课程设计说明书 课程名称：
机械制造技术基础 题目名称：
输出轴设计 班 级：
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2010年 X 月 X日 输出轴加工工艺说明书 前 言 数控技术，简称“数控”。英文：Numerical Control（NC）。是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。它所控制的通常是位置、角度、速度等机械量和与机械能量流向有关的开关量。数控的产生依赖于数据载体和二进制形式数据运算的出现。1908年，穿孔的金属薄片互换式数据载体问世；
19世纪末，以纸为数据载体并具有辅助功能的控制系统被发明；
1938年，香农在美国麻省理工学院进行了数据快速运算和传输，奠定了现代计算机，包括计算机数字控制系统的基础。数控技术是与机床控制密切结合发展起来的。1952年，第一台数控机床问世，成为世界机械工业史上一件划时代的事件，推动了自动化的发展。

　　现在，数控技术也叫计算机数控技术，目前它是采用计算机实现数字程序控制的技术。这种技术用计算机按事先存贮的控制程序来执行对设备的控制功能。由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置，使输入数据的存贮、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能的实现，均可通过计算机软件来完成。

输出轴的用途很广泛， 该输出应用在动力输出装置中，是动力输出的关键零件之一。该输出轴在工作中需要承受一定冲击载荷和较大的扭矩，因此该零件应具有足够的耐磨性和抗扭强度。所以设计中一定要注意表面热处理。

目 录 前言………………………………………………………………2 一、 设计任务书……………………………………………………4 二、 输出轴工艺分析 2.1 输出轴的作用…………………………………………………6 2.2输出轴的结构特点、工艺，表面技术要求分析……………6 三、确定毛胚 3.1选择毛胚材料…………………………………………………7 3.2毛胚的简图……………………………………………………7 四、工艺路线的确定 4.1基准的选择……………………………………………………8 4.2各表面加工方法的确定………………………………………8 4.3工序集中和分散考虑………………………………………9 4.4加工设备于工艺设备的的选择……………………………9 五、加工顺序的安排………………………………………………10 六、走刀路线的确定………………………………………………11 七、刀具的选择………………………………………………………11 八、切削用量的选择…………………………………………………12 九、小结…………………………………………………………………13 十、参考文献……………………………………………………………13 附工艺过程卡、工序卡、加工程序…………………………………14 一、设计任务书 数控加工工艺课程设计任务书 1. 设计题目 零件制造工艺设计 2. 设计任务 图示零件为设计指导书附录（典型零件图精选）中第 页输出轴零件，此零件材料为45钢，为中批量生产类型，进行机械加工工艺设计，完成以下任务：
(1) 对零件进行工艺分析，拟定工艺方案，绘制零件工作图一张。

(2) 确定毛坯种类及制造方法，绘制毛坯图一张。

(3) 拟定零件的机械加工工艺过程，选择各工序加工设备及工艺装备（刀具、夹具、量具、辅具），确定工序的切削用量及工序尺寸。编制机械加工工艺规程卡片（工艺过程卡、工序卡片和刀具卡）一套。工序卡片不得少于5份，数控工序少于5份的用普通加工工序卡补足5份。

(4) 设计轴类零件的需手工编制数控车削程序并仿真。

(5) 撰写设计说明书1份。（计算机排版打印） 3. 设计要求 （1） 零件图标尽量采用1：1比例，画上标准标题栏，原图如有错误或缺线改正。

（2） 设计说明书要有手写稿（草稿）和电子稿（抽号打印）。

（3） 视图表达、零件材料、加工规范等一律采用新标准。

（4） 必须以科学务实和诚信负责的态度对待自己所做的技术决定、数据和计算结果，培养良好的工作作风。

（5） 全部资料完成后打包上交。

二、输出轴工艺分析 2.1 输出轴的作用 输出轴主要应用在动力输出装置中，是输出动力的主要零件之一。其主要作用是传递转矩，使主轴获得旋转的动力，其工作中要承受较大的冲击载荷和扭矩。因此，该零件需具有足够的耐磨性和抗扭强度。

2.2输出轴的结构特点、工艺，表面技术要求分析 从图示零件分析，该输出轴结构简单，属于阶梯轴类零件。主要由有φ55、φ60、φ65、φ75、φ176的外圆柱面、φ50、φ80、φ104的内圆柱表面和10个φ20的孔和一个16的键槽组成。为了保证输出轴旋转是的速度，表面粗糙度有较高的要求，外圆的粗糙度要求都为Ra1.25um, 内圆的粗糙度为Ra2.5um，其余为Ra20um。形位精度也比较高，为了外圆和外面零件的配合后受力均匀，φ55，φ60 的外圆的径向跳动量小于0.04mm，φ80的跳动量小于0.04mm，φ20孔的轴线的跳动量小于0.05mm，为了保证键槽和键的配合，键槽对φ55外圆的对称度为0.08mm。由于输出轴在工作中要承受较大的冲击载荷和扭矩，为了增强耐磨性和抗扭强度，要对输出轴进行调质处理，硬度为250HBS。

三、确定毛胚 3.1选择毛胚材料 毛胚的种类有很多，如1、型材2、锻造3、铸造，由于该输出轴要承受较大的冲击载荷和扭矩，为了增强其刚性和韧性，所以要选择锻件做为毛胚。如选用棒料，由于生产类型为中批，从经济上考虑，棒料要切削的余量太大，浪费材料。

3.2毛胚的的简图 四、工艺路线的确定 4.1基准的选择 基准可以分为粗基准和精基准 4.11粗基准 由于此零件为轴类零件，为了保证精度，所以选择外圆作为粗基准面。首先选用三爪卡盘自动找正原理，夹紧。以外圆为粗基准面，加工外圆、端面、中心孔。然后用已加工过的外圆作为基准，加工另一端面和钻中心孔，保证两个中心孔在同一直线上。

4.12精基准的选择 精基准的选择对一个零件加工完成后的精度非常重要。此零件选用两端的中心孔作为精基准，所以用两端中心孔来对外圆精加工。外圆加工完成后用外圆作为精基准，加工内圆。

4.2各表面加工方法的确定 φ176外圆：粗车 φ55外圆：粗车—精车 φ60外圆：粗车—精车 φ65外圆：粗车—精车 φ75外圆：粗车—精车 φ50内圆：粗铣 φ80内圆：车孔-铰孔 φ104内圆：车孔 φ20孔 ：钻孔-铰孔 左端面 ：
粗车 右端面 ：粗车 键槽 ：粗铣-精铣 4.3工序集中和分散考虑 4.31工序集中 工序集中就是将零件的加工集中在少数几道工序中完成，每道工序加工内容多，工艺路线短。其主要特点是：
可以采用高效机床和工艺装备，生产率高；

减少了设备数量以及操作工人人数和占地面积，节省人力、物力；

减少了工件安装次数，利于保证表面间的位置精度；

采用的工装设备结构复杂，调整维修较困难，生产准备工作量大。

4.32工序分散 工序分散就是将零件的加工分散到很多道工序内完成，每道工序加工的内容少，工艺路线很长。其主要特点是 设备和工艺装备比较简单，便于调整，容易适应产品的变换,对工人的技术要求较低；

可以采用最合理的切削用量，减少机动时间；

所需设备和工艺装备的数目多，操作工人多，占地面积大。

工序集中或分散的程度，主要取决于生产规模。一般情况下，单件小批生产时，采用工序集中，在一台普通机床上加工出尽量多的表面；
批量生产时，采用工序分散。

终上以及结合图纸要求，采用工序分散。

4.4加工设备于工艺设备的的选择 5．41 普通车床CS6140 床身上最大回转直径Φ400mm, 床鞍上最大回转直径Φ220mm, 最大工件长度1000 mm；
主轴通孔直径Φ52 mm，主轴头型式CS6140:ISO 702/III NO.6卡口型；
其余:ISO 702/II NO.8凸轮锁紧型，主轴转速范围24级 9-1600rpm，主轴电机功率7.5KW；
套筒直径/行程Φ75/150mm，顶尖锥度5MT；
3、刀位数/刀方尺寸4 / 25X25；

X、Z向最大行程145 mm、320 mm，X、Z向进给范围93种 0.028-6.43mm/r、93种 0.012-2.73 mm/r，公制螺纹范围48种 0.5-224mm，英制螺纹范围48种 72-1/4 t.p.i，模数螺纹范围42种 0.5-112 πmm，径节螺纹范围42种 56-1/4t.p.i.π 4.42数控车床CAK6136V/750 CAK6136V/750,床身上最大回转直径：ф360MM， 滑板上最大回转直径：ф180MM， 滑板上最大切削直径：ф180MM， 最大加工长度：
650MM，主轴通孔直径：
ф53MM，主电机功率：
变频5.5KW， 主轴转速范围：200-3000 R/MIN， X轴最大行程：
220 MM， Z轴最大行程：
660MM， 机床重复定位精度：X轴：0.007， Z轴：0.01， 加工精度：
IT6，粗糙度：
RA1.6，机床净重/毛重：2030*3170KG，包装箱尺寸：（长*宽*高）：2500*1640*2145MM. 4.43数控铣床 XK713 工作台面积 mm 1000×320 T型槽 (槽数/槽宽/间距) mm 3/14/80 X轴行程 mm 600 Y轴行程 mm 320 Z轴行程 mm 450 主轴端面至工作台台面距离 mm 100～550 工作台最大载重 kg 300 主轴锥孔 　 ISO 7:24 锥度No.40 主轴轴径/扭矩 mm/Nm Φ60/108Nm 主轴电机 kW 5.5Kw 主轴转数 rpm 30～4000或6000（无级） 快速移动速度(X、Y、Z轴) rpm 8000 切削进给速度 mm/min 10～4000 伺服电机输出扭矩 N·m 6 齿轮润滑电机功率 kW 0.04 刀具最大直径/长度/重量 　 Φ110mm/400mm/18kg 电源容量 KVA 15 机床外观尺寸 mm 2200×1700×2000 机床重量(净重/毛重) kg 3000/4000 定位精度 mm 0.02 重复定位精度 mm 0.016 五、加工顺序的安排 毛坯热处理 退火（消除内应力） 普车 粗车各外圆和左端面 普车 粗、精车右端面、φ176外圆 钻中心孔 数控车 粗、精车各圆柱面（除被装夹面） 数控车 精车左端各外圆 数控车 钻φ45的孔，车φ50、φ80、φ104，φ80的留铰的余量 数控车 铰φ80孔 数控铣 钻φ20φ8孔、铰孔 数控铣 铣键槽 六、走刀路线的确定 合理确定走刀路线对于保证被加工零件的加工精度和表面质量以及提高编程和加工效率起着非常重要的作用。尤其是加工轴类零件。应做到走刀路线短，刀具空行程少，这样才能提高工作效率。

5.7工序尺寸及公差的确定 工序尺寸及公差的确定在机械加工中起着至关重要的作用。要按照给定的精度等级选定公差。

加工部位 粗车余量及公差等级 精车余量及公差等级 φ176外圆 5 IT12 φ55外圆 15 IT12 1 IT6 φ60外圆 12 IT12 1 IT6 φ65外圆 5 IT12 1 IT6 φ75外圆 5 IT12 1 IT6 七、刀具的选择 刀具的选择是数控加工工艺中的重要内容之一，不仅影响机床的加工效率，而且直接影响零件的加工质量。应考虑以下方面：
（1） 根据零件材料的切削性能选择刀具。

（2） 根据零件的加工阶段选择刀具。

（3） 根据加工区域的特点选择刀具和几何参数。

由于我们要加工的零件材料要求为45钢，根据要求，选择硬质合金刀。

（1） 粗车外圆：
01 90°外圆车刀 （2） 精车外圆 02 70°外圆车刀 （3） 端面：
03 90°端面车刀 （4） 打孔钻头：
04、05 φ18、φ45高速钢钻 （5） 内圆 06 90°内孔刀 （6） 键槽 07 3.0*13键槽铣刀3.0*13 八、切削用量的选择 所谓合理的切削用量是指充分利用刀具的切削性能和机床性能，在保证加工质量的前提下，获得高的生产率和低的加工成本的切削用量。

制订切削用量，就是要在已经选择好刀具材料和几何角度的基础上，合理地确定背吃刀量、进给量。

加工部位 粗背吃刀量 精车吃刀量 进给量mm/r 各外圆 3.0 0.5 1.2 端面 0.5 键槽 5 2 0.1 铰孔 0.1 九、小结 一个星期的数控加工工艺的课程实训很快结束了，在这次课程设计过程中，我学到了很多。也遇到了种种困难，又一次又一次的修改加工方案，着都暴露了我在这方面的知识欠缺和经验不足。数控加工课程设计是一个跟实际联系很紧密的，不管是工艺过程还是工序卡，以及设备的选择，都要求我们有相关的理论知识，而且还要根据实训过程中学到的实践经验联系起来，才能搞课程设计。因此在课程设计中遇到的很多问题，既有理论的欠缺，也有经验的不足。但是在李立教授的帮助下，最终将遇到的问题得到了解决。

作的一次综合练习。随着课程设计的逐渐完成，使我对《数控加工工艺》这门课程以及对数控加工技术都有了更深入的理解和掌握。在这段时间里，我尽着自己最大的努力学习，来学习和创新。为了解决技术上的问题，我也不断地去翻阅所学的专业书籍和各种相关。

我认为，这种实训我受益匪浅，因为我暴露出了自己的不足。

十、参考文献 [1] 刘德荣，组合夹具结构简图的初步探讨，组合夹具，1982. (1) [2] 孙已德，机床夹具图册[M]，北京：机械工业出版社，1984：20-23。

[3] 贵州工学院机械制造工艺教研室，机床夹具结构图册[M]，贵阳：贵州任命出版社，1983：42-50。

[4] 刘友才，机床夹具设计[Ｍ] ，北京：机械工业出版社，1992 。

[5] 孟少龙，机械加工工艺手册第1卷[M]，北京：机械工业出版社，1991。

[6] 《金属机械加工工艺人员手册》修订组，金属机械加工工艺人员手册[M]，上海：上海科学技术出版社，1979。

[7] 李洪，机械加工工艺师手册[M]，北京：机械工业出版社，1990。

[8] 马贤智，机械加工余量与公差手册[M]，北京：中国标准出版社，1994。

[9] 上海金属切削技术协会，金属切削手册[M]，上海：上海科学技术出版社，1984。

[10] 周永强，高等学校毕业设计指导[M]，北京：中国建材工业出版社，2002。

[11] 薛源顺,机床夹具设计(第二版) [M],机械工业出版社,2003.1 [12] 余光国，马俊，张兴发，机床夹具设计[M]，重庆：重庆大学出版社，1995。

产品型号 机械加工工艺过程 零件编号 第 页 零件名称 输出轴 共 页 材料 名称 型号及规格 毛坯种类 毛坯尺寸 毛重/Kg 净重/Kg 序号 工序名称 工序内容 设备 工艺装备名称与编号 工时定额(小时) 夹具 量具 刃具 辅具 准备 操作 单件 1 锻造毛胚 各边留3—5mm加工余量 2 粗车 车各外圆 CS6140 三角卡盘 游标卡尺 90°外圆刀 3 粗车 车左端面 CS6140 三角卡盘 90°端面刀 4 粗车 车右端面 CS6140 三角卡盘 90°端面刀 5 粗车 φ176外圆 CS6140 三角卡盘 游标尺 90°外圆刀 6 精车 车右端面 CS6140 三角卡盘 90°端面刀 7 精车 φ176外圆 CS6140 三角卡盘 千分尺 93°外圆刀 8 粗车 各外圆柱面 CAK6136/750 三角卡盘 游标卡尺 90°外圆刀 9 精车 各外圆柱面 CAK6136/750 三角卡盘 千分尺 93°外圆刀 10 打孔 打中心孔 CAK6136/750 三角卡 中心钻 11 掉头车 车各圆柱面 CAK6136/750 三角卡盘 千分尺 93°外圆刀 12 钻孔 钻φ45的孔，车φ50φ80φ104的孔 CAK6136/750 三角卡盘 内径千分尺 90°内孔刀 13 铰孔 铰φ80的孔 CAK6136/750 三角卡盘 内径千分尺 铰刀 修改记录 标记 学生班级 学生姓名 指导老师 完成日记 签名 产品型号 机械加工工艺过程 零件编号 第 页 零件名称 输出轴 共 页 材料 名称 型号及规格 毛坯种类 毛坯尺寸 毛重/Kg 净重/Kg 序号 工序名称 工序内容 设备 工艺装备名称与编号 工时定额(小时) 夹具 量具 刃具 辅具 准备 操作 单件 1 铣 铣φ20的孔 XK713 平口钳 内径千分尺 键槽铣刀 2 铣 铣键槽 XK713 平口钳 内径千分尺 键槽铣刀 3 4 5 6 7 8 9 11 12 13 修改记录 标记 学生班级 学生姓名 指导老师 完成日记 签名 加 工 工 序 卡 零件名称 输出轴 零件编号 工序名称 工序号 设备 编号 型号 CS6140 名称 普车 夹具 编号 名称 定额 每批件数 单件时间（小时） 工人级别 学生班级 学生姓名 日期 序号 工 步 内 容 刀具及辅具 量具 切削用量 机动时间小时 辅助时间小时 编号 名称 规格 数量 编号 名称 规格 数量 ap f vc n 粗车外圆 01 90°外圆车刀 1 游标卡尺 3.0 0.8 80 800 粗车左端面 03 90°端面刀 1 0.5 粗车右端面 03 90°端面刀 1 0.5 粗车φ176外圆 01 90°外圆车刀 1 游标卡尺 3.0 0.8 80 800 精车右端面 03 90°端面刀 1 0.1 0.1 60 1000 精车φ176外圆 02 70°外圆刀 1 千分尺 0.1 0.1 60 1000 加 工 工 序 卡 零件名称 零件编号 工序名称 工序号 设备 编号 型号 CAK6136/750 名称 夹具 编号 名称 定额 每批件数 单件时间（小时） 工人级别 学生班级 学生姓名 日期 序号 工 步 内 容 刀具及辅具 量具 切削用量 机动时间小时 辅助时间小时 编号 名称 规格 数量 编号 名称 规格 数量 ap f vc n 粗车各外圆柱面 01 90°外圆刀 1 游标卡尺 3.0 0.8 80 800 精车各外圆柱面 02 70°外圆刀 1 千分尺 0.1 0.1 60 1000 打中心孔 中心钻 1 600 钻φ45的孔，车φ50φ80φ104的孔 麻花钻 1 内径千分 0.5 0.8 60 600 铰φ80的孔 铰刀 1 内径千分 400 数控加工工序卡 零件名称 输出轴 零件编号 工序名称 工序号 设备 编号 型号 XK713 名称 夹具 编号 名称 定额 每批件数 单件时间（小时） 工人级别 学生班级 学生姓名 日期 序号 工步内容 刀具及辅具 量具 切削用量 机动时 辅助时间小时 编号 名称 规格 数量 编号 名称 规格 数量 ap f vc n 1 铣φ8、φ20的孔 键槽铣刀 1 内径千分尺 1 3.0 600 2 铣键槽 键槽铣刀 3*16 千分尺 1 3.0 600 参考文献 [1] 刘德荣，组合夹具结构简图的初步探讨，组合夹具，1982. (1) [2] 孙已德，机床夹具图册[M]，北京：机械工业出版社，1984：20-23。

[3] 贵州工学院机械制造工艺教研室，机床夹具结构图册[M]，贵阳：贵州任命出版社，1983：42-50。

[4] 刘友才，机床夹具设计[Ｍ] ，北京：机械工业出版社，1992 。

[5] 孟少龙，机械加工工艺手册第1卷[M]，北京：机械工业出版社，1991。

[6] 《金属机械加工工艺人员手册》修订组，金属机械加工工艺人员手册[M]，上海：上海科学技术出版社，1979。

[7] 李洪，机械加工工艺师手册[M]，北京：机械工业出版社，1990。

[8] 马贤智，机械加工余量与公差手册[M]，北京：中国标准出版社，1994。

[9] 上海金属切削技术协会，金属切削手册[M]，上海：上海科学技术出版社，1984。

[10] 周永强，高等学校毕业设计指导[M]，北京：中国建材工业出版社，2002。

[11] 薛源顺,机床夹具设计(第二版) [M],机械工业出版社,2003.1 [12] 余光国，马俊，张兴发，机床夹具设计[M]，重庆：重庆大学出版社，1995。

2.3小结 机械加工工艺规程是规定产品或零部件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件。对加工工艺规程的设计，可以了解了加工工艺对生产、工艺水平有着极其重要的影响。生产规模的大小、工艺水平的高低以及解决各种工艺问题的方法和手段都要通过机械加工工艺来体现。