定位销轴加工工艺和夹具设计说明书

1大学学院机械制造工艺课程设计课程名称： 机械制造工艺课程设计 设计课题： 定位销轴 专业： 班级:姓名： 学号：评分： 指导老师：年 月 日2目录第一部分 工艺设计1.设计任务.32.零件图样、工艺分析.33.毛坯的选择.44.工艺过程设计.4第二部分 夹具设计1.设计任务.112.确定定位方案、选择定位元件.113.夹紧机构的选择和设计.114.定位误差分析与计算.125.对刀装置的选择.126.夹具结构设计说明.13第三部分 小结小结.14参考文献.153第一部分工艺设计一、 设计任务本次的设计任务是定位销轴，如下图所示。定位销轴二、 零件的工艺分析（1）零件的结构分析该零件属于异形轴类零件，由圆柱面、轴肩和车槽等组成。轴肩一般用来确定安装在轴上零件的轴向位置，各环槽的作用是使零件装配时有一个正确的位置，并使加工中磨削外圆时退刀方便。定位销轴是在夹具体中做定位用的零件，从图中可以看出，20 mm 是用来做定位部分的，15mm 与018.18 mm 形成的锥体是在装夹工件时起导向作用的，由于在使用中，需要反018.复装夹工件，所以要求定位销轴应具有较好的耐磨性。要加工表面有外圆柱面、轴肩端面、槽和端面。由于定位销轴主要用于定位用故外圆柱面精度要求较高。（2）零件的技术要求分析图中以 20 mm 轴心线为基准，尺寸 18 mm 与尺寸 20 mm 的同018. 018。018。4轴度公差要求为 0.02mm。图中以 20 mm 轴心线为基准，外径 30mm 的圆柱端面与基准轴心线的018.垂直度为公差为 0.02mm。工件热处理后硬度为 5560HRC。选用材料为高级优质碳素工具钢 T10A。三、毛坯的选择该定位销轴轴材料为 T10A(碳素工具钢，此钢强度及耐磨性均较 T8 和 T9高，但热硬性、淬透性不高且淬火变形大。适合于制造切削条件差、耐磨性要求较高，且不受忽然和剧烈振动，需要一定韧性及具有风锋利刀口的各种工具，可用作不受较大冲击的耐磨零件。)该轴属于中、小传动轴，并且各外圆直径尺寸相差不大，故选择 35mm 的热轧圆钢作毛坯。毛坯零件图如下图所示四、工艺规程的设计1、定位基准的选择对于该轴表面的加工均利用外圆表面定位，对于轴向定位则使用被加工一端的相对段来定位以遵循“基准重合”原则，当掉头装夹的时候使用相反的那段来定位。由于该零件有同轴度和垂直度要求，在车削工序时加工出两端中心孔，零件淬火后采用中心孔定位装夹再磨削，这样可以更好地保证零件的精度要求。粗基准采用热轧圆钢的毛坯外圆。中心孔加工采用三爪自定心卡盘装夹热轧圆5钢的毛坯外圆，车端面、钻中心孔。但必须注意，一般不能用毛坯外圆装夹两次钻两端中心孔，而应该以毛坯外圆作粗基准，先加工一个端面，钻中心孔，车出一端外圆；然后以已车过的外圆作基准，用三爪自定心卡盘装夹(有时在上工步已车外圆处搭中心架)，车另一端面，钻中心孔。如此加工中心孔，才能保证两中心孔同轴。 2、零件表面加工方法的选择 本零件的加工表面有外圆柱面、端面、轴端面、外圆锥面等，这里列举外圆柱面来说明起加工方法。20mm 和 18mm 的外圆柱面：精度等级：IT6；表面粗糙度：Ra1.6 um能达此要求的加工经济精度的加工路线有：1、粗车半精车精车金刚石车（加工经济精度：IT5-6，表面粗糙度：Ra0.02-1.25 下同）2、粗车半精车精车粗磨精磨（IT6-7，Ra0.16-1.25）3、粗车半精车粗磨精磨研磨（IT5-6，Ra0.08-0.32）第一种方法成本太高，第三种方法加工精度太高，在此用不着。第二种方法比较容易实现，成本较低。3、制定工艺路线（1）这里结合工序实际情况制定了两种工艺路线。方案一：工序 05：下料工序 10：车 20mm 端面，粗车 30mm 外圆和 20mm 的外圆工序 15：车 18mm 端面，粗车 18mm 外圆工序 20：精车 20mm 外圆、30mm 的外圆、切 18mm 退刀槽, 钻中心孔工序 25：精车 18mm 外圆、切 16mm 退刀槽、钻中心孔工序 30：热处理工序 35：修研两中心孔，磨削两轴径外圆 20mm、18mm 和端面工序 40：检验工序 45：油封入库6方案二：工序 05：下料工序 10：车 20mm 和 18mm 两端面，钻两中心孔工序 15：粗车 30mm 外圆和 18mm 的外圆工序 20：粗车 20mm 外圆工序 25：精车 20mm 外圆、30mm 的外圆、切 18mm 退刀槽工序 30：精车 18mm 外圆、切 16mm 退刀槽工序 35：热处理工序 40：修研两中心孔，磨削两轴径外圆 20mm、18mm 和端面工序 45：检验工序 10：油封入库（2）工艺方案的比较与分析上述两个工艺方案的特点在于：方案一是先车一端的端面、钻中心孔，以另外一端外圆为粗基准加工 20mm 外圆，然后以加工好的 20mm 外圆为基准加工 18mm 外圆；而方案二则是都以毛坯外圆为基准把两端面端平、钻中心孔，然后先加工 18mm 的外圆后加工 20mm 的外圆。两相比较可以看出方案二先端一个面比两个端面一起端更能保证位置精度，并且减少了工序、定位夹紧的次数。除此之外，方案二两次利用毛坯外圆作为粗基准，违背了粗基准的选用原则。综上分析：采用方案一。4、零件加工余量的确定机械加工余量对工艺过程有一定的影响，余量不够，不能保证零件的加工质量，余量过大，不但会增加机械加工劳动量，而且增加了材料、刀具、能源的消耗，从而增加了成本，所以必须合理的安排加工余量。根据零件毛坯条件：材料 45# 钢，生产类型为中批生产。本设计采用查表修正和经验估计法相结合来确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸。各工序的计算尺寸如下：（1）加工 30mm 外圆 加工方法为：粗车精车工序名称 工序余量/mm 工序达到的公 差等级 工序尺寸/mm 尺寸公差/mm精车 2 IT8 30 0.033粗车 3 IT11 30+2=32 0.167毛坯 5 IT16 32+3=35 1.6（2）加工 20mm 外圆 加工方法为：粗车精车磨工序名称 工序余量/mm 工序达到的公 差等级 工序尺寸/mm 尺寸公差/mm磨 0.3 IT6 20 0.018精车 12.7 IT8 20 0.033粗车 13 IT11 20.3+12.7=330.16(3)加工 18mm 外圆 加工方法为：粗车精车磨工序名称 工序余量/mm 工序达到的公 差等级 工序尺寸/mm 尺寸公差/mm磨 0.3 IT6 18 0.018精车 16.7 IT8 18+0.3=18.3 0.033粗车 实体 IT11 18.3+16.7=35 0.165、确定各工序所用机床及工艺设备由于该工件生产规模为中批生产，根据工件的结构特点和技术要求，各工序用机床及工艺装备确定如下：（1）选择机床 工序 05、10、15、20、25 是粗车和精车。各工步的工步数不多，故选用卧式车床就能满足要求。本零件外廓尺寸不大，选用最常用的 C620-1 型卧式车床即可 工序 35 要求磨削，由于是加工外圆表面和端面选用普通的 M1420 型磨床即可。（2）选择夹具本零件由于加工工序比较简单，都是以加工外圆为主，选用通用夹具即可以满足要求。（3）选择量具本零件选用测量范围为 0150 游标卡尺和千分尺即可满足要求。86、切削用量和基本时间的确定切削用量包括被吃刀量 ap、进给量 f 和切削速 v。确定顺序是先确定 ap、f，在确定 v。(1)工序 10 切削用量及基本时间的确定切削用量 本工序为粗车（车端面和外圆）。已知加工材料为 45 钢，强度极限为 670MPa,型材；机床为 C620-1 型卧式车床确定粗车外圆 33mm 外圆的切削用量：所选刀具为 YT5 硬质合金可转位刀，根据切削用量手册查得 C620-1 车床的中心高为 200mm，故选刀杆尺寸BH=16mmx25mm,刀片厚度为 4.5mm。粗车双边余量为 2mm，显然 ap 为单边余量，ap=2/2=1mm。根据切削用量手册查得在粗车钢料、刀杆尺寸为 16mm25mm、ap3mm、工件直径为 2040mm 时，0.30.5mm/r,按 C620-1 车床进给量选择f=0.5mm/r。根据切削用量手册查得，当用 YT5 硬质合金可转位刀加工强度极限为600700 MPa 钢料、ap3mm、f0.54mm/r 时，切削速度 v = 123 m/min切削速度的修正系数为 Ksv = 0.9,Ktv = 0.65,Kkrv = 0.81 ,Ktv = 1.15 ,Kmv = 1.0,故 v = 1230.90.650.811.15 = 67 m/min n = 1000v/d = (100067)/( 35) = 609.6 r/min 按 C620-1 车床的转速，选择 n = 600 r/min,实际切削速度为 v = 65.94 m/min故最后确定的切削用量为ap = 1mm ,f = 0.5 mm/r , n = 600 r/min ,v = 65.94 m/min车端面和车 24mm 外圆采用车 33mm 的刀具加工这些表面。加工余量皆可一次走刀切除。车 24mm 外圆的 ap = 11/2=5.5mm。车端面的 ap = 2 mm ，车24mm 外圆的 f = 0.35 mm/r , 车端面的 f = 0.40 mm/r 主轴转速与车外圆33mm 相同。基本时间确定粗车 33mm 外圆的基本时间。查表的车外圆的基本时间为 Tj1 Li/fn = (L+L1+L1+L2+L3)i/fn式中，L = 17 mm ,L1= ap/tankr +(23),Kr=75,L1 = 3 mm ,L2 = 4mm ,L3 = 90 ; f = 0.5 mm/r ,n = 10 r/s ,i= 1则 Tj1 (17+3+4)/(0.510) = 4.8s同样可以求出粗车 24 外圆和端面的基本时间 Tj2 = 7.4sTj3 = Li/fn，L= (d-d1)/2+（L1+L2+L3) Tj3 =6s(2)工序 15 切削用量及基本时间的确定本工序仍为粗车。已知条件与工序 10 相同。车端面、外圆可采用工序 10 相同的可转位车刀。采用工序 10 确定切削用量的方法得本工序的切削用量及基本时间粗车外圆 21mm 外圆的切削用量：ap = 7mm ,f = 0.3mm/r , n = 760 r/min ,v = 83.5 m/min Tj1 = 8.8s粗车端面的切削用量：ap = 1mm ,f = 0.3mm/r , n = 760 r/min ,v = 83.5 m/min Tj2 = 6 s(3)工序 20 切削用量及基本时间的确定本工序为精加工。已知条件与粗加工工序相同。确定 20mm 外圆的切削用量，所选刀具为 YT15 硬质合金可转位车刀。车刀形状、刀杆尺寸及刀片厚度均与粗车相同。被吃刀量 ap = 4/2 = 2mm ；根据切削用量手册查得 C620-1 车床的进给量，选择 f = 0.3 mm/r ；当用 YT15硬质合金车刀加工强度极限为 600700 MPa 钢料 、ap3mm、f0.38mm/r 时，v = 138 m/min。切削速度的修正系数为 Kkrv = 0.81 ,其余的修正系数均为 1，故 v = 1380.81 = 111.8 m/min，n = 1000v/d = (1000,111.8)/( 24) = 1483 r/min 按 C620-1 车床的转速，选择 n = 1200 r/min,实际切削速度为 v = 90.4 m/min故最后确定的切削用量为ap = 2mm ,f = 0.3mm/r , n = 1200 r/min ,v = 90.4 m/min，Tj1 = 1.8s车端面的切削用量：ap = 1 mm ,f = 0.3mm/r , n = 1200 r/min ,v = 90.4 m/min，Tj2 =4s切槽的切削用量： 手动 n = 1200 r/min ,v = 90.4 m/min，Tj3 =1.6s1030mm 外圆的切削用量：ap = 1.5mm ,f = 0.3mm/r , n = 1200 r/min ,v = 90.4 m/min，Tj4 =1.6s(4)工序 25 切削用量及基本时间的确定本工序还是精车，条件与上道工序一样。用相同的方法可以求得：确定 18mm 外圆的切削用量ap = 1.5 mm ,f = 0.3mm/r , n = 1200 r/min ,v = 79 m/min，Tj1 =8s切槽的切削用量：ap = 1 mm ,f = 0.3mm/r , n = 1200 r/min ,v =79 m/min，Tj2 =1.6s车端面的切削用量：ap = 1 mm ,f = 0.3mm/r , n = 1200 r/min ,v = 79 m/min，Tj3 =3s车锥度的切削用量：ap = 1.5 mm , 手动 , n = 1200 r/min ,v = 79 m/min，Tj4 =3s(5)工序 35 切削用量及基本时间的确定本工序主要是磨削 18mm、20mm 的外圆和端面磨削余量为 0.3mm,T1j = 10.6 s 。11第二部分夹具设计一、设计任务设计精加工 20mm 外圆表面的专用夹具。本零件除了可以用通用夹具三爪自定心卡盘外还可以用专用夹具。二、确定定位方案和定位元件加工外圆表面要限制 6 个自由度，由于此零件为轴类零件，可以采用 V 形卡爪定位来限制它的自由度。V 型块的定心精度较高，且对与此类零件使用 V 型块定位之后夹紧更为方便。两个 V 型卡爪对顶装夹限制工件的自由度。由此设计出如下图所示定位方案：3、夹紧机构的选择和设计夹紧机构有斜夹紧机构、螺旋夹紧机构、偏心夹紧机构、铰链夹紧机构、12联动夹紧机构等。该夹具设计的是车床上的外圆表面加工，故要求工件旋转中心与车床主轴中心重合，因此可以采用定心夹紧机构同时实现对工件定心定位和夹紧。最终选用定心夹紧机构，具体方案装配图。4、定位误差的分析与计算所谓定位误差，是指由于工件定位造成的加工面相对工序基准的位置误差。因为对一批工件来说，刀具经调整后位置是不动的，即被加工表面的位置相对于定位基准是不变的，所以定位误差就是工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量。造成定位误差的原因有：由于定位基准与工序基准不一致所引起的定位误差，称基准不重合误差，即工序基准相对定位基准在加工尺寸方向的最大变动量，以 表示；由于定位副制造误差及其配合间隙所引起的定位误差，称b基准位移误差，即定位基准的相对位置在加工尺寸方向上得最大变动量，以 表示。则定位误差 = 。j dbj5、对刀装置的选择车床加工时工件和主轴一起转动，对刀装置可以用顶尖。6、夹具结构设计说明为减少辅助时间，夹具设计保证快速定位和夹紧，提高生产效率，以满足大批量生产的要求。采用定心夹紧结构，夹紧力的作用力方向利于减少所需夹紧力的大小，且力的方向垂直于工件的主要定位基准。夹具采用两个 V 型卡爪 ，具体结构见附图。定心夹紧机构利用等速移动原理实现定心夹紧，快捷方便。这种机构是车床夹具的常用机构。使用时用扳手旋转左右螺杆使 V 型卡爪等速张开和收缩。13第三部分 小结三个星期的机械制造装备工艺课程设计终于结束了。三个星期的课程设计不仅让我们重新复习了一遍之前学过的一些基础课程和专业课程，更让我们认识到自身的不足，让我们真正认识到之前我们学习的知识太肤浅。机械制造装备工艺课程设计是对我们所学知识的系统运用，只要一个地方知识不过关就可能影响到后面的设计。在这段时间我遇到很多问题，通过查阅相关的资料、询问指导老师、查阅之前上课的笔记，我们克服了一个一个的困难。从最开始的零件工艺、相关尺寸的计算、正式 CAD 画图一直到最后的修改，已经学过这些课程的我们看到这一路上的小困难大问题开始头疼，这时才发现我们学的很不扎实，没有很好地把这些课程联系和衔接