机械制造工艺学课程设计设计说明书设计“齿轮轴”零件的机械加工工艺规程起止日期： 2011 年 12 月 19 日至 2011 年 12 月 25 日学生姓名班学成级号绩指导教师 (签字 )机械工程学院（部）2011年 12月19日《机械制造工艺学》课程设计任务书2011—2012学年第一学期机械工程学院机械工程及其自动化专业机械制造工艺学课程设计机工091 班课程名称：设计题目：设计“齿轮轴”零件的机械加工工艺规程完成期限：自 2011 年 12 月 19 日至 2011 年 12 月 25 日共 1 周一、课程概述课程名称: 机械制造工艺学课程设计总学时数: 一周课程类别: 必修专业课授课专业: 机械设计制造与自动化专业先修课程: 机械制图、机械设计、互换性与技术测量、机械制造工艺学等二、本课程的目的和任务本课程设计是学生在学完机械制造工艺学课程、进行了生产实习之后的一个综合性和实践性很强的教学环节，学生通过课程设计，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，为后续课程的学习及今后从事科学研究、工程技术工作打下较坚实的基础。

三、课程设计的基本内容（一）对零件（中等复杂程度）进行工艺分析，画零件图。

（二）选择毛坯的制造方式。

（三）制订零件的机械加工工艺规程1．选择加工方案，制订工艺路线；2．选择定位基准；3．选择各工序所用的机床设备和工艺装备（刀具、夹具、量具等）；4．确定加工余量及工序间尺寸和公差；5．确定切削用量（四）填写工艺文件1．填写机械加工工艺卡片；2．填写机械加工工序卡片。

（五）编写设计说明书。

四、课程设计的基本要求(一) 通过本课程设计，应使学生在以下几方面得到锻炼：1．能运用机械制造工艺学课程中的基本理论和生产实习中学到的实践知识，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.学会使用手册及图标资料。

掌握与本设计有关的各种资料的名称及用途，做到熟练运用。

(二) 在规定时间内应完成以下任务：1．机械加工工艺卡片一张；2．机械加工工序卡片一套；3．设计说明书一份。

五、设计说明书要求设计说明书用统一纸张书写。

内容包括设计任务书，零件的分析，加工工艺规程设计等。

建议编写顺序如下：（1）设计说明书封面（2）设计任务书（3）目录（4）零件的分析（5）加工工艺规程设计（6）小结一、零件的分析该零件的零件图如图1所示，为一齿轮轴，主要用来传递运动和扭矩。

假设该零件的生产类型为单件小批生产（≤500 件）。

该零件的加工表面主要由阶梯轴的外圆表面，外螺纹表面，锥面，普通平键键槽和齿轮表面等几部分组成。

图11) 阶梯轴的外圆表面阶梯轴的外圆表面由两个Φ20±0.0065mm 的外圆表面，一个Φ24mm 的外圆表面，一个Φ21 mm的外圆表面和一个Φ18 mm的外圆表面组成。

2) 外螺纹表面该齿轮轴的外螺纹为公称直径为Φ12mm 的粗牙普通螺纹，螺距为1.75mm，螺纹长度为10mm。

3) 锥面该锥面的大端直径为Φ18mm，锥度为1：10。

锥面的轴向长度为28mm。

且该锥面围绕公共基准线A-B旋转的圆跳动公差为0.012mm，公差等级为IT7级。

4) 普通平键键槽与该齿轮轴配合的为普通平键A型，其尺寸为5mm×22mm，工作表面.的表面粗糙度为Ra3.2µm。

键槽在轴上的深度t 3.0 mm。

5) 齿轮表面该齿轮为标准圆柱直齿轮。

其齿数z1=15，模数m=2，压力角ɑ=20°。

分度圆直径为Φ30mm，齿顶圆直径为∅34.mm。

该齿轮轴除了由以上几部分组成之外，还包括四个尺寸为 C1 和两个尺寸为C2的倒角，两个尺寸为2mm×Φ18mm和一个尺寸为2mm×Φ10mm的退刀槽组成。

绘制零件图如下图2。

图2二、毛坯的确定(一) 毛坯材料的选择该齿轮轴零件的材料为 45 钢，为轴类零件。

根据设计要求，其硬度需达到220~250HBS，经查表可得，45号热轧钢的硬度小于等于241HBS（黑p109）。

因为该齿轮轴的外圆直径变化不大，加工简单，且对其机械性能没有很高的要求，且无须选用锻件，选择棒料即可。

经过调质处理（淬火温度：820~840℃，淬火介质：水；回火温度：560~600℃，冷却介质：空气），其硬度为220~250HBS，符合设计要求（黑145）。

故材料选择45号热轧钢，然后进行调质处理。

(二) 毛坯机械加工余量的确定由零件图可知，零件的长度为 154mm，零件的最大直径为Φ34mm，两者之比 4.53，经查表（蓝 1034）可以确定毛坯的直径为Φ38mm。

另外，因为毛坯是由45号热轧钢切断得到，经查表（蓝1038）和计算，一个零件的毛坯长度L l K l 2n B 154 7 6 167mm。

切断后，可以得到长度为161mm，直径为Φ38mm的棒料。

(三) 毛坯的尺寸示意图（图3）图 3三、工艺规程设计(一) 工艺路线的制订1) 定位基准的选择该零件为轴类零件，主要加工表面为外圆表面。

应先以棒材的外圆表面为粗基准，车削轴的两个端面同时钻中心孔，然后以中心孔为精基准车削棒材的外圆。

轴向尺寸的基准则是以两个端面以及轴肩为精基准，键槽的定位也是以右端面作为精基准。

2) 热处理工序的安排为了消除材料的内应力，在毛坯进行切削加工之前安排正火。

为了改善材料的切削性能，获得较好的机械综合性能，在粗加工之后，半精加工之前安排调质处理。

为了提高齿面硬度，在齿轮粗加工之后，精加工之前安排齿面局部淬火。

为了消除淬火过程中的应力和防锈，增加金属表面美观，在机加工完成后安排发蓝。

3) 加工方法的选择由于零件部分表面的加工精度要求比较高，故将零件的工艺过程划分为粗加工阶段，半精加工阶段和精加工阶段，这样就可以使后续加工精度提高，并且合理的使用设备和安排人力资源，提高产品质量。

粗加工阶段应在卧式车床上对毛坯外圆表面进行粗车外圆，粗车圆锥面。

经查相关技术手册（白758黑320）得知，粗车圆锥面时有转动小刀架车锥体，用靠模板车锥体，用偏移尾座车锥体和用宽刀刃车锥体。

由于该零件为单件小批生产，圆锥长度较短，但锥面的位置公差和表面质量要求比较高，故采用转动小刀架粗车锥体的加工方法。

半精车阶段在精度相对较高的卧式车床上对表面质量要求较高的表面进行半精车，其中表面粗糙度要求为Ra3.2µm的两个端面要半精车才能达到表面粗糙度要求，齿顶面和锥面也要进行半精加工。

另外还应切退刀槽，以及倒角。

半精加工后，需要加工齿轮。

因为齿顶面的精度等级为 8 级，齿面的表面粗糙度为 Ra1.6µm，故先精车齿顶面。

这样做既可以满足齿顶表面的质量要求，还能避免精加工后再进行齿轮加工可能会破坏已经加工好的外圆表面的情况。

齿面加工采用滚齿加工，插齿加工、剃齿加工和磨齿加工都能达到要求（白735）。

由于滚齿加工的应用较广，效率较高，而插齿加工对加工双联齿轮或三联齿轮及内齿轮更为合适，故选择滚齿加工。

为了达到要求的加工精度，需要先进行粗滚。

由于齿面局部淬火安排在齿面粗加工之后，精加工时继续采用滚齿加工会因为齿面过硬而无法加工，故精加工时应采用剃齿加工。

键槽可以通过铣削，插削，刨削的方法加工，该锥面上的键槽通过选用合适的键槽铣刀进行加工比较方便。

由于键槽工作表面的表面粗糙度要求达到Ra3.2µm，故可分粗铣和半精铣两步铣削。

键槽加工完成后，应对上面半精车后的圆锥面，一个直径为Φ10的螺纹外圆和两个直径为Φ20 的外圆进行精加工。

由于直径为Φ20 的外圆表面粗糙度要求为Ra1.6µm，精度等级为IT6级，故可以采用先精车后金刚石车或者先粗磨后精磨的方法。

为了便于加工，降低对设备和工人的要求，故采用先粗磨后精磨的方法。

圆锥面要求的公差等级为7级，表面粗糙度为Ra1.6µm，精加工时可以精车或者粗磨与半精磨，这里采用粗磨与半精磨的方法以便获得较高的加工精度。

而螺纹外圆的加工因为精度要求不高，只需粗磨即可。

外螺纹的加工放在机加工的最后，目的是为了避免在加工别的表面时破坏已加工完成的螺纹表面。

其尺寸为M12-6g，公称直径比较小，经查表（难19），可采用车削螺纹、套螺纹和滚压螺纹的加工方法。

因为该零件为单件小批生产，则采用车削螺纹的方式比较合适。

4) 工艺路线的制订序号工序名称工序内容定位基准设备0 5 备料热处理正火10 车两端面15 粗车粗车齿轮轴两端面，并钻中心孔粗车各处外圆和1：10圆锥面调质处理毛坯外圆中心孔20 热处理25 钳工修研中心孔30 半精车半精车各处外圆和圆锥面，切退刀槽中心孔和倒角35 精车齿顶面40 滚齿加工45 热处理50 剃齿加工55 铣键槽60 粗磨精车Φ34齿顶面中心孔滚齿粗加工Φ30齿轮表面齿面局部淬火剃齿精加工Φ30齿轮表面铣5×22键槽粗磨两处Φ20外圆，1：10圆锥面和M12-6g螺纹外圆65 半精磨70 精磨75 车螺纹80 钳工85 热处理90 检验95 入库半精磨1：10圆锥面精磨两处Φ20外圆车M12-6g螺纹中心孔中心孔中心孔去锐边倒角，去毛刺发蓝按照零件图样要求检验涂上防锈油(二) 机械加工余量、工序尺寸的确定 1) 沿轴线方向两端面的长度加工余量（蓝 307） 工序 工序名称 工序间余量/mm 工序基本尺寸 标注工序尺寸 经济精度/mm 表面粗糙度/µm /mm 公差/mm 154 粗车 粗车 毛坯 3.5 3.5 IT12 IT12 Ra6.3 Ra6.3 154 154+3.5=157.5 157.5+3.5=161 161 161 2) 直径为Φ34mm的齿顶面加工余量（蓝1039） 工序 工序名称 工序间余量/mm 工序基本尺寸 标注工序尺寸 经济精度/mm 表面粗糙度/µm /mm 公差/mm . 精车 半精车 粗车 0.5 1.3 2.2 h8 Ra1.6 Ra3.2 Ra6.3 34 ∅34 . h10 . 34+0.5=34.5 34.5+1.3=35.8 35.8+2.2=38 ∅34.5 . h12 ∅35.8 . . 毛坯 ∅38 3) 直径为Φ24mm 的外圆表面加工余量 工序 工序基本尺寸 标注工序尺寸 工序名称 工序间余量/mm 经济精度/mm 表面粗糙度/µm /mm 24 公差/mm 半精车 粗车 1.3 h10 Ra3.2 Ra6.3 ∅24 . . . 10.5 h12 24+1.3=25.3 25.3+10.5=35.8 ∅25.3 . ∅35.8 . 4) 齿轮左侧直径为Φ20mm 的外圆表面加工余量（白1118）工序间余量/mm 0.03 工序标注工序尺寸公差/mm工序名称工序基本尺寸/mm经济精度/mm 表面粗糙度/µm精磨粗磨js60.0065js80.0165js100.042js120.105Ra0.8Ra1.6Ra3.2Ra6.320 ∅20 0.0065∅20.030.0165∅20.380.042∅21.680.1050.35 20+0.03=20.0320.03+0.35=20.3820.38+1.3=21.6821.68+3.62=25.3半精车粗车1.33.62∅25.3.5) 直径为Φ21mm的外圆表面加工余量工序工序基本尺寸标注工序尺寸工序名称工序间余量/mm经济精度/mm 表面粗糙度/µm /mm21 公差/mm半精车粗车1.3 h10 Ra3.2Ra6.3∅21. ..13.5 h12 22.3 ∅22.3.∅35.822.3+13.5=35.8.6) 齿轮右侧直径为Φ20mm的外圆表面加工余量工序间余量/mm0.03 工序标注工序尺寸公差/mm工序名称工序基本尺寸/mm经济精度/mm 表面粗糙度/µm精磨粗磨js60.0065js80.0165js100.042js120.105Ra0.8Ra1.6Ra3.2Ra6.320 ∅20 0.0065∅20.030.0165∅20.380.042∅21.680.1050.35 20+0.03=20.0320.03+0.35=20.3820.38+1.3=21.6821.68+0.62=22.3半精车粗车1.30.62∅22.3.7) 直径为Φ18mm的外圆表面加工余量工序名称工序间余量工序工序基本尺寸/mm 标注工序尺寸公/mm 1.3 经济精度/mm 表面粗糙度/µm 差/mm半精车粗车h10h12Ra3.2Ra6.318 ∅18. .2.38 18+1.3=19.319.3+2.38=21.68∅19.3. .∅21.68 0.1058) 分度圆为Φ30mm的齿面加工余量（白735、903、954黑651）工序工序基本尺寸标注工序尺寸工序名称工序间余量/mm经济精度/mm 表面粗糙度/µm /mm 公差/mm剃齿粗滚0.063.9478Ra0.8Ra3.23030+0.06=30.0630.06+3.94=34 ∅34.9) 锥度为1：10的锥面加工余量工序工序名称工序间余量/mm工序基本尺寸/mm（锥面小端直径）标注工序尺寸公差/mm表面粗糙度经济精度/mm/µm.半精磨粗磨0.0250.301.2h7h8Ra0.8Ra1.6Ra3.2Ra6.315.2 ∅15.2..∅15.225.∅15.525.∅16.725.15.2+0.025=15.22515.225+0.30=15.52515.525+1.2=16.72516.725+2.575=19.3.半精车粗车h10h12.2.575∅19.3.10)尺寸为5mm×22mm的键槽加工余量（黑414，蓝307）工序工序基本尺寸标注工序尺寸工序名称工序间余量/mm经济精度/mm 表面粗糙度/µm /mm 公差/mm14.5半精铣0.5 IT10 Ra3.2 14.5.15 . 粗铣 3 IT12 Ra6.3 14.5+0.5=15 15+3=18 18 . 11)公称尺寸为M12-6g 的螺纹加工余量（难19，65） 工序 标注工序尺寸 公差/mm 工序名称 工序间余量/mm 车螺纹 工序基本尺寸/mm 经济精度/mm 表面粗糙度/µm IT6 Ra1.6 Ra1.6 Ra3.2 Ra6.3 . 粗磨 半精车 粗车 0.3 1.2 h8 11.78 ∅11.78 . . h10 11.78+0.3=12.08 12.08+1.2=13.28 13.28+6.02=19.3 ∅12.08 . . 6.02 h12 ∅13.28 . ∅19.3 . (三) 刀具选用和切削用量的确定（黑 179蓝1056） 1) 车削两端面，钻中心孔的切削用量的确定（车刀白 271,287蓝1059） 该加工过程为粗车，加工表面为两端面，且精度等级和表面质量要求均 不高，因此选用YT15硬质合金车刀。