旋转定位实验台的加工工艺及夹具设计大学论文

全套设计（图纸）加扣扣194535455第一章前言1.1课题的研究背景及研究目的和意义我们所学的机械加工工艺过程，其定义是利用机械加工的方法，使得毛坯的大小形状位置以及性质成为人们所需求的合格标准零件的系统过程。我们编写工艺规程过程当中，极其可能会出现特别多的情况。机械加工工艺生产条件的变化，还有国内外的最先进的技术，最先进的工艺，最好的材料和最先进的先进设备的应用。机械制造加工工艺学，机械类各式各样产品的加工工艺的研究对象，它的内容主要包括零件的加工和装配。机械加工工艺的主要指导思想即在保证产品质量的前提之下达到最好的生产率。研究样品旋转定位测试实验台的结构及工作原理，绘制CAD装配图及各零件图，掌握零件编码原理；2.选取实验台上的至少三个重要的代表性零件作为代表，进行机械加工工艺规程的设计；3.并对设计的工艺方案进行最终经济性评价，制订编写工艺过程卡片和工序卡片；4.完成毕业论文撰写，提出结论，提交各项成果图。样品旋转定位测试实验台的研究目的就是要为这些科学研究服务。设计出能满足要求的精确数据的机械装置，就是该设计的最终目的。机械设计就是一个与其他很多学科有直接关系的学科，机械设计能很好地推动自身以及其他学科的发展。该课题的研究意义，对我自身来说可以很大地提升自己的各个方面的能力，同时这也是对我这四年来所学的知识的一次很好地检验。机械加工工艺考察了我的独立完成工艺规程的设计，绘二三维图，计算切削用量以及分析零件的能力，并且同时提高了我查阅机械工艺有关的手册的能力。机械加工工艺流程，就是一个工件或者零件所有的制造加工过程的步骤。采用机械加工工艺基础的方法，直接改变原始毛坯的轮廓形状、尺寸大小和表面粗糙度等，使其最终能够成为人们所需要的完整的零件的过程称为机械加工工艺流程。机械加工工艺，理论上说是在已经完全制定好了的工艺路线的基础上，然后改变工件的形状轮廓、尺寸大小、相对的位置和本身的性质等，让它最终能够成为成品或者是半成品。每一个设计好的步骤，每一个设计好的流程的详细说明。粗加工既有毛坯的所有制造，磨平等的粗加工内容。而精加工有卧式车床，历史车床，卧式铣床，钳工台，万能磨床等等。车间工作者会参照工件的数量多少、硬件的条件等情况，选取合适的机械加工工艺过程。最后会把所有的内容写成工艺过程文件，我们把这种文件叫做工艺规程。那这个就比较有针对性了。每个加工基地都有可能不太一样，因为它们的硬件设备都不同。综上所述，工艺流程总的来说就是工作纲领。而加工工艺，就是所有每一个步骤的具体的参数。工艺规程，就是加工中心按照实际的情况设计的加工工艺。机械加工工艺规程机械加工工艺规程，其含义就是某一个零件进行机械加工工艺的总过程。机械加工工艺，总的来说就是把比较规范的工艺过程还有操作方法，根据规范的书写形式编写成为完好的工艺设计文件。机械加工工艺规程通常包含下面内容：零件加工的工艺路线设计、每一道工序的具体的内容及设备和刀具工艺装备。最后还要确定工件需要的检验内容和检验的方法，确定切削用量和工程定额的等。1.2机械加工工艺在国内外的研究状况机械加工工艺是很重要的学科。当今，机械加工工艺已经在一般的加工方法上，发展成了成熟的加工体系，加工所用的设备也越来越先进。机械加工工艺正在向不使用冷却润滑液的就能加工的特种加工，还有超精密加工，快速成型等方向发展。快速成形制造(RPM)技术，这一门特殊的加工技术是国外上个世纪末发展起来的一项先进的技术。这种先进的加工方法，虽然发展的时间不久，可是发展的速度非常的快。这种先进的加工技术是由CAD三维模型直接驱动并且快速加工，任何复杂结构的三维实体的技术。我们可以说它是自动化地、快速成型地、准确无误地将所有的设计思想变成具有一定功能的实物。快速的成型的最关键的就是机械加工工艺的新思路以及实现它所必须的的车床刀具。这种技术现在已比较完善，而且已经能够投入实际生产当中：1、叠层实体成型制造技术。设备（LOM）通过激光沿着它的轮廓线切割成为各层的箔材，最后再把各层箔材相互连起来最后得到成型零件的几何体的快速成型的高端设备。2、可以选择性进行激光烧结成型的先进设备（SLS）。通过电扫描装置的控制的二氧化碳激光，有选择性地将零件结构范围内粉末状原材料。加热至熔点时的温度，进行烧焙的并且能够快速成型先进设备。3、熔融沉积成型制造先进的设备。把固体的原材料在热喷嘴的中间融化，在电子计算机的控制下，利用挤压成型的办法，得到了零件几何体的快速成型技术和设备。4、液态光敏固化成型技术和设备液态光敏聚合物。受到了根据控制系统指令的紫外激光束的照射后的快速固化，形成相应固态截面的轮廓的快速成型技术和设备。5、三D打印成型技术，与设备按照截面轮廓的信息。喷头喷出熔化的热塑性材料石蜡或粘合剂，而成型三维实体的快速成型技术和设备。快速制造技术有以下特点:（1）制造快速；（2）技术的高度集成；（3）自由成型制造；（4）制造过程的高柔度性;（5）广泛的应用领域等。因为此项高科技的技术的独特性与技术等等的优点，让它能够成为21世纪的关系到机械加工工艺的不断可持续发展的关键技术。快速成型技术的不足之处在于适用的范围比较小，成本比一般的要高。快速成型的将来的发展方向，会以原型零件的加工制造向零件大批量的加工生产方向发展。而适用的材料也将向金属合金等热门的材料，发展力水平的一项重要的先进的制造技术，成为制造业的研究热点。介于这种情况，绿色环保的加工制造方式也是当今制造行业的热门的发展方向。所以要实现生态工业及社会，就要寄托于复合型的材料和纳米材料。介于这种情况，快速成型加工制造必将向着节能环保的方向去发展。古代的三次的加工制造使用的材料的变化形成了现如今的机械制造业；近现代的三次工业革命又一定程度的推动了机械制造业的飞快发展，不过真正意义上的推动制造技术发展是制造的那一次重大革命。总之快速成型制造将成为21世纪的最重要加工制造方法之一。1.3本文主要研究的内容要求围绕毕业设计题目，收集、整理相关的资料，认真的学习机械制造工艺规程的制订方法和流程；研究旋转定位测试实验台的结构与工作原理，绘制装配图和零件图；要求设计单件小批量生产纲领下的旋转定位测试实验台，设计重要零部件的机械加工工艺规程，并对总体的工艺方案进行经济性的综合评价，并拟写机械制造工艺过程卡片和工序卡片。要求通过该毕业设计能够锻炼培养我的分析问题并且解决问题的能力；能熟练地对机械零件进行机械加工工艺规程的设计；能熟练地掌握使用CAD软件绘制工程图纸；熟练的掌握文献查阅和论文撰写的方法。本文主要针对旋转测试试验台的三个重要零部件进行工艺设计，分别是v型块、齿轮和丝杠。其中v型块是用来定位样品的，其加工精度和材料本身的性能都有很高的要求。齿轮用来传动，使得工件可以旋转。丝杠的主要作用是使工作台能够实现进给运动。第二章V型块的工艺设计2.1V型块的零件分析V型块的作用是定位。这里我们设计的V型块主要用于支撑轴、管、套筒等圆柱形工件使工件轴心线平行于平台的工作面，以便找正划线，并实现它的精确定位。V型块定位的优点在于它的结构简单，但能实现对样品的精确定位。而且操作非常简单。此零件是加紧零件，主要加工面呈70°角。该v型槽面的加工的尺寸和粗糙度是加工时需考虑的重点。该零件和普通的V型块有些差异，设计效果图如下图1-1所示：图2-1v型块三维图从上图当中可以看出我设计的V型块在普通V型块的两边加宽了一定的距离，并且在加宽的两边设计了两个槽，这两个槽的作用是作为样品的夹紧机构的滑动导槽。另外，我们还可以看到在导槽的两边都打有七个小孔，这些小孔的间距是相等的。我设计出这些等间距的小孔主要目的就是要控制因样品间间距所产生的误差而带来对测量的结果的影响。该零件在V型槽的两边我分别焊接了两个圆柱管。这两个圆柱管是用于和装置两边的支撑板配合的。由于要求对所测样品上的若干个点（一般是四个）进行测量，要求装置中固定样品的部分能够自由旋转，这里两边的圆柱就是配合进行旋转的。图2-2v型块零件图2.2V型块的毛坯选择该零件的主要功能是保证零件的加工或测量精度，所以其表面的精度要求很高，而且需要较好的抗变形能力，所以我选择锻料作毛坯。该零件主要加工的部位是上、下表面以及V型槽，粗糙度一般要达到Ra0.1μm。毛坯图：图2-3v型块毛坯图2.3V型块的基准选择基准的选择在工艺规程设计中尤其关键，基准选择的正确合理与否，直接可以影响加工质量和工作的效率。粗基准粗基准的选择原则，为了保证非加工面和加工面的位置精度要求，用不加工面为粗基准更好一点。首先选择以中心线为粗基准，粗铣上下表面，再以上下表面为粗基准，粗铣v型面，这样便互为基准原则。精基准精基准的选择原则，为了使得基准重合，当设计的基准与工序的基准不重合时，要换算。主要是以加工好的上下表面作为精基准。2.4V型块的工艺规程表2-1v型块加工工序工序号工序名称工序内容车间设备工艺装备基准1下料锻料（170㎜×91㎜×34㎜）金工锯床通用夹具2粗铣表面加紧左右两端面，铣下端面，上端面，其他面金工X62W铣床通用夹具中心线3精铣表面精铣上、下表面表面金工X62W铣床通用夹具中心线4粗铣加宽边槽粗铣加宽边槽金工X62W铣床专用夹具中心线5精铣加宽边槽精铣加宽边槽金工X62W铣床专用夹具中心线6铣V型槽专用加紧夹具加紧，用Φ10铣10㎜槽，旋转分度盘35°铣70°槽金工X52专用夹具上下表面7热处理渗碳深度0.8~1.2，淬火HRC58~64热处理车间8中期检验切片组织分析9磨V型槽粗磨V型槽金工专用夹具上下表面10精磨V型槽精磨V型槽金工专用夹具上下表面11终期检验检查尺寸、精度是否符合要求2.6确定切削用量和基本工时粗铣加工材料：20#钢，σ=410MPa铣刀外径100mm，齿数4工序：粗铣上下表面切削深度4.5mm，背吃刀量：ap=4.5/2=2.5㎜进给量：根据«机械加工工艺手册表»【8】表1.1-47，取f=0.16㎜/r切削速度：根据«机械加工工艺手册表»【8】表1.1-46，取v=98m/min转速：=439r/min选取机床n=475r/min，所以实际的切削速度(2-1)=119m/min基本工时：(2-2)==171s（2）粗铣加工材料：20#钢，σ=410MPa工序：粗铣上下表面背吃刀量：ap=1.244/2=0.622㎜进给量：根据«机械加工工艺手册表»【8】1.1-47，取f=0.1㎜/r切削速度：根据«机械加工工艺手册表»【8】1.1-46，取v=35m/min主轴转速：=257r/min选取机床n=275r/min，所以实际的切削速度(2-3)=357m/min基本工时：(2-4)==51s2.5V型块的夹具设计V型快以左右两端面和底面定位，精铣70°V型槽。为了保证V型槽的中心线与底面的对称度精度要求，所以需要定心。为了保证零件精度设计夹具如下图：图2-4在铣V型槽时要偏转35°角，因此我们要用分度盘：图2-5第三章大齿轮的工艺设计3.1大齿轮的零件分析旋转机构是通过两个大小齿轮撵合而成的。大齿轮和V型槽的外端圆柱部分通过过赢配合连接。通过转动小齿轮，带动大齿轮旋转一定角度，最终带动V型槽转动，这样就实现了工作台的旋转功能。图3-1齿轮零件图3.2大齿轮的毛坯选择齿轮为最常用的传动件，必须要具有一定的强度才行，因此选择零件材料为45号钢。另外考虑到零件属于薄壁圆盘中小型零件，加工工序较多，加工过程中会承受冲压载荷和交变载荷，故采用锻件。由于零件属于批量生产，而且轮廓尺寸并不算大，所以采用模锻形式来制作毛坯。因为这样的话可以得到较高精度尺寸的零件并且可以很好地提高生产率。因为零件形状并不复杂，因此可以把毛坯形状尽量做的和零件差不多，这样节省时间，提高效率。毛坯图：图3-2齿轮毛坯图3.3大齿轮的基准选择两种定位方式内孔和端面定位外圆和端面定位3.4大齿轮的工艺规程大齿轮是圆柱直齿齿轮。它的参数如下：模数：M=0.5；齿数：Z=160；齿宽：B=20mm;压力角：alpha=20；齿顶圆直径：80mm；分度圆直径：80mm大齿轮的效果图如下图3-3所示。图3-3齿轮三维图旋转大齿轮大键槽的中心孔是与V型槽右边的圆柱配合的，他们通过一个标准的轴承连接在一起。表3-1齿轮加工工序工序号工序名称工序内容车间设备工艺装备定位基准1锻造锻料锻造间2正火正火工艺热处理中心热处理炉3粗车各部粗车外圆粗车端面金工CA6140外圆车刀端面车刀外圆和端面4精车各部精车外圆精车端面金工CA6140外圆车刀端面车刀外圆和端面5粗镗内孔粗镗内孔金工T500镗刀内孔和端面6精镗内孔精镗内孔金工T500镗刀外圆和端面7倒角倒角2×45°金工CA6140倒角车刀内孔和端面8滚齿加工齿轮金工Y3180滚刀内孔和端面9磨齿磨齿面齿轮磨床Y7063内孔和端面10插键槽插键槽6×1.5键槽插床内孔和端面11钻小孔钻四个小孔Φ10立式钻床床Z5140内孔和端面12去毛刺去毛刺钳工台13终结检验检验尺寸、精度3.5确定切削用量和基本工时工序一：粗车外圆（1）背吃刀量：单边余量Z=4.6㎜，三次切除，背吃刀量1.6㎜（2）进给量：根据«机械加工工艺手册表»【8】表1.1-47，取f=0.4㎜/r（3）切削速度：根据«机械加工工艺手册表»【8】表1.1-46，取v=65m/min（4）主轴转速：(3-1)=r/min=240.7r/min选取机床n=250r/min，所以实际的切削速度=67.5m/min(3-2)基本工时：(3-3)==66s工序二：精车外圆（1）背吃刀量：单边余量Z=0.4㎜，背吃刀量0.4㎜（2）进给量：根据«机械加工工艺手册表»【8】1.1-47，取f=0.2㎜/r（3）切削速度：根据«机械加工工艺手册表»【8】1.1-46，取v=35m/min（4）主轴转速：(3-4)=r/min=122.5r/min选取机床n=130r/min，所以实际的切削速度(3-5)=33m/min基本工时：(3-6)==7s第四章丝杠的工艺设计4.1丝杠的零件分析丝杠是一种精度要求相当高的零件，用来精确地定位工作台。它能够将旋转运动转变成为直线运动，并且还需要能够传递一定的动力，所以其在精度、强度以及耐磨性上都有非常非常高的要求。一般丝杆的加工，定为基准选的是中心孔，不过由于丝杠刚性较差，非常容易产生变形，或者出现圆柱度、直线度等等误差。由于丝杠螺纹是关键部位，为了预防淬火应力集中产生的变形和开裂，其加工常会采用磨削加工，这样才能够保证螺纹的工艺精度。图4-1丝杠零件图4.2丝杠的毛坯选择丝杠毛坯材料的选取，首先该材料要具备良好的加工性能，磨削时不会产生裂纹，并且能够加工出表面光洁，具有相对较小的残余应力，对刀具磨损较小。材料要有较好的热处理工艺性，并且热变形小，具有相对较高的强度，这样才能够保证丝杠的耐磨性以及尺寸大小的稳定性。一般情况淬硬丝杠常常选用9Mn2V，CrWMn等材料作为毛坯，9Mn2V具有比较好的稳定性和工艺性，适用于比较高精度的零件的加工。丝杠属于轴类零件，所以可以根据要求选择棒料或者锻料的形式来作为毛坯。对于外圆比较大的一般常选用棒料。对于相差比较大的一般常采用锻件节约时间提高效率。毛培选用锻件是用来保证机械性能。毛坯图：图4-2丝杠毛坯图4.3丝杠的基准选择在加工丝杠时，一般来说是以中心孔来作为主要的基准，而外圆用来作为辅助基准。但事实上，在加工螺纹时，外圆本身的圆柱度，同轴度都会一定程度上影响加工时的精度。所以在热处理完后，要先加工外圆，再以已加工好的外圆为基准然后再加工螺纹。4.4丝杠的工艺规程表4-1丝杠加工工序工序号工序名称工序内容车间设备工艺装备定位基准1备料9Mn2V2热处理球化退火热处理中心热处理炉3粗车各部粗车外圆、端面金工CA6140外圆车刀端面车刀外圆和端面4磨两端面磨平端面金工平面磨床M820内孔和端面5检验试样6热处理调质热处理中心7粗车各外圆粗车各个外圆，均留加工余量2㎜金工CA6140外圆车刀内孔和端面8热处理时效处理热处理中心9精车各外圆、端面、螺纹精车各外圆、端面粗车螺纹金工CA6140外圆车刀10粗磨滚珠螺纹磨内孔至Φ35金工万能外圆磨床M1432A内孔和端面11半精磨滚珠螺纹半精磨滚珠螺纹金工丝杆磨床S7432内孔和端面12精磨滚珠螺纹精磨滚珠螺纹金工万能外圆磨床M1432A13终结检验检验尺寸、精度4.5确定切削用量和基本工时工序一：粗车丝杠外圆（1)确定背吃刀量粗车外圆加工余量为4.5㎜，背吃刀量ap=4.5/2=2.25㎜(2)确定进给量丝杠长度300㎜丝杠直径18.6㎜«机械制造工艺设计简明手册»表4.2-3，f=0.56㎜/r根据«切削用量简明手册»表1.11查得：VC=1.33但由于实际车削过程中的条件的改变，查取切削速度的修正系数：K=1.0，K=1.0，K=0.73，K=1.0，KSV=0.85，K=1.0(4-1)=49.5n=247.6r/min根据CA6140车床转速«机械制造工艺设计简明手册»选择与其相近的机床转速n=254.7r/min则实际切削速度：(4-2)=80m/min综上所述此工步的切削用量：a=2.25㎜，f=0.26，n=254.7r/min，V=80m/min（3）基本工时：(4-3)==512s工序二：精车丝杠外圆（1）确定背吃刀量加工余量为1.4㎜，背吃刀量ap=1.4/2=0.7㎜（2）确定进给量丝杠长度300㎜丝杠直径18.6㎜«机械制造工艺设计简明手册»表4.2-3，f=0.1㎜/r根据«切削用量简明手册»表1.11查得：VC=1.33但由于实际车削过程中的条件的改变，查取切削速度的修正系数：K=1.0，K=1.0，K=0.73，K=1.0，KSV=0.85，K=1.0(4-4)=49.5n=247.6r/min根据CA6140车床转速«机械制造工艺设计简明手册»选择与其相近的机床转速n=254.7r/min则实际切削速度：(4-5)=80m/min综上所述此工步的切削用量：a=0.7㎜，f=0.56，n=254.7r/min，V=80m/min基本工时：(4-6)=206s工序三：粗车左端外圆确定背吃刀量粗车外圆加工余量为4.5㎜，背吃刀量ap=4.5/2=2.25㎜确定进给量丝杠长度300㎜，丝杠直径18.6㎜根据«机械制造工艺设计简明手册»表4.2-3，f=0.56㎜/r根据«切削用量简明手册»表1.11查得：VC=1.33但由于实际车削过程中的条件的改变，查取的切削速度的修正系数：K=1.0，K=1.0，K=0.73，K=1.0，KSV=0.85，K=1.0(4-7)=49.5n=247.6r/min根据CA6140车床转速«机械制造工艺设计简明手册»选择与其相近的机床转速n=254.7r/min则实际切削速度：(4-8)=80m/min综上所述此工步的切削用量：a=2.5㎜，f=0.56，n=254.7r/min，V=80m/min基本工时：(4-9)==53s结论此次设计，通过对Ｖ型块、齿轮、丝杠的机械加工工艺设计过程的制定，其中有零件的分析，毛坯的选择，工艺路线的设计，基准的选择选择合适的加工设备和刀具夹具等，确定切削用量和基本工时。还有零件工序的分析确定主轴转速，确定夹具类型，定位元件加紧方案等工作。本次设计运用到了大学四年的大量的知识，让我更牢固掌握了机械制造工艺学的知识，学会了使用机械设计手册等工具书。此外我还学到了要做好一件较复杂的事，又有一定的毅力和耐力。不过虽然基本完成了任务，但是设计过程中还是出现了很多问题，由于我对所学过的知识掌握度不够，再加上缺乏练习，所以很难熟练的去运用，幸好我得到了老师和同学的帮助，最后问题还是逐个解决了。以后的工作学习中我会不断地加固并学习新的相关专业知识，另外还要学习其他绘图软件，不断提高自己。通过这次设计，我意识到理论与实际情况的结合的重要性，只有现有的理论知识是远远不及的，只有把所学的知识和实践很好的结合起来，才能真正做的更好。通过毕业设计，将所学理论知识，以及在东风汽车公司实习中学到的实践知识进行系统的演练。并能够掌握较为复杂的机械零件的机械加工工艺设计，工艺设备的选用，以及机械制造过程中的加工方法、加工装备等基本知识，确定各工序切削用量与工时定额等方面的知识。

总之，这次机械加工工艺设计给我的帮助是非常大的，通过这次的设计，我更加深入的理解并掌握了大学所有的专业知识，增强了综合素质能力。致谢毕业设计是我及所有同学在校学习期间的最后综合课堂，通过它可以使我们的专业得基础知识、研究能力、自学能力以及各种的综合能力进行检验以及提高；通过毕业设计不但可以进一步巩固以及加强我们对基本知识、基本技能掌握，并且使自己的自学能力、资料查阅的能力、外语的能力、计算机应用的能力、工程技术及科研的能力、创新能力及团队协作的精神和吃苦耐劳精神等得到综合的训练。良好的毕业设计是对我自己大学四年学习生活的一个负责交代。经过五个多月的努力，在刘思颂老师以及同学们的指导下，顺利地完成了这次毕业设计。从开始该课题的立题直到最后的结题，遇到了很多很多的问题，例如说：样品的夹紧方式、控制样品间的间隙误差、径向的进给方式、旋转的方法。不过最终在刘老师的指导下，通过借助网络以及图书馆资料自学方式解决了上述问题。在此过程中，自己不但学到了不少的东西，而且更为重要的是首次系统地把所学的知识成功的运用于产品的设计制作当中，并且养成了使用网络上的意识，检验和提升了自己自学能力。此设计是对大学所学课程的一次重要的实践，考察我的独立计算，设计，绘图，分析以及总结能力。同时提高了查阅各种设计的手册的能力。通过此次设计，我明白了工作中不仅要有严谨求实的工作态度，而且要有正确的工程意识以及经济意识。总之本次设计为我以后的工作，提前打好了良好坚实的基础，让我能够更快的适应工作，更高效的完成工作。在此我特别要感谢刘老师和胡老师。每次遇到一些自己不能解