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棘轮
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棘轮轴零件加工工艺与磨齿专用夹具设计,棘轮,零件,加工,工艺,专用,夹具,设计
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XXXX大学毕业设计（论文）题目：棘轮轴工艺规程及磨夹具设计 机械工程系 机械工程及其自动化专业学 号： 学生姓名： 指导教师： （职称：高级工程师） （职称： ）2014年02月25日 本科毕业设计（论文）诚 信 承 诺 书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文）棘轴工艺规程及磨夹具设计是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用、表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。 班 级： 学 号： 作者姓名： 2013 年 12 月 25 日摘 要本次设计的主要内容包括棘轮轴的工艺规程设计和夹具设计的两大方面。制定工艺规程设计的原始资料包括：零件的图样，产品验收质量标准，产品的年生产纲领和生产类型、毛坯图样、生产条件、零件材料等。制定工艺规程设计步骤如下：审查零件的图样，工艺方案的确定，对样品进行工艺分析，零件的毛坯选择以及毛坯图说明; 工艺设计过程（包括加工段的分析，工序的集中和分散，工序顺序的安排，定位基准的选择，零件表面加工方法的选择); 制定工艺路线（工艺方案，工艺方案的比较与分析），工序间尺、公差、表面粗糙度及毛坯尺寸的确定，加工余量、切削用量、工时定额的确定，填写工艺文件。夹具设计必须满足的要求有：保证加工精度，夹具的总体方案应与年生产纲领相适应，安全、方便、减轻劳动强度，排屑顺畅，具有良好的强度、刚度和结构工艺性。夹具设计包括工件的定位，定位误差的分析与计算，夹紧机构的确定，夹具力的确定（包括方向，作用点和大小）。 当工艺规程及夹具设计确定后，再绘制夹具总装配图、主要零件图和说明书的编写。关键词：工艺规程设计；夹具设计；加工余量；定位误差目 录摘 要II目 录V第一章 、绪论11.1.本课题研究的内容及意义11.2.国内外发展情况11.3.本课题应达到的要求2第二章、工艺方案的确定32.1.轴类零件的结构特点32.2.轴零件的技术要求3第三章、零件工艺分析43.1 根据零件图和产品装配图，对零件进行工艺分析43.2.计算零件的生产纲领，确定生产类型4第四章、毛坯选择和毛坯图说明54.1.毛坯技术分析54.2.确定毛坯种类和制造方法54.3 确定毛坯总余量5第五章、工艺设计过程75.1.加工阶段的划分75.2.工序的集中与分散75.3.工序顺序的安排75.4.定位基准的选择75.5.零件的表面加工方法的选择7第六章、制定工艺路线86.1.工艺路线方案一86.2.工艺路线方案二86.3.工艺方案的比较与分析8第七章、工序间尺寸、公差、表面粗糙度及毛坯尺寸的确定9第八章、加工余量，切削用量，工时定额的确定118.1.工序一：铣两端面118.1.1.工步一：铣两端面118.1.2.工步二：两端面打中心孔118.2.工序二：粗车大端主轴128.2.1.工步一：粗车大端187主轴外圆128.3.工序三：粗车中端主轴轮廓128.3.1.工步一：粗车中端167主轴轮廓128.4.工序四：粗车小端外轮廓138.4.1.工步一：粗车小端130主轴轮廓138.5. 工序五：半精车大端主轴轮廓138.5.1 工步一：半精车大端187主轴138.6. 工序六：半精车中端主轴轮廓148.6.1 工步一：半精车中端167主轴148.7. 工序七：半精车小端主轴轮廓148.7.1 工步一：半精车小端130主轴148.8. 工序八：精车大端主轴轮廓158.8.1 工步一：精车大端187主轴158.9. 工序九：精车中端主轴轮廓158.9.1 工步一：精车中端167主轴158.10. 工序十：精车中端主轴轮廓168.10.1 工步一：精车中端130主轴168.11.工序十一：主轴颈淬火168.11.1.工步一：主轴颈淬火168.12.工序十二：磨轴外圆及其轴肩面178.12.1.工步一:磨轴外圆及其轴肩面178.13.工序十三：磨中端主轴178.13.1.工步一:磨中主轴颈及其轴肩面178.14.工序十四：磨小端主轴其轴肩面188.14.1工步一:磨小端主轴其轴肩面188.15.工序十五：去毛刺188.16.工序十六：检验18第九章、专用夹具设计199.1.机床夹具设计概述199.1.1.机床夹具概述199.1.2.机床夹具的分类199.1.3.机床夹具的组成和功用209.1.4.夹具总体方案设计209.2.夹具设计219.2.1. 问题的提出219.2.2.定位方式与定位基准的选择219.2.3.夹具机构设计219.2.4.定位销长度的分析229.2.5 定位误差的分析与计算229.2.6.夹紧装置的确定259.2.7.夹紧力的确定26第十章、结论与展望2810.1.结论2810.2.不足之处与未来展望28致 谢30参考文献31 第一章 、绪论1.1.本课题研究的内容及意义本课题研究的内容是：棘轮轴工艺规程设计和系列夹具设计，包括零件机械加工的工艺过程卡片及各工序的工序卡片，主要机械加工工序的夹具总装配图及主要零件图，并有相关的计算和说明的说明书及专业外语文献翻译。本课题研究的意义：工艺规程设计的意义： 1)指导生产的主要技术文件是工艺规程：机械加工车间生产的计划、调度，工人的操作，零件的加工质量检验，加工成本的核算，都是以工艺规程为依据的。处理生产中的问题，也常以工艺规程作为共同依据。如处理质量事故，应按工艺规程来确定各有关单位、人员的责任。 2)生产准备工作的主要依据是工艺规程：车间要生产新零件时，首先要制订该零件的机械加工工艺规程，再根据工艺规程进行生产准备。如：新零件加工工艺中的关键工序的分析研究；准备所需的刀、夹、量具（外购或自行制造）；原材料及毛坯的采购或制造；新设备的购置或旧设备改装等，均必须根据工艺来进行。 3)新建机械制造厂（车间）的基本技术文件是工艺规程：新建（改、扩建）批量或大批量机械加工车间（工段）时，应按照在车间的布置和工艺规程确定所需机床的种类和数量，再由此确定车间的面积大小、动力和吊装设备配置以及所需技术等级、工人的工种、数量等。此外，先进的工艺规程还起着交流和推广先进制造技术的作用。典型工艺规程可以缩短工厂摸索和试制的过程。因此，工艺规程的制订是对于工厂的生产和发展起到非常重要的作用，是工厂的基本技术文件。 夹具设计的意义： 机床夹具是机械制造业中不可或缺的重要工业装备，可以保证机械加工质量、实现生产过程自动化、降低生产成本、提高生产效率、减轻劳动强度，使用专用夹具还可以改变原机床的用途和扩大机床的使用范围，实现一机多能，所以，夹具在机械加工中发挥着重要的作用。1.2.国内外发展情况 轴类零件制造技术/工艺的进展：轴的生产继QT800-2、QT900-2等几种牌号后，广西玉柴等经过攻关已能稳定生产QT800-6牌号的轴，为轴“以铁代钢”奠定了基础。 1 熔炼 高温低硫纯净铁水的获得是生产高质量球墨铸铁的关键。国内主要是以冲天炉为主的生产设备，铁水未进行预脱硫处理；其次是高纯生铁少、焦炭质量差。目前已采用双联外加预脱硫的熔炼方法，采用冲天炉熔化铁水，经炉外脱硫，然后在感应电炉中升温并调整成分。 2 造型 目前，国内已有一些轴生产厂家从日本、法国、加拿大等国引进气流冲击造型工艺，而且还引进了许多生产线的只有极少数厂家，如文登天润轴有限公司引进了德国KW铸造生产线。从总体上来讲，需改造和更新的陈旧的普通锻造设备多，同时，落后的工艺和设备仍占据主导地位，先进技术有所应用但还不普遍。 3 机械加工技术 目前国内轴生产线多数由普通机床和专用机床组成，生产效率和自动化程度相对较低。粗加工设备多采用多刀车床车削轴主轴颈及拐颈，工序的质量稳定性差，容易产生较大的内应力，难以达到合理的加工余量。 随着贸易全球化的到来，各厂家已意识到了形势的严峻性，纷纷进行技术改造，全力提升企业的竞争力，近年来引进了许多先进设备和技术，进展速度很快。就目前状况来讲，这些设备和技术基本依赖进口。 4 热处理和表面强化处理技术 轴的热处理关键技术是表面强化处理。球墨铸铁轴一般均采用正火处理，为表面处理做好组织准备，表面强化处理一般采用感应淬火或氮化工艺。锻钢轴则采用轴颈与圆角淬火工艺。轴制造技术的发展趋势。1.3.本课题应达到的要求 1）工艺规程设计2）磨加工夹具设计(3套） 包括总图及零件图，折合零件图不少于2张3）设计说明书一份（不少于15000字）第二章、工艺方案的确定2.1.轴类零件的结构特点 轴类大部分的零件的主要作用用为承载载荷、支撑传动的零件和以及保证安装在轴上的零件（刀具）具有一定的回转精度空间。轴在轴类零件的地位普通的属于异型轴，是空压机上以及其他机器的一个不可缺少的零件部分，能够承载多部分零件传输过来的力，并将活塞往复运动通过曲柄轴机构变为旋转运动，将许多零件所做的有用功全输出去。轴在工作时所承受的是很大的扭转力矩以及大小和方向都有变化的弯曲力。2.2.轴零件的技术要求材质，金相组织，机械性能和表面缺陷均应符合 ZBJ7201688 容积式压缩机用球墨铸铁技术条件的规定。锻件应经热处理，热处理后硬度为 HB190269 。加工后主轴径，曲拐径及圆弧过渡处均不允许有肉眼可见的毛刺，裂纹，折叠，凹痕，缩松，缩孔，夹杂物等缺陷存在。圆弧过渡应均匀，光滑，无接痕。轴加工后应探伤，其要求应符合 ZBJ72016-88 容积式压缩机用球墨铸铁技术条件的规定。锥面应进行着色检查，其接触面积不少于75%。未铸造圆角R3R5，保留中心孔。 第三章、零件工艺分析3.1 根据零件图和产品装配图，对零件进行工艺分析 在对我要设计的零件进行工艺规程设计的时候，首先应掌握该零件在机器中的相对位置、作用，对该零件提出的主要的技术要求进行理解，明确零件的主要的运行方式，保证该零件能在机器中运行正常。掌握零件的结构形状、材料、硬度及热处理等情况，了解该零件的主要工艺特点，形成工艺规程设计的总体构想。 审视改零件的工作方式，另外和各零件的要出理的标准精度、外形精度、相对精度、表面粗糙度及其他各种方面的要求；明确哪些表面是主要加工表面，以便在选择表面加工方法及拟定工艺路线时重点考虑；对全部技术要求应进行归纳整理。3.2.计算零件的生产纲领，确定生产类型根据零件图查表可知，轴为轻型零件，根据生产要求将确定该零件为中批量生产。 第四章、毛坯选择和毛坯图说明4.1.毛坯技术分析1）确定毛坯材料为锻压45#。2）保证分型面 因为该零件的外形是相互对称，且最大的对称轴是中心轴，为了防止起模以及更好的及时的发现上下模在经过中的错位。3）零件的热处理的方法形式 想解除内应力，减少切削性能。4.2.确定毛坯种类和制造方法机械加工锻件应经热处理，热处理后硬度为 HB190269 。加工后主轴径，圆弧过渡处不允许有肉眼可见的毛刺，裂纹，折叠，凹痕，缩松，缩孔，夹杂物等缺陷存在。 选择零件的的制造方法改想想下面的要点：a、轴的工艺特点；b、毛坯尺寸、形状和精度要求；c、零件生产纲领；d、采用新型材料、新工艺、新技术的可能性。在这里毛坯选择锻件。4.3 确定毛坯总余量材料：45#加工方法：锻压查表（P38），可知锻件公差等级为CT7-CT9，取锻件公差等级为CT8，再根据锻件基本尺寸查表（P41），可得相应锻件公差尺寸查表可得锻件加工余量等级为F，再根据锻件最大轮廓尺寸（长度方向为250500），查阅锻件加工余量表（P39），确定锻件加工余量为3.55故锻件总长为1500+5+5=1510(双侧)加工余量见下表4-1 表 4-1 加工余量加工表面基本尺寸锻件尺寸公差机械加工余量锻件尺寸备注通轴锥面此2段位同一轴187外圆面1871.41.5（双侧加工）167外圆面1671.41.5（双侧加工）130外圆面1301.41.6（双侧加工）工件总长15001500 2.210（双侧加工）15101.1轴轴颈长1361361.01.5（双侧加工）137.50.7第五章、工艺设计过程5.1.加工阶段的划分此零件的要生产的要求比较高，可以把生产的阶段可以分为粗加工阶段，精加工阶段、机加工阶段、猝火阶段、磨阶段等几个阶段。在粗加工的时候，可以先将粗基准选好，也就是平衡块凸台、使后续的工序都可以采用精基、平衡块凸台加工出来，使后续的工序都可以采用精基准定位加工，保证其他加工表面的精度要求。5.2.工序的集中与分散本零件采用工序集中原则安排零件的加工工序。这个零件轴加工后主轴径及圆弧过渡处均不允许有肉眼可见的毛刺，裂纹，折叠，凹痕，缩松，缩孔，夹杂物等缺陷存在。圆弧过渡应均匀，光滑，无接痕。5.3.工序顺序的安排1）遵循“先基准后其他”原则，首先加工精基准，即在前面加工阶段先加工小端装夹外圆面、平衡块定位凸台。 2）遵循“先主后次”原则，先加工主要外圆表面，再加工孔。 3）遵循“先面后孔”原则，比如先加工主轴外圆面再加工小端轴孔。5.4.定位基准的选择加工后主轴径，曲拐径及圆弧过渡处均不允许有肉眼可见的毛刺，裂纹，折叠，凹痕，缩松，缩孔，夹杂物等缺陷存在。圆弧过渡应均匀，光滑，无接痕。粗基准：毛坯中187通轴外圆面和130外圆面所确定的轴线 精基准：主轴颈轴线、小端167圆轴肩面、平衡块凸台 互为基准的：平衡块凸台和大端主轴颈端面5.5.零件的表面加工方法的选择表5-1 表面加工方法加工表面加工方案端面、平衡块凸台铣粗车，精车外圆粗车半精车精车中心孔中心钻加工倒角车第六章、制定工艺路线以下为设计的两种方案，分析比较如下：6.1.工艺路线方案一工序一：铣两端面，打中心钻工序二：粗车大端主轴轮廓工序三：粗车两边中端主轴轮廓工序四：粗车两边小端主轴轮廓工序五：半精车大端主轴工序六：半精车中端主轴工序七：半精车小端主轴工序八：精车187外圆主轴工序九：精车167外圆主轴工序十：精车130外圆主轴工序十一：全轴淬火工序十二：磨床磨大轴颈外圆及其轴肩面工序十三：磨中小端主轴颈及其轴肩面工序十四：磨小端主轴颈及其轴肩面工序十五：去毛刺工序十六：检验6.2.工艺路线方案二工序一：车两端面，打中心孔工序二：粗车大端主轴外轮廓工序三：粗车小端外轮廓工序四：半精车大端主轴工序五：半精车小端主轴工序六：精车大端主轴工序七：精车小端主轴工序八：利用夹具在车床上精车轴颈及其轴肩工序九：利用偏心夹具在车床上精车轴轴颈及其轴肩工序十：主轴颈、轴轴颈淬火工序十一：利用夹具在磨床上磨轴颈外圆及其轴肩面工序十二：去毛刺工序十三：检验6.3.工艺方案的比较与分析 这几个方案的最主要不同时在于对轴的加工的上，方案一是用机床来加工轴的，方案二是用夹具来生产轴的轴。考虑到现实客观条件因素，选工艺路线方案一,机床选择较为方便，经济性好。第七章、工序间尺寸、公差、表面粗糙度及毛坯尺寸的确定主要表面加工余量分配：1）小端130外圆表7-1表面加工余量分配工序名称工序余量工序基本尺寸工序尺寸及偏差磨0.4130130k6精车0.25130.4130.4半精车0.45130.65130.65粗车1.2131.1131.1毛坯2.3132.3132.32）大端187外圆表7-2表面加工余量分配工序名称工序余量工序基本尺寸工序尺寸及偏差磨0.5187187精车0.25187.5187.5半精车0.45187.75187.75粗车1.2188.2188.2毛坯2.4189.4189.43）167轴轴颈表7-3表面加工余量分配工序名称工序余量工序基本尺寸工序尺寸及偏差磨0.4167167精车0.25167.4167.4半精车0.45167.65167.65粗车1.2168.1168.1毛坯2.3179.3179.34）轴向尺寸的加工余量则根据被加工表面的精度等级，非重要表面粗加工余量留3，重要加工表面如主轴颈轴肩面、轴轴颈轴肩面则按下表分配加工余量。表7-4表面加工余量分配工序名称工序余量精加工0.5半精加工0.6粗加工1.2毛坯2.3第八章、加工余量，切削用量，工时定额的确定8.1.工序一：铣两端面8.1.1.工步一：铣两端面 本工序为粗铣（同时铣两端面）。已知加工材料为45#，锻件。机床为铣床XA6132，工件被夹具夹在工作台上。同时由加工工序余量可知粗铣的单边余量为3.5mm. 1）确定切削深度=3.5mm 2）确定每齿进给量 此工序选择YG6硬质合金端铣刀，查机械制造技术基础课程设计指南，=0.14-0.24根据工件的实际尺寸，则选择铣刀的具体参数如下：D=700mm，齿数由书上参考选为z=3，取 =0.2，则进给量f=0.24=0.8。 3）确定切削速度和工作台每分钟进给量工件材料QT700-2，硬度HB190-269，选择切削速度 =65m/min，计算主轴转速n= =258.76,查表选得到最相似的标准转速n=255,然后计算的实际转速= =64 4)计算基本时间=,主轴转速n=255 r/min，工作台进给量=0.24255=204mm/min,根据机床取=190 mm/min，切削加工面 L=70（取大端尺寸），查表=7，故=（70+7）/190=0.405min 5）计算,查表得辅助时间=0.3min, 布置工作地时间=0.4min, 休息与生理需要时间=0.15min, 则:=0.405+0.3+0.4+0.15=1.255min 6）小结综上所述，机床为铣床XA6130，主轴转速为255r/min，切削速度64m/min，进给量f=0.8mm/r，切削深度3.5mm，机动时间0.405min，辅助时间0.3min。8.1.2.工步二：两端面打中心孔 1） 确定切削深度=10mm 2） 选用中心钻d=4.0, =6.3, =45,f=0.11-0.13mm/r,取f=0.12 mm/r 3） 确定切削速度查表得=50,则n=1592，取n=1610，得到实际切削速度= =10.048r/min 4） 基本时间= , l=14, =3,=5,则=0.06min 5） 计算,查表得辅助时间=0.3min,布置工作地时间=0.4min, 休息与生理需要时间=0.15min, 则=0.06+0.3+0.4+0.15=0.91min 6）小结综上所述，机床为铣床XA6130，主轴转速为1600r/min，切削速度10.048m/min，进给量f=0.12mm/r，切削深度10mm，机动时间0.06min，辅助时间0.3min。8.2.工序二：粗车大端主轴8.2.1.工步一：粗车大端187主轴外圆 1）确定切削深度=1.2mm 2）确定进给量f=0.4-0.5mm/r,取f= 0.5mm/r 3） 确定切削速度，查表，初选=65,计算转速n=6510003.14189.3=109.35,根据机床选n=100 r/min，计算出=100189.33.141000=59.44m/min 4) 基本时间=，故=（23.53.5）1000.5=0.54min 5) 计算 ,查表得辅助时间=0.3min, 布置工作地时间=0.4min, 休息与生理需要时间=0.15min, 则=0.54+0.3+0.4+0.15=1.39min 6）小结综上所述，机床为卧式车床CA6140，主轴转速为100r/min，切削速度59.44m/min，进给量f=0.5mm/r，切削深度1.2mm，机动时间0.54min，辅助时间0.3min。8.3.工序三：粗车中端主轴轮廓8.3.1.工步一：粗车中端167主轴轮廓 1）确定切削深度=1.2mm 2）确定进给量f=0.4-0.5mm/r,取f= 0.5mm/r 3）确定切削速度，查表，初选=65m/min,计算转速n=6510003.14169.3=122.27r/min,根据机床选n=100 r/min，计算出=100169.33.141000=53.16m/min 4）基本时间=，故=（51+3.5）0.5500=0.218min 5)计算,查表得辅助时间=0.3min, 布置工作地时间=0.4min, 休息与生理需要时间=0.15min, 则=0.218+0.3+0.4+0.15=1.068min 6）小结综上所述，机床为卧式车床CA6140，主轴转速为100r/min，切削速度53.16m/min，进给量f=0.5mm/r，切削深度1.2mm，机动时间0.218min，辅助时间0.3min。8.4.工序四：粗车小端外轮廓8.4.1.工步一：粗车小端130主轴轮廓 1）确定切削深度=1.2mm 2）确定进给量f=0.4-0.5mm/r,取f= 0.5mm/r 3）确定切削速度，查表，初选=65m/min,计算转速n=6510003.14132.3=156.47r/min,根据机床选n=160 r/min，计算出=160132.33.141000=66.46m/min 4）基本时间=，故=（51+3.5）0.5500=0.218min 5)计算,查表得辅助时间=0.3min, 布置工作地时间=0.4min, 休息与生理需要时间=0.15min, 则=0.218+0.3+0.4+0.15=1.068min 6）小结综上所述，机床为卧式车床CA6140，主轴转速为160r/min，切削速度66.46m/min，进给量f=0.5mm/r，切削深度1.2mm，机动时间0.218min，辅助时间0.3min。8.5. 工序五：半精车大端主轴轮廓 8.5.1 工步一：半精车大端187主轴 1）确定切削深度=0.45mm 2）确定进给量,取f= 0.2mm/r3）确定切削速度，查表，初选=100m/min,计算转速n=1001000188.23.14=169.22r/min,根据机床选n=160 r/min，计算出=160188.23.141000=94.55 m/min 4）基本时间=，故 =（23.5+3.5）0.2120=1.125min5) 计算, 查表得辅助时间=0.3min, 布置工作地时间=0.4min, 休息与生理需要时间=0.15min 则=1.125+0.3+0.4+0.15=1.975min 6）小结综上所述，机床为数控车床CA6140，主轴转速为160r/min，切削速度94.55m/min，进给量f=0.5mm/r，切削深度0.45mm，机动时间1.125min，辅助时间0.3min。8.6. 工序六：半精车中端主轴轮廓 8.6.1 工步一：半精车中端167主轴 1）确定切削深度=0.45mm 2）确定进给量,取f= 0.2mm/r3）确定切削速度，查表，初选=100m/min,计算转速n=1001000168.13.14=189.45r/min,根据机床选n=200 r/min，计算出=200168.13.141000=105.56 m/min 4）基本时间=，故 =（23.5+3.5）0.2120=1.125min5) 计算, 查表得辅助时间=0.3min, 布置工作地时间=0.4min, 休息与生理需要时间=0.15min 则=1.125+0.3+0.4+0.15=1.975min 6）小结综上所述，机床为数控车床CA6140，主轴转速为200r/min，切削速度105.56m/min，进给量f=0.5mm/r，切削深度0.45mm，机动时间1.125min，辅助时间0.3min。8.7. 工序七：半精车小端主轴轮廓 8.7.1 工步一：半精车小端130主轴 1）确定切削深度=0.45mm 2）确定进给量,取f= 0.2mm/r3）确定切削速度，查表，初选=100m/min,计算转速n=1001000131.13.14=242.9r/min,根据机床选n=200 r/min，计算出=200131.13.141000=82.33m/min 4）基本时间=，故 =（23.5+3.5）0.2120=1.125min5) 计算, 查表得辅助时间=0.3min, 布置工作地时间=0.4min, 休息与生理需要时间=0.15min 则=1.125+0.3+0.4+0.15=1.975min 6）小结综上所述，机床为数控车床CA6140，主轴转速为200r/min，切削速度82.33m/min，进给量f=0.5mm/r，切削深度0.45mm，机动时间1.125min，辅助时间0.3min。8.8. 工序八：精车大端主轴轮廓 8.8.1 工步一：精车大端187主轴 1）确定切削深度=0.25mm 2）确定进给量,取f= 0.2mm/r3）确定切削速度，查表，初选=120m/min,计算转速n=1201000187.753.14=203.55r/min,根据机床选n=200 r/min，计算出=200187.753.141000=117.9m/min 4）基本时间=，故 =（23.5+3.5）0.2120=1.125min5) 计算, 查表得辅助时间=0.3min, 布置工作地时间=0.4min, 休息与生理需要时间=0.15min 则=1.125+0.3+0.4+0.15=1.975min 6）小结综上所述，机床为数控车床CA6140，主轴转速为200r/min，切削速度117.9m/min，进给量f=0.5mm/r，切削深度0.25mm，机动时间1.125min，辅助时间0.3min。8.9. 工序九：精车中端主轴轮廓 8.9.1 工步一：精车中端167主轴 1）确定切削深度=0.25mm 2）确定进给量,取f= 0.2mm/r3）确定切削速度，查表，初选=120m/min,计算转速n=1201000167.753.14=227.81r/min,根据机床选n=200 r/min，计算出=200167.753.141000=105.34 m/min 4）基本时间=，故 =（23.5+3.5）0.2120=1.125min5) 计算, 查表得辅助时间=0.3min, 布置工作地时间=0.4min, 休息与生理需要时间=0.15min 则=1.125+0.3+0.4+0.15=1.975min 6）小结综上所述，机床为数控车床CA6140，主轴转速为200r/min，切削速度105.34m/min，进给量f=0.5mm/r，切削深度0.25mm，机动时间1.125min，辅助时间0.3min。8.10. 工序十：精车中端主轴轮廓 8.10.1 工步一：精车中端130主轴 1）确定切削深度=0.25mm 2）确定进给量,取f= 0.2mm/r3）确定切削速度，查表，初选=120m/min,计算转速n=1201000130.653.14=292.51r/min,根据机床选n=300 r/min，计算出=300130.653.141000=123 m/min 4）基本时间=，故 =（23.5+3.5）0.2120=1.125min5) 计算, 查表得辅助时间=0.3min, 布置工作地时间=0.4min, 休息与生理需要时间=0.15min 则=1.125+0.3+0.4+0.15=1.975min 6）小结综上所述，机床为数控车床CA6140，主轴转速为300r/min，切削速度123m/min，进给量f=0.5mm/r，切削深度0.25mm，机动时间1.125min，辅助时间0.3min。8.11.工序十一：主轴颈淬火8.11.1.工步一：主轴颈淬火 1) =0.5min 2) 计算,查表得辅助时间=0.3min,布置工作地时间=0.4min，休息与生理需要时间=0.2min, 则=0.5+0.3+0.4+0.2=1.4min8.12.工序十二：磨轴外圆及其轴肩面8.12.1.工步一:磨轴外圆及其轴肩面 1）确定磨削深度=0.4mm 2）确定进给量,取f= 0.05mm/r 3）根据机床选n=2667r/min，计算出= =1566m/min 4）基本时间=，故 =0.47min 5) 计算,查表得辅助时间=0.2min,布置工作地时间=0.3min, 休息与生理需要时间=0.1min, 则=0.47+0.2+0.3+0.1=1.07min 6）小结综上所述，机床为外圆磨床，主轴转速为2667r/min，切削速度1566m/min，进给量f=0.05mm/r，切削深度0.4mm，机动时间0.47min,辅助时间0.2min。8.13.工序十三：磨中端主轴8.13.1.工步一:磨中主轴颈及其轴肩面 1）确定磨削深度=0.4mm 2）确定进给量,取f= 0.05mm/r 3）根据机床选n=2667r/min，计算出= =1398.52m/min 4）基本时间=，故 =0.195min 5) 计算,查表得辅助时间=0.2min,布置工作地时间=0.3min,休息与生理需要时间=0.1min 则=0.195+0.2+0.3+0.1=0.795min 6）小结综上所述，机床为磨床床M114W，主轴转速为2667r/min，切削速度1398.52m/min，进给量f=0.05mm/r，切削深度0.4mm，机动时间0.195min, 辅助时间0.2min。8.14.工序十四：磨小端主轴其轴肩面8.14.1工步一:磨小端主轴其轴肩面 1）确定磨削深度=0.4mm 2）确定进给量,取f= 0.05mm/r 3）根据机床选n=2667r/min，计算出= =1088.67m/min 4）基本时间=i，故 =0.66min 5) 计算,查表得辅助时间=0.2min,布置工作地时间=0.3min,休息与生理需要时间=0.1min,则=0.66+0.2+0.3+0.1=1.26min 6）小结综上所述，机床为磨床M114W，主轴转速为2667r/min，切削速度1088.67m/min，进给量f=0.05mm/r，切削深度0.4mm，机动时间0.66min, 辅助时间0.2min。8.15.工序十五：去毛刺 1) =0.5min 2)计算,查表得辅助时间=0.1min,布置工作地时间=0.3min, 休息与生理需要时间=0.1min, 则=0.5+0.2+0.3+0.1=1.1min8.16.工序十六：检验 1) =0.5min 2) 计算,查表得辅助时间=0.1min，布置工作地时间=5min, 休息与生理需要时间=16min, 则=0.5+0.2+0.3+0.1=1.1min第九章、专用夹具设计 9.1.机床夹具设计概述 在机械制造过程中，用来固定加工对象，使之占有正确的位置，以接受施工或检测的装置都可称之为夹具。9.1.1.机床夹具概述 （1）工件装夹的实质 在机床上加工工件前，必须首先将工件装好夹牢。工件装夹的实质，就是在机床上对工件进行定位和夹紧，装夹工件的目的，则是通过定位和夹紧而使工件在加工过程中始终保持其正确的加工位置，以保证达到该工序所规定的加工技术要求9。 (2)机床夹具的功能 1）保证和稳定加工质量 2）提高劳动率，降低生产成本 3）可扩大机床的加工范围，做到一机多能 4）减轻工人劳动强度，保证安全生产 5）机床夹具在新产品试制中，可以起到缩短试制周期的重要作用 (3)对于机床夹具的基本要求 为了提高劳动率，降低生产成本，减轻工人劳动强度，保证安全生产，因此，对机床夹具有以下要求： 1）应能保证工件的加工质量要求。 2）应能提高加工效率。 3）有利于降低成本。 4）夹具的操作维护应安全方便。 随着现代机械制造业的发展，对机床夹具设计要求也越来越高，除前述的基本要求，还应在下述各个方面予以足够重视：夹具结构的标准化、模块化、夹具制造的精密化；夹具功能的柔性化；夹具传动的高效化、自动化；夹具设计的自动化。9.1.2.机床夹具的分类 (1) 按使用范围和夹具特点分类 分为通用夹具、专用夹具、可调整和成组夹具、组合夹具、随行夹具等。 (2) 按所使用机床类型分类 分为车床夹具、铣床夹具、镗床夹具、齿轮机床夹具、组合机床夹具、数控机床夹具和加工中心机床用夹具等。 (3) 按夹紧动力源分类 分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、电动夹具、电磁夹具、真空夹具、离心力夹具及自夹紧夹具。9.1.3.机床夹具的组成和功用 (1)机床夹具的组成 机床夹具种类繁多，结构形式多种多样，而且新型夹具又不断出现，根据组成夹具结构的各元件、机构、装置的功能可将其分为以下几个组成部分：定位元件与机构，夹紧元件与装置，对刀、引导元件与装置，连接元件，夹具体，其他元件与装置。 机床夹具的功用 1）保证加工精度 工件通过机床夹具进行安装，包含了两层含义：一是可扩大机床的加工范围，确保加工进度空间做到一机多能，二是通过夹紧机构使工件的既定位置在加工过程中保持不变，称为夹紧。这样，就可以保证工件加工表面的位置精度，且精度稳定。 2）提高生产效率 间做到一机多能，底啊静静地夹具 确保加工进度空间做到一机多能强度，保证生产安全行部分改造。 3）扩大机床的使用范围 有些机床夹具实质上是对机床进行部分改造，扩大了原机床的功能和使用范围。如车床床鞍上安放镗模夹具，就可以进行箱体零件的孔系加工。 4）减轻工人的劳动强度，保证生产安全 如可用气动、电动、液动夹紧 5) 缩短产品试制周期。9.1.4.夹具总体方案设计 (1)设计前的准备工作 1)能够可以掌握并加以了解零件在机器上的工作图，掌握零件的工作原理、零件、材料的技术相关的需求。 2)零件的生产纲领和批量大小。 3)仔细的了解零件的加工过程，特别是这道工序的所需的要求(包括位置公差、表面材料的技术要求)，此次工序与前、后工序的相互关系及差别。 4)夹具设计任务书对夹具设计如质量、生产率、自动化程度等的要求等。 5)本工序所用机床、切削工具的性能规格及联系尺寸等。 6)夹具零件部件标准、先进夹具结构资料、典型夹具图册等。 7)工厂工艺装备的制造能力、技术条件等。 (2)夹具总体方案设计 夹具总体方案设计首先要保证工艺系统各环节之间具有正确的几何关系，以保证工件获得规定的尺寸精度和相互位置精度。保证工件加工精度的条件如下： 1) 工件在夹具中正确的装夹 2) 夹具对切削成形运动具有正确的相互关系。 3) 夹具相对刀具的正确调整。夹具总体方案设计的一般原则如下： 1) 根据本工序工件精度要求，选择确定工件定位方案和对刀引导方案，所选择方案应能满足加工误差计算不等式。 2) 在考虑零件生产纲领、批量所决定的生产率要求和所用加工设备的条件下，确定夹紧方案，确定夹紧装置的结构形式，若零件年产量较大，生产率要求较高，应采用气、液、电等机动夹紧装置或联动夹紧装置结构，否则可采用手动夹紧的各种自锁夹紧机构。 3) 在分析本工序加工方式、机床性能特点和各类机床夹具结构特点及设计要求的基础上，确定夹具总体结构以及夹具体的毛坯类型，确定夹具与机床的连接结构。 4) 认真考虑夹具的润滑、排屑、搬运等。 5) 夹具总体结构及零部件应有良好的结构工艺性，工件在夹具中应便于装卸，夹具零部件应尽可能选用标准元件，夹具零部件应便于制造、装配、使用维护及维修更换。9.2.夹具设计9.2.1. 问题的提出本工艺路线中最重要的是加工上端面，然后以上端面为精基准面，加工其他部位。主要问题就是如何定位与夹紧毛坯来加工上端面，怎样提高生产率，降低劳动强度，还要满足精度要求。9.2.2.定位方式与定位基准的选择工件在夹具中或在机床上的定位，是通过工件的定位基准面与夹具定位元件相接触(支撑定位)或相配合(定心定位)来实现的，因此工件定位方式及夹具、定位元件的选择完全取决于工件定位基准面的形状，而工件基本上是由平面、内外圆柱面、圆锥面、成形面或工件之间的组合表面作为定位基准。 根据零件图可知，本夹具应用一个大平面及三个支承钉定位，大平面选工件的左端面，为第一基准面，限制三个自由度，两个支承钉选择工件的下表面，限制两个自由度，还有一个支承钉选择在工件的前表面，限制一个自由度，总共限制六个自由度，为完全定位。9.2.3.夹具机构设计 第十三步工序加工外圆的磨夹具结构总图如图4-1所示。以中心轴为基准定位，工件通过两V形架上的支承板作为主定位支承，由防滑块作为防转支承进行定位。限制6个自由度，为完全定位。通过拧紧螺母，经U形压板带动摆动压块夹紧工件。夹紧装置包括由两摆动压块。两摆动上下对称，使通轴受力均匀。 图9-1 夹具装配图1、 防转块；2、压紧螺钉；3、螺栓；4、U型压板；5、防转块；6、支撑板；7、内六角螺钉；8、过度盘；9、防转销; 10、六角螺钉；11、V形架；12、工件；13、砂轮9.2.4.定位销长度的分析 在这个整个夹具的设计过程当中，主要才用了圆柱销的定位，这里所指的定位圆柱销的长度，指的是定位销和孔的有效接触长度。圆柱销在此次的的设计过程中起到了至关的作用，而在生产实践中，因工件的圆柱孔与圆柱销属于间隙配合且工件的定位基准面存在加工误差，因此，只要圆柱销的长度足够短，便可达到限制2个自由度的目的。9.2.5 定位误差的分析与计算1 定位误差的分析 所谓定位误差，是指由于工件定位造成的加工面相对工序基准的位置误差，因为对一批工件来说，刀具经调整后位置是不动的，即被加工表面的位置相对于定位基准是不变的，所以定位误差就是工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量 定位误差是由三部分因素产生的(1) 工件在夹具中的定位、夹紧误差，(2) 夹具带着工件安装在机床上，相对机床主轴（或刀具）或运动导轨的位置误差，也称对定误差，(3) 加工过程中误差，如机床几何精度、工艺系统的受力与受热变形、切削振动等原因引起的误差，由于定位所造成的工件加工表面相对其工序基准的位置误差，产生定位误差的原因有基准不重合误差BC和定位基准位移误差JW。即定位误差 1) 基准不重合带来的定位误差夹具定位基准与工序基准不重合，两基准之间的定位误差会反映到被加工表面的位置上去，所产生定位误差称之为基准不重合误差。平面定位时，基准不重合误差为本工序的加工误差和基准转换带来的加工误差之和，式中，N为基准不重合误差； A1为本工序的加工误差； A2为基准转换带来的加工误差。2)间隙引起的定位误差在使用心轴、销、定位套定位时，定位面与定位元件间的间隙可使工件定心不准产生的定位误差。单圆柱销与孔的定位情况，最大间隙为式中，为定位孔最大直径（mm）；为定位销最小直径（mm）；为销与孔的最小间隙（mm）；x为销的公差（mm）；g为孔的公差（mm）。由于销与孔之间有间隙，工件安装时孔中心可能偏离销中心，其偏离的最大范围是以为直径、以销中心为圆心的圆，若定位时让工件始终靠紧销的一侧，即定位以销的一条母线为基准，工件的定位误差仅为常用的一面两销的定位稍许复杂一点，该平面控制了三个自由度，圆柱销控制了两个自由度。X、Y方向的定位误差如同圆柱销定位，均为： 而菱形销限制了Z方向的转动自由度，孔与菱形销在Y方向的定位误差为：它实际上限制工件绕Z轴的转动。由于存在间隙，因而是工件产生一个转角误差，转角误差为：式中，d2min为菱形销的最小直径（mm）；D2max为菱形销定位孔的最大直径（mm）；为两定位销的最小中心距（mm）。2 产生定位误差的原因 （1）基准不重合带来的定位误差夹具定位基准与工序基准不重合，两基准之间的定位误差会反映到被加工表面的位置上去，所产生定位误差称之为基准不重合误差。（2）间隙引起的定位误差在使用心轴、销、定位套定位时，定位面与定位元件间的间隙可使工件定心不准产生的定位误差。 （3）与夹具有关的因素产生的定位误差 这类因素基本上属于夹具设计与制造中的误差，如 1）定位基准面与定位元件表面的形状误差。 2）导向元件、对刀元件与定位元件间的位置误差，以及其形状误差导致产生的导向误差和对刀误差。 3）夹具在机床上的安装误差，即对定误差导致工件相对刀具主轴或运动方向产生的定位误差。 4）夹紧力使工件或夹具产生变形，产生位置误差。 5）定位元件和夹紧的定位元件的误差的相对位置误差，以及磨损的定位元件、对刀元件、导向元件、定向元件的磨损。上述定位误差的分析计算，一般是在成批生产中使用调整法加工时，需要分析计算。对于具体夹具的定位误差需要具体分析，要找出各个产生定位误差的环节及大小，然后按照极值法或概率法求出总的定位误差，如果采用试切法加工，一般就不作定位误差的分析计算了。3 定位误差的计算（1）定位误差分析：采用了V形块定位，X、Y方向的定位误差为：查互换性与几何测量表3-2，并计算得：=0.036mm；V形块的定位误差为: 带入数据得，定位误差为0.018（1.414+1）=0.0450.4mm所以该定位方案合理 2）设计基准：通轴中心；设计基准与定位基准误差，=0.05因此： =0.050.2所以该定位方案合理。9.2.6.夹紧装置的确定夹紧装置的组成许多夹紧装置，可以分成两部分 1） 动力装置产生夹紧力。动力装置是产生原始作用力的装置。按夹紧力的来源，夹紧分手动夹紧和机动夹紧。手动夹紧是靠人力；机动夹紧采用动力装置。常用的一般的装置有可以分有液压的装置、气压的装置、电磁的装置、电动的装置、气-液联动的装置和真空的装置等。 2）夹紧机构传递夹紧力。作为动力装置所要产生的一些力都要对零件有作用，动力的装置在一定的条件下需要可以适当的传递。传递机构是把原动力传递给夹紧元件。它由两种构件组成，一是接受原始作用力的构件，二是中间传力机构。夹紧元件是直接夹紧工件的元件，它的作用是接受传递机构传来的作用力，夹紧工件。传递机构与夹紧元件组成了夹紧机构。夹紧机构在传递力的过程中，能根据需要改变原始力的方向、大小和作用点。夹具如果是手动的应该具备相当不错的自锁的特殊效果，这样就可以更好的保障只要人不在的时候，夹具还可以有效的可靠的夹紧零件。在实际生产中，由于工件的定位方法、加工要求和生产类型不同，夹紧装置差异较大。有的只设有传递机构和夹紧元件，还有只设有夹紧元件，如螺钉直接夹紧。夹紧装置的设计要求夹紧装置的正确性的选用和选择，对零件的精准的保障、生产力的提高以及人们休息时间的加长有相当大的作用。则夹紧装置应该符合以下几个基本要求： 1）夹紧过程中，不能破坏工件在定位时所处的正确位置。 2）夹紧力的大小适当。保证工件在整个加工过程中的位置稳定不变，夹紧可靠牢固，震动小又不超出允许的变形。 3）工件生产批量越大，越应该设计较复杂、效率较高的夹紧装置。 4）具有良好的结构工艺性和实用性。力求简单，便于制造维修，操作安全方便。9.2.7.夹紧力的确定确定夹紧力就是确定夹紧力的方向、作用点和大小。夹紧力方向的确定夹紧力应朝向主要定位基准面。只有一个力对零件作用，那就是夹紧力，或者受其他几个方向的力，定位基准的方向应该主要的对着夹紧力的方向。夹紧作用点的选择 1）夹紧力的作用点应落在定位元件的支承范围内。 2）夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的部位上，这样可以防止或减少工件变形对加工精度的影响。 3）夹紧力的作用点应尽量靠近加工表面。在加工过程中，切削力一般容易引起工件的转动和震动。作用点靠近加工表面，使切削力对夹紧作用点的力矩变小，以减小工件转动趋势或变形。螺旋夹紧机构是手动夹紧机构中一种最广泛的应用。螺旋夹紧机构的优点是：扩力比可达80以上，自锁性好，结构简单，制造方便，适应性强，其缺点是动作慢，操作强度大。根据 金属机械加工工艺人员手册表9-27螺旋夹紧机构的夹紧力计算公式：W夹紧力，N；Q作用力，N；L手柄长度，mm；d2螺纹中径，mm；螺纹升角，；1螺纹摩擦角，方形543，梯形555，三角形634；F螺杆（螺母）端面与工件间的摩擦系数；根据表格得：W=3000N。第十章、结论与展望 10.1.结论本次毕业设计做的是棘轮轴工艺规程设计和系列夹具设计。主要就是做工艺的设计及专用夹具的设计。整个过程是对四年来所学知识的总结，而且在原来的基础上融会贯通。这应用到了机械制造工程原理，机床的夹具设计，金属切削机床与刀具等多门主要专业课程。在老师的指导下一次次的发现问题，解决问题，不断地提高自己，无形中锻炼了自己的独立思考、解决问题的能力。此次做毕业设计也暴露出自己的问题，以前很多课程都只是学了一些皮毛而已，只会画画CAD图，从而导致在做工艺设计及夹具设计时无法灵活运用，不知变通。吸收此次的教训为今后走上工作岗位，为今后在生产实践，具有现实的指导意义，是非常重要的。科学技术的发展特别是计算机
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