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第一章 半轴套加工工艺1.1 零件的分析1.1.1 零件的作用 汽车的半轴套筒安装在CA141汽车的后桥中，并且套在汽车半轴的外面。汽车半轴安装在汽车半轴套筒的内孔里，二者之间有较为精密的配合。汽车半轴套筒的作用是通过承受来自车身的常驻扭矩和弯矩来保证汽车的半轴免受损害。1.1.2 零件的结构特点零件的主要表面为同轴度较高的内外圆旋转表面，其尺寸精度直接影响到半轴套与汽车后桥的配合。零件壁厚较薄容易变形、零件的长度较长。1.1.3 零件的材质零件的材质为45Mn，有较高的强度和耐磨性，适合较大的引力。 1.2 毛坯的确定1.2.1毛坯加工方法的确定根据零件加工工艺性及零件尺寸精度，在选择毛坯的加工方法时，要综合分析零件的轮廓、尺寸精度、形状、位置、加工表面技术要求、最终确定了采用模锻来制造毛坯，精度等级2级。1.2.2毛坯尺寸及加工总余量的确定经查阅工艺手册确定零件的毛坯尺寸，详见表1.2-1表1.2-1，毛坯尺寸及加工总余量：加工表面锻件毛坯尺寸零件尺寸总余量外表面8576.578.43两端面703695.67.4内孔5870121.2.3 毛坯的重量计算经查零件的比重为7.9g/cm,经计算毛坯体积X密度可得毛坯重量为17Kg.M=3.14X4.25X70.3X7.9-3.14X2.9X70.3=16.81.3工艺规程1.3.1定位基准的选择说明(1)粗基准的选择粗基准的选择应满足以下要求：保证加工其他面时有足够的加工余量。保证精加工时定位面有一定的精度。为满足上述要求，应选外圆表面作为粗基准。(2)精基准的选择为了保证阶梯轴的外圆精度，采用中心孔为精基准，符合基准重合原则和基准统一原则。1.3.2不同工艺路线的分析比较工艺方案1工序1：备料工序2：铣圆柱端面以及中心孔。工序3：仿形粗车一端外圆柱面工序4：仿形粗车另一端外圆柱面工序5：中间检验外观检验 尺寸检验以中心孔为基准，各个轴径跳动不大于0.1 工序6：仿形精车一端外圆柱面工序7：仿形精车另一端外圆柱面工序8：磨削凸外圆柱面，保证外圆表面粗糙度0.6工序9：车一端螺纹工序10：镗内孔至尺寸，保证内孔表面粗糙度1.6 工序11：铣凹槽，保证表面粗糙度1.6工序12：清洗 苏打水溶液工序13：最终检验 工艺方案2工序1：备料工序2：铣端面工序3：镗内孔至尺寸工序4：粗车外圆柱面工序5：中间检验外观检验 尺寸检验以中心孔为基准，各个轴径跳动不大于0.1 工序6：精车外圆柱面工序7：磨削凸外圆柱面工序8：车一端螺纹工序9：铣凹槽工序10：清洗 苏打水溶液工序11：最终检验 方案二用普通车床加工工件的外圆柱面，加工难度大。综合对比可得，工艺一优于工艺二。最终选择工艺路线一为本次设计的加工工序。1.4 选择机床设备及工艺装备为了适应中批量生产的要求，通常选择以通用机床为主，辅以少量专用机床的流水线，刀具量具围绕相关机床而具体定夺。详见工艺卡片。(1)铣端面及内孔时，考虑到生产效率及装夹方便，采用专用组合机床，一双面镗床。铣端面时根据金属切削原理与刀具刀具采用D为100mm的镶齿套式面铣刀。采用专用夹具和量规。倒角时因倒角要求为60采用专用倒角刀具，量具采用游标卡尺。(2)粗车外圆轴径如工序简图1.2.3.4.5.时，根据被加工零件的直径和长度选用加工设备为CET120型半自动液压仿形车床。所用刀具采用机械夹固式重磨车刀，根据切削深度，选用弹性刀槽式夹固车刀，夹具先用专用夹具，选用游标量具。另外采用测量轴径的专用卡规。(3)粗车6.7.8.9.10个轴径时，选用设备与上面的车床选用同一型号，刀具也为机夹式车刀，专用夹具，专用卡规和游标卡尺。依次精车1.3.5.7.9五个轴时，参采用多刀半自动车床，选用加工设备为C7620型车床。机夹车刀，专用夹具。(4)精磨1.3.5.7.9五个轴径时的工序，选用加工设备为型号MQ1320型的外圆磨床，磨削用刀具选用砂轮，夹具为专用夹具，量具为专用量具。(5)车螺纹时选用加工设备为CA6140车床，刀具为螺纹车刀，量具采用专用量具，夹具采用专用夹具。(6)铣凹槽时采用加工设备为铣床选用X6042型卧式铣床，刀具为专用铣刀，夹具为专用夹具，量具采用专用量具。1.5 确定机械加工余量，工序尺寸及其公差本次设计的工序是由毕业设计导师指定的工序，根据金属机械加工工艺人员手册中表5-58，分别确定本次工序（粗车外圆轴径1.2.3.4.5）的机械加工余量，以及尺寸及其公差，如加工工序图表所示：结合毛坯图和零件图可知各轴径的总余量分布如下表1.5-1各轴径总余量表所示：1.5-1轴径12345总余量5.26.234.326.22.99 粗车轴径2.4外圆尺寸后，在以后各工序中不需要再加工，所以粗车后这两个轴径的余量为零，其余三个轴径的余量见列表1.5-2 1.5-2135多刀同时精车1.3.5轴径222精磨1.3.5轴径0.20.20.2粗车后各轴径总余量2.22.22.2由表1.5-1和表1.5-2相结合可得本次工序各轴径加工总余量，如表1.5-3所示1.5-3轴径总余量mm17.426.2336.5246.255.19 1.6 填写工艺卡片和机械加工工序卡第二章 机床夹具设计2.1 机床夹具概论2.1.1 机床夹具概念 在机械制造厂的生产过程中用来安装工件使之固定在正确位置上，完成其切削加工、检验、装配、焊接等工作，所使用的工艺装备称为夹具。2.1.2 工件的安装 在机床上加工工件时，为了保证工件被加工表面的尺寸，几何形状及相互位置精度方面的要求，事先必须将工件正确地安装到机床加工位置上去。工件的安装一般包括定位和夹紧两个过程：即首先应使工件相对于机床及刀具占有一个正确的位置，这就是工件的定位，然后将工件固紧在这一既定位置上，使之不因受切削力、重力、离心力或惯性力作用而发生位置改变，这就是工件的夹紧。工件的安装一般有两种方式：直接在机床工作台或通用夹具上安装；采用专用夹具安装。2.1.3 机床夹具的功用(1)保证产品加工精度，稳定产品质量；(2)提高生产率，降低加工成本；(3)改善工人劳动条件；(4)扩大机床的工艺范围 。2.1.4机床夹具的组成机床夹具因被加工工件的加工表面不同或使用机床种类的不同而有各种不同的结构形式，但就机床夹具具体结构而言，大致可分为以下几个部分：定位元件、夹紧装置、导向对刀元件、连接元件、其它装置和元件、夹具体。2.2 夹具设计的基本要求 (1)稳定地保证工件的加工技术要求；(2)提高机械加工的劳动生产率，降低工件的成本；(3)结构简单，便于制造和维修；(4)操作安全、方便。2.3 夹具设计方法和步骤2.3.1研究原始资料，明确设计任务本次是对汽车半轴套进行外圆表面机加，根据任务说明书，采用CE7120车床加工。所以，夹具是安装在工作台上的。2.3.2夹具结构方案的设计 确定工件的夹紧方式和设计夹紧装置计算内涨夹紧工件所需要的夹紧力：弹性夹盘直径 ： d=Dg=1200-10=1190卡盘悬伸长度： H=(0.25-0.5)D,这里取400mm卡爪斜角： =30弹性盘厚度： h=(0.05-0.08)r每个卡爪所需的径向夹紧力 : Wk=2KMp/npL1000这里，K=1.5，=0.10.15，n=8根据径向所需径向夹紧力卡爪所需张量： 2C=WknH /h 100000K薄壁盘所需推力： Q = 4x3.14KcK3S10000/r2HL(r2/r1)（N） Kc-抗弯刚度 = Eh/12(1-u) E = 2.1X10 MPa2.4夹具总图的绘制(1)夹具总图应遵循机械制图国家标准绘制，图形大小的比例尽量取1：1，为求使绘制的夹具总图有良好的直观性，如工件过大时选用1：2等缩小比例，过小时取2：1的比例；(2)在总图中应以最少数量视图清楚地表示出夹具的工作原理和结构，表示各种元件或装置之间的位置关系等；(3)绘制总图的顺序：先用点划线绘出工件的轮廓外形及定位基准，并用网状线显示出加工余量；把工件轮廓为视透明体，然后按着工件的形状及位置依次画出定位、导向、夹紧及其它元件或装置的具体结构；最后绘制夹具体，形成一个完整的夹具；(4)在夹具总图上标注出零件编号，按规定要求填写标题栏和明细表；(5)确定并标注有关尺寸和夹具技术要求。如图所示。第三章 自动上下料机构的设计3.1上料架的作用上料架是存放未加工毛坯的支架，工作时，将工件挡在挡铁的后面，当上料机构抓缺一个工件后，后一个工件沿斜面导轨向下滚，再被挡铁挡住，然后进行下一个工作循环。3.2下料架的作用 下料架是用来引导已加工件沿导轨滚落到指定存放处。上料架和下料架之间滑轨组成一个间隙，此间隙起到上料和下料过程中的限制作用，使工件不会脱手。3.3上料架的设计根据上料架需要实现的作用，以及参考机床中心高度1230mm,确定上料架的最高高度为1580mm，倾角4.5导轨的下面是钢板底座，为了防止工件在下滑的过程中脱离轨道两边，在底座上焊接角钢，起到导向的作用。导轨就焊接在底座上，底座用四个支管支撑，其中较短的两个支撑在机床铁制箱座上用螺钉钉于箱体上，较长的两个支撑用螺钉固定于地基上。上料架整体采用焊接件。3.4下料架的设计根据下料架的作用，参考机床中心高度1230mm以及上、下料动作的实现，设计下料架最高的高度为1258mm，下料架的底座也采用焊接件。其导轨的形状与上料相似。在连接方面，前端是用螺钉固定与机床的箱座上，另一端较长的两个支撑用螺钉固定于地基上。上料架整体采用焊接件。3.5上下料机构的安装安装时，先将液压机构固定于机床的铁制底座上，然后参考装配图，将上下料机构安装。3.6上下料机构的工作过程将毛坯存放于上料架上，可同时放多件。工件被焊接在导轨上的挡铁挡住。抓料手和推料手通过液压机构传动上升，将工件推过挡铁。工件沿导轨滚到抓料手中部。通过行程开关，抓料手托着工件下行到机床中心，待加工结束后，抓料手和推料手托着工件上升。由于此机构中的弹簧张开时只能支撑抓料手和一个工件的重力，当抓料手接触到挡铁前面的待加工工件时，弹簧开始压缩，推料手则继续上升将已加工完的工件推过抓料手的中间分隔部分，此时，弹簧张开，将待加工工件推过挡铁,进行下一工作循环。第四章液压系统的设计4.1 液压传动系统的特点液压传动具有许多优点，如结构紧凑，体积小，重量轻，反应快，承载能力大；较易实现无级调速，调速比大；运动平稳；易于实现自动化；特别是采用电液联合传动时，能实现较复杂的自动化工作循环；具有自润滑能力；磨损小，寿命长；液压元件易于实现通用化、标准化，便于大批量生产。4.2明确设计要求设计要求是进行每项工程设计的依据。在制定基本方案并进行进一步液压系统各部分设计之前，必须把设计要求以及与设计内容有关的其它方面的情况了解清楚。(1)主机的概况：用途，性能，工艺流程，作业环境，总体布局等；(2)液压系统要完成那些动作，动作顺序及彼此联锁关系如何；(3)液压缸驱动机构的运动形式，运动速度；(4)各动作机构的载荷大小及其性质；(5)对调速范围，运动平稳性，转换精度等性能方面的要求；(6)自动化程度，操作控制方式的要求；(7)对防尘，防燥，噪音，安全可靠性的要求。4.3液压系统主要参数的确定4.3.1液压缸主要尺寸的确定(1)液压缸工作压力的确定升降缸的工作压力初步确定为=50。(2)液压缸内径D和活塞杆直径d的确定由公式(2.7)得:N又由公式(2.8):则mm即液压缸内径D=130 mm,活塞杆直径d=110 mm。(3)液压缸壁厚和外径的计算对于液压缸的内径D与其壁厚的比值D/10的厚壁圆筒,其壁厚按公式2.9进行计算: 式中 Py试验压力，一般取最大工作压力的（1.251.5）倍, 取Py=1.3P=1.32=50； 缸筒材料的许用应力, 材料为45钢,采用模锻进行锻造,其许用应力=115。则mm取壁厚=18mm则缸筒外径130+182=166mm此外由于在进出油口上有凸台,其内径D=100 mm,外径D2=160 mm,具体见零件图。(4)液压缸工作行程的确定液压缸工作行程长度,可根据执行机构实际工作的最大行程来确定。液压缸的工作行程为400mm。(5)缸盖厚度的确定液压缸缸盖上有连接缸体的孔,其有效厚度t按有孔进行近似计算。由公式(2.11) 式中 t缸盖有效厚度(mm)； D2缸盖止口内径(mm)；D2=80mm d0缸盖孔的直径(mm)； d0=60mm 缸盖材料的许用应力,其材料为HT200, =25。则 mm取t=30mm(6)最小导向长度的确定对一般的液压缸,最小导向长度H应满足以下要求:由公式(2.12) 式中 L液压缸的最大行程； D液压缸的内径。则H=68.5mm取H=136mm活塞的宽度B一般取B=(0.61.0)D, 则液压缸的活塞宽度B=5886mm,取B=63mm即可。(7)缸体长度的确定则升降缸缸体长度L=20+70+90+30+136=346mm。(8)活塞杆的稳定性验算和强度验算 活塞杆的稳定性验算由于活塞杆的长度L远小于其直径d的10倍(即L10d),可不必进行稳定性验算。活塞杆强度验算当时由公式(2.14): 式中 d1空心活塞杆内径,对实心活塞杆d1=0； 活塞杆材料的许用应力，其材料为45钢，则=270。则标志（比较结果大于0N时）25506：=标志（比较结果等于0N时）25507：标志（比较结果小于0N时）(5)计数器：计数器指令：CNT,可以进行预置4位的BCD码的减法计算，每当计数输入信号CP从OFF变为ON时，计数器的当前值减一。计数器的设定值范围为：0000-9999，必须用BCD码设定。计数器的计数方式为递减计数。(6)数据移位指令：数据移位指令为：SFT(10), SFT(10)为移位指令器，移位寄存有三个端子，数据输入端IN,移位脉冲输入端SP和复位端R。当复位端R为OFF时，在移位脉冲SP端由OFF-ON的上升沿时，所定义的开始通道ST到结束通道E 中的所有位移次左移一位，E 通道的最高位溢出丢失，ST 通道的最低位（ 即 第一位）则移移进数据的输入端IN 的数据，开始通道号ST 必须小于或等于结束通道号 E，并且ST 和OE 必须在同一个区域。5.3 选用和确定I/O设备根据上述对控制对象的分析，本机床所需的I/O设备及点数见大图：5.3.1 选择PLC的型号及I/O点数的分析PLC机型选择的基本原则是，在功能满足的前提下，保证可靠、维护使用方便，以获得最佳的性能价格比。PLC的型号种类很多，在选用PLC时还需考虑以下问题：(1)选用规模适当的PLC输入、输出点数是衡量PLC规模大小的重要指标。因此，在选用PLC时，首先要确保有足够的I/O点数，并留有一定的余地，一般考虑10%15%的备用量。另外，如果只是为了实现单机自动化或机电一体化产品，可选用小型PLC；若控制系统较大，I/O点数较多，被控制设备较分散，则可选用大、中型PLC。(2)PLC的容量要满足用户要求PLC用户程序所需内存容量一般与开关量输入输出点数、模拟量输入输出点数以及用户程序的编写质量等有关。对PLC用户程序存储器容量的估算，有以下经验公式：存储器总字数=（开关量I/O点数10）+（模拟量点数150）本系统中无模拟量，所以该公式变为：存储器总字数=(开关量I/O点数10)=2610=260按经验公式所算得的存储器字数还要留有25%的余量，即存储器总字数为260（1+0.25）=325(3)功能要相当、结构要合理对只要求用于继电器控制功能的系统，控制一台或几台小设备，或者用于对原有设备的改造，加强完善其功能等场合，选择一般小型机即可，若被控制对象是开关量和模拟量并存，则要选择有相应功能的PLC。此外，还要考虑PLC的结构。在单机自动化和一些小型控制系统中易选整体式PLC。(4)输入/输出模块的选择选择哪一种功能的输入输出模块和哪一种输出形式，取决于控制系统中输入输出信号的种类、参数要求和技术要求。输入模块分为直流5V/12V/24V/48V/60V几种；交流115V/220V两种。一般应根据现场设备与模块之间的距离来选择电压的大小。本系统中选用直流24V。输出模块按方式不同又有继电器输出、晶体管输出和双闸管输出三种。对开关频繁、低功率因数的感性负载，可使用晶闸管输出（交流输出）。继电器输出模块承受过电压和过电流的能力较强，价格比较便宜，但响应速度较慢，在输出变化不是很快、很频繁时，可优先考虑使用。5.4控制程序设计因为在手动操作方式下，各种动作都是用按钮控制来实现，其程序可独立与自动操作程序而另行设计。因此，总程序可分为两段独立的部分:手动操作程序和自动操作程序。程序的总结构如图。若选择自动操作方式，将跳过手动程序段而执行自动程序。(1)手动操作程序的设计手动操作控制简单，可按照一般继电器控制系统的逻辑设计法来设计。手动操作的梯形图如图所示。(2)自动操作程序设计自动操作控制比较复杂，可先绘出控制流程图（功能表图），以表示程序执行的顺序和条件如下图:自动操作程序的控制原理及工作过程分析如下：(3)编写控制程序的语句表手动和自动程序设计好后，按总程序结构框图，将两段程序嵌入，就可得到整个系统的应用程序。结 论毕业设计是机械专业本科段学习的一个重要的、总结性的理论和实践相结合的教学环节，是综合运用所学知识和技能的具体实践过程。通过本次毕业设计，我对所学的专业知识有了更深刻的理解和认识。我的毕业设计内容源于生产实践，使得毕业设计和实践得到了充分的结合，有利于培养解决工程实际问题的能力。在设计过程中，通过把自己几年来所学到的专业知识和实践相结合，并运用到设计中，我顺利完成了毕业设计的各项任务。但在设计过程中，我对一些理论问题掌握的不够充分，经过多次向指导老师请教才得以解决。在今后学习和工作中，我会更多的吸取相关方面的知识，不断提高自己的专业水平能力。通过本次毕业设计，我了解和掌握了机械、液压和PLC控制等方面的诸多知识，锻炼了自己分析问题和解决问题的能力，并积累了一定的实践经验，为今后的工作打下了坚实的基础。但由于时间紧、任务重，再加上本人的知识水平和能力有限，以及经验不足，设计中难免存在一些缺点和错误，欢迎各位老师给予批评指正。在设计过程中，我得到了崔广臣老师的精心指导，以及其