手柄轴加工工艺及夹具设计.doc
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摘要
机械加工工艺制造是现代主流的针对不同领域的产品结构进行加工工艺方法，是当今世界现代机械制造业主要加工部门，伴随着当今社会计算机技术和电子技术的发展，促进了机械加工工艺方法的完善和普及。
是国家兴旺发达的重要途径之一，其中机械加工工艺技术水平高低都关乎到国家整体实力的高低。
手柄轴零件工艺分析是在保证加工成型后的产品能够以高生产率、高工作效率、低加工成本的前提下加工工艺分析分析手柄轴零件的毛坯、定位基准的选择等等方式，确定手柄轴零件的结构分析以及主要作用等等。
以此为基础优先确定一条属于手柄轴零件的加工工艺路线，然后站在这条加工路线上设计进行专用夹具设计。
在机械制造各行各业的工艺过程之中，大量应用着各类不同的，主要功用为用来固定加工对象，使它们能够处于正确位置，便于操作施工的一种工艺装备，我们称之为夹具。
因为其特性如此，所以目前无论是在机械加工，装配，检验，还是在焊接，热处理等冷，热工艺中，甚至运输工作中都大量使用夹具。
在这过程中，需要考虑到手柄轴零件加工成型的特点要包括整体性、相对性以及灵活性制造等特性。
满足手柄轴零件的加工需求以及成型后能够在工作环境使用。
尽可能做到此加工方法在现实生活中机械加工工艺方法批量生产手柄轴零件产品加保质保量。
体现了本文毕业设计的主要目的和主题。
关键词：
手柄轴零件；工艺规程设计；专用夹具设计
Abstract
Machiningtechnologymanufacturingisthemainstreamofmodernprocessingtechnologyfordifferentproductstructuresindifferentfields.Itistheworldmodernmachinerymanufacturingindustry'smainprocessingsector.Withthebirthofcomputertechnologyandelectronictechnologyinmodernsociety,itpromotestheimprovementandpopularizationofmachiningtechnology.Itisoneoftheimportantwaysforthecountrytoprosperanddevelop,andthelevelofmechanicalprocessingtechnologylevelisrelatedtotheoverallstrengthofthecountry.
Theprocessanalysisofhandleshaftpartsistodeterminethestructureanalysisandthemainroleofthehandleshaftpartsbymeansofprocessanalysisandanalysisoftheblanksofthehandleshaftparts,selectionofpositioningbenchmarks,etc.,onthepremiseofensuringthattheprocessedproductscanbeofhighproductivity,highworkefficiencyandlowprocessingcost.Intheprocessofmachinerymanufacturinginallwalksoflife,alargenumberofdifferenttypesofapplication,themainfunctionisusedtofixprocessingobjects,sothattheycanbeinthecorrectposition,easytooperatetheconstructionofaprocessequipment,wecalledfixture.Becauseofitscharacteristics,itiswidelyusedinmachining,assembly,inspection,welding,heattreatmentandothercoldandhotprocesses,andevenintransportation.Onthebasisofthis,aprocessingtechnologyroutebelongingtohandleshaftpartsisdeterminedfirst,andthenspecialfixturedesigniscarriedoutonthebasisofthisprocessingroute.Inthisprocess,itisnecessarytotakeintoaccountthecharacteristicsofshafting,includingintegrity,relativityandflexiblemanufacturing.Itcanmeettheprocessingrequirementsofhandleshaftpartsandcanbeusedinworkingenvironmentafterforming.Asfaraspossible,thisprocessingmethodinreallifemechanicalprocessingprocessmethodbatchproductionofhandleshaftpartsproductswithqualityandquantity.Itembodiesthemainpurposeandthemeofthisthesis'sgraduationproject.
Keywords:
HandleShaftParts;ProcessPlanning;SpecialFixtureDesign
II
绪论
在国民经济中占有举足轻重的地位便是制造业，它是一个国家或地区重要的发展支柱。
机械制造技术的重要载体就是机床等制造设备，它们通常代表着一个国家的技术水平和生产能力的强弱，肩负着为国民经济各部门供给现代化的优质技术装备的任务。
在机械制造中，为了合理有效的完成加工过程、装配过程和检验过程，使用了大量的夹具，因为需要对加工对象进行固定，使它们处于正确的位置，所以需要使用来接受施工或者检测的装置。
合理有效的使用夹具，能够大幅度提升劳动的生产率，增加加工精度，节省大量资源，增幅机床的加工范围，改进劳动条件。
本次我主要做的是机床中手柄轴加工工艺方案设计并设计出指定工序的夹具，以此为切入点进而了解零件整个的加工过程。
通过这种方法,我能顾充分的利用大学课堂及课外所学到的相关专业知识及各种相关的电脑软件，从而正确地解决一个零件在加工中的定位、夹紧以及工艺路线安排、工艺尺寸确定等问题，以保证零件的加工质量。
提高结构设计能力。
经由夹具设计的培训，依照加工零件的加工要求，仔细讨论了手柄从坯料到成品的机械加工工艺。
分析了操纵杆的结构特点，主要加工面，制定了相应的加工工艺规则。
对于操纵杆部件的主要技术要求，设计了相应的固定装置旨在获得设计高效，省力，经济且能够确保加工质量的固定装置的能力。
它是机械加工不可或缺的一部分。
在高速，高效，精密，复合，智能和环保的机床的推动下，夹具技术正朝着高精度，高效率，模块化，组合化，通用化和经济化方向发展。
近年来，伴着着数控机床，加工中心，柔性制造单元，柔性制造系统等现代化加工设备的广阔使用，传统的加工方法发生了重大变化，并且人类对于夹具的需求已经由过去的装夹、定位、引导刀具定位为装夹、定位，设备数字处理功能的扩大完全取代了夹具导向工具的功能，对夹具的快速定位和快速夹紧提出了更高的要求，我们可以从国内外现状进行一定的分析。
国内发展历史：
中国的国内夹具历史始于上个世纪60年代，当那时成立了机械工业的大型组合夹具，并建立了航空工业的保定向阳机械厂。
之后还建立了几家生产组合夹具部件的工厂。
那时，它的规模一度达到了全国组合夹具年产800万件的水平。
上个世纪80年代之后，两家工厂自主开发了适用于数控机床和加工中心的孔系统组合夹具系统，不仅仅满足了国内需求，甚至还出口到美国等西方国家。
目前，中国每年仍需要进口大量的数控机床和加工中心。
然而，国外制造的配套孔系夹具通常十分昂贵，到了如今大多数是由国自行配套，节省了大量的外汇。
国外夹具开发的历史：
从国际视角来看，俄罗斯，德国和美国是组合夹具的重要生产国。
目前，国际夹具公司都是中小型企业。
专用夹具和可调装置主要接收本地和国内订单，然而普适性强的组合夹具已逐渐成熟为各种国际贸易中的一个主要品种。
关于夹具和组合夹具的产值和交易量仍然缺乏相关的统计数据，但是欧洲和美国市场的加工中心的一组加工中心的夹具以及组合夹具的大型基础部件特别昂贵。
由于中国组合夹具技术的有很强的历史积累和性价比的优势，随着中国进入世界贸易组织成功的加入到了全球一体化的主流中去，特别是电子商务的不断发展，有很大的商机和进一步扩大进出口的良好前景。
国内外机床夹具发展现状：
权威机构的统计表示，中、小批多品种生产的工件种类已占目前工件种类总数的百分之八十五左右。
现代生产任务要求企业所制造的产品种类经常进行实时更新，为的就是在竞争激烈的市场上让自己拥有生存空间。
但是，普通的企业仍然习惯于使用大量的老式专用夹具。
一般来说，在中等生产能力的工厂里，约有数千甚至数万个特殊的专用夹具固定装置。
另外一方面，在多产品生产企业中，50-80%的夹具每三或四年就会更新一次。
改革开放25年来，中国制造业经历了快速增长。
它的推动力来自以下两个方面。
首先，国内需求强劲是国内基础设施建设的需求，其次就是是国际产业的转移。
中国制造业的GDP份额一直比较高，因为我们现在正处于工业化的中间期，目前世界上的制造强国排名第一名是美国，第二名是日本，2003年中国超越了德国。
可以看出，虽然美国的服务业已超过百分之八十，但它仍然是世界上最强太的制造业国。
所以可知，制造业的增长速度总是快于GDP，它已经成为中国最大的产业和国民经济重要的一部分。
毕业设计与其实践内容对于所有即将毕业的大学生来说是非常关键的，它对我们以后步入社会工作岗位有很多的帮助。
对于我们机械设计制造及其自动化的专业来说，在日后的工作学习中会经常要做关于这方面的专用夹具设计的工作，在此，我以手柄轴零件为例子，主要针对夹具设计和工艺规程进行思考、设计。
并且毕业设计可以提早将熟悉所学的知识技巧加以综合灵活的运用，形成一种巩固、丰富知识学库的作用，提高自身的分析能力以及解决问题能力。
所以，完成设计的过程还对自己是有很大益处的。
专用夹具装夹技术是新兴起的一门新的加工工艺技术，它是随着计算机电子行业的前进发展，进一步对种类齐全的机床加工的补充和完善。
因此围绕这点设计手柄轴零件。
从他的作用开始进行分析结构加工难易度等，进而完成工艺规程的设计和专用夹具设计。
手柄轴零件的机械加工工艺规程及夹具设计是让我设计机械零件加工过程的主要流程包括以下几个方面：
1、绘制出手柄轴零件的零件图和装配图；
2、对手柄轴零件的结构和规程进行分析；
3、确定手柄轴零件的加工工艺流程制；
4、绘制手柄轴零件的加工工艺卡。
5、针对手柄轴零件的专用夹具分析其可行性。
第1章零件的工艺性分析
1.1零件的技术要求分析
手柄轴零件如下图1-1所示，属于典型的轴类零件，是机床操纵杆上面的一个零件，该零件的主要功能是传递扭矩。
工人操控手柄即可使操纵手柄获得不同的转动位置，从而使机床主轴正向转动、反向转动或停止转动。
图1-1手柄轴CAD零件图
图1-1手柄轴零件图可以看出此零件的形状比较复杂，是由轴段、内孔、空刀槽、U型槽等部分组成的零件。
从上图分析如下：
两段轴外圆φ17.2和两段轴外圆φ20加工表面的粗糙度为通过去除材料的方式得到的1.6μm；两个U型槽以及15.7×3空刀槽的槽壁加工表面的粗糙度为通过去除材料方式得到的3.2μm。
右端外圆斜度15度的斜轮廓的粗糙度为去除材料兼抛光得到的0.8μm。
其余加工表面的粗糙度为去除材料方式得到的6.3μm。
由此来看此零件的加工精度很高，因此应根据每个加工表面的粗糙度进行不同的加工方法以及加工阶段。
1.2零件结构工艺性分析
手柄轴零件的在加工前，要思考手柄轴的尺寸精度要求和粗糙度粗糙度要求等，又要看清图纸每一条线，每一个粗糙度，各个尺寸所在的位置，因为此零件属于结构复杂性的加工零件，所以在选择定位基准时，需要按照图纸的要求，保证其加工精度要求以及表面精度要求。
因此手柄轴零件结构分析如下：
1、手柄轴零件的结构上较为复杂，在轴类分类划分为阶梯轴，其中多斜面和槽以及螺纹底孔、阶梯孔、空刀槽等等结构构造，但其内孔以及轴段的轴线都与各自的端面（或外圆）垂直，便于进刀退刀加工。
2、手柄轴零件的内孔适合定位，可以作为设计基准加工其余表面和内孔。
3、手柄轴零件的结构对称，左端轴段结构可以定位。
因此只要定位得当，加工难度就会变得降低，有利于提高生产成本。
手柄轴零件在加工时，不仅要考虑它的尺寸精度及形位公差，还得看清图纸，所有的尺寸所在位置，我们简单对这个零件进行分析，它的布局比较合理，如进行加工也会十分方便，而且上图清晰度较高，尺寸标注也较为全面，它能够全面的描绘出物体的尺寸形状，符合标准要求。
因为这个零件属于复杂性的加工件，所以在选择加工面和定位基准时，都得按严格按照图纸的要求来进行，保证其能够符合要求。
第2章工艺规程设计
2.1毛坯的选择
1.零件的材料及机械性能要求
毛坯的种类是由零件材料的工艺特性和力学性能来大致决定的。
比如铸铁零件使用的是铸造毛坯；对于钢质零件如果形状较简单且力学性能要求不高时常用棒料，对于材质是属于钢类的毛坯，为了获取足够优越的机械性能、具备较高的强度和刚度等条件下，应选用锻造（少量钢类也可采用铸造的方式比如铸钢），如毛坯的结构上形状较为复杂，并且对力学性能要求较低时时，可用选择铸钢类型；对于有色金属材料的毛坯（例如铝合金等），通常选用的是铸造毛坯，假如形状是圆柱体，那么可选择棒料（或下料），形状是板类构造应选择为型材。
2.零件的结构形状与外形尺寸
由于上述手柄轴零件的作用和用途一般情况下选择为钢类材质的范畴。
而且结构对称，右端外轮廓比较难以加工，切削性能比较差。
因此选择为锻造的方式进行机械制造加工。
其手柄轴零件的作用需要比较好的强度和刚度。
因此选择牌号为45#。
因此综合以上的制造方法分类为锻造的方式。
3.综合以上绘制毛坯图以及各尺寸的加工余量如下图：
图2-1手柄轴毛坯图
2.2选择定位基准
根据手柄轴零件图选好手柄轴在夹具的定位基准，可以提高定位基准和减少定位误差的超出。
因此有效的定位基准可以提高工作效率和产品产量的增加。
减少资源的浪费。
基准包含有粗基准、精基准两种设计基准。
粗基准是用未加工过的毛坯表面作为定位基准（一般是第一道工序为粗基准）；精基准·是已经加工过的毛坯表面。
除此之外，还有辅助基准。
辅助基准是辅助定位不加工毛坯表面，但是本身并不占有一定的自由度。
不过文本并不需要辅助基准。
在现实生活中，并非需要完全按照这些定位基准的原则来，因为在对被加工工件进行定位基准的原则上，是比较矛盾与冲突。
无法做到定位基准重合又统一的原则、同时还能做到定位可靠方便等等等所有原则。
因此在选择时，应从实际加工时，从零件的结构和定位基准上综合考虑选择。
因此，综合选择加工零件的加工表面选择手柄轴零件的轴段外圆φ20（粗基准）以及右端的端面（精基准）为定位基准，因根据其加工工序的合理的选择定位基准设计专用夹具进行装夹，提高零件加工的产量。
2.3拟定加工工艺路线
由上述技术要求和粗糙度以及定位基准等条件进行合理的分析，此手柄轴零件的主要加工表面是孔系、轴系。
通常情况下，确保轴的加工精度通常要比确保孔系的加工精度要更加容易。
因此，对于手柄轴零件来说，首先确保孔系和轴系在加工过程中保持着加工尺寸精度要求及他们彼此之间的位置精度要求。
其次确定热处理调质处理提高毛坯的强度和刚度。
最后是根据不同的定位基准和加工方法加工成型后保证达到图纸要求。
表2-1方案一
工序号
工序名称
工序内容
01
锻造
锻造
02
车
夹小端平大端端面见光
粗车外圆φ40留量1mm
03
车
掉头平端面总长留量1mm
粗车外圆φ20φ17.2留量1mm
04
车
精车外圆φ20φ17.2成
切φ15.2x1.5，3x0.5，φ15.7x3，φ19x3槽成
05
车
掉头平端面保证总长
精车外圆φ40x15°成
06
铣
铣φ17.2φ20外圆5mm键槽成
07
钻
上夹具钻φ40x15°斜孔M10深22锪φ14深3.5成
08
抛
对15°外圆及端面抛光处理
09
检验
检验
表2-2方案二
工序号
工序名称
工序内容
01
锻造
锻造
02
车
夹小端平大端端面见光
精车端面保证总长
粗车外圆φ40留量1mm
03
车
掉头平端面总长留量1mm
精车外圆φ40x15°成
04
车
粗车外圆φ20φ17.2留量1mm
精车外圆φ20φ17.2成
切φ15.2x1.5，3x0.5，φ15.7x3，φ19x3槽成
05
铣
铣φ17.2φ20外圆5mm键槽成
06
钻
上夹具钻φ40x15°斜孔M10深22锪φ14深3.5成
07
抛
对15°外圆及端面抛光处理
08
检验
检验
从方案一和方案二的选择可以看出方案一将粗精加工阶段分开，这样的得好处是可以递减减少因为精加工导致的对加工表面的破坏以及在前期加工夹具的定位精度的要求也会随之降低。
这样可以减少废品率的产生。
方案二是同一工序完成粗加工阶段以及精加工阶段。
如此的好处是能够保证加工的精度，两者的选择各有优劣。
但是从上述15°外圆以及端面的粗糙度要求非常高，且加工表面很容易因为破坏导致故障的出现。
因此综合选择方案一。
2.4加工工艺装备的选择
1.机床的选择
表2-3机床选择卡
工序号
工序内容
机床型号
02-1
夹小端平大端端面见光
CA6140卧式车床
02-2
粗车外圆φ40留量1mm
CA6140卧式车床
03-1
掉头平端面总长留量1mm
CA6140卧式车床
03-2
粗车外圆φ20φ17.2留量1mm
CA6140卧式车床
04-1
精车外圆φ20φ17.2成
CA6140卧式车床
04-2
切φ15.2x1.5，3x0.5，φ15.7x3，φ19x3槽成
CA6140卧式车床
05-1
掉头平端面保证总长
CA6140卧式车床
05-2
精车外圆φ40x15°成
CA6140卧式车床
06-1
铣φ17.2φ20外圆5mm键槽成
X51立式铣床
07-1
上夹具钻φ40x15°斜孔M10深22锪φ14深3.5
Z525立式钻床
2.冷却液的选择
（1）切削过程中的摩擦和降低主要来靠切削温度切削液来减少。
正确的使用切削液，对提升刀具耐久度和加工表面质量及加工精度起重要的作用。
（2）非水溶性切削液：
切削油、固体润滑剂，非溶性切削液主要用来润滑。
（3）水溶性切削液：
水溶液、乳化液，冷却和清洗主要由水溶性切削液来完成，并且效果优良。
所以本次设计加工时使用水溶液进行冷却。
3.刀具的选择
刀具选择关系到机床对被切削工件进行加工的主要工艺装备之一。
其中刀具的材质、刀具的型号、刀柄的长短等等都会影响被切削的工件加工表面。
近年来陶瓷材质、可转位、复合型等等刀具异军突起，这些都有利于切削被切削加工件。
但是在性价比上还是比高速钢、硬质合金等材质的刀具稍逊一筹。
因此各有各的优劣。
应根据好被切削加工工件的过程中合理的选择刀具。
刀具选择如下：
表2-3刀具卡
刀具号
刀具名称
刀具规格
刀具材质
T01
端面车刀
16×25
硬质合金
T02
外圆车刀
16×25
硬质合金
T03
外切车刀
0.5mm宽
硬质合金
T04
外切车刀
3mm宽
硬质合金
T05
外切车刀
1.5mm宽
高速钢
T06
立铣刀
φ5，齿数3
高速钢
T07
麻花钻
φ8.2
高速钢
T08
锪钻
φ14
高速钢
T09
机用丝锥
M10
高速钢
2.5切削用量和基本工时
工序02-1：
夹小端平大端端面见光
选用T01刀具号
切削深度：
确定进给量：
择选=0.5mm/r，
确定切削速度：
择选=60m/min
换算成主轴转速则
相近的转速为450r/min。
换算成实际切削速度
基本工时：
被切削长度，由于刀具的主偏角为，因此切入长，取切出长度，取，进给次数是1，则有：
工序02-2：
粗车外圆φ40留量1mm
选用T02刀具号
切削深度：
确定进给量：
择选=0.5mm/r，
确定切削速度：
择选=60m/min
换算成主轴转速则
相近的转速为500r/min。
换算成实际切削速度
基本工时：
被切削长度，由于刀具的主偏角为，因此切入长，取切出长度，取，进给次数是1，则有：
工序03-1：
掉头平端面总长留量1mm
选用T01刀具号
切削深度：
确定进给量：
择选=0.5mm/r，
确定切削速度：
择选=50m/min
换算成主轴转速则
相近的转速为680r/min。
换算成实际切削速度
基本工时：
被切削长度，由于刀具的主偏角为，因此切入长，取切出长度，取，进给次数是1，则有：
工序03-2：
粗车外圆φ20φ17.2留量1mm
选用T02刀具号
切削深度：
确定进给量：
择选=0.5mm/r，
确定切削速度：
择选=50m/min
换算成主轴转速则
相近的转速为750r/min。
换算成实际切削速度
基本工时：
被切削长度，由于刀具的主偏角为，因此切入长，取切出长度，取，进给次数是4，则有：
工序04-1：
精车外圆φ20φ17.2成
选用T02刀具号
切削深度：
确定进给量：
择选=0.15mm/r，
确定切削速度：
择选=80m/min
换算成主轴转速则
相近的转速为1200r/min。
换算成实际切削速度
基本工时：
被切削长度，由于刀具的主偏角为，因此切入长，取切出长度，取，进给次数是4，则有：
工序04-2：
切φ15.2x1.5，3x0.5，φ15.7x3，φ19x3槽成
选用T04刀具号，此处切削φ19×3空刀槽
切削深度：
确定进给量：
择选=0.3mm/r，
确定切削速度：
择选=60m/min
换算成主轴转速则
相近的转速为960r/min。
换算成实际切削速度
基本工时：
被切削长度，由于刀具的主偏角为，因此切入长，取切出长度，取，进给次数是1，则有：
工序05-1：
掉头平端面保证总长
选用T01刀具号
切削深度：
确定进给量
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