下轴的工艺及铣16开口槽夹具设计【全套设计含CAD图纸及三维建模】
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I 学 课程设计 课 题： 下轴的工艺及夹具设计 专 题： 专 业： 机械制造及自动化 学 生 姓 名： 班 级 ： 学 号： 指 导 教 师： 完 成 时 间： 要 本设计是 基于 下轴 零件的加工工艺规程及一些工序的专用夹具设计。 下轴 零件的主要加工表面是平面及 槽 系。一般来说，保证平面的加工精度要比保证孔系的加工精度容易。因此，本设计遵循先面后 槽 的原则。并将孔与平面的加 工明确划分成粗加工和精加工阶段以保证 槽 系加工精度。基准选择以 下轴 的输入轴和输出轴的支承孔作为粗基准，以 结合面 与两个工艺孔作为精基准。主要加工工序安排是先以支承孔系定位加工出顶平面，再以顶平面与支承孔系定位加工出工艺孔。在后续工序中除个别工序外均用顶平面和工艺孔定位加工其他孔系与平面。 夹具选用专用夹具，夹紧方式多选用气动夹紧，夹紧可靠，机构可以不必自锁。因此生产效率较高。适用于大批量、流水线上加工。能够满足设计要求。 关键词： 下轴 类零件； 工艺 ； 夹具 ； he is on of of of of In of of to of as a as a to In to of of of of of be so is 录 摘 要 一 章 加工工艺规程设计 1 件的分析 1 件的作用 1 件的工艺分析 1 轴加工的主要问题和工艺过程设计所应采取的相应措施 2 和平面的加工顺序 2 工方案选择 2 轴加工定位基准的选择 3 基准的选择 3 基准的选择 3 轴加工主要工序安排 3 械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 5 定切削用量及基本工时（机动时间） 6 间定额计算及生产安排 15 第 2章 铣 16开口槽夹具设计 17 计要求 17 具设计 17 定位基准的选择 17 切削力及夹紧力的计算 17 位误差的分析 20 具设计及操作的简要说明 21 结 论 22 参考文献 23 致 谢 25 1 第 一 章 加工工艺规程设计 件的分析 件的作用 题目给出的零件是 下轴 。 下轴 的主要作用是 调换 各传动 挡 ，保 证各轴各挡轴能正常运行 ，并保证部件与 部件 正确安装。因此 下轴 零件的加工质量，不但直接影响的装配精度和运动精 度，而且还会影响工作精度、使用性能和寿命。 图 1 下轴 件的工艺分析 由 下轴 零件图可知。 下轴 是一个 轴类 零件，它的外表面上有 2 个平面需要进行加工。此外各表面上还需加工一系列螺纹孔。因此可将其分为三组加工表面。它们相互间有一定的位置要求。现分析如下： （ 1）以 12 外圆 面 为主要加工表面的加工面。这一组加工表面包括： 12 外圆 面 的加工； 端面 面的加工 ，其中 面 有表面粗糙度要求为 （ 2） 以 U 型槽 为主要加工面的加工面。 这一组加工表面包括 U 型槽面 的铣削加工 粗糙度为 （ 3）以 10 为主要加工表面的加工面。这一组加工表面包括： 12外圆 面 ， 粗糙度为 （ 4）其他 倒角圆角 的 加工 2 轴 加工的主要问题和工艺过程设计所应采取的相应措施 由以上分析可知。该 下轴 零件的主要加工表面是平面及孔系。一般来说，保证平面的加工精度要比保证孔系的加工精度容易。因此，对于 下轴来说，加工过程中的主要问题是保证孔的尺寸精度及位置精度，处理好孔和平面之间的相互关系。 由于的生产量很大。怎样满足生产率要求也是加工过程中的主要 考虑因素。 和平面的加工顺序 下轴 类零件的加工应遵循先面后孔的原则：即先加工 下轴 上的基准平面，以基准平面定位加工其他平面。然后再加工孔系。 下轴 的加工自然应遵循这个原则。这是因为平面的面积大，用平面定位可以确保定位可靠夹紧牢固，因而容易保证孔的加工精度。其次，先加工平面可以先切去铸件表面的凹凸不平。为提高孔的加工精度创造条件，便于对刀及调整，也有利于保护刀具。 下轴 零件的加工工艺应遵循粗精加工分开的原则，将孔与平面的加工明确划分成粗加工和精加工阶段以保证孔系加工精度。 工方案选择 下 轴 孔系加工方案，应选择能够满足孔系加工精度要求的加工方法及设备。除了从加工精度和加工效率两方面考虑以外，也要适当考虑经济因素。在满足精度要求及生产率的条件下，应选择价格最底的机床。 根据 下轴 零件图所示的 下轴 的精度要求和生产率要求，当前应选用在组合机床上用镗模法镗孔较为适宜。 （ 1）用坐标法镗孔 在现代生产中，不仅要求产品的生产率高，而且要求能够实现大批量、多品种以及产品更新换代所需要的时间短等要求。镗模法由于镗模生产成本高，生产周期长，不大能适应这种要求，而坐标法镗孔却能适应这种要求。此外，在采用镗模法镗孔 时，镗模板的加工也需要采用坐标法镗孔。 用坐标法镗孔，需要将 下轴 孔系尺寸及公差换算成直角坐标系中的尺寸及公差，然后选用能够在直角坐标系中作精密运动的机床进行镗孔。 在大批量生产中， 下轴 孔系加工一般都在组合镗床上采用镗模法进行加工。镗模夹具是按照工件孔系的加工要求设计制造的。当镗刀杆通过镗套的引导进行镗孔时，镗模的精度就直接保证了关键孔系的精度。 采用镗模可以大大地提高工艺系统的刚度和抗振性。因此，可以用几 3 把刀同时加工。所以生产效率很高。但镗模结构复杂、制造难度大、成本较高，且由于镗模的制造和装配误差、镗模在 机床上的安装误差、镗杆和镗套的磨损等原因。用镗模加工孔系所能获得的加工精度也受到一定限制。 轴 加工定位基准的选择 基准的选择 粗基准选择应当满足以下要求： （ 1）保证各重要支承孔的加工余量均匀； （ 2）保证装入 下轴 的零件与箱壁有一定的间隙。 为了满足上述要求，应选择的主要支承孔作为主要基准。即以 下轴 的输入轴和输出轴的支承孔作为粗基准。也就是以前后端面上距顶平面最近的孔作为主要基准以限制工件的四个自由度，再以另一个主要支承孔定位限制第五个自由度。由于是以孔作为粗基准加工精基准面。因此， 以后再用精基准定位加工主要支承孔时，孔加工余量一定是均匀的。由于孔的位置与箱壁的位置是同一型芯铸出的。因此，孔的余量均匀也就间接保证了孔与箱壁的相对位置。 基准的选择 从保证 下轴 孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置 。精基准的选择应能保证 下轴 在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从 下轴零件图分析可知，它的顶平面与各主要支承孔平行而且占有的面积较大，适于作精基准使用。但用一个平面定位仅仅能限制工件的三个自由度，如果使用典型的一面两孔定位方法，则可以满足整个加工过程中基本上都采用统一的基准 定位的要求。至于前后端面，虽然它是 下轴 的装配基准，但因为它与 下轴 的主要支承孔系垂直。如果用来作精基准加工孔系，在定位、夹紧以及夹具结构设计方面都有一定的困难，所以不予采用。 轴 加工主要工序安排 对于大批量生产的零件，一般总是首先加工出统一的基准。 下轴 加工的第一个工序也就是加工统一的基准。具体安排是先以孔定位粗、精加工顶平面。第二个工序是加工定位用的两个工艺孔。由于顶平面加工完成后一直到 下轴 加工完成为止，除了个别工序外，都要用作定位基准。因此，结合面上的螺孔也应在加工两工艺孔的工序中同时加工出来。 后续工序安排应当遵循粗精分开和先面后孔的原则。先粗加工平面，再粗加工孔系。螺纹底孔在多轴组合钻床上钻出，因切削力较大，也应该在粗加工阶段完成。对于 下轴 ，需要精加工的是支承孔前后端平面。按上 4 述原则亦应先精加工平面再加工孔系，但在实际生产中这样安排不易于保证孔和端面相互垂直。因此，实际采用的工艺方案是先精加工支承孔系，然后以支承孔用可胀心轴定位来加工端面，这样容易保证零件图纸上规定的端面全跳动公差要求。各螺纹孔的攻丝，由于切削力较小，可以安排在粗、精加工阶段中分散进行。 加工工序完成以后，将工件清洗干净。清洗是 在 c9080 的含 打及 硝酸钠溶液中进行的。清洗后用压缩空气吹干净。保证零件内部杂质、铁屑、毛刺、砂粒等的残留量不大于 根据以上分析过程，现将 下轴 加工工艺路线确定如下： 工艺路线一： 0 毛坯 5 清理毛坯 10 车 10 端面 15 粗车 10 外圆及台阶 20 掉头，粗车 12 外圆及端面 ,保证全长 25 精车 10 外圆及台阶 30 精车 12 外圆（小头侧） 35 粗铣宽度为 16 的槽 40 精 铣宽度为 16 的槽 面喷漆 50 检验入库 工艺路线二： 0 毛坯 5 清理毛坯 10 粗铣宽度为 16 的槽 15 精铣宽度为 16 的槽 20 车 10 端面 25 粗车 10 外圆及台阶 30 掉头，粗车 12 外圆及端面 ,保证全长 35 精车 10 外圆及台阶 40 精车 12 外圆（小头侧） 面喷漆 5 50 检验入库 以上加工方案大致看来合理，但通过仔细考虑，零件的技术要求及可能采取的加工手段之后，就会发现仍有问题， 采用互为基准的原则，先加工上、下两平面，然后以下、下平面为精基准再加工两 平面上的各孔，这样便保证了，上、下两平面的平行度要求同时为加两平面上各孔保证了垂直度要求。 从提高效率和保证精度这两个前提下，发现该方案一比较合理。 综合选择方案一： 0 毛坯 5 清理毛坯 10 车 10 端面 15 粗车 10 外圆及台阶 20 掉头，粗车 12 外圆及端面 ,保证全长 25 精车 10 外圆及台阶 30 精车 12 外圆（小头侧） 35 粗铣宽度为 16 的槽 40 精铣宽度为 16 的槽 面喷漆 50 检验入库 械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 (1)毛坯种类的选择 零件机 械加工的工序数量、材料消耗和劳动量等在很大程度上与毛坯的选择有关，因此，正确选择毛坯具有重要的技术和经济意义。根据该零件的材料为 产类型为批量生产、结构形状很复杂、尺寸大小中等大小、技术要求不高等因素，在此毛坯选择 型材 成型。 (2)确定毛坯的加工余量 根据毛坯制造方法采用的 型材 造型，查取机械制造工艺设计简明手册表 “ 下轴 ”零件材料采用灰铸铁制造。材料为 度 170 241，生产类型为大批量生产，采用 型材 毛坯。 （ 1）结合面的加工余量。 根据工序要求，结合面加工分粗、 精铣加工。各工步余量如下： 粗铣：参照机械加工工艺手册第 1 卷表 余量值规定为 6 现取 表 铣平面时厚度偏差取 。 精铣：参照机械加工工艺手册表 余量值规定为 （ 2） 面的加工余量。 根据工序要求，结合面加工分粗、精铣加工。各工步余量如下： 粗铣：参照机械加工工艺手册第 1 卷表 现取 表 铣平面时厚度偏差取 。 精铣：参照机械加工工艺手册表 余量值规定为 差等级选用 查表 得铸件尺寸公差为 定切削用量及基本工时（机动时间） 工序 0、工序 5 无切削加工，无需计算 工序 10. 车 10端面和 粗车 10外圆及台阶 已知工件材料： 材，有外皮，机床 通车床，工件用内钳式卡盘固定。 所选刀具为 质合金可转位车刀。根 据切削用量简明手册于 床的中心高为 200表 故选刀杆尺寸= 516 ，刀片厚度为 选择车刀几何形状为卷屑槽带倒棱型前刀面，前角0V= 012 ，后角0= 06 ，主偏角090 ，副偏角 010 ，刃倾角 s = 0 ，刀尖圆弧半径 1）粗 车 10外圆 可在一次走刀内完成 7 f 根据切削加工简明实用手册可知：表 杆尺寸为 ，pa 工件直径 10 400之间时， 进给量 f =1.0 按 床进给量（表 9）在机械制造工艺设计手册可知： f =0.7 确定的进给量尚需满足机床进给机构强度的要求，故需进行校验根据表 1 30， 床进给机构允许进给力530N 。 根据表 强度在 174 207，pa f 045 时，径向进给力： 950N 。 切削时.0，1.0， 2），故实际进给力为： 50 = （ 1 由于切削时进给力小于机床进给机构允许的进给力，故所选f = 用。 根据切削用量简明使用手册表 车刀寿命 T = 计算，也可直接有表中查出。 根据切削用量简明使用手册表 6质合金刀加工硬度200 219铸件，pa f ，切削速度 V = 切削速度的修正 系数为.0，表 故： 0V=tV 3 （ 1 m n =1000 =127481000 =120 （ 1 根据 床说明书选择 0n=125 8 这时实际切削速度 0001000 125127 m（ 1 切削时的功率可由表查出，也可按公式进行计算。 由切削用量简明使用手册表 160 245 ，pa f 切削速度 时， 切削功率的修正系数实际切削时间的功率为： = （ 1 根据表 n = r 时，机床主轴允许功率为 所选切削用量可在 1机床上进行，最后决定的切削用量为： f = n = r = V = m 工序 20. 掉头，粗车 12外圆及端面 ,保证全长 已知工件材料： 材，有外皮，机床 通车床，工件用内钳式卡盘固定。 所选刀具为 质合金可转位车刀。根据切削用量简明手册于 床的中 心高为 200表 故选刀杆尺寸= 516 ，刀片厚度为 选择车刀几何形状为卷屑槽带倒棱型前刀面，前角0V= 012 ，后角0= 06 ，主偏角090 ，副偏角 010 ，刃倾角 s = 0 ，刀尖圆弧半径 1）粗 车 10外圆 可在一次走刀内完成 f 根据切削加工简明实用手册可知：表 杆尺寸为 ，pa 工件直径 10 400之间时， 进给量 f =1.0 按 床进给量（表 9）在机械制造工艺设计手册可 9 知： f =0.7 确定的进给量尚需满足机床进给机构强度的要求，故需进行校验根据表 1 30， 床进给机构允许进给力530N 。 根据表 强度在 174 207，pa f 045 时，径向进给力： 950N 。 切削时.0，1.0， 2），故实际进给力为： 50 = （ 1 由于切削时进给力小于机床进给 机构允许的进给力，故所选f = 用。 根据切削用量简明使用手册表 车刀寿命 T = 可直接有表中查出。 根据切削用量简明使用手册表 6质合金刀加工硬度200 219铸件，pa f ，切削速度 V = 切削速度的修正系数为.0，表 故： 0V=tV 3 （ 1 m n =1000 =127481000 =120 （ 1 根据 床说明书选择 0n=125 这时实际切削速度 0001000 125127 m（ 1 切削时的功率可由表查出，也可按公式进行计算。 由切削用量简明使用手册表 160 245 ，pa 10 f 切削速度 时， 切削功率的修正系数实际切削时间的功率为： = （ 1 根据表 n = r 时，机床主轴允许功率为 所选切削用量可在 1机床上进行，最后决定的切削用量为： f = n = r = V = m 工序 25 精车 10外圆及倒角 所选刀具为 质合金可转位车刀。根据切削用量简明手册于 床的中心高为 200表 故选刀杆尺寸= 516 ，刀片厚度为 选择车刀几何形状为卷屑槽带倒棱型前刀面，前角0V= 012 ，后角0= 06 ，主偏角090 ，副偏角 010 ，刃倾角 s = 0 ，刀尖圆弧半径 可在一次走刀内完成 f 根据切削加工简明实用手册可知：表 杆尺寸为 ，pa 工件直径 10 400之间时， 进给量 f =1.0 按 床进给量（表 9）在机械制造工艺设计手册可知： f =0.7 确定的进给量尚需满足机床进给机构强度的要求，故需进行校验根据表 1 30， 床进给机构允许进给力530N 。 根据表 强度在 174 207，pa f 045 时，径向进给力： 950N 。 切削时.0，1.0， 1 2），故实际进给力为： 50 = 由于切削时进给力小于机床进给机构允许的进给力，故所选 f = 用。 根据切削用量简明使用手册表 车刀寿命 T = 可直接有表中查出。 根据切削用量简明使用手册表 15质合金刀加工硬度200 219铸件，pa f ，切削速度 V = 切削速度的修正系数为.0，表 故： 0V=tV 3 （ 3 m n =1000 =127100048=120 （ 3 根据 床说明书选择 0n=125 这时实际切削速度 0001000 125127 m（ 3 切削时的功率可由表查出，也可按公式进行计算。 由切削用量简明使用手册表 160 245 ，pa f 切削速度 时， 切削功率的修正系数实际切削时间 的功率为： = 根据表 n = r 时，机床主轴允许功率为 所选切削用量可在 床上进行，最后决定的切削用量 12 为： f = n = r = V = m 工序 35 精车 12外圆（小头侧） 所选刀具为 质合金可转位车刀。根据切削用量简明手册于 床的中心高为 200表 故选刀杆尺寸= 516 ，刀片厚度为 选择车刀几何形状为卷屑槽带倒棱型前刀面，前角0V= 012 ，后角0= 06 ，主偏角090 ，副偏角 010 ，刃倾角 s = 0 ，刀尖圆弧半径 可在一次走刀内完成 f 根据切削加工简明实用手册可知：表 杆尺寸为 ，pa 工件直径 10 400之间时， 进给量 f =1.0 按 床进给量（表 9）在机械制造工艺设计手册可知： f =0.7 确定的进给量尚需满足机床进给 机构强度的要求，故需进行校验根据表 1 30， 床进给机构允许进给力530N 。 根据表 强度在 174 207，pa f 045 时，径向进给力： 950N 。 切削时.0，1.0， 2），故实际进给力为： 50 = 由于切削时进给力小于机床进给机构允许的进给力，故所选f = 用。 根据切削用量简明使用手册表 车刀寿命 T = 3 切削速度可根据公式计算，也可直接有表中查出。 根据切削用量简明使用手册表 15质合金刀加工硬度200 219铸件，pa f ，切削速度 V = 切削速度的修正系数为.0，表 故： 0V=tV 3 （ 3 m n =1000 =127100048=120 （ 3 根据 床说明书选择 0n=125 这时实际切削速度 0001000 125127 m（ 3 切削时的功率可由表查出，也可按公式进行计算。 由切削用量简明使用手册表 160 245 ，pa f 切削速度 时， 切削功率的修正系数实际切削时间的功率为： = 根据表 n = r 时，机床主轴允许功率为 所 选切削用量可在 床上进行，最后决定的切削用量为： f = n = r = V = m 工序 5： 粗、精铣 16槽。 机床：铣床 刀具：错齿三面刃铣刀 粗铣 16槽 切削深度8pa 14 根据参考文献 3表 6 查得：进给量 0 /fa m m z,根据参考文献 1表 30 32 查得切削速度 24 / m 。 机床主轴转速 n ： 1 0 0 0 1 0 0 0 2 4 6 2 . 1 / m i 1 4 1 2 5 ， 按照参考文献 3表 74，取 75 / 实际切削速度 v ： 3 . 1 4 1 2 5 7 5 0 . 5 0 /1 0 0 0 1 0 0 0 6 0m s 进给量0 . 0 6 1 8 7 5 / 6 0 1 . 3 5 /a Z n m m s 工作台每分进给量 1 . 3 5 / 8 1 / m i m m s m m 被切削层长度 l ：由毛坯尺寸可知 20l ， 刀具切入长度 1l ： 1 0 1 2 )=63具切出长度2l：取 2 走刀次数为 1 机动时间121 2 0 6 3 2 1 . 0 5 m i l lt f 精铣 16槽 切削深度据参考文献 3表 6 查得：进给量 0 /fa m m z,根据参考文献 1表 30 32 查得切削速度 23 / m ， 机床主轴转速 n ： 1 0 0 0 1 0 0 0 2 3 4 5 . 8 / m i 1 4 1 6 0 ， 按照参考文献 3表 74，取 4 7 m 。 实际切削速度 v ： 3 . 1 4 1 6 0 4 7 . 5 0 . 4 0 /1 0 0 0 1 0 0 0 6 0m s 进给量0 . 0 8 2 2 4 7 . 5 / 6 0 1 . 3 9 /a Z n m m s 工作台每分进给量 1 . 3 9 / 8 3 . 6 / m i m m s m m 被切削层长度 l ：由毛坯尺寸可知 20l ， 刀具切入长度 1l ： 1 0 1 2 )=8115 刀具切出长度2l：取 2 走刀次数为 1 机动时间222 2 0 8 1 2 1 . 2 3 m i . 6l lt f 本工序机动时间：12 1 . 0 5 1 . 2 3 2 . 2 8 m i nj j jt t t 工序 45、终检 无切削计算 工 序 50、入库 无切削计算 间定额计算及生产安排 假设该零件年产量为 10 万件。一年以 240 个工作日计算，每天的产量应不低于 417 件。设每天的产量为 420 件。再以每天 8 小时工作时间计算，则每个工件的生产时间应不大于 参照机械加工工艺手册表 械加工单件（生产类型：中批以上）时间定额的计算公式为： %)1)( （大量生产时 0/ 因此在大批量生产时单件时间定额计算公式为： %)1)( 其中： 单件时间定额 基本时间（机动时间） 辅助时间。用于某工序加工每个工件时都要进行的各种辅助动作所消耗的时间，包括装卸工件时间和有关工步辅助时间 k 布置工作地、休息和生理需要时间占操作时间的百分比值 工序：粗、精铣结合面 机动时间照机械加工工艺手册表 工步辅助时间为 由于在生产线上装卸工件时间很短，则 m k ：根据机械加工工艺手册表 13k 单间时间定额 m i i 131)()1)( 16 因此应布置两台机床同时完成本工序的加工。当布置两台机床时，m dd 即能满足生产要求 工序：粗铣 U 型槽 机动时间照机械加工工艺手册表 工步辅助时间为 由于在生产线上装卸工件时间很短，所以取装卸工件时间为 则 m 根据机械加工工艺手册表 13k 单间时间定额 m i i 131)()1)( 因此布置一台机床即能满足生产要求。 工序 ： 精 铣 U 型槽 机动时间照机械加工工艺手册表 工步辅助时间为 由于在生产线上装卸工件时间很短，所以取装卸工件时间为 则 m 根据机械加工工艺手册表 13k 单间时间定额 m i i 131)()1)( 因此布置一台机床即能满足生产要求。 17 第 2 章 铣 16开口槽 夹具设计 计要求 为了提高劳动生产，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。本夹具将用于 成批生产，任务为设计一铣 16槽 夹具 本夹具无严格的技术要求，因此，应主要考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度，精度不是主要考虑的问题。 具设计 定位基准的选择 为了提高加工效率及方便加工，决定材料使用高速钢，用于对进行加工，准备采用手 动夹紧。 由零件图可知： 进行加工前， 左右端 面进行了粗、精铣加工， 进行了粗、精加工。 因此 ，定位、夹紧方案有： 方案 ：选下凸台面平面、和侧面和 V 型块定位夹紧方式用操作简单，通用性较强的移动压板来夹紧。 方案 ：选一面两销定位方式， 2 面用挡销，夹紧方式用操作简单，通用性较强的移动压板来夹紧。 分析比较上面二种方案： 方案 中的定位是不正确的，挡销的位置是固定，且定位与夹紧应分开，因夹紧会破坏定位。 通过比较分析只有 方案 满足要求 ， 孔其加工与孔的轴线间有尺寸公差，选择小头孔 和大头孔来 定位，从而保证其尺寸公差要求。 为了使定位误差达到要求的范围之内， 这种定位在结构上简单易操作。 切削力及夹紧力的计算 刀具： 16槽 铣刀（硬质合金） 刀 具 有 关 几 何 参 数 ： 00 15 00 10 顶 刃0n 侧 刃 60010 15 30 22Z 0 /fa m m z p 由 参考文献 55 表 1 2 9 可得铣削切削力的计算公式： 0 . 9 0 . 8 0 1 . 1 1 . 1 0 . 12335 a f D B z n 有： 0 . 9 0 0 . 8 0 1 . 1 1 . 1 0 . 12 3 3 5 2 . 0 0 . 0 8 2 8 2 0 . 5 2 2 2 . 4 8 3 6 . 2 4 ( ) 根据工件受力 切削力、夹紧力的作用情况，找出在加工过程中对夹紧 18 最不利的瞬间状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力。最后为保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需夹紧力的数值，即： 安全系数 6543210 式中：60 种因素的 安全系数， 查参考文献 51 2 1 可知其公式参数： 1 2 34 5 61 . 0 , 1 . 0 , , 1 . 0 ,1 . 3 , 1 . 0 , 1 . 0 K 由此可得： 1 . 2 1 . 0 1 . 0 1 . 0 1 . 3 1 . 0 1 . 0 1 . 5 6K 所以 8 3 6 . 2 4 1 . 5 6 1 3 0 4 . 5 3 ( ) F N 由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，决定选用手动螺旋夹紧机构。 夹紧力的确定 夹紧力方向的确定 夹紧力应朝向主要的定位基面 。 夹紧力的方向尽可能与切 削力和工件重力同向。 (1) 夹紧力作用点的选择 a. 夹紧力的作用点应落在定位元件的支承范围内。 b. 夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的部位上，这样可以防止或减少工件变形变形对加工精度的影响。 c. 夹紧力的作用点应尽量靠近加工 表面。 (3)夹紧力大小的估算 理论上确定夹紧力的大小，必须知道加工过程中，工件所受到的切削力、离心力、惯性力及重力等，然后利用夹紧力的作用应与上述各力的作用平衡而计算出。但实际上，夹紧里的大小还与工艺系统的刚性、夹紧机构的传递效率等有关。而且，切削力的大小在加工过程中是变化的，因此，夹紧力的计算是个很复杂的问题，只能进行粗略的估算。 估算的方法：一是找出对夹紧最不利的瞬时状态，估算此状态下所需的夹紧力；二是只考虑主要因素在力系中的影响，略去次要因素在力系中的影响。 估算的步骤： 19 主要最大切削力 ( 应考虑安全系数， I 学 课程设计 课 题： 下轴的工艺及夹具设计 专 题： 专 业： 机械制造及自动化 学 生 姓 名： 班 级 ： 学 号： 指 导 教 师： 完 成 时 间： 要 本设计是 基于 下轴 零件的加工工艺规程及一些工序的专用夹具设计。 下轴 零件的主要加工表面是平面及 槽 系。一般来说，保证平面的加工精度要比保证孔系的加工精度容易。因此，本设计遵循先面后 槽 的原则。并将孔与平面的加 工明确划分成粗加工和精加工阶段以保证 槽 系加工精度。基准选择以 下轴 的输入轴和输出轴的支承孔作为粗基准，以 结合面 与两个工艺孔作为精基准。主要加工工序安排是先以支承孔系定位加工出顶平面，再以顶平面与支承孔系定位加工出工艺孔。在后续工序中除个别工序外均用顶平面和工艺孔定位加工其他孔系与平面。 夹具选用专用夹具，夹紧方式多选用气动夹紧，夹紧可靠，机构可以不必自锁。因此生产效率较高。适用于大批量、流水线上加工。能够满足设计要求。 关键词： 下轴 类零件； 工艺 ； 夹具 ； he is on of of of of In of of to of as a as a to In to of of of of of be so is 录 摘 要 一 章 加工工艺规程设计 7 件的分析 7 件的作用 7 件的工艺分析 7 轴加工的主要问题和工艺过程设计所应采取的相应措施 8 和平面的加工顺序 8 工方案选择 8 轴加工定位基准的选择 9 基准的选择 9 基准的选择 9 轴加工主要工序安排 9 械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 11 定切削用量及基本工时（机动时间） 12 间定额计算及生产安排 21 第 2章 铣 16开口槽夹具设计 23 计要求 23 具设计 23 定位基准的选择 23 切削力及夹紧力的计算 23 位误差的分析 26 具设计及操作的简要说明 27 结 论 28 参考文献 29 致 谢 31 1 2 3 4 5 6 7 第 一 章 加工工艺规程设计 件的分析 件的作用 题目给出的零件是 下轴 。 下轴 的主要作用是 调换 各传动 挡 ，保证各轴各挡轴能正常运行 ，并保证部件与 部件 正确安装。因此 下轴 零件的加工质量，不但直接影响的装配精度和运动精 度，而且还会影响工作精度、使用性能和寿命。 图 1 下轴 件的工艺分析 由 下轴 零件图可知。 下轴 是一个 轴类 零件，它的外表面上有 2 个平面需要进行加工。此外各表面上还需加工一系列螺纹孔。因此可将其分为三组加工表面。它们相互间有一定的位置要求。现分析如下： （ 1）以 12 外圆 面 为主要加工表面的加工面。这一组加工表面包括： 12 外圆 面 的加工； 端面 面的加工 ，其中 面 有表面粗糙度要求为 （ 2） 以 U 型槽 为主要加工面的加工面。 这一组加工表面包括 U 型槽面 的铣 削加工 粗糙度为 （ 3）以 10 为主要加工表面的加工面。这一组加工表面包括： 12外圆 面 ， 粗糙度为 （ 4）其他 倒角圆角 的 加工 8 轴 加工的主要问题和工艺过程设计所应采取的相应措施 由以上分析可知。该 下轴 零件的主要加工表面是平面及孔系。一般来说，保证平面的加工精度要比保证孔系的加工精度容易。因此，对于 下轴来说，加工过程中的主要问题是保证孔的尺寸精度及位置精度，处理好孔和平面之间的相互关系。 由于的生产量很大。怎样满 足生产率要求也是加工过程中的主要考虑因素。 和平面的加工顺序 下轴 类零件的加工应遵循先面后孔的原则：即先加工 下轴 上的基准平面，以基准平面定位加工其他平面。然后再加工孔系。 下轴 的加工自然应遵循这个原则。这是因为平面的面积大，用平面定位可以确保定位可靠夹紧牢固，因而容易保证孔的加工精度。其次，先加工平面可以先切去铸件表面的凹凸不平。为提高孔的加工精度创造条件，便于对刀及调整，也有利于保护刀具。 下轴 零件的加工工艺应遵循粗精加工分开的原则，将孔与平面的加工明确划分成粗加工和精加工阶段以保证孔系加工精 度。 工方案选择 下轴 孔系加工方案，应选择能够满足孔系加工精度要求的加工方法及设备。除了从加工精度和加工效率两方面考虑以外，也要适当考虑经济因素。在满足精度要求及生产率的条件下，应选择价格最底的机床。 根据 下轴 零件图所示的 下轴 的精度要求和生产率要求，当前应选用在组合机床上用镗模法镗孔较为适宜。 （ 1）用坐标法镗孔 在现代生产中，不仅要求产品的生产率高，而且要求能够实现大批量、多品种以及产品更新换代所需要的时间短等要求。镗模法由于镗模生产成本高，生产周期长，不大能适应这种要求，而坐标法镗孔却能适应 这种要求。此外，在采用镗模法镗孔时，镗模板的加工也需要采用坐标法镗孔。 用坐标法镗孔，需要将 下轴 孔系尺寸及公差换算成直角坐标系中的尺寸及公差，然后选用能够在直角坐标系中作精密运动的机床进行镗孔。 在大批量生产中， 下轴 孔系加工一般都在组合镗床上采用镗模法进行加工。镗模夹具是按照工件孔系的加工要求设计制造的。当镗刀杆通过镗套的引导进行镗孔时，镗模的精度就直接保证了关键孔系的精度。 采用镗模可以大大地提高工艺系统的刚度和抗振性。因此，可以用几 9 把刀同时加工。所以生产效率很高。但镗模结构复杂、制造难度大、成本较高，且 由于镗模的制造和装配误差、镗模在机床上的安装误差、镗杆和镗套的磨损等原因。用镗模加工孔系所能获得的加工精度也受到一定限制。 轴 加工定位基准的选择 基准的选择 粗基准选择应当满足以下要求： （ 1）保证各重要支承孔的加工余量均匀； （ 2）保证装入 下轴 的零件与箱壁有一定的间隙。 为了满足上述要求，应选择的主要支承孔作为主要基准。即以 下轴 的输入轴和输出轴的支承孔作为粗基准。也就是以前后端面上距顶平面最近的孔作为主要基准以限制工件的四个自由度，再以另一个主要支承孔定位限制第五个自由度。由于是以 孔作为粗基准加工精基准面。因此，以后再用精基准定位加工主要支承孔时，孔加工余量一定是均匀的。由于孔的位置与箱壁的位置是同一型芯铸出的。因此，孔的余量均匀也就间接保证了孔与箱壁的相对位置。 基准的选择 从保证 下轴 孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置 。精基准的选择应能保证 下轴 在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从 下轴零件图分析可知，它的顶平面与各主要支承孔平行而且占有的面积较大，适于作精基准使用。但用一个平面定位仅仅能限制工件的三个自由度，如果使用典型的一面两孔定位方法，则可以满足整个 加工过程中基本上都采用统一的基准定位的要求。至于前后端面，虽然它是 下轴 的装配基准，但因为它与 下轴 的主要支承孔系垂直。如果用来作精基准加工孔系，在定位、夹紧以及夹具结构设计方面都有一定的困难，所以不予采用。 轴 加工主要工序安排 对于大批量生产的零件，一般总是首先加工出统一的基准。 下轴 加工的第一个工序也就是加工统一的基准。具体安排是先以孔定位粗、精加工顶平面。第二个工序是加工定位用的两个工艺孔。由于顶平面加工完成后一直到 下轴 加工完成为止，除了个别工序外，都要用作定位基准。因此，结合面上的螺孔也应在加工 两工艺孔的工序中同时加工出来。 后续工序安排应当遵循粗精分开和先面后孔的原则。先粗加工平面，再粗加工孔系。螺纹底孔在多轴组合钻床上钻出，因切削力较大，也应该在粗加工阶段完成。对于 下轴 ，需要精加工的是支承孔前后端平面。按上 10 述原则亦应先精加工平面再加工孔系，但在实际生产中这样安排不易于保证孔和端面相互垂直。因此，实际采用的工艺方案是先精加工支承孔系，然后以支承孔用可胀心轴定位来加工端面，这样容易保证零件图纸上规定的端面全跳动公差要求。各螺纹孔的攻丝，由于切削力较小，可以安排在粗、精加工阶段中分散进行。 加工工序 完成以后，将工件清洗干净。清洗是在 c9080 的含 打及 硝酸钠溶液中进行的。清洗后用压缩空气吹干净。保证零件内部杂质、铁屑、毛刺、砂粒等的残留量不大于 根据以上分析过程，现将 下轴 加工工艺路线确定如下： 工艺路线一： 0 毛坯 5 清理毛坯 10 车 10 端面 15 粗车 10 外圆及台阶 20 掉头，粗车 12 外圆及端面 ,保证全长 25 精车 10 外圆及台阶 30 精车 12 外圆（小头侧） 35 粗铣宽度为 16 的槽 40 精铣宽度为 16 的槽 面喷漆 50 检验入库 工艺路线二： 0 毛坯 5 清理毛坯 10 粗铣宽度为 16 的槽 15 精铣宽度为 16 的槽 20 车 10 端面 25 粗车 10 外圆及台阶 30 掉头，粗车 12 外圆及端面 ,保证全长 35 精车 10 外圆及台阶 40 精车 12 外圆（小头侧） 面喷漆 11 50 检验入库 以上加工方案大致看来合理，但通过仔细考虑，零件的技术要求及可能采取的加工手段之后，就会发现仍有问题， 采用互为基准的原则，先加工上、下两平面， 然后以下、下平面为精基准再加工两平面上的各孔，这样便保证了，上、下两平面的平行度要求同时为加两平面上各孔保证了垂直度要求。 从提高效率和保证精度这两个前提下，发现该方案一比较合理。 综合选择方案一： 0 毛坯 5 清理毛坯 10 车 10 端面 15 粗车 10 外圆及台阶 20 掉头，粗车 12 外圆及端面 ,保证全长 25 精车 10 外圆及台阶 30 精车 12 外圆（小头侧） 35 粗铣宽度为 16 的槽 40 精铣宽度为 16 的槽 面喷漆 50 检验入库 械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 (1)毛坯种类的选择 零件机械加工的工序数量、材料消耗和劳动量等在很大程度上与毛坯的选择有关，因此，正确选择毛坯具有重要的技术和经济意义。根据该零件的材料为 产类型为批量生产、结构形状很复杂、尺寸大小中等大小、技术要求不高等因素，在此毛坯选择 型材 成型。 (2)确定毛坯的加工余量 根据毛坯制造方法采用的 型材 造型，查取机械制造工艺设计简明手册表 “ 下轴 ”零件材料采用灰铸铁制造。材料为 度 170 241，生产类型为大批量生产，采用 型材 毛坯。 （ 1）结合面的加工余量。 根据工序要求，结合面加工分粗、精铣加工。各工步余量如下： 粗铣：参照机械加工工艺手册第 1 卷表 余量值规定为 12 现取 表 铣平面时厚度偏差取 。 精铣：参照机械加工工艺手册表 余量值规定为 （ 2） 面的加工余量。 根据工序要求，结合面加工分粗、精铣加工。各工步余量如下： 粗铣：参照机械加工 工艺手册第 1 卷表 现取 表 铣平面时厚度偏差取 。 精铣：参照机械加工工艺手册表 余量值规定为 差等级选用 查表 得铸件尺寸公差为 定切削用量及基本工时（机动时间） 工序 0、工序 5 无切削加工，无需计算 工序 10. 车 10端面和 粗车 10外圆及台阶 已知工件材料： 材，有外皮，机床 通车床，工件用内钳式卡盘固定。 所选刀 具为 质合金可转位车刀。根据切削用量简明手册于 床的中心高为 200表 故选刀杆尺寸= 516 ，刀片厚度为 选择车刀几何形状为卷屑槽带倒棱型前刀面，前角0V= 012 ，后角0= 06 ，主偏角090 ，副偏角 010 ，刃倾角 s = 0 ，刀尖圆弧半径 1）粗 车 10外圆 可在一次走刀内完成 13 f 根据切削加工简明实用手册可知：表 杆尺寸为 ，pa 工件直径 10 400之间时， 进给量 f =1.0 按 床进给量（表 9）在机械制造工艺设计手册可知： f =0.7 确定的进给量尚需满足机床进给机构强度的要求，故需进行校验根据表 1 30， 床进给机构允许进给力530N 。 根据表 强度在 174 207，pa f 045 时，径向进给力： 950N 。 切削时.0，1.0， 2），故实际进给力为： 50 = （ 1 由于切削时进给力小于机床进给机构允许的进给力，故所选f = 用。 根据切削用量简明使用手册表 车刀寿命 T = 可直接有表中查出。 根据切削用量简明使用手册表 6质合金刀加工硬度200 219铸件，pa f ，切削速度 V = 切削速度的修正系数为.0，表 故： 0V=tV 3 （ 1 m n =1000 =127481000 =120 （ 1 根据 床说明书选择 0n=125 14 这时实际切削速度 0001000 125127 m（ 1 切削时的功率可由表查出，也可按公式进行计算。 由切削用量简明使用手册表 160 245 ，pa f 切削速度 时， 切削功率的修正系数实际切削时间的功率为： = （ 1 根据表 n = r 时，机床主轴允许功率为 所选切削用量可在 1机床上进行，最后决定的切削用量为： f = n = r = V = m 工序 20. 掉头，粗车 12外圆及端面 ,保证全长 已知工件材料： 材，有外皮，机床 通车床，工件用内钳式卡盘固定。 所选刀具为 质合金可转位车刀。根据切削用量简明手册于 床的中心高为 200表 故选刀杆尺寸= 516 ，刀片厚度为 选择车刀几何形状为卷屑槽带倒棱型前刀面，前角0V= 012 ，后角0= 06 ， 主偏角090 ，副偏角 010 ，刃倾角 s = 0 ，刀尖圆弧半径 1）粗 车 10外圆 可在一次走刀内完成 f 根据切削加工简明实用手册可知：表 杆尺寸为 ，pa 工件直径 10 400之间时， 进给量 f =1.0 按 床进给量（表 9）在机械制造工艺设计手册可 15 知： f =0.7 确定的进给量尚需满足机床进给机构强度的要求，故需进行校验根据表 1 30， 床进给机构允许进给力530N 。 根据表 强度在 174 207，pa f 045 时，径向进给力： 950N 。 切削时.0，1.0， 2），故实际进给力为： 50 = （ 1 由于切削时进给力小于机床进给机构允许的进给力，故所选f = 用。 根据切削用量简明使用手册表 车刀寿命 T = 可直接有表中查出。 根据切削用量简明使用手册表 6质合金刀加工硬度200 219铸件，pa f ，切削速度 V = 切削速度的修正系数为.0，表 故： 0V=tV 3 （ 1 m n =1000 =127481000 =120 （ 1 根据 床说明书选择 0n=125 这时实际切削速度 0001000 125127 m（ 1 切削时的功率可由表查出，也可按公式进行计算。 由切削用量简明使用手册表 160 245 ，pa 16 f 切削速度 时， 切 削功率的修正系数实际切削时间的功率为： = （ 1 根据表 n = r 时，机床主 轴允许功率为 所选切削用量可在 1机床上进行，最后决定的切削用量为： f = n = r = V = m 工序 25 精车 10外圆及倒角 所选刀具为 质合金可转位车刀。根据切削用量简明手册于 床的中心高为 200表 故选刀杆尺寸= 516 ，刀片厚度为 选择车刀几何形状为卷屑槽带倒棱型前刀面，前角0V= 012 ，后角0= 06 ，主偏角090 ，副偏角 010 ，刃倾角 s = 0 ，刀尖圆弧半径 可在一次走刀内完成 f 根据切削加工简明实用手册可知：表 杆尺寸为 ，pa 工件直径 10 400之间时， 进给量 f =1.0 按 床进给量（表 9）在机械制造工艺设计手册可知： f =0.7 确定的进给量尚需满足机床进给机构强度的要求，故需进行校验根据表 1 30， 床进给机构允许进给力530N 。 根据表 强度在 174 207，pa f 045 时，径向进给力： 950N 。 切削时.0，1.0， 7 2），故实际进给力为： 50 = 由于切削时进给力小于机床进给机构允许的进给力，故所选 f = 用。 根据切削用量简明使用手册表 车刀寿命 T = 可直接有表中查出。 根据切削用量简明使用手册表 15质合金刀加工硬度200 219铸件，pa f ，切削速度 V = 切削速度的修正系数为.0，表 故： 0V=tV 3 （ 3 m n =1000 =127100048=120 （ 3 根据 床说明书选择 0n=125 这时实际切削速度 0001000 125127 m（ 3 切削时的功率可由表查出，也可按公式进行计算。 由切削用量简明使用手册表 160 245 ，pa f 切削速度 时， 切削功率的修正系数实际切削时间的功率为： = 根据表 n = r 时，机床主轴允许功率为 所选切削用量可在 床上进行，最后决定的切削用量 18 为： f = n = r = V = m 工序 35 精车 12外圆（小头侧） 所选刀具为 质合金可转位车刀。根据切削用量简明手册于 床的中心高为 200表 故选刀杆尺寸= 516 ，刀片厚度为 选择车刀几何形状为卷屑槽带倒棱型前刀面，前角0V= 012 ，后角0= 06 ，主偏角090 ，副偏角 010 ，刃倾角 s = 0 ，刀尖圆弧半径 可在一次走刀内完成 f 根据切削加工简明实用手册可知：表 杆尺寸为 ，pa 工件直径 10 400之间时， 进给量 f =1.0 按 床进给量（表 9）在机械制造工艺设计手册可知： f =0.7 确定的进给量尚需满足机床进给机构强度的要求，故需进行校验根据表 1 30， 床进给机构允许进给力530N 。 根据表 强度在 174 207，pa f 045 时，径向进给力： 950N 。 切削时.0，1.0， 2），故实际进给力为： 50 = 由于切削时进给力小于机床进给机构允许的进给力，故所选f = 用。 根据切削用量简明使用手册表 车刀寿命 T = 9 切削速度可根据公式计算，也可直接有表中查出。 根据切削用量简明使用手册表 15质合金刀加工硬度200 219铸件，pa f ，切削速度 V = 切削速度的修正系数为.0，表 故： 0V=tV 3 （ 3 m n =1000 =127100048=120 （ 3 根据 床说明书选择 0n=125 这时实际切削速度 0001000 125127 m（ 3 切削时的功率可由表查出，也可按公式进行计算。 由切削用量简明使用手册表 160 245 ，pa f 切削速度 时， 切削功率的修正系数实际切削时间的功率为： = 根据表 n = r 时，机床主轴允许功率为 所选切削用量可在 床上进行，最后决定的切削用量为： f = n = r = V = m 工序 5：粗、精铣 16槽。 机床：铣床 刀具：错齿三面刃铣刀 粗铣 16槽 切削深度8pa 20 根据参考文献 3表 6 查得：进给量 0 /fa m m z,根据参考文献 1表 30 32 查得切削速度 24 / m 。 机床主轴转速 n ： 1 0 0 0 1 0 0 0 2 4 6 2 . 1 / m i 1 4 1 2 5 ， 按照参考文献 3表 74，取 75 / 实际切削速度 v ： 3 . 1 4 1 2 5 7 5 0 . 5 0 /1 0 0 0 1 0 0 0 6 0m s 进给量0 . 0 6 1 8 7 5 / 6 0 1 . 3 5 /a Z n m m s 工作台每分进给量 1 . 3 5 / 8 1 / m i m m s m m 被切削层长度 l ：由毛坯尺寸可知 20l ， 刀具切入长度 1l ： 1 0 1 2 )=63具切出长度2l：取 2 走刀次数为 1 机动时间121 2 0 6 3 2 1 . 0 5 m i l lt f 精铣 16槽 切削深度据参考文献 3表 6 查得：进给量 0 /fa m m z,根据参考文献 1表 30 32 查得切削速度 23 / m ， 机床主轴转速 n ： 1 0 0 0 1 0 0 0 2 3 4 5 . 8 / m i 1 4 1 6 0 ， 按照参考文献 3表 74，取 4 7 m 。 实际切削速度 v ： 3 . 1 4 1 6 0 4 7 . 5 0 . 4 0 /1 0 0 0 1 0 0 0 6 0m s 进给量0 . 0 8 2 2 4 7 . 5 / 6 0 1 . 3 9 /a Z n m m s 工作台每分进给量 1 . 3 9 / 8 3 . 6 / m i m m s m m 被切削层长度 l ：由毛坯尺寸可知 20l ， 刀具切入长度 1l ： 1 0 1 2 )=8121 刀具切出长度2l：取 2 走刀次数为 1 机动时间222 2 0 8 1 2 1 . 2 3 m i . 6l lt f 本工序机动时间：12 1 . 0 5 1 . 2 3 2 . 2 8 m i nj j jt t t 工 序 45、终检 无切削计算 工序 50、入库 无切削计算 间定额计算及生产安排 假设该零件年产量为 10 万件。一年以 240 个工作日计算，每天的产量应不低于 417 件。设每天的产量为 420 件。再
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