机械制造技术课程设计-主动轴机械加工工艺规程及钻孔夹具设计

PAGE设计说明书轴零件的工艺规程及钻孔夹具设计全套图纸加V信153893706或扣3346389411教学部：专业：学号：学生姓名：指导教师：20年月摘要本次设计内容涉及了机械制造工艺及机床夹具设计、金属切削机床、公差配合与测量等多方面的知识。轴加工工艺规程及其钻孔的夹具设计是包括零件加工的工艺设计、工序设计以及专用夹具的设计三部分。在工艺设计中要首先对零件进行分析，了解零件的工艺再设计出毛坯的结构，并选择好零件的加工基准，设计出零件的工艺路线；接着对零件各个工步的工序进行尺寸计算，关键是决定出各个工序的工艺装备及切削用量；然后进行专用夹具的设计，选择设计出夹具的各个组成部件，如定位元件、夹紧元件、引导元件、夹具体与机床的连接部件以及其它部件；计算出夹具定位时产生的定位误差，分析夹具结构的合理性与不足之处，并在以后设计中注意改进。关键词：工艺、工序、切削用量、夹紧、定位、误差。ABSTRCTThisdesigncontenthasinvolvedthemachinemanufacturecraftandtheenginebedjigdesign,themetal-cuttingmachinetool,thecommondifferencecoordinationandthesurveyandsoonthevariousknowledge.Thereductiongearboxbodycomponentstechnologicalprocessanditstheprocessingjigdesignisincludesthecomponentsprocessingthetechnologicaldesign,theworkingproceduredesignaswellastheunitclampdesignthreeparts.Mustfirstcarryontheanalysisinthetechnologicaldesigntothecomponents,understoodthecomponentsthecraftredesignsthesemifinishedmaterialsthestructure,andchoosesthegoodcomponentstheprocessingdatum,designsthecomponentsthecraftroute;Afterthatiscarryingonthesizecomputationtoacomponentseachlaborstepofworkingprocedure,thekeyisdecideseachworkingprocedurethecraftequipmentandthecuttingspecifications;Thencarriesontheunitclampthedesign,thechoicedesignsthejigeachcompositionpart,likelocatesthepart,clampsthepart,guidesthepart,toclampconcreteandtheenginebedconnectionpartaswellasotherparts;Positionerrorwhichcalculatesthejiglocateswhenproduces,analyzesthejigstructuretherationalityandthedeficiency,andwilldesigninlaterpaysattentiontotheimprovement.Keywords:Thecraft,theworkingprocedure,thecuttingspecifications,clamp,thelocalization,theerror目录序言 21机床夹具的定位及夹紧 31.1概述 31.1.1机床夹具的概念 31.1.2机床夹具的组成 31.1.3机床夹具的分类 41.1.4机床夹具在机械加工中的作用 61.2工件的装夹方式 71.3基准及其分类 82零件的分析 102.1零件的作用 102.2零件的工艺分析 103工艺规程设计 113.1确定毛坯的制造形式 113.2基面的选择的选择 113.3制定工艺路线 123.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 143.5确定切削用量及基本工时 144.1问题提出 214.2基准的选择 214.3切削力及夹紧力的计算 214.4定位误差的分析 224.5夹具操作设计及操作说明 22总结 23致谢 24参考文献 25第25页共30页序言机械制造业是制造具有一定形状位置和尺寸的零件和产品，并把它们装备成机械装备的行业。机械制造业的产品既可以直接供人们使用，也可以为其它行业的生产提供装备，社会上有着各种各样的机械或机械制造业的产品。我们的生活离不开制造业，因此制造业是国民经济发展的重要行业，是一个国家或地区发展的重要基础及有力支柱。从某中意义上讲，机械制造水平的高低是衡量一个国家国民经济综合实力和科学技术水平的重要指标。轴的加工工艺规程及其铣键槽的夹具设计是在学完了机械制图、机械制造技术基础、机械设计、机械工程材料等进行课程设计之后的下一个教学环节。正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及工艺路线安排，工艺尺寸确定等问题，并设计出专用夹具，保证零件的加工质量。本次设计也要培养自己的自学与创新能力。因此本次设计综合性和实践性强、涉及知识面广。所以在设计中既要注意基本概念、基本理论，又要注意生产实践的需要，只有将各种理论与生产实践相结合，才能很好的完成本次设计。本次设计水平有限，其中难免有缺点错误，敬请老师们批评指正。1机床夹具的定位及夹紧1.1概述在机械制造中，用以装夹工件（和引导刀具）的装置，称为夹具。它是用来固定加工对象，使之占有正确位置，接受施工或检测的装置。1.1.1机床夹具的概念在机械加工过程中，为了保证加工精度，首先要使工件在机床上占有正确的位置，确定工件在机床上或夹具中占有正确的位置的过程，称为工件的定位。定位后将其固定，使其在加工过程中始终保持定位位置不变的操作称为夹紧。工件在机床或夹具上定位、夹紧的过程称为工件的装夹。用以装夹工件的装置称为机床夹具，简称夹具。1.1.2机床夹具的组成1.机床夹具的基本组成部分（1）定位装置该装置由定位元件组合而成，其作用是确定工件在夹具中的正确位置。（2）夹具装置该装置的作用是将工件压紧夹牢，并保证工件在加工的过程中正确位置不变。（3）夹具体夹具体是夹具的基本骨架，通过它将夹具所有的元件构成一个整体。2.机床夹具的其他特殊元件或装置（1）连接元件根据机床的特点，夹具在机床上的安装连接常有两种形式。一种是安装在机床工作台上，另一种是安装在机床主轴上。连接元件用以确定夹具本身在机床上的位置。如机床夹具所使用的过渡盘，铣床夹具所使用的定向键等，都是连接元件。（2）对刀元件常用在普通铣床夹具中，用对刀快调整铣刀加工前的位置。对刀时，铣刀不与对刀快直接接触，而用塞尺进行检查，以免碰伤铣刀的切削刃和对刀快工作表面。（3）导向元件常用在钻床、镗床夹具中，用钻套和镗套引导刀具加工中的正确位置。（4）其他元件或装置根据加工需要，有些夹具还分别采用分度装置、靠模装置、上下料装置、平衡块等。这些元件或装置需要专门设计。1.1.3机床夹具的分类根据机床夹具的通用化程度，可将夹具氛围以下几种：1.通用夹具可加工一定范围内不同工价的夹具为通用夹具，如车床上的三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘；铣床上的平口虎钳、分度头和回转工作台等。它们有很大的通用性，无需调整或稍加调整就可以用于装夹不同的工件。这类夹具一般已标准化，由专业工厂生产，作为机床附件供应给用户。由于使用通用夹具夹紧工件比较费时，操作复杂，生产效率低，且较难装夹形状复杂的工件，故通用夹具主要用于单件小批生产，在产品固定的大批量生产中很少使用通用夹具，而使用效率较高的专用夹具。2.专用夹具专用夹具是针对某一种工件的某道工序专门设计的夹具。所以结构紧凑，操作迅速方便。专用夹具通常由使用厂根据要求自行设计与制造。专用夹具定位精度高，一批工件加工或所得尺寸稳定，互换性高，并且可以减轻劳动强度，节省工时，显著提高效率，另外利用专用夹具还可以扩大机床的工艺范围。但专用夹具是为满足某个工件某道工序的加工需要而专门设计的，所以它的适用范围较窄。此外、专用夹具的设计制造周期较长。当产品更换时，往往因无法再使用而报废，因此，专用夹具主要适用于产品品种相对稳定的大批大量生产。3.成组夹具根据成组技术原来技术的用于成组加工的夹具。这种夹具的特点是，在通用的夹具体上，只需对夹具的部分元件稍加调整或更换，即可用于组内的不同工件的加工。4.组合夹具组合夹具是由可循环使用的标准夹具零件部件组装成易于联结和拆卸的夹具。它在使用上具有专用夹具的优点，而当产品更换时，不存在夹具“报废”问题。因为它可以拆开，其元件可清洗入库，留待组装新的夹具。因此，组合夹具很适合于新产品试制和单件小批生产使用。由于组合夹具还具有缩短生产准备周期，减少专用夹具种类、数量和存放面积等优点，特别适用于新产品的试制和多品种小批量生产。5.随行夹具随行夹具为自动线上使用的一种夹具。自动线夹具基本上分为两类：一类为固定式夹具，它与一般专用夹具相似；一类为随行夹具，她除了具有一般夹具所担负的装夹任务外，还担负自动线输送工件的任务。所以，它是跟随被加工工件沿着自动线从一个工位移到下一个工位的，故称为随行夹具。除了上述分类外，夹具还可以按照动力来源不同分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、电动夹具、磁力夹具、真空夹具及自夹紧夹具等，按工种还可以分为车床夹具、铣床夹具、磨床夹具、钻床夹具等。1.1.4机床夹具在机械加工中的作用夹具是机械加工中的一种工艺装备，它在生产中起的作用很大，所以在机械加工中的应用十分广泛。归纳起来有以下几个方面的作用：1.保证工件的加工精度由于采用夹具安装，可以准确地确定工件与机床、刀具之间的相互位置，所以在机械加工中，可以保证工件各个表面的相互位置精度，使其不受或不受各种主观因素的影响，容易获得较高的加工精度，并使一批工件的精度稳定。2.提高劳动生产率和降低加工成本采用夹具使工件装夹方便，免去工件逐个找正对刀所花费的时间，因此可以缩短辅助时间。另外，采用夹具装夹或，产品质量稳定，对操作工人的技术水平的要求可以降低，有利于提高生产率和降低成本。3.扩大机床工艺范围和改变机床用途使用专用夹具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。这是在生产条件有限的也器中常用的一种技术改造措施。例如，在车床或摇臂钻床上安装镗摸夹具后，就可以对箱体孔系进行镗削加工，一充分发挥通用机床的作用。4.改善劳动条件和保证生产安全使用专用机床夹具可减轻工人的劳动强度、改善劳动条件，保证安全生产。1.2工件的装夹方式工件在机床上的装夹方式有以下三种方法：1.直接找正法在机床上根据工件上有关基准直接找正工件，使工件获得加工的正确位置的方法。直接找正法的定位精度和工作效率，取决于被找工件表面的精度、找正方法和所用工具及工人的技术水平。此法一般多用于单件小批生产和精度要求特别高的场合。2.划线找正法在机床上按毛坯或工件上所划线找正工件，使工件获得正确位置的方法。此法由于受到划线精度的限制，定位精度比较低，多用于单件小批量生产、毛坯精度较低以及大型零件等不使用夹具的粗加工中。3.用夹具装夹即通过夹具上的定位元件使工件相对于刀具及机床获得正确位置的方法。此法使工件定位迅速方便，定位精度较高，广泛用于成批和大量生产。上述用装夹工件的方法有以下几个特点：工件在夹具中的定位，是通过工件上的定位基准与夹具上的定位元件相接触而实现的。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，工件通过夹具相对于机床也就有了正确的位置。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。1.3基准及其分类机器零件是由若干个表面组成的。这些表面之间的相对位置关系包括两方面的要求：表面见的位置尺寸精度和相对位置精度。研究零件表面的相对位置关系，是离不开基准的。不明确基准就不无法确定表面的位置。基准是用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的那些点、线、面。根据基准的不同功能，基准分为设计基准和工艺基准两大类。1.设计基准在零件图样上所采用的基准，称为设计基准。2.工艺基准零件在工艺过程中所采用的基准，称为工艺基准。工艺基准按用途不同，又分为装配基准、测量基准、工序基准和定位基准。（1）装配基准装配时用以确定零件在部件或产品中的位置的基准，称为装配基准。（2）测量基准测量时用以检验已加工表面尺寸几位置的基准，称为测量基准。（3）工序基准在加工工序中，用以确定本工序被加工表面家工后的尺寸、形状及位置的基准，称为工序基准。（4）定位基准工件定位时所采用的基准，称为定位基准。需要说明的是，作为基准的点、线、面在工件上并不一定具体存在。如轴心线、对称面等，它们是由某些具体表面来体现的。用以体现基准的表面称为定位基准。2零件的分析2.1零件的作用轴的作用，在变速箱中通过齿轮的啮合传递扭矩和动力零件图如下：2.2零件的工艺分析轴个加工面他们有位置度要求。这三个加工面的分别为1，以外圆为基准的加工面，这组加工面包括，各个端面，和钻中心孔。2：以中心孔为基准的加工面，这组加工面主要是各个外圆，端面3：以2个已经加工好的Φ18,M14的外圆为基准的加工面，这组加工面主要包括宽4mm和5mm2键槽。3工艺规程设计3.1确定毛坯的制造形式零件材料45考虑到高速齿轮轴运转期间承受的轴向力，因此零件在工作过程中经常受到微冲击性载荷，采用这种材料零件的强度也能保证。由于零件成批生产，而且零件的轮廓尺寸不大，选用模锻，这从提高生产率和保证加工精度上考虑也是应该的。3.2基面的选择的选择粗基准选择应当满足以下要求：（1）粗基准的选择应以加工表面为粗基准。目的是为了保证加工面与不加工面的相互位置关系精度。如果工件上表面上有好几个不需加工的表面，则应选择其中与加工表面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。以求壁厚均匀、外形对称、少装夹等。（2）选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。例如：机床床身导轨面是其余量要求均匀的重要表面。因而在加工时选择导轨面作为粗基准，加工床身的底面，再以底面作为精基准加工导轨面。这样就能保证均匀地去掉较少的余量，使表层保留而细致的组织，以增加耐磨性。（3）应选择加工余量最小的表面作为粗基准。这样可以保证该面有足够的加工余量。（4）应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准，以保证定位准确夹紧可靠。有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜选作粗基准，必要时需经初加工。（5）粗基准应避免重复使用，因为粗基准的表面大多数是粗糙不规则的。多次使用难以保证表面间的位置精度。基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，他对零件的生产是非常重要的。先选取φ18外圆为定位基准。精基准的选择精基准的选择应满足以下原则：（1）“基准重合”原则应尽量选择加工表面的设计基准为定位基准，避免基准不重合引起的误差。（2）“基准统一”原则尽可能在多数工序中采用同一组精基准定位，以保证各表面的位置精度，避免因基准变换产生的误差，简化夹具设计与制造。（3）“自为基准”原则某些精加工和光整加工工序要求加工余量小而均匀，应选择该加工表面本身为精基准，该表面与其他表面之间的位置精度由先行工序保证。（4）“互为基准”原则当两个表面相互位置精度及自身尺寸、形状精度都要求较高时，可采用“互为基准”方法，反复加工。（5）所选的精基准应能保证定位准确、夹紧可靠、夹具简单、操作方便。以2个B型中心孔为精基准3.3制定工艺路线制订工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。通过仔细考虑零件的技术要求后，制定以下两种工艺方案：方案一1铸造铸造2时效处理时效处理3车车左端端面，钻中心孔4车车右端面钻中心孔5车粗车各段外圆退刀槽6铣铣宽4mm的键槽7铣铣宽4mm的键槽8钳工修研中心孔9车精车各段外圆孔10磨磨粗糙度为0.8的外圆11钳工去毛刺12检验检验13入库入库方案二1铸造铸造2时效处理时效处理3车车左端端面，钻中心孔4车车右端面钻中心孔5车粗车各段外圆退刀槽6铣铣宽4mm的键槽7铣铣宽4mm的键槽8钳工修研中心孔9车精车各段外圆孔10钳工去毛刺11检验检验12入库入库具体的方案如下方案一和方案二的区别在于，方案二不能达到外圆精度要求，粗糙度为0.8的外圆需要磨外圆，而方案一在安排工序时，能够保证加工精度，综上，我们选择方案一。3.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定轴零件材料为45，生产类型为大批量生产，采用砂型机铸造毛坯。轴毛坯按照零件图给定尺寸为自由度公差，由锻造可直接获得。3.5确定切削用量及基本工时工序III：车右端各端面，外圆粗车ф18面确定端面最大加工余量：已知毛坯长度方向单边余量为1mm，则毛坯长度方向的最大加工余量为1.5mm,1次加工,a=1mm计。长度加工方向取IT12级，取mm。确定进给量f:根据《切削用量简明手册》（第三版）（以下简称《切削手册》表1.4,当刀杆16mmX25mm,a<=2mm时,以及工件直径为ф160时。f=0.5~0.7mm/r按C6140—1车床说明书（见《切削手册》表1.30）取f=0.5mm/r计算切削速度:按《切削手册》表1.27,切削速度的计算公式为V=(m/min)…………2.1式中,=1.58,=0.15,y=0.4,m=0.2。修正系数k见《切削手册》表1.28,即k=1.44,k=0.8,k=1.04,k=0.81,k=0.97所以V==66.7(m/min)确定机床主轴转速n===253(r/min)按机床说明书（见《工艺手册》表4.2—8）与253r/min相近的机床转速有230r/min及305r/min。现选取305r/min。如果选230m/min则速度损失较大。所以实际切削速度V=80m/min计算切削工时，按《工艺手册》表6.2-1,取L=12L=3mm,L=0mm,L=0mmt==0.098(min)（2）粗车ф18和M14端面连接面确定机床主轴转速:n===133(r/min)按机床说明书（见《工艺手册》表4.2—8）与133r/min相近的机床转速有120r/min及150r/min。现选取150r/min。如果选120m/min则速度损失较大。所以实际切削速度V=75.4m/min计算切削工时，按《工艺手册》表6.2-1,取L=（16-14）/2mm=1mm,L=3mm,L=0mm,L=0mmt==0.053(min)车退刀槽车槽.采用切槽刀，r=0.2mm根据《机械加工工艺师手册》表27-8取f=0.25mm/rn=305r/min计算切削工时L=2mm,L=3mm,L=0mmt=工序二：粗车左端外圆和端面的切削用量及基本工时的计算如上在此不再累述工序四：精车右端Φ18外圆车床：C616精车Φ18外圆Z=0.4mm计算切削速度：按《切削手册》表1.27，切削速度的计算公式为（寿命选T=90min）式中，，修正系数见《切削手册》表1.28以按机床说明书（见《工艺手册》表4.2-8）与1023r/min。如果选995r/min，则速度损失较大。所以实际切削速度计算切削工时按《工艺手册》表6.2-1取，，则：=工序VI：铣宽4mm和5mm键槽确定切削深度由于加工余量不大，所以可一次走刀完成每齿进给量根据x52k铣床说明书，其功率为7kw,中等系统刚度根据表3现取选择铣刀磨钝标准及耐磨度根据表7铣刀刀齿后刀面最大磨损为，镶齿铣刀（）耐用度确定切削速度和每秒进给量切削深度可根据表21中公式计算也可查表根据表9当时，各修正系数为：故根据机床说明书选择实际切削速度和每齿进给量为：检查机床功率根据表5当时，切削功率的修正系数所以实际切削功率为根据机床说明书，机床主轴允许的功率为因为，所以此切削用量可以采用。即计算工时式中根据表19入切削量及超切削量则故4、夹具设计为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。由指导老师的分配，决定设计工序钻孔4.1问题提出本夹具用来加工孔。孔的定位精度不高，加工精度可由钻床保证。4.2基准的选择由零件图可知，加工孔必须对工件进行完全定位。使用钻床加工，用Φ13.5的平面定位比较困难。所以用Φ18的端面放在平面上限制3个自由度，用V型块放在Φ18mm的外圆中与平面一起限制5个自由度，4.3切削力及夹紧力的计算选用钻床为Z3025f=0.02mm/r（查《机械加工工艺手册》P545表2.4-38）V=0.75m/s（查《机械加工工艺手册》P547表2.4-41）按机床说明，取故实际切削速度：切削工时：钻孔时轴向力，扭矩，功率的计算公式查《切削用量简明手册》P77表2.32轴向力：(3.1)其中=600，=1.0,=0.7,=0.95扭矩：(3.2)功率:(3.3)加工时主要靠螺纹的夹紧力来抵抗力矩和轴向力，由于加工孔孔比较小，力不大，且用的是M6的螺纹来预紧。可不必校核。4.4定位误差的分析夹具的主要定位元件是底板及与底板配合使用的螺杆。所以夹具体和螺杆的制造误差为本工序的主要误差。夹具体与立柱的配合处要磨精度等级为6级，公差为0.013mm，平面度公差为0.05mm，夹具体的表面与立柱的垂直度公差为0.03mm，所以加工孔的垂直度误差为0.013+0.03+0.05m