KCSJ-12蜗杆工艺及夹具设计【通过答辩毕业论文+CAD图纸】
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十二
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西南大学本科毕业论文（设计） 1 目 录 摘要 . 1 . 2 0 文献综述 . 3 蜗杆传动简介 . 3 蜗杆传动特点 . 3 蜗杆传动类型 . 3 1 引言 . 3 蜗杆轴类零件的功用与结构 . 3 2 蜗杆轴类零件的技术要求 . 4 加工精度 . 4 表面粗糙度 . 5 3 蜗杆轴类零件的材料和毛坯 . 5 蜗杆轴类零件的材料 . 5 蜗杆轴类零件的毛坯 . 5 蜗杆轴加工的工艺分析 . 6 4 蜗杆轴加工的工艺路线 . 6 基本加工路线 . 6 典型加工工艺路线 . 7 蜗杆轴的加工工艺过程 . 8 外圆表面的加工方法和加工精度 . 8 外圆表面的车削加工 . 8 外圆表面的磨削加工 . 10 外圆表面的光整加工 . 12 西南大学本科毕业论文（设计） 2 蜗杆轴的加工工总结 . 16 5 专用夹具的基本要求和设计步骤 . 17 对专用夹具的基本要求 . 17 专用夹具设计步骤 . 18 夹具体的设计 . 18 对夹具体的要求 . 18 夹具体毛坯的类型 . 20 专用夹具设计示例 . 20 夹 具总图上尺寸、公差和技术要求的标注 . 22 夹具总图上应标注的尺寸和公差 . 22 夹具总图上应标注的技术要求 . 23 夹具总图上公差值的确定 . 23 工件在夹具上加工厂的精度分析 . 24 影响加工精度的因素 . 24 保证加工精度的条件 . 26 在钢套上钻 5 . 27 . 27 济分析的原始数据 . 27 经济分析的计算步骤 . 28 经济分析举例 . 28 6 结论 . 31 参考文献 . 32 附录 . 33 致 谢 . 38 西南大学本科毕业论文（设计） 1 蜗杆零件工艺综合及专用夹具设计 苏信高 西南大学工程技术学院，重庆 400716 摘要： 本论文主要阐述蜗杆零件工艺的指设计方法和专用夹具的设计，蜗杆是只具有一个或几个螺旋齿，并且与蜗轮啮合而组成交错轴齿轮副的齿轮。其分度曲面可以是圆柱面，圆锥面或圆环面。在论文中首先简单简述了蜗杆的设计，再以 例详细讲述就设计蜗杆的步骤、要求、及注意事项。最后以铣槽为设计了夹具 。 目前在蜗杆零件的设计、制造以及应用上 ，国内与国外先进水平相比仍有较大的差距。国内在设计制造蜗杆零件过程中存在着很大程度上的缺点，正如论文中揭示的那样，重要的问题如：齿轮的根切、蜗杆毛坯的正确设计、蜗轮蜗杆的校核，专一的夹具设计等。有待于更好的探讨与发展。 关键词： 蜗杆零件；圆锥面或圆环面；毛坯；校核。 西南大学本科毕业论文（设计） 2 u 00716, to is or a of or In of At in a In of a as of of To be a or 西南大学本科毕业论文（设计） 3 0 文献综述 蜗杆传动简介 蜗杆传动由 蜗杆 和 蜗轮 组成，一般蜗杆为主动件。蜗杆和螺纹一样有右旋和左旋 之分，分别称为右旋蜗杆和左旋蜗杆。蜗杆上只有一条螺旋线的称为单头蜗杆，即蜗杆转一周，蜗轮转过一齿，若蜗杆上有两条螺旋线，就称为双头蜗杆，即蜗杆转一周，蜗轮转过两个齿。 蜗杆传动特点 ，结构紧凑。蜗杆头数用 示（一般 4），蜗轮齿数用 示。从传动比公式 I=1 可以看出，当 ，即蜗杆为单头，蜗杆须转 而可得到很 大传动比，一般在动力传动中，取传动比 I=10分度机构中， I 可达 1000。这样大的传动比如用 齿轮传动 ，则需要采取多级传动才行，所以蜗杆传动结构紧凑，体积小、重量轻。 噪音 。因为蜗杆齿是连续不间断的螺旋齿，它与蜗轮齿啮合时是 连续不断的，蜗杆齿没有进入和退出啮合的过程，因此工作平稳，冲击、震动、噪音小。 锁 性。蜗杆的螺旋升角很小时，蜗杆只能带动蜗轮传动，而蜗轮不能带动蜗杆转动。 般认为蜗杆传动效率比齿轮传动低。尤其是具有自锁性的蜗杆传动，其效率在 下，一般效率只有 面容易磨损，成本高。 蜗杆传动类型 按蜗杆形状的不同可分 ： 1圆柱蜗杆传动 2环面蜗杆传动 3锥蜗杆传动 1 引言 蜗杆轴类零件的功用与结构 蜗杆轴是组成机械的重要零件，也是机械加工中常见的典型零件之一。它支撑着其它转动件回转并传递扭矩，同时又通过轴承与机器的机架连接。 西南大学本科毕业论文（设计） 4 蜗杆轴类零件是旋转零件，其长度大于直径，由外圆柱面、圆锥面、内孔、螺纹及相应端面所组成。加工表面通常除了内外圆表面、圆锥面、螺纹、端面外，还有花键、键槽、横向孔、沟槽等。 根据功用和结构形状，蜗杆轴类有多种形式，如光轴、空心轴、半轴、阶梯轴、花键轴、偏心轴、曲轴、凸轮轴等。如图 1 1蜗杆轴 2 蜗杆轴类零件的技术要求 加工精度 1)尺寸精度：蜗杆轴类零件的尺寸精度主要指轴的直径尺寸精度和轴长尺寸精度。按使用要求，主要轴颈直径尺寸精度通常为 密的轴颈也可达 长尺寸通常规定为公称尺寸，对于阶梯轴的各台阶长度按使用要求可相应给定公差。 2)几何精度：蜗杆轴类零件一般是用两个轴颈支撑在轴承上，这两个轴颈称为支撑轴颈，也是轴的装配基准。除了尺寸精度外，一般还对支撑轴颈的几何精度（圆度、圆柱度）提出要求。对于一般精度的轴颈，几何 形状误差应限制在直径公差范围内，要求高时，应在零件图样上另行规定其允许的公差值。 3)相互位置精度 蜗杆轴类零件中的配合轴颈（装配传动件的轴颈）相对于支撑轴颈间的同轴度是其相互位置精度的普遍要求。通常普通精度的轴，配合精西南大学本科毕业论文（设计） 5 度对支撑轴颈的径向圆跳动一般为 精度轴为 外，相互位置精度还有内外圆柱面的同轴度，轴向定位端面与轴心线的垂直度要求等。 表面粗糙度 根据机械的精密程度，运转速度的高低，轴类零件表面粗糙度要求也不相同。一般情况下，支撑轴颈的 表面粗糙度 6 m ；配合轴颈的表面粗糙度 3 m 3 蜗杆轴类零件的材料和毛坯 蜗杆轴类零件的材料 蜗杆轴类零件材料的选取，主要根据轴的强度、刚度、耐磨性以及制造工艺性而决定，力求经济合理。 常用的蜗杆轴类零件材料有 35、 45、 50 优质碳素钢，以 45 钢应用最为广泛。对于受载荷较小或不太重要的轴也可用 对于受力较大，轴向尺寸、重量受限制或者某些有特殊要求的可采用合金钢。如 40金钢可用于中等精度，转速较高的工作 场合，该材料经调质处理后具有较好的综合力学性能；选用 65合金钢可用于精度较高，工作条件较差的情况，这些材料经调质和表面淬火后其耐磨性、耐疲劳强度性能都较好；若是在高速、重载条件下工作的蜗杆轴类零件，选用 2020208碳钢，这些港经渗碳淬火或渗氮处理后，不仅有很高的表面硬度，而且其心部强度也大大提高，因此具有良好的耐磨性、抗冲击韧性和耐疲劳强度的性能。 球墨铸铁、高强度铸铁由于铸造性能好，且具有减振性能，常在制造外形结构复杂的轴中采用。 特别是我国研制的稀土 镁球墨铸铁，抗冲击韧性好，同时还具有减摩、吸振，对应力集中敏感性小等优点，已被应用于制造汽车、拖拉机、机床上的重要轴类零件。 杆轴类零件的毛坯 蜗杆轴类零件的毛坯常见的有型材（圆棒料）和锻件。大型的，外形结构复杂的轴也可采用铸件。内燃机中的曲轴一般均采用铸件毛坯。 型材毛坯分热轧或冷拉棒料，均适合于光滑轴或直径相差不大的阶梯轴。锻西南大学本科毕业论文（设计） 6 件毛坯经加热锻打后，金属内部纤维组织沿表面分布，因而有较高的抗拉、抗弯及抗扭转强度，一般用于重要的轴。 蜗杆轴加工的工艺分析 实例，图 1示为一蜗杆轴，材料选用 40。产品属于小批量生产。 图 1 该蜗杆轴 由 A， B， 体部分是装配离合器的表面； 30处装配圆螺母来固定轴承的轴向位置。根据外形结构其毛坯选用 70料），在锯床上按 292 1图 1毛坯图 4 蜗杆轴加工的工艺路线 基本加工路线 外圆加工的方法很多，基本加工路线可归纳为四条。 西南大学本科毕业论文（设计） 7 粗车 半精车 精车：对于一般常用材料，这是外圆表面加工采用的最主要的工艺路线。例如：图 2中 面。 粗车 半精车 粗磨 精磨：对于黑色金属材料，精度要求高和表面粗糙度值要求较小、零件需要淬硬时，其后续工序只能用磨削而采用的加工路线。例如：图 2中 粗车 半精车 铣车：对于有凹槽的零件，用车刀加工通常不易得到所要求的表面粗糙度，因为有有凹槽不容易进刀，容易在退刀时，损坏刀具或零件的效果。例如：图 2中 。 粗车 半精 粗磨 精磨 光整加工：对于黑色金属材料的淬硬零件，精度要求高和表面粗糙度值要求很小，常用此加工路线。图 1粗加工 图 1典型加工工艺路线 蜗杆轴的主要加工表面是外圆表面，也还有常见的特特形表面，因此针对各种精度等级和表面粗糙度要求，按经济精度选择加工方法。 对普通精度的蜗杆轴加工，其典型的工艺路线如下： 毛坯及其热处理 预加工 车削外圆 铣键槽 （花键槽、沟槽） 热处理 磨削 终检。 1）蜗杆轴的预加工：轴类零件的预加工是指加工的准备工序，即车削外圆之前的工艺。 校直毛坯在制造、运输和保管过程中，常会发生弯曲变形，为保证加工余 量均匀及装夹可靠，一般冷态下在各种压力机或校值机上进行校直。 2）蜗杆轴加工的定位基准和装夹 西南大学本科毕业论文（设计） 8 以工件的中心孔定位 在轴的加工中，零件各外圆表面，锥孔、螺纹表面的同轴度，端面对旋转轴线的垂直度是其相互位置精度的主要项目，这些表面的设计基准一般都是轴的中心线，若用两中心孔定位，符合基准重合的原则。中心孔不仅是车削时的定为基准，也是其它加工工序的定位基准和检验基准，又符合基准统一原则。当采用两中心孔定位时，还能够最大限度地在一次装夹中加工出多个外圆和端面。 以外圆和中心孔作为定位基准（夹一顶） 用两中 心孔定位虽然定心精度高，但刚性差，尤其是加工较重的工件时不够稳固，切削用量也不能太大。粗加工时，为了提高零件的刚度，可采用轴的外圆表面和一中心孔作为定位基准来加工。这种定位方法能承受较大的切削力矩，是轴类零件最常见的一种定位方法。 以两外圆表面作为定位基准 在加工空心轴的内孔时，（例如：机床上莫氏锥度的内孔加工），不能采用中心孔作为定位基准，可用轴的两外圆表面作为定位基准。当工件是机床主轴时，常以两支撑轴颈（装配基准）为定位基准，可保证锥孔相对支撑轴颈的同轴度要求，消除基准不重合而引起的误差。 以带有中心孔的锥堵作为定位基准 在加工空心轴的外圆表面时，往往还采用代中心孔的锥堵或锥套心轴作为定位基准。 蜗杆轴的加工工艺过程 外圆表面的加工方法和加工精度 轴类、套类和盘类零件是具有外圆表面的典型零件。外圆表面常用的机械加工方法有车削、磨削和各种光整加工方法。车削加工是外圆表面最经济有效的加工方法，但就其经济精度来说，一般适于作为外圆表面粗加工和半精加工方法；磨削加工是外圆表面主要精加工方法，特别适用于各种高硬度和淬火后的零件精加工；光整加工是精加工后进行的超精密加工方法（如 滚压、抛光、研磨等），适用于某些精度和表面质量要求很高的零件。 由于各种加工方法所能达到的经济加工精度、表面粗糙度、生产率和生产成本各不相同，因此必须根据具体情况，选用合理的加工方法，从而加工出满足零件图纸上要求的合格零件。 外圆表面的车削加工 (1)外圆车削的形式 轴类零件外圆表面的主要加工方法是车削加工。主要的西南大学本科毕业论文（设计） 9 加工形式有 如下表 。 表 1 为外圆表面各种加工方案和经济加工精度 序号 加工方法 经济精度（公差等级） 经济粗糙度 m 适用范围 1 粗车 用于淬火钢以外的各种金属 2 粗车 3 粗车 精车 4 粗车 精车 25 5 粗车 磨削 主要用于淬火钢，也可用于未淬火钢 6 粗车 粗磨 7 粗车 粗磨 超精加工（或轮式超精磨） 12 8 粗车 精车 刚车） 25 主要用于要求较高的有色金属 9 粗车 粗磨 超精磨（或镜面磨） 上 高精度的外圆加工 10 粗车 粗磨 研磨 上 1）荒车 自由锻件和大型铸件的毛坯，加工余量很大，为了减少毛坯外圆形状误差和位置偏差，使后续工序加工余量均匀，以去除外表面的氧化皮为主的外圆加工，一般切除余量为单面 1 2）粗车 中小型锻、铸件毛坯一般直接进行 粗车。粗车主要切去毛坯大部分余量（一般车出阶梯轮廓），在工艺系统刚度容许的情况下，应选用较大的切削用量以提高生产效。 3）半精车 一般作为中等精度表面的最终加工工序，也可作为磨削和其它加工工序的预加工。对于精度较高的毛坯，可不经粗车，直接半精车。 4）精车 外圆表面加工的最终加工工序和光整加工前的预加工。 5）精细车 高精度、细粗糙度表面的最终加工工序。适用于有色金属零件的西南大学本科毕业论文（设计） 10 外圆表面加工，但由于有色金属不宜磨削，所以可采用精细车代替磨削加工。 但是，精细车要求机床精度高，刚性好，传动平稳，能微量进给， 无爬行现象。车削中采用金刚石或硬质合金刀具，刀具主偏角选大些（ 450 ,刀具的刀尖圆弧半径小于 减少工艺系统中弹性变形及振动。 (2)车削方法的应用 1）普通车削 适用于各种批量的轴类零件外圆加工，应用十分广泛。单件小批量常采用卧室车床完成车削加工；中批、大批生产则采用自动、半自动车床和专用车床完成车削加工。 2)数控车削 适用于单件小批和中批生产。近年来应用愈来愈普遍，其主要优点为柔性好，更换加工零件时设备调整和准备时间短；加工时辅助时间少，可通过优化切削参数和适应 控制等提高效率；加工质量好，专用工夹具少，相应生产准备成本低；机床操作技术要求低，不受操作工人的技能、视觉、精神、体力等因素的影响。对于轴类零件，具有以下特征适宜选用数控车削。结构或形状复杂，普通加工操作难度大，工时长，加工效率低的零件。加工精度一致性要求较高的零件。切削条件多变的零件，如零件由于形状特点需要切槽，车孔，车螺纹等，加工中要多次改变切削用量。批量不大，但每批品种多变并有一定复杂程度的零件。 对带有键槽，径向孔（含螺钉孔）、端面有分布的孔（含螺钉孔）系的蜗杆轴类零件，如带法兰的轴，带键槽或方头的 轴，还可以在车削加工中心上加工，除了能进行普通数控车削外，零件上的各种槽、孔（含螺钉孔）、面等加工表面也可一并能加工完毕。工序高度集中，其加工效率较普通数控车削更高，加工精度也更为稳定可靠。 外圆表面的磨削加工 (1)外圆表面磨削的工艺范围 用磨具以较高的线速度对工件表面进行加工的方法称为磨削。磨削加工是一种多刀多刃的高速切削方法，它使用于零件精加工和硬表面的加工。磨削的工艺范围很广，可以划分为粗磨、精磨、细磨及镜面磨。 磨削加工采用的磨具（或磨料）具有颗粒小，硬度高，耐热性好等特点，因此可 以加工较硬的金属材料和非金属材料，如淬硬钢、硬质合金道具、陶瓷等；西南大学本科毕业论文（设计） 11 加工过程中同时参与切削运动的颗粒多，能切除极薄极细的切屑，因而加工精度高，表面粗糙度值小。磨削加工作为一种精加工方法，在生产中得到广泛的应用。目前，由于强力磨削的发展，也可直接将毛坯磨削到所需要的尺寸和精度，从而获得了较高的生产率。 (2)外圆表面磨削的常用方法 1)纵磨法 砂轮高速旋转起切削作用，工件旋转作圆周进给运动，并和工作台一起作纵向往复直线进给运动。工作台每往复一次，砂轮沿磨削深度方向完成一次横向进给，每次进给（吃刀深度）都很小 ，全部磨削余量是在多次往复行程中完成的。当工件磨削接近最终尺寸时（尚有余量 应无横向进给光磨几次，直到火花消失为止。纵磨法加工精度和表面质量较高，适应性强，用同一砂轮可磨削直径和长度不同的工件，但生产率低。在单件、小批量生产及精磨中应用广泛，特别适用于磨削细长轴等刚性差的工件。 2)横磨法（切入法） 工件不作纵向往复运动，砂轮以缓慢的速度连续或间断地向工件作横向进给运动，直到磨去全部余量。横磨时，工件与砂轮的接触面积大，磨削力大，发热量大而集中，所以易发生工件变形、烧刀和退火。横磨 法生产效率高，适用于成批或大量生产中，磨削长度短、刚性好、精度低的外圆表面及两侧都有台肩的轴径。若将砂轮修整成型，也可直接磨削成型面。 3)综合磨法 先用横磨法将工件分段进行粗磨，相邻之间有 5接，每段上留有 精磨余量，精磨时采用纵磨法。这种磨削方法综合了纵磨和横磨的优点，适用于磨削余量较大（余量 工件。 4)深磨法 磨削时采用较小的纵向进给量（ 1r）和较大的吃刀深度（ 一次走刀中磨去全部余量。为避免切削负荷集中和砂轮外 圆棱角迅速磨钝，应将砂轮修整成锥形或台阶形，外径小的台阶起粗磨作用，可修粗些；外径大的起精磨作用，修细些。深磨法可获得较高的精度和生产率，表面粗糙度值较小，适用于大批量生产中，加工刚性好的短轴。 (3)外圆表面的无心磨削 在无心磨床磨削工件外圆时，工件不用顶尖来定心和支撑，而是直接将工件放在砂轮和导轮（用橡胶结合剂作的粒度较粗的砂轮）之间，由托板支撑，工件被磨削的外圆面作定位面。无心外圆磨床有两种磨削方式。 西南大学本科毕业论文（设计） 12 1)贯穿磨削法（纵磨法） 磨削时将工件从机床前面放到托板上，推入磨削区，由于导轮轴线在垂直平面内倾 斜角（ =10 ,导轮与工件接触处的线速度v 导 可以分解成水平和垂直两个方向得分速度 v 导水平 和 v 导垂直 ， v 导垂直 控制工件的圆周进给运动， v 导水平 使工件作纵向进给。所以工件进入磨削区后，便既作旋转运动，又作轴向移动，穿过磨削区，工件就磨削完毕。角增大，生产率高，但表面粗糙度随之增大；反之，情况相反。为保证导轮与工件呈线接触状态，需将导论形状修整成回转双面曲形。这种磨削方法不适用带台阶的圆柱形工件。 2)切入磨削法（横磨法）先将工件放在托板和导轮之间，然后由工件（连同导轮）或磨削 砂轮横向切入进给，磨削工件表面。这时导轮的中心线仅倾斜很小角度（约 30） ,以便对工件产生一微小的轴向推力，使它靠住挡板，得到可靠的轴向定位。切如磨法适用于磨削有阶梯或成形回转表面的工件，但磨削表面长度不能大于磨削砂轮宽度。 在磨床上磨削外圆表面时，应采用充足的切削液，一般磨钢件多用苏打水或乳化液；铝件采用加少量矿物油的煤油；铸铁、青铜件一般不用切削液，而用吸尘器清除尘屑。 外圆表面的光整加工 对于超精密零件的加工表面往往需要采用特殊的加工方法，在特定的环境下加工才能达到要求，外圆表面的光整 加工就是提高零件加工质量的特殊加工方法。 (1)研磨 研磨是一种古老、简便可靠的表面光整加工方法，属自由磨粒加工。在加工过程中那些直接参与切除工件材料的磨粒不像砂轮、油石和沙带、砂纸那样总是固结或涂附在磨具上，而是处于自由游离状态。经研磨表面，尺寸和几何形状精度可达 1m ，表面粗糙度 为 m。若研具精度足够高，其尺寸和几何形状精度可达 m，表面粗糙度值 m。 1)研磨原理 研磨是通过研具在一定压力下与加工面作复杂的相对运动而完成 的。研具和工件之间的磨粒与研磨剂在相对运动中，分别起机械切削作用和物理、化学作用，使磨粒能从工件表面上切去极薄的一层材料，从而得到极高的西南大学本科毕业论文（设计） 13 尺寸精度和极细的表面粗糙度。研磨时，有大量磨粒在工件表面浮动着，它们在一定的压力下滚动、刮擦和挤压，起着切除细微材料层的作用，磨粒在研磨塑性材料时，受到压力的作用，首先使工件加工面产生裂纹，随着磨粒的运动，裂纹的扩大、交错，以致形成了碎片（即切削）最后脱离工件。研具与工件相对运动复杂，磨粒在工件表面上的运动不重复，可以除去“高点”。这就是机械切削的作用。研磨时磨粒与工件接触 点局部压力非常大，因而瞬时产生高温，产生挤压作用，以致使工件表面平滑，表面粗糙度 下降，这是研磨时产生的物理作用。由于研磨时研磨液中加入硬脂酸或油酸，与覆盖在工件表面的氧化物薄膜间还会产生化学作用，使被研表面软化，加速研磨效果。 2) 研磨方法： 手工研磨 研磨外圆时，工件夹持在车窗卡盘上或用顶尖支撑，作低速回转，研具套在工件上，在研具与工件之间加入研磨剂，然后用手推动研具作往复运动。往复运动速度常选用 20宜； 机器研磨 机器研磨效率高，可以单面研磨，也可以双面研磨。 此外，机器研磨不仅可以研磨外圆柱面、内圆柱面，还适用于平面、球面、半球面的表面研磨； 嵌砂与无嵌砂研磨 根据磨料是否嵌入研具，研磨又可分为嵌砂和无嵌砂两种： A. 嵌砂研磨 研具材料比工件软，组织均匀，具有一定弹性，变形小，表面无斑点等特点。常用材料委会朱铁、铜、铅、软钢等。在加工中，磨料直接加入工作区域内，磨粒受挤压而自动嵌入研具称自由嵌砂法。若是在加工前，事先将磨料直接挤压到研具表面中去的则称强迫嵌砂。此方法主要用于精密量具的研磨； B. 无嵌砂的研磨 研具材料较硬，而磨料较软（如氧化铬等）。在研磨过程中，磨粒处于自由状态，不嵌入研具表面。研具材料常选用淬硬过的钢、镜面玻璃等。 3) 研磨具和研剂： 研磨剂 研磨剂包含磨料、研磨液和辅助材料。 磨料 应具有高硬度，高耐磨性；磨粒要有适当的锐利性，在加工中破碎后仍能保持一定的锋刃；磨粒的尺寸要大致相近，使加工中尽可能有均一的工作磨粒。常见的研磨磨料见表 2所示。 西南大学本科毕业论文（设计） 14 表 2 研磨常用磨料 种类 主要成分 显微硬度 /用材料 刚玉 O 3 2000种碳钢、合金钢、不锈钢 碳化硅 800铁、其他非铁 金属及其合金（青铜、铝合金）、玻璃陶瓷、石材 碳化硼 B 4 C 4400硬钢、镀铬表面、硬质合金 碳硅硼 700 硬质合金、半导体材料、宝石、陶瓷 金刚石 C 10000 硬质合金、陶瓷、玻璃、水晶、半导体材料、宝石 氧化铬 O 3 淬硬钢及一般金属的精细研磨和抛光 研磨液 研磨液使磨粒在研具表面上均匀散布，承受一部分研磨压力，以减少磨粒破碎，并兼有冷却、润滑作用。常用的研磨液是煤油、汽油、机油、动物油脂等。 辅助材料 辅助材料能使工 件表面氧化物薄膜破坏，增加研磨效率。 研具 研磨工具简称研具，其作用是使研磨剂赖以暂时固着或获得一定的研磨运动，并将自身的几何形状按一定的方式传递到工件上。因此，制造研具的材料对磨料要有适当的嵌入性，研具自身几何形状应有长久的保持性。 4) 研磨特点 研磨能获得其他机械加工较难达到的稳定的高精度表面，研磨过的表面其表面粗糙度细；耐磨性、耐蚀性能良好；操作技术、使用设备、工具简单；被加工材料适应范围广，无论钢、铸铁、还是有色金属均可用研磨方法精加工，尤其对脆性材料更显特色。适用于多品种小批量的产品零 件加工，因为只要改变研具形状就能方便地加工出各种形状的表面。但必须注意的事，研磨质量很大程度取决于前道工序的加工质量。 (2) 超精加工 超精加工实际上是摩擦抛光过程，是降低表面粗糙度的一种有效的光整加工方法。它具有设备简单、操作方便、效果显著、经济性好等优点。 1) 超精加工的工作原理 超精加工使用细粒度磨条（油石）以较低的压力和切削速度对工件表面进精密加工的方法。加工中有三种运动，即工件的回转运动 1；磨头轴向进给运动 2；磨条高速往复振动 3。这三种运动使磨粒在工件表面形成的轨迹是正弦曲线。超精西南大学本科毕业论文（设计） 15 加工的切削 过程与磨削、研磨不同，只能切去工件表面的凸峰，当工件表面磨平后，切削作用能自动停止。 超精加工大致可分为四个阶段： A 强力切削阶段 油石磨粒细，压力小，工件与磨条之间的油膜易形成，单位面积上的压力大，故切削作用强烈； B 正常切削阶段 当少数凸峰磨平后，接触面积上的压力降低，切削磨条自锐性作用减弱，进入正常切削阶段； C 微弱切削阶段 随着切削面积的增大，单位面积上的压力更低，切削作用微弱，且细小的切屑形成氧化物而嵌入油石空隙中，使油石产生光滑表面，具有摩擦抛光作用而降低工件表面的粗糙度； D 自动停止阶段 工件磨平，单位面积上压力极低，工件与磨条之间又形成了油膜，不再窃笑，切削作用自动停止。 2) 超精加工的特点： 超精加工磨粒运动轨迹复杂，能由切削过程过渡到抛光过程，表面粗糙度 4 m； 超精加工磨条的粒度极细，只能切削工件凸峰，所以加工余量很小，一般为 磨条高速往复振动，磨条的微刃两面切削，磨屑易于清楚。不会在工件表面形成划痕； 切削速度低，磨条压力小，工件表面不易发热，不会烧伤表面，也不易使工件表面变形； 超精 加工的表面耐磨性好。 (3) 双轮珩磨 双轮珩磨也是一种高效的光整加工方法。珩磨时工件在两顶尖上以转速 n 旋转，两个修整成双曲线的磨轮轴线反向倾斜，与工件轴线成 角，安装在工件两边，用弹簧 3压向工件。工件靠摩擦力带动珩轮旋转，同时沿工件轴向作往复运动。磨轮和工件的相对滑动速度 v 使其产生切削力。 双轮珩磨出来的工件表面呈黑色镜面，其表面粗糙度 达 m。此外，由于磨轮本身回转，磨损均匀，因此耐用度较高。采用这种加工方西南大学本科毕业论文（设计） 16 法的最大特点是对前道工序的表面粗糙度要求不高，即使是车削表 面，也可直接进行珩磨。但采用这种方法，不能纠正前道工序的圆度误差。 (4) 滚压 滚压是冷压加工方法之一，属无屑加工。滚压加工是利用金属产生塑性变形从而达到改变工件的表面性能、获得工件尺寸形状的目的。 外圆表面的滚压加工一般可用各种相应的滚压工具，在普通卧室车床上对加工表面在常温下进行强行滚压，使工件金属表面产生塑性变形，修正金属表面的微观几何形状，减小加工表面粗糙度值，提高工件的耐磨性、耐蚀性和疲劳强度。例如经滚压后的外圆表面粗糙度可达 m，硬化层深度 m，硬度 提高 5% 滚压加工特点如下： 1）前道工序的表面粗糙度 大于 5 m，压前表面要洁净，直径方向的余量为 2）滚压后工件的形状精度及相互位置精度主要取决于前道工序的形状位置精度。前工序表面圆柱度、圆度较差则还会出现表面粗糙度不均匀的现象。 3）滚压的对象一般只适宜塑性材料，并要求材料组织均匀。经滚压后的工件表面耐磨性、耐蚀性提高明显。 4）滚压加工生产率高，工艺范围广，不仅可以用来加工外圆表面，对于内孔、端面的加工均可采用。 蜗杆轴的加工工总结 该蜗杆 轴先以外圆作为粗基准，车端面和钻中心孔，再以二中心孔为定位基准粗车外圆，又以粗车外圆为定位基准加工锥孔，此即为互为基准原则，使加工有一次比一次精度更高的定位基准面。螺纹因淬火后，在车床上无法加工，如先车好螺纹后再淬火，会使螺纹产生变形。因此，螺纹一般不允许淬硬，所以在工件中的螺纹部分的直径和长度上必需留去碳层。为保证工件外圆的磨削精度，热处理后须安排研磨中心孔的工序，并要求达到较细的表面粗糙度。外圆磨削时，影响工件的圆度主要是由于二顶尖孔的同轴度，及顶尖孔的圆度误差。要获高精度外圆，磨削时应分粗磨、半精磨、 精磨工序。精磨安排在高精度磨床上加工。综合起来，该蜗杆轴的加工应按照下面的 表 进行： 西南大学本科毕业论文（设计） 17 表 3 加工顺序 序号 工序名称 工序内容 定位基准 1 车削 车端面 钻中心孔 三爪卡盘夹一端 粗车左边各外圆，留余量 2长度上留余量 1外圆及中心孔 掉头车右端面到 290钻中心孔 粗车右边各外圆，留余量 2粗车蜗杆螺旋部分，留余量 2 热处理 调质处理 3 车削 修研中心孔 精车 30尺寸，留余量 退刀槽及卡圈槽，倒角 两中心孔 掉头精车左侧各外圆到 36 30 25 20车退刀槽，倒角 两中心孔 精车蜗杆螺纹，留磨削余量 精车锥面，留余量 车螺纹 两中心孔 4 热处理 淬火 5 磨削 修研中心孔，磨 17 20圆及锥面到尺寸，磨蜗杆螺纹到尺寸 两中心孔 5 专用夹具的基本要求和设计步骤 专用夹具的基本要求 1、 保证工件的加工精度 专用夹具应有合理的定位方案，标注合适的尺 寸、公差和技术要求，并进行必要的精度 分析，确保夹具能满足工件的加工精度要求。 2提高生产效率 应根据工件生产批量的大小设计不同复杂程度的高效夹具，以缩短辅助时间，提高生产效率。 3、 工艺性好 专用夹具的结构应简单、合理，便于加工、装配、检验和维修 。 专用夹具的制造属于单件生产。当最终精度由调整或修配保证时，夹具上应设置调整或修配结构，如设置适当的调整间隙，采用可修 磨的垫片等。 4、 使用性好 专用夹具的操作应简便、省力、安全可靠，排屑应方便，必要时可设置排屑结构 。 5、 经济性好 除考虑专用夹具本身结 构简单、标准化程度高、成本低廉外，西南大学本科毕业论文（设计） 18 还应根据生产纲领对夹具方案进行必要的经济分析，以提高夹具在生产中的经济效益。 用夹具设计步骤 1. 明确设计任务与收集设计资料 ； 2拟定夹具结构方案与绘制夹具草图 ： 1) 确定工件的定位方案，设计定位装置 ； 2) 确定工件的夹紧方案，设计夹紧装置 ； 3) 确定对刀或导向方案，设计对刀或导向装置 ； 4) 确定夹具与机床的连接方式，设计连接元件及安装基面 ；5) 确定和设计其它装置及元件的结构型式，如分度装置、预定位装置及吊装元件等 ； 6)确定夹具体的结构型式及夹具在机床上的安装 方式 ； 7) 绘制夹具草图，并标注尺寸、公差及技术要求。 3进行必要的分析计算 工件的加工精度较高时，应进行工件加工精度分析。有动力装置的夹具，需计算夹紧力。当有几种夹具方案时，可进行经济分析，选用经济效益较高的方案 。 4审查方案与改进设计 夹具草图画出后，应征求有关人员的意见，并送有关部门审查，然后根据他们的意见对夹具方案作进一步修改 。 5绘制夹具装配总图 夹具的总装配图应按国家制图标准绘制。绘图比例尽量采用 1： 1。主视图按夹具面对操作者的方向绘制。总图应把夹具的工作原理、各种装置的结构 及其相互关系表达清楚。 夹具总图的绘制次序如下： 1)用双点划线将工件的外形轮廓、定位基面、夹紧表面及加工表面绘制在各个视图的合适位置上。在总图中，工件可看作透明体，不遮挡后面夹具上的线条 。 2)依次绘出定位装置、夹紧装置、对刀或导向装置、其它装置、夹具体及连接元件和安装基面。 3)标注必要的尺寸、公差和技术要求 。 4)编制夹具明细表及标题栏。 夹具中的非标准零件均要画零件图，并按夹具总图的要求，确定零件的尺寸、公差及技术要求。 夹具体的设计 对夹具体的要 求 西南大学本科毕业论文（设计） 19 1、 有适当的精度和尺寸稳定性 夹具体上的重要表面，如安装定位元件的表面、安装对刀或导向元件的表面以及夹具体的安装基面 (与机床相连接的表面 )等，应有适当的尺寸和形状精度，它们之间应有适当的位置精度。 为 增加 夹具体尺寸稳定，铸造夹具体要进行时效处理，焊接和锻造夹具体要进行退火处理。 2、 有足够的强度和刚度 加工过程中，夹具体要承受较 大的切削力和夹紧力。夹具体需有一定的壁厚，铸造和焊接夹具体常设置加强肋，或在不影响工件装卸的情况下采用框架式夹具体 (如图 2示 )。 3、 结构工艺性好 夹具体应便于制 造、装配和检验。铸造夹具体上安装各种元件的表面应铸出凸台，以减少加工面积。夹具体毛面与工件之间应留有足够的间隙，一般为 4 15具体结构型式应便于工件的装卸，如图2 1所示 。 分为开式结构 (图2 一 半开式结构 (图 2一 框架式结构 (图 2 一。 图 2- 1 4、 排屑方便 切屑多时，夹具体上应考虑排屑结构。如图 2 2 所示，在夹具体上开排屑槽 及 夹具体下部设置排屑斜面，斜角可取 30 一 50。 5、 在机 床上安装稳定可靠 ： 夹具在机床工作台上 图 2夹具体上设置排屑结构 安装，夹具的重心应尽量低 ， 重心越高则支承面应越大 ； 夹具底面四边应凸出，使夹具体的安装基
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