机械毕业设计（论文）-螺母加工工艺铣槽夹具设计（全套图纸）.pdf

常州机电职业技术学院 毕业设计（论文）说明书 作 者： 学 号： 系 部： 专 业： 题 目： 螺母加工工艺及夹具设计 指 导者： 评 阅者： 年 月 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 中 文 摘 要 本设计是基于螺母零件的加工工艺规程及一些工序的专用夹具设计。螺母零 件的主要加工表面是外圆及孔系。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，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孔系加工精度。主要加工工序安排是先以支承 孔系定位加工出顶平面，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，夹紧方式多选用手动夹紧，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：螺母类零件；工艺；夹具 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 I 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 外 文 摘 要 Title： The long shaft fork processing technology and fixture design Abstract： This design is the special fixture for machining process for long shaft parts and process design based on. The main processing surface of long shaft parts is cylindrical and holes. In general, ensure the machining accuracy of plane than to ensure the accuracy of the processing easily. Therefore, follow the groove surface after the first principle of the design. And the hole and the plane processing clearly divided into roughing and finishing stages to ensure machining precision. The main process of machining technology is first to support hole positioning processing the top plane, in addition to the follow-up processes are individual processes with the top plane positioning technology and other processing Kong and plane. The special fixture fixture, clamping means more choice of manual clamping, clamping reliable, agencies can not self-locking. Therefore, higher production efficiency. Suitable for large batch, the processing pipeline. Can meet the design requirements. Keywords：long shaft, processing, special fixture, design 2 目 录 1 加工工艺规程设计 3 1.1 零件的分析 3 1.1.1 零件的作用 3 1.1.2 零件的工艺分析 3 1.2 螺母加工的主要问题和工艺过程设计所应采取的相应措施 3 1.3 螺母加工定位基准的选择 4 1.3.1 粗基准的选择 4 1.3.2 精基准的选择 4 1.4 螺母加工主要工序安排 4 1.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 6 1.6 选择加工设备及刀、量具 6 1.7 确定切削用量及基本工时（机动时间） 7 1.8 时间定额计算及生产安排 11 2 铣槽夹具设计 13 2.1 工序尺寸精度分析 13 2.2 定位方案确定 13 2.3 切削力及夹紧力的计算 13 2.5 定位误差分析计算 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 2.6 夹具设计及操作的简要说明 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 结 论 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 参考文献 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 致 谢 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3 1 加工工艺规程设计加工工艺规程设计 1.1 零件的分析零件的分析 1.1.1 零件的作用 题目给出的零件是螺母。螺母的主要作用是传动连接作用，保证各轴各挡轴能正常 运行，并保证部件与其他部分正确安装。因此螺母零件的加工质量，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 螺母 1.1.2 零件的工艺分析 由螺母零件图可知。 螺母是一个轴类零件， 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）以端面为主要加工表面的加工面。这一组加工表面包括：端面的加工； ，其中 表面粗糙度要求为mRa2 . 3。 （2）以 R3.5 宽度的平面为主要加工表面的槽。这一组加工表面包括：R3.5 宽度的 槽，粗糙度为mRa2 . 3。 1.2 螺母加工的主要问题和工艺过程设计所应采取的相应措施螺母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。该螺母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，对于螺母来说，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。 4 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。 螺母孔系加工方案，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。 1.3 螺母加工定位基准的选择螺母加工定位基准的选择 1.3.1 粗基准的选择 粗基准选择应当满足以下要求： （1）保证各重要支承的加工余量均匀； （2）保证装入螺母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。即以螺母的输入轴和输出 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。 1.3.2 精基准的选择 从保证螺母孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置 。精基准的选择应能保证 螺母在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从螺母零件图分析可知，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，虽然它是螺母的装配基 准，但因为它与螺母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。 1.4 螺母加工主要工序安排螺母加工主要工序安排 对于大批量生产的零件，一般总是首先加工出统一的基准。螺母加工的第一个工序 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螺母加工完成为止，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。 对于螺母，需要精加工的是支承孔前后端平面。按上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、 5 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 0.4%1.1%苏打及 0.25%0.5%亚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mg200。 根据以上分析过程，现将螺母加工工艺路线确定如下： 工艺路线一： 10 下料 型材开料毛坯 20 粗车 车两端，总长车至 39.5mm,打中心孔 A2 30 热处理 热处理 HRC28- 32 50 粗车 车两端面至图纸尺寸，重打中心孔 A2.5 60 钻 M30 螺纹孔及攻丝 70 铣键槽至图纸尺寸 80 检验 90 油封、入库 工艺路线二： 10 下料 型材开料毛坯 20 钻 M30 螺纹孔及攻丝 30 粗车 车两端，总长车至 39.5mm,打中心孔 A2 40 热处理 热处理 HRC28- 32 50 粗车 车两端面至图纸尺寸，重打中心孔 A2.5 60 钻 M30 螺纹孔及攻丝 70 铣键槽至图纸尺寸 80 检验 90 油封、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， 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： 10 下料 型材开料毛坯 20 粗车 车两端，总长车至 39.5mm,打中心孔 A2 6 30 热处理 热处理 HRC28- 32 50 粗车 车两端面至图纸尺寸，重打中心孔 A2.5 60 钻 M30 螺纹孔及攻丝 70 铣键槽至图纸尺寸 80 检验 90 油封、入库 1.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定机械加工余量、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 45、生产类型为 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 2.2-5， “螺 母”零件材料采用 45 制造。材料为 45，硬度 HB 为 170241，生产类型为大批量生产， 采用型材毛坯。 （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 3.2.23。其余量值规定为mm4 . 37 . 1， 现取mm0 . 2。表 3.2.27 粗铣平面时厚度偏差取mm28. 0。 精铣：参照机械加工工艺手册表 2.3.59，其余量值规定为mm1。 差等级选用 CT7。再查表 2.3.9 可得铸件尺寸公差为mm6 . 1。 1.6 选择加工设备及刀、量具选择加工设备及刀、量具 由于生产类型为大批量生产，所以所选设备宜以通用机床为主，辅以少量专用机 车。起生产方式为以通用机床加专用夹具为主，辅以少量专用机床加工生产。工件在各 机床上的装卸及各机床间的传递，由于工件质量较大，故需要辅助工具来完成。 平端面确定工件的总长度。可选用量具为多用游标卡尺（mm）,测量范围 01000mm （参考文献2表 67） 。 采用车床加工， 床选用卧式车床 CA6140 （参考文献2表 43） ， 专用夹具。钻孔、扩孔、攻丝所选刀具见（参考文献2第五篇金属切削刀具，第 2、3 7 节） ，采用相匹配的钻头，专用夹具及检具。 1.7 确定切削用量及基本工时（机动时间）确定切削用量及基本工时（机动时间） 工序 10 无切削加工，无需计算 工序 20. 车两端，总长车至 39.5mm,打中心孔 A2 已知工件材料： 45，型材，有外皮，机床 CA6140 普通车床，工件用内钳式卡盘 固定。 所选刀具为YG6硬质合金可转位车刀。 根据 切削用量简明手册 表1.1， 由于CA6140 机床的中心高为 200mm（表 1.30） ，故选刀杆尺寸HB=mmmm2516，刀片厚度为 mm5 . 4。选择车刀几何形状为卷屑槽带倒棱型前刀面，前角 0 V = 0 12 ，后角 0 = 0 6 ，主偏 角 v K = 0 90 ，副偏角 v K = 0 10 ，刃倾角s= 0 0 ，刀尖圆弧半径 s r =mm8 . 0。 .确定切削深度 p a 由于单边余量为mm2，可在一次走刀内完成 .确定进给量 f 根据切削加工简明实用手册可知：表 1.4 刀杆尺寸为mm16mm25， p amm4，工件直径100400 之间时， 进给量 f =0.51.0rmm 按 CA6140 机床进给量（表 4.29）在机械制造工艺设计手册可知： f =0.7rmm 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 130， CA6140 机床进给机构允许进给力 max F=3530N。 根据表 1.21，当强度在 174207HBS时， p amm4，f75. 0rmm， r K = 0 45 时， 径向进给力： R F =950N。 切削时 f F 的修正系数为 roFf K=1.0， sFf K=1.0， krFf K=1.17（表 1.292） ，故实际 进给力为： f F =95017. 1=1111.5N （1-2） 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 =rmm7 . 0可用。 .选择刀具磨钝标准及耐用度 根据切削用量简明使用手册表 1.9，车刀后刀面最大磨损量取为mm5 . 1，车刀 寿命T =min60。 .确定切削速度 0 V 切削速度可根据公式计算，也可直接有表中查出。 8 根据 切削用量简明使用手册 表 1.11， 当6YG硬质合金刀加工硬度 200219HBS 的铸件， p amm4， frmm75 . 0 ，切削速度V=min63m。 切削速度的修正系数为 tv K =1.0， mv K=0.92， sv K0.8， Tv K=1.0， Kv K=1.0（见表 1.28） ，故： 0 V = t V v K =630 . 10 . 184. 092. 00 . 10 . 1 （1-3） min48m n= D Vc 1000 = 127 481000 =120minr （1-4） 根据 CA6140 车床说明书选择 0 n =125minr 这时实际切削速度 c V 为： c V = 1000 c Dn = 1000 125127 min50m （1-5） .校验机床功率 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 1.25，HBS=160245， p amm3，f rmm75 . 0 ， 切削速度min50mV 时， C P =KW7 . 1 切削功率的修正系数 krPc k=0.73， Pcr K 0 =0.9，故实际切削时间的功率为： C P =1.773. 0=1.2KW （1-6） 根据表 1.30，当n=min125r时，机床主轴允许功率为 E P =KW9 . 5， C P E P ，故所 选切削用量可在 C6201 机床上进行，最后决定的切削用量为： p a =3.75mm， f =rmm7 . 0，n=min125r=sr08 . 2 ，V=min50m 工序 40 车两端面至图纸尺寸，重打中心孔 A2.5 所选刀具为 YG6 硬质合金可转位车刀。 根据 切削用量简明手册 表 1.1， 由于 C6140 机床的中心高为 200mm（表 1.30） ，故选刀杆尺寸HB=mmmm2516，刀片厚度为 mm5 . 4。选择车刀几何形状为卷屑槽带倒棱型前刀面，前角 0 V = 0 12 ，后角 0 = 0 6 ，主偏 角 v K = 0 90 ，副偏角 v K = 0 10 ，刃倾角s= 0 0 ，刀尖圆弧半径 s r =mm8 . 0。 .确定切削深度 p a 由于单边余量为mm5 . 2，可在一次走刀内完成，故 9 p a = 2 5 . 2 =mm25. 1 .确定进给量 f 根据切削加工简明实用手册可知：表 1.4 刀杆尺寸为mm16mm25， p amm4，工件直径100400 之间时， 进给量 f =0.51.0rmm 按 CA6140 机床进给量（表 4.29）在机械制造工艺设计手册可知： f =0.7rmm 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 130， CA6140 机床进给机构允许进给力 max F=3530N。 根据表 1.21，当强度在 174207HBS时， p amm4，f75. 0rmm， r K = 0 45 时， 径向进给力： R F =950N。 切削时 f F 的修正系数为 roFf K=1.0， sFf K=1.0， krFf K=1.17（表 1.292） ，故实际 进给力为： f F =95017. 1=1111.5N 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 =rmm7 . 0可用。 .选择刀具磨钝标准及耐用度 根据切削用量简明使用手册表 1.9，车刀后刀面最大磨损量取为mm5 . 1，车刀 寿命T =min60。 .确定切削速度 0 V 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 1.11， 当15YT硬质合金刀加工硬度 200219HBS 的铸件， p amm4， frmm75 . 0 ，切削速度V=min63m。 切削速度的修正系数为 tv K =1.0， mv K=0.92， sv K0.8， Tv K=1.0， Kv K=1.0（见表 1.28） ，故： 0 V= t V v K=630 . 10 . 184. 092. 00 . 10 . 1 （3-12） min48m n= D Vc 1000 = 127 100048 =120minr （3-13） 根据 CA6140 车床说明书选择 10 0 n =125minr 这时实际切削速度 c V 为： c V = 1000 c Dn = 1000 125127 min50m （3-14） .校验机床功率 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 1.25，HBS=160245， p amm3，f rmm75 . 0 ， 切削速度min50mV 时， C P =kw7 . 1 切削功率的修正系数 krPc k=0.73， Pcr K 0 =0.9，故实际切削时间的功率为： C P =1.773. 0=1.2kw 根据表 1.30，当n=min125r时，机床主轴允许功率为 E P =kw9 . 5， C P E P ，故所 选切削用量可在 CA6140 机床上进行，最后决定的切削用量为： p a =1.25mm， f =rmm7 . 0，n=min125r=sr08 . 2 ，V=min50m .计算基本工时 nf l t = （3-15） 式中L=l+ y +，l=mm127 由切削用量简明使用手册表 1.26，车削时的入切量及超切量 y +=mm1，则 L=126+1=mm128 m t = 7 . 0125 127 =min4 . 1 工序 调质不需计算切削计算。 工序 90 铣槽至图纸尺寸 切削深度 ap：ap=6mm 根据机械加工工艺手册表2.4 76 查得：进给量 0.05/ f amm z= ,查机械加工 工艺手册表 2.4-82 得切削速度 23/minVm= ， 机床主轴转速n： 1000100023 45.8 /min 3.14 160 V nr d = ， 查机械加工工艺手册表 3.1-74 取 47.5 /minnr= 11 实际切削速度v： 3.14 160 47.5 0.40/ 10001000 60 Dn vm s = 进给量 f V ： 0.05 2447.5/600.95/ ff Va Znmm s= 工作台每分进给量 m f ： 0.18/57/min mf fVmm smm= 被切削层长度l：由毛坯尺寸可知深度为 3mm，l=3mm 机动时间 1 j t = 57 3 =0.052min=3.12s 160 去毛刺 无切削计算 170 清洗 无切削计算 180 检验 无切削计算 190 油封、入库 无切削计算 工序 90、终检 无切削计算 1.8 时间定额计算及生产安排时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 1.14min。 参照机械加工工艺手册表 2.5.2，机械加工单件（生产类型：中批以上）时间定 额的计算公式为： Ntkttt zzfjd /%)1)(+= （大量生产时0/Ntzz） 因此在大批量生产时单件时间定额计算公式为： %)1)(kttt fjd += 其中： dt 单件时间定额 j t基本时间（机动时间） f t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 j t：min73. 1= j t 辅助时间 f t：参照机械加工工艺手册表 2.5.43，取工步辅助时间为min15. 0。 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min1 . 0。则 min25. 01 . 015. 0=+= f t k：根据机械加工工艺手册表 2.5.48，13=k 12 单间时间定额 d t ： min14. 1min24. 2%)131)(25. 073. 1 (%)1)(f+=+=kttt fjd 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， min14. 1min12. 1 2 24. 2 2 p= d d t t 即能满足生产要求 工序：粗铣平面 机动时间 j t：min53 . 0 = j t 辅助时间 f t：参照机械加工工艺手册表 2.5.45，取工步辅助时间为min31. 0。 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min1 . 0。则 min41. 01 . 031. 0=+= f t k：根据机械加工工艺手册表 2.5.48，13=k 单间时间定额 d t ： min14. 1min06. 1%)131)(41. 053. 0(%)1)(p+=+=kttt fjd 因此布置一台机床即能满足生产要求。 工序：铣端面 机动时间 j t：min53 . 0 = j t 辅助时间 f t：参照机械加工工艺手册表 2.5.45，取工步辅助时间为min31. 0。 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min1 . 0。则 min41. 01 . 031. 0=+= f t k：根据机械加工工艺手册表 2.5.48，13=k 单间时间定额 d t ： min14. 1min06. 1%)131)(41. 053. 0(%)1)(p+=+=kttt fjd 因此布置一台机床即能满足生产要求。 13 2 铣槽夹具设计铣槽夹具设计 2.1 工序尺寸精度分析工序尺寸精度分析 本工序加工键槽，保证尺寸属于批量生产。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。 2.2 定位方案确定定位方案确定 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。 根据工件的加工要求， 该工件必须限制工件的六个自由度， 现根据加工要求来分 析其必须限制的自由度数目及基准选择的合理性。 （1） 必须限制 Z 向的移动及 X 向的转动。 （2） 为了保证必须保证 Z 向的转动，X 向的移动，Y 向的转动。 （3） 为了保证轴肩与键槽右端必须限制 Y 向的移动。 2.3 切削力及夹紧力的计算切削力及夹紧力的计算 刀具：键槽铣刀（硬质合金） 刀 具 有 关 几 何 参 数 ： 0 0 15 = 0 0 10 = 顶刃 0 n = 侧刃6 00 10 15 = 30 r K = 20.5Lmm= 22Z = 0.08/ f amm z= mmap0 . 2= 由参考文献55 表 129 可得铣削切削力的计算公式： 0.90.801.11.10.1 2335 pz FafDB zn = 有： 0.900.801.11.10.1 2335 2.00.082820.522 2.4836.24()FN = 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： FKWK= 安全系数 K 可按下式计算： 6543210 KKKKKKKK = 式中： 60 KK为各种因素的安全系数，查参考文献5121 可知其公式参数： 123 456 1.0,1.0,1.0, 1.3,1.0,1.0. KKK KKK = = 由此可得： 1.2 1.0 1.0 1.0 1.3 1.0 1.01.56K = 所以 836.24 1.561304.53() K WK FN= 14 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