左端主轴铣Φ22槽专用铣夹具设计.docx

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左端主轴铣Φ22槽专用铣夹具设计

左端主轴的工艺与夹具设计

班级：

设计者：

专业：

教学系：

指导老师：

完成时间年月日至年月日

目录

摘要2

前言3

第一章左端主轴的介绍4

第二章左端主轴加工工艺设计4

2.1零件的分析5

2.1.1零件的作用5

2.1.2零件的分析5

2.2工艺规程设计

2.2.1机械加工工艺规程的作用5

2.2.2确定毛坯的制造形式6

2.2.3基面的选择6

2.3.4确定主要加工表面的加工方法7

2.2.5制定工艺路线7

2.2.6加工机床及刀具的选择10

2.2.7机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定11

2.2.8确定切削用量和工时的计算12

第三章铣Φ22（+0.01^-0.023）槽专用夹具的设计

3.1工件的定位14

3.2工件的夹紧14

3.3夹具体的设计17

3.4夹具设计小结18

第四章设计心得体会19

致谢20

参考文献：

21

[摘要］本文首先进行了左端主轴的零件分析，通过左端主轴进行的分析与研究，阐述了其零件毛坯制造形式、毛坯制造方法、基准选择、机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定以及切削用量与工时的计算等相关内容；为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，经过与指导老师协商，决定设计铣夹具。

在本次毕业设计中，根据所给的轮传动箱体的零件图、技术要求，通过查阅有关书籍，了解和掌握了的机械工艺及夹具设计的一般步骤和方法，并运用了这些方法和步骤进行了左端主轴的机械加工工艺规程的设计与专用夹具的设计。

整个设计的指导思想是“简便、高效、经济”地生产出符合要求的产品。

[关键词]工艺设计专用夹具设计左端主轴

[Abstract]thispaperfirstlyanalyzedtheleftspindleparts,researchandanalysisthroughtheleftspindle,expoundsitsblankmanufacturingform,method,makingtheblankreferenceselection,machining,processdimensionandblanksizedeterminationandcuttingparametersandman-hourcalculationandotherrelatedcontent;inordertoimprovelaborproductivity,guaranteedtheprocessingquality,reducelaborintensity,afterconsultationwiththeguidanceoftheteacher,decidedtodesignmillingfixture.

Inthispaper,accordingtotherequirementsofparts,geartransmissionboxtothe,byconsultingrelevantbooks,understandingandthegeneralstepsandmethodsofmechanicalprocessandfixturedesignofthemaster,andtheuseofthesemethodsandstepsofthedesignofmachiningprocessplanningtheleftspindleandspecialfixture.Thewholedesignistheguidingideologyof"simple,efficient,economy"productiontomeettherequirementsoftheproduct.

[keyword]processdesignofspecialfixturedesignleftspindle

前言

毕业设计是数控专业所有基础和专业课程结束后一次较为综合的机械设计。

本人毕业设计选择了一个零件的机械工艺与夹具设计作为课题，包括了金属切削过程及其基本规律、机床、刀具、夹具的基本知识、机械加工和装配工艺规程的设计、机械加工中精度及表面质量的概念，制造技术发展的前沿与趋势。

通过这次毕业设计与学习，使我能对制造活动有一个总体的、全貌的了解与把握，能掌握金属切削过程的基本规律，掌握机械加工的基本知识，能选择加工方法与机床、刀具、夹具及加工参数，具备制订工艺规程的能力和掌握机械加工精度和表面质量的基本理论和基本知识，初步具备分析解决现场工艺问题的能力。

了解当今先进制造技术和先进制造模式的发展概况，初步具备对制造系统、制造模式选择决策的能力。

由于时间和水平有限，本毕业设计难免有不少缺点和错误，恳请老师批评指正。

第一章左端主轴的介绍

随着市场经济的发展，国内、国际市场竞争日益激烈，产品更新更为迅速，中、小批量的生产越来越多。

实际生产，中、小批零件的生产几乎占产品数量的35%一50%，而且零件外形越来越复杂，精度要求也越来越高。

第二章左端主轴加工工艺设计

2.1零件的分析

图1左端主轴零件图

2.1.1零件的作用

左端主轴待查

2.1.2零件的分析

由左端主轴零件图得知，该零件的技术要求如下：

1.车轴的5个台阶面

1.）这组加工表面包括：

1个Φ

外圆、1个Φ

外圆、1个Φ89外圆、1个Φ

外圆、1个Φ

外圆

2.）Φ

外圆表面粗糙度Ra=1.6μm，尺寸精度保证在（+0.012^-0.034）mm内；

3.）Φ

外圆表面粗糙度Ra=1.6μm，尺寸精度保证在（0^-0.03）mm内

2.螺纹的加工

这组加工包括：

8-M16，M16，2-M12

3．铣键槽

这组加工包括：

Φ

外圆键槽

，Φ140外圆键槽101。

4.钻1个中心孔

这组加工包括：

Φ32的中心孔，粗糙度Ra=1.6μm

5.内孔的加工

这组加工包括：

钻Φ17.5的通孔、锪Φ24深10的孔。

2.2工艺规程设计

2.2.1机械加工工艺规程的作用

机械加工工艺规程是规定零件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件。

1）工艺规程是指导生产的主要技术文件

合理的工艺规程是在总结广大工人和技术人员实践经验的基础上，依据工艺理论和必要的工艺试验而制订的，它体现了一个企业或部门群众的智慧。

按照工艺规程组织生产，可以保证产品的质量和较高的生产效率和经济效益。

因此，生产中一般应严格地执行既定的工艺规程。

实践证明，不按照科学的工艺进行生产，往往会引起产品质量的严重下降，生产效率的显著降低，甚至使生产陷入混乱状态。

但是，工艺规程也不应是固定不变的，工艺人员应不断总结工人的革新创造，及时地吸取国内外先进工艺技术，对现行工艺不断地予以改进和完善，以便更好地指导生产。

2）工艺规程是生产组织和管理工作的基本依据

在生产管理中，产品投产前原材料及毛坯的供应、通用工艺装备的准备、机械负荷的调整、专用工艺装备的设计和制造、作业计划的编排、劳动力的组织以及生产成本的核算等，都要以工艺规程作为基本依据。

3）工艺规程是新建或扩建工厂或车间的基本资料

在新建或扩建工厂或车间时，只有依据工艺规程和生产纲领才能正确地确定生产所需的机床和其他设备的种类、规格和数量、车间的面积、机床的布置、生产工人的工种、技术等级及数量以及辅助部门的安排等。

2.2.2确定毛坯的制造形式

a）零件材料为45钢，考虑到该零件是左端主轴，生产传动扭矩较大，转速较高，并且表面粗糙度要求非常高，内外部结构购较为复杂，应选用锻打成形的方法制造毛坯，且锻造的原料应为棒料，使金属的晶粒细化，。

增加强度和韧性。

b）为了改善工件材料力学性能和切削加工性能，所以采用正火热处理。

c）材料45钢

2.2.3基面的选择

基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。

基面的选择正确与否关系到零件加工的好坏，有可能导致零件大量报废，致使生产无法继续，损害企业利益。

基面的正确选择可以保证加工质量，提高生产效率。

1．粗基准的选择

在起始工序中，只能选择未经加工的毛坯表面做定位基准，所以对于一般的轴类零件而言，以外圆作为粗基准是完全合理的。

首先，先以外圆为粗基准，加工两端面，钻中心孔，粗车5个外圆台阶面。

2．精基准的选择

精基准的选择主要应考虑基准重合的问题。

当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算。

由于考虑到减少工件的定位误差，保证工件的加工精度，所以根据基准统一的原则，选用Φ80（0^-0.03）、Φ90（-0.012^-0.034）外圆作为精基准。

2.3.4确定主要加工表面的加工方法

1．端面的加工

1）主轴左端面没有粗糙度要求，只要粗车就能达到

2）主轴右端面没有粗糙度要求，只要粗车就能达到；

2．外圆的加工

1）Φ80（0^-0.03）、Φ90（-0.012^-0.034）外圆的表面粗糙度要求Ra=1.6μm，需要粗车-半精车-精车才能达到要求；在加工过程中要用外圆千分尺来检测，再进行修整加工，以保证Φ80（0^-0.03）尺寸精度在（0^-0.03）mm内、Φ90（-0.012^-0.034）尺寸精度在（-0.012^-0.034）内。

2）Φ

、Φ89表面粗糙度没有要求，只需粗车就能达到；

3．螺纹的加工

8-M16，M16，2-M12螺纹要求先钻孔再攻丝。

4．内孔的加工

1）Φ17.5内孔要求不是很高，钻就能达到要求；无尺寸精度要求，故加工时只要用游标卡尺检测就可。

2）Φ24要求不是很高，锪一下就可达到要求；尺寸精度要求不高，加工时用游标卡尺检测就可。

2.2.5制定工艺路线

制订工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。

在生产纲领（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，决定了所应选用的工艺方法和工艺装备。

）已确定为大批生产的条件下，可以考虑采用万能性的机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。

除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。

根据先面后孔，先主要表面后次要表面和先粗加工后精加工的原则，将外圆面先加工作为基准面，按基准面画各主要加工部位的中心线；车左端主轴的各端面，铣各槽，划线、钻孔、攻丝等次要表面放在最后加工。

工艺路线方案：

工序1：

锻造成形

工序2：

正火

工序3：

车两端面，钻两端面中心孔

工序4：

粗车Φ82（+0.025^+0.003）外圆，直径上留余量3mm

粗车Φ90（-0.012^-0.034）外圆，直径上留余量3mm

粗车Φ89外圆，直径上留余量3mm

粗车Φ90（-0.012^-0.034）外圆，直径上留余量3mm

粗车Φ80（0^-0.03）外圆，直径上留余量3mm

工序5：

调质处理

工序6：

半精车两Φ90（-0.012^-0.034）外圆至图上尺寸

半精车Φ80（0^-0.03）外圆，直径上留余量1.5mm

工序7：

精车两Φ90（-0.012^-0.034）外圆至图上尺寸

精车Φ80（0^-0.03）外圆至图上尺寸

工序8：

划左端面槽的线

工序9：

铣Φ22（+0.01^-0.023）槽

工序10：

铣Φ140外圆键槽101

工序11：

钻8-M16mm、M16的螺纹底孔，攻丝，钻Φ17.5通孔，锪Φ24深10

工序12：

钻、扩、铰Φ32孔

工序13：

攻2—M12深25孔深30

工序14：

锐边到钝

工序15：

检验入库

由于此次零件工序安排比较明确清晰，所以不需要安排两种不同的工序进行比较与分析得出最合理的方案。

本方案主要考虑到零件本身的加工要求较高，需要精加工才能满足要求，所以工序步骤也就相对较多些。

最后的工艺方案路线确定如下：

工序1：

锻造成形

工序2：

正火

工序3：

车两端面，钻两端面中心孔

工序4：

粗车Φ82（+0.025^+0.003）外圆，直径上留余量3mm

粗车Φ90（-0.012^-0.034）外圆，直径上留余量3mm

粗车Φ89外圆，直径上留余量3mm

粗车Φ90（-0.012^-0.034）外圆，直径上留余量3mm

粗车Φ80（0^-0.03）外圆，直径上留余量3mm

工序5：

调质处理

工序6：

半精车两Φ90（-0.012^-0.034）外圆至图上尺寸

半精车Φ80（0^-0.03）外圆，直径上留余量1.5mm

工序7：

精车两Φ90（-0.012^-0.034）外圆至图上尺寸

精车Φ80（0^-0.03）外圆至图上尺寸

工序8：

划左端面槽的线

工序9：

铣Φ22（+0.01^-0.023）槽

工序10：

铣Φ140外圆键槽101

工序11：

钻8-M16mm、M16的螺纹底孔，攻丝，钻Φ17.5通孔，锪Φ24深10

工序12：

钻、扩、铰Φ32孔

工序13：

攻2—M12深25孔深30

工序14：

锐边到钝

工序15：

检验入库

2.2.6加工机床及刀具的选择

机床的选择

车床：

CKJ6136（数控车床）——最大工件直径×长度：

360mm×750mm；脉冲当量：

z=0.001、x=0.001；主轴转速（r/min）：

12级、20～2000；工作精度：

圆度：

0.005mm、圆柱度：

200:

0.02mm、平面度：

Φ300:

0.012、粗糙度Ra=1.6μm.主电动机功率：

5.5kw；重量：

3t；外形尺寸：

1890mm×1380mm×1700mm。

钻床：

Z3050（卧式摇臂钻床）——最大钻孔直径：

50mm；主轴转速（r/min）：

16级、25～2000；主电动机功率：

4kw；重量：

3.5t；外形尺寸：

2500mm×1060mm×2655mm。

铣床：

X6030（卧式升降台铣床）——工作台台面尺寸：

300mm×1100mm；主轴转速（r/min）：

12级、30～1200；工作精度：

平面度：

22.5mm/mm2、表面粗糙度Ra=2.5μm；主电动机功率：

4kw；总功率:

4.84KW；重量：

2.6t；外形尺寸：

1990mm×1540mm×1590mm。

刀具的选择

a）车端面、外圆：

45°外圆车刀——合金工具钢、密度为7.7～7.9g/cm2、硬度为63～66HRC；

b）宽4mm（加工Φ22.5外圆用）、2mm外圆割刀（割宽2mm槽用）：

合金工具钢、密度为7.7～7.9g/cm2、硬度为63～66HRC；

c）Φ29锥柄加长麻花钻、总长L=430mm：

合金工具钢、密度为7.7～7.9g/cm2、硬度为63～66HRC；

d）Φ31扩孔钻、总长L=430mm、莫式锥柄号1、分级范围为＞13.2～14合金工具钢、密度为7.7～7.9g/cm2、硬度为63～66HRC；：

e）Φ32铰刀、总长L=430mm、莫式锥柄号2、分级范围为＞15～16合金工具钢、密度为7.7～7.9g/cm2、硬度为63～66HRC；：

f）Φ22直柄键槽铣刀：

合金工具钢、密度为7.7～7.9g/cm2、硬度为63～66HRC。

2.2.7机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定

“左端主轴”零件材料为45钢，生产类型为批量生产，采用锻造成形。

根据原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的加工余量，工序尺寸及其毛坯尺寸：

1.轴的外圆；

轴是锻件，其外圆表面粗糙度为1.6μm，较小，需要精加工，此时直径余量2Z=9mm已经能满足加工要求。

2.轴的长度；

轴的长度是640mm，两Φ90（-0.012^-0.034）、Φ80（0^-0.03）外圆表面粗糙度为Ra1.6，需要粗车-半精车-精车，Φ82（+0.025^+0.003）、Φ89外圆表面粗糙度没有要求，粗车即可满足要求，参照《工艺手册》，因此设定加工余量为每台阶、端面1mm。

2．加工Φ90（-0.012^-0.034）mm外圆

由于粗糙度Ra=1.6μm，需要粗车-半精车-精车。

粗车：

ΦΦ90（-0.012^-0.034）mmZ=1.5mm

半精车：

Φ90（-0.012^-0.034）mm2Z=1.5mm

精车：

Φ90（-0.012^-0.034）mm2Z=1mm

3．加工Φ80（0^-0.03）mm外圆

由于粗糙度Ra=1.6μm，需要粗车-半精车-精车。

粗车：

Φ80（0^-0.03）Z=1.5mm

半精车：

Φ80（0^-0.03）2Z=1.5mm

精车：

Φ80（0^-0.03）2Z=1.0mm

4．加工Φ82（+0.025^+0.003）mm外圆

由于粗糙度没有要求粗车即可满足要求。

粗车Φ82（+0.025^+0.003）mm2Z=1.5mm

5．加工Φ89mm外圆

由于粗糙度没有要求，粗车即可满足要求。

粗车：

Φ89mm2Z=1.5mm

图2左端主轴毛坯图

2.2.8确定切削用量和工时的计算

根据被加工表面质量要求、刀具材料和工件材料，参考切削用量手册或有关资料选取切削速度与每转进给量，然后利用公式vc=pdn/1000和vf=nf，计算机床主轴转速与进给速度（计算过程略），计算结果填入工序卡中。

背吃刀量的选择因粗、精加工而有所不同。

粗加工时，在工艺系统刚性和机床功率允许的情况下，尽可能取较大的背吃刀量，以减少进给次数；精加工时，为保证零件表面粗糙度要求，背吃刀量一般取0.1～0.4mm较为合适。

下面对工序9进行计算

工序9:

铣Φ22（+0.01^-0.023）槽

1.选择刀具

刀具选取立铣刀

，

，

。

2.决定铣削用量

1）决定铣削深度

因为加工余量不大，故可在一次走刀内铣完，则

2）决定每次进给量及切削速度

根据X51型铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。

根据表查出

，则

按机床标准选取

＝375

当

＝375r/min时

按机床标准选取

3）计算工时

切削工时：

，

，则机动工时为

第3章铣Φ22（+0.01^-0.023）槽专用铣夹具设计

3.1工件的定位

1、该零件定位的确定

图3.1夹具定位图

如图及由前面加工工艺路线的安排可知，φ90外圆与φ80外圆已经加工好，利用V型块定位，采用一V型块，一挡销的装夹方式，限制五个自由度。

为了提高加工效率，出于定位简单和快速的考虑，使用铰链压板夹紧机构进行夹紧。

3.2工件的夹紧

1、夹紧装置的组成和基本要求

在机械加工过程中，工件将受到切削力的作用。

为了保证在外力的作用下，工件仍能在夹具中保持由定位元件所确定的加工位置，而不致发生振动或位移，一般在夹具结构中都必须设置一定的夹紧装置，将工件可靠地夹紧。

1.1夹紧装置的组成

典型的夹紧装置，是由下列几个部分组成。

（1）、力源装置。

力源装置是产生夹紧作用力的装置。

通常是指机动夹紧时所用的气动、液压、电动等动力装置。

（2）、中间递力机构。

中间递力机构是介于力源和夹紧元件之间的传力机构。

它把力源装置的夹紧作用力传递给夹紧元件，然后由夹紧元件最终完成对工件的夹紧。

一般递力机构可以在传递夹紧作用力过程中，改变夹紧作用力的方向和大小。

本夹具设计中主要是手动递力使夹紧元件与夹紧机构完成夹紧动作。

（3）、夹紧元件与夹紧机构。

夹紧元件是夹紧装置的最终执行元件。

通过它和工件受压面的直接接触而完成夹紧动作。

本夹具的设计根据零件的特点设计V型组合块和压紧螺钉组合的夹紧装置。

（具体见附录5）

1.2夹紧装置的基本要求

（1）、在夹紧过程中，工件应能保持在既定位置，即在夹紧力的作用下，工件不应离开定位支撑。

（2）、夹紧力的大小要适当、可靠。

既要使工件在加工过程中不产生移动和振动，又不使工件产生不允许的变形和损伤。

（3）、夹紧装置应操作安全、方便、省力。

（4）、夹紧装置的自动化程度和复杂程度应与工件的产量和批量想适应。

2、夹紧力的确定

2.1实际所需夹紧力的计算

本夹具是为铣宽22长30的槽，由《机床夹具设计手册》表1.2.3查得立铣刀对工件纵向铣加工的铣削力的计算公式为

式中：

——切削力（N）；

——背吃刀量（mm）；

——每转进给量（mm）；

——修正系数。

查表1.2.4

，由表1.2.5查得n=1.0所以

再根据表1-2-6得：

除了

，其它各系数均为1.0

因此

=1.33×1.1=1.46

代入数据到上面的公式中，则：

铣削力

N

实际所需夹紧力的计算是一个很复杂的问题，一般只能作粗略估算。

为了简化计算，在设计夹紧装置时，可只考虑切削力对夹紧的影响，并假定工艺系统是刚性的，切削过程稳定不变。

由于工件是以外圆定位，夹紧力与铣削力垂直，由《机床夹具设计手册》表1.2.11查得，则

（N）

式中

———夹紧力N

———所受切削力N

、

———压板和V型块与工件的轴向摩擦系数

K———安全系数，可按下式计算：

K=

———一般安全系数，考虑增加夹紧力的可靠性和因工件材料性质及加工余量不均匀等引起的切削力的变化，一般取

=1.5～2

———加工性质系数。

粗加工取1.2，精加工取1

———刀具钝化系数，考虑刀具磨钝后，切削力增加，一般取

=1.1～1.3

———断续切削系数。

断续切削时，取

=1.2；连续切削时，取

=1

代入数据得：

K=1.5×1.2×1.1×1=1.98

若安全系数K的计算结果小于2.5时，取K=2.5

查《机床夹具设计手册》表1.2.12得：

夹紧元件和支撑元件与工件之间有较大的相互作用力，所以

、

取0.7

因此：

N

因为F=2405N>1094.5N所以该夹紧符合要求

3.3夹具体的设计

夹具体是夹具的基础件。

在夹具体上，要安装组成该夹具所需要的各种元件，机构和装置等，设计时应满足以下要求。

1、应有足够的强度和刚度

保证在加工过程中，夹具体在夹紧力的作用下，不致产生不允许的变形和振动。

2、结构简单，具有良好的工艺性

在保证强度和刚度的条件下，力求结构简单，体积小，重量轻，特别是对于移动或翻转夹具，其重量不应太大，以便于操作。

3、尺寸要稳定

对于锻造夹具体，要进行退火处理，以消除内应力，以保证夹具体加工尺寸的稳定。

4、便于排屑

为防止加工中切屑积在定位元件工作表面或其他装置中，而影响工件的正确定位和夹具的正常工作，在设计夹具体时，要考虑切屑的排除问题。

3.3．1夹具体的毛坯结构

在选择夹具体的毛坯结构时，应以结构合理性、工艺性、经济性、标准化的可能性以及工厂的具体条件为依据综合考虑。

根据夹具的工作条件和受力情况，本夹具的毛坯采用锻造结构可满足要求。

3.3．2夹具体外形尺寸的确定

夹具制造属单件生产性质，为缩短设计和制造周期，减少设计和制造费用，所以夹具体设计，一般不作复杂的计算。

通常都是参照类似的夹具结构，按经验类比法估计确定。

实际上在绘制夹具总图时，根据工件、定位元件、夹紧装置以及其他辅助机构和装置在总体上的配置，夹具体的外形尺寸便已大体确定。

根据《机床夹具设