请教中，自己的知识面的到扩展，自主学习能力也得以提高。
下面是我对这次设计过程的总结： 第一，接受任务，理清思路，确定方案。
第二，方案确定后，查找资料，做好课程设计的准备工作。 第三，对资料的整理及和同学间的交流，并对出现的问题进行解决。
第四，绘制零件图（CAD及手工图）。
总之，在这次课程设计过程中，从开始不知如何下手到最后顺利完成，我深刻体会到：只有理论与实践的紧密结合才能更好的认识真理、指导实践。唯有通过不断地学习、研究才能提高自己能力，学海无涯，我要让自己的青春在知识的海洋里乘风破浪，不是随波逐流。
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致谢
课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，是我们步入社会、从事工作前一个必不可少的过程。通过这次为期两周的课程设计，使我所学的理论与实践经验有机的结合，不但强化了生产实习中的感性认识，而且加深了对理论知识的理解与运用。
虽然在设计过程中我遇到了很多问题，但在康老师的耐心指导和同学们的热情帮助下，我探索便于加工、操作简单、方便合理的思路，不断地改进方案，并按时完成任务。这次课程设计让我进一步加深对课本知识的理解。我学会了根据不同零件的加工要求设计不同的夹具的思路与设计方法，掌握了机械制造工艺设计手册等相关资料。当然，这些都是在老师和同学们的帮助下才顺利完成的。在此，向给予我帮助的各位老师和同学表示衷心的感谢！
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参考文献
[1]大连组合机床研究所.组合机床设计参考图.北京：机械工业出版社.1975
[2]于大国.机械制造工艺设计指南.北京：国防工业出版社，2010 [3]赵家齐.机械制造工艺学课程设计指导书.北京：机械工业出版社，2006
[4]李益民.机械制造工艺设计简明手册.北京：机械工业出版社，1994 [5]王先垒.机械制造工艺学.北京：机械工业出版社，2011 [6]艾兴.切削用量简明手册
[7]陆剑中，孙家宁.金属切削原理与刀具.北京：机械工业出版社.2011
[8]何红华、马珍宝.互换性与测量技术.北京：清华大学出版社.2009 [9]何铭新，钱可强，徐祖茂.机械制图.北京：高等教育出版社.2010
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