机械制造技术课程设计-小轴的机械加工工艺规程及钻φ13孔夹具设计【全套图纸】 .pdf

辽宁工程技术大学 课 程 设 计 题 目：小轴的机械加工工艺规程及 钻孔工艺装备设计 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 班 级： 渉机 07- 1 姓 名： 学 号： 指导教师： 完成日期： 辽 宁 工 程 技 术 大 学 课 程 设 计 i 一、设计题目一、设计题目 小轴的机械加工工艺规程及钻孔工艺装备设计小轴的机械加工工艺规程及钻孔工艺装备设计 二、原始资料二、原始资料 （1）被加工零件的零件图（草图） 1 张 （2）生产类型：中批或大批大量生产 三、上交材料三、上交材料 （1）被加工工件的零件图 1 张 （2）毛坯图 1 张 （3）机械加工工艺过程综合卡片 1 张 （4）与所设计夹具对应那道工序的工序卡片 1 张 （5）夹具装配图 1 张 （6）夹具体零件图 1 张 （7）课程设计说明书（约 50008000 字） 1 份 四、进度安排四、进度安排(参考参考) （1）熟悉零件，画零件图 2 天 （2）选择工艺方案，确定工艺路线，填写工艺过程综合卡片 5 天 （3）工艺装备设计（画夹具装配图及夹具体图） 9 天 （4）编写说明书 3 天 （5）准备及答辩 2 天 五、指导教师评语五、指导教师评语 成成 绩：绩： 指导教师指导教师 日日 期期 辽 宁 工 程 技 术 大 学 课 程 设 计 ii 摘摘 要要 机械制造课程设计是我们学完了大学的全部基础课、技 术基础课以及大部分专业课之后进行的.这是我们在进行毕 业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习,也 是一次理论联系实际的训练,因此,它在我们四年的大学学业 中占有重要的地位。 这次设计的是小轴，有零件图、毛坯图、夹具体图、装 配图各一张，机械加工工艺过程卡片和与所设计夹具对应那 道工序的工序卡片各一张。首先我们要熟悉零件，题目所给 的零件是小轴。了解小轴的作用，接下来根据零件的性质和 零件图上各端面的粗糙度确定毛坯的尺寸和机械加工余量。 然后我们再根据定位基准先确定精基准，后确定粗基准，最 后拟定小轴的工艺路线图，制定该工件的夹紧方案，画出夹 具装配图。 辽 宁 工 程 技 术 大 学 课 程 设 计 iii abstract machinery manufacturing technology curriculum design is finished we learn all the basic course of the university, technology and the most basic course after the specialized, which is our graduation project before conducting the various courses of study by an in- depth comprehensive review of the total, is also a theory with practical training, therefore, in our four years of university life occupy an important position. this is the shaft design, parts map, rough map, one of the assembly, machining process with the card and the corresponding fixture designed by the procedures of the process of a card. first of all, we must familiar with the parts, the parts subject to the shaft. shaft understanding of the role, followed in accordance with the nature of parts and components in the face of the map on the roughness of rough determine the size and mechanical jiagongyuliang. according to another location and then we set the benchmark fine first base, established after the benchmark crude, finalizing the shaft of the road map, the enactment of the workpiece clamping programme, to draw fixture assembly. 辽 宁 工 程 技 术 大 学 课 程 设 计 iv 目录目录 1 零件工艺分析 . 1 1.1 零件的作用 . 1 1.2 零件的工艺分析 . 2 1.2.1 以 36mm 外圆面中心的加工表面 2 1.2.2 以轴心线两端为中心的加工表面 2 1.3 零件加工的主要问题和工艺过程设计分析 . 2 1.4 零件的生产类型 . 3 2 确定毛坯图及尺寸 3 2.1 确定毛坯 . 3 2.2 确定机械加工余量 . 3 2.3 确定机械加工余量 . 3 2.4 确定毛坯尺寸及公差 . 3 3 制定工艺路线 4 3.1 基准选择 . 4 3.1.1 粗基准选择 . 5 3.1.2 精基准的选择 . 5 3.2 制定工艺路线 . 5 3.3 零件表面加工方法的选择 . 6 3.3.1 车 36mm 外圆面。 . 6 3.3.2 粗、精车 26 mm 外圆面 . 6 3.3.3 粗车 26mm 端面 . 6 4 确定切削用量及基本时间 7 4.1 切削用量计算 . 7 4.1.1 钻孔 . 7 4.1.2 扩孔 . 7 4.1.3 粗铰工步 . 8 4.1.4 精铰工步 . 8 辽 宁 工 程 技 术 大 学 课 程 设 计 v 4.2、时间定额的计算 . 9 4.2.1基本时间 tj的计算 . 9 4.2.2辅助时间 ta的计算 . 10 4.2.3. 其他时间的计算 . 10 4.2.4单件时间 tdj的计算 11 5 专用夹具设计 . 11 5.1 定位设计 12 5.2 定心夹紧装置设计及切削力与夹紧力的计算 12 5.2.1 定心夹紧装置设计 12 5.2.2 切削力的计算与夹紧力分析： . 13 5.3 夹具体的设计 13 5.4 夹具设计及操作的简要说明 14 6 小结 . 15 7 体会 . 15 参考文献 . 16 辽 宁 工 程 技 术 大 学 课 程 设 计 1 1 零件工艺分析零件工艺分析 0.015a 146 264.5 k a a bb c c 67.5 0 - 0.16 2 a 0.8 5.5 47 +0.5 0 65.97 26 0 - 0.014 145 15.5 900.2 5 60 0.8 36 20.2 5 90坑配作 1.1 零件的作用零件的作用 题目所给定的零件是小轴，小轴产生旋转运动，带动其他部件使 其运动，并将旋转转为直线运动，它在工作过程中将承受周期性的复 杂的交变载荷。其主要作用是传递转矩，是连杆获得所需的动力。 辽 宁 工 程 技 术 大 学 课 程 设 计 2 1.2 零件的工艺分析零件的工艺分析 由主轴零件图可知，原图样的视图正确，完整，技术要求齐全。 26mm 外圆及台阶端面要求 ra0.8um 有些高！其余要求均比较低！ 该零件属于轴类回转体零件，他的所有表面均需要切削加工。需 加工外圆面，端面以及孔和键槽。 。可将其分为两组加工表面，它们 相互间有一定的位置要求它们之间有一定的位置要求.现分析如下: 1.2.1 以 以 36mm 外圆面中心的加工表面外圆面中心的加工表面 这一组加工表面包括: 直径为 5mm 的中心孔， ,这组加工表面 有一定的位置要求，主要是： （1）右端面对 a 的圆跳动公差为 0.015mm； （2）粗糙度为 0.8 1.2.2 以轴心线两端为中心的加工表面以轴心线两端为中心的加工表面 这一组加工表面： 键槽 16 mm， 键槽 47mm， 右端面 26 mm ， 13mm 的埋头孔， 6 的通孔 这组加工表面有一定的位置要求，主要是： (1)键槽 16mm 键槽 47mm 与 26 轴心线的对称度公差为 0.04mm。 (2) 13mm 的内孔粗糙度为 12.5 （3 ） 6 通孔的轴线与 26 轴心线的垂直度公差为 0.1 1.3 零件加工的主要问题和工艺过程设计分析零件加工的主要问题和工艺过程设计分析 （1）小轴在模锻时，要在直径方向上留出工艺尺寸量； （2）为保证加工精度，对所有加工的部位均应采用粗、精 加工分开的原则； （3）主轴加工应充分考虑在切削时平衡装置； （4）对加工轴 26、36 时，应该考虑其与轴线的端面圆跳动要 求； （5）在铣键槽时应注意与 26mm 轴心线的对称度公差的问题； 辽 宁 工 程 技 术 大 学 课 程 设 计 3 1.4 零件的生产类型零件的生产类型 由题意知该零件质量为 1.4kg，属于轻型零件。生产类型为中批 生产 2 确定毛坯图及尺寸确定毛坯图及尺寸 2.1 确定毛坯确定毛坯 零件材料为 45 钢。考虑到主轴的零件不大，零件比较简单，在工 作过程中经常正反向旋转， 承受交变载荷及冲击性载荷。 应采用锻造。 而且投资较少，成本较低，生产周期短。 2.2 确定机械加工余量确定机械加工余量 钢制模锻件的公差及机械加工余量按 gb/t 12362- 2003 确定。 1 锻件公差等级为普通级 2 锻件质量 mf 根据成品质量 1.4kg，估算为 mf=2.5kg 3 锻件形状复杂系数 s=0.426。由于介于 0.32 和 0.63 之间，故锻 件形状复杂系数 s 属于 s2 级。 4 锻件材质系数，由于材料为 45 号钢，是质量分数小于 0.65%的 碳素钢，故属于 m1 级。 5 零件表面粗糙度 由零件图纸知，26mm 外圆及台阶端面为 ra0.8 外，13mm 孔为 ra12.5！其余均一般要求！ 2.3 确定机械加工余量确定机械加工余量 根据锻件质量，零件技术要求查表 5-9，外径单边余量为 1.7-2.2mm，轴向单边余量为 1.7-2.2mm。 2.4 确定毛坯尺寸及公差确定毛坯尺寸及公差 查表 5- 6 计算后，如图所示 辽 宁 工 程 技 术 大 学 课 程 设 计 4 150.4 +1.7 - 0.8（146） 20 +1.2 -0.6（15.5） 30 +1.2 - 0.8 (26) 40 +1.4 - 0.6 (36) 锻件外圆角半径查表 5- 12 得外圆角半径 r=2mm 内圆角半径 r=3mm 3 制定工艺路线制定工艺路线 3.1 基基准选择准选择 基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面选择的正确与 合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高，不盲目的选择基 辽 宁 工 程 技 术 大 学 课 程 设 计 5 面。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件的 大批报废，使生产无法正常进行。 3.1.1 粗基准选择粗基准选择 在小批生产的条件下，保证基准的统一。小轴加工粗基准的选择 尽量选择同一个基准，所以在这种情况下我们选择 36mm 外圆面做为 粗基准。 3.1.2 精基准的选择精基准的选择 加工输出轴的的键槽时，选择 36mm 圆的右端面，考虑到 36mm 圆的端面的粗糙度要求为 0.8，端面跳动为 0.015。可以保证下面加 工的精度。 3.2 制定工艺路线制定工艺路线 制定工艺路线的出发点，应该是使零件的几何形状、尺寸精度等 技术要求能得到合理的保证。除此之外，还应当考虑经济效果，以便 使生产成本尽量下降。 工艺路线方案 1 制锻件 2 热处理 3 粗车外圆面 4 粗车端面 5 半精车端面 6 半精车中心孔 7 半精车外圆面倒角 8 精车外园面。端面 9 钻5x90mm 圆锥孔 10 钻6mm 通孔 11 钻13mm 埋头孔 12 铣键槽 4x16mm 键槽 10x47mm 辽 宁 工 程 技 术 大 学 课 程 设 计 6 13 铣 14x5.5 槽 14 去毛刺 15 清洗 16 终检 3.3 零件表面加工方法的选择零件表面加工方法的选择 3.3.1 车车 36mm 外圆面外圆面。 由于这些表面的粗糙度要不较高，它们的表面粗糙度都是 12.5 a rmm ，根据工序要求，轴径 36 mm 加工分粗、精车。 粗车：参照机械制造技术基础课程设计指导书表 2-16，其直 径余量规定为 5mm，现取 3mm。 精车：参照机械制造技术基础课程设计指导书表 2-17，其余 量规定为 1.0 轴径 36 mm 锻造毛坯的基本尺寸分别为： 36+3.0+1.0=40mm。 根据机械加工工艺手册表 2.3-11,锻件尺寸公差等级选用 ct1113，再查表 2.3-9 可得锻件尺寸公差为 1.6mm。对轴径 36mm 有 毛坯的名义尺寸为：36+3.0+1.0=40.0 mm 毛坯最小尺寸为：40.0-1.6=38.4 mm 毛坯最大尺寸为：40.0+1.6=41.6mm 而对于轴径 36 mm、26mm 粗糙度要求为 ra 0.8 mm ,精车能达 到要求，此时直径粗加工余量 2z=6mm 精加工为 1mm 能满足加工要求。 3.3.2 粗粗、精车精车 26 mm 外圆面外圆面 根据工艺要求，26 mm 端面精度要求粗糙度为 ra0.8 mm 。需要 粗、精车加工就可以了。 3.3.3 粗车粗车 26mm 端面端面 根据工艺要求，端面精度要求不高粗糙度为 ra12.5 mm ，需要粗 车就可以了，此时的粗加工余量 2z=6mm，精加工余量取 2z=1.0mm 就 辽 宁 工 程 技 术 大 学 课 程 设 计 7 能满足加工要求。 4 确定切削用量及基本时间确定切削用量及基本时间 在这只计算钻- 精铰13mm 孔此工序的切削用量和时间定额 4.1 切削切削用量计用量计算算 4.1.1 钻孔钻孔 1）背吃刀量的确定 取 ap=12mm. 2) 进 给 量 的 确 定 由 表5- 22 ， 选 取 该 工 步 的 每 转 进 给 量 f=0.1mm/r。 3）切削速度的计算 由表 5- 22，按铸铁硬度为 160200hbs 计 算，切削速度 v 选取为 19m/min,由公式（5- 1）n=1000v/3.14d 可求得 该工序钻头转速 n=2016.98 r/min ,参照 z4006a 型立式钻床的主轴转 速，取转速 n=2900 r/min ,再将此转速代入公式（5- 1） ，可求出该工序 的实际钻削速度为 v=3.14nd/1000=27.318 m/min。 4.1.2 扩扩孔孔 1）背吃刀量的确定 取 ap=0.85mm. 2) 进给量的确定 由表 5- 22，选取该工步的每转进给量 f=0.15 mm/r。 3）切削速度的计算 由表 5- 22，按铸铁硬度为 160200hbs 计 算，切削速度 v 选取为 20m/min,由公式（5- 1）n=1000v/3.14d 可求得 该工序钻头转速 n=649.94 r/min ,参照 z525 型立式钻床的主轴转速， 取转速 n=680 r/min ,再将此转速代入公式（5- 1） ，可求出该工序的实 辽 宁 工 程 技 术 大 学 课 程 设 计 8 际钻削速度为 v=3.14nd/1000=20.92 m/min。 4.1.3 粗铰工步粗铰工步 1）背吃刀量的确定 取 ap=0.1mm。 2) 进 给 量 的 确 定 由 表5- 31， 选 取 该 工 步 的 每 转 进 给 量 f=0.15mm/r。 3）切削速度的计算 由表 5- 31，切削速度 v 选取为 3m/min,由 公式（5- 1）n=1000v/3.14d 可求得该工序钻头转速 n=95.925 r/min ,参 照 z525 型立式钻床的主轴转速，取转速 n=97r/min ,再将此转速代入 公 式 （ 5- 1） ， 可 求 出 该 工 序 的 实 际 钻 削 速 度 为v=3.14nd/1000=3.0 m/min。 4.1.4 精铰工步精铰工步 1）背吃刀量的确定 取 ap=0.05mm。 2) 进 给 量 的 确 定 由 表5- 31 ， 选 取 该 工 步 的 每 转 进 给 量 f=0.15mm/r。 3） 切削速度的计算 由表 5- 31，切削速度 v 选取为 3m/min, 由公式（5- 1）n=1000v/3.14d 可求得该工序钻头转速 n=127.4r/min , 参照 z525 型立式钻床的主轴转速，取转速 n=95.54r/min ,再将此转速 代 入 公 式 （ 5- 1 ）， 可 求 出 该 工 序 的 实 际 钻 削 速 度 为 v=3.14nd/1000=3.05m/min。 辽 宁 工 程 技 术 大 学 课 程 设 计 9 4.2、时间定额的计算、时间定额的计算 4.2.1基本时间基本时间 tj的计算的计算 （1） 钻孔工步 根据表 5- 41， 钻孔的基本时间可由公式 tj =l/fn=(l+l1+l2)/fn 求得。式中 l=29mm; l2=1mm; l1=d/2*cotkr+(12)=3/2*cot54+1mm=3.064mm; f=0.1mm/r;n=2016.98mm/r.。将上述结果代入公式，则该工序的 基本时间。tj =l/fn=19+1+3.064/2016.98*0.1=0.11min=6.6s 根据表 5- 41， 钻孔的基本时间可由公式 tj =l/fn=(l+l1+l2)/fn 求得。式中 l=19mm; l2=1mm; l1=d/2*cotkr+(12)=9.8/2*cot54+1mm=5.3mm; f=0.15mm/r;n=649.94mm/r.。将上述结果代入公式，则该工序的 基本时间。tj =l/fn=19+1+5.3/649.94*0.15=0.26min=15.6s （2） 粗铰工步 根据表 5- 41， 铰圆柱孔的基本时间可由公式 tj =l/fn=(l+l1+l2)/fn 求得。 式中 l2、 l1 由表 5- 42 按 kr=15、 ap= （d- d） /2= （9.96- 9.8） /2=0.08 的 条 件 查 得l1=0.37mm; l2=15mm; 而l=19mm; f=0.15mm/r; n=95.9r/min. 。 将 上 述 结 果 代 入 公 式 ， 则 该 工 序 的 基 本 时 间 tj=(19mm+0.37mm+15mm) /(0.15mm/min x 95.9r/min)=2.4min=144s。 （3） 精铰工步 辽 宁 工 程 技 术 大 学 课 程 设 计 10 同上，根据表 5- 41 可由公式 tj =l/fn=(l+l1+l2)/fn 求得该工步的 基本时间。式中 l2、l1 由表 5- 42 按 kr=15、ap=（d- d）/2=（10- 9.96） /2=0.02 的条件查得 l1=0.19mm; l2=13mm; 而 l=19mm; f=0.15mm/r; n=95.9 r/min. 。 将 上 述 结 果 代 入 公 式 ， 则 该 工 序 的 基 本 时 间 tj=(19mm+0.19mm+13mm) /(0.15mm/min x 95.9r/min)=2.24 min=134.4s。 4.2.2辅助时间辅助时间 ta的计算的计算 根据第五章第二节所述，辅助时间 ta与基本时间 tj之间的关系为 ta=(0.150.2) tj ,这里取 ta=0.15 tj ,则各工序的辅助时间分别为： 钻孔工步的辅助时间为：ta=0.15x(15.6+6.6)s=3.33s; 粗铰工步的辅助时间为：ta=0.15x144s=21.6s; 精铰工步的辅助时间为：ta=0.15x134.4s=20.16s; 4.2.3. 其他时间的计算其他时间的计算 除了作业时间（基本时间和辅助时间之和）以外，每道工序的单 件时间还包括布置工作的时间、休息与生理需要的时间和准备与终结 时间。由于后盖的生产类型为大批生产，分摊到每个工件上的准备与 终结时间甚微， 可忽略不计； 布置工作的时间 tb是作业时间的 2%7%， 休息与生理需要时间 tx是作业时间的 2%4%，这里均取 3%，则各工 序的其他时间可按关系式（3%+3%） （tj+ta）计算，它们分别为： 钻孔工步的其他时间为：tb+tx =6%x(22.2s+3.33s)=1.53s; 辽 宁 工 程 技 术 大 学 课 程 设 计 11 粗铰工步的其他时间为：tb+tx =6%x(144s+21.6s)=9.94s; 精铰工步的其他时间为：tb+tx =6%x(134.4s+20.16s)=9.27s; 4.2.4单件时间单件时间 tdj的计算的计算 这里的各工序的单件时间分别为： 钻孔工步 tdj钻=22.2s+3.33s+1.53s=27.06s; 粗铰工步 tdj粗 铰=144s+21.6s+9.94s=175.54s; 精铰工步 tdj精 铰=134.4s+20.16s+9.27s=163.83s; 因 此 ， 此 工 序 的 单 件 时 间tdj=tdj 钻+tdj粗铰+tdj精铰 =27.06s+175.54s+163.83s=366.43s。 将上述零件工艺规程设计的结果，填入工艺文件。 5 专专用用夹具夹具设计设计 为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度。在加工轴 零件时，需要设计专用夹具。 根据任务要求中的设计内容，需要设计加工埋头孔夹具一套。其 中加工孔的夹具将用于立式钻床，刀具分别为麻花钻！ 本夹具主要用来钻直径13mm 孔，圆面处的孔较小选择钻头时要 选择较为合理的，强度硬度还有深度度都要考虑清楚，加工到本道工 辽 宁 工 程 技 术 大 学 课 程 设 计 12 序前要完成26mm 外圆及外圆右端面的粗、精车，磨削。因此本道工 序加工时主要应考虑如何保证其尺寸精度要求和表面粗糙度要求。以 及如何提高劳动生产率，降低劳动强度。 5.1 定位设计定位设计 工件定位的实质，就是要使工件在夹具中占有某个确定的位置。 任何一个刚体（工件）在空间直角坐标系内都有六个自由度，即沿三 个坐标轴的移动 x、y、z 和绕此三个坐标轴的转动x ) 、y ) 、z ) 。夹具 设计就需要对工件的自由度进行限制，从而起到定位作用。 根据题目要求，现在对工件进行定位设计。定位主要满足限制其 五个自由度就可以了。所以本套夹具我们采用典型的 v 型块！由零件 图可知， 。为了保证精度。根据基准重合、基准统一原则。在选择 13mm 孔的加工定位基准时，应尽量选择上一道工序即粗、精铣端面工 序的定位基准，以及设计基准作为其定位基准。 5.2 定心夹紧装置设计及切削力与夹紧力的计算定心夹紧装置设计及切削力与夹紧力的计算 5.2.1 定心定心夹紧夹紧装装置置设计设计 夹紧装置一般由力源装置、中间传力机构、夹紧元件与夹紧机构 所组成。设计本夹紧装置考虑到夹紧简单、夹紧力可靠。 由于 z525 钻床输出轴的生产量很大， 采用手动夹紧的夹具结构简 单，在生产中的应用也比较广泛。因此本道工序夹具的夹紧动力装置 采用手动夹紧。采用手动夹紧，原始夹紧力可以连续作用，夹紧可靠， 方便实用。 本道工序夹具的定位元件选用一个定位销、两个 v 型块来对输出 轴定位。再用一个螺旋顶针对工件夹紧，从轴径方向夹紧工件。 。由 于夹紧力方向与钻削力方向不同，轴心线方向上受到力的作用，所以 用一定位销来定位。 夹紧装置是夹具的重要组成部分。在设计夹紧装置时，应满足以 下基本要求：1）在夹紧过程中应保持工件定位时所获得的正确位置； 2）夹紧应可靠和适当； 辽 宁 工 程 技 术 大 学 课 程 设 计 13 3）夹紧装置应操作方便、省力、安全； 4） 夹紧装置的复杂程度和自动化程度应与工件的生产批量和生产 方式相适应。 5.2.2 切削力的计算与夹紧力分析：切削力的计算与夹紧力分析： 由于本道工序主要完成工艺孔的钻、扩加工，而钻削力远远大于 扩的切削力。因此切削力应以钻削力为准。由切削手册17得： 钻削力 6 . 08 . 0 26hbdff = 钻削力矩 6 . 0 8 . 09 . 1 10hbfdt = 式中： 8dmm= ()()232187255 3 1 255 3 1 minmaxmax =-=-=hbhbhbhb 1 0.25fmm r-= nf5 .180223215. 01226 6 . 08 . 0 = mmnt=8 .648823215. 01210 6 . 08 . 09 . 1 5.3 夹具体的设计夹具体的设计 本道工序的夹具设计中需要对夹具体单独进行设计，以此来满足 加工要求。夹具体选用 ht200 铸造，主要考虑工件的定位与夹紧来设 计夹具体的结构尺寸与加工要求。具体要求如下： 1）工件靠36 端面及26mm 外圆面定位， ； 2）工件夹紧选用活动 v 型块夹紧，需要在夹具体左边设计一个支 座支撑螺旋顶针； 3）在与36 外圆端面定位时要考虑其精度要求； 所以综合上面几点，对夹具体的设计如下： 1）在设计右边支座时，需要设计两个孔与圆柱销配合，而且支座 与工件接触面需要精加工来保证工件的定位精度，所以对其进行粗、 精铣加工； 2） 在设计左边支座时， 需要设计一个内螺纹孔来与螺旋