机械制造技术课程设计-轴零件加工工艺及钻两端中孔夹具设计.doc

全套图纸加扣3012250582设计(论文)说明书题 目：轴零件加工艺及夹具设计 作 者： 学 号： 系 (院)： 专业班级： 指导者： 目录第一章 引言1第二章机械加工工艺规程的制订22.1计算生产纲领，确定零件生产的类型22.2 分析轴的零件图32. 3 加工毛坯的分析42.4 制订机械加工工艺过程的主要问题52.4.1 零件表面加工方法的选择52.4.2加工工艺路线的拟订52.5切削用量的确定7第三章钻两端中心孔夹具设计153.1.设计夹具时应注意的问题153.2夹具的基本要求153.3问题提出163.4设计思想163.5定位基准的选择173.6定位误差的分析173.7切削力及夹紧力的计算173.8确定导向装置193.9夹具操作设计及操作说明19第四章总结20参 考 文 献21致谢22第一章 引言制造业是国民经济的基础，随着以计算机技术为主导的现代科学技术的迅速发展，以“时间驱动”为特征的市场竞争、产品更新换代的加快、商品需求的多样化、用户素质的提高等使制造业面临着巨大的挑战，特别像后钢板弹簧吊耳类不规则零件的加工就出现了一些问题，在现阶段像后钢板弹簧吊耳类的加工还没达到现代自动化的水平。在现代的中小批量生产中，它的加工工艺还需人工画线的方法来保证其精度，而对工件的装夹也是通过人工的方法进行的。因此我国对不规则零件的加工还处于效率低、成本高的阶段。随着机械工业的迅速发展，对产品的品种和生产率提出了愈来愈高的要求，使多品种，中小批生产作为机械生产的主流，为了适应机械生产的这种发展趋势，必然对机床夹具提出更高的要求。特别像不规则零件的加工还处于落后阶段。在今后的发展过程中，应大力推广使用组合夹具、半组合夹具、可调夹具，尤其是成组夹具。在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精高效模块组合通用经济方向发展。在设计中，需要对零件加工工艺方案和夹具进行设计，在确定加工工艺方案时，可能会出现工艺路线的不合理，甚至出现不能保证加工所要求达到的精度。在进行夹具设计时，可能因定位基准选择不合理，出现过定位或欠定位造成加工的零件的精度得不到保证。在选择夹紧机构时由于机构的大小，尺寸等不合理，而达不到夹紧的目的，也可能因夹紧力作用点或作用面的位置不合理而使工件产生翻转。所以在设计过程中应制订多套方案，以供比较选择最优，同时还要多请教指导老师和同学，并多查阅相关的书籍来尽可能好的完成设计。第二章机械加工工艺规程的制订本次设计课程我选择的零件是轴零件。此零件为轻型零件， 根据生产要求将确定该零件为大批量生产。其生产纲领是5000件每年，查阅有关的资料属于大批量的生产方式。一 :按照零件的技术要求，工件的材料选择45钢。2.1计算生产纲领，确定零件生产的类型零件生产纲领的大小对组织生产以及工件加工的工艺过程当中起着非常重要的作用，它也决定了各个工序所需要的专业化以及自动化的要求程度，以及所选择的工艺的方法与工艺的装备的合理性。工件的生产纲领可以按下面公式来计算。N等于Qn（1+a%）（1+b%） 参照资料当中生产纲领和生产类型以及工件的大小和零件复杂程度的关系，来确定其生产的类型。其零件备品率是25%，机械加工当中废品率是0.2%，每台产品当中这个零件选用的数量是1件，来拟定本工件的机械加工的工艺规程。 N=Qn（1+a%）（1+b%） =5000乘以1乘以（1+25%）（1+0.2%） =7500件每年工件的年产量是5000件每年，参照零件生产的类型以及生产纲领的关系，参照参考资料 ，确定零件生产的类型是大批量的生产。2.2 分析轴的零件图工件的结构对其机械加工工艺过程的影响都很大.使用的性能完全一样而结构不一样的两个零件，它们的加工难与易以及制造成本都可能有比较大的差别。所谓优良的工艺性能，首先就是这种结构方便于机械加工，就是在同样的生产条件下面能够选择简便与经济的方法加工出来。处此之外，工件的结构还要满足生产类型以及生产条件的要求。轴的精度要求也非常的高，它的加工的质量对机器的工作的性能，对装配劳动量都有比较大的影响。所以,各个要素的尺寸的精度和位置的精度以及表面质量都要求相当高.它主要的尺寸以及精度要求，见轴工件图。按照轴的工作的特点，对其设计的要求如下： 合理的结构的设计（结构已定）。 足够的刚度以及强度。 足够的耐磨性和抗震性以及尺寸的稳定性。 一定的尺寸的精度和形状的精度以及位置的精度和表面的质量。 因为轴在旋转驱动的过程当中承受交变载荷，所以它还应该具有一定的抗疲劳的强度。上面当中各项的要求可以经过选取轴的材料和热处理的工艺能够解决，轴的制造的精度以由机械加工来于以保证。2. 3 加工毛坯的分析因为生产的规模较大，适合选择高精度的高生产率的毛坯的制造方法。精度很高的毛坯制造方法的的生产率正常也比较高，而且节约的原材料又降低机械加工的劳动量，又可以简化工艺以及工艺设备和减少产品的总成本。选取零件毛坯时应该分析零件的结构形状以及尺寸的大小、对工件的机械性能的要求以及本厂现有的设备以及技术水平，还应该考虑可能性以及经济性等因素。本次设计的轴材料为45钢锻件。按照制造工厂现有的零件毛坯的生产条件以及轴生产数量属于大批量生产类型的生产的纲领，因为性能高、成本低和效率高以及毛坯精度高等、加工余量小而且组织均匀无胀砂、和缩砂以及缩孔等缺陷，表面的尺寸精度也高，可以达到IT67级的精度，表面的质量可达到表面粗糙度6.3。经过粗加工以后选择正火处理。毛胚的余量等见毛胚图2.4 制订机械加工工艺过程的主要问题2.4.1 零件表面加工方法的选择零件表面的加工方法，首先取决于加工表面应有的技术要求。但应注意，这些技术要求不是一定就是零件图所规定的要求，有时还可能由于工艺上的原因而在某些方面高于零件图上的要求。如果由于基准不重合而提高对某些表面的加工要求，或由于被作为精基准而可能对其提出更高的加工要求。当明确了各加工表面的技术要求后，即可据此选择能保证该要求的最终加工方法，并确定需几个工步的加工方法。所选择的加工方法，应满足零件的质量、良好的加工经济性和高的经济效率的要求。为此，选择加工方法时应考虑以下各因素：2.4.2加工工艺路线的拟订拟订机械加工工艺路线是制订零见工艺规程当中最为关键性的一步，它和定位基准面的选取都有着密切的关系。零件的工艺路线不但影响零件加工的质量以及效率，还影响到工人的劳动的强度、设备的投资和车间的面积以及生产成本等问题。工艺路线的主要工作是就是选择定位的基准和选取各表面的加工的方法以及具体安排加工工序的先后的顺序，确定零件工序的集中以及分散程度等。由于生产类型为大批生产， 保证零件的各部份精度，除此以外，还应降低生主成本。制订工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度以及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已经确定为中批生产的条件下，考虑采用普通机床配以专用夹具，多用通用刀具，通用量具。并尽量使工序集中来提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效工序号工 序 名 称 及 内 容1锻造成型2钻两端中孔3粗车车14端外圆车 另一端外圆4精车22外圆14外圆5钳工6终检方案2工序号工 序 名 称 及 内 容1锻造成型2钻两端中孔3车14端外圆4车另一端外圆5磨22外圆14外圆6钳工7终检因为工件的加工的质量与生产效率以及经济性和工人的劳动的强度等，都和零件的工艺过程有着密切的关系，所以应该在进行充分调查研究的基础上，多设计一些方案经过分析和比较，最后选择一个最合理的机械加工工艺的过程。通过以上问题的分析和研究以及评比和估算以后，就可可能的考虑工序的集中，降低装夹以及调整的次数，以方便确保加工表面之间的位置的精度。通过综合分析以及调整，就得到大批量生产条件下的轴零件机械加工工艺的过程见方案22.5切削用量的确定工序：钻两端中心孔.确定切削深度 =.确定进给量根据切削用量简明使用手册表1.5可知，当钻削时，钻头直径，： 按512钻床的进给量（表4.39），选择， .确定切削速度= （3-9）式中=，=， （3-10） =37 = （3-11）按512钻床的转速，选择 =160.计算基本工时= 工序: 车14端外圆 机床选择CK6140车床刀具选择刀具材料为YT15，刀杆的尺寸， 根据参考资料机床加工工艺设计实用手册附表12-8车14外圆：采用合金车刀，同时还应该校验机床的功率以及进给机构的强度：。切削加工的深度：单边的余量，进给量：根据参考资料机械加工工艺手册附表15-19可知：选择；切削加工的速度计算：机械加工工艺手册附表8.7-9： 主轴转动速度的确定：按按机床来选择，故实际切削加工的速度：检验机床的功率：主切削力根据参考资料机械加工工艺手册附表8.4-11所示公式的计算得：公式当中： 故 :切削加工时所消耗的功率 根据参考资料机床加工工艺设计实用手册主电动机的功率是,故机床的主轴功率达到要求,可以正常的加工。校验机床进给系统的强度:已经知道主切削力,径向的切削力根据参考资料机械加工工艺手册附表8.3-10公式计算:公式当中: 故: 而轴向的切削力,主切削力根据参考资料机械加工工艺手册附表8.4-19所见公式的计算：公式当中: 轴向的切削力: 选取机床导轨以及床鞍之间的摩擦的系数,所以切削力在纵向进给的方向对进给机构的作用力是:因机床纵向的进给机构可以承受的最大的纵向力是,根据参考资料机械加工工艺手册附表机床的进给的系统能够正常的工作.切削加工工时: 根据参考资料机械加工工艺手册附表公式当中所以车端面：此时还应该校验机床的功率以及进给机构的强度切削加工的深度：单边的余量，进行2次走刀；进给量：根据参考资料机械加工工艺手册附表15-18可知：选择；切削加工的速度计算： 主轴转动速度的确定：根据机床来选择，故实际切削加工的速度：校验机床的功率：主切削的力根据参考资料机械加工工艺手册附表8.3-10的公式计算得：公式当中： 故 :切削加工时消耗的功率 根据参考资料机床加工工艺设计实用手册车床主电动机的的功率是,故机床的主轴的功率足够使用,能够正常的加工。校验验机床进给系统的强度:已经知道主切削力,径向的切削力根据参考资料机械加工工艺手册附表8.3-17所见的公式计算得:公式当中: ，故: 因轴向的切削力,主的切削力根据参考资料机械加工工艺手册附表8.4-17所示的公式计算得：公式当中: 轴向的切削力: 选择机床导轨以及床鞍之间的摩擦的系数,因切削力在纵向的进给方向所对进给机构的作用力是:因为机床纵向进给机构可以承受的最大的纵向力是,根据参考资料机械加工工艺手册附表机床的进给系统可以正常的工作.切削加工的工时: 根据参考资料机械加工工艺手册附表当中所以车10螺纹：加工要求：车10螺纹，表面粗糙度值。刀具：材料为，刀杆，根据：机械加工工艺设计实用手册表.计算切削用量已知毛坯端加工余量为1.5，车时分两次加工， ；进给量，根据机械加工工艺设计实用手册表当刀杆的尺寸为时为时，取 计算切削速度按机械加工工艺手册表当时，其中工序: 车另一端外圆车10外圆（1）刀具的选择，根据参考资料机械制造工艺设计简明手册选取外圆车刀（2）切削用量的选择： 根据参考资料切削用量手册可得：,再根据参考资料机械制造工艺设计简明手册CK6140车床的进给量选择。根据参考资料切削用量简明手册选择根据机床来选择,所以加工基本工时的计算： 当中， 车端面计算切削速度 确定主轴转速 按机械加工工艺手册表选 ，其实际切削速度：切削工时： ， 工序：磨22外圆14外圆 刀具选择砂轮 1）切削加工深度的确定 按照参考资料机械手册附表3-129，选取 2）进给量的确定 按照参考资料机械手册附表3-121，选取 根据磨床的说明书（工艺手册附表4.2-26）选取 3）切削加工速度的确定 按照参考资料机械手册附表4-129，确定 得 所以 按照磨机床的说明书，选择 4）切削加工的工时： 工序 钳工 工序 终检第三章钻两端中心孔夹具设计3.1.设计夹具时应注意的问题在机床夹具设计时要求工件的定位精度应满足加工要求，工件加紧牢固可靠操作安全方便，成本低。所以在机床夹具设计时应注意以下问题。一 定位精度：工件在夹具中的定位精度主要与定位基准是否与工序基准重合。定位基准的形式和精度，定位原件的形式和精度，定位元件的布置方式，定位基准与定位元件的配合状况等因素有关。在采取提高定为基准的措施时要注意夹具制造的可靠性，在总的定位精度满足加工的条件下不要过高的提高工件在夹具中的定位精度。二 加紧方式：选择加紧方式时加紧力应通过或靠紧主要支撑点，加紧力应靠紧切削部分，加紧力应垂直主要定为基准，为避免破坏工件原有的定位状态。加紧力必须可靠，但不可过大，以免工具与夹具产生过大变形。三 结构设计：夹具机构既要可靠，又要和生产纲领相适应，这样才嫩符合多、快、好、省的原则。在大批量生产中，既要解决工件的质量问题，又要解决工件的产量问题，因此，在设计夹具时应采用高效，省力的夹具结构。3.2夹具的基本要求一确定夹具的结构方案 在广泛收集和研究有关资料的基础上，着手拟定夹具的结构方案，主要包括：（1）根据工艺的定位原理，确定工件的定位方式，选择定位元件。（2）确定工件的夹紧方案和设计夹紧机构。（3）确定夹具的其它组成部分，如分度装置、对刀块或引导元件、微调机构等。（4）协调各元件、装置的布局，确定夹具体的总体结构和尺寸。在确定方案的过程中，会有各种方案供选择，但应从保证精度和降低成本的角度出发，选择一个与生产纲领相适应的最佳方案。二. 确保工件的加工质量保证工件加工质量是夹具的基本要求，也是对夹具设计的首要要求，为此，必须正确地设计与选择定位方法、定位件及加紧装置。必要时进行分析计算。也要注意夹具中其它影响加工质量的因素。三. 要有良好的结构工艺性设计方案其结构尽量简单，并容易制造、装配、维修。四. 操作方便，使用安全五. 便于排除切屑以上基本要求，保证加工质量是最重要的，在此前提下考虑其它影响因素。为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度。在加工镶铜套零件时，需要设计专用夹具。根据任务要求中的设计内容，需要设计专用夹具进行加工。3.3问题提出本夹具主要用来完成轴钻两端中心孔加工，左右两端：孔的尺寸允许公差不大于0.02mm，孔的表面粗糙度为0.1。因此在钻孔时，主要考虑如何提高劳动生产率以及降低劳动强度、生产成本，同时应保证加工尺寸精度和表面质量。3.4设计思想设计必须保证零件的加工精度，保证夹具的操作方便，夹紧可靠，使用安全，有合理的装卸空间，还要注意机构密封和防尘作用，使设计的夹具完全符合要求。本夹具主要用来对钻两端中心孔进行加工，这个孔尺寸精度要求为IT9，表面粗糙度Ra3.2，钻以可满足其精度。所以设计时要在满足精度的前提下提高劳动生产效率，降低劳动强度。3.5定位基准的选择据夹具手册知定位基准应尽可能与工序基准重合，在同一工件的各道工序中，应尽量采用同一定位基准进行加工。故将定位元件设计成心轴定位，在心轴的限制下，工件已经限制了6个自由度，再用螺母使工件夹紧。3.6定位误差的分析定位元件尺寸及公差的确定。夹具的主要定位元件为一个面与一个外圆定位，因为该定位元件的定位基准为外圆的轴线，所以基准重合b=0，由于存在间隙，定位基准会发生相对位置的变化即存在基准位移误差。j=（TD+T d+S）/2TD =0.050mmT d =0.011mmS=0.010mmj=0.0355mm3.7切削力及夹紧力的计算刀具：2的麻花钻，钻孔切削力：查机床夹具设计手册P70表3-6，得钻削力计算公式： 式中 P钻削力t钻削深度,12mmS每转进给量, 0.1mmD麻花钻直径, 2mmHB布氏硬度，150HBS 所以 =762（N）钻孔的扭矩： 式中 S每转进给量, 0.1mmD麻花钻直径, 5mmHB布氏硬度，140HBS=8200(NM)钻孔夹紧力：查机床夹具设计手册P70表3-6，查得工件以一个面和两个外圆定位时所需夹紧力计算公式：式中 螺纹摩擦角平头螺杆端的直径工件与夹紧元件之间的摩擦系数,0.16螺杆直径 螺纹升角Q 手柄作用力L 手柄长度则所需夹紧力 （N）根据手册查得该夹紧力满足要求，故此夹具可以安全工作。3.8确定导向装置本工序要求对被加工的孔进行钻加工，最终达到工序简图上规定的加工要求，查表9-14，确定钻套高度，排泄空间。3.9夹具操作设计及操作说明夹具的装配是先把夹具体装好，再把心轴装入夹具体中，再装钻模板，把钻模套与安装在钻模板上，把工件装进两型块，加螺栓拧进，加工完孔，拧松螺栓，取出工件。第四章总结本课题为轴零件工艺规程设计及车设计。通过对轴零件的工艺分析，结合有关的资料手册，我基本完成了零件的工艺规程编制和专用夹具的设计，并进行了有关的评估，所做的设计能够满足零件的加工要求。通过课程设计，我将几年来所学到得知识整体的运用在设计上，不管是整体的设计理念，还是局部的工艺过程，都是经过多次思考，反复琢磨，最后才决定下来的。即便如此，毕竟是第一做这么复杂和较正规的设计，而且本人知识水平有限，所做出来的设计难免会有不足之处。课程论文是对设计的说明书，这次撰写翻阅很多资料，咨询老师，同