车床尾座套筒加工工艺规程及夹具设计设计说明书

河北机电职业技术学院毕业设计（论文） 目 录 第 1 章 绪 论 . 1 1.1 车床尾座套筒加工技术现状及发展方向 . 1 1.2 本课题研究的目的、意义 . 3 1.3 课题的主要内容 . 4 第 2 章 车床尾座套筒的机械加工工艺规程设计 . 5 2.1 车床尾座套筒的工艺分析及生产类型的确定 . 5 2.1.1 车床尾座套筒概述 . 5 2.1.2 车床尾座套筒零件的技术要求 . 5 2.1.3 确定车床尾座套筒的生产类型和工艺特征分析 . 6 2.2 车床尾座套筒的材料和毛坯确定 . 7 2.2.1 车床尾座套筒毛坯材料、加工方法及技术要求 . 7 2.2.2 车床尾座套筒毛坯的尺寸公差和机械加工余量 . 8 2.2.3 绘制车床尾座套筒毛坯简图 . 9 2.3 拟定车床尾座套筒工艺路线 . 9 2.3.1 定位基准的选择 . 9 2.3.2 表面加工方法的确定 . 10 2.3.3 加工阶段的划分 . 10 2.3.4 加工工艺路线方案确定 . 10 2.4 机床设备及工艺装备的选用 . 12 2.4.1 机床设备的选用 . 12 2.4.2 工艺装备的选用 . 12 2.5 加工余量、工序尺寸及其公差的确定 . 13 2.6 确定切削用量及时间定额 . 15 2.6.1 切削用量的计算 . 15 2.6.2 时间定额的确定 . 16 2.7 填写工艺文件 . 17 2.8 工艺分析 . 19 第 3 章 机 床夹具设计 . 21 3.1 机床夹具设计概述 . 21 3.1.1 夹具的主要工作原理 . 21 3.1.2 夹具的作用 . 22 3.1.3 机床夹具的分类 . 22 3.1.4 专用机床夹具的组成 . 22 3.2 车床夹具设计 . 23 3.2.1 问题的提出 . 23 3.2.2 定位方案及定位元件选择和设计 . 23 3.2.3 确定夹紧方式、设计夹紧机构 . 25 3.2.4 设计对刀元件、连接元件及夹具体 . 25 3.2.5 绘制夹具总图及零件图 . 26 3.2.6 夹具的使用说明及注意点 . 26 3.2.7 夹具的其他设计方案 . 26 河北机电职业技术学院毕业设计（论文） 3.3 磨床夹具设计 . 27 3.3.1 问题的提出 . 27 3.3.2 定位方案及定位元件选择和设计 . 27 3.3.3 连接元件及夹具体 . 28 3.3.4 绘制夹具总图及零件图 . 29 3.3.5 夹具的使用说明及注意点 . 29 3.4 快速可调铣床夹具设计 . 30 3.4.1 问题的提出 . 30 3.4.2 定位方案及定位元件选择和设计 . 30 3.4.3 确定夹紧方式、设计夹紧机构 . 31 3.4.4 设计对刀元件、连接元件及夹具体 . 32 3.4.5 绘制夹具总图及零件图 . 32 3.4.6 夹具的使用说明及注意点 . 32 第 4 章 结 论 . 33 致 谢 . 34 参 考 文 献 . 35 河北机电职业技术学院毕业设计（论文） I 摘 要 本次毕业设计针对车床尾座套筒工艺规程进行设计，涉及套筒的选材、确定毛坯和机械加工余量及工序尺寸与公差、拟定工艺路线、选择工艺设备；并进行切削用量和时间定额的计算，填写机械加工工艺过程卡和机械加工工序卡片。为了保证加工质量，提高生产效率，对关键工序进行夹具设计。本文对夹具的工作原理、作用、 分类和组成做了简单概述；着重分析了工序特点和要求，根据结果确定定位方案，设计定位元件、夹紧机构、对刀元件和夹具体。因此，保证了加工精度和设计质量。 关键词： 车床尾座套筒；工艺规程设计；夹具设计；生产规划 ；计算河北机电职业技术学院毕业设计（论文） 1 第 1 章 绪 论 1.1 车床尾座套筒 加工技术现状及发展 方向 1.1.1 国内研究现状 车床 尾座套筒现在已经有很多可以供参考的工艺规程，但大多工艺规程过于笼统，要找到较为详细的加工工艺规程和加工过程中所用的夹具很困难。很多厂家在新编写加工工艺规程的过程中，虽然他们有大量的可以提供的参考加工工艺规程，但 还是要由技术人员添加很多详细的加工过程、进行大量的计算和分析、新设计加工过程中所用的的夹具。同时由于我国的制造业落后，尤其在 CAD/CAM 方面落后与发达国家好几十年，所以以上过程大多是技术人员手工完成的。这样不仅浪费了大量的人力和物力，而且生产效率低下，生产成本高，使的技术人员的大量时间和精力都用在了重复繁重的体力劳动上，从而限制了他们创造思维的发展。 国内有很多大的老牌机床厂虽然他们有比较成熟的加工工艺规程，而且生产效率相对其它小的厂家较高。根据我的总结这些大型国企还是有缺陷：一、为了减少竞争压力，他们的 工艺规程大多是保密的不外泻的。这样虽然在一段时间内可以暂时保住他们的龙头地位，但从长远看它却是阻碍我国制造也发展的，尤其在这个各种先进制造系统正在不断孕育而生的时代。二、他们现在所用的工艺规程和夹具大多数是十几年前甚至几十年前的老工艺。这样就使得新进的技术人员得不到锻炼的机会，新进的设备得不到最好的使用，造成了人力物力的大量浪费。同时竞争力逐渐衰退，经不起外界竞争的冲击。 车床尾座 套筒 作为辅助支撑工件之用，存在着 生产 效率低、 生产 劳动强度大的缺陷，尤其是大批量生产，此问题更为突出。 国内车床现在大多采用顶尖式 心轴夹紧如图 1。所以在制定车床尾座加工工艺过程中可以在夹具上有所创新，实现更高的定心精度。 河北机电职业技术学院毕业设计（论文） 2 图 1 顶尖式心轴 1 心轴 2 固定顶尖套 3 工件 4 活动顶尖套 5 快换垫圈 6 螺母 1.1.2 国外研究状况 发达国家制造业比我国先进， CAD/CAM 技术发展相对较成熟。而且车床尾座套筒属于典型零件的范畴，他们现在做机床尾座套筒加工工艺规程主要用 CAPP,、CAFD 完成，然后用人工做一些简单的修改就可以完成了。现在常用的变异型 CAPP系统主要是基于 成组技术（ GT）的。所谓成组技术（ GT）是一门生产技术科学，即利用事物相似性，把相似问题归类成组，寻求解决这一类问题相对统一的最优方案，从而节约时间和精力以取得所期望的经济效益。成组技术的核心问题是充分利用零件上的几何形状及加工工艺相似性组织生产，以获得最大的经济效益。利用这样的技术大大提高了生产效率，降低了产品的生产成本和缩短了产品研发周期，也可以把技术人员从繁琐重复的劳动中解放出来，能够充分发挥他们的创造性。但这门技术也有缺点：对一些非典型零件无法完成工艺规程设计；数据库容量过大；计算机所生成的加工工艺 规程和夹具并不一定是最优的方案。 同时，国外在创成试 CAPP 系统方面也有一定发展，这种系统可以定义为一个能综合加工信息，自动为新的零件制定出工艺规程的系统，即根据零件信息，系统能够自动提取制造知识，产生零件所需要的各个工序和工步的加工内容；自动完成机床、工具的选择和加工过程的最优化；通过应用决策逻辑，可以模拟工艺设计人员的决策过程。 由于一个真正的创成型 CAPP 系统是要求很高的，现在的技术很难达到完全创成，尤其对于一些较为复杂的零件，所以完全创成的 CAPP 系统应用范围很小，只适用一些简单的零件。现在应用比较 广泛的是半创成型 CAPP 系统，是将以上两种CAPP 系统相结合，即采用变异型 CAPP 系统与自动决策相结合的方式。 CA6140 尾座箱的组成图如图 2。 河北机电职业技术学院毕业设计（论文） 3 （ 3）发展方向 在新世纪里，随着电子信息等高科技技术的发展以及市场需求的个性话与多样化，先进制造技术正在向精密化、柔性化、网络化、虚拟化、智能化、清洁化、集成化、全球化方向发展。 车床尾座套筒的生产效率也会随着 CAD/CAM 技术和机床技术的发展不断得到提高，随着计算机集成制造系统（ CIMS）和并行工程（ CE）的迅速崛起，它的生产成本也会不断降低。 1.2 本课题 研究的目的 、 意义 车床尾座套筒 加工工艺规程设计属于一种典型零件的加工工艺规程设计，在编写它的加工工艺规程的过程中涉及到热处理、各类机床的选用、夹具设计等很多方面的知识，它综合了机械制造技术基础、材料成型、工程材料、夹具设计、机床概论等多门机械制造专业的主干专业课，因此在这个过程中不但可以使我加深以前所学的专业课的理解，也可以让我把以前所学的一些专业课程融会贯通，起到温故而知新的作用，为以后的继续学习和深造打下坚实的基础。 车床尾座套筒属于一类典型的零件，掌握了它的加工工艺规程就等于掌握了 这一类零件的加工工艺规程。研究车床尾座套筒加工工艺规程就等于在研究一类零件的加工工艺规程，因此制定出一套经济的加工工艺规程意义深远。这不紧影响到这一类零件的加工成本，还可以为将来 CAPP 系统的发展准备出一套最优的检索资料。 车床尾座套筒同时又属于一种精度要求比较高的难加工零件，它包括高精度外圆表面加工、内圆表面加工、内锥面加工、键槽加工等，加工方法包括车削、钻削、铣削、磨削等几种应用最广泛的加工方法，所以研究它的工艺规程有利于我们对几种常用的加工方法有一个更深层次的了解。 基于以上的加工原因，本课题研究的目 的在于设计比较经济的工艺规程和设计一套专用的夹具，使得作为车床重要附件的尾座套筒能够更好的便于机械加工为将来实现集成化生产创造条件。 河北机电职业技术学院毕业设计（论文） 4 1.3 课题的主要内容 分析对比综合现有车床尾座套筒加工工艺的基础上，设计出高效的加工工艺规程和夹具设计方案，达到降低成本，提高生产效率的目的。 车床尾座套筒需求量大，所编写的工艺规程主要适用于大量生产的情况使用。在加工过程中主要有一下问题： (1)车床尾座套筒属于回转件在以内圆为基准加工半精加工和精加工外圆面时装夹固定必须使用夹具实现定心，因此在进行半精加工和精加工前必须分别设 计一套夹具； (2)由于套筒是回转件，在铣床上铣键槽时没有夹具无法实现定心和夹紧，所以在铣键槽前也要设计一套夹具；（ 3）国内车床尾座套筒生产工艺基本成型，要在前人基础上提出一套更加优化的方案也是一个很大的挑战。 如图 3 所示 是车床尾座套筒零件图 设计的主要内容： 1) 车床尾座套筒零件图和各部分所起的作用进行分析； 2) 各类机床加工工艺研究； 3) 重点对车床加工工艺进行研究； 4) 车床尾座套筒加工工艺规程设计； 5) 车床尾座套筒半精加工、精加工、铣键槽过程中所用到的定心夹具的设计 ； 6) 加工结束后检验过程的设计； 编写加工工艺规程卡片 、夹具总图设计、论文撰写。 图 3 车床尾座套筒 河北机电职业技术学院毕业设计（论文） 5 第 2 章 车床尾座套筒 的机械加工工艺规程设计 2.1 车床尾座套筒 的工艺分析及生产类型的确定 2.1.1 车床尾座套筒 概述 车床尾座套筒 是 车床尾座箱 的重要零件。它的作用是 :一、用来安装尾座套筒顶尖 ， 利用尾座套筒顶尖来顶紧工件，并和主轴卡盘一起起支撑作用，做为工件车削时的定位基准；二、莫氏四号锥孔可以安装钻头、铰刀、镗刀，用来在工件上加工孔。 车床尾座套筒 在工作时承受着不断变化的压力、惯性力和它们的力矩作用， 而且它的精度直接影响工件的定位精度， 因此要求 车床尾座 套筒 具有强度高、刚度大、耐磨性好， 莫氏四号锥孔 表面加工尺寸精确，并且润滑可靠。 2.1.2 车床尾座套筒 零件 的技术要求 图 2.1 是 车床 尾座套筒 的简图，图 2.2 是它的三维图样。 它是 常用的一种车床尾座套筒类型，有一个莫氏四号锥面 ，锥面可以用来插入后顶尖和其他加工刀具 ；平键槽是用来安装平键的 ， 起导向作用 ，所以尾座套筒只能轴向移动，不能够转动；6 的小孔是排气孔，主要用来排气的； 与平键相对的半圆键主要也是用来导向的。 车床尾座套筒 的 结构 简单 ，加工 尺寸精确、形位精度和表面质量要 求较高；刚性差， 定位和夹紧都比较困难，属易变形的套筒 类零件。 车床尾座套筒的主要加工表面有：莫氏四号锥面 、外圆表面、内圆表面和键槽面 等。其机械加工的主要技术要求已标注在 零件图上 ，但还应满足下列加工要求： 1) 0 013.055 mm 外圆的圆柱度公差为 0.005mm； 2)莫氏 4 号锥孔轴心线与 0 013.055 mm 外圆轴心线的同轴度公差为 0.01mm； 3)莫氏 4 号锥孔轴心线对 0 013.055 mm 外圆轴心线的径向 跳动公差为 0.01mm； 4)键槽 085.0035.08 mm 对 0 013.055 mm 外圆轴心的平行度公差为 0.025mm， 对称度公差为 0.1mm； 5)锥孔涂色检查其接触面积应大于 75 ； 6)调质处理 28 32HRC； 7)局部外圆及锥孔淬火 45 50HRC。 河北机电职业技术学院毕业设计（论文） 6 图 2.1 车床尾座套筒 零件 简 图 图 2.2 车床尾座套筒 三维图样 2.1.3 确定 车床尾座套筒 的生产类型 和工艺特征分析 零件的生产类型对工艺规程的制订，具有决定 性的影响。 生产类型就是对企业（或车间、工段、班组、工作地）生产专业化程度的分类，一般分为大量生产、成批生产和单件生产三种生产类型。 不同的生产类型有着完全不同的工艺特征。零件的生产类型是按零件的生产纲领来确定的。 生产纲领是指企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划 3。零件在计划期为一年的生产纲 领 N 可按下式计算： %1%1 baQnN （件 / 年） (2.1) 式中， Q 产品的年产量（台 /年）； n 每台产品中该零件的数量（件 /台）；a% 备品的百分率 ，取 2% 4%； b% 废品的百分率 ，取 0.3% 0.7%。 本次设计的 CA6140 车床上的尾座套筒 ， 产品类型轻型机械 ， 年产量为 5000台 /年，根据实际生产情况分两批投产 ，备品率 取 3%，而废品率 取 0.5%。 依设计课河北机电职业技术学院毕业设计（论文） 7 题知： Q=5000， n=1， a%=3%， b%=0.5%； 代入 式 (2.1)有： %1%1 baQnN = %5.01%3115000 =5175.75(件 /年 ) 根据计算结果，查机械制造技术基础第 292 页，表 7-33可确定 该 套 筒 零件 属于轻型零件，其 生产类型为大批量生产。 由于零件机械加工工艺过程与其所采用的生产组织类型密切相关，所以在制定零件机械加工工艺规程时，应首先确定零件机械加工的生产组织类型。而生产组织类型又主要是与零件的年生产纲领有关。现在所制定的车床尾座套筒生产类型主要针对大批量 生产的情况下制定的。因此车床尾座套筒的生产纲领及工艺特征如表 2-1。 表 2-1 车床尾座套筒生产纲领及工艺特征 生产类型 大量生产 工 艺 特 征 毛坯特点 广泛采用模锻，机械造型等高效方法，毛坯精度高、余量小 机床设备 及组织形式 广泛采用自动机床、专用机床，采用自动线或专用机床流水线排列 夹具及尺寸保证 高效专用夹具，采用定程及在线自动测量来控制尺寸 刀具、量具 专用刀具、量具，自动测量仪 零件的互换性 全部互换，高精度偶件采用分组装配、配磨 工艺文件的要求 编制详细的工艺规程、工序卡片、检验卡片和调整卡片 生产率 高 成本 低 发展趋势 用计算机控制的自动化制造系统、车间或无人工厂，实现自适应 控制 2.2 车床尾座套筒 的材料和毛坯 确定 2.2.1 车床尾座套筒 毛坯 材料 、 加工 方法 及技术要求 河北机电职业技术学院毕业设计（论文） 8 选 择毛坯应综合考虑一下几方面的因素： 零件材料及对零件力学性能的要求。图纸上明确要求零件材料是 45 号钢料，且零件力学性能要求较高，所以不管形状简单与复杂，套筒毛坯都应该选择锻件。如果零件材料是铸铁或青铜，毛坯就只能够采用铸造，而不是锻造。 零件结构形状与外形尺寸。 套筒外圆表面直径均匀，所以可以选择棒料。属于小型零件，可以选用模锻。 生产类型。车床尾座套筒生产属于大批量生产，应选毛坯精度和生产率都较高的先进毛坯制造方法，使毛坯的形状、尺寸精良接近零件的形状、尺寸 ，以节约材料减少机械加工工作量，因此所节约的费用远 远超出毛坯制造所增加的费用，获得好的经济效益。 生产条件。选择套筒毛坯时应尽可能考虑现有的生产条件，如现有的毛坯制造水平和设备情况、外协的可能性等。 充分考虑利用新工艺、新技术和新材料。 本次设计 套筒 采用的是 45 号 钢。 由于该 套筒 在工作过程中要承受冲击载荷 和摩擦 ，为增强 套筒 的 耐摩 强度和 抗 冲击韧度，获得更好的纤维组织，毛坯选用锻件。又因为该 套筒 属于轻型零件，且生产类型属大批生产，为提高生产效率和锻件精度，现采用模锻 5方法制造毛坯。 其锻造工艺过程为：将 棒料 80 165 坯料加热至 1180 1240 ，经模锻 尺寸为 60 165 ；在压床上切边；再在模锻锤上进行热校正；最后经热处理消除内应力，调整其硬度值到 28 32HRC。 套筒 毛坯主要技术要求有： 1)热处理： 正火 28 32HRC。 正火：指将钢材或钢件加热到 或 （钢的上临界点温度）以上， 30 50 保持适当时间后，在静止的空气中冷却的热处理的工艺。正火的目的：主要是提高 材料 的力学性能，改善切削加工性，细化晶粒，消除组织缺陷，为后道热处理作好组织准备等。 2)棒料 端面对主轴中 心线的垂直度不大于 1mm； 3)棒料 弯曲不大于 1mm。 2.2.2 车床尾座套筒 毛坯的 尺寸公差 和机械加工余量 1.公差等级 由 套筒 零件的功用和技术要求，确定该零件的公差等级为普通级。 2.用 锻 造的毛坯 尺寸确定 锻造后的毛坯尺寸应该为 60285mm， 选择标准热轧圆钢 (GB/T 702-1986)，d=80mm， 根据体积相等的原则， 所选坯料尺寸为 80165mm,则满足 1.25DH2.5D要求 。 3.锻件形状复杂系数 对 套筒 零件图 进行分析计算，可大致确定锻件外廓包容体的长度、宽度和高度，河北机电职业技术学院毕业设计（论文） 9 按照 圆形锻件进行 处理 ；锻件形状复杂系数是锻件重量 fm 与相应的锻件外廓包容体重量 Nm 之比 ，即： NfmmS (2.2) 则此 套筒 零件的 1 NfmmS 根据 S 值的大小，锻件形状复杂系数分为 4 级： S1 级 (简单 )： 0.63S1； S2 级 (一般 )： 0.32S0.63； S3 级 (较复杂 )： 0.16S0.32； S4 级 (复杂 )： 0S0.16； 故该 套筒 的形状复杂系数属于 1S 级， 简单 。 4.锻件材质系数 M 由于该 套筒 选用的材料为 45 钢，其中碳的质量分数 4小于 0.65%，故该锻件的材质系数属 M1 级。 5.零件表面粗糙度 由零件图可知，该 套筒 待加工表面中，粗糙度值既有大于等于 1.6m的，也有小于 1.6m的。 根据上述因素， 查 金属切削 手册 6表 1-8 有 该锻件的 错差公差为 1.8mm,残留飞边公差为 2.0mm,最大尺寸方向上的公差值为 8.0mm。 其机械加工余量为 主轴颈和连杆轴颈的余量取 7mm，法兰盘外圆余量取 6mm,内孔直径的加工余量取2.0mm， 水平方向单面余量为 3.0 4.5mm,径 向 余量为 3.0 4.0mm。 2.2.3 绘制 车床尾座套筒 毛坯简图 结合加工的实际情况，综合上面的数据，绘制毛坯简图如图 2.3 所示。 图 2.3 套筒毛坯简图 2.3 拟定 车床尾座套筒 工艺路线 2.3.1 定位基准的选择 定位基准有粗基准和精基准之分，通常先确定精基准，然后确定粗基准 7。 1)精 基准的选择 选择精基准时，应从整个工艺过程来考虑 ，如何保证工件尺寸精度和位置精度，并 使工件装夹方便可靠，夹具结构简单。选择精基准应该遵循以下原则：（ 1）“基准重合”原则；（ 2）“基准统一”原则；（ 3）“互为基准”河北机电职业技术学院毕业设计（论文） 10 原则；（ 4）“自为基准”原则。加工外圆表面时候应该遵循“基准统一”原则，采用 内 孔作统一基准加工各外圆表面，这样可以保证个外圆表面之间较高的同轴度要求，并简化夹具的设计和制造工作 。 2)粗基准的选择 选择粗基准时，应从零件加工的全过程来考虑。一是要考虑如何合理分配各加工表面的余量，二是要考虑怎样保证不加工表面与加工表面间的尺寸及相互位置关系。夹一端粗车外圆至尺寸 58mm，长 200mm，车端面、钻孔、扩孔。倒头，夹 58mm外圆，车另外一端外圆、车端面、钻孔。 2.3.2 表面加工方法 的确定 套筒 的主要加工表面有： 外圆表面、内圆表面及键槽 8等。根据曲轴零件图 上各 加工表面的 尺寸精度、形位公差和表面粗糙度，选定 加工 件各 表面的加工方法如表 2.1 所示。 表 2.1 曲 轴零件主要表面加工方案 加工表面 经济精度 表面粗糙度 Ra/m 加工方案 套筒 外圆 面 IT6 0.4 粗车粗磨精磨抛光 莫氏 4 号锥 面 IT6 0.4 粗 车 粗磨 精磨 抛光 套筒内 孔 右表 面 IT7 1.6 钻扩 粗 铰 精铰 套筒内孔中表面 IT12 12.5 钻扩 平键槽 IT7 0.8 粗铣半精铣 精铣 半圆键槽 IT8 3.2 粗铣半精铣精铣 2.3.3 加工阶段的划分 在选定了 车床 尾座套筒 主要表面的加工方法以后，还需要进一步确定这些加工方法在工艺路线中的安排顺序，这就涉及到加工阶段的划分。对于精度要求较高的表面 ，总是先粗加工后精加工，但工艺过程划分成几个阶段是对整个加工过程而言的，不能拘泥于某一表面的加工。 考虑到 车床 尾座套筒 零件的技术要求，可以 将加工阶段划分成粗加工、半精加工、 精加工 和光整加工 几个阶段 9。 分析 车床尾座套筒 零件， 其工艺工程大致包括以下几个阶段：定位基准的加工；粗车外圆 表面 、端面 和钻孔 ； 调质 28 32HRC； 扩孔、半精车外圆和倒角 ； 精车孔、槽和莫氏 4 号锥孔 ； 划线 ； 铣平键和半圆键 ； 钻孔 ； 修毛刺 ； 左端莫氏 4 号锥孔及160mm 长的外圆部分，高频感应加热淬火 45 50HRC； 研磨两端 60 内锥面； 粗磨、精磨外圆和莫氏 4 号锥面 。 2.3.4 加工工艺路线 方案 确定 工艺路线方案 工序 1 棒料 80mm165mm 河北机电职业技术学院毕业设计（论文） 11 工序 2 锻造尺寸 600mm285mm 工序 3 正火 工序 4 夹一端 粗车外圆尺寸 58mm，长 200mm，车端面见平即可。钻孔20mm，深 188mm，扩孔 26mm深 188mm 工序 5 倒头，夹 58mm 外圆并找正，车另外一端面外圆至 58mm，与上工序光滑接刀，车端面保证总长 280mm。钻孔 23.5mm钻通 工序 6 调质 28 32HRC 工序 7 夹左端外圆，中心架托右端外圆，车右端面保证总长 278mm，扩26mm孔至 28mm，深 186mm，车右端头 32mm60内锥面 工序 8 采 用两顶尖装夹工件，上卡箍，车外圆至 55 0.05mm 倒头，车另外一端外圆，光滑接刀。右端倒角 245，左端 R3 圆角，保持总长 276mm 工序 9 夹左端外圆，中心架托右端外圆，找正外圆，车 025.0030 mm 孔至05.005.29 mm，深 44.5mm，车 34mm1.7mm槽，保证 3.5mm和 1.7mm 工序 10 倒头，夹右端外圆中心架左端外圆，找正外圆，车莫氏 4 号内锥孔，至大端尺寸为 05.005.30 mm，车左端头 36mm60 工序 11 划 R2160mm槽线， 085.0035.08 mm200mm键槽线， 6mm孔线 工序 12 以 55 0.05mm 外圆定位装夹铣键槽 085.0035.08 mm200mm，并保证0 2.05.50 mm（注意外圆加工余量）保证键槽与 0 013.055 mm 外圆轴心线的平行度和对称度 工序 13 以 55 0.05mm外 圆定位装夹铣 R2 深 2mm，长 160mm圆弧槽 工序 14 钻 6mm孔，其中心距右端面为 25mm 工序 15 修毛刺 工序 16 左端莫氏 4 号锥孔及 160mm 长的外圆部分，高频感应加热淬火45 50HRC 工序 17 研磨 60内锥面 工序 18 夹右端外圆，中心架左托外圆，找正外圆，粗磨莫氏 4 号锥孔，留磨余量 0.2mm 工序 19 采用两顶尖定位装夹工件，粗磨 0 013.055 mm 外圆，留磨余量0.2mm 工序 20 夹右端外圆，中心架托左端外圆，找正外圆，精磨莫氏 4 号锥孔图样尺寸，大端为 269.31 0.05mm，涂色检查，接触面积应大于 75%。修研 60锥面 工序 21 夹左端外圆，中心架托右端外圆，找正外圆，精车内孔 035.0030 mm 至图样尺寸，深 450.05mm，修研 60锥面 工序 22 采用两顶尖定位装夹工件，精磨外圆至尺寸 0 015.055 mm 河北机电职业技术学院毕业设计（论文） 12 工序 23 按照图样检查各部分尺寸精度 工序 24 涂油入库 2.4 机床 设备及工艺装备 的选用 工艺 装备 包括加工过程中所需要的夹具、量具、检具、量仪、刀具、工具及辅助等，选择机床及工艺装备是制订工艺规程的一个重要环节。机床和工艺装备都是零件加工质量和生产率 的重要保证条件。同时，机床及工艺装备的选择，对零件加工的经济性也有较大的影响。为了合理地选择机床及工艺装备，必须对各种机床、工艺装备的规格、性能等有较详细的了解。 2.4.1 机床设备的选用 选择机床等加工设备时，应做到以下四个适应： 1）所选机床的尺寸规格应与被加工零件的尺寸相适应。 2）所选择机床的精度应该与被加工零件的工序加工要求相适应。 3）所选择 机床的电动机功率应与工序加工所需切削功率相适应。 4）所选机床的自动化程度和生产率应与被加工零件的生产类型相适应 。 2.4.2 工艺装备的选用 工艺装备主要包括刀具、夹具和量具。在工艺卡中应简要写出它们的名称。本次设计车床尾座套筒的生产类型为大批量生产，所选用的夹具多为专用夹具。 1）机床夹具的选择主要考虑生产类型。单件小批量生产应尽量选用通用夹具和机床自带的卡盘和钳台、转台等；大批大量生产时，应采用高生产效率的专用机床夹具，如气、液传动的专用夹具。在推行计算机辅助制造、成组技术等新工艺或为提高生产效率时，应 采用成组夹具、组合夹具。夹具的制造精度应该与零件的制造精度相适应。 2）金属切削刀具的选择主要取决于工序所采用的加工方法、加工表面的尺寸大小、工件材料、要求的加工精度、表面粗糙度、生产率和经济性等。在选择时应尽可能采用标准刀具。在组合机床上加工时，由于机床按照工序集中原则组织生产 ，考虑到加工质量和生产率的要求，可采用专用复合刀具，如复合扩孔钻等，这不仅可以提高加工精度和生产率，其经济效果也十分明显。自动线和数控机床所使用的刀具应着重考虑 其寿命期内的可靠性，加工中心机床所使用的刀具还要注意选择与其相适应的刀夹 、刀套结构。 3）量具、检具和量仪的选择主要根据生产类型和要求的检验精度进行。对于尺寸误差在单件小批量生产中，广泛采用通用量具（游表卡尺、千分尺等）；成批生产多采用极限量规，大量生产多采用自动化程度高的量仪，如电动或气动量仪等，对于形位误差，在单件小批量生产中 ，一般采用通用量具（百分表，千分表等），也有采用三坐标测量机的；在成批大量生产中多采用专用检具。 根据一般工厂的现有生产条件，为了满足生产的需要，同时 保证被 加工零件合河北机电职业技术学院毕业设计（论文） 13 乎要求，现选用各工序所采用的设备如表 2.2 所示。 表 2.2 机床设备及工艺装备 工序号 工序名 加工设备 刀具 量辅具 1 下料 锯床 锯条 游标卡尺 2 锻造 液压机 游标卡尺 3 热处理 特种淬火机 4 粗车 CA6140 组 刀 游标卡尺 5 粗车 CA6140 组 刀 游标卡尺 6 热处理 特种淬火机 7 车 CA6140、中心架 游标卡尺 8 半精车 CA6140 立 铣刀 游标卡尺 9 精车 CA6140、专用夹具 组 刀 游标卡尺 10 精车 CA6140、专用夹具 组 刀 游标卡尺 11 划线 游标卡尺 12 铣 X62W、组合夹具 专用铣刀 游 标卡尺 13 铣 X62W、组合夹具、专用检具 专用铣刀 千分尺 14 钻气 孔 Z512 组合夹具 深孔 钻枪 游标卡尺 15 钳 工人 工序号 工序名 加工设备 刀具 量辅具 16 热处理 特种淬火机 17 研磨 研磨机 60砂轮 塞规 18 粗磨 M2110A 中心架 莫氏四号砂轮 游标 卡尺 、塞规 19 粗磨 M1432 磨床、专用夹具 外圆 砂轮 千分尺 20 精磨 M2110A 莫氏四号锥度塞规 莫氏四号砂轮 塞规 21 精车 CA6140 中心夹 高速钢 车刀 游标卡尺 、 塞规 22 精磨 M1432 外圆砂轮 千分尺 23 检验 千分尺、塞规 24 入库 涂油 2.5 加工余量、工序尺寸及其公差 的确定 1.尾座套筒 车 30 内 孔 （工序 4、 9 和 21） 的加工余量、工序尺寸及其公差的确定 按照 钻 扩 半精车 精车 加工方案，查阅 加工余量手册 ， 有精 车 余量Zjc=0.5mm； 半精车 余量 Zbjc=3.5mm；扩孔余量 Zk=6mm；钻孔余量 Zz=20mm。查机械制造技术基础课程设计指导教程 表 1-20 确定各工序尺寸的加工精度等级为，精 车 ： IT8； 半精车 ： IT10；扩孔： IT12；钻孔： IT13。根据上诉结果，再查标准公差数值表可确定各公步的公差值分别为，精 车 ： 0.025mm； 半精车 ： 0.05mm；扩孔： 0.18mm；钻孔： 0.27mm。 综上所述，该工序 加工该定位孔 各工步的工序尺寸及公差分别为，精 车 ：025.0030 mm； 半精车 ： 05.005.29 mm；扩孔： 18.0026 ；钻孔： 27.0020 mm；它们的相互关系如 表 2.3 所 示。 为验证确定的尺寸及公差是否合理，进行精加工余量校核： Zmax=30+0.025-29.5=0.525mm； Zmin=29.5+0.05-30=-0.45mm； 余量校核的结果河北机电职业技术学院毕业设计（论文） 14 表明，所确定的工序尺寸公差是合理的。 表 2.3 工序尺寸及公差计算 （单位： mm） 工序名称 工序基本余量 工序精度 IT 标 冷公差值 T 工序基本尺寸 工序尺寸及偏差 精车 0.5 IT8 Tjc=0.025 30.00 30.0 +0.025 0 半精车 3.5 IT10 Tbjc=0.050 30-0.5=29.5 29.5 +0.050 0 扩孔 6 IT12 Tk=0.180 29.5-3.5=26 26.0 +0.180 0 钻孔 20 IT13 Tz=0.270 26-6=20 20.0 +0.270 0 毛坯 30 20-20=0 2.套筒 外圆表面（工序 4、 5、 8、 19 和 22）的加工余量、工序尺寸及公差的确定 按照粗车 半精车粗磨 精磨 的加工方案，查阅 机械加工余量手 册 ，有工序间的余量：精磨余量 Zj=0. 2mm；粗磨余量 Zcm=0.5mm； 半精车余量 Zbjc=2.5mm；粗 车余量 Zcc=2mm。查表选定各工序尺寸的加工精度等级为 ， 精磨： IT6；粗磨： IT8；半精车： IT9； 粗车： IT12。根据上述查询到的结果，再 查对标准公差数值表可以确定各工步的公差值分别为， 精磨： 0.013mm；粗磨： 0.05mm； 半精车： 0.1mm；粗车： 0.28mm。 综上所述，各工序的工序尺寸及公差分别为， 精磨： 0013.055mm；粗磨：0 05.02.55 mm； 半精 车： 0 10.05.55 mm；粗车： 0 28.058 mm。 它们的相互关系如表 2.4所示。 为验证确定的工序尺寸及公差是否合理，现对加工余量进行校核。 Z4max=55.2 55 0.013=0.213mm； Z4min=55.2 0.05 55=0.15mm； Z3max=55.5 55.2 0.05=0.4mm； Z3min=55.5 0.10 55.2=0.2mm； Z2max=58 55.5 0.10=2.4mm； Z2min=58 0.28 55.5=2.22mm； 余量校核的结果表明，所确定的工序尺寸及公差是合理的。 表 2.4 工序尺寸及公差计算 （单位： mm） 工序名称 工序基本余量 工序精度 IT 标 冷公差值 T 工序基本尺寸 工序尺寸及偏差 精车 0.2 IT6 Tjc=0.013 55.00 30.0 0 -0.013 半精车 0.3 IT8 Tbjc=0.050 55+0.20=55.20 29.5 0 -0.050 扩孔 2.5 IT9 Tk=0.100 55.20+0.3=55.50 26.0 +0.050 -0.050 钻孔 2 IT12 Tz=0.280 55.50+2.5=58.00 20.0 0 -0.280 毛坯 5 IT14 Tmp =0.580 58+2=60.00 60 0.290 3.莫氏四号锥孔 （工序 5、 10、 16、 18 和 20）的加工余量、工序尺寸及公差 河北机电职业技术学院毕业设计（论文） 15 按照钻孔 精车热处理粗磨 精磨的加工方案，查阅机械加工余量手册，有工序间的余量：精磨余量 Zj=0. 2mm；粗磨余量 Zcm=0.5mm；精车余量Zbjc=7mm；钻孔余量 Zcc=23.5mm。查表选定各工序尺寸的加工精度等级为，精磨：IT7；粗磨： IT8；精车： IT9；钻孔： IT11。根据上述查询到的结果，再查对标准公差数值表可以确定各工步的公差值分别为，精磨： 0.020mm；粗磨： 0.05mm；精车：0.1mm；钻孔： 0.20mm。 热处理用高频感应淬火， 淬火 方法 是将 工件 加热到临界温度 Ac3（亚共析钢）或 Ac1（过共析钢）以上某一温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体化，然后以大于临界冷却速度的冷速快冷到 Ms 以下（或 Ms 附近等温）进行马氏体（或贝氏体）转变的热处理工艺。淬火的目的是使过冷奥氏体进行马氏体或贝氏体转变，得到马氏体或贝氏体组织，然后配合以不同温度的回火，以大幅提高 莫氏四号锥面的强度、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等，从而满足各种 套筒 的使用要求。 对其他工序尺寸进行类似的计算，对于加工要求较高的工序尺寸及公差进行校核，所得结果参见 北华大学毕业设计工艺卡片上 的工序图。 2.6 确定切削用量及时间定额 2.6.1 切削用量的计算 1.工序 4 和 5 粗 车 外圆 (1)工步 1 粗 车 外圆 1)背吃刀量的确定 取 套筒 外圆面的 ap1=2mm。 2)进给量的确定 参照切削加工简明实用手册 10的表 8-50，刀具材料为硬质合金 YT5，车刀刀杆尺寸 BH 取 2525mm 的，工件直径按照 60mm,参照 机械制造技术基础课程设计表 5-57 选取每转进给量为 f=0.8mm/r。 3)切削速度的计算 根据表 5-60 选取切削速度 v=18m/min。 1000/dnv (2.3) 根据公式 (2.3)可求主轴转速为 m in/5.9560m in /181 0 0 0 rmmmn ，参照 实用机械制造工艺设计手册 表 10-7 所列 CA6140 车床 的主轴转速，取转速min/100 rn 。则可求得该工步的实际切削速度 m i n/84.181000/60m i n/1001000/ mmmrdnv (2)工步 2 钻孔和扩孔 1）钻孔 参照机械制造技术基础课程设计表 5-21 选取 20 的锥柄麻花钻；进给量参照机械制造技术基础课程设计表 5-64 选取每转进给量 f=0.4mm/r；参照机械制造技术基础课程设计表 5-66 切削速度 v=18m/min。 2)切削速度的计算 根据公式 (2.3)得 m in/62.28620m in /181000 mmmn 参照 实用机械制造工艺设计手册 表 10-7 所列 CA6140 车床 的主轴转速，取转速min/250 rn 。则可求得该工步的实际切削速度 m i n/7.151 0 0 0/20m i n/2501 0 0 0/ mmmrdnv 2.工序 7 车套筒右 端面， 扩 孔 ，车右端 60内锥面 (1)工步 1 车套筒右 端面 1)背吃刀量的确定 背吃刀量直接取为加工余量，故有背吃刀量 ap1=3mm； 2)进给量的确定 参照机械制造技术基础课程设计表 5-32，按被加工端面河北机电职业技术学院毕业设计（论文） 16 直径为 60mm的 条件选取，工步 1 的每转进给量 f取为 0.10mm/r； 3)切削速度的计算 参照该书表 5-32，切削速度 v 可取为 10m/min。切削速度 1000/dnv (2.3) 可求主轴转速为 m in/9.5458m in /101 0 0 0 rmmmn ， 参照 实用机械制造工艺设计手册 表 10-7 所列 CA6140 车床 的主轴转速 ，取转速 min/63 rn 。则可求得该工步的实际切 削速度 m i n/47.111000/58m i n/631000/ mmmrdnv 。 (2)工步 2 扩 孔 1)背吃刀量的确定 而工步 2 按照 表 5 21 选择 28 锥柄麻花 钻确定，取背吃刀量 ap2=d2 -d1/2=28-26/2=1mm。 2)进给量的确定 由该书表 5-22，可选取工步 2 的每转进给量 f=0.25mm/r。 3)切削速度的计算 由表 5-22，根据工件材料为 45 钢的条件选取，切削速度 v可取为 22m/min。由式 (2.3)可求得该工步钻头转速 n=330.32r/min， 参照表 4-9 所列CA6140 车 床的主轴转速，取转速 n=320r/min。则可求得该工步的实际钻削速度m i n/13.281000/28m i n/3201000/ mmmrdnv 3.工序 19 粗 磨 外圆 (1)背吃刀量的确定 依据工序尺寸及工序余量，取轴径方向 ap1=0.3mm；纵向的背吃刀量 ap2=0.1mm。 (2)进给量的确定 参照使用机械制造工艺设计手册表 5-58，工件磨削表面直径按 55mm 选取，工件回转的圆周速度取为 18m/min，则取工件每转的纵进给量 f=0.5mm/r；采用切入的磨削方法。 (3)磨削速度的计算 参照金属机械加工工艺人员手册 13的表 10-213，取切削速度 v 为 25m/min 。 由 式 (2.3) 可 以 求 得 转 速 为m in/76.14455m in /251000 rmmmn ， 查找机械制造装备设计书中图2-6（机床主传动系统转速图），取转速 n=150r/min。再将此转速代入上面的公式，可以反求得该工序的实际磨削速度为 m i n/91.251000m i n /150551000/ mrmmdnv 。 对其他切削用量进行类似的计算，对于加工要求较高的工序尺寸及公差进行校核，所得结果参见北华大学毕业设计工艺卡片上的工序图。 2.6.2 时间定额的确定 时间定额式在一定生产条件下规定完成一道工序所需要的时 间消耗量。它是 安排生产计划， 计算零件成本和企业进行经济核算的重要依据之一。合理确定时间定额能促进工人生产技能的提高和推动生产发展，因此，确定时间定额药防止过紧和过松两种倾向，应该 按平均先进水平来确定，并随着生产水平发展不断改善。 1.时间定额的组成 1）基本时间jt 直接改变生产对象的尺寸、形状、性能和相对位置关系所消耗的时间称为基本时间。对切削加工、磨削加工而言，基本时间就是去除加工余量所花费的时间，可按下式计算 inf lllt j 21 (2.4) 河北机电职业技术学院毕业设计（论文） 17 求得。 公式中， l 为螺纹有效长度； l 1=(1 3)P， l 2=(2 3)P， P 为工件螺纹螺距； n 为工件或丝锥的每分钟转数； i 为使用丝锥的数量； n 0 为丝锥或工件回程 的每分钟转数。 2.辅助时间 tf 的计算 为实现 基本工艺工作所作各种辅助动作所消耗的时间，称为辅助时间；例如，装卸工件、开停机床、改变切削用量、测量加工尺寸、引进或退回刀具等动作所花费的时间。 确定辅助时间的方法与零件生产类型有关。在大批大量生产中，为使辅助时间规定得合理，须将辅助动作进行分解，然后通过实测或者查表求得各分解动作时间，再累计相加；在中小批生产中，一般用基本时间的百分比进行估算。 基本时间和辅助时间的总和称为作业时间。 3.其他时间的计算 除了作业时间（基本时间与辅助时间之和）以外，每道工序的单 件时间还包括布置工作地时间、休息与生理需要时间和准备与终结时间。由于本次设计为 套筒 的生产类型为大批生产，分摊到每个工件上的准备与终结时间甚微，可忽略不计；布置工作地时间 tb 是作业时间的 2% 7%， 休息与生理需要时间 tx是作业时间的 2% 4%，本设计均取为 3%。 4.单件时间的计算 本工序的单件时间为上诉各项之和， Tdj=tj+tf +tb+tx 2.7 填写工艺文件 将上述零件工艺规程设计的结果，填入 北华大学毕业设计工艺卡片 中 ，卡片分为 机械加工 工艺过程卡 （表 2-5） 和机械加工工序卡 （见附件） 前后两部分 。 表 2-5 车床尾座套筒机械加工工艺过程卡片 工序号 工序名称 工序内容 工艺装备 1 下料 棒料 80mm165mm 锯床 2 锻造 锻造尺寸 600mm285mm 3 热处理 正火 4 粗车 夹一端粗车外圆尺寸 58mm，长 200mm，车端面见平即可。钻孔 20mm，深 188mm，扩孔 26mm 深 188mm CA6140 5 粗车 倒头，夹 58mm 外圆并找正，车另外一端面外圆至 58mm，与上工序光滑接刀，车端面保证总长 280mm。钻孔 23.5mm 钻通 CA6140 6 热处理 调质 28 32HRC 7 车 夹左端外圆，中心架托右端外圆，车右端面保证总长 278mm，扩 26mm 孔至 28mm，深186mm，车右端头 32mm60内锥面 CA6140、中心架 8 半精车 采用 两顶尖 装夹工件， 上卡箍， 车外圆至 CA6140、心轴 （ a） 或河北机电职业技术学院毕业设计（论文） 18 55 0.05mm。右端倒角 245，左端 R3 圆角，保持总长 276mm 者 心轴（ b） 9 精车 夹左端外圆，中心架托右端外圆，找正外圆，车 025.0030mm 孔至 05.005.29 mm，深 44.5mm，车 34mm1.7mm 槽，保证 3.5mm 和 1.7mm CA6140、中心架 10 精车 倒头，夹右端外圆中心架左端外圆，找正外圆，车莫氏 4 号 内 锥 孔 ， 至 大 端 尺 寸 为05.005.30 mm，车左端头 36mm60 CA6140、中心架 11 划线 划 R2160mm 槽线，085.0035.08 mm200mm 键槽线， 6mm 孔线 12 铣 以55 0.05mm 外 圆定 位装 夹 铣键 槽085.0035.08 mm200mm，并保证 0 2.05.50 mm（注意外圆加工余量）保证键槽与 0013.055mm 外圆轴心线的平行度和对称度 X62W、专用铣床夹具(如图 2.5) 13 铣 以55 0.05mm 外圆 和 085.0035.08 mm200mm 键槽 定位装夹铣 R2 深 2mm，长160mm 圆弧槽 X62W、专用铣 床夹具（如图 2.5） 14 钻 钻 6mm 孔，其中心距右端面为 25mm Z512 组合夹具 15 钳 修毛刺 16 热处理 左端莫氏 4 号锥孔及 160mm 长的外圆部分，高频感应加热淬火 45 50HRC 17 研磨 研磨 60内锥面 18 粗磨 夹右端外圆，中心架左托外圆，找正外圆，粗磨莫氏 4 号锥孔，留磨余量 0.2mm M2110A、中心架 19 粗磨 采 用 两 顶 尖 定 位 装 夹 工 件 ， 粗 磨 0013.055mm 外圆，留磨余量 0.2mm M1432A 20 精磨 夹右端外圆 ，中心架托左端外圆，找正外圆，精 磨 莫 氏 4 号 锥 孔 图 样 尺 寸 ， 大 端 为 269.31 0.05mm，涂色检查，接触面积应大于75%。修研 60锥面 M2110A、莫氏 4 号锥度塞 21 精车 夹左端外圆，中心架托右端外圆，找正外圆，精车内孔 035.0030mm 至 图 样 尺 寸 ， 深450.05mm，修研 60锥面 CA6140、中心架 河北机电职业技术学院毕业设计（论文） 19 22 精磨 采用两顶尖 和心轴 C 定位 精磨外圆至尺寸 0015.055mm M1432、心轴（ c） 23 按照图样检查各部分尺寸精度 24 涂油入库 1-工件； 2-钢球； 3-倾斜槽； 4-顶尖； 5-心轴； 6-轴套； 7-弹性支撑； 8-垫圈； 9-螺栓 图 （ a） 1-工件； 2-定位套； 4-心轴； 6-垫圈； 7-弹性支撑 （ b） 1-拧紧螺母； 2-30锥块； 3， 6-平键； 4， 8-有缝夹筒； 5-工件； 7-弹簧； 9-心轴 （ c） 图 2.4 心轴 2.8 工艺分析 1）在安排加工工序时，应将粗，精加工分开，以减少切削应力对加工精度的影响。并在调质处理前进行粗加工，调质处理后进行半精加工和精加 工。 河北机电职业技术学院毕业设计（论文） 20 2）车床尾座套筒 左端莫氏 4 号锥孔与右端 28mm、 30mm 孔，应在进行调质处理前钻通，这样有利于加热和内部组织的转变，使工件内孔得到较号的处理。 3）工序 8 粗车外圆时，可以采用专用心轴 (a)或者 (b)。如图 2.4(a) ， 2.4(b)。 4）精磨 0013.055mm 外圆时， 采用专用心轴 (c)定位装夹工件。如图 2.4(c)。 5）工序 18 以后 ，再采用中心架托夹工件外圆时，由于键槽 085.0035.08mm 的影响，这时应配做一套筒配合中心架的装夹 ，以保证工件旋转平稳，不发生震动。 6） 0013.055mm 外圆轴心线是工件的测量基准，所以磨削莫氏 4 号锥孔时，定位基准必须采用 0013.055mm 外圆。加工时还应找正其上母线与侧母线之后进行。 7）加工 085.0035.08mm 键槽时，应在夹具上设置对称度测量基准，在加工对刀时，可边对刀边测量，以保证键槽 085.0035.08mm 对 0013.055mm 外圆轴心线的 对称度。 8）为了保证 R2 半圆槽和 085.0035.08mm 键槽的对称度。如图 2.5，在夹具定位块 4上开一个 8 的孔，将工件 1 夹在 V 形块 2 内，在 8 的孔中插入滑配销子 5，将工件铣好的键槽 085.0035.08mm 卡在销子 5 上在夹紧，再铣 R2 半圆槽。 图 2.5 铣键槽夹具 9） 0013.055mm 外圆的圆柱度检验，可将工件外圆放置在标准 V 形块上（ V 形块放在标准平板上），用百分表测量出外圆点的圆柱度值，然后再算出圆柱度值（图2.6）。也可以采用偏摆仪方法，先测出工件的圆柱度值，然后计算出圆柱度值。 河北机电职业技术学院毕业设计（论文） 21 图 2.6 在 V 形块上检测工件的圆度值 10） 085.0035.08mm 键槽对称度的检验，采用键槽对称度量规进行检查（图 2.7） 。 a) b) 图 2.7 键槽对称度量规 a)内孔键槽量规 b)外圆键槽量规 11）用标准莫氏 4 号锥塞规涂色检查工件的锥孔，其接触面积应大于 75%。 第 3 章 机床夹具设计 3.1 机床夹具设计概述 机械制造业中 广泛采用能迅速把工件固定在准确位置或同时能确定加工工具位置的一种辅助装置，这种装置统称为夹具 14。在金属切削机床上采用的夹具称为机床夹具。夹具在机械加工中起着重要的作用，它直接影响机械加工的质量、工人劳动强度、生产率和生产成本。因此夹具设计是机械加工工艺准备和施工中的一项重要工作。 3.1.1 夹具的主要工作原理 (1)使工件在夹具中占有准确的 加工位置。这是通过工件各定位面与夹具的相应定位元件的定位工作面 接触、配合或对准来实现的。 (2)夹具对于机床应先保证有准确的相对位置，而夹具结构有保证定位元件的定位 工作面对夹具与机床相连接的表面之间的相对准确位置，这就保证了夹具定位工作面相对机床切削运动形成表面的准确几何位置，也就达到了工件加工面对定位基准的相互位置精度要求。 河北机电职业技术学院毕业设计（论文） 22 (3)使刀具相对有关的定位元件的定位工作面调整到准确位置，这就保证了刀具在工件上加工出的表面对工件定位基准的位置尺寸。 3.1.2 夹具的作用 夹具是机械加工中不可缺少的一种工艺装备，它能起到下列作用： (1)保证稳定可靠地达到各项加工精度要求； (2)缩短加工工时，提高劳动生产率； (3)降低生产成本； (4)减轻工人劳动强度； (5)可由较低 技术等级的工人进行加工； (6)能扩大机床工艺范围。 3.1.3 机床夹具的分类 根据机床夹具的应用范围和特点，分为通用夹具、专用夹具、组合夹具、通用可调夹具和成组夹具等类型。 (1)通用夹具 该类夹具使用时无需调整或稍加调整，就可适应多种工件的装夹，因而被广泛用于单件小批生产之中。 (2)专用夹具 它是指专门为某一工件的某道工序而设计的，一般不能用于其他零件或同一零件的其他工序。专用夹具适用于定型产品的成批大量生产。 (3)通用可调夹具和成组夹具 它们的共同点是，在加工完一种工件后，只须对夹具进行适当调整或 更换个别元件，即可用于加工形状、尺寸相近或加工工艺相似的多种工件。 (4)组合夹具 是指按某一工件的某道工序的加工要求，由一套事先准备好的通用的标准元件和部件组合而成的夹具。它具有组装迅速、周期短、能反复使用的特点，所以在多品种、小批量生产或新产品试制中尤为适用。 3.1.4 专用机床夹具的组成 机床夹具一般由以下几个部分组成： (1)定位元件 用于确定工件在夹具中的位置。 (2)夹紧装置 用于工件定位后的夹紧。 (3)对刀、导引元件或装置 用于确定刀具相对于夹具定位元件的位置。 (4)连接元件 用于确定夹具 本身在工作台或机床主轴上的位置。 (5)夹具体 用于将夹具上的各种元件和装置连接成一个有机的整体。 (6)其他装置或元件 如用于分度的分度元件 ， 用于上下料的上下料装置等。 河北机电职业技术学院毕业设计（论文） 23 3.2 车床 夹具设计 3.2.1 问题的提出 本次设计中 ，工序 8 中， 采用 两顶尖 装夹工件， 上卡箍， 车外圆至 55 0.05mm倒头 ，车另外一端外圆，光滑接刀 。右端倒角 245，左端 R3 圆角，保持总长 276mm。在半精车 55 0.05mm 外圆表面的时候，需要装 夹两次，然后光滑接刀。这样不仅浪费时间，两次装夹过程中还会存在位置误差，严重降低了成产效率，因此这样的加工方式在大量生产过程中不可用。 设计的任务是设计出保证该工序加工要求，满足加工精度的机床夹具，提高生产率和降低成本。该夹具应操作方便，工作安全可靠，减轻工人劳动强度，具有良好的结构工艺性。 3.2.2 定位方案及定位元件选择和设计 1.定位方案的选择 加工该定位面时需要限制其上的自由度。 在两端孔上采用内 圆表面定位方案，同时考虑到内圆表面未经过精加工，表面粗糙度达不到线面接触的定位要求，为了提高定位精度，可 以采用 点接触 卡紧管件粗糙内壁的方法定位 。夹具 可以限制该 套筒上的 五 个自由度（ 2 个转动和三 个轴向移动运动副）；并在靠近 左端面 处采用轴向支撑 ， 主要有缓冲和轴向夹紧作用 ，最后 再 采用活动顶尖顶紧套筒右端 。因此以该 套筒内壁 作为定位基面，以 套筒 轴心 线作为定位基准。 综上，总共限制了六个自由度，满足了机械加工定位夹紧的要求，同时没有过定位和欠定位现象出现，属于合理的定位方案 ，该 方案可行。 2.定位元件设计 为了 点接触卡紧管件粗糙内壁 ，可以用 三个钢球接触实现三点自动定心夹紧 ， 如图 3.1 是 用钢珠卡紧管件粗糙 内壁的方法，可以用其 对内壁高低不平达 2.5mm的 工件 车外圆。心轴 5 的外套 6 内有三个位于倾斜槽 3 内的钢珠 2， 操作时， 用手反转套筒卡紧后，用尾座顶尖顶紧，既可以进行外圆车削，卡紧力随着车削力的增加而增加，故不会松动。 当管料 1 有尾座顶尖 4 顶在支撑 7 上后， 由于支撑 7 有弹性， 工件 在车削中发热不影响车削过程。 图 3.2 河北机电职业技术学院毕业设计（论文） 24 图 3.1 3.定位误差分析计算 心轴水平放置，如图 3.2， ， 工件以 28mm圆孔在水平放置的心轴上定位，现要车削 58mm 的外圆，要求保证外圆尺寸为 55.5 0.05mm。由于尺寸 55.50.05mm 的工序基 准与定位基准都是定位孔的轴线，基准式重合的， 则基准不重合误差 0 BP 。对于基准位移误差， 由于工件定位孔和心轴式点接触不存在间隙，所以基准位移误差只 受 心轴制造误差的影响， 使心轴的中心线与孔的中心线不重合，引起定位基准发生了偏移， 取 心轴 和钢球定位的同轴度误差为 0.05mm，则心轴的轴心线 和 孔的轴心偏移最大 值 为 h=0.05mm。 即工序尺寸 55.5 0.05mm的定位误差为 mmhhhd 05.0)( 在上面的式子中， mmhd 05.0)( ， 则 55.5 0.05mm 尺寸的定位误差为0.10mm，所以 mmhhhd 05.0)( mmdT 10.0)( 。 因此，定位方案合理。 7 6 5 1 8 9 4 1 2 3 河北机电职业技术学院毕业设计（论文） 25 3.2.3 确定夹紧方式、设计夹紧机构 如图 3.1 用钢珠卡紧管件粗糙内壁的方法，可以用其对内壁高低不平达 2.5mm的管料车外圆。心轴 5 的外套 6 内有三个位于倾斜槽 3 内的钢珠 2，当管料 1 有尾座顶尖 4 顶在支撑 7 上后 ，用手反转管料卡紧后，既可以进行外圆车削，卡紧 力 随着车削力的增加而增加，故不会松动。由于支撑 7 有弹性，管料在车削中发热不影响车削过程。 如图 3.3 为加工时候车刀位置示意图。 3.2.4 设计对刀元件、连接元件及夹具体 车床 在车削外圆过程中对刀比较简单，因此不需要设计对刀元件。 如图 3.4，夹具体通过莫氏 6 号锥面和 CA6140 主轴孔相连接实现定位，通过锥体断面的螺纹孔固定夹紧在车床主轴上；心轴 5 和支撑 7 通过螺纹连接 ；心轴 5和钢球通过倾斜槽连接和外套 6 防止钢球掉出，外套 6 通过螺栓固定。 图 3.4 图 3.3 7 6 5 1 8 9 河北机电职业技术学院毕业设计（论文） 26 3.2.5 绘制夹具总图及零件图 夹具总图绘制步骤如下： (1)根据工件在几个视图上的投影关系，分别画出其轮廓线； (2)安排定位元件； (3)布置夹紧装置； (4)布置对刀元件、连接元件、设计夹具体并完成夹具总图。 在完成夹具总图的同时，对重要零部件绘制其图纸，以上图纸均应标注必要的尺寸、公差与配合，并注写技术条件等。 具图样见附带的图纸。 3.2.6 夹具的使用说明及注意点 此次设计的夹具具有 自动定心和夹紧功能 ，这就意味着它还适用于其他规格的套筒车外圆表面 的加工，当然本次设计的侧 重点不在这方面。有兴趣的人员可以进行这个方向的探索。该 内壁定位车削外圆夹具在车削力的作用下实现 自动定心 ，自动定心夹紧 机构共 3 部分组成，他们各自都用 莫氏锥孔 与机床 连接， 各部件间用螺纹连接，三个钢球 可以在 斜 槽内移动，以适应加工不同规格 套筒外圆表面 的需要。如图 3.1 本次设计加工 外圆 面时 是通过 夹紧粗糙 内壁 的 夹紧机构， 因此 定心机构 选择钢球的点接触比较号，这样可以减小内壁粗糙度对定位精度的影响 。操作时， 用手反转套筒卡紧后，用尾座顶尖顶紧，既可以进行外圆车削，卡紧力随着车削力的增加而增加，故不会松动。 夹具设计的注意点： 1.自动定心机构主要由 倾斜槽、心轴、钢球 及螺杆等部分组成。 钢球 起到既定位有夹紧的双重作用，其 直径 方向的尺寸，应根据 套筒内孔的直径 的最大值与最小值来确定，以保证适应加工多种规格的 套筒外圆表面 。 2.定心机构的 莫氏六号锥面 ， 它直接与主轴莫氏六号锥孔配合，尾部用一带螺纹的拉杆通过螺纹孔拉紧固定， 以保证 夹具在工作 时， 不会松动。莫氏六号锥面能够 达到自动定心的要求。 3.夹具的断面 夹紧机构，选择 尾座顶尖锥度 时， 要根据套筒与顶尖的配合面的锥度来选择， 套筒另外一断面用弹性支撑 7 来定位和卡紧，选择弹性支撑有缓冲切削力和保护 工件的作用 。 3.2.7 夹具的 其他设计方案 以上夹具使用方便，能够大大提高零件的生产效率，但心轴和倾斜槽形状太复杂，制造太困难，而且夹具生产成本太高。基于以上原因，为了减少夹具的制造成本，又设计了另外一套方案。如图 3.5 也 是用钢珠卡紧管件粗糙内壁的方法，可以用其对内壁高低不平达 2.5mm的管料车外圆。心轴 4 的外套 2 内有三个位于圆柱孔内的钢珠 3， 操作时， 用转动活动锥块 5 卡紧工件后，用尾座顶尖顶紧心轴右端，河北机电职业技术学院毕业设计（论文） 27 既可以进行外圆车削。当工件 1 有活动锥块顶在支撑 7 上后，由于支撑 7 有弹性，工件在车削中发热不影响车削过程。 3.3 磨床夹具设计 3.3.1 问题的提出 本次设计，工序 22 采用两顶尖定位装夹工件，精磨外圆至尺寸 0 013.055 mm 如图 3.6 磨外圆 面的相关加工要求为：保证 外圆 尺寸 0 013.055 mm，粗糙度要求 0.4m。已知工件材料为45 钢，毛坯为锻件，选用机床为M1432 磨床 。 设计的任务是设计出保证该工序加工要求，满足加工精度的机床夹具，提高生产率和降低成本。该夹具应操作方便，工作安全可靠 ，减轻工人劳动强度，具有良好的结构工艺性。 3.3.2 定位方案及定位元件选择和设计 1.定位方案的选择 加工该定位面时需要限制其上的自由度。在 套筒内孔采用心轴面接触定位 ，则 1-工件； 2-外套； 3-钢球； 4-心轴； 5-活动锥； 6-垫圈； 7-弹性支撑 图 3.5 图 3.6 河北机电职业技术学院毕业设计（论文） 28 可以限制该曲轴上的的四个自由度（两个转动和两个轴向移动运动副）；并在靠近断面 处采用轴向定位块，限制其中的一个移动副，最后 再 采用自动定心 夹紧 机构在套筒内壁 处，配合左右两端的夹具部件，限制另外一个转动副。因此以该 套内壁 作为定位基面，以 套筒 轴心 线作为定位基准。 综上，总共限制了六个自由度，满足了机械加工定位夹紧的要求，同时没有过定位和欠定位现象 出现，属于合理的定位方案 ，该 方案可行。 2.定位元件设计 为了限制 该零件上 的四个自由度， 同时要满足定位精度可靠，在结合套筒内圆部分结构可以用两个有缝夹筒（如图 3.7） 组合 装置在两端 内孔 配合进行限制，限制沿 Y、 Z 方向的移动副和绕 Y、 Z 方向的转动副；为了限制沿轴向的一个移动副，可以用一个轴向定位块来限制；为了限制绕 X 方向的转动副，采用 有缝夹筒 自动定心 夹紧 机构，利用两个 有缝夹筒 起到既定位又夹紧的作用，加以限制。 3.定位 精度 分析 由工序图可知，由于工序基准 和定位基准重合，则基准不重合误差 0 BP 。 套筒外圆表面精度和位置精度都要求很高，而且套筒 内壁 已经完成精加工 ，所以可以作为精加工的定位面， 有缝夹筒 与工件间通过线接触实现定位，定位精度高，可以通过这样定位加工出来的零件可以满足工序精度要求。 因此，定位方案合理。 3.3.3 连接元件及夹具体 (a) (b) 图 3.7 有缝夹筒 河北机电职业技术学院毕业设计（论文） 29 根据 有缝夹筒内 表面形状， 心轴形状 如图 3.8。 心轴材料选择 Q235。心轴左端螺纹用来安装调节螺母（如图 3.9），通过旋动调节螺母可以 控制夹紧力；小轴径上的键槽用来安装活动锥块（如图 3.10），对锥块其导向作用；大轴径上的键槽用来 安装有缝夹筒，防止有缝夹筒转动。 3.3.4 绘制夹具总图及零件图 夹具总图绘制步骤如下： (1)根据工件在几个视图上的投影关系，分别画出其轮廓线； (2)安排定位元件； (3)布置夹紧装置； (4)布置对刀元件、连接元件、设计夹具体并完成夹具总图。 在完成夹具总图的同时，对重要零部件绘制其图纸，以上图纸均应标注必要的尺寸、公差与配合，并注写技术条件等。 3.3.5 夹具的使用说明及注意点 此次 设计的夹具 是专用夹具，只适合尾座套筒精磨外圆表面使用 。 夹具定位精度和高，完全可以图纸尺寸精度和形状精度要求。 该 磨床 夹具由 两个有缝夹筒定心和 一个螺纹夹紧 机构共 3 部分组成，他们 通过心轴两端的锥孔和外圆磨床的顶尖与机床连接。操作时，先把 心轴 放入 套筒中心孔 里。然后转动 调整螺母 ，从而带动 活动锥块 移动， 使有缝夹筒膨胀 ,完成自动 夹紧定心 。同时 固定夹具使夹具不绕主轴转动 ，便可以 磨削外圆 面了 。 夹具设计的注意点： 1.自动定心机构主要由心轴、有缝夹筒、活动锥块及调节螺母等部分组成。心 图 3.9 调节 螺母图 3.10 活动锥块 图 3.8 夹具心轴 河北机电职业技术学院毕业设计（论文） 30 轴上的活动锥块 和有缝夹筒起到既定位有夹紧的双重作用，有缝夹筒的外圆的尺寸，应根据套筒的内孔形状和尺寸来确定，以保证定位精度的可靠。 2.定心机构的键槽，一个用来对活动锥块起导向作用，另一个用来对量个有缝夹筒起导向作用，键槽和键均为标准件。 1-拧紧螺母； 2-30锥块； 3， 6-平键； 4， 8-有缝夹筒； 5-工件； 7-弹簧； 9-心轴 图 3.11 夹具使用说明图 3.4 快速可调铣床 夹具设计 3.4.1 问题的提出 本次设计 ， 工序 12 和工序 13 铣 两个堆成的键槽 相关加工要求为： 以 55 0.05mm 外圆定位装夹铣键槽 085.0035.08 mm 200mm，并保证 0 2.05.50 mm（注意外圆加工余量）保证键槽与 0 013.055 mm 外圆轴心线的平行度和对称度 ；以 55 0.05mm 外圆定位装夹铣 R2 深 2mm，长 160mm 圆弧槽 。已知工件材料为 45 钢，毛坯为锻件，选用机床为 X62W 卧式万能铣床。 设计的任务是设计出保证该工序加工要求，满足加工精度的机床夹具，提高生产率 和降低成本。该夹具应操作方便，工作安全可靠，减轻工人劳动强度，具有良好的结构工艺性。 3.4.2 定位方案及定位元件选择和设计 1.定位方案的选择 加工该定位面时需要限制其上的自由度。采用外圆表面定位方案，则可以限制该 套筒 上的的四个自由度（两个转动和两个轴向移动运动副）；并在一端处采用轴向定位块，限制其中的一个移动副，最后 再 采用自动定心机构，配合左右两端的夹具部件，限制另外一个转动副。因此以该 套筒的外圆表面 面作为定位基面，以 套筒的 轴 心 线作为定位基准。 综上，总共限制了六个自由度，满足了机械加工定位夹紧的要求， 同时没有过定位和欠定位现象出现，属于合理的定位方案 ，该 方案可行。 2.定位元件设计 河北机电职业技术学院毕业设计（论文） 31 图 3.12 加工工序简图 为了限制 该零件上 的四个自由度，可以用两个 长 V 形块 组合 装置 （其底座用铸铁制造， V 型块 15的两个斜面采用淬硬钢镶块） 在两端配合进行限制，限制沿 Y、 Z 方向的移动副和绕 Y、 Z 方向的转动副；为了限制沿轴向的一个移动副，可以用一个轴向定位块来限制；为了限制绕 X 方向的转动副，采用自动定心机构，利用两个周向定位块起到既定位又夹紧的作用，加以限制。 3.定位误差分析计算 由工序图可知，由于工序基准和定位基准重合，则基准不重合误差 0jb 。对于基准位移误差 0jy ， 故定位误差 jyjbd mmmmdTd 0027.01290s i n12013.012s i n12)( 3.4.3 确定夹紧方式、 设计夹紧机构 首先计算切削力，参考新编高级机工简明读本中第 105 页铣削力计算公式 8.92186.0 74.086.0 KKD zBfaCF ZPPC (3.3) 式中 D 铣刀直径 (mm)； B 切削宽度 (mm)； 1K 刀具 前角对切削力的影响系数； 2K 切削速度对切削力的影响系数。 因此，查对该书相应数据，并结合该工序的加工切削用量，有 CP=68， a P=7，fz=0.08， VC=36.91， B=30， z=6， K1=1.1， K2=1， D=50； 代入式 (3.3)有 NF C 37548.911.150 63008.0768 86.0 74.086.0 根据 FC 和 VC 就可以求出切削时所消耗功率，即 kWkWVFP CCC 5.73.26 0 0 0 0 满足机床切削功率要求。 由于工件主定位基 准为 尾座套筒 轴心线，依旧 上面的计算，有水平分力河北机电职业技术学院毕业设计（论文） 32 FH=1.1FC=4129N ，垂直分力 FV=0.3FC=1126N ，那么所需要的总夹紧力J0=FH+(FV/f)=4129+(1126/0.25)=8633N，则实际每端的夹紧力为 J=J0/2=4136.5N。 综上，针对该工件生产类型为大批量生产，为使装卡工件方便快捷，两端采用螺旋压板夹紧机构，采用螺旋式定心夹紧机构。 3.4.4 设计对刀元件、连接元件及夹具体 根据工件加工表面形状，对刀元件选用夹具零部件国家标准的 直角对刀块。它的直角对刀面和工件被加工表面相对应，间距等于 3mm 塞尺厚度