机械工艺课程设计输出轴工艺与工装设计.docx
《机械工艺课程设计输出轴工艺与工装设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械工艺课程设计输出轴工艺与工装设计.docx（16页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
机械工艺课程设计输出轴工艺与工装设计
毕业论文
题目
院
系
专业
姓名
指导教师
2007年5月5日
前言
本设计的课题，不仅让我们系统全面的巩固了以前学的理论知识，还让我们把自己所学的理论知识运用到实际操作中去。
理论联系实际使我们对理论知识更加巩固，实践就为我们走向社会打下了坚实的基础。
在本次设计中，主要包括以下几个步骤：
一、输出轴的工艺设计：
确定毛坯,确定工艺路线,确定工序切削用量,确定工时定额的计算。
二、输出轴夹具的设计：
设计夹具装置,导向装置,确定夹具技术要求和有关尺寸,公差配合,夹具精度分析和计算。
课题设计要达到的主要目标及技术要求：
设计的零件尺寸要求精度高，表面粗糙度也高，要求表面光滑，。
本零件制品为中批量生产，重量约为26KG。
输出轴的用处很多,应用于很多地方.大到汽车.小到自行车.它的材料大多是45钢.工艺性好.刚度好.大多用机床加工.现在在全国数控技术飞速发展,数控机床进口长期居高不下,2001年,国内产品的市场占有率为29%,以后逐年下降,到2004年降到26.9%,2005年又回升到30.4%,中国加入WTO,关税降低,数控机床的进口和技术吸收将会越来越多,数控机床产业将面临重大发展机遇,再加上国家政策.在未来几年内将有更大的发展,现在国内也有好多生产数控机床的地方,如广州数控,大连机床,但是生产的机床大多多都是中底档机床,高档的数控机床还是要进口过来,以后的数控机床更向数字化发展,中国有这个机遇和挑战,我相信中国的数控技术将飞速发展,经济也将更上一步。
1、绪言
1.1、毕业设计的目的
（1）培养工程意识
（2）训练基本技能
（3）培养质量意识
（4）培养规范意识
2、毕业设计工艺要求的基本任务和要求
2.1、基本任务
2.1.1、工艺设计的基本任务
（1）绘制零件工作图一张
（2）绘制毛坯-零件合图一张
（3）编制机械加工工艺规程卡片一套
（4）编写设计说明书一份
2.1.2、夹具设计的基本任务
（1）收集资料,为夹具设计做好准备
（2）绘制草图,进行必要的理论计算和分析以及夹具的结构方案
（3）绘制总图和主要非标准件零件图,编写设计说明书
（4）编制夹具的使用说明或技术要求
2.2、设计要求
2.2.1、工艺设计的设计要求
（1）保证零件加工质量,达到图纸的技术要求
（2）在保证加工质量的前提下,尽可能提高生产效率
（3）要尽量减轻工人的劳动强度,生产安全
（4）在立足企业的前提下,尽可能采用国内技术和装备
（5）工艺规程应正确.清晰,规范化,标准化的要求
2.2.2、夹具设计的设计要求
（1）保证工件的加工精度
（2）提高生产效率
（3）工艺性好
（4）使用性好
（5）经济性好
3、毕业设计工艺课程设计的方法和步骤
3.1、生产纲领的计算与生产类型的确定
生产纲领的大小对生产组织和零件加工工艺过程起着重要的作用.它决定了各工序所需专业化和自动化的程度以及所选用的工艺方法和工艺装备.
零件生产纲领可按下式计算.
N=Qn（1+a%）（1+b%）
式中：
N-----零件的生产纲领（件/台）
Q-----产品的年产量（台/年）
n-----每台产品中，该零件的数量（件/台）
a%----零件的备品率
b%---零件的平均废品率
本设计的零件的重量大概为26KG，为中型零件，生产类型为中批量生产。
3.2、零件材料的分析
本设计的零件是输出轴，选用45#钢。
45#钢是优质素结构钢，属于中碳钢。
其强度、硬度较高，而塑性、韧性略低。
热锻、热压性能及被切削性能良好，冷加工变形能力及焊接性能中等。
是机械行业最常用的钢号之一，通常在调质或正火状态下使用，还用于高频或火焰表面淬火处理。
其收缩率小。
其密度基本和铁的密度一样与普通碳素钢都差不多，和A3更是相近，是7.85g/cm*3。
3.3、零件图的分析：
要求：
表面清晰，无飞边，尺寸精度如上图。
表面粗糙度要求高，表面要求光滑。
输出轴小端的各外圆公差都在0.08mm以内，且光洁度是0.8，因此轴的外径都要进行磨削处理。
大端的10个Φ20的孔是零件的关键尺寸，因此钻孔时必须使用钻模以保证工件的尺寸。
3.4确定毛坯
1．确定毛坯种类
根据零件材料确定毛坯为锻件。
为保证质量，减少加工质量，采用立式精锻机锻造。
用热轧棒料经拔长得到
2．确定锻件形状
（1）根据第一章有关表格及《锻工手册》,确定外表面单边加工余量为2.5～3mm。
（2）根据表1-18，端面加工余量确定为4mm。
毛坯图
3.5加工工艺路线
1．定位基准的选择
正确地选择定位基准是设计工艺过程的一向重要内容，也是保证加工精度的关键。
定位基准分为精基准和粗基准。
对于无合适定位面的零件可在毛坯上另外专门设计或加工出定位表面，称为辅助基准。
（机械制造基础P254）
2．拟定工艺路线
<1>．确定各表面的加工方法
工件各加工表面的加工方法和加工次数是拟定工艺路线的重要内容。
主要依据零件各加工表面本身的技术要求确定，同时还要综合考虑生产类型、零件的结构形状和加工表面的尺寸、工厂现有的设备情况、工件材料性质和毛坯情况等。
各种加工方法的经济精度和粗糙度如下:
外圆表面加工的经济精度与表面粗糙度
序号
加工方法
经济精度（IT）
表面粗糙度
Ra（ｕm）
适用范围
1
粗车
11～13
25～6.3
适用于淬火钢以外的各种金属
2
粗车→半精车
8～10
6.3～3.2
3
粗车→半精车→精车
6～9
1.6～0.8
4
粗车→半精车→精车→抛光
6～8
0.2～0.025
5
粗车→半精车→精车→磨削
6～8
0.8～0.4
适用于淬火钢、未淬火钢
6
粗车→半精车→粗磨→精磨
5～7
0.4～0.1
7
粗车→半精车→粗磨→精磨→超精加工
5～6
0.1～0.012
8
粗车→半精车→精车→精磨→研磨
5级以上
<0.1
9
粗车→半精车→精车→精磨→超精磨
5级以上
<0.05
10
粗车→半精车→精车→金刚石车
5～6
0.2～0.025
适用于有色金属
<2>加工顺序的安排
在确定了零件各表面的加工方法之后,酒药安排加工的先后顺序。
零件加工顺序是否合适，对加工质量、生产率和经济性有着较大的影响。
1．机械加工顺序的安排
在安排机械加工顺序时，一般遵循先粗后精、先面后孔、先主后次、基准先行的原则。
对于工序内容复杂的零件则视具体情况采取工序集中与分散的原则处理。
2．加工阶段的划分
对于精度和表面质量要求较高的零件，应将粗、精加工分开进行。
为此，一般将整个工艺过程划分阶段，这对于保证零件加工质量、合理使用机床设备、及时发现毛坯缺陷及合理安排热处理工序等有很大好处。
3．热处理工序的安排
热处理工序主要用来改善材料的性能及消除应力。
热处理的方法、次数和在工艺路线中的位置，应根据零件材料和热处理的目的而定。
退火正火时效人工时效氮化
↓↓↓↓
毛坯-------→粗加工-------→半精加工-------→精加工-------→精磨-----→细磨
↑↑↑
调质退火高频淬火渗碳淬火整体淬火去应力处理
4．合理安排辅助工序
辅助工序种类很多，主要包括检验、划线、去毛刺、清洗、平衡、退磁、防锈、包装等，根据工艺需要穿插在工序中。
<3>确定加工余量
合理确定加工余量对零件的加工质量和整个工艺过程的经济性都有很大影响。
余量过大（材料、工时、机床、刀具）则消耗大；余量过小，不能去掉加工前道工序存在的误差和缺陷层，影响加工质量，造成废品。
所以加工余量要合理。
3.6确定工序尺寸及公差
工序顺序确定后，就要计算各个加工时所应达到的工序尺寸及其公差。
工序尺寸及其公差的确定与工序余量大小、工序尺寸的标注方法、基准选择、中间工序安排等密切相关，是一项细致的工作。
工序尺寸公差一般按经济加工精度确定（查有关机械加工工艺手册）但就其性质和特点而言，一般可以归纳为两类：
（1）基准重合时（定位基准或工序基准与设计基准重合）工序尺寸的计算
当确定了各个工序间余量和工序所能到达的加工精度后，将余量一层层叠加在被加工表面上，计算顺序是从最后一道工序开始，由后往前推，就可以计算出每道工序的工序尺寸，然后再按每种加工方法的经济加工精度的公差值按“入体原则”标注在对应的工序尺寸上。
（2）基准不重合时工序尺寸的计算
在零件的加工过程中为了加工和检验的方便可靠，往往不能直接采用设计基准作为定位基准，会出现基准不重合的情况。
形状复杂的零件在加工过程中需要多次转换定位基准，这时工艺尺寸的计算就比较复杂，应利用尺寸链原理进行计算，并对工序余量进行必要的计算（是否够用）以确定工序尺寸及其公差。
3.7确定切削用量
在单件小批生产中,各工序的切削用量一般由操作工人根据具体情况自己确定,以简化工艺文件。
在大批大量生产中则应科学地、严格地选择切削用量，以充分发挥高效率设备的潜力和作用。
切削用量的选用与下列因素有关；生产率，加工质量（主要是表面粗糙度），切削力所引起的工艺系统的弹性变形，工艺系统是振动，刀具耐用度，机床功率等。
在综合考虑上述因素的基础上，使背吃刀量ap,进给量f，切削速度v的乘积最大。
一般应先尽量取大的ap，其次尽量取大的进给量f，最后取合适的切削速度v。
3.8制作工艺卡片（见底图）
3.9零件的程序编制
粗加工
N00G99G40
N10G28U0W0
N20T0101
N30S600M03
N40G00Z5
N50G01Z0F0.2
N60X58
N70Z-79
N80X63
N90Z-120
N100X68
N110Z-127
N120X78
N130Z-197
N140X116
N150Z-214
N160X178
N170G00Z5
N180X56
N190G01Z-79
N200X61
N210Z-120
N220X66
N230Z-127
N240X76
N250Z-197
N260X114
N270X116Z-214
N280G00X77Z-190
N290G01X76Z-197
N300X112
N310X116Z-214
N320G00X77Z-190
N330G01X76Z-197
N340X110
N350X116Z-214
N360G00X77Z-190
N370G01X76Z-197
N380X108
N390X116Z-214
N400G00X77Z-197
N410G01X76Z-197
N420X105.5
N430X116Z-197
N440X176
N450G00Z30
N460M30
精加工
N00G99G40
N10G28U0W0
N20T0101
N30S800M03
N40G00X0Z50
N50G01Z0F0.2
N60X54
N70X55.4Z-1
N80Z-79
N90X59
N100X60.4Z-80
N110Z-120
N120X64
N130X65.4Z-121
N140Z-127
N150X74
N160X75.4Z-128
N170Z-197
N180X104.5
N190X116Z-214
N200X175
N210X176Z-215
N220G00Z20
N230M30
大端粗加工
N00G99G40
N10G28U0W0
N20T0101
N30S400M03
N40G00X0Z5
N50G01Z0F0.1
N60X179
N70Z-30
N80G00X185Z0
N90G01X177
N100Z-30
N110G00X180Z20
N120M30
大端精加工
N00G99G40
N10G28U0W0
N20T0101
N30S400M03
N40G00X0Z5
N50G01Z0F0.1
N60X176
N70Z-30
N80G00X180Z20
N90M30
4、夹具设计
4.1夹具设计的目的
1.保证加工精度
2.提高劳动生产率
3.改善工人的劳动条件
4.降低生产成本
5.扩大机床工艺范围
4.2夹具设计的步骤
1.研究加工工件图样
了解该工件的结构形状、尺寸、材料、热处理要求，主要是表面的加工精度、表面粗糙度及其他技术要求。
2.熟悉工艺文件文本，明确以下内容
（1）毛坯的种类、形状、加工余量及其精度
（2）工件的加工工艺过程，工序图，本工序所处的地位，本工序已加工表面的精度及表面粗糙度，基准面的状况。
（3）本工序所使用的机床、刀具及其他辅助工具的规格。
（4）本工序所采用的切削用量。
4.3夹具机构方案
1.确定夹具的类型
本设计是设计输出轴零件的夹具，输出轴属于圆柱形状，故使用钻床的固定式。
将使用模型来确定夹具,就是先做个零件外壳来保护零件表面和加工.
2.确定工件的定位方式及定位元件的结构
工件的定位方式只要取决于工件的加工要求和定位基准的形状、尺寸。
分析加工工序的技术要求和定位基准选择的合理性，遵循六点定位原则，按定位可靠、结构简单的原则，确定定位方式。
常见的定位方式有平面定位，内孔定位，外圆定位和组合表面定位等。
在确定了工件的定位方式后，即可根据定位基准面的形状，选取相应的定位元件及结构。
本设计输出轴是属于外圆，应该使用外圆定位的定位方式，外圆定位的定位元件有定位套、支承板和V型块。
V型块是外圆定位最常用的定位元件，它根据需要，可分固定V形快、调整V形块和活动V形块。
为了输出轴的固定可靠，所以我选择V型块定位元件。
由于本人设计的夹具是关于钻10个孔的,所以本人使用模具的外壳,再用定位螺钉固定上压模,放上钻套,下部用台虎钳夹紧固定.用摇臂钻床依次钻10个孔.
3.确定工件的夹紧方式，计算夹紧力并设计夹紧装置
夹紧机构应保证工件夹紧可靠、安全、不破坏工件的定位及夹压表面的精度和粗糙度。
在设计夹紧装置时必须合理选择夹紧力的方向和作用点，必要时还应进行夹紧力的估算。
（1）夹紧力的计算
在确定夹紧力的大小时，为简化计算，通常将夹具和工件看成一个刚性系统。
根据工件所受切削力、夹紧力（大型工件还应考虑重力、惯性力等）的作用情况，找出加工过程中夹紧最不利的状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力，最后再乘以安全系数，即
Fwk=K×Fw
式中：
Fwk——实际夹紧力
Fw——计算出的理论夹紧力
K——安全系数。
粗加工时取2.5～3,精加工时取1.5～2。
由于本设计使用的是钻床钻孔,所以将算出切削扭矩M.
M=CM×D0XM×fYM×KM×0.001
=333.54×201.9×20.8×0.87×0.001
≈300（N·m）
（2）夹紧装置的设计
夹紧装置的设计实际上是一个综合性的问题，确定夹紧力的大小、方向和作用点时，必须全面考虑工件的结构、工艺方法、定位元件的结构与布置等因素。
要求夹紧装置动作迅速，操作安全省力，结构简单、易于制造并且体积小、刚度好，有足够的夹紧行程和装卸工件的间隙。
常见的夹紧机构有斜楔机构、螺旋机构、偏心机构等。
也可采用机动夹紧如液压、气动夹紧等。
本设计使用螺旋机构。
由于螺旋机构其结构简单、自锁性能好、扩力比大并且夹紧行程不受限制，广泛应用于夹具的夹紧装置。
夹紧力基本计算公式为
W=QL/[tan（α+φ1）（d/2）+r（tanφ2）]
式中：
d——螺纹中径
r——螺杆下端与工件的当量摩擦半径。
4.确定刀具的导向方式或对刀装置
对于钻夹具应正确地选择钻套的型式和结构尺寸，对于铣床夹具合理地设置对刀装置，而镗夹具则应合理地选择镗套类型和镗模导向的布置方式。
表3-49到表3-62可供参考。
5.确定夹具体的结构类型
夹具上的各种装置和元件通过夹具体连接成一个整体。
因此夹具体的形状及尺寸取决于夹具各种装置的布置及夹具与机床的连接。
（1）对夹具体的要求
1）有适当的精度和尺寸稳定性；
2）有足够的强度和刚度；
3）结构工艺性好；
4）排屑方便；
5）在机床上安装稳定可靠。
（2）夹具体毛坯的类型
本设计是设计输出轴，所以选的夹具体是V型块。
4.4总图设计
1.绘制总装图的注意问题
1）尽可能的采用1：
1的比例，以求直观不会产生错觉。
2）被加工工件应用双点画线表示，在图中作透明体处理，它不影响夹具元件的投影。
加工面的加工余量可用粗实线表示。
3）视图的数量应能完整、清晰的表示出整个结构为原则。
4）工件在夹具中应处于夹紧状态。
2．绘制总装图的步骤
1）布置定位元件
2）布置导向、对刀元件
3）设计夹紧装置
4）设计夹具体
5）完成总装图
3．夹具总图上尺寸及精度、位置精度与技术要求的标注
（1）夹具总图上应标注的尺寸和相互位置关系有如下五类
1）定位副本身的精度和定位副之间的联系尺寸及精度;
2）对刀元件或导向元件与定位元件之间的联系尺寸;
3）夹具体与机床的连接面以及定位元件与工件表面之间的联系尺寸;
4）夹具外形的最大轮廓尺寸;
5）配合尺寸。
（2）尺寸公差的确定原则
为满足加工精度要求，夹具本身应有较高的精度。
由于目前分析计算方法不够完善，因此夹具的有关公差仍按经验来确定。
如果生产规模较大，要求夹具具有一定寿命，夹具的有关公差可取得小些；对加工精度较底的夹具，则取较大的公差。
4．夹具公差与配合的选择
夹具的公差与配合应符合有关国家标准，常见的配合种类与公差等级如表3-5所示。
《机械制造技术课程设计》P108
5．各类机床夹具的公差和技术要求的确定
由于各类机床的加工工艺特点和夹具与机床的连接方式的不同，对夹具也有不同的要求，为了便于说明问题，根据其各自不同的特点，通常分车、磨床夹具，铣、刨床夹具和钻、镗床夹具三大类。
本设计使用的是钻、镗床夹具，加工10个孔主要是用到钻床，所以要保证钻套的公差和配合以及位置尺寸及相互位置精度。
4.5精度的校核
夹具精度的校核
为了保证夹具设计的正确性，首先要在设计图样上对夹具的精度进行分析。
由于本人设计的是输出轴,设计的夹具是关于钻10个孔,要求精度也高,所以在钻10个孔之前一定要把前面的步骤做好,特别是定2个中心孔,小端的还好定,误差基本也没什么,大端的由于内孔有个精度比较高的还要同轴度要高,所以对刀的时候要准,基本把对刀误差搞到最小,还有就是在机床上安装零件的时候误差也要底,本设计的夹具主要是用外模套住零件,零件小端水平朝下,与台虎钳垂直,再用台虎钳夹紧,上面的用两边用定位螺钉固定,放上钻套,用钻床钻,在这里,钻套与模块之间的公差系数要小,以减少误差,所以说精度的校核有很多方面需要注意的地方也很多,每一步的工序也要注意,因为它是后一步工序尺寸的保证。
所以夹具之间的精度和误差是相对的,需要你时时校核。
4.6夹具零件图（见底图）
总结：
经过两个月的零件设计、查阅资料、绘图、计算、等一系列的步骤，最终完成了输出轴设计。
在设计过程中遇到了不少的问题，通过网上查询、请老师和同学讨论之后得到了解决问题的办法。
经过这次设计，让我了解了在学校中所学的东西，也为我以后的工作打下了扎实的基础。
这篇设计虽然已经完成了，但由于本人缺少实际经验，所以在设计中肯定还存在一定的问题，需要改进。
希望老师能给我提点意见和建议。
最后本人会在公司里好好学习，以提高自己的实践水平，为将来的工作打下更坚实的基础。
致谢：
参考文献
[1]主编：
顾京，《数控机床加工程序编制》，北京：
机械工业出版社，2003.8
[2]主编：
苏建修，《机械制造基础》，北京：
机械工业出版社，2001.5
[3]主编：
陈萍苹，《互换性与测量技术》，高等教育出版社，2002.7
[4].主编：
李启炎，《计算机绘图（初级）》，同济大学，2004.7
[5]《PRO/E与MASTERCAM》人民邮电出版社，2005.6
[6]《机械工程手册》工程材料，1996年第二版
[7]主编：
成大先，《机械设计手册》北京：
机械工业出版社
[8]主编：
夏凤芳，《数控机床》高等教育出版社2005.1
[9]主编：
张学仁，《数控电火花线切割加工技术》哈尔滨工业大学出版社，2005.1
[10]主编：
张荣清，《模具设计与制造》高等教育出版社，2002
升级会员 