机械毕业设计（论文）-凸轮轴的加工工艺及铣半圆键槽夹具设计（全套图纸）.pdf

设计说明书 题目：凸轮轴零件的工艺规程及夹具设计 学学 生：生： 学学 号：号： 专专 业：业： 班班 级：级： 指导老师：指导老师： 【摘要】 本次设计内容涉及了机械制造工艺及机床夹具设计、金属切削机床、公差配 合与测量等多方面的知识。 凸轮轴加工工艺规程及其铣键槽夹具设计是包括零件加工的工艺设计、 工序 设计以及专用夹具的设计三部分。在工艺设计中要首先对零件进行分析，了解零 件的工艺再设计出毛坯的结构，并选择好零件的加工基准，设计出零件的工艺路 线；接着对零件各个工步的工序进行尺寸计算，关键是决定出各个工序的工艺装 备及切削用量；然后进行专用夹具的设计，选择设计出夹具的各个组成部件，如 定位元件、夹紧元件、引导元件、夹具体与机床的连接部件以及其它部件；计算 出夹具定位时产生的定位误差，分析夹具结构的合理性与不足之处，并在以后设 计中注意改进。 关键词：工艺、工序、切削用量、夹紧、定位、误差。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 abstract:this design content has involved the machine manufacture craft and the engine bed jig design, the metal- cutting machine tool, the common difference coordination and the survey and so on the various knowledge. the reduction gear box body components technological process and its the processing hole jig design is includes the components processing the technological design, the working procedure design as well as the unit clamp design three parts. must first carry on the analysis in the technological design to the components, understood the components the craft redesigns the semi finished materials the structure, and chooses the good components the processing datum, designs the components the craft route; after that is carrying on the size computation to a components each labor step of working procedure, the key is decides each working procedure the craft equipment and the cutting specifications; then carries on the unit clamp the design, the choice designs the jig each composition part, like locates the part, clamps the part, guides the part, to clamp concrete and the engine bed connection part as well as other parts; position error which calculates the jig locates when produces, analyzes the jig structure the rationality and the deficiency, and will design in later pays attention to the improvement. key words: the craft, the working procedure, the cutting specifications, clamp, the localization, the error 目目 录录 序序 言言. 1 1 机床夹具介绍机床夹具介绍 1 1.1 夹具的现状及生产对其提出新的要求 . 1 1.2 现代夹具的发展方向 . 1 2 零件的分析零件的分析 3 2.1 零件的作用. 3 2.2 零件的工艺分析及技术要求 . 3 3. 工艺规程设计工艺规程设计 4 3.1 确定毛坯的制造形式 . 4 3.2 基面的选择. 4 3.3 制定工艺路线. 5 3.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 . 6 3.5 确定切削用量及基本工时 . 7 4 夹具设计夹具设计 .11 4.1 问题的提出 . 11 4.2 定位基准的选择. 11 4.3 切削力和夹紧力计算 . 12 4.4 定位误差分析. 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4.5 夹具的简要操作说明 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 总总 结结 错误！未定义书签。 致致 谢谢. 错误！未定义书签。 参参 考考 文文 献献 错误！未定义书签。 第 1 页 共 17 页 序序 言言 机械制造业是制造具有一定形状位置和尺寸的零件和产品， 并把它们装备成 机械装备的行业。机械制造业的产品既可以直接供人们使用，也可以为其它行业 的生产提供装备，社会上有着各种各样的机械或机械制造业的产品。我们的生活 离不开制造业，因此制造业是国民经济发展的重要行业，是一个国家或地区发展 的重要基础及有力支柱。从某中意义上讲，机械制造水平的高低是衡量一个国家 国民经济综合实力和科学技术水平的重要指标。 凸轮轴的加工工艺规程及铣键槽的夹具设计是在学完了机械制图、 机械制造 技术基础、机械设计、机械工程材料等进行课程设计之后的下一个教学环节。正 确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及工艺路线安排，工艺尺寸确定等问 题，并设计出专用夹具，保证零件的加工质量。本次设计也要培养自己的自学与 创新能力。因此本次设计综合性和实践性强、涉及知识面广。所以在设计中既要 注意基本概念、基本理论，又要注意生产实践的需要，只有将各种理论与生产实 践相结合，才能很好的完成本次设计。 本次设计水平有限，其中难免有缺点错误，敬请老师们批评指正。 第 1 页 共 17 页 1 机床夹具介绍机床夹具介绍 夹具最早出现在 1787 年，至今经历了三个发展阶段。第一阶段表现为夹具与人 的结合。在工业发展初期。机械制造的精度较低，机械产品工件的制造质量主要 依赖劳动者个人的经验和手艺，而夹具仅仅作为加工工艺过程中的一种辅助工 具；第二阶段是随着机床、汽车、飞机等制造业的发展，夹具的门类才逐步发展 齐全。夹具的定位、夹紧、导向（或对刀）元件的结构也日趋完善，逐渐发展成 为系统的主要工艺装备之一；第三阶段，即近代由于世界科学技术的进步及社会 生产力的迅速提高，夹具在系统中占据相当重要的地位。这一阶段的主要特征表 现为夹具与机床的紧密结合。 1 .1 夹具的现状及生产对其提出新的要求 现代生产要求企业制造的产品品种经常更新换代，以适应市场激烈竞争，企 业中多品种生产的工件已占工件种类数的 85%左右。然而目前，一般企业习惯与 采用传统的专用夹具，在一个具有大批量生产的能力工厂中约拥有 1300015000 套专用夹具。另一方面，在多品种生产的企业中，约隔 4 年就要更新 80%左右的 专用夹具， 而夹具的实际磨损量只有15%左右， 特别最近年来柔性制造系统 （fms） 、 数控机床（nc），加工中心（mc）和成组加工（gt）等新技术被应用和推广，使 中小批生产的生产率逐步趋近于大批量生产的水平。 综上所述，现代生产对夹具提出了如下新的要求： 1. 能迅速方便地装备新产品的投产以缩短生产准备周期 2. 能装夹一组相似性特征的工件 3. 适用于精密加工的高精度的机床 4. 适用于各种现代化制造技术的新型技术 5. 采用液压汞站等为动力源的高效夹紧装置，进一步提高劳动生产率 1.2 现代夹具的发展方向 现代夹具的发展方向表现为精密化、高效化、柔性化、标准化等四个方面： 1. 精密化 随着机械产品精度的日益提高，势必也相应提高对其精度要求。精密化夹具 的结构类型很多，例如用于精密分度的多齿盘，其分度可达正负 0.1，用于精密 车削的高精度三爪卡盘，其定心精度为 5um，又如用于轴承套圈磨削的电磁无心 夹具，工件的圆读可达 0.20.5um。 第 2 页 共 17 页 2. 高效化 高效化夹具主要用来减少工件加工的机动时的和辅助时的， 以提高劳动生产 率，减少工人劳动强度，常见的高效化夹具有：自动化夹具、告诉化夹具、具有 夹紧动力模块的夹具等。例如使用电动虎钳装夹工件，可使工件效率比普通虎钳 提高了 5 倍左右； 而高速卡盘则可保证卡爪在转速 9000r/min 的条件下能正常夹 紧工件，使切削速度大幅度提高。 3. 柔性化 夹具的柔性化与机床的柔性化相似，它是通过调组合等方式，以适应工艺可 变因素的能力。工艺的可变因素主要有：工序特征、生产批量、工件的形状和尺 寸等，具有柔性化特征的新型夹具种类主要有：组合夹具、通用可调夹具、成组 夹具、模块夹具、数控夹具等，在较长时间内，夹具的柔性化趋向将是夹具发展 的主要方向。 4. 标准化 夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面，在制造典型夹具，结构的基 础上，首先进行夹具元件和部件的通用化，建立典型尺寸系列或变型，以减少功 能用途相近的夹具元件和不见的形成：舍弃一些功能低劣的结构，通用化方法包 括：夹具、部件、元件、毛呸和材料的通用化夹具的标准化阶段是通用化的深入 并为工作图的审查创造了良好的条件。目前，我国已有夹具零件、部件的国家标 准：gb21482249-80，gb22622269-80 以及通用夹具标准，组合夹具标准等。 夹具的标准化也是夹具柔性化高效化的基础， 作为发展趋势， 这类夹具的标准化， 有利于夹具的专业化生产和有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本。 第 3 页 共 17 页 2 零件的分析零件的分析 2.1 零件的作用 凸轮轴为内燃机配气机构的零件， 其主要工作表面是两个凸轮面， 推动顶杆移动， 从而控制进、排气门的开合。 2.2 零件的工艺分析及技术要求 正火处理，硬度为 240- 290hbs。凸轮表面及 0.032 0.039 15 表面应高频淬火，硬 化层深 1.53，凸轮顶部允许达 6，淬硬层硬度为 55- 63hrc。淬火层金相组织 应为细针状和中等针状回或马氏体及少量屈氏体；进、排气凸轮均为对称形，对 于表中所列理论升程之偏差： 103.5o- 118.5o， 范围内不大于 0.04。 在118.5o- 180o范 围内不大于0.06o； 升程变化率公差在103.5o-118.5o范围内 0.004/1o， 在118.5o-180o 范围内 0.006/1o。 进、 排气凸轮用平面测量头从凸轮对称中心为0o处向两侧测量； 凸轮轴精加工后，各支承轴颈和凸轮表面应光洁。不允许有碰伤，凹痕，毛刺， 裂缝等缺陷存在； 凸轮轴精加工后应经磁力探伤， 探伤后退磁； 去锐边， 尖角 （包 括凸轮两侧） ；按 jb/t510482- 92柴油机凸轮轴检验方法检验。 第 4 页 共 17 页 3. 工艺规程设计工艺规程设计 3.1 确定毛坯的制造形式 由于该凸轮轴在工作过程中要承受交变载荷，并且工作环境温度变化较大， 为增强凸轮轴的强度和冲击韧性，获得纤维组织，毛坯选用锻件。该凸轮轴的轮 廓尺寸不大，生产类型属于大批生产，为提高生产率和锻件精度，宜采用模锻方 法制造毛坯。毛坯的拔模斜度为5o。 3.2 基面的选择 基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择的正确合理，可以 使加工质量得到保证，生产率得到提高。否则，加工工艺过程中会问题百出。 粗基准选择应当满足以下要求： （1）粗基准的选择应以加工表面为粗基准。目的是为了保证加工面与不加工 面的相互位置关系精度。如果工件上表面上有好几个不需加工的表面，则应选择 其中与加工表面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。以求壁厚均匀、外 形对称、少装夹等。 （2） 选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。例如：机床床身导轨 面是其余量要求均匀的重要表面。因而在加工时选择导轨面作为粗基准，加工床 身的底面，再以底面作为精基准加工导轨面。这样就能保证均匀地去掉较少的余 量，使表层保留而细致的组织，以增加耐磨性。 （3） 应选择加工余量最小的表面作为粗基准。这样可以保证该面有足够的 加工余量。 （4） 应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准，以保证定 位准确夹紧可靠。有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜选作粗基准，必要时需 经初加工。 （5） 粗基准应避免重复使用，因为粗基准的表面大多数是粗糙不规则的。 多次使用难以保证表面间的位置精度。 粗基准的选择： 对凸轮轴这样的回转体零件来说， 选择好粗基准是至关重要。 对与回转体零件我们通常以不加工的外圆作为粗基准。 精基准的选择： 精基准的选择应满足以下原则： （1） “基准重合”原则 应尽量选择加工表面的设计基准为定位基准，避免 第 5 页 共 17 页 基准不重合引起的误差。 （2） “基准统一”原则 尽可能在多数工序中采用同一组精基准定位，以保 证各表面的位置精度，避免因基准变换产生的误差，简化夹具设计与制造。 （3） “自为基准”原则 某些精加工和光整加工工序要求加工余量小而均匀， 应选择该加工表面本身为精基准， 该表面与其他表面之间的位置精度由先行工序 保证。 （4） “互为基准”原则 当两个表面相互位置精度及自身尺寸、形状精度都 要求较高时，可采用“互为基准”方法，反复加工。 （5）所选的精基准 应能保证定位准确、夹紧可靠、夹具简单、操作方便。 以11 和20 孔（一面 2 销）为定位精基准，加工其它表面及孔。主要考 虑精基准重合的问题， 当设计基准与工序基准不重合的时候， 应该进行尺寸换算， 这在以后还要进行专门的计算，在此不再重复。 精基准的选择：精基准 的选择要考虑基准重合的原则，设计基准要和工艺 基准重合。因此我们采用孔做为精基准 3.3 制定工艺路线 制订工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等 技术要求能得到合理的保证。通过仔细考虑零件的技术要求后，制定以下两种工 艺方案： 方案一 工序：锻造 工序：退火处理 工序：粗车左右端面 工序：粗车30，26，40，28.45 外圆 工序：精车左右端面 工序：精车30，26，40，28.45 外圆 工序：线切割凸轮 工序：中频淬火 工序：铣半圆键槽 工序 x：检验，入库 方案二 工序：锻造 工序：退火处理 第 6 页 共 17 页 工序：粗车左右端面 工序：粗车30，26，40，28.45 外圆 工序：精车左右端面 工序：精车30，26，40，28.45 外圆 工序：线切割凸轮 工序：铣半圆键槽 工序：检验，入库 工艺方案一和方案二的区别在于方案一是中有中频淬火这一工序，而方案二 没有中频淬火这一工序， 中频淬火可以保证应力和光洁度， 有利于提高加工精度， 综合考虑我们选择方案一 具体的工艺路线如下 工序：锻造 工序：退火处理 工序：粗车左右端面 工序：粗车30，26，40，28.45 外圆 工序：精车左右端面 工序：精车30，26，40，28.45 外圆 工序：线切割凸轮 工序：中频淬火 工序：铣半圆键槽 工序 x：检验，入库 3.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 工序 3 和 5：粗精车左右端面，保证工序尺寸 230； 工序 2 和 4：粗精车各轴外圆 粗车外圆，为下步预留径向加工余量为 1，轴向加工预留加工余量为 0.5，故粗 车外圆直径保证为工序尺寸 30、 26、 0 2 . 0 8 . 18 、 40、45.28，倒直角预留 加工余量为 0.4。加工精度要求低，故一次加工保证粗糙度 1.6。 工序 7：线切割凸轮，加工精度要求低，故一次加工保证粗糙度 1.6。 工序 9：铣半圆键槽，保证 r14 ，键槽保证宽 5mm。 第 7 页 共 17 页 3.5 确定切削用量及基本工时 工序 3：粗铣左右端面 选用机床：立式铣床 x51 选择铣刀半径为 30mm，齿数 z=6（见工艺手册表 3.127） 0.15/fmm z= z 25 0 =d，180mint =（ 切削表 3.7 和切削表 3.8） min/m20vc=（ 切削表 3.9） 3 . 212 03x 1000 = c v n 按机床选取min/ r250= 机 n 实际切削速度： min 55.23 1000 03x250x 1000 dn n m vc= 机 机 工作台每分钟进给量： 2 . 250znvf= 机 铣床工作台进给量： min/mm250vf= 横向 基本工时： 166 . 0 150 65 = + =t 工序 4：粗车30，26，40，28.45 外圆 选择硬质合金车刀 1） 车削深度，因为尺圆弧面没有精度要求，故可以选择 ap=2.0mm，一次走刀即 可完成所需长度。 2） 机床功率为 7.5kw。 查 切削手册 f=0.140.24mm/z。 选较小量 f=0.14 mm/z。 3） 查后刀面最大磨损及寿命 查切削手册表 3.7，后刀面最大磨损为 1.01.5mm。 查切削手册表 3.8，寿命 t=180min 4） 计算切削速度 按切削手册 ，查得 vc98mm/s，n=439r/min,vf=490mm/s 据 ca6140 卧式车床 车 床 参 数 ， 选 择nc=475r/min,vfc=475mm/s, 则 实 际 切 削 速 度v c=3.14*80*475/1000=119.3m/min,实际进给量为f zc=v fc/ncz=475/(300*10)=0.16mm/z。 5)校验机床功率 查切削手册pcc=1.1kw,而机床所能提供功率为 pcmpcc。 第 8 页 共 17 页 故校验合格。 最终确定 ap=1.0mm，nc=475r/min,vfc=475mm/s，v c=119.3m/min，f z=0.16mm/z。 6）计算基本工时 tml/ vf=(3+344)/475=0.72min。 工序 3：精铣左右端面 选用机床：立式铣床 x51 选择铣刀半径为 30mm，齿数 z=6（见工艺手册表 3.127） f=0.18mm/z 30 0 =d， （ 切削表 3.7 和切削表 3.8） min/m24vc=（ 切削表 3.9） 7 . 254 03x 1000 = c v n 按机床选取min/ r280= 机 n 实际切削速度： min 37.26 1000 03x280x 1000 dn n m vc= 机 机 工作台每分钟进给量： 280znvf= 机 铣床工作台进给量： min/mm300vf= 横向 基本工时： 073 . 0 150 65 = + =t 工序 6：精车30，26，40，28.45 外圆 选择硬质合金车刀 1） 车削深度，因为尺圆弧面没有精度要求，故可以选择 ap=1.0mm，一次走刀即 可完成所需长度。 2） 机床功率为 7.5kw。 查 切削手册 f=0.140.24mm/z。 选较小量 f=0.14 mm/z。 3） 查后刀面最大磨损及寿命 查切削手册表 3.7，后刀面最大磨损为 1.01.5mm。 1. 查切削手册表 3.8，寿命 t=180min 4） 计算切削速度 按切削手册 ，查得 vc98mm/s，n=439r/min,vf=490mm/s 据 ca6140 卧式车床 车 床 参 数 ， 选 择nc=475r/min,vfc=475mm/s, 则 实 际 切 削 速 度v c=3.14*80*475/1000=119.3m/min,实际进给量为f zc=v 第 9 页 共 17 页 fc/ncz=475/(300*10)=0.16mm/z。 5)校验机床功率 查切削手册pcc=1.1kw,而机床所能提供功率为 pcmpcc。 故校验合格。 最终确定 ap=1.0mm，nc=475r/min,vfc=475mm/s，v c=119.3m/min，f z=0.16mm/z。 6）计算基本工时 tml/ vf=(3+344)/475=0.72min。 工序 9：铣半圆键槽 选用机床：x62 卧式铣床 确定切削宽度： 由于加工余量不大，所以可一次走刀完成 mmhae5= 确定每齿进给量 根据 x62 铣床说明书，其功率为 7kw,中等系统刚度 根据表 3 zmmaf/20 . 0 12 . 0 = 现取 zmaf/20 . 0 = 选择铣刀磨钝标准及耐磨度 根据表 7 铣刀刀齿后刀面最大磨损为mm6 . 0 ，镶齿铣刀（mmd16 0 =） 耐用度 st 3 10 8 . 10= 确定切削速度和每秒进给量 切削深度可根据表 21 中公式计算 也可查表 根据表 9 当mmd16 0 = 8=z mmap13041= 3= e a 24. 0 f a时 ，smvt/32 . 0 srnt/03 . 1 = smmvf/73 . 1 = 各修正系数为：69 . 0 = vsnmv kkk 8 . 0= svfsnsv kkk 故 smkvv vt /18 . 0 8 . 069 . 0 32 . 0 = srknn nt /52 . 0 8 . 069 . 0 03 . 1 = 第 10 页 共 17 页 smmkvv vftf /95 . 0 8 . 069 . 0 73 . 1 = 根据机床说明书选择 srn/625 . 0 0 = smmvf/0 . 1 0 = 实际切削速度和每齿进给量为： sm nd vc/31 . 0 1000 625. 01614 . 3 1000 00 = = zmm nz v a f f /20 . 0 8625 . 0 0 . 1 0 0 = = 检查机床功率 根 据 表 5 当zmmaf/32 . 0 18 . 0 = mmap84= mmae5 . 3 smvf/0 . 1 时，kwpmt10. 1= 切削功率的修正系数 1= mp k 所以实际切削功率为 kwpp mtmc 1 . 1=