毕业设计（论文）-方头小轴加工工艺及铣扁位夹具设计（全套图纸）(23页).doc

-毕业设计（论文）-方头小轴加工工艺及铣扁位夹具设计（全套图纸）-第 18 页XX 学 院 本科毕业论文（设计）题目方头小轴加工工艺及铣夹具设计作者 学院机械工程学院专业机械设计制造及其自动化学号指导教师 二一五 年 四 月 二十一 日摘 要 本文首先对方头小轴零件进行分析，通过对方头小轴进行研究和分析，描述了它的毛坯制造形式、机械加工余量、基准选择、工序尺寸和毛坯尺寸的确定，以及切削用量和工时的计算和加工刀具的设计等相关内容。 在这次毕业设计中，根据课题所给的零件图、技术要求，通过查阅相关资料和书籍，了解和掌握了的机械加工工艺和编程的一般方法和步骤，并运用这些方法和步骤进行了方头小轴铣方头扁位夹具设计，整个铣扁位夹具的设计的指导思想“简便、高效、经济”。力求生产处符合要求的产品。关键词：方头小轴；加工余量；铣扁位夹具；经济全套图纸，加153893706ABSTRACT This design is a lather to become soon an appropriation for inside pulling out fork spare parts processing craft rules distance and some work prefaces tongs design.This pull out the construction of the fork spare parts than for complicacy, its the place that process is a peaceful in bore primarily.This design processes after processing first the bore.Process with flat surface the clear and definite dividing the line the bore the coarseness processes to process with the nicety the stage to guarantee their process the precise degree. The basis of automation. Use of machine tools, need a large number of skilled personnel of modern numerical control technology. The application of numerical control technology not only bring revolutionary change to traditional manufacturing industry, manufacturing industry has become a symbol of industrialization, and with the continuous development of numerical control technology and application field expands, it to the national economy and peoples livelihood some important industry plays a more and more important role in the development.KEYWORDS:fixture multi-function; Die forging links; Group technology;clipping tight 目录摘要IABSTRACTII第一章 绪论1 1.1课题背景1 1.2夹具的发展史1 1.3 小结1第二章 方头小轴的加工工艺规程设计2 2.1零件的分析2 2.1.1零件的作用3 2.1.2零件的工艺分析4 2.2确定生产类型8 2.3确定毛坯12 2.3.1确定毛坯种类13 2.3.2确定零件加工余量及形状15 2.3.3绘制零件毛坯图17 2.4工艺规程设计18 2.4.1选择定位基准18 2.4.2制定工艺路线18 2.4.3选择加工设备和工艺设备19 2.4.4机械加工余量、工序尺寸及公差的确定19 2.5确定切削用量及基本工时19 2.5.1工序20：粗车右端外圆及端面至20 2.5.2工序30：调头装夹，粗车左端外圆及端面21 2.5.3工序40：粗车外圆至尺寸22 2.5.4工序50：粗车外圆至尺寸22 2.5.5工序70：精车至尺寸22 2.5.6工序80：车沟槽2X0.523 2.5.7工序90：铣方头扁位17X1723 2.5.8工序100：钻、绞H7孔23 第三章 专用夹具设计24 3.1铣夹具设计25 3.1.1问题的提出25 3.1.2夹具的设计26 第四章 刀具设计26 结论28 参考文献29 致谢30第一章 绪论 1.1 课题背景 随着科学技术的发展，各种新材料、新工艺和新技术不断涌现，机械制造工艺正向着高质量、高生产率和低成本方向发展。各种新工艺的出现，已突破传统的依靠机械能、切削力进行切削加工的范畴，可以加工各种难加工材料、复杂的型面和某些具有特殊要求的零件。数控机床的问世，提高了更新频率的小批量零件和形状复杂的零件加工的生产率及加工精度。特别是计算方法和计算机技术的迅速发展，极大地推动了机械加工工艺的进步，使工艺过程的自动化达到了一个新的阶段。“工欲善其事，必先利其器。”工具是人类文明进步的标志。自20世纪末期以来，现代制造技术与机械制造工艺自动化都有了长足的发展。但工具（含夹具、刀具、量具与辅具等）在不断的革新中，其功能仍然十分显著。机床夹具对零件加工的质量、生产率和产品成本都有着直接的影响。因此，无论在传统制造还是现代制造系统中，夹具都是重要的工艺装备。 1.2 夹具的发展史夹具在其发展的200多年历史中，大致经历了三个阶段：第一阶段，夹具在工件加工、制造的各工序中作为基本的夹持装置，发挥着夹固工件的最基本功用。随着军工生产及内燃机，汽车工业的不断发展，夹具逐渐在规模生产中发挥出其高效率及稳定加工质量的优越性，各类定位、夹紧装置的结构也日趋完善，夹具逐步发展成为机床工件工艺装备工艺系统中相当重要的组成部分。这是夹具发展的第二阶段。这一阶段，夹具发展的主要特点是高效率。在现代化生产的今天，各类高效率，自动化夹具在高效，高精度及适应性方面，已有了相当大的提高。随着电子技术，数控技术的发展，现代夹具的自动化和高适应性，已经使夹具与机床逐渐融为一体，使得中，小批量生产的生产效率逐步趋近于专业化的大批量生产的水平。这是夹具发展的第三个阶段，这一阶段，夹具的主要特点是高精度，高适应性。可以预见，夹具在不一个阶段的主要发展趋势将是逐步提高智能化水平。 1.3 小结一项优秀的夹具结构设计，往往可以使得生产效率大幅度提高，并使产品的加工质量得到极大地稳定。尤其是那些外形轮廓结构较复杂的，不规则的轴承座类，杆类工件，几乎各道工序都离不开专门设计的高效率夹具。目前，中等生产规模的机械加工生产企业，其夹具的设计，制造工作量，占新产品工艺准备工作量的50%80%。生产设计阶段，对夹具的选择和设计工作的重视程度，丝毫也不压于对机床设备及各类工艺参数的慎重选择。夹具的设计，制造和生产过程中对夹具的正确使用，维护和调整，对产品生产的优劣起着举足轻重的作用。第二章 方头小轴的加工工艺规程设计 2.1 零件的分析 2.1.1 零件的作用题目所给的零件是方头小轴。 它一般用于与其他零件的连接处，一般起到连接的作用。 2.1.2 零件的工艺分析零件的材料为20Cr，20Cr属于圆钢，方头小轴零件就是通过锻压而成。以下是方头小轴需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求：(1) 外圆的车削加工。(2) 外圆的车削加工。(3) 沟槽2X0.5的车削加工。(4) 17X17扁位的铣削加工。(5) 的钻、绞削加工。由上面分析可知，可以先加工方头小轴的外圆表面，然后以此作为基准采用专用夹具进行扁位的铣削加工，并且保证位置精度要求。再根据各加工方法的经济精度及机床所能达到的位置精度，并且此方头小轴零件没有复杂的加工曲面，所以根据上述技术要求采用常规的加工工艺均可保证。具体的方头小轴的零件图如下：2.2 确定生产类型 已知此方头小轴零件的生产类型为大批量生产，所以初步确定工艺安排为：加工过程划分阶段；工序应当集中；加工设备以通用设备为主，大量采用专用工装。2.3 确定毛坯2.3.1 确定毛坯种类零件材料为20Cr，考虑零件在机床运行过程中所受冲击不大，零件结构不是太复杂，生产类型为大批生产，故选择金属型锻造毛坯。毛坯是用来加工各种工件的坯料,毛坯的生产方法主要有：铸造、锻造、焊接、冲压件，以及各种型材也可以用作毛坯。（1）零件 对形状较复杂的毛坯，一般可用铸造方法制造。目前大多数零件采用砂型铸造，对尺寸精度要求较高的小型零件，可采用特种铸造，如永久型铸造、精密铸造、压力铸造、熔模铸造成和离心铸造等。（2）锻件锻件毛坯由于经锻造后可得到连续和均匀的金属纤维组织。因此锻件的力学性能较好，常用于受力复杂的重要钢质零件。其中自由锻件的精度和生产率较低，主要用于小批生产和大型锻件的制造。模型锻造件的尺寸精度和生产率较高，主要用于产量较大的中小型锻件。（3）型材型材主要有板材、棒材、线材等。常用截面形状有圆形、方形、六角形和特殊截面形状。就其制造方法，又可分为热轧和冷拉两大类。热轧型材尺寸较大，精度较低，用于一般的机械零件。冷拉型材尺寸较小，精度较高，主要用于毛坯精度要求较高的中小型零件。（4）焊接件焊接件主要用于单件小批生产和大型零件及样机试制。其优点是制造简单、生产周期短、节省材料、减轻重量。但其抗振性较差，变形大，需经时效处理后才能进行机械加工。（5）其它毛坯 其它毛坯包括冲压件，粉末冶金件，冷挤件，塑料压制件等。2.3.2 确定零件加工余量及形状查机械零件切削加工工艺与技术标准实用手册125页表1-4-7，选用各个加工面的机械加工余量均为2.5mm。2.3.3 绘制零件零件图2.4工艺规程设计2.4.1 选择定位基准粗基准的选择以零件的外圆面为主要的定位粗基准，以零件的侧圆柱面扁位为辅助粗基准。精基准的选择考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合”原则和“基准统一”原则，以加工后的外圆表面为主要的定位精基准，以两圆柱面扁位为辅助的定位精基准。2.4.2 制定工艺路线根据零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能达到的经济精度，在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用各种机床配以专用夹具,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。选择零件的加工方法及工艺路线方案如下：方案一：工序10下料工序20 粗车右端外圆及端面至工序30调头装夹，粗车左端外圆及端面工序40粗车外圆至尺寸工序50粗车外圆至尺寸工序60工序70精车至尺寸工序80车沟槽2X0.5工序90铣方头扁位17X17工序100钻、绞H7孔工序110去毛刺倒棱角。工序120验收、入库方案二：工序10下料工序20 粗车右端外圆及端面至工序30调头装夹，粗车左端外圆及端面工序40粗车外圆至尺寸工序50粗车外圆至尺寸工序60工序70精车至尺寸工序80车沟槽2X0.5工序90钻、绞H7孔工序100铣方头扁位17X17工序110去毛刺倒棱角。工序120验收、入库方案三：工序10下料工序20 粗车右端外圆及端面至工序30调头装夹，粗车左端外圆及端面工序40粗车外圆至尺寸工序50粗车外圆至尺寸工序60工序70精车至尺寸工序80车沟槽2X0.5工序90铣方头扁位17X17工序100钻、绞H7孔工序110去毛刺倒棱角。工序120验收、入库 由上述几种零件加工工艺路线方案分析确定，首先分别经粗、精车加工外圆面及铣削扁位，以及钻内孔，车削沟槽2X0.5,其中，方案二的工艺路线虽能方便工人安装加工，但在装夹加工过程中会对零件已加工好表面造成破坏，造成零件损失；方案三，能加工出所要的零件，但加工时对零件的装夹和拆卸较频繁，时间耽搁较长，生产率下降；所以，综合选定，方案一可用。2.4.3选择加工设备和工艺设备机床的选择工序20、30、40、50、70、80采用CA6140普通车床工序90采用X5032立式铣床工序100采用摇臂钻床选择夹具该方头小轴的生产纲领为大批生产，所以采用专用夹具。选择刀具在铣床上加工的各工序，采用硬质合金铣刀即可保证加工质量。在铣削扁位时，由于精度不高，可采用硬质合金绞刀。选择量具加工的面均采用游标卡尺。其他对垂直度误差采用千分表进行检测，对角度尺寸利用专用夹具保证，其他尺寸采用通用量具即可。2.4.4机械加工余量、工序尺寸及公差的确定零件基本尺寸在2040之间，由表2-1可知，差得该锻件的尺寸公差等级CT为810级。由表2-5可知，加工余量等级MA为G级，故CT=10级，MA为G级。表2.1用查表法确定各加工表面的总余量加工表面基本尺寸加工余量等级加工余量数值说明外圆12G2.5双侧加工（取下行值）外圆20H2.5双侧加工（取下行值）外圆7H2.5双侧加工（取下行值）内孔G1双侧加工（取下行值）2.5 确定切削用量及基本工时2.5.1工序20：粗车右端外圆及端面至机床：CA6140普通车床刀具：硬质合金钢刀具YG3X 通过查表可知，车削长度为；查表可知，由于刀杆伸出长度为，切削深度为。所以我们可以知道，车刀的进给量；切削速度：通过查找相关设计手册和规范，可知：由表可知，机床主轴转速的计算公式为：，有于是就有机床的切削速度： 计算每分钟进给量：切削的长度l的计算：计算刀具的切入长度：计算刀具的切出长度： 有计算行程次数：计算机动时间：2.5.2工序30：调头装夹，粗车左端外圆及端面 本工序为粗车端外圆之工序，机床选择普通车床。1）确定背吃刀量。由于粗加工单边余量为1.3mm可在一次走刀内完成，故2）确定进给量。根据查切削用量简明手册得，刀杆尺寸为，以及工件直径为时按CK6140车床说明书选择确定的进给量尚需满足车床进给机构强度的要求，故需进行校验。 根据CK6140车床说明书，其进给机构允许的进给力。当钢的强度，（预计）时，进给力为。切削时的修正系数为，故实际进给力为 由于切削时的进给力小于车床进给机构允许的进给力，故选的进给量可用。3）确定切削速度 当用硬质合金车刀加工钢料，切削速度4）选择车刀磨钝标准以及刀具寿命根据查切削用量简明手册得，车刀后刀面最大磨损量取为1.4mm，因为车刀的材料为硬质合金，所以车刀的寿命T=60min。5）确定车削速度和每分钟进给量 根据切削用量简明手册表1.27与1.28中公式计算：=8.88m/min；根据一下公式，可得：2.5.3工序40：粗车外圆至尺寸 查表可知，由于刀杆伸出长度为，切削深度为。于是就有：车刀的进给量；切削速度：通过查找相关手册可知由表可知，机床主轴转速的计算公式为：，有于是就有机床的切削速度： 计算每分钟进给量：切削的长度l的计算：计算刀具的切入长度：计算刀具的切出长度： 有计算行程次数：计算机动时间：2.5.4工序50：粗车外圆至尺寸通过查表可知，倒角深度为；查表可知，由于刀杆伸出长度为，切削深度为。于是就有：车刀的进给量；切削速度：通过查找相关手册可知由表可知，机床主轴转速的计算公式为：，有于是就有机床的切削速度： 计算每分钟进给量：切削的长度l的计算：计算刀具的切入长度：计算刀具的切出长度： 有计算行程次数：计算机动时间：2.5.5工序70：精车至尺寸 本工序为精车外圆的工序，已知加工材料为20Cr钢，锻件，有外皮，机床为CA6140型数控车床，工件装卡在三爪自定心卡盘中。（1）外圆精车。1） 确定背吃刀量。由于半精加工单边余量为1.3mm可在一次走刀内完成，故2）确定进给量。根据查切削用量简明手册得，刀杆尺寸为，以及工件直径为时按CK6140车床说明书选择 确定的进给量尚需满足车床进给机构强度的要求，故需进行校验。 根据CK6140车床说明书，其进给机构允许的进给力。当钢的强度，（预计）时，进给力为。切削时的修正系数为，故实际进给力为 由于切削时的进给力小于车床进给机构允许的进给力，故选的进给量可用。3）确定切削速度 当用硬质合金车刀加工钢料，切削速度4）选择车刀磨钝标准以及刀具寿命根据查切削用量简明手册得，车刀后刀面最大磨损量取为1.4mm，因为车刀的材料为硬质合金，所以车刀的寿命T=60min。5）确定车削速度和每分钟进给量根据切削用量简明手册表1.27与1.28中公式计算： =8.88m/min；2.5.6工序80：车沟槽2X0.5通过查表可知，车沟槽深度为0.5mm；查表可知，由于刀杆伸出长度为，切削深度为。所以我们可以知道，车刀的进给量；切削速度：通过查找相关设计手册和规范，可知：由表可知，机床主轴转速的计算公式为：，有于是就有机床的切削速度： 计算每分钟进给量：切削的长度l的计算：计算刀具的切入长度：计算刀具的切出长度： 有计算行程次数：计算机动时间：2.5.7工序90：铣方头扁位17X17通过查表可知，铣方头扁位尺寸为17X17；查表可知，由于刀杆伸出长度为，切削深度为。于是就有：铣刀的进给量；切削速度：通过查找相关手册可知由表可知，机床主轴转速的计算公式为：，有于是就有机床的切削速度： 计算每分钟进给量：铣削的长度l的计算：计算刀具的切入长度：计算刀具的切出长度： 有计算行程次数：计算机动时间：2.5.8工序100：钻、绞H7孔 本工序为钻扩铰2H7内孔，已知工件材料20Cr，铸件在这里，机床的选用: 选用摇臂钻床Z525，功率P=1.5kw； 钻头的选择: 选用1.8麻花钻，2机用铰刀，材料为高速钢。 钻头基本参数为：；1)钻削进给量的选择查机械制造工艺设计手册表342有2)钻削速度的选择 查机械制造工艺设计手册表342有 所以3)计算切削深度4)钻削扭矩的计算 查机械制造工艺设计手册表336有 式中： 所以， 5)计算轴向力 查机械制造工艺设计手册表336有 轴向力 式中 所以 因零件材料为HB=150，查机械制造工艺设计手册表336有所以，实际的切削扭矩和轴向力分别为：6)计算切削功率 因为查机械制造工艺设计手册表336有所以，机床功率足够;第三章 专用夹具设计3.1 问题的提出 本夹具主要用来铣方头小轴外圆扁位的夹具。本例加工的零件对象是方头小轴，加工的主要内容是将圆柱面铣扁，便于零件安装拆卸以及传送扭矩。 本例中我们设计的铣削夹具，能够实现零件加工的准确快速定位、夹压、保证刀具切削可靠，不会因为零件在切削过程中移动或转动而打坏铣刀，以及零件的快速拆卸。本课题的难点和主要任务是，就是要选择最有效的装夹定位方案和夹具元件，使我们在一次装夹中能够加工更多的零件，提高生产效率。3.2夹具的设计1）定位基准的选择 由零件图可知，在铣削方头小轴圆柱面扁位的时候，方头小轴的外圆面已经进行了粗车、精车加工，所以选择经过加工的外圆表面作为定位基准面，并以方头小轴的下底面以及已经过车削的内孔作为定位基准来对工件进行定位，限制工件的自由度，这样工件就别限制了自由度，从而达到了定位的目的。2）定位误差的分析定位方式选用的是能够自动对中的圆柱零件V型块定位方式，一个方向（水平面上）的误差能够自动对中消除；和这个方向垂直方向（铅锤线上，也就是高度）的定位误差，则可以通过精密计算和制造，确保V型块定位中心高方头小轴(见夹具装配图和V型块零件图）来保证。决定于销轴（或套茼）本身的公差尺寸、夹具定位块（件号方头小轴，各人不同）的高度公差，还有夹具体本身的高度（厚度）公差决定，这几项公差可以精密制造加以控制，但三项积累误差加起来数值仍然不容小视2、V形块的尺寸的计算根据金属切削机床夹具设计手册V形块设计公式（P281）以及零件图和夹具装配图数据得：V形块的工作角度：=90°V形块基面到定位园中心的距离：H=h+0.707D-0.5BV形块的开口尺寸：B=2(h+0.707D-H)本例因为是一个变形了的V形块定位，计算原理公式和上式类似，得到方头小轴尺寸（见铣夹具装配图）为3、V形块的定位误差的计算按制造公差，取D-d=XX（代入销轴（或销套）外圆尺寸的公差值）y=0.707（D-d）=0.707×XX=？注：D-定位圆直径的最大值； d-定位圆直径的最小值 V形块的工作角度越大，定位误差越小；但工作角度越大，定位稳定性越差。 作为以最后精加工外圆尺寸定位的铣削工序，XX值很小，y误差在允许范围内。前边我们分析，此误差还受到了V形块和夹具底板厚度的公差影响，实际上，在夹具的安装调整中，我们还可以采取一些措施，把这个y误差严密控制在一个很低的水平：用外径等于销轴（或销套）中值的标准芯棒在夹具上进行试安装并测量，第一步调整x到位第二步对芯棒进行试铣削，随时测量相当的销轴（或销套）铣削后的高度尺寸，对应图纸要求，使y为最小。第三步同时铣削已经初步安装调整后的铣削对刀块，使其与铣削后的销轴平面等高按此方法，熟练的铣工能够利用对刀块对刀，再进行平面铣削，能够将y控制在10丝之内，而不受V形块底板等制造公差的影响。完全满足图纸的公差要求。3）铣削力及夹紧力的计算 需要考虑铣削时的切削力影响，根据机械加工工艺手册可查得：铣削力计算公式为：其中： Cp - 在用高速钢铣刀铣削时，考虑工件材料及铣刀类型的系数，其值查表； ap - 铣削深度（mm）； af - 每齿进给量（mm/z）； D - 铣刀直径（mm）； B - 铣削宽度（mm）； z - 铣刀的齿数； Kp -用高速钢铣刀铣削时，考虑工件材料机械性能不同的修正系数，加工铸铁时Kp=（布氏硬度值/190）0.55。对于灰铸铁Kp=294。查表可得： Cp=68；碳钢取68ap=3mm；铣削深度（一次进刀）af=0.1mm/z；每齿进给量D=56mm；铣刀直径B=18mm；铣削宽度（按销套零件图纸，销轴此尺寸为24.7）Z=8； 铣刀齿数Kp取1 切削材料修正系数 代入得：=68×10.83×0.10.65×56-0.83×18×8×1313N三、夹紧力的计算公式：Q=KP一套式中：K安全系数，K的取值范围一般为1.53，粗加工时取2.53，精加工时取1.52。K=K0K1K2K3K4K5K6K=1.5×1.5=2.55P一套一套夹紧上的主切削力。【12】Q=KP一套=2.55×313=799N则两把铣刀为1600N因为所选用的刀具是自制的复合三面刃铣刀，两把同样的三面刃铣刀同时铣削销轴（或销套）对边的两个平面，两边铣削同时进行，扭矩能够互相抵消。产生的切向力同时指向侧面定位块方向，由于夹具的夹紧定位机构此时连接成一个刚性的体系，由三个M16螺栓两个M10螺栓以及两个直径8的圆销承受侧向切削力。夹具体可以承受剪切力FF=0.8b0.25S=0.8X61S=51200kgf>>1600N其中S为受剪力的多个螺栓和圆柱销的总共横截面积(计算过程略），经计算要剪断这些螺栓和销，需要51200kgf，所以夹紧完全可靠。4）夹紧元件及动力装置的确定根据设计要求保证夹具一定的先进性且夹紧力并不是很大，所以采取螺旋夹紧装置。工件在夹具体上安装后，通过推动移动V型板将工件夹紧。5）夹具设计及操作的简要说明 本次设计的方头小轴铣圆柱面扁位夹具，采用了V型块和活动压板压板夹紧元件。将夹紧力均衡的分配到侧面以及水平面，也就是相当于V型块的两个受力平面上，使零件夹紧更加稳定可靠。加工零件紧紧贴靠在支撑平面上，夹紧力直接传递到夹具体上，销轴套茼元件并没有变形的空间。通过打开活动压板就可以把工件轻松地取出来。 图4-6 铣扁位夹具装配图第四章 刀具的设计与其他加工机床的刀具相比，普通机床加工对刀具提出了更高的要求，不仅需要刚性好、精度高，而且要求尺寸稳定，耐用度高，断屑和排屑性能好；同时要求安装调整方便，这样来满足数控机床高效率的要求。数控机床上所选用的刀具常采用适应高速切削的刀具材料（如高速钢、超细粒度硬质合金）并使用可转位刀片。1、车削用刀具及其选择 数控车削常用的车刀一般分尖形车刀、圆弧形车刀以及成型车刀三类。（1）尖形车刀 尖形车刀是以直线形切削刃为特征的车刀。这类车刀的刀尖由直线形的主副切削刃构成，如90°内外圆车刀、左右圆柱面扁位车刀、切槽（切断）车刀及刀尖倒棱很小的各种外圆和内孔车刀。 尖形车刀几何参数（主要是几何角度）的选择方法与普通车削时基本相同，但应结合数控加工的特点（如加工路线、加工干涉等）进行全面的考虑，并应兼顾刀