机械制造技术课程设计-小轴零件钻孔夹具设计

PAGEI课程设计说明书小轴零件加工工艺规程及夹具设计

摘要本文设计了小轴类零件的加工工艺，并针对其中一种工艺设计了专用夹具。小轴类零件主要加工端面和外圆。根据加工工艺要求，遵循“孔前端面”原则，将外圆和平面的加工分为粗加工和精加工两个阶段，以保证加工精度。选择小轴外圆端面作为粗基准，加工小轴外圆端面作为精基准，确定加工路线和加工所需的各种工艺参数。根据要求设计了专用夹具，并在设计中计算了该工序的切削力和夹紧力，从而确定了零件的加工参数，绘制了专用夹具的总图。关键词：轴；加工工艺；夹具；基准；AbstractThispaperdesignstheprocessingtechnologyofsmallshaftpartsanddesignsaspecialfixtureforoneofthem.Thesmallshaftpartsmainlyprocesstheendfaceandoutercircle.Accordingtotheprocessingrequirementsandtheprincipleof"frontendfaceofhole",theprocessingofoutercircleandsurfaceisdividedintotwostagesofroughmachiningandfinishingmachiningtoensuretheprocessingaccuracy.Theouterendfaceofthesmallaxisischosenastheroughdatumandtheouterendfaceofthesmallaxisisusedasthefinedatumtodeterminetheprocessingrouteandvarioustechnologicalparametersrequiredbytheprocessing.Thespecialfixtureisdesignedaccordingtotherequirements,andthecuttingforceandclampingforceoftheprocedurearecalculatedinthedesign,thusthemachiningparametersofthepartsaredetermined,andthegeneraldrawingofthespecialfixtureisdrawn.Keywords:Axis;Processingtechnology;Fixture;Benchmark;

目录TOC\o"1-2"\h\z\u摘要 IIAbstract III第1章前言 1第2章零件的分析 22.1零件的作用 22.2零件的工艺分析 22.3毛坯制造形式及结构的确定 3第3章工艺规程设计 53.1基准的选择 53.2加工工艺路线的确定 63.3切削用量及切削时间的确定 6第4章夹具设计 104.1设计类型及机床选择 104.2定位方案的确定 104.3夹紧方案的确定 114.4夹紧力和切削力计算 124.5定位误差分析 124.6夹具设计简要说明 13结论 14致谢 15参考文献 16PAGE4第1章前言小轴类零件的工艺和工装设计是我在大学期间修完所有课程后理论和实践的综合应用，这使我进一步提高了我的专业知识和技能，为我今后在专业技术领域的工作打下了基础。机械加工过程是实现产品设计、保证产品质量、节约能源、降低成本的重要手段。合理的加工工艺是企业进行生产准备、计划调度、加工作业、安全生产、技术检测、完善劳动组织的重要依据。是企业提高品种、质量和水平，加快产品更新换代，提高经济效益的技术保证的重要依据。合理的加工工艺文件不仅能提高企业的技术创新能力，而且能在很大程度上提高企业的利润，因此合理编制零件的加工工艺文件往往很重要。加工过程文件的合理性也会限制企业的各种因素,如企业的生产设备、技术水平的工人和夹具的设计水平,其中更重要的是生产和设计的夹具。夹具是机械加工系统的重要组成部分。无论是传统制造还是现代制造系统，夹具的设计都是非常重要的。良好的夹具设计可以提高产品的生产率，保证和提高加工精度，降低生产成本，扩大机床的使用范围，使产品在保证精度的前提下提高效率，降低成本。如今，随着市场竞争的激烈和企业信息化的要求，企业对夹具的设计和制造提出了更高的要求。因此，对加工工艺和夹具设计具有重要意义。因此，编制零件加工工艺文件不仅要合理结合企业的生产实践，还要根据零件的加工要求和先进的加工机床，设计先进高效的夹具。

第2章零件的分析2.1零件的作用轴是机械传动一种，和平键、半圆键、斜键作用一样，都是传递机械扭矩的，在轴的外表有纵向的键槽，套在轴上的旋转件也有对应的键槽，可保持跟轴同步旋转。在旋转的同时，有的还可以在轴上作纵向滑动，如变速箱换档齿轮等。对题目给定的小轴零件图进行绘制，结果如下：图2.1零件图2.2零件的工艺分析制作小轴的材料常用调质钢(45、40Cr等)和渗碳钢(20、20CrMnTi等)两种。前者用于按外径定心的小轴。但是花键孔是用拉削制成的，考虑到拉刀的使用寿命，一般硬度不宜过高。目前以采用小轴调质最为普追，硬度控制在HB280～320之间。后者用于对精度与硬度要求较高的按内径定心的小轴，因为花键孔的内径可以在磨床上加工，因此小轴的表面硬度可以提高，增加其耐磨性和强度，有利延长花键联结的使用寿命，但又不能硬脆而造成折断。故宜用渗碳淬火提高其表面硬度(HRC60),而芯部含碳量较低不会淬硬。这样在使用时既不易磨损，强度又高，而心部韧性好又不致于产生脆性断裂，因此比较理想。耐磨耐冲击的材料都行，芯软表面硬，带锰的铁基合金基本上都行，经济点就铬合金，再便宜点用45号表面渗碳调质也行。综上所述，本次题目给定的小轴零件选用40Cr材料进行制造。1）该小轴的结构比较典型，代表了一般小轴的结构形式，其加工工艺过程具有普遍性。2）零件在加工时应注意夹紧位置，夹紧力大小及辅助支承的合理使用主，防止零件的变形。3）外圆表面采用车削方法可完成加工。4）φ4的孔、φ2的孔用钻床加工，专用夹具配用钻套进行加工。2.3毛坯制造形式及结构的确定毛坯的形状和尺寸越接近成品零件，材料消耗就越少，机械加工的劳动量也越少，因此会提高机械加工效率，降低成本，但毛坯的制造费用就提高了。因此，确定毛坯要从机械加工和毛坯制造两方面综合考虑，以求得最佳效果。毛坯种类的选择：1、根据图纸规定的材料及机械性能选择毛坯图纸标定的材料就基本确定了毛坯的种类。该小轴的材料是40Cr，因此可直接选用锻造成型。2、根据零件的功能选择毛坯根据零件的工作条件、材料、结构特点三者综合考虑，该小轴的材料为40Cr，且各台阶直径相差不大，因此可选用锻造的方法。合理选用材料和规定热处理的技术要求，对提高轴类零件的强度和使用寿命有重要意义，同时，对轴的加工过程有极大的影响。由该零件的功用和变速箱的工作状况知，小轴承受的都是冲击性交变载荷，故要求小轴材料应具备较高的强度、抗冲击能力、耐磨性和良好的力学性能。由于是大批量生产，应选择精度和生产率都比较高的毛坯制造方法，故选用模锻。对题目给定的小轴毛坯图进行绘制，结果如下：图2.2毛坯图PAGE16第3章工艺规程设计3.1基准的选择轴类零件的主要工艺是内外圆的同轴度。在选择定位基准和夹紧方式时，应考虑一次夹紧尽量完成主表面的加工，或反复加工内孔和外圆作为相互的参考，逐步提高精度。同时，由于小轴类零件的薄壁和刚性差，在选择夹持方式、定位元件和夹持机构时，应特别注意防止工件变形。1)外圆安装一次作为粗基准，完成主表面的加工该方法消除了定位误差对加工精度的影响，保证了一次装夹加工后的曲面具有较高的互定位精度。但要求在表面处理后将毛坯夹紧切断，造成材料浪费。因此，主要用于小尺寸小轴套零件的车削。2)夹紧，精确参考外圆该方法在生产实践中得到了广泛应用，基于孔的芯轴式夹具结构简单，刚性好，制造方便。机床装夹误差小。该方法特别适用于加工小直径深孔套筒类零件。对于较长的小轴类零件，可以使用带有中心孔的“插头”进行夹紧。3)用专用夹具夹紧外圆作为精密基准当小轴的内孔的直径太小,作为定位参考,可以加工外圆第一,然后是外圆可以作为精确的参考,可以夹内孔和与卡盘加工。该夹紧方式快速可靠，可传递大扭矩。但一般卡盘定位误差较大，加工后内外圆同轴度较低。高定心精度的专用夹具，如弹性膜片夹头、液体塑料夹头、高精度三爪自定心夹头等，常用于满足高同轴度的要求。3.1.1粗基准的选择原则在加工连接套筒的底面时，以待加工表面的对称面作为粗基准，这符合工作表面相互定位的原则。这样，加工后的法兰厚度更均匀，配合面变形减小。3.1.2精基准面的选取原则在大批量生产中，通常是基于成品外圆和端面。这种定位方法简单地限制了工件的六自由度，定位稳定可靠。一次安装，除定位面外，其余五面均可加工孔或平面，并可作为从粗加工到精加工的大部分工序的定位基准，实现“基准统一”的原则。此外，该定位方法夹紧方便，夹紧变形小，易于实现自动定位和夹紧，且无基准非重合误差。3.2加工工艺路线的确定提出的工艺路线的起点应保证零件的几何形状、尺寸精度、位置精度等技术要求得到合理的保证。在确定生产方案和生产类型为量产的情况下，通用机床可配专用夹具，工序尽可能集中，提高生产率。此外，还考虑了经济效益，降低了生产成本。确定上面这些问题之后，要进行零件的加工工艺路线，如下:工序号工名序称工序内容1锻造锻造成型2热处理热处理3车车左端面，车φ10、φ14外圆，车退刀槽4车车右端面，车φ8、φ10外圆，车退刀槽5车车M10外螺纹6钻钻φ4的孔7钻钻φ2的孔8检验检验9入库入库3.3切削用量及切削时间的确定工序：车左端面，车φ10、φ14外圆，车退刀槽1)切削深度单边余量为Z=2mm2)进给量根据《机械加工工艺手册》取f=0.2mm/r3)计算切削速度其中：=342,=0.15,=0.35,m=0.2。=1.44,=0.8,=1.04,=0.81,=0.97。所以1.440.81.040.810.97=92m/min4)确定机床主轴转速ns==636r/min与636r/min相近的机床转速为650r/min。现选取=650r/min。所以实际切削速度==5)切削工时，按《工艺手册》表6.2-1。t=i=0.37(min)工序：车右端面，车φ8、φ10外圆，车退刀槽1)切削深度单边余量为Z=2mm2)进给量根据《机械加工工艺手册》取f=0.2mm/r3)计算切削速度其中：=342,=0.15,=0.35,m=0.2。=1.44,=0.8,=1.04,=0.81,=0.97。所以1.440.81.040.810.97=92m/min4)确定机床主轴转速ns==545r/min与545r/min相近的机床转速为575r/min。现选取=575r/min。所以实际切削速度==5)切削工时，按《工艺手册》表6.2-1。t=i=0.48(min)工序：车M10外螺纹.1)切削深度单边余量为Z=0.5mm2)进给量根据《机械加工工艺手册》取f=0.8mm/r3)计算切削速度其中：=342,=0.15,=0.35,m=0.2。修正系数见《切削手册》表1.28,即=1.44,=0.8,=1.04,=0.81,=0.97。所以1.440.81.040.810.97=89m/min4)确定机床主轴转速ns==753r/min与753r/min相近的机床转速为750r/min。现选取=750r/min。所以实际切削速度==5)切削工时，t=i=0.26(min)工序：钻φ4的孔选用高速钢锥柄麻花钻（《工艺》表3.1－6）由《切削》表2.7和《工艺》表4.2－16查得（《切削》表2.15）503r/min按机床选取n=500r/min切削工时：工序：钻φ2孔选用高速钢锥柄麻花钻（《工艺》表3.1－6）由《切削》表2.7和《工艺》表4.2－16查得（《切削》表2.15）1061.5r/min按机床选取n=1000r/min切削工时：第4章夹具设计4.1设计类型及机床选择根据本次设计要求，设计一套钻φ2孔的专用夹具。选用Z525立式钻床（图4.1）更合理。它适用于各种零件的钻孔、扩孔、绞孔、锪平面及攻丝加工，操作简单，夹具一次装夹就可加工所有孔。图4.1立式钻床4.2定位方案的确定1.定位方案的设计在这个过程中,我们使用外圆加工作为定位参考,和端面作为辅助定位的参考。零件定位一般采用外圆、内孔等零件，V型块用于零件定位。2.定位元件的选择对定位元件的选择是夹具设计中很重要的工作，将会影响零件加工时对于刀具的相对位置。根据夹具设计手册可知机床的定位元件有很多种，如定位板、定位销、支承钉、定位轴、V型块等。本次设计选择定位元件为：V型块，支撑钉。3.定位元件不确定度分析零件的六自由度是物体所占空间的最高程度。一个零件最多只能有六个自由度。如果一定的自由度受到限制，则零件在这个方向上的运动将停止，并确定在这个方向上的位置度。零件的定位是为了限制零件的相对自由度。分析夹具图上可以看出，用V型块进行定位，V型块限制两个移动自由度和两个旋转自由度，支撑钉限制一个移动自由度，这样零件就完成了五个自由度的限制，在X轴旋转方面没有自由度要求，这样以欠定义的方式完成定位。4.3夹紧方案的确定夹紧装置的设计应考虑以下原则:零件不能随意移动;零件不能变形;零件不会振动;装夹必须安全可靠;应该考虑经济;夹紧装置的设计必须符合零件的生产程序;如果零件产量大，则必须设计更复杂的夹紧装置。考虑到本文设计的夹具零件不是很复杂，且夹具是用于钻孔的，工件在垂直方向上有移动的趋势，且垂直方向用于夹紧。夹紧元件有：轴肩螺母、铰链压板。图4.2夹紧机构4.4夹紧力和切削力计算由于本道工序主要完成工艺孔的钻孔加工，钻削力。由《切削手册》得：钻削力式（5-2）钻削力矩式（5-3）式中：代入公式（5-2）和（5-3）得本道工序加工工艺孔时，夹紧力方向与钻削力方向相同。因此进行夹紧立计算无太大意义。只需定位夹紧部件的销钉强度、刚度适当即能满足加工要求。4.5定位误差分析本次设计的零件用V型块进行定位，当锻造毛坯的公差上存在着一定的误差，但是在水平方向上是保持水平位置的，所以就需要计算V型块在竖直方向上产生的定位误差。

设计夹具定位的方式见图所示，对安装图纸进行设计和分析，这个时候可以分析出来定位基准的变动方向是垂直于水平面的，故应按照垂直方向对槽进行加工，所以这个时候就能分析出来有变动的方向与加工时候尺寸的方向有个角度是，取；定位的基准点是N点，工序的基准点是H1的上母线，两者所夹尺寸即为定位尺寸，定位用的方向与加工尺寸的方向的夹角，取；工序的基准与零件定位基准不重合，取；所要加工的工序基准与零件的定位基准是一致的，而且还能够跟上母线沟通，所以在设计计算式中取正号，经过分析知道： STYLEREF1\s4-SEQ(\*ARABIC\s15则通过这个公式进行计算，最后得知定位误差数值为，结合加工设备，当使用立式铣床进行加工的时候，毛坯上的孔的位置为刀具的修正提供了条件，由此可以得出结论，所设计夹具可以满足加工要求。4.6夹具设计简要说明夹具设计首先应注重手工夹紧，因为夹具结构简单，制造方便，是提高劳动生产率的主要途径。夹具上设有定位键，便于工件的良好定位。操作相对简单。装卸工件时，先将工件放在v形块上，移动工件与支撑销接触，转动铰链压板夹紧工件，然后加工工件。图4.3夹具装配图

结论设计过程不仅仅是一个简单的复习，更是一次对所学知识的全面运用的训练和一次提高自己能力的绝佳机会。通过毕业设计，我们可以发现自己知识的不足，并对自己的知识应用能力进行全面的评估，培养自己的综合应用知识和独立分析能力。本次毕业设计的主要内容包括零件的作用、对零件的理解、零件图的工艺分析、