拖拉机变速器阶台轴工艺及钻Φ5孔夹具设计

苏州科技学院天平学院本科生课程设计（论文） 阶台轴工艺规程制定与夹具设计所在学院专 业班 级姓 名学 号指导老师 年 月拖拉机变速器阶台轴工艺及钻5孔夹具设计摘 要本设计是基于阶台轴零件的加工工艺规程及一些工序的专用夹具设计。台阶轴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：台阶轴类零件；工艺；夹具；全套图纸加扣3012250582ABSTRACTThe design is based on the body parts of the processing order of the processes and some special fixture design. Body parts of the main plane of the surface and pore system. In general, the plane guarantee processing precision than that of holes machining precision easy. Therefore, this design follows the surface after the first hole principle. Plane with holes and the processing clearly divided into roughing and finishing stages of holes to ensure machining accuracy. Datum selection box input shaft and the output shaft of the supporting hole as a rough benchmark, with top with two holes as a precision technology reference. Main processes arrangements to support holes for positioning and processing the top plane, and then the top plane and the supporting hole location hole processing technology. In addition to the follow-up processes individual processes are made of the top plane and technological hole location hole and plane processing. Supported hole processing using the method of coordinate boring. The whole process of processing machine combinations were selected. Selection of special fixture fixture, clamping means more choice of pneumatic clamping, clamping reliable, institutions can not be locked, so the production efficiency is high, suitable for large batch, line processing, can meet the design requirements.Key words: Angle gear seat parts; fixture;目录第1章 绪论11.1本课题的研究内容和意义11.2国内外发展状况21.3本课题应达到的要求3第2章 工艺规程设计421毛坯的制造形式422零件分析523 基面的选择52.3.1 粗基准的选择原则52.3.2精基准选择的原则624制定工艺路线625机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定926确定切削用量及基本工时10工序 精车外圆17工序 磨主轴颈外圆18第三章 钻5孔专用夹具设计193.1确定设计方案193.2夹紧机构的确定203.3夹紧力的确定203.4定位基准的选择213.5定位误差的计算223.6夹具设计及操作的简要说明22总 结23参 考 文 献24第1章 绪论1.1本课题的研究内容和意义机械的加工工艺及夹具设计是在完成了大学的全部课程之后，进行的一次理论联系实际的综合运用，使我对专业知识、技能有了进一步的提高，为以后从事专业技术的工作打下基础。机械加工工艺是实现产品设计，保证产品质量、节约能源、降低成本的重要手段，合理的机械加工工艺过程是企业进行生产准备、计划调度、加工操作、生产安全、技术检测和健全劳动组织的重要依据，也是企业上品种、上质量、上水平，加速产品更新，提高经济效益的技术保证。因而不仅要合理结合企业的生产实际来进行零件加工工艺文件的编制，而且还要根据零件的加工要求和先进的加工机床来设计先进高效的夹具。合理的机械加工工艺文件不仅能提高一个企业的技术革新能力，而且可以较大程度地提高企业的利润，因而合理地编制零件的加工工艺文件就显得时常重要。机械加工工艺文件的合理性也会受到企业各方面因素的制约，比如企业的生产设备、工人的技术水平及夹具的设计水平等，其中较为重要的是夹具的生产和设计。夹具是机械加工系统的重要组成部分，不论是传统制造，还是现代制造系统，夹具的设计都是十分重要的。好的夹具设计可以提高产品劳动生产率，保证和提高加工精度，降低生产成本等，还可以扩大机床的使用范围，从而使产品在保证精度的前提下提高效率、降低成本。当今激烈的市场竞争和企业信息化的要求,企业对夹具的设计及制造提出了更高的要求。所以对机械的加工工艺及夹具设计具有十分重要的意义。该课题主要是为了培养我们开发、设计和创新机械产品的能力，要求我们能够结合常规机床与零件加工工艺，针对实际使用过程中存在的金属加工中所需要的三维造型、机床的驱动及工件夹紧问题，综合所学的机械三维造型、机械理论设计与方法、机械加工工艺及装备等知识，对高效、快速夹紧装置进行改进设计，从而实现金属加工机床驱动与夹紧的半自动控制。就我个人而言，通过这次毕业设计队自己所学的理论知识进行一次综合运用，也是对四年的学习深度的一个检验。从中锻炼了自己分析问题、解决问题的能力，并希望通过毕业设计能养成一种严谨、务实、求真、奋进的工作态度，不仅是对生活的一种感悟，而且为参加工作打下一个良好的基础。因而具有十分重要的意义。1.2国内外发展状况夹具从产生到现在，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。在夹具设计过程中，对于被加工零件的定位、夹紧等主要问题,设计人员一般都会考虑的比较周全，但是，夹具设计还经常会遇到一些小问题，这些小问题如果处理不好，也会给夹具的使用造成许多不便，甚至会影响到工件的加工精度。我们把多年来在夹具设计中遇到的一些小问题归纳如下：零件的清根问题在设计以端面和内孔定位的夹具时，会遇到夹具体定位端面和定位外圆交界处清根问题。端面和定位外圆分为两个单独的零件时无此问题,。夹具要不要清根，应根据工件的结构而定。如果零件定位内孔孔口倒角较小或无倒角，则必须清根,如果零件定位孔孔口倒角较大或孔口是空位，则不需要清根，而且交界处可以倒为圆角R。端面与外圆定位时，与上述相同。让刀问题在设计圆盘类刀具(如铣刀、砂轮等)加工的夹具时，会存在让刀问题。设计这类夹具时，应考虑铣刀或砂轮完成切削或磨削后，铣刀或砂轮的退刀位置，其位置大小应根据所使用的铣刀或砂轮的直径大小，留出超过刀具半径的尺寸位置即可。更换问题在设计加工结构相同或相似，尺寸不同的系列产品零件夹具时，为了降低生产成本,提高夹具的利用率，往往会把夹具设计为只更换某一个或几个零件的通用型夹具。由于现代加工的高速发展，对传统的夹具提出了较高要求，如快速、高效、安全等。要想达到这样的生产要求，就必须计算加工工序零件在加工过程中由于切削力、重力、惯性力等所产生的切削力及切削力矩，按照夹具设计中所确定的夹紧方式进行夹紧力的计算，为了减小夹具的具体尺寸，就需要增大夹具的定位区间，增大由夹紧力而产生的摩擦力矩、正压力及由此而产生的摩擦力，以达到夹具小巧而精用的目的。同时为了减少工人的劳动强度，提高工件的装夹效率，还需要对夹具的夹紧机构的行程进行设计，以期以最短的夹紧行程，达到最佳的夹紧效果。研究协会的统计表明，目前中、小批多品种生产的工件品种已占工件种类总数的85左右。现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场的需求与竞争。然而，一般企业都仍习惯于大量采用传统的专用夹具，一般在具有中等生产能力的工厂，里约拥有数千甚至近万套专用夹具；另一方面，在多品种生产的企业中，每隔3-4年就要更新50-80左右专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为10-20左右。特别是近年来，数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统、（FMS）等新加工技术的应用，对机床夹具提出了如下新的要求：1）能迅速而方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本；2）能装夹一组具有相似性特征的工件；3）能适用于精密加工的高精度机床夹具；4）能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具；5）采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置，以进一步减轻劳动强度和提高劳动生产率；6）提高机床夹具的标准化程度。1.3本课题应达到的要求现通过实际调研和采集相应的设计数据、阅读相关资料相结合，首先对零件的基本结构及作用有个大致的了解，在此基础上，经过对金属切削加工、金属切削机床、机械设计与理论等相关知识充分掌握后，分析零件的加工工艺，确定零件各加工表面的加工方法，进而形成零件的机械加工工艺路线。并能根据零件的加工工序要求，分析零件的定位方式、金属切削加工过程中的机床工作台驱动、工件夹紧等方面的相关数据，结合机械机构设计的相关理论知识，完成工件的有效定位及夹紧，从而使整个零件的加工工艺路线经济，工件定位方案合理，来达到产品的最优化设计。针对实际使用过程中存在的金属加工工艺文件编制、工件夹紧及工艺参数确定及计算问题，综合所学的机械理论设计与方法、机械加工工艺文件编制及实施等方面的知识，设计出一套适合于实际的零件加工工艺路线，从而实现适合于现代加工制造业、夹紧装置的优化设计。这次毕业设计是机械制造与自动化专业的一个十分重要的学习环节， 是对入学以来所学的机械方面的知识进行的一次全面的检查、巩固和提高。这次毕业设计是应用所学基础理论、专业知识与技能去分析和解决生产实际问题的一次综合训练。把所学的知识能够综合运用到实际零件的加工中。通过本次设计使我巩固了已学的知识，加深了印象，使自己能够运用所学的机械加工知识解决一些具体的问题。此次毕业设计涉及的知识面有夹具设计、零件安装、加工工艺、数值计算、 刀具的性能、测量技术、CAD制图及到金属材料、公差配合及加工设备等多方面的知识。通过这次毕业设计我发现了自己还有许多知识还没有掌握牢固。但更多的是通过这次设计使我提高、巩固、扩大了自己所学到的理论知识与技能，提高自己设计计算、制图、编写技术文件的能力，学会正确使用技术资料、标准、手册等工具书，并在这次设计中培养了我对机械设计的独立工作能力，掌握了一定的机械加工设计方法步骤和思路为以后的学习和设计工作打下了良好的基础。同时，也使我体会到了老师平时对我们的谆谆教导、用心良苦。 由于本人水平有限，设计还有许多不足之处，希望老师给予批评和指正。第2章 工艺规程设计21毛坯的制造形式这次零件的毛坯选45钢材料，阶台轴年产量40000件，零件废品率2%，备品率4%要大批量的来生产，每个加工的零件外形尺寸不是太大，我们就选机械翻砂造型去锻造生产，定九级的造精度，这样的话尺寸能达标，从生产效率来看也是可以的。22零件分析我们要把零件的槽、零件的平面还有各个孔给加工出来：加工时对技术方面的条件：1.这次的锻件主要参考JB/T 6431-92，也就是锻件技术要求里面的各种条件。2.锻件的最外层要光滑，加工之后不能留下型砂或芯砂，也不能有浇冒口、多肉、疤痕粘在上面，加工之后的表面上也不能有裂缝、缩松、砂眼、铁豆、碰伤这些残次品的状态。3.未标注的圆角半径大小等于R6。4.对于加工余量多出部分的表面硬度保持在190%p30HB。5.选45钢的材质。 23 基面的选择我们怎么选基面，这在设计整个规程的时候很重要。基面选的好，选的合适话，可以让产品的质量有保证，生产的效率也会提升。不然的话加工起来就会有很多问题，甚至还有可能大范围的报废，零件都没法用，生产受影响。2.3.1 粗基准的选择原则1）工件上有的表面是要加工的，有的表面不用加工，如果这两种面之间对应的位置要先提条件，就要把不用加工的那个表面当作粗基准。假如这个工件上不用加工的面有很多，那么就要选一个面，这个不加工的面跟加工面之间的位置精度要相对对高一点，把这个不加工面选成粗基准。2）有的工件上会有相对更重要的加工面，如果先要保证这个面加工的余量，那我们就把这个重要的表面当作精基准。3）每个要加工的表面，想要它们都先留出足够的加工余量，那么就选加工余量不多的那个面当作粗基准。4）如果表面被选成粗基准，那么这要是光滑的面，不要出现浇口、飞边一些缺点，这样定位起来才更容易。5）如果是当成粗基准的面，大多只能选一次，尤其是要来定位的，就只能用一次，不然位置差距就会大，加工不准。如果是可以回转的那种零件，用外圆面来定位就可以了，这属于粗基准，我们这次用主轴颈外外圆面来当粗基准。2.3.2精基准选择的原则在确定哪个面做精基准时，主要是看加工起来能不能满足条件，还有要看装夹起来位置更准，操作起来方便。选精基准面的时候要注意：把需要设计的基准面看成定位的基准面，这样基准就能重合了，带来的误差就比较小了。如果这个工件是用一组精基准来定位的话，那么加工其它面的时候就很方便了，那么定位就尽量用这组精基准来做标准，让基准保持一样的，带来的误差就很小。到了精加工或者光整加工这些环节的时候，想要加工留的余量少些的话，我们就选加工的那个面当基准，也就是用自为基准的原则。这个加工的面对应的位置精度主要看工序的先后顺序。如果要保证加工的余量是均衡的，或者加工出来的位置精度比较高，那么就要用到互为基准+反复加工的原则。如果加工有更多的方式，那么就要保证定位更准、更稳定、夹得更紧固，让做出来的夹具相对简单的那个面当作精基准。从零件的图上可以知道，我们定位精基准选40大小的外圆再加上端面就可以了。24制定工艺路线 工艺路线从哪边出发，主要考虑零件的外形、尺寸大小以及位置之间的精度条件这些方面，要满足要求。假设是大批量的生产，就选通用的机床加上专用的工夹具，尽量把每个工序集中一点，这样生产的效率才高。当然也要看成本，越第一种工艺方案第二种方案 工 序 号 工 名 序 称 工 序 内 容10锻造锻造成型20时效去除锻造应力30车粗车左端外圆40车粗车右端外圆60铣铣12mm键槽70铣铣10mm键槽80钻钻5孔90车精车外圆100磨磨轴颈外圆110钳工清洗、去毛刺、120终检检验比较上面两种不同的工艺： 工 序 号 工 名 序 称 工 序 内 容10锻造锻造成型20时效去除锻造应力30钻钻两端中心孔40车粗车左端外圆50车粗车右端外圆60铣铣12mm键槽70铣铣10mm键槽80钻钻5孔90车精车外圆100磨磨轴颈外圆110钳工清洗、去毛刺、120终检检验最不一样的地方是第二种把钻中心孔先处理，第一种方法就不用，那么如果是把钻中心孔后加工出来的话，这样之后的环节就可以用这个中心孔当成定位的基准，接下来的加工更省时间，夹具也可以更简单，所以我们选第二种方案。25机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 根据 机械制造工艺设计简明手册 可以知道1.端平面留存的加工余量查表，锻件的一条边留出的加工余量是Z=1.0mm, CT9级当作锻件的尺寸公差，加工的余量是MA-E级。精度方面只要进行粗精铣削就可以了。2. 车阶台轴轴颈留存的加工余量查表，锻件的一条边留出的加工余量是Z=1.0mm, CT9级当作锻件的尺寸公差，加工的余量是MA-E级。精度方面需要有两次车削，粗车再加精车就好了。 3.其他外圆留存的加工余量查表，锻件的一条边留出的加工余量是Z=1.0mm, CT9级当作锻件的尺寸公差，加工的余量是MA-E级。精度方面只要进行二次车削就好了。其他地方还是用实心的来造。26确定切削用量及基本工时工序 开始锻造工序 控制人工时效工序 钻两端中心孔进给量：根据表5-27，取切削速度：参照表5-22，取机床主轴转速：， 钻孔的切削时间计算按照如下式式中被切削层长度：本次按照切削的深度为刀具切入长度：直柄麻花钻头的前角，一般为118度，本次按照120度计算刀具切出长度：，本次是钻通孔，按照3mm走刀次数为1机动时间：工序 粗车左，右端外圆（1）计算切削用量车外圆根据中可以查知，；车削的加工余量为；由于刀具的最大吃刀的深度为，因此，经过一次加工就可以了，。代入数据，可以计算 得到： 式中：；。根据所使用的车床可以查知， ； (见文献15中）因此，实际的切削速度为 车端面根据中可以查知，；制件；代入数据，可以计算得到：根据所使用的CA6140车床可以查知， ； (见文献15中）代入数据，可以计算得到实际的切削速度为（2）计算切削用时 式中：；主偏角时，；，当加工到台阶时，；其中，代入数据，可以计算得到实际的切削用时为。工序 铣10mm键槽机床选用：选用铣床X51刀具选用：选用镶齿套式端面铣刀，（1）粗铣铣削深度：每齿进给量：根据表5-11，取铣削速度：参照表5-11，取机床主轴转速：进给量：工作台每分进给量：根据表6.2-7铣削的基本时间计算，本次为端面铣刀，铣削的基本工时计算公式如下式中工件的铣削长度本次的端面铣刀的主偏角，那么式中，查询表5-11得出本次的端面铣刀直径的铣削宽度为：铣刀直径为代入上式后得出，得出刀具切出长度：取，本次选择2mm：工作台水平进给量走刀次数为1机动时间（2）精铣铣削深度：每齿进给量：根据表5-11，取铣削速度：参照表5-11，取机床主轴转速：进给量：工作台每分进给量：根据表6.2-7铣削的基本时间计算，本次为端面铣刀，铣削的基本工时计算公式如下式中工件的铣削长度本次的端面铣刀的主偏角，那么式中，查询表5-11得出本次的端面铣刀直径的铣削宽度为：铣刀直径为代入上式后得出，得出刀具切出长度：取，本次选择2mm：工作台水平进给量走刀次数为1机动时间工序 铣12mm键槽（1）粗加工选择键槽铣刀，齿数为铣削深度：铣刀中的齿数每个齿的进给量：根据表5-14，取铣削速度：参照表5-14，取机床主轴转速：进给量：工作台每分进给量：根据表6.2-7铣削的基本时间计算，本次为立铣刀，铣削的基本工时计算公式如下式中工件的铣削长度（按照铣削尺寸计算）刀具切入长度：式中，查询表5-14得出本次的铣刀直径的铣削宽度为：铣刀直径为代入上式后得出，得出刀具切出长度：取，本次选择：工作台水平进给量走刀次数为1机动时间（2）精加工选择键槽铣刀，齿数为铣削深度：铣刀中的齿数每个齿的进给量：根据表5-14，取铣削速度：参照表5-14，取机床主轴转速：进给量：工作台每分进给量：根据表6.2-7铣削的基本时间计算，本次为键槽铣刀，铣削的基本工时计算公式如下式中工件的铣削长度刀具切入长度：式中，查询表5-14得出本次的铣刀直径的铣削宽度为：铣刀直径为代入上式后得出，得出刀具切出长度：取，本次选择：工作台水平进给量走刀次数为1机动时间工序 钻5孔刀具：麻花钻头5进给量：根据表5-22，取切削速：参照表5-22，取机床主轴转速：， 被切削层长度：刀具切入长度：刀具切出长度：，选取2走刀次数为1机动时间：工序 精车外圆1）切削深度：余量mm，可以一次切除。2）进给量：查机械制造工艺设计手册表3-15，mm/r,查机床说明书，现取mm/r3）计算切削速度 查工艺师手册表27-12k (m/min)4）确定主轴转速：n(r/min)按照机床说明书，取n=250r/min。所以实际切削速度： (m/min)5）切削工时:刀具行程 mm (min)工序 磨主轴颈外圆机床：使用型号为磨床B1312；刀具：使用砂轮；深度加工：；根据参考书籍中可以查知，深度制造为；加工的进给距离为；根据教科书籍书3资料中可以查知，制造速度为；代入数据，可以计算得到主轴的制造动度为：；根据教科书籍3 资料中可以查知，；代入数据，可以计算得到实际的制造速度为：；代入数据，可以计算得到工作台每分钟的进给距离为：；被切削层的距离为：代入数据，可以计算得到刀具额切入距离为：；刀具的切出距离为：，此处取值；一次行程，；代入数据，可以计算得到加工用时为：；根据教科书籍1资料中可以查知，其余工序所消耗的时间为工序 去毛刺检验第三章 钻5孔专用夹具设计3.1确定设计方案本夹具主要用来钻5孔夹具。由于加工本道工序的工序简图可知。钻5孔时，粗糙度要求，阶台轴大平面与上平面有平行度要求,并与工艺孔轴线分别垂直度的要求，本道工序是对阶台轴进行加工。因此在本道工序加工时，主要应考虑提高劳动生产率，降低劳动强度。同时应保证加工尺寸精度和表面质量。3.2夹紧机构的确定夹紧装置采用移动的压头来夹紧工件，采用的移动压柱的好处就是加工完成后，可以将压板松开，然后退后一定距离把工件取出。夹具体的设计主要考虑零件的形状及将上述各主要元件联成一个整体。这些主要元件设计好后即可画出夹具的设计装配草图。整个夹具的结构夹具装配图如上所示。3.3夹紧力的确定钻削力与夹紧力计算本夹具是在铣床上使用的，用于定位压头螺钉的不但起到定位用，还用于夹紧，为了保证工件在加工工程中不产生振动，必须对压头施加一定的夹紧力。由计算公式 Fj=FsL/(d0tg(+1)/2+rtg2) 式（3.2）Fj沿螺旋轴线作用的夹紧力 Fs作用在六角螺母L作用力的力臂(mm) d0螺纹中径(mm)螺纹升角()1螺纹副的当量摩擦()2螺杆(或螺母)端部与工件(或压块)的摩擦角()r螺杆(或螺母)端部与工件(或压块)的当量摩擦半径()根据参考文献6其回归方程为 FjktTs其中Fj螺栓夹紧力(N)； kt力矩系数(cm1) Ts作用在螺母上的力矩(N.cm)； Fj =52000=10000N根据参考文献11夹具U型槽的结构如图3.8所示。图3.8 U型槽主要结构尺寸参数如下表3.5所示。表3.5 U型槽的结构尺寸螺栓直径12143020由于本道工序是完成阶台轴平面尺寸为螺纹孱人加工，所以选用钻模套导向刀具。根据GB224380直角对到刀块的结构和尺寸如图3.9所示。3.4定位基准的选择由零件图可知工艺孔的轴线所在平面有平行度的要求，从定位和夹紧