《转轴零件机加工工艺规程及专用夹具设计》8400字

转轴零件机加工工艺规程及专用夹具设计摘要这次课题是把转轴零件给加工出来，主要设计分成三大部，确定零件加工的工艺流程、选择验证工序的合理与否，设计切削对应的专用夹具。首先要分析零件，画出构成图，了解相关工艺性能，选好毛坯的结构，确定加工的基准面，接着确定工艺加工的线路流程；分析每一个工步的工序条件，求出相关尺寸大小，主要是为了确定每个工序用什么刀具来切削，加工的量以及余量留多少；最后设计出对应的专用夹具，夹具是一个整体，可以分成用来定位的元器件、用来夹紧的装置、引导方向的元器件、夹具本体连接到机床上的连接部位再加上其它一些部件；同时还要求出夹具定位时产生的误差，排除夹具构成操作不合理的地方，及时修改调整方案。关键词：工艺；工序；切削用量；夹紧；定位；误差目录TOC\o"1-8"\h\z\u14325摘要 I10651序言 1131402零件的分析 2167162.1零件的形状 21092.2零件的工艺分析 255383工艺规程设计 4299933.1确定毛坯的制造形式 4297803.2基面的选择 4276493.3制定工艺路线 5312653.3.1工艺路线方案一 5128583.3.2工艺路线方案二 5237323.3.3工艺方案的比较与分析 6139263.4选择加工设备和工艺装备 6270413.4.1机床选用 6276253.4.2选择刀具 6149343.4.3选择量具 650373.5机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 7113943.6确定切削用量及基本工时 8233984钻Ｍ10底孔夹具设计 16273264.1问题的提出 1641244.2转轴的定位方案设计 16285444.3定位元件的选择 16178724.4定位误差计算 16318994.5切削力计算 1795894.6夹紧力计算 1750904.7钻孔夹具使用 178604参考文献 221序言整个机械制造行业，按照用户的需求把一定形状的零件造出来，并且零件的位置以及尺寸要满足加工条件，把这些零件成功安装到机械装备上以达到加工生产的目的。机械制造行业造出来的产品，有的可以直接用到各行各业，也有的是为某种机械装备特地造的，组装在一起进行加工，市面上有相当多的制造加工的机械零件或者配合制造业的生产出来的产品。在常见的生产生活里，制造零件随处可见，所以可以看出制造业的发展也关系到是居民经济发展的快慢，制造业也就代表了国家发展的基本和支柱产业。从一些角度来看，一个国家制造水平的高低，直接决定了这个国家的经济实力，也可以看出这个国家科学发展的真实水准。在进行转轴零件机械加工时，分析之后先设计出工艺流程，选定每一步对应的专用夹具的，这其实就是对这几年学的专业课来一次实际考核过程。一个产品被生产出来，在整个加工体系里，加工毛坯时怎么定位的，怎么夹紧，安排的工艺线路是否合理，确定每一道工序的尺寸大小，当然专用夹具怎么设计也是要考虑的，专用的工装夹具可以增大生产的效率，让生产量变大，加工的精度变得更准确，也能大大减小生产成本。这次的设计综合性很强，必须要活用各种机械设计的基础理论知识点，还要注意理论数用在实际生产中有哪些不合理的地方，及时排除，这样才能很好的完善设计路线。2零件的分析2.1零件的形状这次的题目是要把转轴零件给加工出来，这个零件主要就是连接作用。分析出零件的实际构成图，从图上看，这属于典型的一种零件，结构不算复杂，实际的尺寸大小，公差在图上已标出。图2-1转轴的零件图2.2零件的工艺分析从零件图的条件，我们选45钢锻造材料的毛坯，这样的话加工起来强度足够强，有一定的磨损程度，受热以及减振能力强，如果受到的应力偏大或者零件需要耐磨寿命长都可以选这种材质。对于转轴零件，主要把下面几个面加工出来：1.加工铣出18槽的端面、加工铣出铣26四方面，表面达到=3.2的粗糙程度。2.粗加工、精加工车出直径φ32大的外圆面带倒角，表面达到=3.2的粗糙程度。3.车出外圆面，表面达到=3.2的粗糙程度。4.车出内部的孔，表面达到=0.8的粗糙程度。转轴零件加工出的两组表面之间，存在一定的位置以及尺寸关系：

(1)．加工出钻攻Ｍ10孔：

这一组表面的加工内容包含着：端面，内圆，倒角钻出孔并且攻丝。只要端面这个达到6.3的粗糙程度就可以了。其余的条件都不算高，粗车加工后继续半精车加工就可以了。(2).加工出铣10度斜槽的孔面以及倒角：这一组表面的加工内容包含着：车出直径铣10度斜槽孔面带倒角，端面达到6.3的粗糙程度就可以了，端面还要带上倒角；中心孔。其余的条件都不算高，粗车加工之后继续精车加工就可以了。车床加工时可以把内圆面直接镗工出来。3工艺规程设计这次转轴零件预估在一年里生产出1万台，1个车床每次加工1个零件出来，计划备品率是19%，废品率是0.25%，每天分两个班次轮班。这里选的是45钢材料，零件在加工的时候有一定程度磨损，所以才会选锻铁锻造的材料。从生产规模Q=10000件/年，n=1件/台来看；加上实际生产的情况，备品率α和废品率β分别选19%和0.25%代入，可以求出生产量N=2XQn(1+α)（1+β)=23859件/年3.1确定毛坯的制造形式这次加工零件是45钢锻件，主要是锻造成形的，45钢的适应能力更强，可以做成重量不同、壁厚不同的锻件，金属不同的话也可以造出来，而且这种材料还能做出形状更加复杂的锻件。这次的转轴零件主要是用来连接的，确定它在工作时受到的载荷多大，选锻造件，这会让金属纤维更有韧性，不容易断，工作加工起来就更安全可靠。上面知道年产量，已经算批量生产的程度，加上零件的外形尺寸比较小，就采取砂型锻造模式，可以让生产速度变快，加工的精度等级变高，同时也要考虑到成本高低的问题。3.2基面的选择加工零件之前要先把基准面给定下来，基准面选的对不对选的合不合理，会直接关系到产品加工出来的品质高低，生产的速度有没有影响。如果这个基准面位置确定不好，那么在接下来的工序里就会出现不同的问题，更严重的会让大量的零件报废不好用，生产也就没法继续下去了。对于转轴这样的零件来说，构成不复杂，所以粗基准面选的时候也很关键。从零件图看，选外圆的端面当成基准面的话，车出来得到的一组内圆外圆，对应的端面有可能跟零件的外形不相称，根据资料里选粗基准的原理，如果零件上有的表面不用加工的话，就该把这些不要加工的面当成粗基准面，假如不用加工的面有好几个，那么想要其中一个不加工面时，可以选一个面跟需要加工的面之间有比较高的位置精度才行。选精基准面时，最好保持是用同一个基准面，尽量重合在一起，如果设计时的基准面跟某一个工序的基准面不重叠的话，还要求出尺寸再怎么换算，是要专门计算的，这里暂时不考虑。3.3制定工艺路线加工工艺开始之前，首先要看零件的外形构成、相关的尺寸精度等级、位置的精度等级都要达到之前分析的要求。这次零件需要生产的数量还是比较多的，所以机床就选万能型的再加上专用的夹具，设计的工序尽量集中在一起完成加工任务，这样生产的速度就变快了。当然还要考虑经济实惠，控制好生产的成本。3.3.1工艺路线方案一工序号工序名称工序内容10锻锻造成型20时效调质处理30铣铣18mm槽40铣铣10度斜槽50铣铣26四方面60钻钻轴端中心孔70车粗车各级外圆80钻钻攻Ｍ10孔90车精车外圆φ32100钳去毛刺、清洗3.3.2工艺路线方案二工序号工序名称工序内容10锻锻造成型20时效调质处理30钻钻轴端中心孔40车粗车各级外圆50铣铣26四方面60铣铣18mm槽70铣铣10度斜槽80钻钻攻Ｍ10孔90车精车外圆φ3210钳去毛刺、清洗3.3.3工艺方案的比较与分析比较上面两种不同的工艺流程，第一种可以知道加工的定位以及装卸工件都是比较容易的。但是精度质量不能达到保证。第二种会用到车床，这种工序磨损小，机床的刀具需要经常换，还有一些镗加工、铣等等工序，要把对应的刀具换到机床上去。所以我们比较之后，排除不合理的地方，选取第二个方案比较合理，这样符合基准先行的原则。3.4选择加工设备和工艺装备3.4.1机床选用①.在粗车、精车工序的过程里。每一个工序的工步任务不多，这里零件生产的数量比较多，那么选卧式的车床就能车出满足要求的产品来。转轴零件的外形尺寸不算大，外表面只要达到中等精度等级，那么就确定用CA6140型号的车床。机床型号查手册，表4.2-7。3.4.2选择刀具①.我们用车床可以加工的步骤里，大多会用到车刀镗刀，刀具都是硬质合金材料做的。这里车刀我们选YG6类别的硬质合金刀，普通的锻铁件、冷硬的锻铁件、高温合金的毛坯都可以用这个车刀来加工，精加工和半精加工用得到。我们还会考虑整体的生产速度，生产成本等等方面，查看标准这里选的车刀可以用转位的(GB5343.1-85,GB5343.2-85)。②.钻孔加工我们会用到钢材质的麻花钻，高速旋转，查手册第二卷，表10.21-47，表10.2-53可以确定相关钻头的相应参数值。3.4.3选择量具这次生产数量不少，已经成批次了，所以通常量具就足够了。确定用什么量具一般分两种：第一种可以根据计量器具的不确定度去选；第二种根据计量器具的测量方式下极限误差去选。选其中一种就可以了。3.5机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定转轴用得是45钢锻件材料，查手册，表2.2-17可以知道各种不同锻件的性能参数，锻造毛坯可以达到HB=143～269的硬度，表2.2-23可以查到灰锻造毛坯的物理参数，45钢材料的密度达到ρ=7.2～7.3（），那么可以求出毛坯大概有2重。表3-1加工车间的生产规模生产规模同一种零件一年的产量[件]重型（零件重>2000kg）中型（零件重100~2000kg）轻型（零件重<100kg）单件生产5以下10以下100以下小批生产5~10010~200100~500中批生产100~300200~500500~5000大批生产300~1000500~50005000~50000大量生产1000以上5000以上50000以上从这次课题上给出的设计条件，这批零件每个月的工序总数比30～50还多，毛坯大概2重，在100以下，划分到轻型零件那类，是中批次的生产规模。从生产规模来看，所以毛坯的锻造材料主要是看它能不能适应相应的生产速度，能不能用到大批量次的生产里，查表3.1-19，可以知道不同的特种锻造材料的区别，对应的特征，运用的用范围，再查表3.1-20，联合考虑不同锻造方式的成本，这里可以选机器砂模锻造出来的造型锻件。表3-2成批次以及大批量生产锻件的尺寸公差等级锻造的方式公差等级CT灰锻造件砂型手工造型11~13砂型机器造型以及壳型8~10金属型7~9低压锻造7~9熔模锻造5~7比较参数可以选金属型，确定为7级的公差等级。表3-3锻造件的尺寸公差锻造件的基本尺寸公差等级CT大于至8631001601001602501.61.82.0参考表格数据，锻造件的尺寸大小在100到160之间，公差等级在8级的公差数值等于1.8。表3-4锻铁件的加工余量（JB2854-80）锻造件的尺寸大小加工余量级别浇注时的位置>120~2506.04.0顶面、侧面底面锻孔的加工余量留多少，大多是看浇注液体材料时的位置，看顶面流出余量多少来确定。参考上面的资料加上确定好的工艺流程，我们可以对应的选出加工面的切削剩余量多少、工艺中尺寸的大小、毛坯的尺寸大小。3.6确定切削用量及基本工时确定切削的量包括三种参数，切削进工件的深度、进给的量、切削的速度。首先要确定切削进去的深度多少、进给的量，最后再定加工的速度。查手册，把转轴零件每一个加工的工序的切削的量选出来工序钻轴端中心孔切削后，其之深。先对钻孔加工之时，时速进行确认还有就是进给的量，选用原材料是硬度质量的合金钻头用以对麻花钻生产，详细的参数：，依有关的设计资料和设计方向届时，查得，，依据上面的数据进行计算主要的轴在转动时候的时速，我们依据有关设计资料和设计方向T61卧式镗床主要的轴的在转动之时速表格，此处当为，此后还需求算真实切断之时，时速。耗费基本时长，此后从大量资料中搜罗，算出钻削加工时耗费机动时长，，，=（1~4），钻孔时，其之深，，，与设计有助机械工艺手册，再三观察可有工序铣26四方面机床：选X62W型号的铣床刀具：选类别硬质合金材料的刀具，面铣刀，，个齿轮。一条边留的余量：Z=3mm铣削进工件的深度：精铣加工表面的剩余量：Z=1.0mm铣削进工件的深度：一个齿轮进给的量：这里选，铣削的速度一个齿轮进的量：这里选，铣削的速度机床的主轴旋转的速度：查资料求出铣削加工时实际的工作速度：进给的量：工作台一分钟进给的量：：,这里选确定切削的时长被切削的长度：毛坯确定长，刀具切进工件的长度：刀具切出去的长度：工序只要走1次刀机动的时长：机动的时长：算出这一道工序总的时长工序：铣18mm槽机床：选X62w铣床刀具：铣刀选的是钢材料锥柄铣刀，高速旋转加工。切削进去的深度：进给的量：这里选。切削的速度：这里选。主轴旋转的速度：，查资料求出铣刀旋转时实际的工作速度：确定切削的时长被切削的长度：刀具切进去的长度：刀具切出去的长度：这里选工序只要走1次刀机动时间：工序铣10度斜槽铣床选Ｘ62Ｗ铣床，属于普通型铣刀选YG6硬质合金材料。刀杆的长度是=，刀片有厚。①.确定车进工件的深度工序只要走1次刀②.确定进给的量多少查手册可以知道刀杆的长度，，进给的量在=0.5～1.0范围查手册：=0.7对于CA6140的机床，进给力大小=3530。如果，，=，确定进给力大小：=950。求出实际加工时进给力大小：=950=1111.5那么=是满足加工条件的。③.确定刀具磨损的量，耐用的时长查手册，磨损的最大程度确定为，车刀能用=的时长。④.求出切削的速度==63===120这里用的是Ｘ62Ｗ型号的铣床=125那么求出实际加工时的速度：==⑤.对机床的功率进行验证查手册可以知道=～，，，如果加工的速度在，=那么真正工作时的功率大小：=1.7=1.2对于CA6140型号的机床上进行，确定下加工的量：=3.75，=，==，=工序粗车各级外圆车刀选YG6硬质合金材料的刀，车刀可以转位进行加工。刀杆的长度=，刀片有厚。①.确定车进工件的深度工序只要走1次刀②.确定进给的量多少查手册刀杆的长度，，进给的量在=0.5～1.0范围里对于CA6140的机床，进给的量=0.7对于CA6140的机床，进给结构能承受的最大的进给力=3530。求出实际加工时进给力大小=950=1111.5那么=是满足加工条件的。③.确定车刀磨损的量，耐用的时长查手册，对于切削用的后刀面，最大的磨损程度确定为，车刀能用=的时长④.求出切削的速度刀具用的是型号硬质合金材料，200～219硬度的锻造件，，切削的速度=。==63===120对于CA6140型号的车床=125实际工作的速度：==⑤.对机床的功率进行验证如果加工的速度在，=车床功率的修正系数选=0.73，=0.9，求出时间的功率大小：=1.7=1.2=1.25，=，==，=工序精车外圆φ32机床：选CA6140车床刀具：车刀，工作时高速旋转。切削进工件的深度：进给的量：这里选。切削的速度：这里选。主轴旋转的速度：，查资料那么求出实际工作时切削的速度：切削加工的时长被切削的长度：刀具切进去的长度：刀具切出去的长度：这里选工序只要走1次刀算出机动的时长：工序钻攻Ｍ10孔刀具：钻头硬质合金材料。切削进工件的深度：进给的量：这里选。切削加工的速度：这里选。主轴旋转的速度：查资料算出实际工作时切削的速度：算出切削的时长被切削工件的长度：刀具切进去的长度：刀具切出来的长度：，这里取工序只要走1次刀求出机动的工作时长：攻丝Ｍ10。对于丝攻的后刀面，能承受的磨损程度最大数在0.5～0.8mm刀具工作的时长在T=60min①.确定进给量的大小查手册，对于进给的量在f=0.25～0.65以内选，查表，进给的量确定在f=0.60。②.确定切削加工的速度快慢查手册表10.4-17，工件是190HBS锻造，用镗刀在工件上钻孔时，定下切削速度的轴向力大小，扭矩力大小，功率的高低，那么选定加工速度V=12，参手册表10.4-10，钻头相应的孔时，不管什么条件下，切削时的修正系数是K=1.0，R=0.85。V=12=10.32那么==131查表n=150求出工作时切削的速度===11.8③.求出切削的时长查手册表10.4-43，求出钻孔加工时机动的时长：T=其中l=，l=5，l=2～3那么求出t==9.134钻Ｍ10底孔夹具设计4.1问题的提出此次设计的转轴在钻加工钻Ｍ10底孔的过程中，普通夹具机械零件难以使用。主要是无法解决在实际的加工过程中的难以定位和刀刀具进行引导，为了解决在加工过程中定位和夹紧过程中存在的问题，在此次设计的过程中，设计专用夹具来完成这一工序的加工，夹具设计的时候还需要考虑零件的装夹效率，因此在此次设计中采用了自动夹紧装置。4.2转轴的定位方案设计此次设计的夹具是钻床夹具，主要用于钻加工钻Ｍ10底孔。首先考虑零件的加工定位，设计中可以使用定位块及端面定位，限制零件的自由度，其次要考虑零件的夹紧方式，设计中采用手进行夹紧。还需要考虑刀具的导向，与机床的连接问题。此次设计的转轴的加工夹具，采用六点定位原理，限制零件6个自由度，选用零件的底平面基准面进行定位限制住零件XY方向移动的自由度，端面设置垫块旋转的自由度，然后用定位块与垫块端面基准面进行定位限制Z方向移动及XY方向旋转，这样使用外圆及端面控制零件的6个自由度，这样零件的具体的位置就被完全的确定下来了，此次设计的过程中采用的夹紧方式是使用手动压紧进行装夹，可以有效的提高零件的加工效率。4.3定位元件的选择本文所设计的转轴的铣夹具是由定位定位块进行定位的，此外还有支撑板和垫块。夹具的定位块在实际的使用过程中会产生磨损，为了持久的保证零件的加工定位精度，因此在设计的时候要求对零件进行淬火处理，增加零件的硬度，这样零件的表面的硬度就会提高很多，因此在设计的时候除了提高定位原件的加工精度还需要提高表面硬度。4.4定位误差计算在此次设计过程中定位块设定为竖直放置，求其极端条件下的定位误差尺寸26±0.3mm的定位误差计算Φ8.5孔定位面的设计基准是零件的底部安装面，设计中使用底面定位，因此定位基准与设计基准统一，基准不重合误差ΔB=0mm；在实际的加工过程中，在压板夹紧力的作用下，零件底面与定位原件紧密接触，因此基准位移误差为ΔY=0因此定位误差ΔD=ΔY+ΔB=0+0=0.mm，因此这样的定位基准的选择是能够满足零件的加工需求的。尺寸8.5±0.3mm的定位误差计算Φ8.5孔定位面的设计基准是零件的φ8.5中心，设计中使用圆柱中心定位，因此定位基准与设计基准统一，基准不重合误差ΔB=0mm；在实际的加工过程中，由于定位的配合存在一定的间隙，因此基准位移误差为ΔY=0.032因此定位误差ΔD=ΔY+ΔB=0+0.032=0.032mm，因此这样的定位基准的选择是能够满足零件的加工需求的。4.5切削力计算由于本道工序主要完成钻削φ17.5孔的钻削加工，钻削力由《切削手册》切削力计算得：切削力（3-1）切削力矩（3-2）式中：D=21.8mm代入公式（4-1）和（4-2）得F=3508NT=5997N.mm4.6夹紧力计算夹紧装置设计的基本要求是有两点一点要求夹紧装置在夹紧的过程中零件的在夹具上的位置不能发生改变，这也就要求了夹紧力的方向必须是与主要的定位基准垂直，其二要求夹紧装置必须提供足够的夹紧力，保证零件在加工的过程中零件的位置不发生改变，并有足够的强度。4.7钻孔夹具使用此次设计的夹具是钻床夹具，主要用于钻零件钻Ｍ10底孔。首先考虑零件的加工定位，设计中可以使用定位块及端面定位，限制零件的自由度，其次要考虑零件的夹紧方式，设计中采用手动夹紧。此设计采用的是快换钻套对刀具引导，零件的定位块经过淬火处理，定位精度更高，抗磨损也更好，因此此次夹具设计是实际的生产加工中切实可用的夹具。图3-9夹具装配设计图这次设计的零件钻孔夹具通过螺栓与机床工作台进行连接，采用两个M10螺栓。夹具安装前对机床工作台面进行清理，然后进行校正安装，最后对零件在夹具上的位置进行安装，确保安装面清洁。安装工件，将工件安装在定位原件上，保证定位面清洁，定位面与工件接触；转动手柄开关，开动机床，将机床刀具对准钻套；完成钻孔加工后，转动手柄开关，取出零件并清理工作面，等待下一次安装。结论在整个设计过程中，用到了大量的制造专业技术资料和设计手册，让我切身感受到了知识运用的重要，虽然每个知识点都学过