ZDⅢ41—4G型錐形電動(dòng)機(jī)軸加工工藝設(shè)計(jì)與研究

李慧娟，吳凡

（咸寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北咸寧437100）

ZDⅢ41—4G型錐形電動(dòng)機(jī)軸加工工藝設(shè)計(jì)與研究

李慧娟，吳凡

（咸寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北咸寧437100）

本文針對(duì)錐形電動(dòng)機(jī)軸加工工藝方案設(shè)計(jì)進(jìn)行了深入分析與研究，運(yùn)用“倒退法”及“單向入體法則”分析計(jì)算了工序尺寸及偏差，采用“工序分散”的原則，對(duì)ZDⅢ41—4G型錐形電動(dòng)機(jī)軸提出了較為完整的加工工藝方案，在實(shí)際加工中改善了電動(dòng)機(jī)軸的加工質(zhì)量，提高了電動(dòng)機(jī)的裝配精度，從而提高了電動(dòng)機(jī)的使用性能。

加工工藝；加工精度；錐形電動(dòng)機(jī)

電動(dòng)機(jī)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)應(yīng)用非常廣泛，電動(dòng)機(jī)內(nèi)部零件的加工質(zhì)量好壞直接影響電動(dòng)機(jī)的裝配及使用性能[1]。電動(dòng)機(jī)機(jī)軸是電動(dòng)機(jī)中一個(gè)非常重要的零件，其加工質(zhì)量直接影響電動(dòng)機(jī)的性能，而加工工藝方案的合理與否直接影響零件的加工質(zhì)量[2]。

ZD1系列電動(dòng)機(jī)為臥式電動(dòng)機(jī)，主要應(yīng)用于電動(dòng)葫蘆的起升，或要求起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大，制動(dòng)速度較快的場(chǎng)合[3]。研究錐形電動(dòng)軸加工工藝，改善了電動(dòng)機(jī)軸的加工質(zhì)量，提高了電動(dòng)機(jī)的裝配精度，從而提高了電動(dòng)機(jī)的使用性能，所以研究該類電動(dòng)機(jī)軸加工工藝設(shè)計(jì)方案有著非常重要的意義。

1 ZDⅢ41—4G型錐形電動(dòng)機(jī)機(jī)軸原始資料

1.1 ZDⅢ41—4G型錐形電動(dòng)機(jī)機(jī)軸零件

ZDⅢ41—4G型錐形電動(dòng)機(jī)機(jī)軸零件圖，如圖1所示。

圖1 ZDⅢ41—4G型錐形電動(dòng)機(jī)軸零件圖

1.2 具備的原始數(shù)據(jù)

材料：40Cr；毛坯：圓鋼Φ55；產(chǎn)品年產(chǎn)量：4 000臺(tái)；備品率為10%，廢品率為5%.

1.3 企業(yè)所具有的設(shè)備

（1）機(jī)床設(shè)備

加工過程中采用的主要設(shè)備有：圓盤鋸床（G75）、車床（CA6140、CA6150、CAK6140）、液壓仿形車床（CE7112）、銑端面鉆中心孔機(jī)床（XZ224）、鉆床（Z4015A）。

（2）工藝輔助裝備

加工過程中采用的主要工藝裝備有：中心鉆（B5/ 18B、3.5/11.2）、500 mm規(guī)格游標(biāo)卡尺、模軸（ZD37.04B—611—7）、鉆頭（Φ5.1 mm）、絲錐（M6）、通規(guī)和止規(guī)（M6）、布氏硬度計(jì)、圓弧樣板、花鍵滾刀（25—50外徑尺）。

2生產(chǎn)綱領(lǐng)、生產(chǎn)類型及工藝特點(diǎn)分析與確定

2.1 生產(chǎn)綱領(lǐng)的計(jì)算公式

N=Qn（1+a+b）

式中，a為備品率；b為廢品率；Q為產(chǎn)品的計(jì)劃期內(nèi)產(chǎn)量；n為每件產(chǎn)品中該種零件的數(shù)量；N為零件的計(jì)劃期內(nèi)產(chǎn)量。

根據(jù)已知數(shù)據(jù)可知：備品率為10%，廢品率為5%，產(chǎn)品年產(chǎn)量為4 000臺(tái)，每臺(tái)電動(dòng)機(jī)1個(gè)機(jī)軸，電動(dòng)機(jī)軸生產(chǎn)綱領(lǐng)計(jì)算結(jié)果為：

N=4 000×1（1+10%+5%）=4 600（個(gè)）

生產(chǎn)綱領(lǐng)和零件的類型決定了企業(yè)的生產(chǎn)類型和生產(chǎn)方式[4]。

2.2 生產(chǎn)類型的確定

按照年生產(chǎn)綱領(lǐng)，生產(chǎn)類型可劃分成單件生產(chǎn)、成批生產(chǎn)、大量生產(chǎn)[4]。成批生產(chǎn)又可以分為小批生產(chǎn)、中批生產(chǎn)和大批生產(chǎn)3種。表1所示是各種生產(chǎn)類型的劃分狀況。

一般零件質(zhì)量小于100 kg為輕型零件，大于100 kg且小于2000 kg為中型零件，大于2000 kg為重型零件[5]。

ZDⅢ41—4G型7.5 kW錐形電動(dòng)機(jī)軸的重量小于100 kg，故為輕型零件。

因?yàn)閆DⅢ41—4G型7.5 kW錐形電動(dòng)機(jī)軸的生產(chǎn)綱領(lǐng)計(jì)算為4 600個(gè)，根據(jù)表1可得，其生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn)。

表1 各種生產(chǎn)類型的劃分

不同生產(chǎn)類型，生產(chǎn)特點(diǎn)不同，在生產(chǎn)組織上往往有很大的區(qū)別。中批零件的工藝特征為：大部分有互換性，少量鉗工修配；毛坯精度和加工余量中等；部分通用機(jī)床和部分專用機(jī)床；廣泛采用夾具，部分靠找正裝夾，達(dá)到精度要求；較多采用專用刀具和量具；需一定技術(shù)水平的工人，成本中等水平。

3 ZDⅢ41—4G型錐形電動(dòng)機(jī)軸零件圖分析

3.1 ZDⅢ41—4G型錐形電動(dòng)機(jī)軸的結(jié)構(gòu)及功用

該軸主要由圓柱面、槽、花鍵、圓弧面、圓錐面、臺(tái)階面、內(nèi)外螺紋等組成，主要用于傳動(dòng)、承載載荷、傳遞轉(zhuǎn)矩以及保證裝在軸上零件的回轉(zhuǎn)精度。

3.2 ZDⅢ41—4G型錐形電動(dòng)機(jī)軸加工精度分析

（1）花鍵加工精度

1）制動(dòng)花鍵8×42H7×45H10×8H9

42H7：小徑直徑為Φ42mm，公差等級(jí)為7級(jí)，查表公差值為25μm，上偏差為+0.025mm，下偏差為0.

45H10：大徑直徑為Φ45 mm，公差等級(jí)為10級(jí)，查表公差值為100μm，上偏差為+0.1 mm，下偏差為0.

8H9：鍵寬為8 mm，公差等級(jí)為9級(jí)，查表公差值為36μm，上偏差為+0.36 mm，下偏差為0.

2）輸出花鍵8×32H7×38H10×6H9

32H7：小徑直徑為Φ32 mm，公差等級(jí)為7級(jí)，查表公差值為100μm，上偏差為+0.1 mm，下偏差為0.

38H10：大徑直徑為Φ38 mm，公差等級(jí)為10級(jí)，查表公差值為100μm，上偏差為+0.1 mm，下偏差為0.

6H9：鍵寬為6 mm，公差等級(jí)為9級(jí)，查表公差值為30μm，上偏差為+0.30mm，下偏差為0.

（2）螺紋加工精度

M33×1.5：普通螺紋，公稱直徑為33 mm，螺距為1.5 mm，右旋螺紋，中等旋合長(zhǎng)度。

（3）外圓柱面的加工精度

根據(jù)零件圖上尺寸的極限偏差、基本尺寸及表面粗糙度查手冊(cè)可以確定各表面的加工精度，最高尺寸精度為8級(jí)，根據(jù)尺寸精度的要求及企業(yè)現(xiàn)有設(shè)備，確定外圓柱表面的加工方法主要以車削為主。

4 ZDⅢ41—4G型錐形電動(dòng)機(jī)軸毛坯的確定

因?yàn)樵撾妱?dòng)機(jī)軸生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn)，根據(jù)零件圖可知，ZDⅢ41—4G型錐形電動(dòng)機(jī)軸的最大直徑為Φ55 mm，且該段軸不需要加工，從而確定ZDⅢ41—4G型錐形電動(dòng)機(jī)軸的毛坯的直徑為Φ55 mm；材料根據(jù)需要選40Cr；從零件圖可知該錐形電動(dòng)機(jī)軸的總長(zhǎng)為496 mm，從而確定毛坯長(zhǎng)度為500 mm.因?yàn)樵撳F形電動(dòng)機(jī)軸各段軸之間的直徑相差不大，故毛坯結(jié)構(gòu)選圓鋼；根據(jù)毛坯整體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度及精度等級(jí)從而確定了毛坯制造方法為型材。

所以，采用毛坯為Φ55×500 mm的棒料，材料40Cr，毛坯制造方法為型材。

5 ZDⅢ41—4G型錐形電動(dòng)機(jī)軸工藝基準(zhǔn)和加工階段的分析研究

5.1 基準(zhǔn)的選擇

該零件為軸，主要定位基準(zhǔn)為軸的中心線和外圓柱面。在粗加工中主要采用三爪卡盤和頂尖配合裝夾，主要以外圓柱表面為定位基準(zhǔn)；在精加工中主要采用雙頂尖的形式進(jìn)行裝夾，以軸的中心線為定位基準(zhǔn)。

5.2 加工階段的劃分

根據(jù)ZDⅢ41—4G錐形電動(dòng)機(jī)機(jī)軸的零件圖上的標(biāo)注可知該零件的加工精度，根據(jù)加工精度將該零件的加工劃分為三個(gè)加工階段，即粗加工階段、半精加工階段、精加工階段。

6 ZDⅢ41—4G型錐形電動(dòng)機(jī)軸各表面加工方法及工序尺寸的確定

各外圓柱表面及外螺紋的加工方法采用車削，花鍵采用銑削，內(nèi)螺紋孔采用攻絲。

因?yàn)樵撳F形電動(dòng)機(jī)機(jī)軸的生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn)，所以在工序安排原則上采用工序分散的原則來安排整個(gè)工序。

加工余量：半精加工直徑方向余量留2 mm，長(zhǎng)度方向1 mm；精加工直徑方向余量留0.5 mm；銑花鍵徑向留0.5 mm的余量[6]。

各工序基本尺寸利用“倒推法”結(jié)合工序余量進(jìn)行計(jì)算可以得到，各工序的極限偏差可以采用單向入體原則查表計(jì)算得到。

查手冊(cè)可知粗車加工所獲得的外圓表面的加工精度為IT13-11級(jí)，在此取中間精度等級(jí)12級(jí)，根據(jù)各段軸的基本尺寸，查手冊(cè)可得其公差0.25 mm，根據(jù)單向入體原則，該零件為軸類零件，所以上偏差為0，下偏差為－0.25 mm[6]。

查手冊(cè)可知半精車加工所獲得的外圓表面的加工精度為IT10-8級(jí)，在此取中間精度等級(jí)9級(jí)，根據(jù)各段軸的基本尺寸，查手冊(cè)可得其公差0.062 mm，根據(jù)單向入體原則，該零件為軸類零件，所以上偏差為0，下偏差為－0.062 mm[6]。

從左至右為制動(dòng)端

第一段軸：毛坯Φ55 mm——粗車Φ35 mm——半精車Φ33 mm——車螺紋M33×1.5

第二段軸：毛坯Φ55mm——粗車Φ47.5mm——半精車Φ45.5 mm——銑花鍵8×42H7×45H10×8H9

第三段軸：毛坯Φ55 mm——粗車Φ49 mm——精車Φ47 mm

第四段軸：毛坯Φ55 mm——粗車Φ53 mm——半精車Φ51 mm

第五段軸：毛坯Φ55 mm——粗車Φ53 mm——半精車Φ52 mm

從右至左為輸出端

第一段軸：毛坯Φ55 mm——粗車Φ40.5 mm——半精車Φ38.5 mm——銑花鍵8×32H7×38H10 ×6H9

第二段軸：毛坯Φ55 mm——粗車Φ42 mm——半精車Φ40 mm

第三段軸：毛坯Φ55 mm——粗車Φ47 mm——半精車Φ45 mm

第四段軸：毛坯Φ55 mm——粗車Φ50.5 mm——半精車Φ48.5 mm——精車Φ48mm

第五段軸：不需要加工。

7 ZDⅢ41—4G型錐形電動(dòng)機(jī)軸的工藝路線

根據(jù)工序分散的原則安排工序錐形電動(dòng)機(jī)軸的工藝路線如下：

（1）下料：Φ55×500 mm圓鋼。

（2）車：車兩端面，控制總長(zhǎng)496 mm，同時(shí)打兩端面中心孔。

（3）粗車Ⅰ：用三爪卡盤裝夾工件，車輸出端。

（4）粗車Ⅱ：調(diào)頭用三爪卡盤和頂尖裝夾，粗車制動(dòng)輪端。

（5）攻螺紋：用絲錐攻軸頭絲M6×1.8.

（6）熱處理：調(diào)質(zhì)處理HRC.

（7）半精車Ⅰ：用兩頂尖裝夾工件，車輸出端Φ45mm、Φ40 mm兩段軸至圖紙尺寸，車Φ48 mm的外圓至Φ48.5 mm，留0.5 mm的精加工余量，右花鍵加工至Φ38.5 mm，留0.5 mm的余量。

（8）半精車Ⅱ：調(diào)頭用雙頂尖裝夾，車制動(dòng)端Φ45.5 mm、Φ47 mm、Φ51 mm、Φ52 mm外圓柱面至圖紙尺寸，車螺紋軸段至Φ33 mm、左花鍵加工至Φ45.5mm留0.5 mm的余量。

（9）車螺紋：車M33×1.5的螺紋達(dá)到圖紙尺寸要求。

（10）銑花鍵Ⅰ：銑左花鍵至圖紙尺寸8×42H7 ×45H10×8H9.

（11）銑花鍵Ⅱ：銑左花鍵至圖紙尺寸8×32H7 ×38H10×6H9.

（12）熱處理：淬火。

（13）鉗：修磨兩中心孔。

（14）精車：精車Φ48 mm的外圓達(dá)到圖紙尺寸要求。

（15）檢驗(yàn)。

8方案加工的效果

本工藝方案改善了ZDⅢ41—4G型錐形電動(dòng)機(jī)軸的加工質(zhì)量，提高了電動(dòng)機(jī)的裝配精度，從而提高了電動(dòng)機(jī)的使用性能，而且在加工過程中盡可能地減少了工件的裝夾次數(shù)，提高了加工的效率。

9結(jié)束語

本文主要研究了ZDⅢ41—4G型錐形電動(dòng)機(jī)軸的加工工藝方案。通過生產(chǎn)綱領(lǐng)的計(jì)算結(jié)果確定了生產(chǎn)類型，從而確定了工藝特點(diǎn)，根據(jù)工藝特點(diǎn)采用工序分散的原則安排加工順序，結(jié)合企業(yè)所擁有的實(shí)際工裝設(shè)備情況，設(shè)計(jì)了ZDⅢ41—4G型錐形電動(dòng)機(jī)軸加工工藝方案。當(dāng)今是一個(gè)數(shù)字化的時(shí)代，機(jī)械制造行業(yè)也不例外，該設(shè)計(jì)方案針對(duì)自動(dòng)化設(shè)備更新后是否適用還有待進(jìn)一步探討。

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Study and Design of ZDⅢ41—4G Cone-shaped Motor Shaft Processing Technology

LIHui-juan，WU Fan
（Xianning Vocational Technical College，Xianyang Hubei 437100，China）

This article has an in-depth analysis and researchof cone-shaped motor axis machining process plan design，it uses the method of“backward”and“one-way rule”into the body and the principle of“proceduredispersion”to analyze and calculate the size and deviation，it putts forwardthe comparatively completeprocessing technologyproject for ZDⅢ41—4G type cone-shaped motor shaft，improved the motor shaft.In the actual process，weimprovethe processing quality and the assembly precision of the motor，so as to improve the performance of themotor.

machining process；machining accuracy；cone-shapedmotor

TH 162

A

1672-545X（2016）12-0071-04

2016-09-06

咸寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院院級(jí)題《錐形電動(dòng)機(jī)軸先進(jìn)加工工藝設(shè)計(jì)與研究》階段性成果（主持人：李慧娟，編號(hào)2015Y005）

李慧娟（1981-），女，湖北鄂州人，講師，碩士，主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化專業(yè)教育的研究與教學(xué)；吳凡（1985-），女，湖北黃石人，講師，碩士，主要從事機(jī)械類英語的教學(xué)和機(jī)械類外文資料的研究。