车削工艺的夹具毕业设计论文.docx
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车削工艺的夹具毕业设计论文
毕业设计
基于UG平台的偏心轴的加工分析及车削工艺的夹具设计
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摘要3
Abstract4
一绪论6
1.1偏心轴车削加工的简介6
1.2UG简介7
1.3论文的主要工作7
二偏心轴的机械加工工艺规程7
2.1零件工艺分析7
2.2毛坯设计8
2.3加工方法的选择9
2.4定位基准的选择9
2.5划分阶段10
2.6热处理工序安排10
2.7加工尺寸和切削用量10
2.8拟定工艺过程11
三确定夹具零件图及部分零件设计14
3.1设计卡盘零件14
3.2设计卡盘中卡罐的零件图15
3.3确定零件工艺整个工装16
四结语17
致谢18
参考文献19
摘要
机械传动中，由回转运动变为往复运动，往往是由偏心轴和曲轴来完成的。
机械的开会和缩紧也往由偏心零件来完成的，可见偏心零件在机械制造中运用的非常广泛。
本课题来源于生产实践，充分利用所学的机械制图、机械设计及机械制造等课程，了解针对偏心工件的特点，通过UG软件，利用该软件制图功能，完成偏心工件类零件偏心外圆车组合夹具的设计。
通过分析偏心工件类零件传统加工手段和三爪微调车削法,得出了加工困难、效率低、互换性差及精度不易保证的结论,针对其缺陷提出了高效加工高精度偏心工件类零件的工艺方案——组合夹具车削法。
加工精度要求比较高或批量较大的偏心工件类零件的车削加工,均适合采用专用夹具车削法。
在课题的研究设计阶段，首先从众多的零件中选择一个作为设计夹具的零件。
针对该零件的结构特点，制定该零件的加工工艺。
其次要了解夹具的相关知识，结合零件的结构特点选择需要的夹具元件，设计出夹具的大体结构。
机床夹具作为一种重要的工艺装备在机械制造工艺过程中起着十分重要的作用，它的设计不但要保证工件的加工质量，提高加工效率，降低成本，在操作维护中安全方便还要注意到夹具结构的标准化，夹具制造的精密化。
为了保证夹具组装精度，需要学习了解工件定位原理。
根据这些原理结合零件的结构特点确定零件在夹具中以轴外圆作为定位，计算夹具的定位精度与夹紧力保证零件在夹具上的加工精度。
然后使用UG绘图软件参考《夹具设计手册》绘制夹具元件的机械图，完成夹具的设计。
关键词:
偏心轴； 车削； 夹具
Abstract
Thistopiccomesfromproductionpractice,makefulluseofwhathavelearnedmechanicaldrawing,mechanicaldesignandmechanicalmanufacturing,andotherprograms,tounderstandthecharacteristicsfortheeccentricshaft,throughtheUGsoftware,theuseofthesoftwaremappingfunction,completewitheccentricshaftpartsspecialcombinationjigturningdesign.Inthispaper,thetraditionalprocessmethodsandthethreejawfinetuningturningmethodwereanalyzed,afterthat,aconclusionthattheprocessoneccentricshaftpartsaredifficulties,lowefficiency,poorinterchangeabilityanddifficulttoguaranteetheaccuracycanbedrawn.Finally,accordingtotheshortcomingsoftheoriginalprocessmethods,atechnologyprogramforprocesshighprecisioneccentricshaftpartsspecialcombinationjigturningmethodisputforward
Intheresearchprojectsinthedesignphase,firstselectfromanumberofpartsasthedesignofafixtureparts.Forthatpartofthestructuralcharacteristicsofthedevelopmentofthepartsprocessingtechnology.Second,wemustunderstandthefixtureknowledge,combinedwiththestructuralfeaturesofcomponentsselecttherequiredfixturecomponents,thegeneralstructureoffixturedesign.Asanimportantfixtureofthetechnologyandequipmentinthemechanicalmanufacturingprocessplaysanimportantrole,itisdesignednotonlytoensurethattheworkpieceprocessingquality,improveprocessingefficiency,reducecosts,intheoperationandmaintenanceofsafeandconvenientbutalsonotedthatFixturestructureofstandardization,theprecisionoffixturemanufacturing.Inordertoensurethefixtureassemblyofprecision,needtolearntounderstandprinciplesofpositioningtheworkpiece.Combinationofcomponentsbasedontheseprinciplestodeterminethestructuralcharacteristicsofcomponentsinthefixturetocylindrical shaftasthepositioningofthepositioningaccuracyofcalculationoffixtureclampingforcetoensurethepartswiththefixtureonthemachiningaccuracy.AndthenusetheUGdrawingsoftwarereference,"FixtureDesignHandbook,"amechanicalfixtureelementsdrawnmap,completefixturedesign.
Keyword:
Theeccentricshaft;turning;jig
一绪论
1.1偏心轴车削加工的简介
在传动机构中,一般常用偏心工件或曲轴等偏心件来完成回转运动与往复运动相互转换的功能,因此偏心件在机械传动中应用的十分广泛。
偏心件加工工艺水平的高低（特别是大型偏心工件）可以反映出一个企业的机械加工工艺能力。
偏心类工件是轴线与轴线平行但不重合的工件,其中外圆与外圆偏心的工件称为偏心工件,内孔与外圆偏心的工件称为偏心套,轴线之间的距离称为偏心距。
车削加工偏心类工件的方法很多,如三爪自定心卡盘车削法、四爪单动卡盘车削法、双重卡盘车削法、花盘车削法、偏心卡盘车削法、两顶尖车削法和专用夹具车削法。
偏心工件工件在机械加工中比较常见,属于轴类零件中比较难加工的,常见的车削加工方法有三爪车削法、四爪车削法、花盘车削法、三爪微调车削法和专用夹具车削法。
1.2UG简介
UG是Unigraphics的缩写，这是一个交互式CAD/CAM（计算机辅助设计与计算机辅助制造）系统，它功能强大，可以轻松实现各种复杂实体及造型的建构。
它在诞生之初主要基于工作站，但随着PC硬件的发展和个人用户的迅速增长，在PC上的应用取得了迅猛的增长，目前已经成为模具行业三维设计的一个主流应用。
1.3论文的主要工作
本课题要求对偏心轴进行合理的工艺规程设计，包括零件每一道工序的选用设备、切削刀具、切削用量、定位方式等，充分利用所学的机械制图、机械设计及机械制造等课程，了解针对偏心工件的特点，通过UG软件，利用该软件制图功能，完成偏心工件类零件偏心外圆车组合夹具的设计。
二偏心轴的机械加工工艺规程
2.1零件工艺分析
图1零件图
图1所示是常见的偏心轴零件。
它属于台阶轴类偏心轴，由圆柱面、轴肩、退刀槽、键槽等组成。
轴肩一般用来确定安装在轴上零件的轴向位置，各环槽的作用是使用零件装配里有一个正确的位置，并使加工中磨削外圆或车螺纹时退刀方便：
键槽用于安
装键，以传递转矩。
根据工作性能与条件，该传动轴图样（图1）规定了主要轴颈M、N,，外圆P、Q以及轴肩H、I有较高的尺寸、位置精度和较小的表面粗糙度值，并有热处理要求。
这
些要求必须在加工中给予保证。
2.2毛坯设计
在制定工艺规程时，正确选择毛坯类型的种类具有重要意义。
它不仅影响到毛坯的制造工艺、设备、费用，而且对零件的加工工艺、设备、消耗也有较大影响。
毛坯分为：
铸件、锻件和其它类型毛坯。
毛坯的选择原则：
（1）零件材料的工艺性及零件对材料组织和性能要求；
（2）零件结构及形状；（3）生产批量大小；（4）现场生产条件。
根据以上选择原则，该传动轴材料为45钢，因其属于一般传动轴，故选45钢可满足其要求。
本例传动轴属于中、小传动轴，并且各外圆直径尺寸相差不大，故选择φ30mm的热轧圆钢作毛坯，毛坯的零件图如图2所示。
图2 毛坯图
2.3加工方法的选择
传动轴大都是回转表面，主要采用车削与外圆磨削成形。
由于该传动轴的主要表面M、N、P、Q的公著等级（IT6）较高，表面粗糙度Ra值（Ra=1.6um）较小，故车削后还需磨削外圆。
表面的加工方案（参考表A-3）可为；粗车→精车→磨削。
2.4定位基准的选择
合理地选择定位基准，对于保证零件的尺寸和位置度有着定性的作用。
出于该传动轴的几个主要配合表面（Q、P、N、M）及轴肩面（H、G）对基准轴线A-B均有径向圆跳动和端碰圆跳动的要求，它又魁实心轴，并且还有特殊的偏心的要求，所以应选择两端中心孔为基准采用顶尖装加上特制的卡罐的装夹法，以保证零件的技术要求。
粗基准采用热轧圆钢的毛坯外圆。
中心孔加工采用在车床上用双顶尖装夹，三爪夹紧卡罐旋转，卡罐夹住热轧圆钢的毛坯外圆，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，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。
由于偏心，这里需加上一个特殊的装置-卡罐，将卡罐装在轴的两端，卡罐偏心方向应一致，通过卡罐的槽与轴的扁10H7/h6的配合，控制了偏心的方向：
通过调节卡罐上的压紧螺钉可调节偏心量；使卡罐的端面与轴的台阶面压紧，保证轴的中心与卡罐中心平行。
2.5划分阶段
对精度要求较高的零件，其粗、精加工应分开，以保证零件的质量。
该偏心轴加工和普通传动轴加工一样划分为三个阶段：
粗车（粗车外圆、钻中心孔等），半精车（半精车各处外圆、台阶和修研中心孔及次要表面等），粗、精磨（粗、精磨各处外圆）。
不一样的是加工偏心部分时候需以A基准
两端外圆用表测量,调整卡罐上的螺钉，调整至不同的偏心量，车削各偏心外圆至尺寸各阶段划分大致以热处理为界。
2.6热处理工序安排
轴的热处理要根据其材料和使用要求确定。
对于传动轴，正火、调质和表面淬火用得较多。
该轴要求调质处理，并安排粗车各外圆之后，半精车各外圆之前。
综合上述分析，传动轴的工艺路线如下：
下料→粗车端面和外圆→在轴的两端均留工艺夹头→粗车精车工艺夹头→钻中空心→调整卡罐上螺钉→粗车各外圆→调质→修研中心空→半精车各外圆，车槽，倒角→划键槽加工线→铣键槽→修研中心空→磨削→检验。
2.7加工尺寸和切削用量
磨削余量可取0.5mm，半精车余量可选用1.5mm。
加工尺寸可由此而定，见该轴加工工艺的工序内容。
车削用量的选择，单件、小批量生产时，可根据加工情况由工人确定；一般可由《机械加工工艺手册》或《切削用量手册》中选取。
2.8拟定工艺过程
定位精基准面中心孔应在粗加工之前加工，在调质后和磨削之前各需安排一次研修中心孔的工序。
调质之后研修中心空为消除中心孔的热处理变形和氧化皮，磨削之前研修中心孔为提高定位精基准面的精度和减小锥面的表面粗糙度值。
拟定传动轴的工艺过程时，在考虑主要表面加工的同时，还要考虑次要表面的加工。
在半精加工Φ20mm、Φ16mm、φ14mm及φ12mm外圆时，应车到图样规定的尺寸，同时加工出各退刀槽、倒角：
键槽应在半精车以后以及磨削之前铣削加工出来，这样可保证铣健槽时有较精确的定位基准，又可避免在精磨后铣键槽时破环已精加工的外圆表面。
在拟定工艺过程时，应考虑检验工序的安排、检查项目及检验方法的确定。
综上所述，所确定的该传动轴加工工艺过程见表1偏心轴机械加工工艺卡。
镇江高等职业技术学校
机械加工工艺卡
产品名称
图号
A1
零件名称
偏心轴
共一页
第一页
毛坯种类
圆钢
材料牌号
45钢
毛坯尺寸
φ30mmX160mm
序号
工种
工步
工序内容
设备
工具
夹具
刀具
量具
1
下料
φ30mmX160mm
2
车
三爪自定心卡盘夹持毛坯外圆
C6140
1
车端面见平，粗车外圆
C6140
三爪卡盘
粗车刀
2
钻中心孔，用尾座顶尖顶住中心孔
三爪卡盘
中心钻φ2mm
3
粗车外圆，车工艺夹头（在轴的两端均留φ12mm长20mm的工艺夹头
C6140
三爪卡盘
90度外圆车刀
游标卡尺
4
粗车φ20mm外圆至φ22mm,长120mmm
C6140
三爪卡盘
90度外圆车刀
游标卡尺
5
装夹卡罐，调整螺丝至合适的偏心量，粗车偏心φ16mm外圆至φ18mm，长42mm
C6140
特制卡罐
90度外圆车刀
游标卡尺
卸下卡罐，三爪装夹
三爪卡盘
6
粗车φ12mm外圆至φ14mm，长14mm
C6140
三爪卡盘
90度外圆车刀
游标卡尺
调头，三爪自定心卡盘夹特另一端工艺夹头
C6140
三爪卡盘
90度外圆车刀
游标卡尺
7
车另一端面，保证加上工艺夹头后总长160mm
长度卡尺
8
钻中心孔，用尾座顶尖顶住中心孔
三爪卡盘
9
粗车φ16mm外圆至φ18mm，长23mm
C6140
三爪卡盘
90度外圆车刀
游标卡尺
10
检验
3
热
调质处理234～237HBS
4
钳
修研两端中心孔
C6140
5
车
双顶尖加上卡罐装夹好零件
C6140
1
调整卡罐螺丝至合适偏心量，半精车偏心φ16mm外圆φ16.5mm,长28mm
C6140
特制卡罐
精车刀
百分表
卸下卡罐，三爪装夹
2
半精车φ12mm外圆至φ12.5mm,长14mm
C6140
三爪卡盘
精车刀
百分表
3
半精车φ20mm外圆至φ20.5mm,长53mm
C6140
三爪卡盘
精车刀
百分表
调头，三爪自定心卡盘夹特另一端工艺夹头
C6140
三爪卡盘
精车刀
百分表
4
半精车φ16mm外圆至φ16.5mm,长23mm
C6140
三爪卡盘
精车刀
百分表
5
半精车2mmX0.5mm退刀槽
C6140
三爪卡盘
精车刀
6
半精车φ14mm外圆至φ14.5，长4.5mm
C6140
三爪卡盘
精车刀
百分表
7
倒外角1mmX45度，共3处
C6140
三爪卡盘
精车刀
百分表
8
检验
6
铣
用V形虎钳装夹，按线找正
1
铣键槽φ5X16mm
立铣
V形虎钳
2
检验
9
钳
修研两端中心孔
车床
10
磨
1
磨外圆N至尺寸
外圆磨床
砂轮
千分表
2
磨轴肩面H
砂轮
千分表
3
磨外圆Q至尺寸
磨床
砂轮
千分表
4
磨轴肩面I
磨床
砂轮
千分表
5
磨外圆P至尺寸
磨床
砂轮
千分表
6
磨外圆M至尺寸
磨床
砂轮
千分表
7
磨外圆Φ14mm至尺寸
磨床
砂轮
千分表
8
检验
表1
三确定夹具零件图及部分零件设计
3.1设计卡盘零件
机床夹具是机械制造中一项重要的工艺装备。
工件在机床上加工时，为了保证加工精度和提高生产率，必须使工件在机床上相对刀具的切削或成形运动处于准确的位置。
当用夹具加工一批工件时，是通过夹具来实现上述要求的。
专用夹具是专门为工件的某道工序专门设计和制造的，由于采用了专门的元件，可以方便、简单地操作，并且易于保证加工精度的稳定，减轻了劳动强度，保证安全生产。
本设计中夹具的设计任务是：
偏心工件偏心外圆车组合夹具设计
在本设计中，车削偏心工件外圆表面选用的是CA6140机床。
该机床主要参数是：
床身上最大回转直径Φ400mm
最大工件长度（二顶尖间距离）920mm
最大车削长度（最大加工长度）920mm
最大车削直径400mm
滑板上最大回转直径210mm
主轴转速级数-24级
主轴转速范围11-1600r/min
床尾套筒行程150mm
X轴行程210mm
Z轴行程920mm
X轴快移速度4m/min
Z轴快移速度8m/min
X/Z轴定位精度0.03/0.04mm
X/Z轴重复定位精度0.012/0.016mm
X轴最小设定单位0.001mm
Z轴最小设定单位0.001mm
机床轮廓尺寸（长×宽×高）2640×1714×1630mm
利用均布在卡盘体上的活动卡爪和卡罐，把工件夹紧在机床上。
卡盘一般由卡盘体、活动卡爪和卡爪驱动机构3部分组成。
卡盘体直径最小为65毫米，最大可达1500毫米，中央通孔，以便通过工件或棒料；背部有圆柱形或短锥形结构，直接或通过法兰盘与机床主轴端部相联接。
通过特制的卡罐在卡爪上组装成特制的夹具总图，用来加工一定范围内偏心轴，卡罐的偏心和轴的偏心方向相反，用来抵消偏心量。
图3基于UG的车偏心轴P,N两旋转面的夹具总图
3.2设计卡盘中卡罐的零件图
图4基于UG的卡罐模型
3.3确定零件工艺整个工装
1.首先将A基准的所有外圆加工好，在轴的两端均留200mm长25mm的工艺夹头，要求夹头与A基准同轴且台阶面与A基准垂直。
2.将轴的两端夹头铣成10h6，要求扁与A基准中心对称且两端平行。
3.工装制作：
卡罐两件，如图4所示，要求槽10H7与中心孔B5对称，槽的端面与中心孔垂直。
4.将卡罐装在轴的两端，卡罐偏心方向应一致，通过卡罐的槽与轴的扁10H7/h6的配合，控制了偏心的方向：
通过调节卡罐上的压紧螺钉可调节偏心量:
使卡罐的端面与轴的台阶面压紧，保证轴的中心与卡罐中心平行。
5.在车床上用双顶尖装夹，三爪夹紧卡罐旋转，以Ａ基准两端外圆用表测量，调整卡罐上的螺钉，调整至不同的偏心量，车削各偏心外圆至尺寸。
６.当偏心轴加工完后切去两端工艺夹头。
此种加工方法简便、可靠，避免了原有加工方法的繁琐（镗床打中心孔），可应用于要求方向一致的多个偏心的偏心加工。
四结语
该文设计了一个偏心轴车削专用夹具,使用起来非常方便,只需一边夹在机床三角或四角卡盘上,另一端用顶针顶住即可,通过调节螺钉就可以加工出不同偏心量的轴段。
本夹具结构简便,结实耐用,合适大批量的偏心轴生产。
本课题为偏心工件零件工艺规程设计及车削夹具设计。
通过对偏心工件零件的工艺分析，结合有关的资料手册，我基本完成了零件的工艺规程编制和专用夹具的设计，并进行了有关的评估，所做的设计能够满足零件的加工要求。
通过毕业设计，我将几年来所学到得知识整体的运用在设计上，不管是整体的设计理念，还是局部的工艺过程，都是经过多次思考，反复琢磨，最后才决定下来的。
即便如此，毕竟是第一做这么复杂和较正规的设计，而且本人知识水平有限，所做出来的设计难免会有不足之处。
毕业论文是对设计的说明书，这次撰写翻阅很多资料，咨询老师，同学而后完成这篇论文。
通过毕业论文的写作，不仅强化了我的学习素质、研究素质和创业素质，而且培养了我的创新意识，激发了我探求新知的欲望。
在毕业设计中，我的专业技能得到了锻炼，提高了设计和计算机绘图的能力，初步掌握了解决本专业工程技术问题的手段和方法，为以后走向工作岗位打下了坚实的基础。
在这次毕业设计当中，我领会到了一种系统的设计思想，就是首先对零件进行工艺分析，确定生产类型；然后选择合理的加工和工装设备，按一定的原则安排加工顺序，并尽可能设计多种方案，进行比较，选出最好的；最后确定切削用量，机床转速等具体参量，完成工艺规程的设计。
毕业设计是对大学生知识水平的一次很好的检验，让我更深刻的明白学以至用的道理。
致谢
军训的情景还历历在目，大学生活已近尾声，五年来的努力与付出，随着本次论文的完成，大学学习也快要结束,但这里的一切会伴随一生。
本论文设计在XXX老师的悉心指导和严格要求下完成，从课题选择到具体的写作过程，论文初稿与定稿无不凝聚着XXX老师的心血和汗水。
在我的毕业设计期间，XXX老师为我提供了种种专业知识上的指导和一些富于创造性的建议，她的循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪，她的渊博的专业知识，精益求精的工作作风，严以律己、宽以待人的崇高风范，将一直是我工作、学习中的榜样。
XXX老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度使我深受感动，没有这样的帮助和关怀和熏陶，我不会这么顺利的完成毕业设计。
在此向XXX老师表示深深的感谢和崇高的
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