典型轴类另件设计与加工

实验三 典型轴类另件设计与加工
本实验为机械制造技术基础课程的一项综合性设计试验，它需要运用《机械设计》，《公
差》，《金属切削原理》，《刀具设计》《机械制造技术基础》等课程的。
相关知识来完成这项实验因此需要学生根据实验内容和要求复习，自学一些相关的知
识以便顺利的完成此项实验。
一、实验目的
1．通过对典型轴类零件设计与加工提高学生对所学知识的综合运用能力和实际动手
能力及创新能力。
2．本实验项目为设计性实验,要求同学认真预习有关课程知识。
二、实验内容
1. 根据提供的零件毛坯材料，尺寸设计一轴类零件并绘制出零件图。
2. 根据设计的零件图制订机械加工工艺规程。
3. 根据机械加工工艺规程加工零件。
4. 根据另件图要求检测零件另件的各项精度指标。
三、实验所能提供的设备，仪器，刀具及量具
1. CA6140 普通车床，ZC16 钻铣床，台钻。
2. 量具：游标卡尺，千分尺，杠杆千分尺，粗糙度比较量块，V 形块，比较仪。
3. 刀具：各种车刀，铣刀，钻头，中心钻。
说明：如果学生需要用到其它的设备，量具，刀具等物品可以提前向实验室提出申请
我们一定尽力解决。
四、实验要求
1. 根据提供的零件毛坯材料，尺寸设计一轴类零件零件并绘制出零件图且说明其用
途和零件结构工艺性。
2. 根据设计的零件图制订机械加工工艺规程制订一机械加工工序卡片（格式，内容可参照实验报告提供的样卡编制，也可根据相关教材自行编制）。
3. 根据工艺卡片进行零件加工。
4. 检测零件的各项精度指标并添写检测报告。
五、实验步骤：
根据提供的零件毛坯材料，尺寸 设计一轴类零件并绘制出零件图 且说明其用途和零
件结构设计和结构工艺性。
轴类零件是机器中一种主要零件，它是旋转体零件，其长度大于直径。加工表面通常
有内外圆柱面，内外圆锥面，螺纹，花键沟槽等。根据其形结构特点可分为光轴，阶梯轴，
空心轴，半轴，花键轴，偏心轴等。
1. 轴的材料和结构设计：
轴类零件的材料。碳素钢：常用的有30，35，40，45 等优质碳素钢，尤其是45 钢最
常用，并根据不同的工作条件采用不同的热处理工艺，以获得一定的强度，韧性和耐磨性。
合金钢：合金钢具有较高的机械性能，其热处理性能也较好，但通常对应力集中较敏感，
价格也较贵。当载荷大，要求尺寸小和重量轻或耐磨性要求较高时，可以采用合金钢结构
设计。轴的结构是由许多因素决定的，其中包括轴上零件和轴承的类型，数量及配置情况，
轴的受载情况，零件在轴上的固定方式，轴上零件的拆装和轴的加工工艺等。这些都应该
在设计轴的结构时给以综合考虑。详细要求可参阅《机械设计基础》。
2. 轴类零件的技术要求主要有：
（1）尺寸精度和几何形状精度。轴的轴径是轴类零件的主要表面，它影响轴的旋转
精度与工作状态。轴径的直径尺寸精度根据使用要求通常为IT6__IT9，甚至IT5。轴径的
几何形状精度（圆度，圆柱度）应限制在直径尺寸公差之内。几何形状精度可在零件图上
规定允许偏差。
（2）相互位置精度。保证配合轴径（轴上装配传动件的轴径）相对支承轴径（轴上
装配轴承的轴径）的同轴度，是轴类零件相互位置精度的普遍要求。普通精度轴的配合轴
径对支承轴径的径向跳动一般为0.01—0.03mm 高精度轴为0.001—0.005mm。

（3），表面粗糙度。支承轴径的表面粗糙度比其他轴径要求严格，其表面粗糙度
a R =0.63—0.16μm 配合轴径的表面粗糙度一般为a R =2.5—0.63μm。
根据设计的零件图，制订一单件生产机械加工工序卡片
（1）机械加工工序卡片。又称工序卡，用来具体指导工人的操作。它为零件工艺过
程中的每一工序而制订，详细说明各工序的详细工艺资料并附有工序简图。
（2）工序。一个（或一组）工人在一个工作地点（指安置机床，钳工台等地点），对
一个（或同时加工的几个）工件所连续完成的那部分机械加工工艺过程称为工序。它包括
在这个工件上连续进行的直到转向加工下一个工件为止的全部动作，是工艺过程划分，生
产组织，调度和工作计划安排的基本单元。一个零件往往是经过若干个工序而造成成品的。
（3）安装。在完成机械加工的工序中，使工件在机床或夹具中占据某一正确位置并
被夹的过程，称为紧安装。有时，工件在机床上需经过多次装夹才能完成一个工序的内容。
如，先从一端加工出部分表面，然后掉头加工另一端，这时的工序内容就包括两次安装。
（4）工步。在加工表面和加工工具不变的情况下，所连续完成的那一部分工序称为
工步。在一个安装中可以完成一个或几个工步。如，在车床上加工阶梯轴，用同一把刀具
加工不同直径的外圆表面，则每加工一个表面就是一个工步。
（5）工作行程。刀具以加工进给速度相对工件所完成一次进给运动的工步部分称为
工作行程。当工件上有较厚的材料层需要切除时，就需要多个工作行程来完成一个工步。
（6）工位。一次安装后，在加工过程中工件如需作若干次位置的变化，则工件在机
床上所占的每一个位置上所进行的那部分加工过程，称为一个工位。
3．零件机械加工工艺路线的拟定
（1）零件表面加工方法的选择，主要考虑以下几个方面：
① 被加工表面的几何特点。不同加工表面由不同的机床运动关系和加工方法获得。
外圆表面主要由车削和磨削方法，内孔表面主要由钻削，铰削，镗削，磨削方法获得，平
面主要由刨削，铣削，磨削方法获得。所以被加工表面的几何特点决定了加工方法的选择
范围。

② 被加工表面的技术要求。不同的加工方法可得到不同的加工精度和表面粗糙度
范围，在该范围内有一个可以最经济地获得的加工精度，一般程为经济加工精度。在选择
表面加工方法时，应选择经济加工精度与零件表面要求相一致的加工方法。
一般加工精度越高的加工方法的材料切除率越小。全部余量都用精加工方法去除是极
步经济的。所以，在精加工前要安排粗加工，半精加工。这样，对不同精度及粗糙度要求
的加工表面就形成了若干典型的加工方法组合，既表面加工路线。表1 是外圆加工的典型
加工路线及所能达到的经济加工精度和表面粗糙度。
③ 零件结构形状和尺寸大小。
④ 生产批量。大批大量生产应采用高生产率的加工方法，单件小批应采用常见的：
外圆表面加工路线及所能达到的经济加工精度

（2）定位基准的选择。在加工过程中定位基准的选择对工艺过程有重要影响。所以
必须遵循一定原则正确选择每工序使用的定位基准。
① 粗基准的选择原则。
第一，当必须保证不加工表面与加工表面间相互位置关系时，应选择该不加工表面为
粗基准。如果零件上有多个不加工表面，则选择其中与加工表面相互位置要求高的表面为
粗基准。
第二，对于有多个加工表面而不加工表面与加工表面间位置要求不严格的零件，粗基
准选择应能保证合理地分配各加工表面的余量。
第三，做为粗基准的毛坯表面应尽量光滑平整，以免增大定位误差，同时要求零件的
夹紧要可靠。
第四，粗基准应尽量避免重复使用，原则上只能在第一道工序中使用。因为多次使用
同一粗基准会造成很大定位误差。
② 精基准的选择原则。
第一，尽可能选用工序基准作为精基准，以减少因基准不重合而引起的定位误差。这
一原则称为基准重合原则。
第二，如果工件以某一组精基准定位可以比较方便地加工其它各表面时，则应尽可能
在多数工序中都采用这组精基准进行定位。这称为基准统一原则。
第三，当精加工或光整加工工序要求余量小而均匀时，或在某些特殊情况下，应选择
加工表面本身作为精基准。但该表面与其它表面的相互位置精度，则要求由先行工序保证。
如浮动铰刀铰孔，圆拉刀拉孔等。
第四，当需要获得均匀的加工余量或较高的相互位置精度时，互为基准反复加工的原则。
第五，精基准的选择应使定位准确，夹具结构简单，夹紧可靠。
基准的选择应根据具体情况综合考虑。另外准基的选择不能仅考虑本工序定位夹紧是
否合适，而应结合整个工艺路线进行统一考虑，使先行工序为后续工序创造条件，使每个
工序都有合适的基准和夹紧方式，以便正确解决所有工序的基准选择问题。
（3）加工顺序的确定
选定零件表面加工方法及定位基准后，既可确定各加工面的先后顺序。这时主要应考
虑如下几电。
① 要按先粗后精的原则安排机械加工的进行顺序在零件的所有表面加工工作中，一
般包括若干粗经过，半精加工，精加工。安排加工顺序时应将各表面的粗加工集中在一起
首先进行。再依次进行各表面的半精加工和和精加工，使整个过程形成先粗后精的若干加
工阶段。
第一，粗加工阶段。切除毛坯的大部分多余金属，使形状和尺寸基本接近零件成品。
这个阶段主要是如何提高生产率的问题。
第二，半精加工阶段。切除的金属量介于粗，精加工之间，使主要表面达到一定精度
并为精加工留有余量，同时完成一些次要表面的加工，如钻孔，铣槽等
第三，精加工阶段。金属切除量很小，保证各主要表面达到规定的尺寸精度，粗糙度
和相互位置精度
② 先加工基准表面后加工其它表面，既基准先行原则。
③ 先主后次的加工顺序安排原则。
④ 先面后孔的加工顺序。
（4）工序设计
确定加工余量，工序尺寸及其公差。
① 常用的加工余量确定方法：
第一，经验估计法，经验估计法是根据积累的生产经验来确定加工余量的
方法。为避免产生废品，估计的加工余量一般偏大，常用于单件，小批生产第二，表修正法，表修正法是以生产实践和试验研究积累的有关加工余量的资料数
据为基础，并按生产条件加以修正来确定加工余量的方法。该方法应用的比较广泛。应用
的数据表格可查阅《金属机械加工工艺人员手册》。
② 工序尺寸及其公差的确定。
工序尺寸是工件在某工序加工之后所应保证的尺寸。某表面内最后一道工序的尺寸及
公差应是零件的设计尺寸和公差。除此之外，其余各中间工序的尺寸及公差均需要计算确
定。当工序中采用设计基准为工序基准时其工序尺寸及公差的确定只需考虑各工序的加工
余量和能达到的加工精度。计算步骤为：
第一，用查表修正法或经验估计法确定加工工序余量数值。
第二，由毛坯精度确定毛坯尺寸公差，取零件设计公差为最后工序的公差，中间工序
尺寸公差由采用的加工方法的经济加工精度确定。
第三，取零件图的基本尺寸为最后工序的工序基本值，再按各工序余量大小由最后工
序依次向前推算出各工序尺寸的基本值。
第四，如工序基准或测量基准与设计基准不重合时还要进行尺寸换算（借助尺寸链）。
切削用量的确定：除在单件小批生产中不需规定切削用量，而由工人在加工时自行确定外，在工艺文件
中还要规定每眼一工步的切削用量，即切削深度，进给量和切削速度。选择切削用量可以
采用查表法或计算法。其步骤为：
第一，由工序余量确定切削深度。全部工序或余量最好在一次走刀中去除。
第二，按工序加工表面粗糙度确定进给量。
第三，按工序加工表面粗糙度，工件材料，刀具材料确定切削速度。切削用量的确定可参阅《金属切削原理》时间定额的确定。完成一个零件的一道工序的时间为单件时间它包括如下组成部分。
第一，基本时间，是指从工件上切除金属层所耗费的时间，其中包括刀具切入和切出的时间。
第二，辅助时间，包括装夹和卸下工件，开动和停止机器，改变切削用量，进，退刀具，测量工件尺寸等。
第三，布置工作地时间，包括加工过程中调整，更换刀具，润滑和擦拭机器，清理切
屑，刃磨刀具等耗费的时间。以上实验步骤要求学生在课下完成。
3．零件加工，根据工序卡的要求调整机床，选择刀具，试件毛坯，正确安装并夹紧
试件毛坯。
注意：加工时一定按操作规程操作以保证人身安全。
4．零件精度检验：根据零件图要求检验各项精度指标。检验方法可参阅《公差与技术测量》。