某十字轴零件机械加工工艺及其夹具设计-铣∅26轴端面、钻∅14孔夹具
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某十字轴零件机械加工工艺及其夹具设计-铣∅26轴端面、钻∅14孔夹具,十字,零件,机械,加工,工艺,及其,夹具,设计,26,端面,14
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本科毕业设计(论文)题目：某十字轴零件机械加工工艺及其夹具设计 某十字轴零件机械加工工艺及其夹具设计摘 要本文完成了十字轴零件的工艺规程及设计了铣26端面以及钻14孔的两套夹具。从零件的结构外形分析，它的外型复杂，且不易加工，因此该零件选用是锻件。它的主要加工面是孔、端面，在本设计中，先以一个面加工出一个基准面，然后，再以该基准面加工相应的孔。在整个加工过程中，分别采用了铣床、钻床。并设计了铣端面、钻孔的专用夹具，并对它们的定位分别采用了两个V型块定位，一挡销来辅助定位，铣床夹具用了三个V型块定位。由于该零件的尺寸不大，所需的夹紧力不大。因此，夹紧方式都采用手动夹紧，它的夹紧简单，机构的设计更为方便，满足夹紧要求。关键词：十字轴零件；加工工艺；专用夹具； 0Design Of Shaft Parts Machining Process AndFixture Of A CrossAbstract This paper completed cross shaft parts written and 26 face milling and drilling 14 holes of the two sets of fixture design. From the analysis of structure and shape of parts, its shape is complex, and not easy to processing, so the selection of parts is forging. Its main processing is the hole surface, face, in the design, first to a surface processing of a reference plane, and then, and then in the base-level processing corresponding holes. In the whole process of the milling machine, drilling machine, respectively. And the design of special fixture for milling, drilling, and their location using the four V type block position, a stop pin to the auxiliary positioning. Due to the small size of components, the clamping force is needed. Therefore, the clamping means are manually clamping, clamping it simple, more convenient for the design of institutions, to meet the requirements of clamping. Key Words：Intermed shaft supporting bracket；Processing；Special fixture；0目 录1 绪论01.1综述0 1.2机床夹具的现状及发展方向01.2.1国内外机床夹具的现状01.2.2现代机床夹具的发展方向0 1.3课题背景0 1.4本文主要研究工作42 零件的分析02.1 零件作用02.2 零件的工艺分析03 工艺规程设计03.1 确定毛坯的制造形式03.2基面的选择03.3制定工艺路线03.4机械加工余量，工艺尺寸及毛坯尺寸的确定03.5确定切削用量及基本工时03.6小结04 钻床夹具设计04.1机床夹具组成04.2机床夹具作用04.3 机床夹具分类04.4夹具设计步骤04.5 钻床夹具设计过程0 4.5.1定位基准的选择0 4.5.2夹具设计05 铣床夹具设计05.1 铣床夹具的设计特点05.2夹具装夹工件的特点05.3铣床夹具的安装05.4铣床夹具的对刀位置05.5铣刀分类045.6定位方案0 5.6.1定位误差计算0 5.6.2夹紧方案06.设计总结错误!未定义书签。参考文献0致谢0 41 绪论1.1概述夹具是指夹住、压缩试验片的、安装在试验机上的、用于强度试验的零部件。 根据要测试的试验片的不同种类（塑料、金属等）、试验方式的不同种类（拉伸、压缩）需要更换治具进行试验。机械制造过程中用来固定加工对象，使加工对象（待加工零件）占有正确的位置，以接受施工或检测的装置为夹具，夹具又称为卡具。从广义上说，在工艺过程中的任何工序，用来迅速、方便、安全地安装工件的装置，都可称为夹具。夹具种类按使用特点可分为：万能通用夹具、专用性夹具、可调夹具、组合夹具等。例如焊接夹具、检验夹具、装配夹具、机床夹具等。其中机床夹具最为常见，常简称为夹具 。夹具是由定位元件、加紧装置、对刀元件、连接元件、夹具体、其他元件及装置组成的。在机床上加工工件时，为使工件的表面能达到图纸规定的尺寸、几何形状以及与其他表面的相互位置精度等技术要求 ，加工前必须将工件装好（定位）、夹牢（夹紧）。夹具通常由定位元件（确定工件在夹具中的正确位置）、夹紧装置 、对刀引导元件(确定刀具与工件的相对位置或导引刀具方向)、分度装置（使工件在一次安装中能完成数个工位的加工，有回转分度装置和直线移动分度装置两类）、连接元件以及夹具体（夹具底座）等组成1。夹具主要用于保证产品的加工质量、减轻劳动强度、辅助产品检测、展示、运输等。加工零件时使用合适正确的夹具能够稳定地保证工件的加工精度，减少辅助工时，提高劳动生产率，能扩大机床的使用范围，实现一机多能。 工件的工艺分析及夹具设计是工艺工程师必备的专业素质。在机械加工领域中，机械加工工艺的合理性和创新性显得尤为重要。可以将机械加工工艺，理解为一个将原材料利用机械加工的方法使其成为合格零件的全过程。因此，机械加工工艺贯穿着整个加工过程，对整个加工过程都有明确规定。合理的加工工艺就是要保证产品的质量、降低加工成本、提高加工效率、保证生产的安全等。机械加工工艺包含着加工流程、主要设备和技术力量等。机械加工工艺规程是规定零件机械加工过程和操作方法等的重要文件，是在具体的生产条件下，把较为合理的工艺过程和操作方法，按照规定的形式书写成工艺文件，经审批后用来指导生产加工。机械加工工艺规程一般包括以下内容：工件加工的工艺路线、各工序的具体加工内容及所用的设备和工艺装备、工件的检验项目及检验方法、切削用量、时间定额等。在现行的工艺流程中，由于某些条件的改变，如生产条件的变化，新技术、新工艺的引进，新材料、先进设备的应用等，都会改变现有的机械加工工艺。因此，要求及时对工艺流程进行修订和完善，调整已经确定的加工顺序和加工内容，以提高加工效率，保证工艺流程的合理性和高效性。1.2机床夹具的现状及发展方向夹具最早出现在18世纪后期。随着科学技术的不断进步，夹具已从一种辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备。当代机械制造工业以迅猛的步伐向前发展，加工方法和制造工艺进步完善与开拓，在传统的切削、磨削技术不断发展，上升到新的高度的同时，各种特种加工方法也在不断出现，并拓展出新的工艺可能性，达到新的技术水平，并在生产中发挥重要作用。1.2.1国内外机床夹具的现状目前中国制造业发展迅猛，以前的我国制造业普遍使用刚性专机加工各种各样的零部件，导致改型和生产个零部件周期较长。随着我国制造业发展和各种零件的需求与日俱增，加工设备和工艺也向着柔性化的方向转变。加工装备的柔性概念和需求主要体现在对设备快速性和适应性的需求上，因此制造商不得不寻求柔性和产量之间的最佳组合。机床夹具现状国际研究协会的统计数据显示,在生产中、小批量生产现状,对工件各种工件的物种多样性已全部85%。现代生产企业生产的产品的需求,为了适应市场需求和竞争经常更新。然而,一般企业仍使用传统的专用夹具,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34年就要更新5080左右专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为1020左右。特别是近些年来，数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统（FMS）等新型加工技术的应用，对机床夹具的使用提出了新的要求：1)可以快速方便设备生产的新产品,以缩短生产准备阶段、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)适用于各种现代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，以进一步降低了工人的劳动强度,提高劳动生产率,6)改善标准化机床夹具。现代机床夹具的发展方向主要是向着为了标准化、精度和效率和灵活性等4个方面而发展。1.2.2现代机床夹具的发展方向现代机床夹具的发展方向主要表现为标准化、系列化、通用化、精密化。a) 标准化、系列化：是把夹具的零件、部件和组件制订成部标和国标，由专业化制造厂生产供应。这些零件、部件或组件可以作为一个独立单元安装在夹具上，称为夹具的一部分，这就简化了夹具的设计、制造和装配。目前我国已有夹具零件及部件的国家标准：GB/T2148T225991以及各类通用夹具、组合夹具标准等。机床夹具的标准化，有利于夹具的商品化生产，有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本，提高劳动生产效率等。b) 通用化：通用化是指扩大夹具的通用化程度,它是适应现代机械工业的多品种小批量生产特点的有效措施之一。c) 精密化：进行大批量的零件加工时,机械零件的加工精度是由夹具保证的,夹具精度的高低直接影响到零件的制造精度。随着机械产品精度的日益提高，势必相应提高了对夹具的精度要求。精密化夹具的结构类型很多，例如用于精密分度的多齿盘，其分度精度可达0.1；用于精密车削的高精度三爪自定心卡盘，其定心精度为5m4。1.3课题背景工艺是制造技术的灵魂，也是核心力量现代制造工艺可以说是先进制造技术的重要组成部分，也是其最有活力的部分一件产品从设计变为现实必须通过生产加工才能完成，故而工艺是设计制造的桥梁，设计的可行性一般会受到工艺水平的制约，由此工艺也就很容易成为设计的瓶颈，所以，不是所有被设计师设计出来的产品都能被加工出来，也不是所有设计出来的产品都能通过加工达到预定的技术要求 设计和工艺非常重要，缺一不可很多人把二者割裂或对立起来，这显然不正确，应用广义的制造概念把它们统一起来现在，人们常会较为看重设计师在产品创意上的作用，却未能正确评价工艺制造师的作用 事实上，很多例子都能生动说明制造技术的成功离不开较高的工艺水平机械制造是一门历史悠久的学科，在人类文明的发展进程中占据了重要地位 而机械制造工艺是专门研究产品设计生产加工制造销售使用维修服务乃至回收再生的整个过程的工程学科 随着社会的发展，人类在进入21世纪后对产品的要求也发生了极大的变化，品种多样更新快捷使用方便物美价廉成为产品必须具备的品质，如果产品还包含自动化程序，则进一步要求售后服务必须到位 综上所述，为适应时代要求，必须采用现代机械制造技术。众所周知，现代机械制造技术突出表现为现代技术和工业创新的集成，它不仅是国民经济的重要组成部分，也是衡量国家科技发展水平的重要标志，是国际间科技竞争的重点 我们要抓住机遇，了解机械制造技术工艺的发展特点，把握现代机械制造技术的发展趋势，紧跟发展先进制造技术的世界潮流，将发展现代机械制造工艺放在战略优先地位。随着我们对制造技术研究的继续深化，不久的将来，它会有更广阔的发展空间。本课题的目的是通过完成毕业设计，使学生掌握机械加工的流程，对培养学生尽早成为合格工艺工程师具有重要的实践意义。通过工艺编制及其所用机床夹具设计的锻炼，可使学生对企业工艺室工作有一个清楚地认识，为日成为工艺工程师打下良好基础。能够培养学生运用机械制造工艺学及有关课程的知识，结合生产实习中实践知识，独立地分析和解决工艺问题，能巩固、加深有关机械加工工艺与夹具方面的知识，为以后的实际工作奠定坚实的基础6。当代机械制造工业正以迅猛的步伐迈向21世纪，加工方法和制造工艺进一步完善与开拓，在传统的切削、磨削技术不断发展，上升到新的高度的同时，各种特种方法也在不断出现，开拓出新的工艺可能性，达到新的技术水平，并在生产中发挥重要作用；加工技术向高精度发展，出现了所谓的“精密工程”、“纳米技术” 。制造技术向自动化方向发展，正沿着数控技术、柔性制造系统及计算机集成制造系统的台阶向上攀登。1.4本文主要研究工作 某十字轴零件机械加工工艺及其夹具设计是本课题的研究内容，对此研究查阅的大量的资料，首先明白机械加工工艺过程就是用切削的方法改变毛坯的形状、尺寸和材料的物理机械性质成为具有所需要的一定精度、粗糙度等的零件。为了能具体确切的说明过程，使工件能按照零件图的技术要求加工出来，就得制定复杂的机械加工工艺规程来作为生产的指导性技术文件，学习研究制定机械加工工艺规程的意义与作用就是本课题研究目的。 在整个设计过程中,我们将学习到更多的知识。我们必须仔细了解零件结构，认真分析零件图,培养我们独立识图能力,增强我们对零件图的认识和了解,通过对零件图的绘制,不仅能增强我们的绘图能力和运用AutoCAD软件的能力，而且能加深我们对所学知识的理解。机械加工工艺规程是规定零件机械加工过程和操作方法等的重要文件，是在具体的生产条件下，把较为合理的工艺过程和操作方法，按照规定的形式书写成工艺文件，经审批后用来指导生产加工。机械加工工艺规程一般包括以下内容：工件加工的工艺路线、各工序的具体加工内容及所用的设备和工艺装备、工件的检验项目及检验方法、切削用量、时间定额等。机械加工工艺流程是为了保证生产高效率、低消耗，也是为了保证生产安全和质量合格所制定的。机械加工工艺就是以工艺流程作为依据，所以需要操作者对加工流程熟记于心，并严格执行，在每个环节，都要按照工艺要求对零件进行加工并严格把关。这样才能保证产品质量，提高工作效率。在现行的工艺流程中，由于某些条件的改变，如生产条件的变化，新技术、新工艺的引进，新材料、先进设备的应用等，都会改变现有的机械加工工艺。因此，要求及时对工艺流程进行修订和完善，调整已经确定的加工顺序和加工内容，以提高加工效率，保证工艺流程的合理性和高效性。同一零件，在不同企业加工，工艺流程各不相同。因此，机械加工工艺流程是企业结合自己实际生产情况的产物，是根据现有的条件（如厂内机械设备，技术手段，人才素质等）合理计划制定的。 机床夹具作为机械制造业中不可或缺的重要环节，对整个机械制造业的水平提升有着极其重要的影响，甚至有些时候是关键性的影响。如果要实现机械制造的现代化，必须首先提高机床夹具的现代化水平，提高机床夹具的制造效率，实现机床夹具的标准化。然而，传统的机床夹具还占据着机械制造业的绝对主导地位，这成为了机械制造业的现代化进程的障碍因素。机床夹具的设计要照顾到夹具加工的具体特点，充分发展机床夹具设计的标准化和信息化，不断提高机床夹具的效率，冲破这个制约机电产品生产快速发展的瓶颈。只有通过不断提高机床夹具设计的科学性、合理性，才能不断推进机床夹具设计的标准化进程，满足机电产品现代化对机床夹具设计的要求。252 零件的分析2.1零件作用十字轴是万向节典型结构的关键零件，主要用于各种机械的多向传动连接，常与联轴器配套使用，起传递动力的作用，承受较大载荷，故毛坯采用强度和韧性都较好的20GrMnTi。2.2零件的工艺分析 零件的三维图如图2.1所示：图2.1 十字轴三维零件图以四个轴颈为基准的加工轴向中心孔和铣轴端面的安排，这是因为四个轴颈是重要加工表面，这样做可保证它们的加工余量均匀，并防止加工余量不够而导致废品产生，同时这也符合便于装卡的原则。 为了避免多次装卡，引起误差以及造成工时的损耗，故采用一次装卡同时加工14和10，为了减小钻孔走刀长度，先加工14的孔，钻中心孔时注意尽量保证处于同一轴线的中心孔有较好的同轴度，这样便于四轴颈加工，而且夹紧力不宜过大，防止产生变形。以轴向中心孔为精基准的加工表面：这一组加工表面包括：轴颈，径向中心孔（钻孔，攻丝）。轴颈是最重要的加工表面，由于十字轴的刚性较差，毛坯的圆柱度误差很容易反映到工件上来，造成工件的圆柱度误差，四轴的圆柱度误差允许值0.007，要求较高，故轴颈安排了粗车、半精车、磨削，这样毛坯误差复映到工件的误差就明显减小，从而保证了零件的加工精度。此外，为了减小磨削力引起的变形，选用切削性能较好的白刚玉粒度号为46的较软砂轮。以轴颈为精加工基准的加工表面。磨四周端面，四个轴端面的对称度要求比较高,故最终安排一道轴颈为精基准的磨削加工。3 工艺规程设计3.1确定毛坯的制造形式零件材料为20GrMnTi，考虑到零件在工作过程中承受经常性的交变载荷，因此选用锻件，从而使金属纤维尽量不被切断，保证零件可靠工作。此外考虑到生产性质为大批大量，所以采用效率和精度等级都比较高的模锻成型加工工艺，毛坯图如图3.1所示：图3.1十字轴毛坯图3.2基面的选择基面选择在工艺规程设计中占有很重要的位置，关系到能否保证加工质量和生产效率。基面选择合理可以使加工质量得到保证，生产效率得以提高; 否则，最直接的后果是无法保证加工质量，造成零件大批报废，浪费原材料和劳动力以及能源，降低生产效率。第一：粗基准的选择考虑到端面对两对轴线的位置度要求，而且四个轴颈外圆是重要加工表面，这样做可保证重要加工表面的加工余量均匀，并防止加工余量不够而导致废品产生，同时选择外圆面作为粗基准定位比较稳定，符合便于装卡的原则，所以选择毛坯外圆为粗基准铣轴端面比较合理。第二：精基准的选择以中心孔作为加工外圆的精基准，以四轴颈为加工四轴端面的精基准。3.3制定工艺路线工艺路线用来表示企业产品的在企业的一个加工路线（加工顺序）和在各个工序中的标准工时定额情况。是一种计划管理文件不是企业的工艺文件，不能单纯的使用工艺部门的工艺卡来代替。工艺卡主要是用来指定工人在加工过程中的各种操作要求和工艺要求，而工艺路线则强调加工的顺序和工时定额情况，主要用来进行工序排产和车间成本统计。表3.1 工序路线方案一工序 方案一 1粗车四轴端面 2半精车四轴端面 3钻四轴径向中心孔，攻螺纹，锪锥面 4钻端面中心孔，锪锥面 5粗车四轴外圆 6半精车四轴外圆 7精车四轴外圆 8渗碳淬火处理 9磨四轴外圆 10最终检查方案一车削两次浪费工时，增加了工人的劳动量，不利于提高效率，缩减成本；此外端面的中心孔以及螺纹孔为非工作表面，因此安排在粗加工之后，热处理之前加工进行，这样可以提高重要加工表面的加工精度，减小不重要表面对它们的影响；方案一还有一个不足就是，四轴外圆也属于重要加工表面，热处理以后，它的尺寸和形状都要发生改变从而影响精度，方案二中去掉了方案一中的精加工四轴外圆，而是在热处理之后加了一道磨削外圆的工序，这样就可以很好地保证四轴外圆的加工精度，减小废品率，提高生产效率，根据上述原因，选择方案二作为最终十字轴加工工艺路线。方案二通过对外圆以四轴中心孔为基准的粗车和半精车9。表3.2 工序路线方案二工序方案二1锻造毛坯2粗铣四轴颈端面并打中心孔3粗车四轴颈并倒角4半精车四轴颈并倒角5精铣端面6钻 孔、钻 通孔、及锪90o孔7钻侧面M87H底孔并攻M87H螺纹8热处理渗碳、淬火、回火 9以双向90为基准磨削2650长至尺寸要求，保证四轴颈圆柱度要求 10按零件图样要求全面检查 3.4机械加工余量，工艺尺寸及毛坯尺寸的确定 第一：四轴外圆加工余量 直径考虑其加工长度为50mm，零件直径为26mm，与其联系的非加工表面的尺寸为28mm，由于是大批生产并且采用模锻件作为毛坯，为了降低毛坯加工难度，简化工艺路线，现直接取外圆的毛皮尺寸为28mm，外圆的表面粗糙度及圆柱度要求很高，2 Z=2mm的加工余量可以满足要求，但为了增加零件加工的可靠性，现取模锻件四轴外圆部分为精密级，锻件质量约为1.5KG。复杂系数s=Mf/Mn=0.57,属于S2级，一般复杂等级，材质系数为M15，尺寸公差和偏差为1+0.7 -0.3mm，因此毛坯的尺寸为28+0.7 -0.3mm，实际加工余量为2Z=2+0.7 -0.3。 第二：四轴端面 四周端面的相对面间的零件尺寸为152-0.020 -0.074mm，粗糙度为1.25，相对于中心轴的对称度为0.05，因此选加工余量Z=3mm可以满足加工要求,零件复杂度为S2，材质系数为M1，因此毛坯尺寸的公差和上下偏差为2+1.4 -0.6mm，因此加工余量为3+1.4 -0.6mm，毛坯尺寸为158+1.4 -0.6mm。 第三：两侧面 加工余量为0mm，毛坯尺寸为。钻孔余量、攻螺纹余量、锪锥面余量、四轴中心孔、非重要表面，既无尺寸偏差，又无位置度要求，14mm孔加工余量为4 mm, 10mm孔加工余量为3mm。3.5确定切削用量及基本工时3.5.1铣四轴端面 工件材料:20CrMnTi，=1018Mpa，模锻。 加工要求：铣四轴端面两向对面尺寸由158+1.4 -0.6mm,至两端面尺寸为10（公差平均分配(2+0.054)/2x2=1.027/2)152-0.020 -0.074,各端面距中心平面距离为按入体原则标注。机床：卧式铣床X5020AS。 刀具：YT15圆柱铣刀，齿数Z=6，依据手册，由切削深度，以及加工类型（不经粗铣的半精铣），选用粗齿11。计算切削用量：根据刀具材料以及加工类型7，=0.12mm，。采用硬质合金圆柱铣刀，=50mm，Z=6，则， 由机床说明书取，于是。刀具每分钟进给量为=662.4mm/min。计算基本时间：本工序为相同的四个工步, 。3.5.2钻四轴轴向中心孔，锪锥面为了尽量保证10mm和14mm同轴，采用一次装卡，连续加工的方法，这也有利于节约工时，提高生产效率，减小工人劳动强度。先加工14mm的孔，后加工10mm的孔，这样可以减小加工10mm孔的走刀距离和加工时受的阻力，从而减小加工误差。由于这些孔的加工精度较低，因此只进行粗加工就可以满足要求，以下就对切削用量作具体的阐述：加工条件及加工要求：工件材料:20CrMnTi，=1018Mpa，模锻。加工要求：机床：卧式钻床 刀具：中心钻14mm, ；10mm，。 计算切削用量： 根据刀具材料以及加工类型的依据8。=1018Mpa0.748Gpa, ，由参考文献4查表得加工14mm孔的进给量以及切削速度分别为，计算得，查表得机床有此转速。加工10mm孔的进给量以及切削速度分别为，转速计算结果与14mm为了简化加工过程采用与加工14mm孔一样的转速。计算基本时间：加工各轴两孔的走刀长度、进给量、转速分别为：3.5.3粗车四轴外圆 加工条件及加工要求12：加工要求：粗车四轴外圆由毛坯尺寸公差及上下偏差为公差平均分配 。机床：卧式车床C6201-1。刀具：YT5外圆车刀，由于=1018Mpa，加工材料为结构钢，选用前角25，系统刚性足够，切削深度不大应选用较小主偏角，依据手册主偏角范围1015，由于取较小主偏角可以提高刀具寿命，因此选择10，根据前角大小，以及加工类型（粗车），查的相应的=8，刀杆尺寸为。计算切削用量：根据加工尺寸确定背吃刀量为工件直径靠近20mm，刀具材料为硬质合金，背吃刀量0.6mm，有工艺手册查表得。通过查表法确定切削速速，根据纵车外圆的切削速度表，并根据以上得出的切削标准，选出对应的切削速度为， (3.1) 由机床说明书取转速为 相应的转速为 (3.2) 计算基本时间：本工序为四个相同工步 (3.3)3.5.4.精车四轴外圆加工条件及加工要求13：加工要求：粗车四轴外圆由至两端面尺寸公差及上下偏差为公差平均分配(1+0.02)/3=0.34）. 机床：卧式车床C6201-1 刀具：YT15外圆车刀，由于=1018Mpa，加工材料为结构钢，查表得前角范围1215，由于工件硬度低，前角需大一点，因此选用前角=15，刀杆尺寸为，刀尖半径取。计算切削用量： 根据切削尺寸及加工要求。 按表面粗糙度选取切削用量：根据刀具的相关参数，并选择有利于下步磨削最终达到最终的加工要求的表面粗糙度，查的进给量为。用查表法确定切削速度10，硬质合金外圆纵车削的切削速度）。，根据机床说明书，取，计算切削速度： 计算基本时间：本工序为四个相同工步3.5.5钻孔，攻螺纹，锪锥面加工条件及加工要求14：加工要求：钻7mm 的孔，深度为15mm；攻螺纹M8-7H；锪锥面深度4mm，小端直径23mm，角度为60。机床：立式钻床Z518刀具：6mm中心钻；M8丝锥；60锪钻。确定切削用量钻孔：由材料=1018Mpa0.748Gpa，查表取。依据钻直径以及进给量确定，计算转速，车床为无极转速因此转速不需修正。攻螺纹：查表取，切削速度计算公式： (3.4)查表确定各系数：，计算基本时间：加工各步的走刀长度、进给量、转速分别为：3.5.6渗碳淬火渗碳深度严格控制为1.72.2，淬火硬度为HRC58608。工序7精磨四轴外圆加工条件及加工要求：加工要求：磨削外圆由至。机床：外圆磨床。磨轮：（磨轮的选择）9确定砂轮材料为白刚玉，粒度为46，粘结剂为陶瓷的平型砂轮，砂轮直径d=250mm,厚度h=6mm。确定切削用量：由加工要求。由于加工类型是直接精磨，且粗糙度为。3.6小结机械加工工艺规程是规定产品或零部件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件。对加工工艺规程的设计，可以了解了加工工艺对生产、工艺水平有着极其重要的影响。生产规模的大小、工艺水平的高低以及解决各种工艺问题的方法和手段都要通过机械加工工艺来体现。最终确定本套工艺文件如下：工序1：锻造毛坯；工序2：粗铣26四轴颈端面并打中心孔；工序3：粗车四轴颈并倒角；工序4：精车四轴颈并倒角；工序5：精铣端面；工序6：钻 孔、钻 通孔、及倒角90o孔；工序7：钻侧面M87H底孔并攻M87H螺纹；工序8：热处理渗碳、淬火、回火 ；工序9：以双向90为基准磨削2650长至尺寸要求，保证四轴颈圆柱度要 求；工序10：按零件图样要求全面检查。4 钻床夹具设计 4.1机床夹具组成(1) 定位元件它与工件的定位基准相接触，用于确定工件在夹具中的正确位置，从而保证加工时工件相对于刀具和机床加工运动间的相对正确位置。(2)夹紧装置用于夹紧工件，在切削时使工件在夹具中保持既定位置。(3)对刀、引导元件或装置这些元件的作用是保证工件与刀具之间的正确位置。用于确定刀具在加工前正确位置的元件，称为对刀元件，如对刀块。用于确定刀具位置并导引刀具进行加工的元件，称为导引元件。(4)连接元件使夹具与机床相连接的元件，保证机床与夹具之间的相互位置关系。(5)夹具体用于连接或固定夹具上各元件及装置，使其成为一个整体的基础件。它与机床有关部件进行连接、对定，使夹具相对机床具有确定的位置。(6)其它元件及装置有些夹具根据工件的加工要求，要有分度机构，铣床夹具还要有定位键等。以上这些组成部分，并不是对每种机床夹具都是缺一不可的，但是任何夹具都必须有定位元件和夹紧装置，它们是保证工件加工精度的关键，目的是使工件定准、夹牢。4.2机床夹具作用 对工件进行机械加工时,为了保证加工要求,首先要使工件相对于刀具及机床有正确的位置,并使这个位置在加工过程中不因外力的影响而变动。为此,在进行机械加工前,先要将工件装夹好。工件的装夹方法有两种:一种是工件直接装夹在机床的工作台或卡盘上;另一种是工件装夹在夹具上。采用第一种方法装夹工件时,一般要先按图样要求在工件表面划线,划出加工表面的尺寸和位置,装夹时用划针或百分表找正后再夹紧。这种方法无需专用装备,但效率低,一般用于单件和小批量生产。批量较大时,大都用夹具装夹工件。用夹具装夹工件的 优点如下:（1）稳定地保证工件的加工精度。用夹具装夹工件时,工件相对于刀具及机床的位置精度由夹具保证,不受工人技术水平的影响,使一批工件的加工精度趋于一致。（2）提高劳动生产率。使用夹具装夹工件方便、快速,工件不需要划线找正,可显著地减少辅助工时,提高劳动生产率;工件在夹具中装夹后提高了工件的刚性,因此可加大切削用量,提高劳动生产率;可使用多件、多工位装夹工件的夹具,并可采用高效夹紧机构,进一步提高劳动生产率。（3）扩大机床的使用范 围。在通用机床上采用专用夹具可以扩大机床的工艺范围,充分发挥机床的潜力,达到一机多用的目的。例如,使用专用夹具可以在普通车床上很方便地加工小型箱体类工件。甚至在车床上拉出油槽,减少了昂贵的专用机床,降低了成本,这对中小型工厂尤其重要。（4）改善操作者的劳动条件。由于气动、液压、电磁等动力源在夹具中的应用,一方面减轻了工人的劳动强度;另一方面也保证了夹紧工 件的可靠性,并能实现机床的互锁,避免事故,保证了操作者和机床设备的安全。（5） 降低成本。在批量生产使用夹具后,由干劳动生产率的提高,使用技术等级 较低的工人以及废品率下降等原因,明显地降低了生产成本。夹具制造成本分摊在一批工件上,每个工件增加的成本是极少的,远远小于由于提高劳动生产率而降低的成本。工件批量愈大,使用夹具所取得的经济效益就愈显著。4.3机床夹具分类1.按夹具的通用特性分类按夹具的通用特性分类根 据夹具在不同生产类型中的通用特性,机 床夹具 可分为通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合夹具和自动线夹具等:( 1 ) 通用夹具。通用夹具是指结构、尺寸已规格化,而且具有一定通用性的夹具。这类夹具适应性强,可用来装夹一定形状和尺寸范围内的各种工件。( 2 )专用夹具。这类夹具是专为零件的某一道工序的加工而设计和制造的。在产品相对稳定、批量较大的生产中,常用各种专用夹具,可获得较高的生产率和加工精度。( 3 )可调夹具。可调夹具是针对通用夹具和专用夹具的缺陷而发展起来的一类新型夹具。对不同类型和尺寸的工件,只需调整或更换原来夹具上的个别定位元件和夹紧元件便可使用。( 4 )组合夹具。组合夹具是一种模块化的夹具。标准的模块元 件具有较高精度和耐磨性,可组装成各种夹具。夹具用毕可拆卸,清洗后留待组 装新夹具。( 5 )自动线夹具。自动线夹具一般分为两种:一种为固定式夹具,它与专用夹具相似;另一种为随行夹具,使用中夹具随着4工件一起运动,并将工件沿着自动线从一个工位移至下一个工位进行加工。2. 按使用机床分类 可将夹具分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、铿床夹具、齿轮机床夹具、数控机床夹具、自动机床夹具、自动线随行以及其他机床夹具等。这是专用夹具设计所用的分类方法。设计专用夹具时,机床的组别、型别和主要参数均已确定。它们的不同点是机床的切削成形运动不同,故夹具与机床的连接方式不同。它们 的加工精度要求也各不相同。3. 按夹紧的动力源分类 夹具按夹紧的动力源可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、气液增力夹具、电磁夹具、真空夹具、离心力夹具等。4.4夹具设计步骤按照传统，可把整个设计工件分成四个具体步骤。4.4.1明确设计任务，收集原始资料 夹具设计的第一步是在已知生产纲领的前提下，研究被加工零件的零件图、工序图、工艺规程和设计任务书，对工件进行工艺分析。了解工件的结构特点、材料；本工序的加工表面、加工要求、加工余量、定位基准及所使用的设备。其次是根据设计任务收集有关资料，如机床的技术参数，夹具零部件的国家标准、部颁标准和厂订标准，各类夹具图册、夹具设计手册等，还可收集一些同类夹具的设计图纸，并了解该厂的工装制造水平，以供参考。了解夹具制造车间的生产技术条件。收集有关设计资料，其中包括夹具有关技术标准、设计参数和相关设计手册11。4.4.2设计夹具总体方案（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）确定其它装置及元件的结构形式，如对刀、导向装置，分度装置等。（4）确定夹具体的结构形式及夹具在机床上的安装方式，对夹具的总体结构最好拟订出几个不同的方案，经过分析比较，选择最佳方案。（5）绘制夹具草图，并标注尺寸、公差及技术要求。4.4.3进行必要的计算，审查方案、改进设计在确定夹具结构方案的过程中，工件定位、夹紧、对刀和夹具在机床上定位等各部分结构以及总体布局会有几种不同的方案可供选择，因而都应画出草图，进行必要的计算。进行定位误差计算以确定定位元件的结构尺寸与精度；进行夹紧力计算以确定夹紧装置的尺寸及结构形式，同时对夹紧机构的薄弱环节进行强度校核以确定加紧元件的结构尺寸。4.4.4夹具总装配图的绘制绘制夹具装配总图 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、各类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，不遮挡后面的线条。（2）依次绘出定位装置、夹紧装置、其它装置及夹具体。（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。4.4.5夹具零件设计及零件图绘制完成总装图后，由装配图逐个拆绘各个非标零件图，确定零件的结构、尺寸、技术要求，确定零件的材料牌号、热处理和表面处理要求，注意各零件的形状、大小，公差要相互协调。绘制夹具零件图夹具中的非标准零件均要画零件图，并按夹具总图要求，确定零件的尺寸、公差及技术要求。确定夹具总体布局和夹具体的结构形状，及时根据具体要求考虑夹具的清屑、输送、防护等问题。4.5钻床夹具设计过程钻床夹具主要是用来钻四轴端的中心孔。4.5.1定位基准的选择工件以V型块一，V型块二定位，以四轴颈中心线为基准，通过螺杆、挡销、压杆等加紧工件。本夹具采用两个V型块定位，限制了四个自由度，分别为X向移动、转动，Z向移动、转动。并且定位销限制了一个自由度为Y方向的移动。因为工件体积小，重量不大且切削力不大，只要通过手动夹紧即可满足夹紧力。4.5.2夹具设计在定位基准的前提下，设计一套钻床夹具，其目的是保证工件与机床和刀具在加工过程中保持相对位置不变。夹具中的零件有夹具体、螺杆、螺母、支承丁、压杆、钻套等。螺杆的直径16mm，V型块一，V型块二的作用是限制十字轴的4个自由度。支承丁在夹具体上，用来限制十字轴的1个自由度。 工作原理是，加工前，将零件放在两V型块上，将螺杆插在16mm的孔内，螺杆的一端用M25的螺母固定在夹具体上，另一端钻有螺纹，轻轻转动螺杆，螺杆和斜楔向右移动，滚子转动使压杆压紧十字轴，两个V形块可以限制十字轴沿X轴方向的移动、绕X轴的转动、沿Z轴方向的移动和绕Z轴的转动，在夹具体上设置一支承丁，用来限制十字轴绕Y轴的转动.即限定十字轴的五个自由度，保证加工过程中工件与机床和刀具的相对位置不变，夹具的设计目的得以实现。（3）定位误差分析由于工艺基准与设计基准重合，故不存在定位误差。（4）钻削力和与夹紧力的计算17 钻削力（5）夹紧力由于本夹具是双边夹紧，故取单边夹紧力F1=Ff/2=157.1N在计算切削力时必须把安全系数考虑在内，安全系数k=k1k2k3k4其中：k1为基本安全系数1.5； k2为加工性质系数1.1； k4为刀具钝化系数1.1； k4为断续切削系数1.1；所以，单边夹紧力图4.1钻孔夹具装置5 铣床夹具设计5.1铣床夹具的设计特点在机械加工中，各类铣床应用是比较广泛的，所以设计铣床夹具的工作量也比较大。在设计铣床夹具时，应充分注意铣削加工的特点：一般切削量比较大，多属断续切削，故切削力比较大容易产生振动。因此夹紧装置要有足够的夹紧力，夹具本身也应具有足够的刚度和强度。另外，由于铣削加工的万能性，常遇到结构形状不规则的工件，因此还要尽量考虑采用快速安装工件的装置，以节省辅助时间。在结构上，铣床夹具的重要特征是：采用定向键和对刀装置来确定夹具和机床、刀具之间的相对位置关系。5.2夹具装夹工件的特点夹具装夹方法是靠夹具将工件定位、夹紧，以保证工件相对于刀具、机床的正确位置具有以下特点：工件在夹具中的正确定位，是通过工件上的定位基准面与夹具上的定位元件相接触而实现的。因此，不再需要找正便可将工件夹紧；由于夹具预先在机床上已调整好位置（也有在加工过程中再进行找正的），因此，工件通过夹具对于机床也就占有了正确的位置；通过夹具上的对刀装置，保证了工件加工表面相对于刀具的正确位置；装夹基本上不受工人技术水平的影响，能比较容易和稳定地保证加工精度；装夹迅速、方便，能减轻劳动强度，显著地减少辅助时间，提高劳动生产率；能扩大机床的工艺范围。如镗削图机体上的阶梯孔，若没有卧式镗床和专用设备，可设计一夹具在车床上加工。铣床夹具的夹紧装置，应特别要求有较好的加紧刚度，夹紧力要足够，力的作用点要尽量靠近加工表面和落在刚性较好的部位而且要有利于定位的稳定性。必要时采用辅助加紧装置。由于铣床夹具一般只作进给运动，无需经常搬动，所以夹紧装置的各元件及有关的其他元件，可以做的粗壮些。此外，应尽量采用快速的夹紧方法，如采用联动夹紧等。但要注意解决结构的复杂性和经济性之间的矛盾。 定向键与定位元件之间无尺寸联系，但必须根据加工要求规定定位元件对定向键的位置精度要求。对刀装置的位置则根据定位元件的工作表面来确定。故必须规定对刀装置与定位元件的坐标尺寸及其公差，并提出位置精度要求。综上所述：夹具安装方法简单，不受技术水平影响，易操作。5.3铣床夹具的安装 铣床夹具在铣床工作台上的安装位置，直接影响被加工表面的位置精度，因而在设计时必须考虑其安装方法。铣床夹具一般通过夹具体的底平面安装在铣床的工作台上,然后T型槽螺钉或压板将其压紧夹牢在铣床的工作台上。其安装方法有两种:（1）定位键安装法。利用铣床夹具体底部的两个定位键与铣床工 作台上中间的T型槽相配合.其一般适用于加工精度低于IT7级的中、小型铣床夹具的安装。(2)找正安装法。利用铣床夹具侧面加工出的一条窄而长的找正基准面或标准的检验心轴的侧母线,找正铣床夹具与铣床切削运动之间的正确位置关系。其适用于加工精度高于IT7级或大、重型夹具不便于设置定向键时的铣床夹具的安装。5.4铣床夹具的对刀位置 夹具在机床上安装完毕，在进行加工之前，尚需进行夹具的对刀，使刀具相对夹具定位元件处于正确位置。对刀的方法通常有三种：试切法对刀，调整法对刀，用样件或对刀装置对刀。不管采用哪种对刀方法，都涉及到对刀基准和对刀尺寸。通常是以与工年定位基准重合的定位元件上的定位面作为对刀基准，以减少基准变换带来的误差。铣床夹具的对刀尺寸是从对刀基准到刀具切削表面之间的位置尺寸，和对刀块位置尺寸差一个塞尺厚度。影响对刀块位置尺寸的因素主要有对刀需要保证的工件上的加工尺寸、定位基准在加工尺寸方向的最小位移量Imin及塞尺的厚度S。5.5铣刀分类铣刀形状有很多种，普通铣床和数控铣床加工槽与直线轮廓、铣镗加工中心上加工型腔、型芯、曲面外形/轮廓用。大体上分为：1. 平头铣刀，进行粗铣，去除大量毛坯，小面积水平平面或者轮廓精铣；2. 球头铣刀，进行曲面半精铣和精铣；小刀可以精铣陡峭面/直壁的小倒角；3. 平头铣刀带倒角，可做粗铣去除大量毛坯，还可精铣细平整面(相对于陡峭面)小倒角；4. 成型铣刀，包括倒角刀，T形铣刀或叫鼓型刀，齿型刀,内R刀；5. 倒角刀，倒角刀外形与倒角形状相同，分为铣圆倒角和斜倒角的铣刀；6. T型刀，可铣T型槽；7. 齿型刀，铣出各种齿型，比如齿轮。 按铣刀结构和安装方法可分为带柄铣刀和带孔铣刀。（1） 带柄铣刀 带柄铣刀有直柄和锥柄之分。一般直径小于20mm的较小铣刀做成直柄。直径较大的铣刀多做成锥柄。 1）端铣刀 由于其刀齿分布在铣刀的端面和圆柱面上，固多用于立式升降台铣床上加工平面，也可用于卧式升降台铣床上加工平面。2）立铣刀 它是一种带柄铣刀，有直柄和锥柄两种，适于铣削端面、斜面、沟槽和台阶面等。3）键槽铣刀和T 形槽铣刀 它们是专门加工键槽和T 形槽的。4）燕尾槽铣刀 专门用于铣燕尾槽。（2） 带孔铣刀 带孔铣刀适用于卧式铣床加工，能加工各种表面，应用范围较广。5.6定位方案 定位方案的选择根据加工要求，工件在夹具中的定位以3个28轴颈为主要定位基准，工件以V型块一，V型块二，V型块三，以四轴颈中心线为基准，通过螺母、旋转铰链支座、压杆等加紧工件夹紧。本夹具采用三个个V型块定位，限制了六个个自由度，分别为X向移动、转动，Y向移动、转动，Z向移动、转动。因为工件体积小，重量不大且切削力不大，只要通过手动夹紧即可满足夹紧力。5.6.1定位误差计算V形块与轴颈配合，轴心的位置度误差为D=O1O20.014mm ，此件小于工件相应位置公差的三分之一，即 ，所以定位方案能够满足加工要求18。5.6.2夹紧方案压杆能保证轴颈与V形块接触良好，定位误差小，而且结构简单，操作方便。本夹具采用三个V型块定位，限制了六个自由度，分别为X向移动、转动，Y向移动、转动，Z向移动、转动。1. 工作原理是，加工前，将零件放在三个V型块上，翻起铰链支座与压杆固定，轻轻转动螺母使压杆压紧十字轴零件。三个V形块可以限制十字轴分别为X向移动、转动，Y向移动、转动，Z向移动、转动，保证加工过程中工件与机床和刀具的相对位置不变，夹具的设计目的得以实现，加工完零件后，轻轻旋转螺母，放下铰链支座螺杆，抬起压杆，取出零件即可，加紧装置如图5.1所示：图5.1铣四轴端面夹具装置6 结论任何设计过程中零件的工艺分析是必不可少的，所以首先要对十字轴进行简单的工艺分析，然后对毛胚的材料进行了选择，并确了加工的粗基准和精基准以及加工用量和切削余量。首先是工艺装备的设计过程，选择机床、刀具、量具，然后重点介绍夹具的设计过程，选择定为基准并计算钻削力和压紧力最后完成零件草图。在整个设计过程中,必须仔细了解零件结构，认真分析零件图,培养我们独立识图能力,增强对零件图的认识和了解,通过对零件图的绘制,增强绘图能力和运用autoCAD软件的能力。 其次，制订工艺规程、确定加工余量、工艺尺寸计算、工时定额计算、定位误差分析等。在整个设计中也是非常重要的,通过这些设计,全面地了解零件的加工过程、加工
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