毕业设计（论文）-轴加工工艺及铣键槽夹具设计

1、毕业设计说明书专业：机械制造与自动化班级： 机制3196 姓名： 学号： 指导老师：陕西国防工业职业技术学院陕西国防工业职业技术学院二O二二 届毕业设计（论文）综合课题任务书专业：机械制造与自动化 班级：机制3196 姓名： 学号：一、设计题目(附图)： 轴 零件机械加工工艺规程制订及第 工序工艺装备设计。二、设计条件： l、零件图； 2、生产批量：中批量生产。三、设计内容： 1、零件图分析：l）、零件图工艺性分析（结构工艺性及技术条件分析）；2）、绘制零件二维图、三维图； 2、毛坯选择： 1）、毛坯类型； 2）、余量确定； 3）、绘制毛坯二维图、三维图。 3、机械加工工艺路线确定： 1）、加

2、工方案分析及确定； 2）、基准的选择；3）、绘制加工工艺流程图（确定定位夹紧方案）。 4、工序尺寸及其公差确定： 1）、基准重合时（工序尺寸关系图绘制）； 2）、利用尺寸关系图计算工序尺寸； 3）、基准不重合时（绘制尺寸链图）并计算工序尺寸。 5、设备及其工艺装备确定：6、切削用量及工时定额确定： 确定每道工序切削用量及工时定额。7、工艺文件制订： 1）、编写工艺设计说明书； 2）、填写工艺规程（工艺过程卡片和工序卡片）。8、指定工序机床夹具设计： 1）、工序图分析； 2）、定位方案确定； 3）、定位误差计算； 4）、夹具总装图绘制。 9、指定工序刀具、量具设计。（绘制刀具、量具工作图）四、上

3、交资料（全部为电子文稿）：1、零件机械加工工艺规程制订设计说明书一份（按统一格式撰写）；2、工艺文件一套（工艺过程卡片、每一道工序的工序卡片含工序附图）；3、零件二维图、毛坯二维图各一张，零件三维图、毛坯三维图各一张； 3、机床夹具设计说明书一份（按统一格式撰写）； 4、夹具总装图一张（A4图纸），全部非标零件图（A4图纸），指定夹具零件的三维图一张； 5、刀、量具设计说明书一份（按统一格式撰写）；6、刀具工作图一张（A4图纸）；量具工作图一张（A4图纸）。五、起止日期：2021年 11 月 21 日一 2022 年 1 月 15 日(共7周)六、指导教师：七、审核批准： 教研室主任： 系主任

4、：年 月 日八、设计评语：九、设计成绩：年 月 日目录第一部分工艺设计说明书 04 第二部分第20号工序夹具设计说明书 15第三部分第20号工序刀具设计说明书 17第四部分第20号工序量具设计说明书 19第五部分毕业设计体会 21第六部分 参考资料 22全套图纸加V信153893706或扣 3346389411第一部分工艺设计说明书1.零件图工艺性分析1.1零件结构功用分析该零件属于轴类零件，由圆柱面、轴肩等组成。轴肩一般用来确定安装在轴上零件的轴向位置，各环槽的作用是使零件装配时有一个正确的位置，并使加工中磨削外圆时退刀方便。传动轴广泛应用于连接机构中，从图中可以看出，用来做定位部分的，形成

5、的锥体是在装夹工件时起导向作用的，由于在使用中，需要反复装夹工件，所以要求定位销轴应具有较好的耐磨性。要加工表面有外圆柱面、轴肩端面、槽和端面。由于定位销轴主要用于定位用故外圆柱面精度要求较高。1.2零件技术条件分析选用材料为45，外圆200；尺寸精度IT7；表面粗糙度Ra1.6。另一端外圆160；尺寸精度IT7；表面粗糙度Ra1.6。活塞槽尺寸精度IT7；表面粗糙度Ra1.6。1.3零件结构工艺性分析结构简单，加工主要为车加工，技术要求不难，工艺性良好。毛坯选择该轴材料为45钢，45钢是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过调质（或正火）后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合

6、机械性能，淬火后表面硬度可达4552HRC。2.1毛坯类型该传动轴属于轴类，并且各外圆直径尺寸相差不大，故选择185mm的热轧圆钢作毛坯。2.2毛坯余量确定根据铸件机械加工余量等级选择,根据材料和铸造方法确定加工余量等级为D-F,取F级；查得余量为1mm，最终确定为毛坯余量位2mm。机械加工余量对工艺过程有一定的影响，余量不够，不能保证零件的加工质量，余量过大，不但会增加机械加工劳动量，而且增加了材料、刀具、能源的消耗，从而增加了成本，所以必须合理的安排加工余量。 根据零件毛坯条件：材料45，生产类型为中批生产。本设计采用查表修正和经验估计法相结合来确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯

7、尺寸。2.3毛坯零件合图草图机械加工工艺路线确定3.1加工方法分析确定本零件的加工表面有外圆柱面、端面、轴端面、活塞槽等，这里列举外圆柱面来说明起加工方法。160mm的外圆柱面：精度等级：IT6；表面粗糙度：Ra1.6 um能达此要求的加工经济精度的加工路线有：粗车半精车精车粗磨精磨（IT6-7，Ra0.16-1.25）键槽；尺寸精度IT7；表面粗糙度Ra1.6 钻孔（IT9；Ra3.2）-绞孔（IT7；Ra1.6）表3.1表面加工方案如下表加工表面尺寸精度等级表面粗超度Ra/m加工方案粗车160mm外圆端面IT113.2粗车半精车粗车160mm外圆IT1012.5粗车粗车170mm外圆IT1

8、13.2粗车半精车粗车180mm外圆IT113.2粗车半精车 铣削键槽40长度280IT71.6粗铣精铣 铣削键槽40长度160IT81.6粗铣精铣3.2加工顺序的安排05： 下料10车 粗车160mm外圆端面，外圆，为后续槽加工做准备15车 粗车170mm外圆，深度2mm20车 粗车180mm外圆端面，外圆，为后续槽加工做准备25车 调头粗车160mm外圆30车 粗车170mm外圆35车 精车160mm外圆端面，外圆，为后续槽加工做准备40车 精车170mm外圆，深度2mm45车 精车180mm外圆端面，外圆，为后续槽加工做准备50车 调头精车160mm外圆55车 精车170mm外圆60 铣

9、 铣削键槽40长度280，65铣 铣削键槽40长度165，70圆角 倒圆角75检验 3.3定位基准选择对于该活塞表面的加工均利用外圆表面定位，对于轴向定位则使用被加工一端的相对段来定位以遵循“基准重合”原则，当掉头装夹的时候使用相反的那段来定位。由于该零件有同轴度和垂直度要求，粗基准采用热轧圆钢的毛坯外圆。中心孔加工采用三爪自定心卡盘装夹热轧圆钢的毛坯外圆，车端面、钻中心孔。但必须注意，一般不能用毛坯外圆装夹两次钻两端中心孔，而应该以毛坯外圆作粗基准，先加工一个端面，钻中心孔，车出一端外圆；然后以已车过的外圆作基准，用三爪自定心卡盘装夹(有时在上工步已车外圆处搭中心架)，车另一端面，钻中心孔。

10、如此加工中心孔，才能保证两中心孔同轴。 3.4加工阶段的划分说明05： 下料10车 粗车160mm外圆端面，外圆，为后续槽加工做准备15车 粗车170mm外圆，深度2mm20车 粗车180mm外圆端面，外圆，为后续槽加工做准备25车 调头粗车160mm外圆30车 粗车170mm外圆35车 精车160mm外圆端面，外圆，为后续槽加工做准备40车 精车170mm外圆，深度2mm45车 精车180mm外圆端面，外圆，为后续槽加工做准备50车 调头精车160mm外圆55车 精车170mm外圆60 铣 铣削键槽40长度280，65铣 铣削键槽40长度165，70圆角 倒圆角75检验 55入库零件精度要求

11、不高，应划分阶段进行加工。粗车为粗加工阶段；半精车为半精加工阶段；精车，为精加工阶段。3.5主要机加工工序简图05： 下料10车 粗车160mm外圆端面，外圆，为后续槽加工做准备15车 粗车170mm外圆，深度2mm20车 粗车180mm外圆端面，外圆，为后续槽加工做准备25车 调头粗车160mm外圆30车 粗车170mm外圆35车 精车160mm外圆端面，外圆40车 精车170mm外圆，深度2mm45车 精车180mm外圆端面，外圆50车 调头精车160mm外圆55车 精车170mm外圆60 铣 铣削键槽40长度28065铣 铣削键槽40长度16570圆角 倒圆角75检验 工序尺寸及其公差确

12、定1）加工68m外圆 加工方法为：粗车精车工序名称工序余量/mm工序达到的公差等级工序尺寸/mm尺寸公差/mm精车2IT8680.0134粗车3IT1168+2=700.16毛坯5IT1670+2=721.62）内孔80工艺路线工序余量经济精度 工序尺寸 表面粗糙度毛坯 5 +1.0 68 +1.0粗车4IT11(0.12) 68 Ra12.5半精车1 IT9(0.074) 68 Ra3.2 4.1基准重合时工序尺寸确定先确定各工序余量的基本尺寸，再由后往前逐个工序推算，即由零件上的设计尺寸开始，由最后一道工序开始向前工序推算，直到毛坯尺寸。工序尺寸的公差则都按各工序的经济精度确定，并按“入体

13、原则”确定上、下偏差。4.2基准不重合时工序尺寸确定基准不重合是指在工艺过程中设计基准与工序基准（定位基准、测量基准等）不一致，由此会带来基准不重合误差，另外，在需要多次基准转换情况下，会引起相关尺寸链换算问题，这种计算需要运用尺寸链原理。机械加工过程中的尺寸和公差通常是以基本尺寸及上、下偏差的形式表达的。在尺寸链的计算中基本尺寸的计算比较简单，但是最大极限尺寸、最小极限尺寸或者中间尺寸、中间偏差等这些与偏差相关的尺寸根据情况需要按不同的公式进行计算。具体情况来讲，在尺寸链中计算中除基本尺寸的计算只有一种方法外，其余与偏差有关尺寸的计算有极值法和概率法。根据定位基准的选择原则，并综合考虑零件的

14、特征及加工方法，选择零件表面最终加工所用精基准和中间工序所用的精基准以及最初工序的粗基准。设备及其工艺装备确定由于该工件生产规模为中批生产，根据工件的结构特点和技术要求，各工序用机床及工艺装备确定如下选择机床工序05、10、15、20、25是粗车和精车。各工步的工步数不多，故选用卧式车床就能满足要求。本零件外廓尺寸不大，选用最常用的C620-1型卧式车床即可工序35要求磨削，选择夹本零件由于加工工序比较简单，都是以加工外圆为主，选用通用夹具即可以满足要求。选择量具本零件选用测量范围为0150游标卡尺和千分尺即可满足要求。切削用量及工时定额确定切削用量包括被吃刀量ap、进给量f和切削速v。确定顺

15、序是先确定ap、f，在确定v。工序10切削用量及基本时间的确定切削用量 本工序为粗车（车端面和外圆）。已知加工材料为45钢，强度极限为670MPa,型材；机床为C620-1型卧式车床确定粗车外圆160mm外圆的切削用量：所选刀具为YT5硬质合金可转位刀，根据切削用量手册查得C620-1车床的中心高为200mm，故选刀杆尺寸BH=16mmx25mm,刀片厚度为4.5mm。粗车双边余量为2mm，显然ap为单边余量，ap=2/2=1mm。根据切削用量手册查得在粗车钢料、刀杆尺寸为16mm25mm、ap3mm、工件直径为2040mm时，0.30.5mm/r,按C620-1车床进给量选择f=0.5mm/

16、r。根据切削用量手册查得，当用YT5硬质合金可转位刀加工强度极限为600700 MPa钢料、ap3mm、f0.54mm/r时，切削速度v = 123 m/min切削速度的修正系数为 Ksv = 0.9,Ktv = 0.65,Kkrv = 0.81 ,Ktv = 1.15 ,Kmv = 1.0,故v = 1230.90.650.811.15 = 67 m/min n = 1000v/d = (100067)/( 35) = 960r/min 按C620-1车床的转速，选择n = 600 r/min,实际切削速度为v = 65.94 m/min故最后确定的切削用量为ap = 1mm ,f = 0.

17、5 mm/r , n = 600 r/min ,v = 65.94 m/min车端面和车160mm外圆采用车134mm的刀具加工这些表面。加工余量皆可一次走刀切除。车24mm外圆的ap = 11/2=5.5mm。车端面的ap = 2 mm ，车160mm外圆的f = 0.35 mm/r , 车端面的f = 0.40 mm/r 主轴转速与车外圆170mm相同。基本时间确定粗车160mm外圆的基本时间。查表的车外圆的基本时间为Tj1 Li/fn = (L+L1+L1+L2+L3)i/fn式中，L = 17 mm ,L1= ap/tankr +(23),Kr=75,L1 = 3 mm ,L2 = 4

18、mm ,L3 = 0 ; f = 0.5 mm/r ,n = 10 r/s ,i= 1则Tj1 (17+3+4)/(0.510) = 4.8s同样可以求出粗车24外圆和端面的基本时间Tj2 = 7.4sTj3 = Li/fn，L= (d-d1)/2+（L1+L2+L3)=Tj3 =7s工序15切削用量及基本时间的确定本工序仍为粗车。已知条件与工序10相同。车端面、外圆可采用工序10相同的可转位车刀。采用工序10确定切削用量的方法得本工序的切削用量及基本时间粗车外圆160mm外圆的切削用量：ap = 7mm ,f = 0.3mm/r , n = 760 r/min ,v = 83.5 m/min

19、 Tj1=9.2s粗车端面的切削用量：ap = 1mm ,f = 0.3mm/r , n = 760 r/min ,v = 83.5 m/min Tj2 = 6s工序20切削用量及基本时间的确定本工序为精加工。已知条件与粗加工工序相同。确定160mm外圆的切削用量，所选刀具为YT15硬质合金可转位车刀。车刀形状、刀杆尺寸及刀片厚度均与粗车相同。被吃刀量ap = 4/2 = 2mm ；根据切削用量手册查得C620-1车床的进给量，选择f = 0.3 mm/r ；当用YT15硬质合金车刀加工强度极限为600700 MPa钢料 、ap3mm、f0.38mm/r时，v = 138 m/min。切削速度

20、的修正系数为Kkrv = 0.81 ,其余的修正系数均为1，故v = 1380.81 = 111.8 m/min，n = 1000v/d = (1000,111.8)/( 24) = 1483 r/min 按C620-1车床的转速，选择n = 1200 r/min,实际切削速度为v = 90.4 m/min故最后确定的切削用量为ap = 2mm ,f = 0.3mm/r , n = 1200 r/min ,v = 90.4 m/min，Tj1 = 1.8s车端面的切削用量：ap = 1 mm ,f = 0.3mm/r , n = 1200 r/min ,v = 90.4 m/min，Tj2 =

21、4s切槽的切削用量： 手动 n = 1200 r/min ,v = 90.4 m/min，Tj3 =1.6s134mm外圆的切削用量：ap = 1.5mm ,f = 0.3mm/r , n = 1200 r/min ,v = 90.4 m/min，Tj4 =1.6s7工艺设计总结毕业设计是对我们这些年来在学校所学知识的总结。通过毕业设计可以体现出我们在校期间的学习程度。从而对我们所学专业知识做出有根据的肯定。从我们拿到零件图纸的第一天开始，我们的老师就详细给我们讲了设计的步骤，还安排了辅导时间。为我们圆满的完成任务奠定了良好的基础。我们以前所接触的只是课本上的知识，对机械加工工艺只有侧面的了解

22、。但是同过这次设计，我们才全方位的懂得了什么是机械设计，从而更加了解了我们的专业。刚开始设计的时候，总觉的难度很大，不知道从什么地方下手，对一些设计的步骤根本不知道怎么安排，怎么设计。老师给我们详细讲解了机械设计应注意的条件，让我们先从分析零件图开始，然后在得出零件技术要求，在根据零件的技术要求画出毛坯和零件合图。只有自己真正去实践、去解决遇到的为题我们才会慢慢的进步。第20号工序夹具设计说明书工序尺寸精度分析由工序图可知此工序的加工精度要求不高。具体加工要求如下：钻孔为5的孔。Ra1.6。该工序在钻床上加工，零件属于中批生产。其自由度分析如下：保证平面与槽的加工的孔轴线行为公差应限制： X转

23、动、Y移动、Y转动、Z转动。保证B表面对40的垂直度、平行度限制：Y转动、Z转动。同心度应限制：X转动、Y移动、Y转动、Z移动、Z转动。故此结果应限制：X转动、X移动、Y移动、Y转动、Z移动、Z转动 ，且属于过定位。夹紧机构有斜夹紧机构、螺旋夹紧机构、偏心夹紧机构、铰链夹紧机构、联动夹紧机构等。该夹具设计的是车床上的外圆表面加工，故要求工件旋转中心与车床主轴中心重合，因此可以采用定心夹紧机构同时实现对工件定心定位和夹紧。最终选用定心夹紧机构，具体方案装配图。定位方案确定加工外圆表面要限制6个自由度，由于此零件为轴类零件，可以采用V形卡爪定位来限制它的自由度。定位元件确定V型块的定心精度较高，且

24、对与此类零件使用V型块定位之后夹紧更为方便。两个V型卡爪对顶装夹限制工件的自由度。由此设计出如下图所示定位方案：定位误差分析计算所谓定位误差，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。造成定位误差的原因有：由于定位基准与工序基准不一致所引起的定位误差，称基准不重合误差，即工序基准相对定位基准在加工尺寸方向的最大变动量，以表示；由于定位副制造误差及其配合间隙所引起的定位误差，称基准位移误差，即定位基准的相对位置在加工尺寸方向上得最大变动量，以表示

25、。则定位误差=。夹紧方案及元件确定参考夹具设计资料，采用螺旋夹紧机构夹紧工件夹具总装草图铣键槽专用夹具设计要想获得较高的生产率，保障产品品质，减轻工作者的劳累程度，有必要设计专用夹具。根据老师的安排，文中要对工序铣键槽展开设计：铣键槽铣床夹具。1 问题的提出 此夹具用来铣键槽，精度方面无高标准，所以此道工序在精度方面不需太过在意，只要关注怎样将生产率提升。2 定位基准的选择设定加工路线时，首先将定位基准选定。定位基准必须选择恰当，不然的话会导致产品生产工艺规程受到影响，产品品质也受干扰。基准选的不恰当，也会让工序变多，还会让工艺路线不合理，有可能让夹具的设计过程难度更大，有时候产品生产不到所要

26、求的精度。在此必须按照图纸中具体要求，首先要让它的生产精度达标，以此去对定位基准进行选择。3 切削力及夹紧力计算 因为这道工序是铣键槽面，从切削手册中有： 铣削力： 式（4-1）铣削力矩： 式（4-2）这之中：D=6.8 代入公式（4-1）和（4-2）得这道工序中对铣键槽生产时，夹紧力、铣削力有着一样的方向。所以根本不需要去计算夹紧力具体多大。4 定位误差分析同一批产品在夹具上定位，每个产品具体的位置不会全部一样，所以生产之后，每个产品具体的规格自然也不一样，继而会出现误差，那么产品在定位时，需生产的表面和工序基准之间势必也会出现误差。出现这种状况有两种原因：第一定位基准并未重合于设计基准；第

27、二，定位基准并未重合于限位基准。观察零件图后有T=0.28mm， Td=0.25mm，。已知键槽的形状公差为0.28，参照以往经验这个数值在取值区间。5 夹具设计及操作简要说明 就像前面介绍的，对夹具设计时，必须注意怎么将效率提升，不要有干涉状况出现。夹具结构尽可能简单些，操作也不要复杂，减少投入。让夹具获得更高的性价比。这道工序中，夹紧装置中包含螺母，心轴，弹簧。第三部分第20号工序刀具设计说明书1.工序尺寸精度分析168外圆的最终尺寸精度为7级，表面粗糙度为Ra=1.6m。工艺过程中只安排镗孔工序，由于铸铁件加工表面粗糙度不已达到最小值，所以以上加工有一定的难度。刀具类型确定168外圆在普通车床上加工我们选用车床加工此孔，即选用车刀进行车削。刀具设计参数确定（1）硬度低，脆，含有石墨有利于切削与前刀面的润滑。当切削尺寸大时应降低切削速度，以保证其加工精度要求。（2）刀具材料选择:工件材料属于易加工类，可以选用普通高速钢作为刀具材料。在此选用YT15(3)此道工序保证的尺寸精度要求较高55内孔端面必须垂直，因此须90度闭孔车刀。序号项目数据来源或公式计算采用值1刀具类型表2-6、2-7焊接式90度闭孔镗刀2刀片材料YT15刀杆材料45钢3几何角度表2-7、2-8、2-9s=-4度