输出轴加工工艺及夹具设计论文

摘 要 通过对本课题的研究是我对机械加工工艺和夹具设计有了一定了解，在设计本课题中我们查阅了大量资料，这使得我们对知识进行了巩固与拓展，本课题是与长沙联力机械加工有限公司进行的产学研合作，通过理论与实践相集合，使本课题能顺利进行。 . 本次设计主要分为两个阶段：第一阶段是机械加工工业规程的设计，第二阶段是专用夹具的设计。通过机械加工工业规程的设计，使我们基本掌握了基准选择、切削用量选择计算、机床的选用等方面的知识，而通过夹具的设计使我们对工件的定位、导向、夹紧有了相当的了解。 关键词 ： 输出轴；加工工艺； 夹具 目 录 第 1 章 绪论 . 2 第 2 章 零件的工艺分析及生产类型的确定 . 4 术要求分析 . 4 件的工艺分析 . 4 择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯图 . 4 . 4 . 4 择加工方法，制定加工艺路线 . 5 . 5 . 6 . 7 第 3 章 工序设计 . 8 择加工设备与工艺装备 . 8 . 8 . 8 . 8 定工序尺寸 . 9 定切削用量及基本工时 . 11 . 11 . 12 第 4 章 夹具设计 . 14 具的作用 . 14 具设计要求 . 14 体的夹具设计过程 . 15 第 5 章 结 论 . 18 参考文献 . 19 致 谢 . 20 第 1 章 绪论 本课题是长沙联力机械加工有限公司的产品零件，进行的产学研合作，本课题只是针对零件的机械加工工艺和 相关工序夹具设计，对零件的使用情况和相关受力未作具体探讨只要按照产品设计零件图要求进行加工，就能保证产品性能。 制造业是我国国民经济的支柱产业，是国家创造力、竞争力和综合国力的重要体现，它不仅为现代工业社会提供物质基础，为信息与知识社会提供先进装备和技术平台，也是实现我国特色军事变革和国防安全的基础。经过近三十年的改革、开放、发展，我国制造业取得了举世瞩目的成就，尤其是航天航空业。我国已崛起成为全球第三大制造大国。 而在整个制造业中， 机械制造业 占有特别重要的地位。因为机械制造业是国民经济的装备部，国民经济各部门的生产水平和 经济效益 在很大程度上取决于机械制造业所提供的装备的技术性能、质量和 可靠性 。因而，各 发达国家 都把发展机械制造业放在了突出的位置上。改革开放以来，我国机械制造业有了很大的发展，开始能够独立自主的生产汽车、机床、飞机、工程机械、农用机械等重要机械产品，并初步形成了一个门类比较齐全、具有一定规模和技术水平的机械制造工业体系。但与发达国家相比，我国机械制造业的水平还存在阶段性 的差距，主要表现在产品质量和水平不高，技术开发能力不强，基础元器件和基础工艺不过关，生产率低下等。 机械制造中，与产品生成直接相关的生产过程常被称为机械加工工艺过程，包括毛坯制造、机械加工、热处理、表面保护、装配等。 机械加工工艺规程就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。因此，机械加工工艺规程在机械加工中起着重要的作用，主要包括以下的几个方面： 1） 工艺规程是指导生产的主要技术文件 机械加工车间生产的计划、调度，工人的操作，零件的加工质量检验，加工成本的核算，都是以工艺规程为依据的。处 理生产中的问题，也常以工艺规程作为共同依据。如处理质量事故，应按工艺规程来确定各有关单位、人员的责任。 2） 工艺规程是生产准备工作的主要依据 车间要生产新零件时，首先要制订该零件的机械加工工艺规程，再根据工艺规程进行生产准备。如：新零件加工工艺中的关键工序的分析研究；准备所需的刀、夹、量具；原材料及毛坯的采购或制造；新设备的购置或旧设备改装等，均必须根据工艺来进行。 3） 工艺规程是新建机械制造厂（车间）的基本技术文件 新建批量或大批量机械加工车间时，应根据工艺规程确定所需机床的种类和数量以及在车间的布 置，再由此确定车间的面积大小、动力和吊装设备配置以及所需工人的工种、技术等级、数量等。 此外，先进的工艺规程还起着交流和推广先进制造技术的作用。 典型工艺规程可以缩短工术文件。 当今，制造业的世界格局正在发 厂摸索和试制的时间。因此，工艺规程的制订是对于工厂的生产和发展起到非常重要的作用，是工厂的基本技 生重大的变化，欧、亚、美三分天下的局面正在形成，世界经济重心也已开始向亚洲转移。制造业的产品结构、生产模式也在迅速变革之中，所有这些给我们带来了难得的机遇。我们应在充分了解基础工艺技术的前提下，深化改革、 自主创新 ，以使我国机械制造业在不太长的时间内，赶上世界先进水平。 机械制造工艺及夹具设计就是以机械制造中的工艺和工装设计问题为研究对象的制造技术应用，属于最基本的基础工业。本次毕业设计的课题是支承机匣的机械加工工业规程及夹具的设计，正是属于这一类型的设计。我期望在老师和同学的帮助下，通过本次设计能够达到以下目的： 1、能熟练的运用机械制造加工工艺学的基本理论以及夹具设计原理的基础知识，能正确的分析、解决零件在加工过程中夹紧、定位的选择问题，以及学会如何合理的制订工艺规程等问题，培养自己分析问题和解决问题的能力。 2、同过对某到工序的夹具设计，基本掌握工艺装备设计的一般方法。 3、学会正确使用手册查询相关资料，增强工程实际问题的独立工作能力。 第 2 章 零件的工艺分析及生产类型的确定 术要求分析 题目所给定的零件车床输出轴，其主要作用，一是传递转矩，使车床主轴获得旋转的动力；二是工作过程中经常承受载荷；三是支撑传动零部件。零件的材料为 45钢，是最常用中碳调质钢，综合力学性能良好，淬透性低，水淬时易生裂纹。 综合技术要求等文件，选用棒料。 件的工艺分析 从零件图上看 ，该零件是典型的零件，结构比较简单，其主要加工的面有 84、 90、 102、 110、 1 02、 126、 127的外圆柱面， 纹 ， 锥螺纹。 图中所给的尺寸精度高，大部分是 糙度方面表现在 90、 110、 127这三个外圆柱面 为 端端面为 余为 置要求较严格，表现在 90与 127的 同轴度为 110与 127的同轴度为 热处理方面需要调质处理 为 21， 保持均匀。 通过分析该零件，其布局合理，方便加工 ，我们通过径向夹紧可保证其加工要求，整个图面清晰，尺寸完整合理，能够完整表达物体的形状和大小，符合要求。 择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯图 择毛坯 毛坯种类的选择决定与零件的实际作用，材料、形状、生产性质以及在生产中获得可能性，毛坯的制造方法主要有以下几种： 1、型材 2、锻造 3、铸造 4、焊接 5、其他毛坯。根据零件的材料，推荐用型材或锻件，但从 零件加工和零件的要求方面着想，用棒料比较适合 坯尺寸的确定 毛坯（ 棒料 ）图是根据产品零件设计的，经查机械加工工艺手册金属机械加工工 艺人员手册知精车 粗车各余量 ,从而可得毛坯余量 ,见表。 下图为本零件的毛坯图 图 2择加工方法，制定加工艺路线 位基准的选择 1） 精基准的选择 设计基准是图样上所采用的基准。如零件图上的轴心线是各外圆和孔的设计基准。由零件的工艺分析可以知道，此零件的设计基准是 110 和 127 的轴线，根据精基准选择的原则是： 1、基准重合原则。 2、基准统一原则。 3、自为基准原则。 4、互为基准原则。 5、便于装夹原则。 根据以上选择的原则，我们就可以选择端 面的中心孔作为精基准。应选择设计基准为精基准，即以 110 和 127 的轴线为精基准，由于多数工序的定位基准都是中心孔，符合基准统一原则，且能保证工件定位准确，装夹方便，夹具结构简单。所以精基准选择中心孔。 2） 粗基准的选择 根据选择的原则是： 1、非加工表面原则。 2、加工余量最小原则。 3、重要表面原则。 4、不重复使用原则。 5、便于装夹原则。 根据以上选择的原则，在加工时： 1、车左端时，以两端端面中心孔作为粗基准。 2、车右端时，以两端端面中心孔作为粗基准。 故选择左端 110 的未 加工外圆柱面作为粗基准 件表面加工方法的选择 1） 加工阶段的划分 当零件的加工质量要求较高时 ,往往不可能用一道工序来满足要求 ,而要用几道工序逐步达到所要求的加工质量和合理地使用设备、人力 ,零件的加工过程通常按工序性质不同 ,可以分为粗加工 ,半精加工 ,精加工三个阶段。 1、 粗加工阶段：其任务是切除毛坯上大部分余量，使毛坯在形状和尺寸上接近零件成品，因此，主要目标是提高生产率，去除内孔，端面以及外圆表面的大部分余量，并为后续工序提供精基准，如加工 84、 90、 110、 126、 127 外圆柱表面。 2、 半精加工阶段：其任务是使主要表面达到一定的精加工余量，为主要表面的精加工做好准备，如 90、 110、 127外圆柱面等。 3、 精加工阶段：其任务就是保证各主要表面达到规定的尺寸精度，留一定的精加工余量，为主要表面的精加工做好准备，并可完成一些次要表面的加工。如精度和表面粗糙度要求，主要目标是全面保证加工质量 。 4、 加工锥螺纹与钻孔；加工 110的同轴度为 普通钻床钻 38的孔。 2） 基面先行原则 该零件进行加工 时，要将端面先加工，再以左端面、外圆柱面为基准来加工，因为左端面和 110外圆柱面为后续精基准表面加工而设定的，才能使定位基准更准确，从而保证各位置精度的要求，然后再把其余部分加工出来。 3） 先粗后精 即要先安排粗加工工序，再安排精加工工序，粗车将在较短时间内将工件表面上的大部分余量切掉，一方面提高金属切削效率，另一方面满足精车的余量均匀性要求，若粗车后留余量的均匀性满足不了精加工的要求时，则要安排半精车，以此为精车做准备。 4） 先面后孔 对该零件应该先加工 圆柱表 面，后加工孔，这样安排加 工顺序，一方面是利用加工过的平面定位，稳定可靠，另一方面是在加工过的平面上加工孔，比较容易，并能提高孔的加工精度，所以对于输出轴来讲先加工 110 与 102 外圆柱面，做为定位基准再来加工其余各孔。 5） 工序划分的确定 工序集中与工序分散：工序集中是指将工件的加工集中在少数几道工序内完成每道工序加工内容较多，工序集中使总工序数减少，这样就减少了安装次数，可以使装夹时间减少，减少夹具数目，并且 利于 采用高生产率的机床。工序分散是将工件的加工分散在较多的工序中进行，每道工序的内容很少，最少时每道工序只包括 一简单工步，工序分散可使每个工序使用的设备，刀具等比较简单，机床调整工作简化，对操作工人的技术水平也要求低些。 综上所述：考虑到工件是中批量生产的情况，采用工序分散 辅助工序的安排：辅助工序一般包括去毛刺，倒棱角，清洗，除锈，退磁，检验等。 热处理工序的安排 ； 热处理的目的是提高材料力学性能，消除残余应力和改善金属的加工性能，热处理主要分预备热处理，最终热处理和内应力处理等，本零件 5钢，在加工过程中预备热是消除零件的内应力，在毛坯锻造之后。最终热处理在半精车之后精 车之前，按规范在 840 温度中保持 30分钟释放应力。 定艺路线 照先加工基准面，先粗后精，基准统一等原则，该零件加工可按下述工艺路线进行。 工序 10：模锻； 工序 20：调质； 工序 30：车端面、打中心孔； 工序 40：粗车各外圆； 工序 50：半精车各外圆； 工序 60：去除零件所有毛刺，修研中心孔； 工序 70：铣键槽； 工序 80：插花键； 工序 90：磨外圆； 工序 100：去除所有毛刺； 工序 110：检验； 工序 120：车锥螺纹； 工序 130；钻孔； 工序 140；去除锥螺纹 与孔中的毛刺； 第 3章 工序设计 择加工设备与工艺装备 序选择机床 1、 工序 30、 40是粗车。各工序的工步数不多，大批大量生产不要求很高的生产率，故选用卧式车床就能满足要求。选用最常用的 2、 工序 50、 120 是精车。由于加工的零件有螺纹、槽等，故宜在数控车床上加工，选用 3、 工序 70铣削。工序工步简单，外廓尺寸不大，考虑本零件属成批大量生产，所选机床使用范围较广泛为宜，故可选常用用的 4、 工序 130是钻孔。可采用 专用的分度夹具在立式钻床上加工，故选用 5、 工序 80是插花键。可采用专用的分度夹具在立式插齿机上加工，选用 用夹具 本零件除铣销，钻孔，插花键等工序需要专用夹具外，其他各工序使用通用夹具即可。前车销工序用三爪自定心卡盘和心轴。 用刀具 由 于刀具材料的切削性能直接影响着生产率，工件的加工精 度，已加工表面质量，刀具的磨损和加工成本，所以正确的选择刀具材料是加工工艺的一个重要部分，刀具应具有高刚度，足够的强度和韧度，高耐磨性，良好的导热性，良好的工艺性和经济性，抗粘接性，化学稳定性。由于零件车床输出轴材料为 45钢，推荐用硬质合金中的刀具，因为加工该类零件时摩擦严重 ,切削温度高 ,而 硬质合金具有较高的硬度和耐磨性 ,尤其具有高的耐热性 ,在高速切削钢料时刀具磨损小寿命长 ,所以加工 45 钢这种材料时采用硬质合金的刀具。粗车外圆柱面： 90 半精车，精车外圆柱面： 前角为 90 的车刀。 钻头：高速 钢刀具，直径为 30 ； 直径为 18 ； 扩孔钻：直径为 择量具 本零件属大批大量生产，一般配情况下尽量采用通用量具。根据零件表面的精度要求、尺寸和形状特点，参考参考文献 1相关资料，选择如下：读数值 量范围 0 150游标卡尺，读数值 量范围 0 150游标卡尺。读数值 量范围 50 125的内径千分尺，读数值 量范围 50 125的外径千分尺，量范围 50 125 的内径百分表（表 5 定工序尺寸 确定圆柱面的工序尺 寸 圆柱表面多次加工的工序尺寸只与加工余量有关。前面已确定各圆柱面的总加工余量（毛坯余量），应将毛坯余量分为各工序加工余量，然后由后往前计算工序尺寸。中间工序尺寸的公差按加工方法的经济精度确定。本零件各圆柱表面的工序加工余量、工序尺寸及公差、表面粗糙度见下表： 表 3圆柱面 102 轴段加工余量计算 工序名称 工序间 余量 / 序 工序基本尺寸 /注工序 尺寸公差 /济精度 /面粗糙度 m 精 车 2 02 0 粗 车 3 04 毛坯 2 135 2135 表 3圆柱面 90 轴段加工余量计算 工序名称 工序间 余量 / 序 工序基本尺寸 /注工序 尺寸公差 /济精度 /面粗糙度 m 磨外圆 0 半精车 0 粗车 2 毛坯 2 135 2135 表 3 110 轴段加工余量计算 工序名称 工序间 余量 / 序 工序基本尺寸 /注工序 尺寸公差 /济精度 /面粗糙度 m 磨外圆 10 半精车 10 粗车 12 毛坯 2 135 2135 表 3 127 轴段加工余量计算 工序名称 工序间 余量 / 序 工序基本尺寸 /注工序 尺寸公差 /济精度 /面粗糙度 m 精车 27 半精车 27 粗车 29 毛坯 2 135 2135 表 3 77 轴段加工余量计算 工序名称 工序间 余量 / 序 工序基本尺寸 /注工序 尺寸公差 /济精度 /面粗糙度 m 半精车 7 粗车 0 90 毛坯 2 135 2135 表 3纹加工余量计算 工序名称 工序间 余量 / 序 工序基本尺寸 /注工序 尺寸公差 /济精度 /面粗糙度 m 精车 0 车 0 90 毛坯 2 135 2135 定切削用量及基本工时 切削用量包括背吃刀量给量 f 和切削速度 v 。确定顺序是确定f ，再确定 v 。本说明书选取工序 1粗车外圆 90为例确定 其切削用量及基本时间。 削用量 工序 1：粗车外圆 粗车外圆 90 背吃刀量：单边余量 Z=三次切除。背吃刀量为 进给量：根据参考文献 2表 切削速度 :根据参考文献 2表 5 c 。 确定主轴转速： 30510001000 （ 3 按机床选取 50 。所以实际切削速度为 mi n/1271000 450901000 （ 3 验证机床功率：主切削力按机械工艺手册表 （ 3 式中，2650所以 5 0 切削时消耗功率4 （ 3 由 床说明书可知， 主电机功率为 主轴转速为560r/轴传递最大功率为 以机床功率足够，可以正常加工。 削工时 1 （ 3 式中，4,5 21 m i i 工序 2：插齿 背吃刀量：根据参考文献 7表 11 。 进给量：根据参考文献 7表 11 切削速度：根据参考文献 7表 118 mv c 。 根据修正公式： 4321 式中 4321 1表 ： 1,321 所以 m i n/i n/ （ 3 确定主轴转速： 0 c 按机床选取 0 切削工时 ( （ 3 式中，2,17,2,42 21 m i i 7)(021 第 4章 夹具设计 机床夹具（以下简称夹具）是在切削过程中，用以准确的确定工件位置，并将工件牢固地夹紧的一种工艺装备。 具的作用 1) 缩短辅助时间，提高劳动生产率 夹具的使用一般包括两个过程：其一是夹具本身在机床上的安装和调整，这个过程主要是依靠夹具自身的定向键、对刀块来快速实现，或者通过找正、试切等方法来实现，但速度稍慢；其二是被加工工件在 夹具 中的安装，这个过程由于采用了专用的定位装置 (如 ，因此能迅速实现。 2) 确保并稳定加工精度，保证产品质量 加工过程中，工件与刀具的相对位置容易得到保证，并且不受各种主观因素的影响，因而工件的加工精度稳定可靠。 3) 降低对操作工人的技术要求和工人的劳动强 由于多数专用夹具的夹紧装置只需厂人操纵按钮、手柄即可实现对工件的夹紧，这在很大程度上减少了工人找正和调整工件的时间与难度，或者根本不需要找正和调整，所以，这些专用夹具的使用降低了对工人的技术要求并减轻了工人 的劳动强度。 4) 机床的加工范围得到扩大 很多专用夹具不仅能装夹某一种或一类工件，还能装夹不同种类的工件，并且有的夹具本身还可以在不同类的机床上使用，这些都扩大了机床的加工范围。 具设计要求 设计专用夹具，必须满足一下基本要求。 1) 保证加工精度 夹具应有合理的定位方案、夹紧方案、正确的刀具导向方案以及合理的尺寸、公差和技术要求，应有足够的强度、刚度，确保夹具能满足工件的加工精度要求。 2) 有足够的强度和刚度 加工过程中，夹具体要承受较大的切屑力和夹紧力。为保证夹具体不产生 不允许的变形和震动，夹具体应有足够的强度和刚度。 3）提高夹具的通用化和标准化程度 设计夹具是应尽量选用夹具通用零部件和标准化元件以及夹具的典型结构，以缩短夹具的设计周期，降低夹具成本。 4）操作方便、安全 夹具的操作操作手柄或扳手一般应该放在右边或前面并有足够的操作空间。根据不同的加工方法，设计必要的防护装置、挡屑板以及各种安全器具。 5）具有良好的结构工艺性 夹具应便于制造、调整以及维修，且便于切削的清理、排除。专用夹具的生产属于单件生产，当最终精度由调整或修配保证时，夹具上应设置调整或修配结构，如适当 的调整间隙、可修磨的垫片等。 最后应注意：上述要求有时可能是相互矛盾的，应全面考虑，抓住主要矛盾，使之达到较好的设计效果。 体的夹具设计过程 本夹具是工序 80工件在插齿机上加工的专用夹具。 1） 定位方案 工件以一端面及圆柱面 为定位基准，采用压板，衬套，定位块组合定位方案，在心棒的圆及台阶面上定位，其中台阶面限制 2个自由度， 外圆限制 2 个自由度，定位块限制一个自由度，共限制 5个自由度。圆周上无位置要求，该自由度不需要限制。 2） 夹紧装置 根据生产率要求，运用手工夹紧可以满足。通过拧紧右侧螺母 3 使压板和衬套同时夹紧工件，实现夹紧，有效提高了工作效率。压板夹紧力主要作用是防止工件在插齿时产生倾覆和振动，手动螺旋夹紧是可靠的，可免去夹紧力计算。 3） 对刀装置 采用直角对刀块及平面塞尺对刀。 4） 使用说明 安装工件时，松开螺母 3，使压板弹出出，将工件放在衬套内，在底端放上定位块然后将压板放上，拧紧螺母夹紧工件。 5） 结构特点 该夹紧结构简单，操作方便。 夹具装配图如图 2 所示 图 4齿夹具 表 4具主要零件 序号 名称 数量 材料 热处理 1 衬套 1 0502 螺母 1 45 45403 压板 1 45 4540） 定位误差分析 使用夹具加工工件时加工表面的位置误差与工件在夹具中的定位等因素紧密相关。为了保证工件的加工精度，必须使工序中 各项加工误差的总和少于或等于该工序规定的公差值。 4式中，jwg与机床夹具关的加工误差j，一般包括工件夹具的定位误差（ D ）：工件在夹具中夹紧时产生的误差；夹具相对于机床成形运动的位置误差；夹具相对于刀具位置的误差；以及夹具磨损造成的加工误差等。 为了给加工中其他误差因素能占有更大一些比例，由式 4见，应尽量减少与夹具有关的误差。定位误差是工件在夹具中定位时，工序基准位置在工序尺寸方向或沿加工要求方向上的变动所引