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西安广播电视大学开放教育试点机械设计制造及其自动化专业（本科）毕业设计 论文题目：卷筒轴机械加工工艺规程及专用夹具设计姓 名： 学 号： 所在分校： 指导教师： 年 月 日摘 要机械加工工艺是实现产品设计、保证产品质量、节约能源、降低消耗的需要手段，是企业进行生产准备、计划调度、加工操作、安全生产、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。深孔加工指长径比(即孔深L与孔径d之比)大于510的孔。本次设计的难题在于深孔加工。普通的深孔L/d20100的特深深孔则须在专用设备、专用深孔加工机床和深孔刀具进行加工。在深孔加工时孔为半封闭，其固有难题是：断屑、排屑难，导热差、冷却润滑不易，还会出现刀具刚性差、易抖动、震动、变形折断等情况。本次设计的主要内容除解决深孔加工的难题之外，还包括总体方案设计与选择，卷筒轴的机械加工工艺路线的设计、加工参数的计算、加工工时的计算、专用夹具的设计和部分机械图的绘制。关键词: 机加工参数；切削时间；余量；精度；夹具AbstractThe machine-finishing craft is the method in need to realize the design,to guarantee the quality of the product, to save energy and to reduce the consumption,it is the important basis for enterprise to carrie on the production preparation,the planing and dispatching,the processing and operating,the safe producting, the technical examination and the labor organizations perfecting,it also is the technical guarantee of the enterprise to enrich productions variety,improve the quality,renew the production and enhance the economic efficiency. The deep bore refers to bore that the ratio of the bore deep L and bore path d is bigger than 5 10 . This difficult problem of this design lies in the deep hole processing.Ordinary,the L/d of deep bore is small than 520. It can be prosessed after the twist drill be lengthened by joining. For the especially deep bore which L/d 20 100,it would be processed in the special purpose equipment or the special-purpose deep bore processing engine bed with the deep bore cutting tool. The bore is a half close when the deep bore processing, its inherent difficult problems are: breaking scraps and lineing up scraps is difficult, the condition of transmitting heat is bad, the cooling and lubrication is not easy. Also such problems may apper as the cutting tools rigidity not enough,the tovibrating, the vibrating, the tools be distorted or even be broken off and so on. This design not only solves the difficult problems in deep hole processing, but also contents the design and the selection of the overall plan, the design of route of reel axis machine-finishing craft, the computation of the parameter and man-hour in the processing , the design of the unit clamp and some of its mechanical drawings.Keyword: Machining parameters；Chip time；Margin；Precision and Jig目 录1 绪 论12 卷筒轴的机械加工工艺规程设计32.1 零件的分析32.1.1 零件的作用及结构分析32.1.2 零件的工艺分析42.2 工艺规程设计52.2.1 确定毛坯的制造形式及毛坯及余量52.2.2 基准的选择62.2.3 制订工艺路线62.3 工序设计92.3.1 机床及工艺装备的选择92.3.2 加工工序参数设计112.3.3 时间定额的确定212.4 工艺文件303 专用夹具的设计313.1 夹具的结构方案确定313.1.1 工件在加工时应该限制自由度的分析313.1.2 定位元件的选择313.1.3 夹具基本结构方案的确定313.1.4 夹具受力状态的分析323.2 定位误差的分析33结束语34参考文献35附录3638卷筒轴机械加工工艺规程及专用夹具设计1、绪 论1论文的选题背景及目的：几年的本科学习生活即将结束，为了检验我们的所学是否能够真正应用到实际当中，学校为我们安排了这次毕业设计。我用半年的时间亲自实践一下机械加工工艺人员到底应该做什么。在设计的开始，在西安飞机工艺集团公司设备分公司52厂，我选择了卷筒轴，在师傅的带领及详细讲解下，使我对卷筒的工作原理、工作环境、工作过程及其在钣金生产中所占的位置有了一个比较详细的了解。卷筒是现代冶金生产及钣金加工中最常见的一种设备，是扎制板材出卷成捆动作的主要完成部件。它影响着板材的运输及成品美观。因此,卷筒的工作好坏对生产厂的效益及形象有很大的影响。西安飞机工艺集团公司设备分公司52厂需要对公司内军品、民品生产单位所属的卷筒进行技术改造，我的任务是通过所学的理论知识设计卷筒轴的机械加工工艺。因为实际条件有限，本次设计只是综合实习中所掌握的生产经验，经过相关理论与经验公式的推导来设计其机加工艺规程，并经过理论校核检验是否达到设计要求。 2机械制造业在国民经济中的地位：从石器时代到工业革命到信息时代，人类文明的发展、社会的进步都与制造技术的改进密切相关。制造技术是完成制造活动所需的一切手段的总和。制造技术是制造企业的技术支柱，是制造企业持续发展的根本动力。制造业更是在国民经济中扮演着举足轻重的角色。在整个制造业中，机械制造业占有特别重要的地位。因为机械制造业是国民经济的装备部，国民经济各部门的生产水平和经济效益在很大程度上取决于机械制造业所提供的装备的技术性能、质量和可靠性。因而，各发达国家都把发展机械制造业放在突出的位置上。我国是一个文明古国，但近两个世纪由于帝国主义的侵入和腐朽的半封建半殖民地社会制度，严重束缚了中国社会的发展，使中国几千年的文明失去了光芒。至中华人民共和国成立前夕，中国的制造业几乎为零。3我国机械制造业面临的挑战和机遇：解放以来的50年间，我国机械制造业有了很大地发展，开始拥有了自己独立的汽车工业、航天航空工业等技术难度较大的机械制造工业。特别是改革开放以来，我国机械制造业充分利用国内外两方面的资金和技术，进行了较大规模的技术改造，制造技术、产品质量和水平及经济效益有了很大的提高，为推动国民经济发展起了重要作用。但与工业发达的国家相比，我国机械制造业的水平还存在阶段性的差距，主要表现在产品质量和水平不高，技术开发能力不强，基础元器件和基础工艺不过关，生存率低下，科技投入严重不足等。例如，我国机械制造业拥有300多万台机床，2000多万职工，堪称世界之最。但由于产品结构和生产技术相对落后，致使我国许多高精尖设备和成套设备仍需大量进口，机械制造业人均产值仅为发达国家的几十分之一。面对越来越多激烈的国际市场竞争，我国机械制造业面临着严峻的挑战。我们在技术上已经落后，加上资金不足，资源短缺，以及管理体制和周围环境还存在许多问题，需要改进和完善，这些都给我们迅速赶超世界先进水平带来极大的困难。但另一方面，我国改革的不断深入，对外开放的不断扩大，为我国机械制造业的振兴和发展提供了前所未有的良好条件。当今，制造业的世界格局已经和正在发生重大的变化，欧、亚、美三分天下的局面已经形成，世界经济重心开始向亚洲转移已出现征兆，制造业的产品结构、生产模式也在迅速变革之中。所有这些又给我们带来了难得的机遇。挑战与机遇并存，我们应该正视现实，面对挑战，抓住机遇，深化改革，以振兴和发展中国的机械制造业为己任，励精图治，奋发图强，以使我国的机械制造业在部太长的时间内，赶上世界先进水平。4课题的研究内容及方法：此次设计内容是根据西安飞机工艺集团公司设备分公司52厂的卷筒所选的课题。我设计的主要内容是卷筒的轴的机械加工工艺。在设计中采用的主要方法是通过过去参加的生产实习经验的总结、技术知识的积累和技术标准等为基础，在设计中本着高效节能的总体方针，注重加工工艺的经济性、易行性，运用所学的知识通过经验公式及调整各项参数达到设计要求。此次机加工艺的设计难点在于卷筒轴上的深孔加工。深孔加工指长径比(即孔深L与孔径d之比)大于510的孔。普通的深孔L/d20100的特深深孔则须在专用设备、专用深孔加工机床和深孔刀具进行加工。在深孔加工时孔为半封闭，其固有难题是：断屑、排屑难，导热差、冷却润滑不易，还会出现刀具刚性差、易抖动、震动、变形折断等情况。近年来，深孔加工技术的发展很快，我国机械制造加工业对深孔加工技术的研究也取得了长足的进步，如将深孔钻削与低频振动切削结合起来形成的深孔振动钻削技术；喷吸钻系统、单管内排屑喷吸钻(SED)系统、枪钻系统、BTA钻削系统、深孔套料钻削系统等也都有相应的研究和创新。目前,深孔加工技术已在国防工业、石油采掘、航空航天、机床、汽车等行业获得相当广泛的应用，且由于其高效、高精度等优越性，深孔加工技术也在某些零件的浅孔加工中得到应用。此次机加工艺设计的重点在于体会中国切削加工的发展动向。在数控技术和刀具技术的共同推动下切削加工已进入了高速切削时代。近二十年切削速度提高了5至10倍，切削加工效率提高了50%到一倍。切削速度提高到一定数值后随着切削速度的增加切削力反而下降，在更高的切削速度下工件的温升也随之降低。现在新型硬质合金涂层刀具、各种超硬刀具已广泛用于汽车、航空、航天和模具等行业各种材料的高速切削加工，包括干切削、重切削和硬切削加工，有效地提高了加工效率和产品质量。伴随加工效率的不断提高，切削理念也在不断更新。也可以说切削理念的更新也在推动着加工效率的不断提高。所以我们作的机加工艺的设计也应本着与时俱进的理念，不断吸纳新的设计元素、新的加工工艺。通过毕业设计，我们把本科学习中学到的知识真正应用到实际，在设计中我们不但使所学的专业知识得到了具体应用而且还用到了很多以前所学的基础知识，可以说是本科学习生活的大总结、大检阅。作为已参加工作的学生，这次毕业设计是我们工作的一次提高。因此，我会竭尽所能的完成此次毕业设计，并在设计中进一步的提高自己独立分析问题、解决问题的能力，熟练掌握设计过程。为今后的工作打下基础，也是给宝贵的本科学习生活画下圆满的句号。2、卷筒轴的机械加工工艺规程设计2.1 零件的分析2.1.1 零件的作用及结构分析题目所给定的零件是钣金行业中所需用的卷筒轴。卷筒轴是钢板、铝板出卷成捆动作的主要完成部件。卷筒轴的小端与胀缩液压缸相连并在其带动下完成轴向的运动，卷筒轴的大端外圆套着扇形板完成钢板、铝板的成卷动作，并在成卷的动作完成时，在胀缩液压缸的动作下沿轴向退出使已捆扎好的钢板、铝板被运走。2.1.2 零件的工艺分析 图2.1 卷筒轴零件图卷筒轴这个零件从零件图上可以看出，是一个空心的挠性轴，由于其轴向尺寸较大且中孔的直径与加工深度之比也较大，可以说加工极其困难。另外，卷筒轴的应用仅限于西安飞机工艺集团公司内部技改及设备维护，产品应用的数量不是很大，所以生产类型确定为单件小批量生产，工序宜集中、不宜分散。1） 由于结构比较复杂，又属于细长轴类零件，其刚性较差、加工精度要求又高。特别是其外圆表面，粗糙度要求较高。因此，所有主要工表面分为粗加工、半精加工和精加工三个加工阶段，而且工序分得很细，这样经过多次加工后，逐次减少了零件的变形误差、提高表面精度。参考实用机械加工工艺手册2中关于经济精度的参数，得表2.1。由此初步设计加工路线：Ra=0.4的加工面，粗车半精车精车粗磨精磨；Ra=0.8的加工面，粗车半精车精车粗磨； Ra=1.6的加工面，粗车半精车精车；Ra=3.2的加工面，粗车半精车表2.1 外圆柱表面加工路线及所能达到得公差等级和表面粗糙度加工路线公差等级IT表面粗糙度/m粗 车11以下10025粗车半精车81012.56.3粗车半精车 精车786.31.6磨粗车半精车精车细车671.60.2粗磨精磨精车滚压粗车半精车粗磨精磨镜面磨削50.40.1研磨超精加工抛光粗车半精车粗磨精磨镜面研磨5以下0.0.012粗研磨精研磨超精加工抛光2） 安排足够的热处理工序，也是保证消除零件内应力、减少零件变形的重要手段。毛坯在经过粗加工后安排调质处理。并在整个工序的偏后部分加入局部渗氮处理。渗氮处理的工艺特点：向工件表面渗入氮原子形成氮化层的过程。为了保证工件心部获得必要的力学性能，需要在渗氮前进行调质处理，使心部获得索式体组织，同时为了减少在渗氮中变形，在切削加工后，一般需要进行消除应力的高温回火。渗氮处理的目的和应用：提高表面硬度、耐磨性和疲劳强度（实现这两个目的的为强化渗氮）以及抗蚀能力（抗蚀渗氮）。渗氮层厚度根据渗氮工艺性和使用性能，一般不超过0.60.7mm ,渗氮广泛用于各种高速卷筒精密齿轮、高精度机床主轴；在变向载荷工作条件下要求很高疲劳强度的零件。3） 在以毛坯外形找正划线时，要兼顾各部分的加工余量，以减少毛坯件的废品率。4） 加工时注意保证精加工的余量。2.2 工艺规程设计2.2.1 确定毛坯的制造形式及毛坯及余量 根据零件材料为45号钢，考虑到卷筒轴在工作中经常承受冲击性载荷，确定毛坯为锻造，以便使金属纤维尽量不被切断，保证零件工作可靠。再综合其生产纲领为小批量生产、及其外形，可以确定毛坯为自由锻。为简化锻件毛坯的外形，降低锻造加工的难度，应将毛坯外形尽量简化。选取锻件精度等级为F级，对小批量生产的锻件加工余量由机械制造手册查得各表面的总余量及极限偏差，见表2.2。 表2.2 锻件毛坯各表面总余量及极限偏差 mm零件直径零件长余量与极限偏差（锻件精度等级F）3102508.51985001209.52083908821882.2.2 基准的选择基准选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基准选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，不但使加工工艺过程中的问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。对于像卷筒轴这样的细长空心轴零件来说选择好基准是至关重要的。粗基准的选择：对于一般的轴类零件而言，以外圆作为粗基面、以顶尖孔作为粗基准是完全合理的。为保证零件的位置精度与形状精度，对于有形位要求的加工面，应尽量在一次装夹下加工完成。精基准的选择：对于卷筒轴而言，再由外圆作精基准面、中心孔作精基准是不太合适的。主要是由于卷筒轴过于细长，刚性差，会增大加工误差；另外还要在加工过程中加入修整中心孔的工序，增加了加工难度。故在本次设计中提出：可将轴承面200、360先精加工出来，并用专用夹具夹紧定位，使其作为后续加工的精基准。2.2.3 制订工艺路线根据先面后孔、先主要表面后次要表面、先粗加工后精加工的原则，以及各表面加工要求和各种加工方法能达到的经济精度，初步确定各表面的加工方法见表2.3。表2.3 初拟工艺路线方案序号工序名称工序内容定位基准1锻造自由锻2热处理正火3铣加工铣端面、钻顶尖孔毛坯外圆4粗车外圆200、220、260、310、430、30锥形轴颈、500、460、360、320顶尖孔5热处理调质67车大端车小端290、300、320、340、390、15轴颈、420、440、460、500、倒角545、退刀槽宽18190、180、220、260、310、430、30锥形轴颈、退刀槽宽8、倒角245顶尖孔8钻深孔120、140、1459钻底孔钻M10、M36的底孔10精车外圆300、260、220、200、360内孔：130及170、车螺纹M340、M420、M19011铣槽宽50长60双侧加工、宽32长400、宽100长430、宽30长30、宽36长30轴颈12热处理轴承面200、460、360局部渗氮13粗磨198、200、460、360、300轴颈14精磨198、300轴颈15攻丝手工攻丝M10、M36底孔表2.3中的方案遵循了工艺路线拟定的一般原则，但某些工序有些问题还值得进一步讨论。1应在工艺路线中加入划线的工作。并要充分重视划线环节的重要性，它可以兼顾各部分的加工余量，是减少毛坯件废品率重要手段之一。2车大端与车小端的工序可以在机床上经过一次装夹完成，所以可以将它们划在一起，以半精加工完成。 3将精车外圆200及360的工序提前，使其在半精加工大端及小端各部时完表2.4 卷筒轴机械加工工艺路线序号工序名称工序内容定 位 基 准工 艺 装 备1锻造自由锻2热处理正火3划线划端面及外形线、找正顶尖孔4铣加工铣端面、钻顶尖孔毛坯外圆T69165粗车外圆200、220、260、310、430、30锥形轴颈、500、460、360、320顶尖孔CW6180B6热处理调质7车削半精车：290、300、320、340、390、15轴颈、420、440、460、500、30锥形轴颈、310、430、180、190、220、260、310、退刀槽320及400宽18、退刀槽180宽18、槽R4、倒角345，545，1045 精车：360，n7级，倒角545精车：200，n7级，倒角545顶尖孔CW6180B8钻深孔钻底孔100，镗孔120、140、145轴颈TK2125A9精车外圆300、320、260、220、180，内孔：130及170、车螺纹M340、M420、M190轴颈CW6180B10划线划铣槽线11铣槽宽50长60双侧加工、宽32长400、宽100长430、宽30长30、宽36长30轴颈T691612钻底孔钻M36的底孔32轴颈T691613攻丝机械攻丝M36底孔T691614钻底孔钻M10的底孔9轴颈Z3310015表面热处理轴承面200、460、360局部渗氮16粗磨198、200、460、360、300轴颈M1380A17精磨198、300轴颈M1380A18攻丝手工攻丝M10底孔19检验成，这样可以使200和360的轴颈定位方式早些使用。4考虑到加工中的便利特别是为了减少换刀的次数，应将半精车及后续的精车里的工步顺序进行适当调整。5在钻深孔的工序里，不应一次就将设计尺寸加工完成，为提高其加工精度应分多次进给完成。考虑到机床TK2125A工作的限制，应先钻通孔100之后再根据设计要求尺寸进行镗孔。6M36的底孔可以用落地铣镗床T6916加工，并可以将其安排在铣槽的工序后，以减少工件的装卸与搬运工作。而M10的底孔应用钻床来加工，所以钻底孔的工序应分开进行，并调整顺序。7M36的螺纹用手工攻丝会给钳工太大难度，应改为机械攻丝。8完善工艺路线还应加入检验等工序。根据以上提出的问题对工艺路线进行修改，修改后的工艺路线见表2.4。2.3 工序设计2.3.1 机床及工艺装备的选择由于生产类型为小批量生产，且零件尺寸及重量都较大，故挑选加工设备时应多加考虑，宜多选通用机床、夹具及量具。工件在各机床上的装卸及各机床间的传送均由吊车完成。1、深孔加工。考虑到工件的外形尺寸及加工要求，选取TK2125A数控深孔镗床。 图2.2 TK2125A数控深孔镗床该机床是专门加工深孔类工件的设备，进给结构为双齿轮齿条卷筒，刚性好，加工范围大。主要功能有钻孔、镗孔（可镗削盲孔），可进行滚压加工，滚压后，粗糙度一般可以达到Ra0.4以下。钻孔采用BTA方式；镗孔采用推镗方式，授油器进油。工件的顶紧和授油器的夹紧均采用液压控制，安全可靠、操作方便。适用于各种液压油缸、主轴孔、汽缸孔、冷却孔的加工，适于大批或小批生产。深孔加工时选用ZJ型可转位BTA深孔钻头。该钻头选用优质可转位涂层刀片，具有加工效率高、转换刀片方便、刀体可长期使用、刀具消耗费用低等多种特点。可加工碳素钢、高强度合金钢、不锈钢等多种材料。钻头规格及配用刀杆详见表2.5。内排屑深孔钻BTA系统：内排屑深孔钻的内排屑深孔钻的钻头(切削部分)和钻杆一般用螺纹连接组成，工作时高压切削油由钻杆外圆和工件孔壁间的空隙注入，切屑随同切削液由钻杆中心排出。内排屑系统深孔钻Botek称为BTA系统，各厂亦用此名。Botek内排屑系统还包括拉镗式刀具。BTA深孔钻头详见图2.3。TK2125A数控深孔镗床的钻孔直径范围为25100mm，而镗孔最大直径可达表2.5 钻头规格及配用刀杆钻头规格配用刀杆5043554865567061756580 85 90 10070图2.3 BTA深孔钻头250mm，钻镗孔最大深度范围为18m（长径比100：1），工件夹持直径范围为40350mm，主轴转速范围、级数为701200mm/min（12级），进给速度范围为101000mm/min（无级）。其他主要技术规格及参数详见附录表1。2、车削加工。考虑到工件的外形尺寸及加工要求，选取CW6180B系列车床，该机床功率大,刚性好，适用于强力或高速切削。主要用于车削各种工件的内圆、外圆、端面，以及公制、英制、模数和径节螺纹。并可承担钻孔、镗孔等工艺。机床主轴为变频无级调速，可实现不停车变速，变速范围宽，可适合粗、精加工工艺的需求。床身耐磨性和精度保持性好，承载能力强。其床身上最大回转直径为800mm；加工最大工件长度为1-10 m；床身导轨宽度为600mm；卡盘顶尖间承重可达3T；主轴转速范围为6-800r/min(二挡，无级)；主电机功率为15kW；并有供有附件1.500四爪卡盘 2.50-300中心架 3.50-150跟刀架 4.车锥装置。其他主要技术规格及参数详见附录表2。3、铣削加工。采用功率为55Kw的落地铣镗床T6916。该机床的镗轴直径为160mm而铣轴直径为260mm，主轴箱行程为3000mm；镗轴行程为1200mm；主轴转速范围为1.6508 r/min（无极）；承重为94t。铣削端面时，选取不重磨硬质合金刀片套式面铣刀：D=400mm、Z=20；铣削加工槽宽50长60时，选取直柄立铣刀：D=50mm、l=75mm（双面加工）；铣削加工槽宽32长400时，选取直柄立铣刀：D=32、Z=8，一次走刀；铣削加工槽宽100长430时，选取直柄立铣刀：D=50、Z=6，两次走刀；铣削加工槽宽30长30 时，选取锥形刀杆和镗刀配合来加工；铣削加工槽宽36长30时，选取锥形刀杆和镗刀配合来加工。 4、磨削加工。采用电机总功率为45Kw的外圆磨床M1380A。该机床主要用于磨削IT6IT7级精度的圆柱形或圆锥形的外表面。所获得的加工表面粗糙度可达Ra1.250.08m。工件转速范围为660 r/min（无极）；砂轮架电动机功率为17Kw；砂轮的最大直径为750mm；砂轮的宽度为75mm；砂轮的孔径为305mm；磨削速度为35m/s。机床外形尺寸为长1