机械制造技术课程设计-中心轴零件工艺及夹具设计.docx

中心轴零件工艺及夹具设计序 言机械制造工艺学毕业设计时培养本专业学生得重要实践性教学环节。是学完机械制造工艺削、夹具设计、大部分专业课，并进行了生产实习得基础上进行得一个教学环节，这是对我们在进行毕业设计之前对所学课程进行得一次重要的、全面的复习，也是一次理论与实际相结合的整体训练，因此它在这几年的学习中占有重要地位。全套图纸加扣3012250582 根据本次设计要求，本次主要设计“轴零件”的加工工艺及设计加工钻孔工序专用夹具。具体包括以下几方面：1、根据本次设计要求，绘制零件图；2、分析零件结构及作用，了解本次零件的技术要求及加工要求，明确加工部位及精度要求；3、根据零件材料特性及零件结构，明确零件的毛坯的制造方式，查阅相关资料确定零件的毛坯精度，确定零件毛坯尺寸，绘制零件毛坯图；4、明确本次零件加工的加工基准，制定零件加工工艺路线；5、根据工艺路线确定零件加工过程中的设备及刀具使用；6、计算相关的切削参数；7、设计钻孔工序加工专用夹具，分析零件夹具设计的定位及夹具结构，计算相关的定位误差；明确夹具夹紧方式，计算夹紧力；绘制零件夹具装配图及相关零件图；8、最终完成本次毕业设计说明书。关键词：零件图、毛坯图、工艺分析、基准的选用、设备、刀具的选用、切削参数、钻孔夹具、定位误差、夹紧力、切削力、装配图及非标零件。目 录序 言1第一章 零件工艺结构分析31.1 零件的作用31.2零件尺寸精度分析4第二章 零件的工艺性分析52.1 零件毛坯的制造形式52.2 零件毛坯尺寸的确定62.3 零件毛坯图纸的绘制62.4零件加工基准的确定72.5零件的工艺路线的确定7第三章 设备及刀具、尺寸余量的确定9第四章 零件切削参数的计算12第五章 零件专用夹具的设计185.1设计要求185.2 夹具设计定位基准185.3 夹具整体设计185.4夹具体的设计195.5 定位误差分析205.6夹紧力切削力分析215.6.1钻削力计算215.6.2夹紧力计算22总 结24致 谢25参 考 文 献26第1章 零件工艺结构分析1.1 零件的作用根据本设计选择常用台阶轴作为工艺分析及夹具设计的对象，该类轴主要用与传递力矩或起到支撑作用。1.2零件尺寸精度分析零件材料选择40Cr，该种材料在轴类零件种广泛应用，通过零件图纸的绘制，对零件的结构及尺寸精度有了更深的了解，如图1.2 轴零件图;图1.2轴零件图通过图纸可知本次零件加工表面主要表现为外径加工、端面加工、键槽加工等组成，具体表现如下：1、 零件两端面加工，尺寸要求为239mm，粗糙度为Ra=6.3；2、 零件右端外径加工，要求直径为45mm、58mm、，要求长度为76mm、42mm、，粗糙度为Ra=1.6、Ra=6.3，倒角1x45度；3、 零件左端外径加工，尺寸直径分别为45mm、50mm，长度分别为69mm、52mm，倒角1x45度；粗糙度均为Ra=1.6；4、 左、右两端轴14mm键槽加工；第2章 零件的工艺性分析机械加工工艺在实际生产过程中起到至关重要的地位，是生产的指导方向，一份好的工艺在实际生产过程中不但使场频质量有保证同时一份好的加工工艺同时也可提高生产效率、减低劳动强度；所以，机械加工工艺规程是指导如何将零件加工成成品，工艺路线及工艺参数规划的合理性也是很关键的。机械加工工艺规程的作用：对现场生产指导；生产管理上起到组织和纲领性文件的作用。工艺设计原则：技术上的先进性；经济上的合理性；2.1 零件毛坯的制造形式零件常用的毛坯主要有：（1）、轧制件 主要为钢棒、板料等成型材料。（2）、铸造件 铸造件适用于形状较复杂的毛坯。（3）、锻造件 锻造件适用于强度要求高、形状较简单的毛坯。（4）、焊接件 焊接件是将成型材料焊接在一起形成毛坯，这种毛坯制造简单，而且制造时间短，唯有不足是这种毛坯由于焊接产生较大应力，需要时效处理去应力才能机械加工。（5）、其它毛坯 如冲压成型件、工程塑料件、粉末冶金等。在毛坯选择上需考虑的因素如下：（1）、需要根据零件材料的种类和材料的力学性能要求（2）、零件形状和结构也是考虑因素之一，根据形状选择棒料还是板料。（3）、产量的大小，根据产量大小选择毛坯有助于提高生产效率（4）、根据工厂车间现阶段加工能力、设备等（5）、要考虑新工艺、新材料等本文选则轴的材料为40Cr，为批量产品。根据材料特性该材料，查看零件图分析，该零件尺寸不大、形状比较简单，为典型的轴类零件。本次零件毛坯采用标准40Cr圆钢为本次零件的毛坯制造形式。2.2 零件毛坯尺寸的确定根据原始资料所给数据，计算出生产方式为：大批量生产。因为是轴类零件，采用圆钢为本次零件毛坯的原材料，根据零件图纸已知本次零件的总长度为239mm，最大外径为58mm，根据标准圆钢本次采用外径为63mm，长度为单面为2mm，即毛坯总长为243mm。2.3 零件毛坯图纸的绘制综上所述，具体零件毛坯图纸如下：图2.3 零件毛坯图2.4零件加工基准的确定设计基准是指产品图上所给出的尺寸所采用的基准。工艺基准是指零件在加工中用来定位限制自由度所采用的基准。所以基准的选用对于一个产品的加工起到至关的重要性。基准的选用必须满足一下原则：1）、选主要非加工表面原则；2）、余量均匀分配原则；3）、不重复使用原则；4）、便于工件装夹原则。根据零件结构采用装夹零件外圆同时加工零件两端面；后续工序利用中心孔进行外径加工；这样加工可保证零件两端外径的同轴度；2.5零件的工艺路线的确定若生产为批量生产，就应该考虑使用用夹具从而提高生产效率，除此之外还要考虑到加工的经济性，按不同的尺寸精度安排不同加工能力的设备，从而降低成本。工序10：备料，按零件毛坯下料；工序20：调质处理HB220-250；工序30：车零件左端面及外圆，保证总长241，及外圆尺寸51.5，长度119.5;钻中心孔；工序40：调头车零件右端面，保证总长239，车零件左端外圆至尺寸 58及46.5，长度74.5。钻中心孔；工序50：半精车零件外圆至尺寸，保证尺寸45.3，长度保证51.7；保证外圆50.3，长度68.7；工序60：半精车零件外圆至尺寸，保证尺寸45.3，长度保证75.7；工序70：车，1、半精车零件左端外径为37.5mm，长度保证8.5mm至零件左端面；2、半精车零件外径至尺寸，保证外径为39.5mm，长度为46.5mm至零件左端面；3、半精车外径至45.5mm，长度保证243.5mm至零件左端面；工序80：以两端面中心孔为基准，磨外圆、靠端面至尺寸，保证45js6,长度76，45h7,长度52；保证外圆50js6，长度69；工序90：用键槽夹具，以 45js6, 45h7为基准定位并夹紧，铣键槽，保证尺寸14 0-0.043 及键槽长度45；工序100：清理，去除尖角毛刺、清洗、刷油；工序110：检验，按零件图纸检验各加工尺寸。第三章 设备及刀具、尺寸余量的确定上一节已对零件的加工工艺做了详细的叙述并最终确定了工艺方案。“工欲善其事，必先利其器”，同样设备及刀具的选取也是影响零件加工精度及效率的重要关键部分，现根据具上述工艺及零件要求选择加工设备及刀具。1、 根据零件图纸中技术要求及机械加工工艺要求，确定本次加工用设备采用数控设备，具体如下表3.1-1 加工设备表：表3.1-1 各工序加工用设备表工序号工序名称设备备注30车CA614040车CA614050车CA614060车CA614070车CA614080磨M141490铣XK51322、 俗话说“三分手艺、七分刀”可以看出刀具在机械加工过程中的重要意义。设备的使用结合良好的刀具，对零件的表面质量起到至关重要的作用。本次刀具使用见下表 表3.2-1各工序刀具表：表3.2-1 各工序刀具表工序号工序名称加工方式刀具表备注30车车削端面车刀、中心钻40车车削端面车刀、中心钻50车车削外径车刀60车车削外径车刀70车车削外径车刀80磨磨削砂轮90铣铣削键槽铣刀3、根据零件毛坯、加工精度、表面粗糙度来确定机械加工的余量，具体如下：表3.3-1 外径58mm加工余量表工艺路线工序余量/mm经济精度工序尺寸及偏差/mm表面粗糙度毛坯20.5630.250粗车10.2580.212.5表3.3-2 外径45mm加工余量表工艺路线工序余量/mm经济精度工序尺寸及偏差/mm表面粗糙度毛坯90.5630.550粗车10.2470.212.5半精车0.85IT845.33.2外圆磨0.2IT645js61.6表3.3-3 外径45mm加工余量表工艺路线工序余量/mm经济精度工序尺寸及偏差/mm表面粗糙度毛坯90.5630.550粗车10.2470.212.5半精车0.85IT845.33.2精车0.2IT645h71.6表3.3-4 外径50mm加工余量表工艺路线工序余量/mm经济精度工序尺寸及偏差/mm表面粗糙度毛坯90.5630.550粗车3.50.2520.212.5半精车0.85IT850.33.2精车0.2IT650js61.6第四章 零件切削参数的计算工序03：车，车零件左端面及外圆，保证总长241，及外圆尺寸51.5，长度119.5.钻中只中心孔设备选用CA6140型卧式车床，根据本次切削方式及切削部位，采用刀具为端面车刀4mm中心钻，刀具结构采用焊接式；根据零件材料刀片材料为YT15材质。具体切削参数如下分析计算：1、 端面切削：确定切削速度：切削速度为：；进给量为：；切削余量为选为2mm。 计算主轴转速：根据公式计算得：；根据零件精度及设备参数取转速为：；实际切削速度：根据转速计算得：；计算切削时间：根据本次切削方式及切削部位分析，本次为车削加工，切削部位长度为72/2=36mm，查表结合刀具得本次过切量及入切量为5mm，即本次总切削量为36+5=41mm；根据公式计算得：；2、 加工中心孔：根据本次零件要求需加工中心孔，这样加工便于后续加工及保证零件精度；刀具采用4mm A型中心钻。确定进给量及切削速度：切削速度为：；由于采用普通机床，切削余量为选择4.25mm；计算主轴转速：根据公式计算得：；根据零件精度及设备参数取转速为：；实际切削速度：根据转速计算得：；工序30：车，调头车零件右端面，保证总长239，车零件左端外圆至尺寸 58及46.5，长度74.5。钻中只中心孔：设备选用CA6140型卧式车床，根据本次切削方式及切削部位，采用刀具为端面车刀4mm中心钻，刀具结构采用焊接式；根据零件材料刀片材料为YT15材质。具体切削参数如下分析计算：1、端面切削：确定切削速度：切削速度为：；进给量为：；切削余量为2mm。 计算主轴转速：根据公式计算得：；根据零件精度及设备参数取转速为：；实际切削速度：根据转速计算得：；计算切削时间：根据本次切削方式及切削部位分析，本次为车削加工，切削部位长度为72/2=36mm，查表结合刀具得本次过切量及入切量为5mm，即本次总切削量为36+5=41mm；根据公式计算得：；2、加工中心孔：根据本次零件要求需加工中心孔，这样加工便于后续加工及保证零件精度；刀具采用4mm A型中心钻。确定切削速度及进给：切削速度为：；切削余量为4.25mm；计算主轴转速：根据公式计算得：；根据零件精度及设备参数取转速为：；实际切削速度：根据转速计算得：；工序40：半精车零件外圆至尺寸，保证尺寸45.3，长度保证51.7；保证外圆50.3，长度68.7设备选用CA6140型卧式车床，根据本次切削方式及切削部位，采用刀具为外径车刀，刀具结构采用焊接式；根据零件材料刀片材料为YT15材质。具体切削参数如下分析计算：确定切削速度：查切削用量简明手册得：切削速度为：；进给量为：；已知本次为粗加工，根据本次切削余量为213.5mm，本次为粗加工，余量为单面1mm，即本次切削余量为13.5-1=12.5，根据设备结构分三刀满足零件要求。计算主轴转速：根据公式计算得：；根据零件精度及设备参数取转速为：；实际切削速度：根据转速计算得：；计算切削时间：根据本次切削方式及切削部位分析，本次为车削加工，切削部位为两处，直径70mm处长度为25mm，因加工雨量不大采用一次加工；直径为47mm处长度174mm，根据上述描述为三刀加工，查表结合刀具得本次过切量及入切量为10mm；根据公式计算得：；后工序5090均为车削加工，设备相同，计算参数基本一致，在此不做详细计算，具体计算参考工序40。工序100：钻孔至尺寸根据本次加工方式，采用设备为Z525型立式钻床，根据本次加工孔径刀具采用钻头4mm、8mm、9mm，具体切削参数如下：1、 钻孔4mm（通）确定切削速度：查切削用量简明手册得：切削速度;进给速度为：；根据公式得:，根据机床参数选取主轴转速为：；计算实际切削速度：；计算切削时间：已知零件加工深度为20.4mm，查切削用量简明手册得：过切量及如切量为：；即本次切削长度为：；数量为3；根据切削时间公式得：。2、 扩孔8mm深度为11.5mm确定切削速度：查切削用量简明手册得：切削速度;进给速度为：；根据公式得:，根据机床参数选取主轴转速为：；计算实际切削速度：；计算切削时间：已知零件加工深度为11.5mm，查切削用量简明手册得：过切量及如切量为：；即本次切削长度为：；数量为3；根据切削时间公式得：。3、 扩孔9mm深度为3.9mm确定切削速度：查切削用量简明手册得：切削速度;进给速度为：；根据公式得:，根据机床参数选取主轴转速为：；计算实际切削速度：；计算切削时间：已知零件加工深度为3.9mm，查切削用量简明手册得：过切量及如切量为：；即本次切削长度为：；数量为3；根据切削时间公式得：。工序03：车，车零件左端面及外圆，保证总长241，及外圆尺寸51.5，长度119.5.钻中只中心孔：设备选用CA6140型卧式车床，根据本次切削方式及切削部位，采用刀具为端面车刀4mm中心钻，刀具结构采用焊接式；根据零件材料刀片材料为YT15材质。具体切削参数如下分析计算：1、端面切削：确定切削速度：切削速度为： ；进给量为： ；切削余量为选为2mm。 计算主轴转速：根据公式计算得： ；根据零件精度及设备参数取转速为： ；实际切削速度：根据转速计算得： ；计算切削时间：根据本次切削方式及切削部位分析，本次为车削加工，切削部位长度为72/2=36mm，查表结合刀具得本次过切量及入切量为5mm，即本次总切削量为36+5=41mm；根据公式计算得： ；2、加工中心孔：根据本次零件要求需加工中心孔，这样加工便于后续加工及保证零件精度；刀具采用4mm A型中心钻。确定进给量及切削速度：切削速度为： ；由于采用普通机床，切削余量为选择4.25mm；计算主轴转速：根据公式计算得： ；根据零件精度及设备参数取转速为： ；实际切削速度：根据转速计算得： ；工序30：车，粗车零件左端端面、加工中心孔：设备选用CA6140型卧式车床，根据本次切削方式及切削部位，采用刀具为端面车刀4mm中心钻，刀具结构采用焊接式；根据零件材料刀片材料为YT15材质。具体切削参数如下分析计算：1、端面切削：确定切削速度：切削速度为： ；进给量为： ；切削余量为2mm。 计算主轴转速：根据公式计算得： ；根据零件精度及设备参数取转速为： ；实际切削速度：根据转速计算得： ；计算切削时间：根据本次切削方式及切削部位分析，本次为车削加工，切削部位长度为72/2=36mm，查表结合刀具得本次过切量及入切量为5mm，即本次总切削量为36+5=41mm；根据公式计算得： ；2、加工中心孔：根据本次零件要求需加工中心孔，这样加工便于后续加工及保证零件精度；刀具采用4mm A型中心钻。确定切削速度及进给：切削速度为： ；切削余量为4.25mm；计算主轴转速：根据公式计算得： ；根据零件精度及设备参数取转速为： ；实际切削速度：根据转速计算得： ；工序40：粗车零件右端面及外径设备选用CA6140型卧式车床，根据本次切削方式及切削部位，采用刀具为外径车刀，刀具结构采用焊接式；根据零件材料刀片材料为YT15材质。具体切削参数如下分析计算：确定切削速度：查切削用量简明手册得：切削速度为： ；进给量为： ；已知本次为粗加工，根据本次切削余量为213.5mm，本次为粗加工，余量为单面1mm，即本次切削余量为13.5-1=12.5，根据设备结构分三刀满足零件要求。计算主轴转速：根据公式计算得： ；根据零件精度及设备参数取转速为： ；实际切削速度：根据转速计算得： ；计算切削时间：根据本次切削方式及切削部位分析，本次为车削加工，切削部位为两处，直径70mm处长度为25mm，因加工雨量不大采用一次加工；直径为47mm处长度174mm，根据上述描述为三刀加工，查表结合刀具得本次过切量及入切量为10mm；根据公式计算得： ；后工序5090均为车削加工，设备相同，计算参数基本一致，在此不做详细计算，具体计算参考工序40。工序100：钻孔至尺寸根据本次加工方式，采用设备为Z525型立式钻床，根据本次加工孔径刀具采用钻头4mm、8mm、9mm，具体切削参数如下：1、钻孔4mm（通）确定切削速度：查切削用量简明手册得：切削速度 ;进给速度为： ；根据公式得: ，根据机床参数选取主轴转速为： ；计算实际切削速度： ；计算切削时间：已知零件加工深度为20.4mm，查切削用量简明手册得：过切量及如切量为： ；即本次切削长度为： ；数量为3；根据切削时间公式得： 。2、扩孔8mm深度为11.5mm确定切削速度：查切削用量简明手册得：切削速度 ;进给速度为： ；根据公式得: ，根据机床参数选取主轴转速为： ；计算实际切削速度： ；计算切削时间：已知零件加工深度为11.5mm，查切削用量简明手册得：过切量及如切量为： ；即本次切削长度为： ；数量为3；根据切削时间公式得： 。3、扩孔9mm深度为3.9mm确定切削速度：查切削用量简明手册得：切削速度 ;进给速度为： ；根据公式得: ，根据机床参数选取主轴转速为： ；计算实际切削速度： ；计算切削时间：已知零件加工深度为3.9mm，查切削用量简明手册得：过切量及如切量为： ；即本次切削长度为： ；数量为3；根据切削时间公式得： 。第五章 零件专用夹具的设计5.1设计保证要求在批量生产过程中，为了提高生产效率，保证零件的加工质量，降低操作者的劳动强度，因此设计加工定位专用夹具。根据本次毕业设计要求，需设计加工零件钻孔专用夹具，根据工艺规程得知本次加工工序为工序100，设备采用Z525型立式钻床。5.2 夹具设计定位基准根据要求本次设计钻孔专用夹具；根据工序安排，该工序为工序100，位于总加工的最后工序；根据本次零件结构及加工过程。根据零件孔要求数量为三处均匀分布于零件外径68mm端面处，且与轴线呈12。本次夹具设计采用外径定位确定零件的轴线，确定零件轴线；夹紧方式采用手动锁紧。5.3 夹具整体设计本次工序为钻孔工序，已知本次加工部位位于零件轴径68mm端面处，且两端轴径已加工完成，本次夹具设计采用轴颈定位，限制零件得X、Y、轴向移动及旋转自由度；端面限制零件Z向移动自由度；上端采用移动压板锁紧，满足零件定位原则，实现全定位。根据本次零件钻孔数量为三处均匀分布，所以本次夹具设计为旋转夹具，定位采用手动定位插销。其具体见下图 图5.3 夹具装配图：图5.3 夹具装配图5.4夹具体的设计夹具体是是整套夹具的基础零件，在夹具体上装配夹紧装置和定位元件等；装配好后再将整套夹具固定在机床上；因此夹具体的设计其形状和尺寸，主要取决于被加工零件的大小及各定位、锁紧等的分布。夹具体要承受 一定的切削力，为防止产生变形和振动，在夹具 体设计时要保证有足够的强度和刚性。本次夹具体设计材料采用HT200材料，该材料易铸造，后期进行时效处理后，不易变形，并且易切削。具体夹具体结构如图，如图 图5.4 夹具体设计：图5.4 夹具体零件图5.5 定位误差分析已知本次夹具采用轴、孔定位，零件定位部位为圆径45f8mm处，已知本次定位外径精度为45f8，查表得本次公差为45（-0.025-0.064），根据本次零件夹具定位配合为H8/f8，查表H8为（+0.039 0），即本次误差存在轴颈与套间的误差得差异，结合零件误差及误差公式得： ，其中： ：为定位误差； ：零件尺寸最大误差； ：零件尺寸最小误差；所以将数据带入公式得： ；根据本次零件孔圆周要求为（0-0.4），结合本次零件夹具的误差为0.0515，即本次夹具得定位误差为：0.0515FJ需。夹紧装置其实就是将被加工件固定在某一定位元件上便于加工，一般的夹紧装置分为手动锁紧、液压锁进等几种方式。夹紧装置可以分为动力装置、传动过渡装置和夹紧元件，在此套夹具中，传动过渡装置和夹紧元件合二为一。动力采用手动锁紧，通过螺栓夹紧移动压板。达到夹紧作用。查参考文献51226可知螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算：螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算有： 式中参数由参考文献5可查得： 螺旋夹紧力： 该夹具采用夹紧机构， 由上述计算