机械制造技术课程设计-轴零件加工工艺及钻φ8孔钻床专用夹具设计

设计题目：轴零件的加工工艺设计

目录4537_WPSOffice_Level1设计任务书 324935_WPSOffice_Level1第一章零件的分析 431655_WPSOffice_Level21.1、零件的作用 428739_WPSOffice_Level21.2、零件的工艺分析 49095_WPSOffice_Level1第二章确定生产类型 6122_WPSOffice_Level2第三章工艺规程设计 86061_WPSOffice_Level23.1选择定位基准 818430_WPSOffice_Level23.2、制定工艺路线 84667_WPSOffice_Level23.3、选择加工设备和工艺设备 911042_WPSOffice_Level23.4机械加工余量、工序尺寸及工时的确定 1124401_WPSOffice_Level1第四章轴钻孔Φ8的专用夹具设计 135507_WPSOffice_Level24.1问题的提出 1327850_WPSOffice_Level24.2夹具的设计 14210_WPSOffice_Level24.3夹具的误差分析 158399_WPSOffice_Level24.4夹具总体设计 1528556_WPSOffice_Level2参考文献 19

第一章零件的分析1.1、零件的作用零件是一个上的轴类零件，安装在上主要作用是支撑和导向作用，在在机械加工过程中，承受一定的载荷。是一个很重要的零件，因为其零件尺寸比较小，结构形状比较复杂，其加工外圆Φ55和Φ44两个外圆的加工精度要求比较高，此外还有垂直度和平行度要求。另外底部的轴也有较高的精度要求，因此，加工时应先加工一组表面，在以这组加工后表面为基准加工另外一组。因为尺寸精度、几何形状精度和相互位置精度，以及各表面的表面质量均影响机器或部件的装配质量，进而影响其性能与工作寿命，因此它们的加工是非常关键和重要的。1.2、零件的工艺分析1）工艺过程在产品的生产过程中，与原材料变为成品有直接关系的过程称为工艺工程。例如：铸造、锻造、焊接和零件的机械加工等。2）机械加工工艺过程在工艺过程中，采用机械加工的方法，直接改变毛坯的形状，尺寸和性能使之变为成品的工艺过程，称为机械加工工艺过程。3）机械加工工艺过程的组成机械加工工艺过程是由若干个顺次工序组成的，通过这些不同的工序把毛坯加工成合格的零件。4）工序一个（或一组）工人，在一台机床上（或一个工作地点），对一个（或同时几个）工件连续加工所完成的那一部分机械加工工艺过程。这里必须注意，构成一个工序的主要特点是不改变加工对象、设备和操作者，而且工序内的工作是连续完成的。5）机械加工工艺规程机械加工工艺规程（简称工艺规程）是规定零件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件。工艺规程的内容包括：工艺路线：工艺路线是指产品或零部件在生产过程中由毛坯准备到成品包装入库经过企业有关部门或工序的先后顺序。各工序加工的内容、要求，所采用的机床、工艺装备；工艺装备（简称工装）是产品制造过程中所用的各种工具的总称。它包括刀具、夹具、模具、量具、检验工具及辅助工具等。C、工件的检验项目、检验方法和切削用量、工时定额等。6）工艺规程的格式机械加工工艺规程主要有机械加工工艺过程卡片和机械加工工序卡片两种基本形式。机械加工工艺过程卡是以工序为单位简要说明零件加工过程的一种工艺文件。一般适用于单件小批生产（零件加工的流向）。1.3零件的工艺结构分析本次设计的轴，其结构形状和外形尺寸：直径小于阶梯轴宜采用棒，形状比较简单，钢材料的机械性能可能不太可靠，简单形状和薄壁金属铸造毛坯不宜采用;尺寸不不大，不应该使用粗锻造，铸造和铸造，砂型铸造和使用更多自由锻造;形状简单的精密锻造方法应采取以避于加工。根据轴零件的尺寸和结构形式分析拟定其加工精度等级如下表所示：该拨叉的全部技术要求列如下表:项目公差等级偏差（mm）粗糙度定位基准Φ55外圆面IT120，06.3以圆棒中心定位加工Φ44台阶外圆IT110，-0.0623.2以Φ55外圆定位加工Φ24台阶外圆IT12+0.62，03.2以Φ44台阶面为基准加工两端面IT120，06.3毛坯基准由上述可知，各加工表面以尺寸Φ44mm圆周面及Φ24mm为主，有较高的尺寸精度要求，因此，拟订Φ44mm圆周面、Φ24mm圆周面及钻孔为主的工艺方案。为了保证各表面的相对位置精度要求，应以二端面为定位基准，便于实现基准重合和基准统一。以保证其它重要尺寸。

第二章确定生产类型由零件图可知：生产纲领2000件/年，备品率为2%，废品率为2%，因此年产量：Q＝生产纲领×每台件数×(1+备品率)×(1+废品率)Q＝2080件月产量＝Q÷12=174(件)Days=(365-52-14)÷12=24.92天日产量(一天3班)＝月产量÷Days=7件/天查工艺人员手册，轻型（100公斤以内）零件的生产性质：中批500～5000大批5000～50000考虑到保证产品按时定量完成，生产该产品的每一道工序的单件核算时间必须小于生产节拍（工艺卡填写过程考虑到客观随机因素的影响，将节拍乘80%后与单件核算时间比较），若大于生产节拍，就会造成完不成年产量，因此应改用多台机床加工。中批量生产采用流水线，其工艺特点a）毛坯特点：采用金属模造型，毛坯精度及余量中等。b）机床设备及机床布置：通用机床，机床按零件类别分工段排列。c）夹具及尺寸保证：专用夹具，调整法和自动获得法(如对刀块)保证尺寸。d）刀具、量具：专用或标准刀具、量具e）零件的互换性：多数互换，部分试配或修配。f）工艺文件的要求：编制详细的工艺规程及关键工序的工序卡片。g）生产出率：中等h）成本：中等i）发展趋势：采用成组工艺。由以上可知，该零件为中批生产，所以工艺安排应考虑工序适当集中，考虑零件成批生产，产量比较大，综合经济与生产效率等因素，确定加工设备为通用机床，采用专用夹具。2.1毛坯的确定零件材料为45，此牌号材料与45相同，45是新牌号，45为老牌号。45的型材性好，熔炼设备简单，价格便宜，所以它们是机械制造中应用最多的材料。45可承受较大弯曲应力，用于强度、耐磨性要求较高的较重要的零件和要求保持气密性的45件。有较好的耐热性和良好的减振性，型材性较好。该零件的结构较复杂，也适于用型材的方法制造。零件的切削加工性良好，无特殊的加工问题，故加工中不需要采用特殊工艺措施。刀具材料选择范围很大，高速钢或YT类硬质合金均能胜任。刀具几何参数可根据不同刀具类型通过相关表格查取。零件组成表面：底面，两端面，外圆及其台阶面，外圆Φ55,Φ44外圆和Φ8孔。主要技术条件分析如下：SHAPE零件的材料为45，硬度适中，灰45铁生产工艺简单，型材性能优良，中间圆柱体连有两翼板，以下是需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求：4）确定毛坯、画毛坯在仔细分析了零件的基础上，选择零件的加工方法，首先从毛坯开始，在毛坯的选择上，既要考虑工艺性，又要考虑到经济性，综合两项因素进行毛坯的选择。毛坯的选择对零件工业过程的经济性有很大影响，工序数量，材料消耗加工工时等都取决于所选择的毛坯，但要提高毛坯的质量往往会使毛坯制造困难，需要复杂的工艺和昂贵的设备，增加了毛坯的成本，这两者是矛盾的。因此毛坯的种类和制造方法的选择要根据毛坯的类型和具体的生产条件决定。同时应该主要到，充分使用新工艺、新技术、新材料的可能性，以便降低零件生产总成本提高质量。毛坯的类型有：45件、锻件、型材、焊接件、压制件、冲压件等，由于本零件是中批生产，则优先考虑锻件和45件，虽然成本高，但提高了生产率，零件材料为45。零件在机床运行过程中所受冲击不大，结构又比较简单，在考虑零件的力学性能，形状大小等因素后，选择45钢型材。

第三章工艺规程设计3.1选择定位基准基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择的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，加工工艺过程中的问题百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，使生产无法进行。基准选择的原则有：粗基准的选择原则：a)尽可能用精度要求高的主要表面作粗基准；b）不加工面作粗基准，且该面与要加工面有一定的位置精度要求；c）余量均匀原则；d）粗基准的表面要尽量光整、光洁、有一定的面积以便于装夹；e)不能重复使用原则。精基准的选择原则：a）基准重合原则——尽可能使设计基准和原始基准重合；b）互为基准原则——两个位置精度要求较高的表面互为基准；c）基准不变原则——统一基准。3.2、制定工艺路线制定工艺路线的出发点，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，在生产纲领已确定的情况下，可以考虑采用万能型机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率，除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。因此确定工艺路线方案如下：工序Ⅰ车端面，带光即可，粗车毛坯外圆，至尺寸Φ24.2mm，保留0.2mm精车余量；精车外圆至图纸尺寸要求，保证公差及表面精度要求。工序Ⅱ装夹毛坯外圆为装夹基准，为受力方向；粗车台阶外圆Φ44至尺寸Φ44.2,mm，保留0.2mm精车余量；粗车外圆Φ55至尺寸Φ55.2mm，保留0.2mm。工序Ⅲ装夹毛坯外圆为装夹基准，为受力方向；精车车台阶外圆Φ24至尺寸要求；精车台阶Φ44至尺寸要求，车退刀槽。工序Ⅳ更换装夹，车外圆及端面图纸长度尺寸120mm。工序Ⅴ钻斜孔Φ8至图纸尺寸要求；工序Ⅷ钳工去毛刺、清洗工序Ⅸ终检工序Ⅹ入库根据经验，大多数情况下都应该先钻轴再加工孔，会更能容易满足零件的加工要求，因此，工艺路线方案一较为合理，工序集中，工序排列最优，效率也比较高，因此选择工艺路线方案一作为本的工艺生产路线。3.3、选择加工设备和工艺设备主要表面可能采用的终加工方法，按照精度要求，Ra1.6µm应为精钻或磨削。按照零件材料，批量大小，现场条件等因素，并对照各加工方法特点及适应范围确定采用钻削加工底面及两端面。结合主要表面加工及表面形状特点，Φ8孔采用钻、扩、铰的加工方式。钻削采用立式钻床外圆加工采用数控车床。零件在钻床上或者钻床上的加工都应采用专用夹具进行装夹。立式钻床的主要参数如下：型号：Z5025功率：1.5kW主轴转速：30-900转/分立式车床的主要参数如下：型号：CA6140功率：7.5kW主轴转速：100~1360转/分3)机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定零件材料为45，毛重0.25kg，数量为2000件/年，属于中批量生产。制定合理的零件加工工艺过程首先要掌握目前有可供选用的加工方法，并能够针对零件的具体要求较合理的选用。其次，还必须解决各表面的加工顺序和热处理如何安排的问题。首先，要分析产品的零件图与装配图，分析零件图的加工要求，结构工艺性，检验图样的完整性；根据零件的生产纲领确定生产类型；在制定机械加工工艺规程时，一般按照零件的生产纲领，把零件划分为大批量生产、中批量生产和小批量生产三中类型。选择毛坯；毛坯的选用主要包括毛坯的材料、类型和生产方法的选用。常用的毛坯类主要有各种轧制型材、铸件、锻件、焊接件、冲压件、粉末冶金件以及注塑成形件等。（联合加工），根据零件结构的不同，毛坯的选用可分为轴类、盘套类和机架箱体类三大类。确定单个表面的加工方法；零件的加工过程，就是零件表面经加工获得符合要求的零件表面的过程。零件表面的类型和要求不同，采用的加工方法也不一样。主要有车削、钻削、钻削、刨削、磨削等五大类加工方法。此外还有镗削、拉削、光整、特种加工等。5）选择定位基准，确定零件的工艺路线；根据零件表面质量的要求不同，通常将表面加工划分为粗加工阶段、半精加工阶段和精加工阶段三个加工阶段。零件加工需要遵循的原则是粗、精加工分开，零件的加工一般不是在一台机床上用一种工艺方法就可完成，往往需要几种加工方法互相配合，经过一定的工艺过程才能逐步地完成零件表面的加工。若一种表面可采用不同的加工方法进行加工的话，那么就生产的具体条件而言，其中必有一种加工方法是最合适的。确定各工序所用的设备及工艺装备计算加工余量、工序尺寸及公差确定切削用量，估算工时定额填写工艺文件机械加工工艺中加工顺序的安排原则有：先加工精基准面后加工其他表面主要定位精基准面应在一开始就进行加工，以便用它定位加工后工序的其他表面。先粗加工后精加工先安排粗加工、半精加工，再安排精加工。某些要求特别高的表面还要在最后安排精密加工。划线工序的安排在单件小批生产中，形状复杂的铸、锻件或焊接件在机加工前要安排钳工划线工序，为加工提供找正的依据。在大批大量生产中，或零件形状较为规则，则不必安排划线工序。4）热处理工序的安排毛坯退火、正火：安排在粗加工之前。调质：通常安排在粗加工之后；若加工路线较简单，也可在粗加工之前。淬火及低温回火：一般安排在磨之前。氮化：可安排在粗磨后、精磨前。时效：一次时效安排在粗加工之后；二次时效分别安排在粗加工和半精加工之后；三次时效分别安排在粗加工、半精加工和精加工之后。5）表面处理工序的安排表面镀层、发蓝、阳极氧化、喷涂或油漆等处理，通常安排在全部机加工之后；大型铸件的不加工面，常在机加工前先涂防锈漆。6）检验工序的安排重要而复杂零件的粗加工之后关键工序前后；特种检验(如x射线探伤或超声波探伤等较昂贵的检验)之前；从一车间转到另一车间之前；全部加工结束之后。3.4机械加工余量、工序尺寸及工时的确定3.4.1加工余量的确定（1）确定个加工面的加工余量：加工对象工序双边余量工序尺寸及公差钻扩钻扩Φ8mm孔87.877.8（2）确定各端面工序加工余量/mm工序加工表面总加工余量工序加工余量1右端面422左端面42（3）确定各外圆面的工序加工余量/mm工序加工表面总加工余量工序加工余量1Φ55422Φ44130.23Φ24310.23.4.2机械加工余量的计算表零件表面加工方法选择加工表面形位公差加工方法加工Φ44外圆表面Ra3.2等级IT11-0.062车销粗精加工加工Φ22外圆表面Ra3.2等级IT11+0.62无车销粗精加工加工Φ55外圆表面Ra6.3等级无0无车端面表面Ra6.3等级IT120无车Φ8mm孔表面Ra1.6等级IT7+0.28无钻扩铰加工外圆面参照<<机械加工工艺手册>>表3.1-56,因为其公差等级太低,可直接车加工.加工端面参照<<机械加工工艺手册>>表3.1-56,因为其公差等级太低,可直接车加工.加工台阶面参照<<机械加工工艺手册>>表3.1-56,其加工余量Z=2mm.Φ44mm孔的两侧面,车削公差-0.062mm.3.4.3工时定额的确定本工序为粗车（车端面、外圆及车台阶）。已知加工材料为45钢，σ=670Mp，锻件，有外皮；机床为CA6140，工件装卡在三爪自定心卡盘中。确定粗车外圆的切削用量。所选刀具为YT15硬质合金可转位刀具。查参考文献【5】选择切削深度a=2mm（双边余量）/2=1mm.确定进给量f。查参考文献【4】，硬质合金及高速钢车刀粗车外圆和端面进给量表1.4，在粗车钢料，车刀刀杆尺寸为16×25mm，a≤3mm,工件直径为20-68mm，f=0.4-0.7mm/r，查参考文献【3】，查的CA6140车床进给量选择f=0.61mm/r。计算切削力F=4269N。选择车床磨钝标准及耐用度。查阅参考文献【3】，后刀面最大磨损量取1mm，可转位车刀耐用度为T=60min。确定切削速度v。查参考文献【4】，表1.0，用YT15硬质合金切削速度，选择109m/min。查切削速度的修正系数得v=109×0.80×0.65×0.81×1.15=52.8m/min。n=1000v/(πd)=1000×52.8/(π×44）=382.2r/min根据CA6140车床的转速，选择400r/min,实际切削速度为55.26m/min。(5)校验机床功率。根据切削过程中切削功率计算公式，求得切削功率P=2.25KW.CA6140主电机功率7.5kw，故所选切削用量合适。最后的切削用量为a=1mm,f=0.61mm,n=400r/min,v=55.26m/min。车端面a=1.5mm，主轴转速n=400r/min，f=0.61mm/r。3.4.3半精车余量及工时定额计算确定该工序的加工余量。所选刀具为YT15硬质合金刀具，车刀刀杆尺寸及刀片厚度均与粗车相同。查参考文献【3】得半精车加工余量为1.5，切削深度a=0.75mm，将工件车至∅20.2mm，需两次半精车，第一次半精车a=0.75,第二次半精车切削深度a=1.3/2=0.65mm。确定进给量。根据参考文献【3】，查得CA6140进给量选择f=0.3mm/r，由于半精车加工，切削力较小，故不需要校验机床进给机构强度。选择车刀磨钝标准及耐用度。查参考文献【4】最大磨钝标准为0.4mm。耐用度为60min,确定切削速度。查参考文献【4】，切削速度为156m/min，V=156×0.81×1.15=145.3m/minn=1000×145.3÷3.14÷30=1541r/min查CA6140主轴转速选择n=1400r/min，实际切削速度v=131.88m/min。半精加工机床功率可不校验。

第四章轴钻孔Φ8的专用夹具设计4.1问题的提出A、能迅速方便地装备新产品的投产以缩短生产准备周期；B、能装夹一组相似性特征的工件；C、适用于精密加工的高精度的机床；D、适用于各种现代化制造技术的新技术；E、采用液压泵站等为动力源的高效夹紧装置，进一步提高劳动生产率。现代夹具的发展方向表现为精密化、高效化、柔性化、标准化等四个方面：在机械加工中，机床夹具在机械加工中的功用主要有以下六个方面，然而在不同的生产条件下，应该有不同的侧重点。夹具设计时应综合考虑加工的技术要求，生产成本和工人操作方面的要求以达到预期的效果。A、保证加工精度用夹具装夹工件时，能稳定的保证加工精度，并减少对其他工作条件的依赖性，故在精密加工中广泛的使用该夹具，并且它还是全面质量管理的一个重要环节。B、提高劳动生产率使用夹具是否能使工件迅速的定位和夹紧并能够显著的缩短辅助加工的时间和基本时间，提高劳动生产率。C、改善工人的劳动条件用夹具装夹工件方便、省力、安全。当采用气压、液压等装夹工件时，可减少工人的劳动强度保证生产安全。D、保证工艺纪律通常夹具作为铸件的机构、锻件结构、焊接结构、形状有回转体形和底座等多种定位元件，夹紧装置等分布在夹具体不同的位置上。（4）连接元件根据机床的工作特点，夹具在机床上的安装连接常有的两种方式：一种是安装在机床工作台上，另一种是安装在机床主轴上，连接元件用于确定夹具本身在机床上的位置。（5）对刀和导向装置对刀装置常见在钻床夹具中，用以对刀块调节钻刀对刀前的位置，对刀时，钻刀不能与对刀块直接相连，以免碰伤钻刀的切削刃和对刀块工作表面。导向装置钻模板、钻套、镗模的镗模支架。镗套，它们能确定刃具的位置，并引导刀具进行切削。（6）其他元件或装置根据加工的需要，有些夹具分别采用分度装夹，靠模装置上下料加工工艺机器人等。4.2夹具的设计钻床夹具的组成主要包括：定位装置、夹紧装置、夹具体、连接元件和对刀元件。而钻床夹具的类型可分为：直线进给式钻床夹具圆周进给式钻床夹具仿形进给式钻床夹具本次设计零件为中批量生产，要求成本低，且在加工过程夹紧力要求不高。本道工序一半精钻轴Φ8孔。在进行本道工序时，其他都是未加工表面。为了保证技术要求，最关键的是要找到定位基准。同时，应考虑如何提高劳动生产率和降低劳动强度。定位分析比较：方案1：采用压板用螺栓联接，利用气缸夹紧，这种夹紧方式夹紧力可靠，辅助时间短，工人劳动强度小，但是成本高。方案2：采用压板，用螺栓、螺母联接，利用手动夹紧，这种夹紧方式夹紧力小，但成本低。压板选择为直压板，加工两个零件时，为了防止两工件在长度尺寸上的误差，而导致直压板不能完全压住两工件，因此，在压板两端设计了两个浮动压头，且压板也螺栓、螺母的连接采用球面垫圈，这样就能消除两工件的尺寸误差，因此方案2更合理。4.3夹具的误差分析为了满足工序的加工要求，必须使工序中误差总和等于或小于该工序所规定的工序公差。机床夹具有关的加工误差，一般可用下式表示：由参考文献[13]可得：⑴轴定位心轴定心的定位误差：⑵夹紧误差：其中接触变形位移值：⑶磨损造成的