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嘉兴南洋职业技术学院毕业论文（设计） 嘉 兴 南 洋 职 业 技 术 学 院毕 业 论 文（设 计） 论文题目 电刀脚控插头加工工艺与夹具设计 系 部 机电工程系 学生姓名_ 专业名称 机械制造与自动化 班级/学号 指导教师 2015 年 4 月 10 日嘉兴南洋职业技术学院教务处印制前 言5第一章 零件分析与加工准备61.1分析零件图，对零件进行工艺分析61.2毛坯制造形式71.2.1满足材料的工艺性能要求71.2.2满足零件的使用要求71.2.3满足降低生产成本的要求81.2.4符合生产条件91.2.5 确定毛坯制造形式9第二章 机械加工工艺规程设计102.1零件的分析102.2确定毛坯102.3制定工艺规程11第三章 加工工序设计12附机械加工工艺卡片、机械加工工序卡12第四章 夹具概述164.1夹具的背景及发展趋势164.2夹具的作用与意义184.2.1保证加工精度，降低人工等级184.2.2提高劳动生产率和降低加工成本184.2.3扩大机床工艺范围194.2.4改变原机床的用途，扩大机床适用范围194.2.5减轻操作的劳动强度，做到安全生产19第五章 专用夹具设计205.1车床夹具类型205.2专业夹具215.2.1定位基准的选择215.2.2切削力及夹紧力计算215.2.3定位误差分析225.2.4夹具设计及操作的简要说明225.2.5绘制夹具的总装配图、标注尺寸23小 结24致 谢25参考文献26摘 要机械加工工艺流程是工件或者零件制造加工的步骤，采用机械加工的方法，直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量等，使其成为零件的过程称为机械加工工艺流程。比如一个普通零件的加工工艺流程是粗加工-精加工-装配-检验-包装，就是个加工的笼统的流程。机械加工工艺就是在流程的基础上，改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为成品或半成品，是每个步骤，每个流程的详细说明，比如，上面说的，粗加工可能包括毛坯制造，打磨等等，精加工可能分为车，钳工，铣床，等等，每个步骤就要有详细的数据了，比如粗糙度要达到多少，公差要达到多少。技术人员根据产品数量、设备条件和工人素质等情况，确定采用的工艺过程，并将有关内容写成工艺文件，这种文件就称工艺规程。这个就比较有针对性了。每个厂都可能不太一样，因为实际情况都不一样。 本文分析了医疗器械电刀的脚控插头零件的加工、装配。首先对零件图、零件工作环境及零件在机器中的的作用进行了综合分析，经过详细的分析后确定零件加工工艺过程：1. 分析零件需求确定生产形式2. 对零件进行工艺分析3. 确定毛坯制造形式。4. 拟定机械加工工艺路线。5. 确定加工余量，工序尺寸及公差的确定。6. 确定机械加工需要选用的设备。7. 编制工艺过程表。8. 夹具的介绍。9. 确定车床夹具的类型并制造加工此零件所需的夹具。【关键词】脚控插头，加工工艺，装配，夹具前 言机械加工工艺是指制造机械产品的技巧、方法和程序。在机械制造过程中，凡是直接改变生产对象的形状、尺寸、表面质量、物理机械性质，以及决定零件相互位置关系等，使其成为成品或半成品的过程称为机械制造工艺过程。机械产品的工艺过程有可分为铸造、锻造、冲压、焊接、铆接、机械加工、热处理、电镀、涂镀、装配等；根据作业不同可分为机械加工工艺过程与机械装配工艺过程。机械加工工艺过程是通过采取合理有序的各种加工方法，逐步地改变毛坯的形状、尺寸、相对位置和性能使其成为合格零件的过程。零件机械加工工艺过程直接决定零件和产品的质量，对产品的成本和生产周期都有很大影响，是机械产品整个工艺过程的主要组成部分。夹具设计的基本要求有保证工件的加工精度，提高生产率，工艺性好，使用性好，经济性好。三抓卡盘是利用均布在卡盘体上的三个活动卡爪的径向移动，把工件夹紧和定位的机床附件。三爪卡盘的自行对中精确度为0.05-0.15mm。用三爪卡盘加工工件的精度受到卡盘制造精度和使用后磨损情况的影响。第一章 零件分析与加工准备1.1分析零件图，对零件进行工艺分析图1-1 插头柄1构成零件轮廓的几何条件（1）零件图上尺寸完整，几何条件充分；（2）零件图上的图线位置清楚、尺寸清晰；（3）零件图上给定的几何条件合理；2尺寸精度要求 分析零件图样尺寸精度能达到图纸要求，使用夹具控制尺寸精度。3形状和位置精度的要求零件图样上给定的形状和位置公差是保证零件精度的重要依据。经分析此图纸上对形状和位置精度要求不高；4表面粗糙度要求该零件表面粗糙度为3.2；5材料与热处理要求零件图样上给定插头柄的材料是45号钢1.2毛坯制造形式机械零件常用的毛坯类型有铸件、锻件、轧制型材、挤压件、冲压件、焊接件、粉末冶金件和注射成型件等，每种类型的毛坯都可以有多种成形方法，在选择时我们遵循的原则是：在保证毛坯质量的前提下，力求选用高效、低成本、制造周期短的毛坯生产方法。一般毛坯选择步骤是：首先由设计人员提出毛坯材料和加工后要达到的质量要求，然后再由工艺人员根据零件图、生产批量，并综合考虑交货期限及现有可利用的设备、人员和技术水平等选定合适的毛坯生产方法。具体要考虑的因素有以下几方面：1.2.1满足材料的工艺性能要求工艺性能包括五大方面：铸造性能：浇注时，液体能充满铸型并得到优质铸件的能力。锻造性能：材料进行压力加工的性能。焊接性能：材料进行焊接及保证焊缝质量的能力。切削性能：进行机械加工的能力。成型性能：拉、压、拔、冲等另包括：可锻性，冲切性，顶锻性，冷弯性，热处理工艺性。1.2.2满足零件的使用要求零件的使用要求主要包括零件的结构形状和尺寸要求、零件的工作条件（通常指零件的受力情况、工作环境和接触介质等）以及对零件性能的要求等。1.结构形状和尺寸的要求机械零件由于使用功能不同，其结构形状和尺寸往往差异较大，各种毛坯生产方法对零件结构形状和尺寸的适应能力也不相同，所以选择毛坯时，应认真分析零件的结构形状和尺寸特点，选择与之相适应的毛坯制造方法。对于结构形状复杂的中小型零件，为了使毛坯形状与零件较为接近，应先确定以铸件作为毛坯，然后再根据使用性能要求等选择砂型铸造、金属型铸造或熔模铸造。对于结构形状很复杂且轮廓尺寸不大的零件，宜选择熔模铸造；对于结构形状较为复杂，且抗冲击能力、抗疲劳强度要求较高的中小型零件，宜选择模锻件毛坯；对于那些结构形状相当复杂且轮廓尺寸又较大的零件，宜选择组合毛坯。2.力学性能的要求对于力学性能要求较高，特别是工作时要承受冲击和交变载荷的零件，为了提高抗冲击和抗疲劳破坏的能力，一般应选择锻件，如机床、汽车的传动轴和齿轮等；对于由于其它方面原因需采用铸件的，但又要求零件的金相组织致密、承载能力较强的零件，应选择相应的能满足要求的铸造方法，如压力铸造、金属型铸造和离心铸造等。3.表面质量的要求为降低生产成本，现代机械产品上的某些非配合表面有尽量不加工的趋势，即实现少、无切屑加工。为保证这类表面的外观质量，对于尺寸较小的有色金属件，宜选择金属型铸造、压力铸造或精密模锻；对于尺寸较小的钢铁件，则宜选择熔模铸造（铸钢件）或精密模锻（结构钢件）。4.其它方面的要求对于具有某些特殊要求的零件，必须结合毛坯材料和生产方法来满足这些要求。例如，某些有耐压要求的套筒零件，要求零件金相组织致密，不能有气孔、砂眼等缺陷，则宜选择型材；如果零件选材为铸铁，则宜选择离心铸造，对于在自动机床上进行加工的中小型零件，由于要求毛坯精度较高，故宜采用冷拉型材，如微型轴承的内、外圈是在自动车床上加工的，其毛坯采用冷拉圆钢。1.2.3满足降低生产成本的要求要降低毛坯的生产成本，必须认真分析零件的使用要求及所用材料的价格、结构工艺性、生产批量等各方面情况。首先，应根据零件的选材和使用要求确定毛坯的类型，再根据零件的结构形状、尺寸大小和毛坯的结构工艺性及生产批量大小确定具体的生产方法，必要时还可按有关程序对原设计提出修改意见，以利于降低毛坯生产成本。1.生产批量较小时的毛坯选择生产批量较小，毛坯生产的生产率不是主要问题，材料利用率的矛盾也不太突出，这时应主要考虑的是减少设备、模具等方面的投资，即使用价格比校便宜的设备和模具，以降低生产成本。如使用型材、砂型铸造件、自由锻件、胎模锻件、焊接结构件等作为毛坯。2.生产批量较大时的毛坯选择生产批量较大，提高生产率和材料的利用率，降低废品率，对降低毛坯的单件生产成本将具有明显的经济意义。因此，应采用比较先进的毛坯制造方法来生产毛坯。尽管此时的设备造价昂贵、投资费用高，但分摊到单个毛坯上的成本是较低的，并由于工时消耗、材料消耗及后续加工费用的减少和毛坯废品率的降低，从而有效地降低毛坯生产成本。1.2.4符合生产条件为了兼顾零件的使用要求和生产成本两个方面，在选择毛坯时还必须与本企业的具体生产条件相结合。当对外订货的价格低于本企业生产成本，且又能满足交货期要求时，应当向外订货，以降低成本。还要认真分析以下三方面的情况：1当代毛坯生产的先进技术与发展趋势，在不脱离我国国情及本厂实际的前提下，尽量采用比较先进的毛坯生产技术；2产品的使用性能和成本方面对毛坯生产的要求；3本厂现有毛坯生产能力状况，包括生产设备、技术力量、厂房等方面的情况。总之，毛坯选择应在保证产品质量的前提下，获得最好的经济效益。1.2.5 确定毛坯制造形式经分析图1-1，铸造毛坯成本最低，机械加工简便。铸造适应性广、成本低。铸造的毛坯形状接近于零件，可减少切削加工量，从而降低成本。该零件制造采用砂型铸造能减少机加工工作量，提高生产效率。第二章 机械加工工艺规程设计2.1零件的分析（一）零件的作用该零件为阶梯轴，其功用是用于支承传动零件（齿轮，传递转矩、承受载荷，以及保证装在轴上的零件（或刀具）具有一定回转精度。（二）零件的工艺分析阶梯轴为回转体零件，为实现轴的准确传递动力和轴和轴之间的精密配合，要求很高等级精度和表面粗糙度。其最主要加工面是60轴面。2.2确定毛坯（一）确定毛坯的制造形式为了在传力过程中承受交变扭转负荷和冲击，传动轴需材料可为45号钢。采用直径为40 ，长度为52mm的毛坯。图2-1（二）基准的选择1、粗基准的选择。选用外圆表面作为粗基准，先加工出一个端面和端面中心孔，然后再以加工出的端面定位加工另一个端面和中心孔，可以保证两端面的中心线同轴度2、精基准的选择。根据基准的选择原则，根据基准重合原则，统一基准原则，选用阶梯轴的两端面的中心孔作为定位基准2.3制定工艺规程（一）工艺路线方案工序1下料，保证52mm工序2 装夹一端，车端面工序3 粗车阶梯轴外圆工序4 热处理工序5 掉头装夹，车外圆工序6 车阶梯轴，套丝，打孔工序7 掉头装夹，精车外圆，车凹槽工序8 车总长，镗孔工序9 车锥度工序10 检验（二）确定最终方案 1、机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定。每一道工序的每个尺寸逐个确定。填入工序卡。2、 确定切削用量及其基本工时,填入工序。 54 第三章 加工工序设计附机械加工工艺卡片、机械加工工序卡嘉兴南洋职业技术学院机械加工工艺过程卡片产品型号零(部)件图号共1页产品名称电刀脚控插头零(部)件名称插头柄第1页材料牌号QT45010毛坯种类棒料毛坯外形尺寸每毛坯件数每台件数1备注工序号工序名称工序内容设备工 艺 装 备工 时准终单件01下料40x52锯床台虎钳02车端面车端面卧式车床三爪自定心卡盘03粗车阶梯轴外圆粗车一端台阶38卧式车床三爪自定心卡盘04热处理调质处理28-32HRC05粗车外圆车外圆36卧式车床三爪自定心卡盘06车阶梯轴，套丝，打孔车外圆16x9，套丝M16X1，打孔8立式铣床三爪自定心卡盘07精车外圆，车凹槽车外圆32x8，车凹槽R5外圆磨床三爪自定心卡盘08车总长，镗孔车总长48，镗孔15.6x6三爪自定心卡盘09车锥度车锥度6.5三爪自定心卡盘10检验检验编制（日期）审核（日期）会签（日期）标记处记更改文件号签字日期嘉兴南洋职业技术学院机械加工工序卡零件号零件名称：阶梯轴共 4 页第 1页工序号06工序名称车削冷却液乳液材料45号钢设备型号CA6140设备名称卧式车床工步号工 步 内 容夹 具刀 具量 具ap(mm)f(mm/min)n(转/分)v(m/min)T机(min)T单(min)01车端面平三角卡盘45弯刀游标卡尺0.880002车外圆16x9，倒角三角卡盘45弯刀游标卡尺80003套丝M16X1三角卡盘板牙游标卡尺0.810004打孔8三角卡盘游标卡尺80005去毛刺06班 级制 定审 核指 导日 期 第四章 夹具概述4.1夹具的背景及发展趋势夹具从产生到现在，大约可以分为三个阶段：第一个阶段主要表现在夹具与人的结合上，这是夹具主要是作为人的单纯的辅助工具，是加工过程加速和趋于完善；第二阶段，夹具成为人与机床之间的桥梁，夹具的机能发生变化，它主要用于工件的定位和夹紧。人们越来越认识到，夹具与操作人员改进工作及机床性能的提高有着密切的关系，所以对夹具引起了重视；第三阶段表现为夹具与机床的结合，夹具作为机床的一部分，成为机械加工中不可缺少的工艺装备在机械制造业中，为了适应新品种不断发展的要求，夹具设计有朝着下列方向发展的趋势：1. 发展通用夹具新品种通用夹具是使用最广泛的一种夹具，发展通用夹具以代替某些专用夹具。内容包括以下：1） 发展高精度通用夹具2） 广泛采用高效率通用夹具3） 发展适用于各种类型零件工艺特征的专用夹具2. 发展调整式夹具调整式夹具经过部分零件的更换和重新调整组合，即可适应不同工件的加工。适用程度介于通用和专用之间。主要有两种类型： 1） 通用可调式夹具 2） 调整式夹具3. 推广和发展组合夹具及拼拆夹具1） 组合夹具组合夹具式有一套预先制好的各种不同形状、不同规格尺寸、具有互换性和耐磨性的标准元件与合件所组成。2） 拼拆夹具与组合夹具有相同之处，有一系列可多次利用的标准零件与基础零件，但又采用了部分具有一定专用性的部件，其夹紧部件多采用液压传动装置。4. 加强专用夹具的标准化和规格化加强夹具元件的标准化和规格化，不但能加速生产准备周期，而且也可使夹具的生产由单件转为成批，降低夹具制造成本。因此，可节省劳动力，缩短生产准备周期。5. 专用夹具中采用高精度、高效率的夹具主要满足高生产率的加工要求，使之有可能采用平行或平行先后的加工方法，采用多件的加工方法，以及尽可能缩短或重合辅助时间的方法来压缩单件工时，提高生产率。6. 大力推广和使用机械化及自动化夹具生产机械化及自动化是技术革命的中心内容，大力推广和使用机械化及自动化夹具以减少和消除繁重的体力劳动是机械制造中的重要问题。7. 推广和发展扩大机床性能的夹具具体的有仿形装置、机床改装用的各类夹具8. 采用新结构、新工艺、新材料来设计和制造夹具实践证明，采用新结构、新工艺、新材料来设计和制造夹具，能满足机械加工中的定位要求，并简化制造工艺，缩短了生产周期，并能保证零件的加工精度。4.2夹具的作用与意义由于专用夹具可以按照工件加工的具体要求进行设计，故可事先采取措施来保证操作的安全。对工件进行机械加工时，为了保证加工要求，首先要使工件相对刀具（或机床）有正确的位置，并使这个位置在加工过程中不因外力的影响而变动，为此，进行机械加工之前，先将工件装夹好。工件的装夹方法有两种：一种使工件直接装夹在机床的工作台或花盘上；另一种使工件装夹在夹具上。采用第一种方法装夹工件时，一般要先按图样要求在工件表面划线，划出加工表面的尺寸和位置，装夹时用划针或百分表找正后再夹紧。这种方法不需专门装备，但效率低，一般用于单件或者小批生产。批量较大时，大都采用夹具装夹工件。用夹具装夹工件有以下优点：4.2.1保证加工精度，降低人工等级零件的加工精度，包括尺寸精度，几何形状精度和表面相互位置精度三种。实用夹具的最大功用，是保证零件上加工表面的位置精度。例如，在摇臂钻床上使用钻夹具加工孔系时，可保证达到0.100.20mm的中心距精度，而按划线找正加工时，仅能保证0.41.0mm，而且受到操作技术的影响，同批零件的质量也不稳定。当工件的形状复杂及精度要求高时，往往不易或不能依靠通用机床及其附件来达到加工要求，因此需要采用专用夹具4.2.2提高劳动生产率和降低加工成本使用夹具后，免除了每件都要找正、对刀等时间，加速工件的装卸，从而大大减少了有关工件安装的辅助时间。特别对那些机动时间较短而辅助时间长的中小件加工意义更大。此外，用夹具安装还容易实现多件加工、多工位加工、可进一步缩短辅助时间，提高劳动生产率。4.2.3扩大机床工艺范围工件的结构形状时各式各样的，现在对精度和生产率的要求也越来越高，在某些情况下，原有机床难以适应。为解决这一困难，往往采用专用夹具以扩大机床的适用范围，实现“一机多用”。例如在机床上使用镗夹具，就可以代替镗床来做镗孔工作，解决缺乏设备的困难4.2.4改变原机床的用途，扩大机床适用范围在产品更换时，工厂现有的机床设备，有时往往不能适应新产品的要求。为此，可以采用夹具来改变机床的用途4.2.5减轻操作的劳动强度，做到安全生产由于夹具中可以采用扩力机构来减小操作的原始力，而且有时还可以采用各种机动夹紧装置，故可使操作省力，减轻劳动强度。由于专用夹具可以按照工件加工的具体要求进行设计，故可事先采取措施来保证操作的安全。第五章 专用夹具设计5.1车床夹具类型(1)通用夹具 通用夹具是指结构、尺寸已规格化，且具有一定通用性的夹具，如三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘、台虎钳、万能分度头、中心架、电磁吸盘等。其特点是适用性强、不需调整或稍加调整即可装夹一定外形范围内的各种工件。这类夹具已商品化，且成为机床附件。采用这类夹具可缩短生产预备周期，减少夹具品种，从而降低生产本钱。其缺点是夹具的加工精度不高，生产率也较低，且较难装夹外形复杂的工件，故适用于单件小批量生产中。(2)专用夹具 专用夹具是针对某一工件的某一工序的加工要求而专门设计和制造的夹具。其特点是针对性极强，没有通用性。在产品相对稳定、批量较大的生产中，常用各种专用夹具，可获得较高的生产率和加工精度。专用夹具的设计制造周期较长，随着现代多品种及中、小批生产的发展，专用夹具在适应性和经济性等方面已产生很多问题。 (3)可调夹具 可调夹具是针对通用夹具和专用夹具的缺陷而发展起来的一类新型夹具。对不同类型和尺寸的工件，只需调整或更换原来夹具上的个别定位元件和夹紧元件便可使用。它一般又分为通用可调夹具和成组夹具两种。通用可调夹具的通用范围大，适用性广，加工对象不太固定。成组夹具是专门为成组工艺中某组零件设计的，调整范围仅限于本组内的工件。可调夹具在多品种、小批量生产中得到广泛应用。 (4)成组夹具 这是在成组加工技术基础上发展起来的一类夹具。它是根据成组加工工艺的原则，针对一组外形相近的零件专门设计的，也是具有通用基础件和可更换调整元件组成的夹具。这类夹具从外形上看，它和可调夹具不易区别。但它与可调夹具相比，具有使用对象明确、设计科学公道、结构紧凑、调整方便等优点。 (5)组合夹具 组合夹具是一种模块化的夹具，并已商品化。标准的模块元件具有较高精度和耐磨性，可组装成各种夹具，夹具用毕即可拆卸，留待组装新的夹具。由于使用组合夹具可缩短生产预备周期，元件能重复多次使用，并具有可减少专用夹具数目等优点；因此组合夹具在单件、中小批多品种生产和数控加工中，是一种较经济的夹具。 (6)自动线夹具 自动线夹具一般分为两种：一种为固定式夹具，它与专用夹具相似；另一种为随行夹具，使用中夹具随着工件一起运动，并将工件沿着自动线从一个工位移至下一个工位进行加工。5.2专业夹具5.2.1定位基准的选择工件以轴为主要定位基准，多采用心轴。而要实现3点定位和端面1点定位，应采用径向夹紧。采用弹簧套可胀式心轴。5.2.2切削力及夹紧力计算主切削力：进给抗力（轴向切削力）：最大扭矩：夹紧力计算（参考夹具设计手册）式中1 - 弹簧套与夹具体锥面间的摩擦角，取：tan10.15；2 - 弹簧套与工件间的摩擦角，取：tan20.2；- 弹簧套半锥角，6；D - 工件孔径；Fd - 弹性变形力，按下式计算：选择气缸形式，确定气缸规格（参考夹具设计手册）选择单活塞回转式气缸，缸径100mm即可。5.2.3定位误差分析1)夹具在机床上装夹或者拆卸时会产生装夹误差。2)机床和夹具的制造误差和磨损误差。5.2.4夹具设计及操作的简要说明夹具设计的关键是夹具体与弹簧套。夹具体要求与弹簧套配合的锥面与安装面有严格的位置关系，弹簧套则要求与夹具体配合的锥面与其外圆表面严格同轴。此外，弹簧套锥面与夹具体锥面应配做，保证接触面大而均匀。夹具使用时必须先安装工件，再进行夹紧，严格禁止在不安装工件的情况下操作气缸，以防止弹簧套的损坏。5.2.5绘制夹具的总装配图、标注尺寸图5-15机床相连4螺钉6GB70-843工件145号刚2活动卡盘31夹具体1HT200序号名称件数材料备注三角卡盘比例1:1 表5-1 小 结随着毕业日子的到来，毕业论文工作也接近了尾声。通过半年的实习，我受益非浅。我深深地体会到严谨、认真、仔细、有耐心是一个机械工程设计人员必须具备的素质，发现毕业论文不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。本论文通过对PCI菱形锁头机械加工工艺的编制，更深刻地了解了机械工艺方面的知识。而所研究的PCI菱形锁头，在够满足精度要求下，由于选择铸造毛坯，大大提高了机械加工效率，降低成本。不过感觉还有不尽理想的地方，毛坯铸造在机械切削时切削量还较大而且中间需要换机床影响精度，这个过程相对效率不高。车床夹具的设计不仅提高劳动生产率，而且提高了被加工孔的定位