输出轴零件机械加工工艺规程设计及机床夹具设计

《机械制造工艺及夹具设计》课程设计任务书1、设计题目：设计下表选定零件的机械加工工艺规程及指定关键工序的专用机床夹具。A转速器盘回气门摇杆座C尾座体D油阀座E输出轴F连接座G杠杆H推动架町连杆体J连杆盖K操纵阀L填料箱盖M换档叉N左支座O轴承外壳2、设计要求：熟练使用计算机辅助（软件自选），独立完成（1）毛坯图、零件-毛坯合图各一张（3或4号图）(2)关键工序机械加工工艺规程卡片一张（4号图）(3)指定工序夹具装配图一张（2或3号图）(4)夹具部分零件图1〜2张（图幅自定）(5)设计说明书（一份）（6）夹具3D效果图一张以上均需输出，以书面交作业，不收软盘。（4号图）3、原始资料：零件图样一张（参见《课程设计指导书及习题》Page52〜66）;生产纲领为6000件/年。所使用机床等根据需要自选，以通用机床为主。刖言机械制造工艺学课程设计是我们学习完大学阶段的机械类基础和技术基础课以及专业课程之后的一个综合课程，它是将设计和制造知识有机的结合，并融合现阶段机械制造业的实际生产情况和较先进成熟的制造技术的应用，而进行的一次理论联系实际的训练，通过本课程的训练，将有助于我们对所学知识的理解;是在学完了机械制造技术基础的理论课程之后，并进行了生产实习的基础上进行的又一个实践性教学环节。这次设计使我们能够综合运用机械制造工艺学中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决了零件制造工艺问题，设计了机床专用夹具这一典型的工艺装备，提高了结构设计能力，为今后的毕业设计及未来从事的工作打下了良好的基础。定位拔定位拔.AutoCAD圈形88KB｝机械加工工序卡片：IMicrosoftWord9...=52KB机械加工工艺过程卡MicruEuftWord9...DWG加工工艺过程MicrusoftWord9...124KB夹且总图AutoCAD圈形145KB夹紧机构AutoCAB图形164KBDWG;哉少零件圈AutoCAB圈形DWG77距国―夹具体AutoCAD圈形101KB［毛坯图AutoCAI］图形DWG乃跖设计说明书MicrosoftWord9...803：设计说明书MicrosoftWord9...803：KB三^ilicruEuftWord9...I

第一章工艺设计零件图的分析、研究根据任务书所提供的设计题目，所设计的题目是输出轴的夹具设计，所提供的输出轴的零件图如下：技术要求测质处理200HBS;材料：45a3-5输出轴（一）零件性能、用途、工作条件及所在部件中的作用输出轴主要作用是传递动力和扭矩，把动力源的动力及转矩传递给执行原件或减速机构。通过480+0.042mm孔与动力源配合起定心作用。用10x420mm孔通+0.012过螺栓将动力源的动力传给输出轴，再由①55+0.023mm处通过键将动力输出。A、B+0.003技术要求测质处理200HBS;材料：45a3-5输出轴（二）零件材料及其力学性能，选择毛坯种类和制造方法，以及确定切削用量，加工方法零件材料为45钢。考虑到零件经常承受变载荷，因此需要较好的力学性能，又因为该轴为直径相差较大的阶梯轴，而根据相关的毛皮加工特点应该选用锻件，以保证零件工作可靠。由于零件年产量为6000件，已达到大批生产的水平，而且零件的轮廓尺寸不大，工件形状不算太复杂故可采用普通模锻成型。这从提高生产率、保证加工精度上考虑，也是合理的。（三）分析零件图上各项技术要求制订的依据，确定主要加工表面和次要表面，找出关键技术问题其技术要求是45钢调全处理200HBS，是根据其受力情况及工作条件来制订的。主要加工表面：A.B.C，其中A.B两柱面是两段支承轴有较高的配合要求，C柱面为输出端与执行原件有高的配合要求。次要加工面：直径为050，0104的孔，直径为0176的外圆。（四）分析零件结构的工艺性该零件图的视图正确，完整，尺寸，公差及技术都符合要求。但是，零件的加工过程，需要有较高的圆度，某些地方需要较细的表面粗糙度，各装配基面要求有一定的尺寸精度和圆度。否则会影响机器设备的性能和精度。由于零件的结构不是很复杂，加工时只需设计一个一盘夹具就可准确的定位，但需保持适当的夹紧力。输出轴由车圆面及圆锥面，钻孔，铣键槽主要工序组成。二、毛坯制造方式（一）确定毛坯种类及加工方式零件材料为45钢。考虑到零件为输出轴经常承受变载荷，因此需要较好的力学性能。与采用铸造相比锻造力学性能更好，因此选择锻造加工。又因为该轴为直径相差较大的阶梯轴，为了减少材料消耗和切削加工量则更适合采用锻件毛坯。由于零件年产量为6000件，已达到大批生产的水平，而且零件的轮廓尺寸不大，工件形状不算太复杂故可采用普通模锻成型。（二）确定各表面的总余量及余量公差由所提供的输出轴的零件图可将零件的毛坯设计成两个直径不同的圆柱如下图所示：由零件图可知小端长度为197，大端为47，小端直径为75，大端为176.粗略估算零件的毛坯的重量约为20kg。采用普通模锻成型制造毛坯。根据机械加工工艺手册（第三章表3.1-56）查得水平方向单边余量为2.0〜2.5,取总余量为5.0。同样直径方向单边余量为2.0〜2.5，取总余量为5.0。由此得出毛坯的尺寸如下：①总长为244+5=249，②大端直径为176+5=181,④小端直径为75+5=80。拟订工艺路线（一）基面选择基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。定位基准选择得合理与否，将直接影响到所制定的零件加工工艺规程的质量。基面选择得正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。（1）粗基准的选择。对于这种轴类零件而言，以外圆作为粗基准是完全合理的。按照有关粗基准的选择原则（即当零件有不加工表面时，应以这些不加工期表面作粗基准；若零件有若干个不加工表面时，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作为基准），以°176mm表面作粗基准（三点定位）.（2）精基准的选择。主要应该考虑基准重合原则和基准统一原则问题。该输出轴为轴类零件用两顶尖孔作统一精基准比较合适。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算。（二）确定各表面加工方法⑴由零件图可知055,060,065,075,0176这五个外圆柱面都有偏差要求加工精度要求较高，因此需要外圆磨加工才能保证其加工精度，磨加工前还应半精车、粗车。⑵080为后面020孔的基准，因此要求加工精度要求较高，应采用磨孔加工才能得以保证，且需先粗磨一次，磨加工前还应半精车、粗车。⑶而050,0104两内圆面要求精度较低，可直接用车削达到加工要求。（三）拟定加工工艺路线根据工件的形状及精度要求初步拟定加工工艺路线如下：1、工艺路线方案一工序I：车外圆①055+0.023mm②060+0.065mm③065+0.023mm④075+0.023mm,倒+0.003+0.045+0.003+0.003岱-7角,；工序II：换头车外圆0176mm，车圆锥面30-0116,倒角；O工序III：车内圆面①080+0.042mm②050mm③0104mm：倒角，+0.012工序W:钻中心孔；工序V：粗铣键槽L50XS16XH5；工序丑：精铣键槽L50XS16XH5；工序W：钻、扩、粗铰、精铰10个020-0.019mm通孔到图样尺寸，并锪倒角-0.042工序VIII：钻圆锥面上2X08mni的通孔全图样尺寸；工序IX：去毛刺；工序X：终检。工艺路线方案二工序I：车外圆①055+0023mm②060+0065皿皿③065+0023mm④075+0023皿皿，车+0.003+0.045+0.003+0.003圆锥面30-0116mm；O工序II：车内圆①08O+o.o42mm(2)05Omm(3)0104mm；+0.012工序III：倒角4X45。，钻定位孔；工序IV：换头车外圆面0176mm工序V：倒角4X45。；工序VI：粗锐键槽L50XS16XH5；工序VII：精锐键槽L50XS16XH5；；工序VIII：钻、扩、粗铉、精铉10个02O-o.oi9mm的通孔，并车忽倒角20X45。；-0.042工序IX：钻圆锥面上2X08nm的通孔工序X：去毛刺；工序XI：终检。确定加工工艺路线：上述两个工艺方案粗看起来都能加工工件，然后再细分析一下，还是存在一些问题，加工精度不高；工序似乎不太清晰；工序用时不合理等等。甚至一些工序可以在一个工序中完成或是漏到某些工序。结合以上两条加工工艺线路最终确定加工工艺路线如下：工序I：以0176外圆面作为粗基准车小端面，钻中心孔；工序II:粗车外圆①055+0.023mm②06O+o.o65mm③065+0023mm④075+o.o23mm+0.003+0.045+0.003+0.003并且都留有加工余量；工序III：把工件换头车大端面，车外圆0176mm,圆锥台面30-0116mm；O工序IV：车内圆面0104mm,车内圆面08O+o.o42mm留有加工余量，车+0.012050mm,钻中心孔，倒角1X45。；工序V:半精车外圆①055+0.023mm②06O+o.o65mm③065+0.023mm④+0.003+0.045+0.003075+0.023mm并且都留有加工余量；+0.003工序VI：精车①055+0.023mm②06O+o.o65^1^1③065+o.o23^1^1④075+o.o23mm,精+0.003+0.045+0.003+0.003车080+0.042;+0.012工序伽：钻、扩、粗铰、精铰10个均布的020-0.019mm的通孔，并倒角;-0.042工序IX：钻圆锥面上2X08mm的通孔；工序X：粗铣键槽L50XS16XH5；工序XI：精铣键槽L50XS16XH5；工序刈：去毛刺；终检。（四）选择加工设备及刀、夹、量具由该工件的结构特点以及其所要求的工艺性能和精度要求，通过车床，钻床，铣床既能保证加工质量。⑴车床、车刀及夹具：采用通用车床CA6140加工。查机械加工工艺装备设计手册（72〜82）车刀相关型号和相应的用途，选择刀片材料YT15,刀杆尺寸16X25mm2700外圆车刀、450端面车刀、75。内表面车刀来分别车外圆、端面、内圆。⑵钻床、钻头及夹具：可采用立式钻床加工孔，选用Z5132A型立式钻床。查机械加工工艺手册（表10.1-3）得其联系尺寸如下：工作台尺寸（AXB）为550X400，t=100，a=14，b=24，c=11，h=26通过查机械加工工艺装备设计手册（133〜180），比较各种钻头，麻花钻是应用最广泛的钻头，其加工孔径范围为0.1mm〜80mm，所以选择麻花钻加工020-0.019和08的孔比较合适。经查手册选择标准号（GB1438-85）锥柄-0.042麻花钻。由于020-0.019有精度要求，还需选择相应的扩孔钻及铰刀。采用的-0.042夹具是后面要设计的专用夹具。⑶磨床、砂轮：由于外圆055,060,065,075及内孔080加工要求较高，需使用磨床。查机械加工工艺手册（第13章表13.3-2），万能外圆磨床M1420其部分技术参数如下：磨削直径8〜200（外圆）13〜100（内孔），磨削长度1000（外圆）100（内孔），加工精度0.003（外圆）0.006（内孔）。故能满足加工要求。平行砂轮P（第13章表13.2-17）。平行砂轮形状尺寸如下：可根据机械加工工艺装备设计手册（390〜400）标准编号GB2486-84、GB2485-84诜择具体的尺寸D、_|d、H。⑷铣床、铣刀：加工该零件铣床用来铣键槽，采用立式铣床即可。选用相应的键槽铣刀即可。⑸量具的选择：由各尺寸的上下偏差可看出要求小数点后有三位，游标卡尺和千分尺均不能达到要求。根据械加工工艺装备设计手册（782〜793）选用分度值为0.001（放大倍数为1000倍）的比较仪能较准确进行测量。（五）加工工艺过程卡片（见附录）机械加工工序设计（一）确定加工余量各个表面的加工余量如下：1、外圆表面（功75mm）机械加工工艺手册（第三章表3.2-5）精车加工余量为0.2mm；半精车加工余量为1.5mm；粗车余量为5-1.5-0.2=3.3mm，粗车偏差为（-0.30〜-0.45）,毛坯尺寸偏差为+1.7。-0.82、外圆表面（。176mm）由于其加工没有精度要求经过粗车便能达到加工要求。则其直径加工余量就为5.0mm，毛坯尺寸偏差为+2.1。-1.13、加工外圆表面（功65mm060mm^55mm）内圆表面（中80mm）这几个都是加工表面粗糙度要求较高，故需进行精车加工。加工余量与675mm一样。4、10个内孔（中20mm）由于表面精度要求高，故需进行钻、扩、铰工序。机械加工工艺手册（第三章表3.2-9）钻的直径为18.0mm，扩孔直径为19.8mm，再经过粗精铰达到要求。5、键槽L50XS16XH5这个键槽的加工在①55+0.025mm外圆面磨削后在铣床上加工，铣削过程中+0.003需粗铣与精铣。实际上，加工余量有最大加工余量以及最小加工余量之分。由于本设计规定的零件为大批生产，应该采用调整法加工，因此在计算最大、最小加工余量时，应按调整法加工方式予以确定。（二）确定工序尺寸及公差

各工序尺寸及公差如下：1.075mm的外圆表面各工序尺寸及公差的确定工序名称工序余量/mm初定工序基本工序尺寸/mm以入体单向公差标注调整后的工序尺寸经济精度/mm粗糙度Ra/Rm工序尺寸粗糙度Ra/Rm粗磨0.05H6(0)-0.0191.25——075+0.023+0.0031.6精车0.15H7(0)-0.033.275+0.05=75.05075.050-0.03075.+0.05+0.023.2半精车1.5H10(0)-0.126.375.05+0.15=75.2075.20-0.12075.20-0.126.3粗车3.3H12(0)-0.312.575.2+1.5=76.7076.70-0.3076.70-0.312.5锻———76.7+3.3=80—080+1.7-0.8—2.055mm的外圆表面各工序尺寸及公差的确定工序名称工序余量/mm初定工序基本工序尺寸/mm以入体单向公差标注调整后的工序尺寸经济精度/mm粗糙度Ra/Rm工序尺寸粗糙度Ra/Rm粗磨0.05H6(0)-0.0191.25——055+0.023+0.0031.25精车0.15H7(0)-0.033.255+0.05=55.05055.050-0.03055+0.05+0.023.2半精车1.5H10(0)-0.126.355.05+0.15=55.2055.20-0.12055.20-0.126.3粗车3.3H12(0)-0.312.555.2+1.5=56.7056.70-0.3056.70-0.312.5锻———56.7+3.3=60—060+1.7-0.8—065mm的外圆表面各工序尺寸及公差的确定工序名称工序余量/mm初定工序基本工序尺寸/mm以入体单向公差标注调整后的工序尺寸经济精度/mm粗糙度Ra/Rm工序尺寸粗糙度Ra/Rm

粗磨0.05H6(0)-0.0191.25——065+0.023+0.0031.25精车0.15H7(0)-0.033.265+0.05=65.05065.050-0.03065+0.05+0.023.2半精车1.5H10(0)-0.126.365.0+0.15=65.2065.20-0.12065.20-0.126.3粗车3.3H12(0)-0.312.565.2+1.5=66.7066.70-0.3066.70-0.312.5锻———66.7+3.3=70—070+1.7-0.8—4.中60mm的外圆表面各工序尺寸及公差的确定工序名称工序余量/mm初定工序基本工序尺寸/mm以入体单向公差标注调整后的工序尺寸经济精度/mm粗糙度Ra/Rm工序尺寸粗糙度Ra/Rm精车0.2H7(0)-0.031.6--060+0.065+0.0451.6半精车1.5H10(0)-0.126.360+0.2=60.2060.20-0.12060.20-0.126.3粗车3.3H12(0)-0.312.560.2+1.5=61.7061.70-0.3061.70-0.312.5锻———61.7+3.3=65—065+1.7-0.8—5.中80mm的内圆表面各工序尺寸及公差的确定工序名称工序余量/mm初定工序基本工序尺寸/mm以入体单向公差标注调整后的工序尺寸经济精度/mm粗糙度Ra/Rm工序尺寸粗糙度Ra/Rm精车0.2H7(+0-03)1.6——080+0.042+0.0121.6半精车1.5H10(+0-12)6.380—0.2=79.8079.8+0.120079.8+0.1206.3粗车3.3H12(+0-3)12.579.8-1.5=78.3078.3+0.30078.3+0.3012.5锻———78.3-3.3=75—075+1.7-0.8—

（三）确定指定工序切削用量⑴车削进给量：根据机械加工工艺手册（第八章145〜199），结合粗车深度（由前面确定的加工余量知）a=1.65mm<3mm以及刀具尺寸当刀杆尺寸为16mmX25mm时。得粗车外圆065mm、060mm、075mm、055mm进给量可取0.5〜0.7mm/r，随着直径的增大进给量可是当增加。粗车外圆0176mm时其进给量可达到0.9mm/r。根据其材料及表面粗糙度查得半精车的进给量0.55〜0.65mm/r。⑵车削速度:查得车削速度的计算公式：v=Cm/minTmaxvfyv又根据f=0.6mm/r,查得C=242、x=0.15、y=0.35、m=0.2,而普通车刀寿命T=60min可计算得车外圆065mm、060mm、075mm、055mm时的速度为112.14m/min。车外圆0176mm时的速度为102.7m/min。车内孔表面050,080,0104时，需用外圆加工表面撤销速度乘以系数0.9，故其速度为112.14m/minX09=101m/min。1000v1000x112.14n=―—=r/min=550r/min（D按65计算）TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1000v1000x102.7,..n=——=176r/min=186r/min1000v1000x101/车050内圆面时n==r/min=643r/min\o"CurrentDocument"兀D50兀1000v1000x101,车080内圆面时n==r/min=402r/min\o"CurrentDocument"兀D80兀1000v1000x101,车0104内圆面时n==r/min=309r/min\o"CurrentDocument"兀D104兀根据CA6140说明书车065mm、060mm、075mm、055mm时选择主轴转速为500r/min；外圆0176mm时的主轴转速为160r/min；车050内圆面时主轴转速为560r/min；车080内圆面时主轴转速为400r/min；车0104内圆面时主轴转速为250r/min。82车055mm时，基本工时：t=f,总0.3min，同样车060mm、nf500x0.6065mm、075mm、0176mm、050、080、0104基本工时分别约为0.1min、0.1min、0.26min、0.33min、0.05min、0.05min、0.07min。82车055mm时，⑶钻削进给量：查机械加工工艺手册（第10章表10.4-1）钻08孔时进给量f为0.18〜0.22mm/r。⑷钻削速度：钻孔时切削速度计算公式v=—km/minTma气fyvp钻08孔时，查得T=35min,C=4.4、x=0、y=0.7、z=0.4、m=0.2,k=kkkk,又k=1.0,k=1.0,k=1.0,k=0.85。计算得v=13m/min。vTvMvsvtvTvMvsvtv（四）制订时间定额钻2X08mm孔工序的单件时间定额时间定额包括：①基本时间t、②辅助时间t、③布置工作地时间t、④休mas息与生理需要时间t、⑤准备与结终时间t。则时间定额t=t+1+1+1+L,retmasrN单件时间定额t=（tm+t?（1+哥）。查机械加工工艺手册（第5章19〜34）得钻床上装夹时间0.18min，钻床上松开时间0.16min,钻床上操作时间0.22min,测量时间0.09min,5+p=15.7。可计算得单件时间定额约为0.75X2=1.5min（未考虑准备与结终时间，粗略计算）。（五）机械加工工序卡片（见附录）第二章夹具设计专用夹具的设计是为了满足所要加工零件的工艺需要特定设计的装置。为了保证工件的加工精度，提高劳动生产率及降低生产成本，扩大机床的加工范围。夹具设计时，除应满足工艺设计规定的精度和生产率要求外，还应符合可靠、简单、方便的原则。零件在夹具中装卸方便，夹具在机床上装夹、校正方便，加工中对刀、测量方便，操作方便、省力、安全等。此外，还应易于排屑，夹具本身结构工艺性要好。下面主要通过对以下元部件的设计及组合达到夹具设计的目的。定位元件及装置；夹紧原件及装置；夹具体；钻套。一、定位元件及装置本夹具用来加工2X^8mm的通孔，精度要求不高。初步设想以下两个定位方式：定位方式一：

如下图所示，由于080+0.042加工精度比较高，选择080的内孔面以及大端面+0.012其定位元件如下图，通过080的圆柱面限制4自由度，平面限制3如下图所示，其定位元件如下图，通过080的圆柱面限制4自由度，平面限制3个自由度。080定位方式二：如下图所示,因为此道工序在加工020之后，因此可以利用020的孔进行定位。下面采用一面两孔进行定位。用两个020的孔和大端面进行定位。ZZUjZZUj其定位元件如下图:其中可换定位销根据机械加工工艺手册(第6章表6.27-7)查得GB2204-80,由于D=20，选用H=12，d=12，d=M10，L=40，L=12，h=1。111最终定位方案确定：综合分析以上两种方案，方案一存在过定位且定位圆柱影响到了钻？8孔。方案二采用两孔一面定位没有过定位，符合六点定位原则，且可作为分度装置。故确定定位方式二为最终方案。定位误差的分析：由零件要求020与080的位置要求是00.05，又020公差为0.023mm，可换定位销偏差为00011，在两销方向误差%=0.025—(-0.011)=0.036mm，钻？8mm的误差为Axsin—=0.025mm。DW4二、夹紧元件及装置夹紧装置是夹具完成夹紧作用的一个不可缺少的重要部分。夹紧装置设计，对提高夹紧的精度和工作效率有很大影响。夹紧装置要求尽量结构简单合理，夹紧动作要迅速操作方便、省力安全。夹紧机构方案一：此方案能够起到夹紧作用，通过拧紧螺栓达到夹紧的效果，当稍微拧松螺母螺栓便可以往下摆，有快速松卸夹紧效果。但由于工件需要至少需要两个这样的夹块，夹紧时需要分两次拧紧。夹紧机构方案二：此方案有方案一的有点，同时弥补了方案一的不足。通过左螺纹连接达到一次拧动力矩杆便可以同时夹紧两个夹紧块这节省了装夹时间。同时只要拧动几个螺距就可以把杆往下摆动快速松开。因此最终确定此方案为夹具的夹紧方案。（螺纹采用双头螺纹且为左旋，以加快夹紧及松卸同时习惯操作。）三、夹具体夹具体用来支撑定位板及钻套板，同时通过夹具体底板与工作台连接来固定整个夹具。⑴、夹具体可用铸造或焊接的方法制造，本次采用铸造。其有以下特点：.铸造工艺性良好，几乎不受零件大小、形状、重量和结构复杂程度的限制；.铸造夹具体吸振性良好，可减少或避免其受力而产生的振动；.铸造夹具体承受抗压能力大，可承受较大的切削力、夹紧力等力的作用。铸造夹具体材料，一般采用HT150或HT200两种。本夹具体选用HT200材料。夹具体应进行时效处理，以消除内应力。⑵、夹具体的技术要求.铸件不许有裂纹、气孔、砂眼、疏松、夹渣等铸造缺陷。浇口、冒口、结疤、粘砂应清楚干净。.铸件在机械加工前应经时效处理。.未注明的铸造圆角R3毫米.铸造拔模斜度四、钻套所选用的钻套为可换钻套，查手册如下:可换钻套直径d极限偏差F7:+0.013〜+0.028,D基本尺寸：12,D极限偏差m6:+0.