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机械毕业设计全套
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GY01-223@花键轴工艺及钻模设计,机械毕业设计全套
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I 摘 要 本设计设计题目是花键轴工艺及钻模设计。 轴类零件在机械行业中占有很重要的地位。在原动机大多提供回转运动的现状下，轴类零件在各类机械设备的设计中使用频率很高。要保证符合要求的零件质量，除了合理的结构设计以外，在加工中制订并采用合理的加工工艺和符合精度要求的夹具、辅具同样也必不可少。本课题主要针对一特定航空轴进行工艺规范的编制和其中 2 径向孔钻模夹具的设计。该轴有较为复杂的结构和精度、技术要求。基本可以囊括一般轴类零件的加工方法和步骤。首先，运用机械制造技术及相关的课程知识，依据零件和生产纲领的 要求，分析从毛坯到零件整个过程中每一道工序的进行和安排，制定出切实可行的加工工艺规程路线，确定加工方案。然后，根据图纸要求的技术条件解决工件在加工过程中的定位、加紧以及工艺路线的安排等方面的相关问题，确定相关的工艺尺寸及选择合适的机床和刀具。最后，参考机床夹具设计手册及相关方面的书籍，设计出高效、经济、合理并且能保证加工质量的夹具。 关键词： 轴，工艺路线，机械制造，钻床夹具 nts II ABSTRACT This design topic is the tail spline shaft connecting process and drilling jig design parts. Shaft parts takes a very important position in the machinery industry .Under the condition that the majority of primary motors can only provides the rotary motion. The quality of shafts can largely influents the using conditions and the using life of equipments wherever shafts use .In addition to guarantee the quality of a shaft to plan a good enough processing and apply the fitful fixture can play the very important role but to do a good structure design.Researching the processing of a particular air shaft and the design of the 2 radial hole content the most of this paper .The shaft has the mid-complex structure and accuracy demand .First,using of machinery manufacturing technology and related knowledge, on the basis of parts and the requirements of the production program, analysis from the blank to the whole process of parts of every process and arrangement, formulate the processing procedure of feasible routes, determine the processing scheme. Then, according to the technical condition requirements of the drawings, the workpiece in the process to solve relevant problems in stepping up and aspects of the process route arrangement, determine the relevant process size and select the appropriate machine tools and tool. Finally, machine tool fixture design reference manual and related aspects of the books, the design of efficient, economic, reasonable and can ensure the quality of processing fixture. KEY WORDS: shaft, process route,machinery manufacturing, ixture of the drilling machine nts III 目 录 摘 要 . I ABSTRACT . II 目 录 . III 第一章 绪 论 . 1 第二章 零件图的结构分析和工艺分析 . 2 2.1 基本概念 . 2 2.2.1 确定生产类型 . 2 2.2.2 加工零件工艺分析 . 3 第三章 毛坯类型的选择和工艺路线的制定 . 5 3.1 确定毛坯 . 5 3.2 拟定工艺路线 . 6 3.2.1 各表面加工方法 . 6 3.2.2 定位基准的选择 . 7 3.2.3 加工阶段的划分 . 9 3.3 相关尺寸链计算 . 10 3.3.1 渗碳层深度计算 . 10 3.3.2 轴向尺寸图表绘制 . 13 3.4 各工序顺序安排 . 19 第四章 夹具设计和分析 . 22 4.1 问题的提出 . 22 4.2 钻床夹具结构和类型的选取 . 22 4.3 夹具定位元件的选择 . 23 4.4 钻套设计 . 23 4.4.1 钻套种类的选择 . 23 nts IV 4.4.2 钻套内径尺寸、公差及配合的选择 . 23 4.4.3 钻套与工件距离 S . 25 4.4.4 钻套的材料 . 25 4.5 钻模板设计 . 25 4.6 加紧装置的设计计算 . 26 4.6.1 夹紧装置的选用 . 26 4.6.2 夹紧力的确定 . 26 4.7设计夹具与机床定位的紧固结构 . 27 4.8 夹具体（底座）设计 . 28 4.9夹具精度分析 . 29 4.10 夹具装配图 . 30 第五章 全文总结 . 32 参考文献 . 33 致 谢 . 34 毕业设计小结 . 35 附录 . 36 nts 1 第一章 绪 论 轴 类零件在机械行业拥有非常重要的地位，其加工质量和精度直接影响一台机器的运作。对于轴类零件加工工艺的研究，对于整个机械行业而言，有着举足轻重的地位，能够尽可能的提高工件加工质量的基础上同时提高生产效率是轴类工件工艺设计的准则，一个合格的零件工艺规程，应该首先要求保证零件设计的尺寸和精度，其次要尽量合理地运用现有的工作条件，尽量减少辅助时间，提高生产效率。夹具的设计需要注意其精度对加工工件精度的影响，务必确保使用夹具能够保证设计精度。本设计以上述各原则为基准进行。 nts 2 第二章 零件图的结构分析和工艺分析 2.1 基本概念 机械加工工艺过程是指机械加工方法逐步改变毛坯的状态（形状、尺寸和表面质量等），使之成为合格零件所进行的全部过程。把工艺过程的有关内容，用文件的形式确定下来，称为机械加工工艺规程。 机械加工工艺过程可分为： （ 1）工序。一个工人或一台机床对一个工件所连续完成的那部分工艺过程。 工序是组成工艺过程的基本单元。 （ 2）工步。在加工表面不变、切削工具不变、切削用量不变的情况下，所连续完成的那一部分工艺过程。 （ 3）走刀。走刀是切削工具在加工表面上 切削一次所完成的那一部分工艺过程。整个工艺过程由若干个工序组成，每一个工序可包括一个工步或几个工步，每一个工步包括一次或几次走刀。 （ 4）安装。使工件在机床上定位并将它夹紧的过程。 （ 5）工位。 2.2 零件的生产类型的确定及工艺分析 2.2.1 确定生产类型 工艺过程必须根据给定的生产量的大小来设计。生产量的大小决定着生产类型，一般可分为三种基本类型： （ 1）单件小批量生产。（ 2）成批生产。（ 3）大量生产。 根据要求及查阅相关手册可 确定该 连杆件 生产类型为 中小批量 生产 。 nts 3 2.2.2 加工零件工艺分析 图 2-2-1 花键轴零件图主视图 （ 1）零件的作用 该花键轴（结构见图 2-2-1）主要用于航空传动，该轴两处的花键由于其航空用途压力角皆为 30。 花键轴是具有较紧凑的结构，能够传递超额的载荷及动力，并具有较长的寿命 ，花键轴 传动效率高、定位精度高、传动可逆性、同步性能好 等优良功能。 （ 2）零件的结构分析 零件的主要加工表面：有轴端面，各级外圆面，分度圆为 14 的花键，分度圆为 18的花键， 2的孔， M8的螺纹孔。 主要形位误差： 12外圆面和 25外圆面对 A外圆面的同轴度为 0.01，M8-5H 螺纹孔对 C 外圆面的同轴度为 0.05， 6 内圆面对 C 外圆面的同轴度为 0.5，分度圆为 14 的小花键对 A 外圆面的同轴度为 0.05，分度圆为 18nts 4 的大花键对 B 外圆面的同轴度为 0.05， 32 外圆左端面对 B 外圆面的垂直度为 0.01。 设计基准：轴向左右两端面 径向 17外圆面 精度要求：各外圆粗糙度为 0.40, 2 孔的粗糙度为 12.5， M8-5H螺纹孔的粗糙度为 12.5，全零件其余粗糙度为 3.2。 （ 3）零件的材质 12Cr2Ni4A 合 金结构钢，其特点为强度高、韧性好、淬透性良好， 渗碳淬火后表面层硬度及耐磨性都好，冷变形时塑性好，切削性尚好，但有白点敏感性及回火脆性， 合金材料含量高，热处理工艺性较差， 锻后正火硬度仍然较高 ,需长时间的高温回火。用作高负荷、交变应力下工作的大型渗碳件，如受高负荷的各种齿轮、蜗轮、蜗杆、轴等机械结构件。 表面硬度符合零件要求。经过渗碳淬火后能够达到 HRC 58。供料状态为冷拉。 锻后正火硬度仍然较高 ,需长时间的高温回火。用作高负荷、交变应力下工作的大型渗碳件，如受高负荷的各种齿轮、蜗轮、蜗杆、轴等机械结构 件。 （ 4）零件的其他技术要求 基准表面 A、 B 渗碳，深度 0.50.8 渗碳表面硬度 HRC 8，非渗碳表面硬度 HRC3545 除基准表面 A、 B、 C 及表面 D 外，其余表面氧化 磁力探伤检查按 Q/1D1045-89 进行，不允许有裂纹 nts 5 第三章 毛坯类型的选择和工艺路线的制定 3.1 确定毛坯 毛坯种类的选择不仅影响毛坯的制造工艺及费用，而且也与零件的 机 械加工工艺 和加工质量密切相关，为此需要毛坯制造和机械加工两方面的工艺人员密切配合，合理地确定毛坯的种类、结构形状。 （ 1）常见的毛坯种类有以下几种： 铸件 对形状较复杂的毛坯，一般可用铸造方法制造。大多数铸件采用砂型铸造，对尺寸精度要求较高的小型铸件，可采用特种铸造，如永久型铸造、精密铸造、压力铸造、熔模铸造和离心铸造等。 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。 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。 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。 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）毛坯的选择原则 零件的生产纲领 大量生产的零件应选择精度和生产率高的毛坯制造方法，用于毛坯制造的昂贵费用可由材料消耗的减少和机械加工费用的降低来补偿。如铸件采用金属模机器造型或精密铸造；锻件采用模锻、精锻；选用冷拉和nts 6 冷轧型材。单件小批生产时应选择精度和生产率较低的毛坯制造方法。 零件材料的工艺性 例如材料为铸铁或青铜等的零件应选择铸造毛坯；钢质零件当形状不复杂，力学性能要求又不太高时，可选用型材；重要的钢质零件，为保证其力学性能，应选择锻造件毛坯。 零件的结构形状和尺寸 形状复杂的毛坯，一般采用铸造方法制造，薄壁零件不宜用砂型铸造。一般用途的阶梯轴，如各段直径相差不大，可选用圆棒料；如各段直径相差较大，为减少材料消耗和机械加工的劳动量，则宜采用锻造毛坯，尺寸大的零件一般选择 自由锻造 ，中小型零件可考虑选择模锻件。 现有的生产条件 选择毛坯时，还要考虑本厂的毛坯制造水平、设备条件以及外协的可能性和经济性等。 本次花键轴零件生产类型为中小批， 属于轴类零件，同时采用钢质材料，属于航空方面零件，力学性能要求较高，所以选择毛坯时采用棒料， 包括余量零件毛坯尺寸 35210，留有 5切口宽度。图纸要求最大尺寸 32202，型材尺寸 35205。 3.2 拟定工艺路线 3.2.1 各表面加工方法 加工方法的选择 （ 1）首先要根据每个加工表面的技术要求，确定加工方法及分几次加工。 （ 2）决定加工方法时要考虑被加工材料的性质。 （ 3）选择加工方法要考虑到生产类型，即要考虑生产效率和经济性问题。 （ 4）选择加工方法还要考虑本厂或本车间的现有设备及技术条件 。 此外，选择加工方法还应考虑一些其他因素，例如，工件的形状、质量以及加工方法所能达到的表面物理机械性能等。 根据本次设计的条件及要求，采用传统的机床和专用夹具设备即可，由于零件分为重要加工表面和次要加工表面，分别有不同的技术要求，应分不同加工方法和多次加工。其中主要加工表面加工方法如下： nts 7 17、 12 和 25 外圆面有 IT5 高精度；其中 12 和 25 外圆面相对 17 外圆面有 0.01 的高同轴度要求；同时有 Ra0.40 的很高的表面粗糙度要求。故三外圆面采用 S30 机床进行精磨终加工来保证加工精度，同时在 前几道工序中采用中间加持、软三爪（保证软三爪回转精度）的方法保证加工刚度和工件回转精度来保证精磨前工件的状态，最终保证主要表面的加工质量。 17 和 25 表面要求渗碳淬火。此处要注意对其他表面的保护。一般而言，对工件进行渗碳保护有两种方法：余量保护和镀层保护。余量保护是计算余量，在全零件渗碳后通过切除余量来保证需渗碳表面的渗碳层深度和非渗碳表面的表面状态不发生改变。镀层保护是在全表面镀铜，再去除渗碳表面的铜层进行渗碳加工，加工后去掉铜层。余量保护要求较大的毛坯切除量，对于本工件材料而言不具有经济性 。拟采用镀铜保护的措施。渗碳层深度的相关计算将会在后面进行。 2 径向孔和 6 轴向孔加工， 6 内孔对 12 外圆面的同轴度要求较低可采用 C336-1 型车床直接进行钻削加工。 2 径向孔尺寸和位置精度由钻模保证，将会在后续的夹具设计项进行相关的计算和论述。这里需要讨论两孔的加工相对于热处理的前后关系。因为 2 径向孔需要打过渗碳热处理表面，故该孔应安排在渗碳热处理完成之前。两孔的钻削应先钻 6 孔再钻 2 孔。如此安排在钻 2孔时便不必考虑径向移动自由度的限制，能够降低夹具设计难度和提高钻孔质量。同时应该注意将两 孔的钻削加工安排在渗碳之后，否则孔内会出现渗碳层导致工件内部材料状态发生改变，产生废品。综上所述，钻削两孔和渗碳、淬火的向后关系为： 渗碳 钻 6 孔 钻 2 孔 热处理 技术条件中“除基准表面外其余表面氧化”一项。拟将一些主要表面的精磨安排在氧化之后进行，这样可以避免重复加工，增加生产效率。 3.2.2 定位基准的选择 1、基本概念 基准：就是零件上用来确定其他点、线、面的位置的那些点、线、面。 设计基准：就是零件图上用来确定其他点、线、面的位置的基准。在本次花键轴零件设计中的设计基准是左右两端面和 17外圆面。 nts 8 定位基准： 在加工时 使 工件在机床或夹具 上占有 正确位置所采用的基准 。 要注意：当用调整法加工时，如果定位基准与设计基准不重合，就会产生基准不重合误差。所以当定位基准和设计基准不重合时，必须检查有关尺寸的公差和加工方法能否满足条件要求，如不能满足，则要求改变加工方法或另行选定工艺方案。 2、基准的选择 （ 1）粗基面选择原则： 如果必须首先保证工件某重要表面的余量均匀，就应该选择该表面作为 粗基面。 如果必须首先保证工件上加工表面与不加工表面之间的位置要求，则应以不加工表面作 为粗基面。 应该用毛坯制造中尺寸和位置比较可靠、平整光洁的表面作为粗基面，使加工后各加工表面对各不加工表面的尺寸精度、位置精度更容易符合图纸要求。 粗基面通常只允许使用一次，否则定位误差太大。 （ 2）精基面选择原则： 基准重合原则：应尽可能选用设计基准作为定位基准。 统一基准原则：应尽可能选择统一的定位基准加工各表面，以保证各表面间的位置精度。 所选的定位基准，应能使工件定位准确、稳定、刚性好、变形小和夹具简单。 有时还要遵循互为基准、反复加工的原则。 有 些精加工工序要求加工余量小而均匀，以保证加工质量和提高生产率，这时就以加工面本身作为精基面。 （ 3）辅助基面 工件上没有能作为定位基面用的恰当的表面，这时就有必要在工件上专门加工出定位基面，称为辅助基面。 3、 本次设计中，基准选择如下： 粗基准的选择：主要考虑加工效率和保证各主要加工表面有足够、均匀的加工余量。一般情况下，出于对加工误差的考虑，粗基准只可选用一次。本轴毛nts 9 坯选用棒料，故粗基准采用 35 外圆面（毛坯外圆）进行加工。 精基准的选择：该花键轴零件图设计基准轴向为左右两端面，径向为 17外圆面。但是有些尺寸设计基准是其他加工表面，这在工艺设计中要加以考虑。本着基准统一的原则，轴向精基准轴向选用两端面的中心孔，径向精基准选用 17 外圆面（采用时为 17 外圆面的粗加工或半精加工状态的尺寸，其具体尺寸不是 17）。 3.2.3 加工阶段的划分 1、划分加工阶段原因 : 粗加工阶段中切除金属较多，产生的切削力和切削热都较大，所需的夹紧力也应该较大，因而使工件产生的内应力和由此引起的变形也大不可能达到高的精度和低的粗糙度，因此需要划分阶段最后达到图纸要求。 划分加工阶段可合理使用机床设备。 为了在机械加工工序中插入必要的热处理工序，同时使热处理发挥充分的效果，这就自然而然地把机械工艺过程划分为几个阶段。 2、 工艺路线按工序的性质不同，一般可划分为三个阶段： 粗加工阶段：主要任务是去除各表面的大部分余量，在这个阶段的主要问题是如何提高生产率。 半精加工阶段：其任务是达到一般的技术要求，即各次要表面达到最终要求，并为主要表面的精加工工作准备。 精加工阶段：其任务是达到零件的全部技术要求，主要是保证主要表面的加工质量。 3、本次设计的花键轴零件重要表面的加工 精度要求在 IT5 等级，粗糙度要求为 Ra0.40，一次加工毛坯切除金属较多，产生的内应力和变形较大，达不到技术要求的精度和粗糙度，因此需要粗加工 半精加工 精加工的阶段划分来达到最后要求。 在加工中，一些表面精度要求不高，这些表面将会在半精加工阶段完成。插齿工序安排在精加工阶段，保证齿顶的表面质量。渗碳热处理安排在半精加工之前，使其变形能够在后续加工中得到改正。 在工序的集中分散方面，考虑车间的加工装备情况，采用工序分散的原则安nts 10 排。工序多，工序内容简单，设备和工艺装备简单，操作、调整、维修方便 ，生产准备工作量小，产品容易交换。但是，鉴于某些粗加工工序有较多的切除余量，也采用数控机床进行加工。同时，一些加工工序采用专用机床加工，保证零件的安装精度和加工要求，提高加工效率和加工精度。 粗加工阶段：毛坯加工、外圆粗车、打顶尖孔等。 半精加工阶段：次要表面加工，钻孔、钻镗孔、车外圆等。 精加工阶段：磨外圆及端面、攻螺纹、插齿等主要表面。 这样划分阶段的好处是能在粗加工后及时发现毛坯的缺陷，及时报废或修补，同时适当在半精加工后，精加工前安排热处理工序，消除粗加工阶段产生的内应力 ,同时达到零件图纸要求 的零件硬度，再进行最后的精加工，可保证这些重要表面的技术要求。 3.3 相关尺寸链计算 尺寸链的计算是工艺编制中不可缺少的一部分，是将零件图相关尺寸的 获得量化的步骤，通过尺寸链的计算，可以明确各个工序所应有的加工余量和精度，并保证所有工序完成后，加工工件各表面都能达到零件图设计要求。 在该轴的工艺中，需要的尺寸链计算主要有两个方面：（ 1）渗碳层深度（渗碳层单边厚度）的计算，计算实际加工时所需的渗碳层深度，以保证通过后续的磨削加工渗碳层深度和表面尺寸都能够达到设计要求。（ 2）轴向尺寸的尺寸链 计算，由于轴线尺寸设计基准并不完全一致，而且前后加工尺寸关系较为复杂，一个尺寸往往由很多前步工序决定。故要确定轴向尺寸的加工数据，需要大量的尺寸链计算。在实际生产中，解决类似于该轴轴向尺寸的加工问题多采用绘制尺寸图表的方法。尺寸图表结构简单，各尺寸间关系清晰，于本轴而言较为适用。 3.3.1 渗碳层深度计算 该工件渗碳区域有 25 和 17 两外圆表面，渗碳加工安排在粗加工之后，其尺寸分别为 25.5 和 17.6（具体工序过程及尺寸安排见后续“对工艺规程部分工序的说明”）。此处将分别计算两外圆表面在渗碳工序应 有的渗碳层深度范围，取其交集作为该工序要求的渗碳层深度。 nts 11 25 表面渗碳层计算： 图 3-3-1 25.5 余量尺寸链 如图 3-3-1 余量 Z 为封闭环，增环为 25.5，减环为 25. Z=25.5-25=0.5 es=0-0.002=-0.002 ei=-0.1-0.011=-0.111 图 3-3-2 25.5 渗碳层深度尺寸链 nts 12 如图 3-3-2 封闭环为 1，增环为 H，减环为 Z。 1=H-0.5 H=1.5 +0.6=es+0.111 es=+0.489 0=ei+0.002 ei=-0.002 计算得： 25 渗碳层深度范围为 0.749 0.9945 17 外圆表面渗碳层计算： 图 3-3-3 17.6 余量尺寸链 如图 3-3-3 封闭环为 Z，增环为 17.6，减环为 17 Z=17.6-17=0.6 es=0+0.008=0.008 ei= -0.1-0= -0.1 nts 13 图 3-3-4 17.6 渗碳层深度尺寸链 如图 3-3-4 封闭环为 1，增环为 H,减环为 Z 1=H- 0.6 H=1.6 es=0.6-0.1=+0.5 ei=0+0.008=+0.008 计算得： 17 外圆面要求渗碳层深度为 0.804 1.05 取渗碳工序渗碳层深度为 0.8 1 较为合适。同时，为了在热处理后使工件达到图纸要求硬度，每批要增加 5 块试块与工件一同进行热处理用于测量硬度。 3.3.2 轴向尺寸图表绘制 尺寸图表的主要内容包括工序号、工序名称、工序平均尺寸、工序尺寸偏差、工序平均余量、工序余量变化范围、结果尺寸和图纸尺寸。绘制时首先画出零件的全剖主视图，延长每一界面。再列出加工工序，用箭头表示加工工程，箭头尾部实心点表示加工基准，箭头表示加工平面。最后用两端实心点连线表示图纸要求尺寸，绘出表格。其大体计算过程是：以对称形式列出图纸要求尺寸 -从图纸尺寸出发分析确定各工序，工序尺寸偏差 -校对结果尺寸 -计算余量变化范围 -确定各工序的平均余量 -决定工序平均尺寸。 其具体各部分分析计算方法如下： nts 14 图纸尺寸 -确定各工序的平均余量：当工序尺寸直接保证一设计尺寸时，该工序尺寸偏差就等于设计尺寸偏差；当一个工序尺寸参与保证几个设计尺寸时，则根据要求高的设计尺寸来确定工序尺寸偏差；一个设计尺寸由几个工序尺寸一起保证时，则将以对称偏差形式的设计尺寸公差一平均法或等精度法分给各工序尺寸；确定个表面间的基本尺寸并据此确定与设计尺寸无直接联系的工序尺寸偏差；校对结果尺寸；当各工序尺寸确定后，将各设计尺寸的工艺组成环公差相加以对称形式填入结果尺寸栏中。结果尺寸公差需小于图纸尺寸公 差。 计算余量变化范围： 要计算一道工序的变化范围，首先要确定影响该工序余量的有关工序尺寸。将所有有关尺寸变化范围相加就得到了该工序变化范围。一般情况下只计算部分半精加工和精加工的工序余量变化范围。 确定工序平均余量： 各工序平均余量的大小由工序手册查出并结合已计算出的工序余量变动范围的大小考虑，应满足：平均余量 余量变动范围 2 保证加工尺寸所必须的最小余量。 决定工序平均尺寸： 用相应的结果尺寸加上或减去下探途中所遇到的除本身外的加工面平均余量（被加工表面 为内表面是应减去，外表面时加上）。 该轴尺寸图表计算分析过程如下： 图 3-3-5 nts 15 3.3.2.1 偏差计算 165 工序 以 I 为基准加工 J，最终保证尺寸，故其偏差为小于等于设计偏差取为 -0.015+0.015 120 工序 以 A 为基准加工 C，最终保证尺寸，故其偏差为设计偏差，因该尺寸未 注公差，取大于经济加工精度偏差 -0.75+0.75 115 工序 以 J 为基准加工 K，最终保证尺寸，故其偏差为设计偏差，该尺寸未注 公 差，取 -0.09+0.09 110 工序 以 F 为基准加工 D，直接保证尺寸，故其偏差为设计偏差，该尺寸未注 公差，取 -0.1+0.1 105 工序 以 F 为基准加工 E，直接保证尺寸，故其偏差为设计偏差，该尺寸未注 公差，取 -0.12+0.12 以 J 为基准加工 F，直接保证尺寸，故其偏差为设计偏差，该尺寸未注 公差，取 -0.025+0.025 100 工序 以 J 为基准加工 I，不直接关联设计尺寸，参考半精磨经济加工精度， 取 -0.01+0.01 以 A 为基准加工 J，直接保证尺寸，故其偏差为设计偏差，该尺寸未注 公差，取 -0.025+0.025 95 工序 以 M 为基准加工 L，直接保证尺寸，故其偏差为设计偏差，该尺寸未注 公差，取 -0.2+0.2 以 J 为基准加工 K，不直接保证尺寸，取大于经济精度偏差 -0.05+0.05 90 工序 以 J 为基准加工 F，不直接保证尺寸，取其精度偏差 IT8(经济精度 )， 取 -0.05+0.05 以 A 为基准加工 D，不直接保证尺寸，取其精度偏差 IT8(经济精度 )， 取 -0.05+0.05 60 工序 以 A 为基准加工 G，直接保证尺寸，故其偏差为设计偏差，该尺寸未注 公差，取 -0.15+0.15 55 工序 以 A 为基准加工 B，直接保证尺寸，该尺寸为未注公差，参考其经济加 工精度取其偏差为 -0.12+0.12. 以 A 为基准加工 H，直接保证尺寸，该尺寸为未注公差，钻孔偏差由刀 nts 16 具决定取为 -0.75+0.75 15 工序 以 A 为基准加工 J，不直接关联尺寸，取其偏差为 经济精度， -0.05+0.05 以 J 为基准加工 F，不直接关联尺寸，取其偏差为经济精度， -0.05+0.05 以 J 为基准加工 I，不直接关联尺寸，取其偏差为经济精度， -0.05+0.05 05 工序 以 A 为基准加工 M，再以 M 为基准加工 A，皆不关联尺寸，取其偏差 为经济精度， -0.05+0.05 3.3.2.2 工序余量变动范围分析计算 165 工序 尺寸关联工序为 165、 100 工序，偏差变动范围为 0.015+ 0.01= 0.025 120 工序 为 攻螺纹，无变动范围。 115 工序 尺寸关联工序为 115、 95工序，偏差变动范围为 0.09+ 0.05= 0.14 110 工序 尺寸关联工序为 110、 105、 100、 90工序，偏差变动范围为 0.1+ 0.025+ 0.025+ 0.05= 0.2 105 工序 EF段为一次加工，没有关联尺寸，偏差变动范围为 0.12 JF段关联工序为 90， 100,15工序，偏差变动范围为 0.05+ 0.025+ 0.025+ 0.05= 0.15 100 工序 JI段关联工序为 AJ段， 15工序 AJ 段， 15工序 JI段，偏差变动范围 为 0.01+ 0.025+ 0.05+ 0.05= 0.135 AJ段关联工序为 15，偏差变动范围为 0.01+ 0.05= 0.06 95工序 ML段无关联工序，偏差变动范围为 0.2 KJ段无关联工序，偏差变动范围为 0.05 90工序 JF段关联工序为 15，偏差变动范围为 0.05+ 0.05= 0.1 AD段无关联工序，偏差变动范围为 0.05 60工序， 55工序 为钻孔和镗孔，无变动范围。 15、 05工序 为粗加工，无需计算变动范围。 nts 17 3.3.2.3 工序平均余量的确定 165 工序： S30 精磨端面最小余量可取 0.01 平均余量可取为 0.045 0.045-0.025=0.020.01 120 工序： 攻螺纹无加工平均余量问题。 115 工序： 最小余量为 0.1 平均余量可取为 0.25 满足 0.25-0.14=0.110.1 110 工序： 最小余量为 0.05 平均余量可取 0.28 0.28-0.2=0.080.05 105 工序： EF 段一次加工，不计算平均余量 JF 段最小余量为 0.1，平均余量可取 0.3 0.3-0.15=0.15 100 工序： JI 段最小余量为 0.15，平均余量可取 0.315 0.315-0.135=0.18 AJ 段平均余量取 0.2 0.2-0.075=0.125 95 工序： ML 段均为粗加工，不计算平均余量。 JK 段粗加工，不计算平均余量。 90 工序： JF 段最小余量为 0.08,平均余量可取 0.2 0.2-0.1=0.10.08 AD 段不需计算平均余量。 其余工序为粗加工或钻孔，不计算平均余量。 3.3.2.4 平均尺寸计算 165 工序 平均尺寸直接保证结果尺寸，平均尺寸为 15.985 120 工序 平均尺寸直接保证结果尺寸，平均尺寸为 13.25 115 工序 平均尺寸直接保证结果尺寸，平均尺寸为 3 110 工序 平均尺寸直接保证结果尺寸，平均尺寸为 13 105 工序 FE 段直接保证结果尺寸，平均尺寸为 3 JF 段直接保证结果尺寸，平均尺寸为 101.90 100 工序 JI 段 15.975-0.025=15.94，平均尺寸为 15.94 nts 18 AJ 段直接保证结果尺寸，平均尺寸为 171.95 95 工序 ML 段直接保证结果尺寸，平均尺寸为 19 KI 段为 3+0.3=3.3 90 工序 JF 段平均尺寸为 101.95+0.05=102 AD 段平均尺寸为 56.8 60 工序 平均尺寸为 101，由钻模保证 55 工序 平均尺寸为 102.25 直接加工 15 工序 JF 段平均尺寸为 102+0.2=102.2 JI 段平均尺寸为 16+0.05=16.05 AJ 段平均尺寸为 171.73 05 工序 平均尺寸为 202 nts 19 3.3.2.5 完整尺寸表格 图 3-3-6 轴向尺寸表格 3.4 各工序顺序安排 根据 对 零件 所进行的工艺分析 ， 不同表面采用的加工路线以及其 所能达到的精度 要求 ，在生产纲领已确定的情况下 ，结合对其加工阶段的划分， 可以考虑采用普通机床配以 通用、 专用 夹具， 并尽量使工序集中来提高生产率。 工序顺序安排 方案如下： 工序 00 准备棒料，每批带热处理试件用料 35205，切 口宽度为 5； nts 20 工序 05 设备为 C336-1，中心孔的选择，首先考虑零件尺寸 35205，再考虑零件质量 12Cr2Ni4A 密度为 7.84g/cm，毛坯质量为： 7.843.1435354 205=1.522kg， 参阅零件结构工艺性手册相关内容得：中心孔取 A2； 工序 10 车外圆， 加工外圆对中心孔的跳动不大于 0.05； 工序 15 设备为数控车，去较大余量。为了使工件弯曲变形对零件精度要求的影响最小，此处需要求外圆对中心孔的圆跳动不大于 0.05。具体措施为在三爪卡盘加持工件一端的 情况下另一端加用顶尖，以提高工件加工刚度； 工序 20 清洗 ； 工序 25 检验，热处理前检验，保证热处理工件的尺寸精度 ； 工序 30 防锈 ； 工序 35 全零件镀铜 ； 工序 40 设备为 M1432A 磨除 17 与 25 表面铜层以对其进行渗碳加工 ； 工序 45 渗碳处理，渗碳层深度按上述尺寸链计算结果 0.8 1； 工序 50 磨除其余表面铜层 ； 工序 55 钻镗孔，设备 C336-1 由于工件 17 表面已进行加工，注意此处需在普通三爪卡盘垫铜皮，用软三爪进行加紧。此除三爪加持在中段，工件悬臂部分少，刚度足够。为保 证工件设计的同轴度要求，加工前需先对软三爪进行车削，以减少其圆跳动。要求软三爪圆跳动不大于 0.03； 工序 60 钻径向孔，位置精度由钻模保证，采用麻花钻 ； 工序 65 按热处理工艺规程进行热处理，渗碳表面硬度 HRC 58，中心硬 度 HRC3540，零件弯曲度不大于 0.05； 工序 70 去除毛刺 ，钳工台去毛刺， 尖边倒圆 R0.10.5，修锉 R10 和 25外圆两斜面圆滑相接 ； 工序 75 热处理后检验，具体检验热处理变形，保证后续加工的精确度，要求工件弯曲度不大于 0.05； 工序 80、 160 MAZAK 研中心孔，在进行热处理之后，工件基准中心孔内有氧化层和热处理残余。为了使其后的轴向尺寸加工精确，需加修复基准工序 ； 工序 85 设备为 M1432A 为 17 外圆面的半精加工，保证在精磨是能达到设计精度和形状公差。要求 17.3 对中心孔的跳动不大于 0.01； nts 21 工序 90 数控车加工，出于与 55 工序相同情况采用软三爪，同时要求加工外圆对 17 外圆面的跳动不大于 0.05。保证 12 外圆面形位公差 ； 工序 95 数控车加工，上工序掉头加持，要求软三爪，加工外圆面与 17外圆面圆跳动不大于 0.05； 工序 100 磨 外圆及端面，并 按冶金部门磁力探伤说明书进行磁力探伤 ； 工序 105 MAZAK 加工为保护已加工表面采用软三爪，要求软三爪跳动不大于 0.05，具体方法与 45 工序相同。本工序允许分工序倒角 ； 工序 110 用 S30 精密磨床加工要求加工表面对顶尖定位中心线跳动不大于0.005，粗糙度要达到 0.8； 工序 115 用 S30 精密磨床加工 19 外圆面对顶尖中心线跳动为 0.01； 工序 120 MAZAK 机床加工，螺纹底孔要求按 6.85 6.95 加工。要求齿底对 12外圆面同轴度不大于 0.05； 工序 125、 130 插齿，设备 514，夹具为专用夹具 ； 工序 135 去除全部毛刺 ； 工序 140 清洗 ； 工序 145 检验，为热处理氧化前检验 ； 工序 150 防锈，为入库前做准备 ； 工序 155 按 表面处理工艺规程进行，对轴的主要表面进行氧化 ； 工序 165 磨外圆，设备为 S30，要求粗糙度为 0.4； 工序 170 去除全部毛刺，并注意不要破坏零件表面的氧化层； 工序 175 按 Q/ID1045-89 进行磁力探伤检查，不允许有裂纹 ； 工序 180 清洗 ； 工序 185 检验。 nts 22 第四章 夹具 设计和分析 4.1 问题的提出 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。指定 60 工序，设计一个用于钻床或摇臂式钻床的钻模， 用于加工 2 孔。工序图见图 4-1-1 图 4-1-1 60 工序工序图 本工序所要钻的孔相对位置固定，有一定的公差要求。为了使钻孔的位置精确，提高加工精度，必须对零件进行定位，使之满足使用要求。由于此孔为通孔，因此要求限制除了 X 、 Z 的 4个自由度。 为了缩短生产准备周期，降低夹具制造成本，互换性好，节省装夹时间，夹具设计应做到结构简单，装夹方便，多采用标准件等。 4.2 钻床夹具结构和类型的选取 钻床类夹具构造主要分为固定钻模板式钻模，复盖式钻模、翻转式钻模和回转式钻模四种。其中复盖式钻模钻模板可卸，工作时可直接复在工件上或者用销钉与夹具体联接。主要用于加工两个相配工件上的结合孔。翻转式钻模主要用于加工不同方向的孔。回转式钻模加工沿圆周分布的孔。在此工序采用固定钻模板nts 23 式钻模即可。具体结构简图 4-2-1 图 4-2-1 固定钻模板式钻模设计 4.3 夹具定位元件的选择 钻径向孔的定位表面为 17.6 的外圆表面及端面定位块。外圆定位件选用长 V 型块，结合端面定位块，共限制 4 个 自由度，除绕其轴线回转自由度 X 和所加工孔方向的位移 Z 外，其余都被限制，为不完全定位。 V 形块的自动定心好，并且安装方便，如果采用半圆孔和外圆定位，则定位误差较大，定 位基准外圆和半圆孔之间的间隙无法排除。所以采用 V 型块定位，夹具采用螺旋压板加紧。 4.4 钻套设计 4.4.1 钻套种类的选择 钻套是钻床上特有的一种元件，用来确定刀具的位置和在加工中引导刀具。一般有固定钻套、可换钻套、快换钻套三种。当工件形状或工序的加工条件 不适宜采用上述标准钻套时，就要根据具体情况设计特种钻套。此 钻孔工序不需更换钻套，选用固定钻套类型。 4.4
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