ZDⅢ41—4G型錐形電動機軸加工工藝設計與研究

李慧娟，吳凡

（咸寧職業技術學院，湖北咸寧437100）

ZDⅢ41—4G型錐形電動機軸加工工藝設計與研究

李慧娟，吳凡

（咸寧職業技術學院，湖北咸寧437100）

本文針對錐形電動機軸加工工藝方案設計進行了深入分析與研究，運用“倒退法”及“單向入體法則”分析計算了工序尺寸及偏差，采用“工序分散”的原則，對ZDⅢ41—4G型錐形電動機軸提出了較為完整的加工工藝方案，在實際加工中改善了電動機軸的加工質量，提高了電動機的裝配精度，從而提高了電動機的使用性能。

加工工藝；加工精度；錐形電動機

電動機在國民經濟生產應用非常廣泛，電動機內部零件的加工質量好壞直接影響電動機的裝配及使用性能[1]。電動機機軸是電動機中一個非常重要的零件，其加工質量直接影響電動機的性能，而加工工藝方案的合理與否直接影響零件的加工質量[2]。

ZD1系列電動機為臥式電動機，主要應用于電動葫蘆的起升，或要求起動轉矩較大，制動速度較快的場合[3]。研究錐形電動軸加工工藝，改善了電動機軸的加工質量，提高了電動機的裝配精度，從而提高了電動機的使用性能，所以研究該類電動機軸加工工藝設計方案有著非常重要的意義。

1 ZDⅢ41—4G型錐形電動機機軸原始資料

1.1 ZDⅢ41—4G型錐形電動機機軸零件

ZDⅢ41—4G型錐形電動機機軸零件圖，如圖1所示。

圖1 ZDⅢ41—4G型錐形電動機軸零件圖

1.2 具備的原始數據

材料：40Cr；毛坯：圓鋼Φ55；產品年產量：4 000臺；備品率為10%，廢品率為5%.

1.3 企業所具有的設備

（1）機床設備

加工過程中采用的主要設備有：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規格游標卡尺、模軸（ZD37.04B—611—7）、鉆頭（Φ5.1 mm）、絲錐（M6）、通規和止規（M6）、布氏硬度計、圓弧樣板、花鍵滾刀（25—50外徑尺）。

2生產綱領、生產類型及工藝特點分析與確定

2.1 生產綱領的計算公式

N=Qn（1+a+b）

式中，a為備品率；b為廢品率；Q為產品的計劃期內產量；n為每件產品中該種零件的數量；N為零件的計劃期內產量。

根據已知數據可知：備品率為10%，廢品率為5%，產品年產量為4 000臺，每臺電動機1個機軸，電動機軸生產綱領計算結果為：

N=4 000×1（1+10%+5%）=4 600（個）

生產綱領和零件的類型決定了企業的生產類型和生產方式[4]。

2.2 生產類型的確定

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

一般零件質量小于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錐形電動機軸的重量小于100 kg，故為輕型零件。

因為ZDⅢ41—4G型7.5 kW錐形電動機軸的生產綱領計算為4 600個，根據表1可得，其生產類型為中批生產。

表1 各種生產類型的劃分

不同生產類型，生產特點不同，在生產組織上往往有很大的區別。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；部分通用機床和部分專用機床；廣泛采用夾具，部分靠找正裝夾，達到精度要求；較多采用專用刀具和量具；需一定技術水平的工人，成本中等水平。

3 ZDⅢ41—4G型錐形電動機軸零件圖分析

3.1 ZDⅢ41—4G型錐形電動機軸的結構及功用

該軸主要由圓柱面、槽、花鍵、圓弧面、圓錐面、臺階面、內外螺紋等組成，主要用于傳動、承載載荷、傳遞轉矩以及保證裝在軸上零件的回轉精度。

3.2 ZDⅢ41—4G型錐形電動機軸加工精度分析

（1）花鍵加工精度

1）制動花鍵8×42H7×45H10×8H9

42H7：小徑直徑為Φ42mm，公差等級為7級，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，公差等級為10級，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，公差等級為9級，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，公差等級為7級，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，公差等級為10級，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，公差等級為9級，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，中等旋合長度。

（3）外圓柱面的加工精度

根據零件圖上尺寸的極限偏差、基本尺寸及表面粗糙度查手冊可以確定各表面的加工精度，最高尺寸精度為8級，根據尺寸精度的要求及企業現有設備，確定外圓柱表面的加工方法主要以車削為主。

4 ZDⅢ41—4G型錐形電動機軸毛坯的確定

因為該電動機軸生產類型為中批生產，根據零件圖可知，ZDⅢ41—4G型錐形電動機軸的最大直徑為Φ55 mm，且該段軸不需要加工，從而確定ZDⅢ41—4G型錐形電動機軸的毛坯的直徑為Φ55 mm；材料根據需要選40Cr；從零件圖可知該錐形電動機軸的總長為496 mm，從而確定毛坯長度為500 mm.因為該錐形電動機軸各段軸之間的直徑相差不大，故毛坯結構選圓鋼；根據毛坯整體結構的復雜程度及精度等級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型錐形電動機軸工藝基準和加工階段的分析研究

5.1 基準的選擇

該零件為軸，主要定位基準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；在精加工中主要采用雙頂尖的形式進行裝夾，以軸的中心線為定位基準。

5.2 加工階段的劃分

根據ZDⅢ41—4G錐形電動機機軸的零件圖上的標注可知該零件的加工精度，根據加工精度將該零件的加工劃分為三個加工階段，即粗加工階段、半精加工階段、精加工階段。

6 ZDⅢ41—4G型錐形電動機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，內螺紋孔采用攻絲。

因為該錐形電動機機軸的生產類型為中批生產，所以在工序安排原則上采用工序分散的原則來安排整個工序。

加工余量：半精加工直徑方向余量留2 mm，長度方向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”結合工序余量進行計算可以得到，各工序的極限偏差可以采用單向入體原則查表計算得到。

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

查手冊可知半精車加工所獲得的外圓表面的加工精度為IT10-8級，在此取中間精度等級9級，根據各段軸的基本尺寸，查手冊可得其公差0.062 mm，根據單向入體原則，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型錐形電動機軸的工藝路線

根據工序分散的原則安排工序錐形電動機軸的工藝路線如下：

（1）下料：Φ55×500 mm圓鋼。

（2）車：車兩端面，控制總長496 mm，同時打兩端面中心孔。

（3）粗車Ⅰ：用三爪卡盤裝夾工件，車輸出端。

（4）粗車Ⅱ：調頭用三爪卡盤和頂尖裝夾，粗車制動輪端。

（5）攻螺紋：用絲錐攻軸頭絲M6×1.8.

（6）熱處理：調質處理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：調頭用雙頂尖裝夾，車制動端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的外圓達到圖紙尺寸要求。

（15）檢驗。

8方案加工的效果

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

9結束語

本文主要研究了ZDⅢ41—4G型錐形電動機軸的加工工藝方案。通過生產綱領的計算結果確定了生產類型，從而確定了工藝特點，根據工藝特點采用工序分散的原則安排加工順序，結合企業所擁有的實際工裝設備情況，設計了ZDⅢ41—4G型錐形電動機軸加工工藝方案。當今是一個數字化的時代，機械制造行業也不例外，該設計方案針對自動化設備更新后是否適用還有待進一步探討。

[1]王亞杰.論我國工程機械發展趨勢[J].改革與開放，2009，118（01）：74.

[2]袁廣.機械制造工藝與夾具[M].北京：人民郵電出版社，2009：43-47.

[3]陽祎.機械制造技術的發展和創新[J].裝備制造，2010（01）：116-121.

[4]王先逵.機械制造工藝學[M].北京：清華大學出版社，1989：151-155.

[5]倪森壽.機械制造工藝與裝備[M].北京：化學工業出版社，2009：132-140.

[6]王紹俊.機械制造工藝設計手冊[M].哈爾濱：哈爾濱工業大學，1984.

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

咸寧職業技術學院院級題《錐形電動機軸先進加工工藝設計與研究》階段性成果（主持人：李慧娟，編號2015Y005）

李慧娟（1981-），女，湖北鄂州人，講師，碩士，主要從事機械設計制造及自動化專業教育的研究與教學；吳凡（1985-），女，湖北黃石人，講師，碩士，主要從事機械類英語的教學和機械類外文資料的研究。