實(shí)驗(yàn)三 典型軸類另件設(shè)計(jì)與加工
本實(shí)驗(yàn)為機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程的一項(xiàng)綜合性設(shè)計(jì)試驗(yàn)，它需要運(yùn)用《機(jī)械設(shè)計(jì)》，《公
差》，《金屬切削原理》，《刀具設(shè)計(jì)》《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》等課程的。
相關(guān)知識(shí)來完成這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)因此需要學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和要求復(fù)習(xí)，自學(xué)一些相關(guān)的知
識(shí)以便順利的完成此項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?br>1．通過對(duì)典型軸類零件設(shè)計(jì)與加工提高學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用能力和實(shí)際動(dòng)手
能力及創(chuàng)新能力。
2．本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn),要求同學(xué)認(rèn)真預(yù)習(xí)有關(guān)課程知識(shí)。
二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
1. 根據(jù)提供的零件毛坯材料，尺寸設(shè)計(jì)一軸類零件并繪制出零件圖。
2. 根據(jù)設(shè)計(jì)的零件圖制訂機(jī)械加工工藝規(guī)程。
3. 根據(jù)機(jī)械加工工藝規(guī)程加工零件。
4. 根據(jù)另件圖要求檢測(cè)零件另件的各項(xiàng)精度指標(biāo)。
三、實(shí)驗(yàn)所能提供的設(shè)備，儀器，刀具及量具
1. CA6140 普通車床，ZC16 鉆銑床，臺(tái)鉆。
2. 量具：游標(biāo)卡尺，千分尺，杠桿千分尺，粗糙度比較量塊，V 形塊，比較儀。
3. 刀具：各種車刀，銑刀，鉆頭，中心鉆。
說明：如果學(xué)生需要用到其它的設(shè)備，量具，刀具等物品可以提前向?qū)嶒?yàn)室提出申請(qǐng)
我們一定盡力解決。
四、實(shí)驗(yàn)要求
1. 根據(jù)提供的零件毛坯材料，尺寸設(shè)計(jì)一軸類零件零件并繪制出零件圖且說明其用
途和零件結(jié)構(gòu)工藝性。
2. 根據(jù)設(shè)計(jì)的零件圖制訂機(jī)械加工工藝規(guī)程制訂一機(jī)械加工工序卡片（格式，內(nèi)容可參照實(shí)驗(yàn)報(bào)告提供的樣卡編制，也可根據(jù)相關(guān)教材自行編制）。
3. 根據(jù)工藝卡片進(jìn)行零件加工。
4. 檢測(cè)零件的各項(xiàng)精度指標(biāo)并添寫檢測(cè)報(bào)告。
五、實(shí)驗(yàn)步驟：
根據(jù)提供的零件毛坯材料，尺寸 設(shè)計(jì)一軸類零件并繪制出零件圖 且說明其用途和零
件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)工藝性。
軸類零件是機(jī)器中一種主要零件，它是旋轉(zhuǎn)體零件，其長(zhǎng)度大于直徑。加工表面通常
有內(nèi)外圓柱面，內(nèi)外圓錐面，螺紋，花鍵溝槽等。根據(jù)其形結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為光軸，階梯軸，
空心軸，半軸，花鍵軸，偏心軸等。
1. 軸的材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：
軸類零件的材料。碳素鋼：常用的有30，35，40，45 等優(yōu)質(zhì)碳素鋼，尤其是45 鋼最
常用，并根據(jù)不同的工作條件采用不同的熱處理工藝，以獲得一定的強(qiáng)度，韌性和耐磨性。
合金鋼：合金鋼具有較高的機(jī)械性能，其熱處理性能也較好，但通常對(duì)應(yīng)力集中較敏感，
價(jià)格也較貴。當(dāng)載荷大，要求尺寸小和重量輕或耐磨性要求較高時(shí)，可以采用合金鋼結(jié)構(gòu)
設(shè)計(jì)。軸的結(jié)構(gòu)是由許多因素決定的，其中包括軸上零件和軸承的類型，數(shù)量及配置情況，
軸的受載情況，零件在軸上的固定方式，軸上零件的拆裝和軸的加工工藝等。這些都應(yīng)該
在設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)時(shí)給以綜合考慮。詳細(xì)要求可參閱《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》。
2. 軸類零件的技術(shù)要求主要有：
（1）尺寸精度和幾何形狀精度。軸的軸徑是軸類零件的主要表面，它影響軸的旋轉(zhuǎn)
精度與工作狀態(tài)。軸徑的直徑尺寸精度根據(jù)使用要求通常為IT6__IT9，甚至IT5。軸徑的
幾何形狀精度（圓度，圓柱度）應(yīng)限制在直徑尺寸公差之內(nèi)。幾何形狀精度可在零件圖上
規(guī)定允許偏差。
（2）相互位置精度。保證配合軸徑（軸上裝配傳動(dòng)件的軸徑）相對(duì)支承軸徑（軸上
裝配軸承的軸徑）的同軸度，是軸類零件相互位置精度的普遍要求。普通精度軸的配合軸
徑對(duì)支承軸徑的徑向跳動(dòng)一般為0.01—0.03mm 高精度軸為0.001—0.005mm。

（3），表面粗糙度。支承軸徑的表面粗糙度比其他軸徑要求嚴(yán)格，其表面粗糙度
a R =0.63—0.16μm 配合軸徑的表面粗糙度一般為a R =2.5—0.63μm。
根據(jù)設(shè)計(jì)的零件圖，制訂一單件生產(chǎn)機(jī)械加工工序卡片
（1）機(jī)械加工工序卡片。又稱工序卡，用來具體指導(dǎo)工人的操作。它為零件工藝過
程中的每一工序而制訂，詳細(xì)說明各工序的詳細(xì)工藝資料并附有工序簡(jiǎn)圖。
（2）工序。一個(gè)（或一組）工人在一個(gè)工作地點(diǎn)（指安置機(jī)床，鉗工臺(tái)等地點(diǎn)），對(duì)
一個(gè)（或同時(shí)加工的幾個(gè)）工件所連續(xù)完成的那部分機(jī)械加工工藝過程稱為工序。它包括
在這個(gè)工件上連續(xù)進(jìn)行的直到轉(zhuǎn)向加工下一個(gè)工件為止的全部動(dòng)作，是工藝過程劃分，生
產(chǎn)組織，調(diào)度和工作計(jì)劃安排的基本單元。一個(gè)零件往往是經(jīng)過若干個(gè)工序而造成成品的。
（3）安裝。在完成機(jī)械加工的工序中，使工件在機(jī)床或夾具中占據(jù)某一正確位置并
被夾的過程，稱為緊安裝。有時(shí)，工件在機(jī)床上需經(jīng)過多次裝夾才能完成一個(gè)工序的內(nèi)容。
如，先從一端加工出部分表面，然后掉頭加工另一端，這時(shí)的工序內(nèi)容就包括兩次安裝。
（4）工步。在加工表面和加工工具不變的情況下，所連續(xù)完成的那一部分工序稱為
工步。在一個(gè)安裝中可以完成一個(gè)或幾個(gè)工步。如，在車床上加工階梯軸，用同一把刀具
加工不同直徑的外圓表面，則每加工一個(gè)表面就是一個(gè)工步。
（5）工作行程。刀具以加工進(jìn)給速度相對(duì)工件所完成一次進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的工步部分稱為
工作行程。當(dāng)工件上有較厚的材料層需要切除時(shí)，就需要多個(gè)工作行程來完成一個(gè)工步。
（6）工位。一次安裝后，在加工過程中工件如需作若干次位置的變化，則工件在機(jī)
床上所占的每一個(gè)位置上所進(jìn)行的那部分加工過程，稱為一個(gè)工位。
3．零件機(jī)械加工工藝路線的擬定
（1）零件表面加工方法的選擇，主要考慮以下幾個(gè)方面：
① 被加工表面的幾何特點(diǎn)。不同加工表面由不同的機(jī)床運(yùn)動(dòng)關(guān)系和加工方法獲得。
外圓表面主要由車削和磨削方法，內(nèi)孔表面主要由鉆削，鉸削，鏜削，磨削方法獲得，平
面主要由刨削，銑削，磨削方法獲得。所以被加工表面的幾何特點(diǎn)決定了加工方法的選擇
范圍。

② 被加工表面的技術(shù)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
范圍，在該范圍內(nèi)有一個(gè)可以最經(jīng)濟(jì)地獲得的加工精度，一般程為經(jīng)濟(jì)加工精度。在選擇
表面加工方法時(shí)，應(yīng)選擇經(jīng)濟(jì)加工精度與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極
步經(jīng)濟(jì)的。所以，在精加工前要安排粗加工，半精加工。這樣，對(duì)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組合，既表面加工路線。表1 是外圓加工的典型
加工路線及所能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)加工精度和表面粗糙度。
③ 零件結(jié)構(gòu)形狀和尺寸大小。
④ 生產(chǎn)批量。大批大量生產(chǎn)應(yīng)采用高生產(chǎn)率的加工方法，單件小批應(yīng)采用常見的：
外圓表面加工路線及所能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)加工精度

（2）定位基準(zhǔn)的選擇。在加工過程中定位基準(zhǔn)的選擇對(duì)工藝過程有重要影響。所以
必須遵循一定原則正確選擇每工序使用的定位基準(zhǔn)。
① 粗基準(zhǔn)的選擇原則。
第一，當(dāng)必須保證不加工表面與加工表面間相互位置關(guān)系時(shí)，應(yīng)選擇該不加工表面為
粗基準(zhǔn)。如果零件上有多個(gè)不加工表面，則選擇其中與加工表面相互位置要求高的表面為
粗基準(zhǔn)。
第二，對(duì)于有多個(gè)加工表面而不加工表面與加工表面間位置要求不嚴(yán)格的零件，粗基
準(zhǔn)選擇應(yīng)能保證合理地分配各加工表面的余量。
第三，做為粗基準(zhǔn)的毛坯表面應(yīng)盡量光滑平整，以免增大定位誤差，同時(shí)要求零件的
夾緊要可靠。
第四，粗基準(zhǔn)應(yīng)盡量避免重復(fù)使用，原則上只能在第一道工序中使用。因?yàn)槎啻问褂?br>同一粗基準(zhǔn)會(huì)造成很大定位誤差。
② 精基準(zhǔn)的選擇原則。
第一，盡可能選用工序基準(zhǔn)作為精基準(zhǔn)，以減少因基準(zhǔn)不重合而引起的定位誤差。這
一原則稱為基準(zhǔn)重合原則。
第二，如果工件以某一組精基準(zhǔn)定位可以比較方便地加工其它各表面時(shí)，則應(yīng)盡可能
在多數(shù)工序中都采用這組精基準(zhǔn)進(jìn)行定位。這稱為基準(zhǔn)統(tǒng)一原則。
第三，當(dāng)精加工或光整加工工序要求余量小而均勻時(shí)，或在某些特殊情況下，應(yīng)選擇
加工表面本身作為精基準(zhǔn)。但該表面與其它表面的相互位置精度，則要求由先行工序保證。
如浮動(dòng)鉸刀鉸孔，圓拉刀拉孔等。
第四，當(dāng)需要獲得均勻的加工余量或較高的相互位置精度時(shí)，互為基準(zhǔn)反復(fù)加工的原則。
第五，精基準(zhǔn)的選擇應(yīng)使定位準(zhǔn)確，夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，夾緊可靠。
基準(zhǔn)的選擇應(yīng)根據(jù)具體情況綜合考慮。另外準(zhǔn)基的選擇不能僅考慮本工序定位夾緊是
否合適，而應(yīng)結(jié)合整個(gè)工藝路線進(jìn)行統(tǒng)一考慮，使先行工序?yàn)楹罄m(xù)工序創(chuàng)造條件，使每個(gè)
工序都有合適的基準(zhǔn)和夾緊方式，以便正確解決所有工序的基準(zhǔn)選擇問題。
（3）加工順序的確定
選定零件表面加工方法及定位基準(zhǔn)后，既可確定各加工面的先后順序。這時(shí)主要應(yīng)考
慮如下幾電。
① 要按先粗后精的原則安排機(jī)械加工的進(jìn)行順序在零件的所有表面加工工作中，一
般包括若干粗經(jīng)過，半精加工，精加工。安排加工順序時(shí)應(yīng)將各表面的粗加工集中在一起
首先進(jìn)行。再依次進(jìn)行各表面的半精加工和和精加工，使整個(gè)過程形成先粗后精的若干加
工階段。
第一，粗加工階段。切除毛坯的大部分多余金屬，使形狀和尺寸基本接近零件成品。
這個(gè)階段主要是如何提高生產(chǎn)率的問題。
第二，半精加工階段。切除的金屬量介于粗，精加工之間，使主要表面達(dá)到一定精度
并為精加工留有余量，同時(shí)完成一些次要表面的加工，如鉆孔，銑槽等
第三，精加工階段。金屬切除量很小，保證各主要表面達(dá)到規(guī)定的尺寸精度，粗糙度
和相互位置精度
② 先加工基準(zhǔn)表面后加工其它表面，既基準(zhǔn)先行原則。
③ 先主后次的加工順序安排原則。
④ 先面后孔的加工順序。
（4）工序設(shè)計(jì)
確定加工余量，工序尺寸及其公差。
① 常用的加工余量確定方法：
第一，經(jīng)驗(yàn)估計(jì)法，經(jīng)驗(yàn)估計(jì)法是根據(jù)積累的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)來確定加工余量的
方法。為避免產(chǎn)生廢品，估計(jì)的加工余量一般偏大，常用于單件，小批生產(chǎn)第二，表修正法，表修正法是以生產(chǎn)實(shí)踐和試驗(yàn)研究積累的有關(guān)加工余量的資料數(shù)
據(jù)為基礎(chǔ)，并按生產(chǎn)條件加以修正來確定加工余量的方法。該方法應(yīng)用的比較廣泛。應(yīng)用
的數(shù)據(jù)表格可查閱《金屬機(jī)械加工工藝人員手冊(cè)》。
② 工序尺寸及其公差的確定。
工序尺寸是工件在某工序加工之后所應(yīng)保證的尺寸。某表面內(nèi)最后一道工序的尺寸及
公差應(yīng)是零件的設(shè)計(jì)尺寸和公差。除此之外，其余各中間工序的尺寸及公差均需要計(jì)算確
定。當(dāng)工序中采用設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為工序基準(zhǔn)時(shí)其工序尺寸及公差的確定只需考慮各工序的加工
余量和能達(dá)到的加工精度。計(jì)算步驟為：
第一，用查表修正法或經(jīng)驗(yàn)估計(jì)法確定加工工序余量數(shù)值。
第二，由毛坯精度確定毛坯尺寸公差，取零件設(shè)計(jì)公差為最后工序的公差，中間工序
尺寸公差由采用的加工方法的經(jīng)濟(jì)加工精度確定。
第三，取零件圖的基本尺寸為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，如工序基準(zhǔn)或測(cè)量基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合時(shí)還要進(jìn)行尺寸換算（借助尺寸鏈）。
切削用量的確定：除在單件小批生產(chǎn)中不需規(guī)定切削用量，而由工人在加工時(shí)自行確定外，在工藝文件
中還要規(guī)定每眼一工步的切削用量，即切削深度，進(jìn)給量和切削速度。選擇切削用量可以
采用查表法或計(jì)算法。其步驟為：
第一，由工序余量確定切削深度。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確定進(jìn)給量。
第三，按工序加工表面粗糙度，工件材料，刀具材料確定切削速度。切削用量的確定可參閱《金屬切削原理》時(shí)間定額的確定。完成一個(gè)零件的一道工序的時(shí)間為單件時(shí)間它包括如下組成部分。
第一，基本時(shí)間，是指從工件上切除金屬層所耗費(fèi)的時(shí)間，其中包括刀具切入和切出的時(shí)間。
第二，輔助時(shí)間，包括裝夾和卸下工件，開動(dòng)和停止機(jī)器，改變切削用量，進(jìn)，退刀具，測(cè)量工件尺寸等。
第三，布置工作地時(shí)間，包括加工過程中調(diào)整，更換刀具，潤(rùn)滑和擦拭機(jī)器，清理切
屑，刃磨刀具等耗費(fèi)的時(shí)間。以上實(shí)驗(yàn)步驟要求學(xué)生在課下完成。
3．零件加工，根據(jù)工序卡的要求調(diào)整機(jī)床，選擇刀具，試件毛坯，正確安裝并夾緊
試件毛坯。
注意：加工時(shí)一定按操作規(guī)程操作以保證人身安全。
4．零件精度檢驗(yàn)：根據(jù)零件圖要求檢驗(yàn)各項(xiàng)精度指標(biāo)。檢驗(yàn)方法可參閱《公差與技術(shù)測(cè)量》。