花键轴-机械制造工艺课设指导教师：2015年7月08日机械制造工艺学课程设计任务书一、课程设计的目的与要求1、运用机械制造工艺学及有关课程(工程材料与热处理、机械设计、公差与技术测量、金属切削机床、金属切削原理与刀具等)的知识，结合生产实践，独立地分析和解决工艺问题，初步具备编制中等复杂程度零件机械加工工艺规程的能力。

2、掌握查阅、应用有关手册、规范、图表等技术资料的能力。

二、课程设计的内容1、根据生产类型，对零件进行工艺分析，绘制零件图；2、选择毛坯种类及制造方法，绘制毛坯图(零件——毛坯合图)；3、拟订零件的机械加工工艺过程；4、选择各工序的加工设备及工艺装备(刀具、夹具、量具、辅具)，确定各工序切削用量及工序尺寸，计算某一代表工序的工时定额；5、填写工艺文件；6、撰写设计说明书。

具体要求：1、零件CAD图 1张2、机械加工工艺过程卡片 1套3、机械加工工序卡片 1套4、课程设计说明书 1份（注：要求提交纸质文件和电子版各一份）目录一、零件分析 (1)二、确定生产类型 (5)三、确定毛坯制造形式 (6)四、选择定位基准 (6)五、选择加工方法 (7)六、制订工艺路线 (8)七、确定加工余量及毛坯尺寸 (10)八、工序设计 (11)九、确定切削用量和基本时间 (15)参考资料 (21)一、零件分析1、零件的功用分析题目所给的零件是汽车变速箱中的花键轴。

它直接和驱动轴相连，通过差速器来驱动汽车。

花键轴能使在其上面的滑移齿轮进行轴向移动，而使得不同齿数的齿轮与中间轴进行啮合或者分离，进而能实现变速箱的功能：一、改变传动比；二、在发动机旋转方向不变情况下，使汽车能倒退行驶；三、利用空挡，中断动力传递，以发动机能够起动、怠速，并便于变速器换档或进行动力输出。

2、零件的工艺分析轴通常是由支承轴颈支承在机器的机架或箱体上，实现运动传递和动力传递的功能。

支承轴颈表面的精度及其与轴上传动件配合表面的位置精度对轴的工作状态和精度有直接的影响。

其技术要求包括以下内容：表1 零件外圆和螺纹精度要求表2 零件花键精度要求图1 零件图二、确定生产类型按设计任务书，花键轴年产量为50000件/年。

若备品率为8%，机械加工废品率为1%，则改零件的年生产纲领为=++（1式）N Qnαβ(1%%)式中N-----零件的生产纲领（件/台）Q-----产品的年产量（台/年）n-----每台产品中，该零件的数量（件/台）α%----零件的备品率β% ---零件的平均废品率所以=++=⨯⨯++件年件年(1%%)500001(18%1%)/=54500/N Qnαβ花键轴可以看成独立的一部分，属于轻型机械。

因此，根据表3，由生产纲领与生产类型的关系可确定该零件的生产为大批量生产，其毛坯制造、加工设备及工艺装备的选择应呈现大批量生产的工艺特点。

表3 各生产类型的规范三、确定毛坯制造形式由该零件的功用和变速箱的工作状况知，花键轴承受的都是冲击性交变载荷，故要求花键轴材料应具备较高的强度、抗冲击能力、耐磨性和良好的力学性能。

由于是大批量生产，应选择精度和生产率都比较高的毛坯制造方法，故选用模锻。

四、选择定位基准正确的选择定位基准是设计工艺过程中的一项重要的内容，也是保证加工精度的关键，定位基准分为精基准和粗基准，以下为定位基准的选择。

1、选择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。

所以以外圆柱面为粗基准。

2、选择精基准根据花键轴的技术要求，花键轴的中心线为设计基准，也是测量基准，按照基准重合原则及加工要求，应选轴心线及一端面为精基准，其他各面都能以此为定位，从而也体现了基准统一的原则。

所以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。

五、选择加工方法由于零件精度要求高，为使其达到要求，加工方法有粗车、半精车、粗铣和磨削。

根据这个表面加工要求和各种加工方法所能达到的经济精度，查表选择零件主要表面的加工方法如表4。

表4 加工方案序号加工表面加工方案01 M22螺纹粗车-半精车-车螺纹02 35ø外圆粗车-半精车-磨削03 38ø外圆粗车-半精车-磨削04 6、10齿花键粗铣-磨削05 20ø外圆粗车-半精车-磨削综上所述，该花键轴的工序安排顺序为：下料——锻造——预备热处理加工工序:车端面——粗车——半精车——车螺纹——铣键槽——淬火——磨削——检验六、制订工艺路线制订工艺路线是工艺人员制订工艺规程时最重要的工作，也是体现工艺师工艺水平的重要方面。

其原则是，在合理保证零件的几何形状、尺寸精度、位置精度、表面质量的前提下，尽可能提高生产率，降低生产成本，取得较好的经济效益。

根据以上的加工方案的分析确定零件的工艺路线如表5：表5 花键轴零件的工艺路线七、确定加工余量及毛坯尺寸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。

表6 毛坯余量表主要加工表面零件尺寸总余量(双边)毛坯尺寸M22螺纹22 4 26 35ø外圆面35 4 3938ø外圆面38 4 4220 4 24ø外圆20面端面- 6 3252、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、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Rɑ12.5m。

4、毛坯简图如下图2 毛坯图八、工序设计1、选择加工设备与工艺装备（1）选择加工设备选择加工设备即选择机床类型。

由于已经根据零件的形状、精度特点，选择了加工方法，因此机床的类型也随之确定。

至于机床的型号，主要取决于现场的设备情况。

选择加工设备要考虑加工经济精度。

每一种机床，都有相应的加工经济精度，也就是说任何机床在最经济的情况下的加工精度和表面粗糙度都有一定的范围。

若精心操作、细心调整、选择小的切削用量，其加工精度也可以提高，但肯定是耗时费工。

所以，最终选择的机床，其经济精度应与零件表面的设计要求相适应，初步选定各工序机床如下表7：表7 工序机床（2）选择刀具花键轴的加工中，采用了车、钻、铣、车螺纹、磨等多种加工方式，与之相对应，初选刀具的情况如下：表8 工序刀具（3）选择量具选择量具的原则是根据被测量对象的要求，在满足测量精度的前提下，尽量选用操作方便、测量效率高的量具。

量具有通用量具（如游标卡尺、千分尺、比较仪、量块等）和各种专用高效量具，其种类的选择主要应考虑被测尺寸的性质，如内径、外径、深度、角度、几何形状等以及被测工件的特点，如工件的形状、大小、精度、生产类型等。

选择量具的方法有两种：一是按计量器具的不确定选择。

一般根据被测对象的公差宽度先查得相应的安全裕度A 和计量器具的不确定度允许值11U U =0.9A （），然后在量具手册中选择一种不确定度等于或小于1U 的量具；二是按计量器具的测量方法极限误差选择。

2、确定工序尺寸确定工序尺寸时，对于加工精度要求较低的表面，只要粗加工工序就能保证设计要求，将设计尺寸作为工序尺寸即可，上下偏差的标注也按设计规定。

当加工表面精度要求较高是，往往要经过数道工序才能达到要求，此时分为两种情况。

若表面的数道加工工序均使用统一的定位基准，并且定位基准与该工序的工序基准重合，则各个工序尺寸只与工序的加工余量有关。

工序尺寸的确定采用的是由后往前推算的方法，由加工表面的最后工序即设计尺寸开始，逐次加上每道加工工序余量，分别得到各工序基本尺寸。

各个工序加工余量可查手册得到，工序尺寸的公差带宽度按经济精度确定，上下偏差按“入体”原则标注，最后一道工序的公差应按设计要求标注。

若加工表面的定位基准与其工序基准不重合，或者由于工艺的原因其定位基准经多次转换，侧要根据尺寸链原理进行计算，从而确定工序尺寸的基本尺寸与公差。

下面以20ømm 外圆加工为例计算工序尺寸、余量及确定公差。

20ømm 外圆需要经过三道工序，并且定位基准与工序基准重合。

由前知其总加工余量（双边余量）为4mm ，其公差等级为IT6级。

参考M135车床的切削用量的加工精度参数，可知磨削是直径上切深p 0.1mm =ɑ，表面粗糙度为R m μɑ0.4、IT6级；半精车时p 0.8mm =ɑ、R m μɑ3.2、IT8级；粗车时p 1.1mm =ɑ、R m μɑ12.5、IT12级。

按照上述方法，确定20ømm 外圆的加工余量、工序尺寸公差及表面粗糙度如表920ømm 外圆加工各工序要求九、确定切削用量和基本时间切削用量包含切削速度、进给量及背吃刀量三项，确定方法是先确定背吃刀量、进给量，而后确定切削速度。

不同的加工性质，对切削加工的要求是不一样的。

因此，在选择切削用量时，考虑得则重点也应有所区别。

粗加工时，应尽量保证较高的金属切除率和必要的刀具耐用度，故一般优先选择尽可能大的背吃刀量，其次选择较大的进给量，最后根据刀具耐用度要求确定合适的切削速度。

精加工时，首先应保证工件的加工精度和表面质量要求，故一般选用较小的进给量和背吃刀量，而尽可能选用较高的切削速度。

表10 时间额定的组成及工时计算（JB/Z338.6-88）为了能更全面的说明切削用量和基本时间的确定方法，与前述零件表面加工方法相对应，下面以粗车端面工序进行说明。

工序15切削用量及基本时间的确定本工序为车右边端面和中心孔、车左边端面和中心孔，机床采用最常用的CA6140卧式车床，车削端面时采用Y15硬质合金刀具，根据加工条件和工件材料由手册查询得参数为主偏角r 45κ=︒、前角15o γ=︒、刃倾角s =-5λ︒、刀尖圆角半径r 0.6mm ε=。

中心孔加工采用中心钻完成。

1、 确定粗车端面的切削用量（1） 确定背吃刀量p ɑ 由前述可知粗车端面双边余量为5m ，粗车端面后319mm,故单边加工余量为3mm ，即p 2.5mm =ɑ（端面是轴向）。

（2） 确定进给量 f 当粗车端面钢料，车刀直径为20mm,p 2.5mm =ɑ,进给量根据表5-42，按照CA6140机床的进给量直，选取f=0.2mm/r 。

（3） 确定切削速度ν 根据表5-43的计算公式确定切削速度C =ννννｍｘｙｐɑｆＴ（m/min ） （2式）式中，Cν=291，νｘ=0.15，νｙ=0.2。