套筒工艺及铣床夹具设计.docx

1、套筒工艺及铣床夹具设计本科毕业设计论文题 目 套筒工艺与铣床夹具设计 专业名称 机械设计制造与其自动化 学生姓名 刘雨婷 指导教师 闫光明 毕业时间 2014年6月 毕业任务书一、题目套筒工艺与铣床夹具设计二、指导思想和目的要求机械加工工艺与夹具设计是全面地综合运用有关专业课程的理论和实践知识进行加工工艺与夹具结构设计的一次重要实践。通过该毕业设计，综合所学专业知识，熟练的运用机械制造工艺学的基本理论和夹具设计原理的知识，正确的解决一个零件在加工中的定位，夹紧以与合理制定工艺规程等问题的方法，培养编制机械加工工艺规程和机床夹具设计的能力，同时培养分析问题和解决问题的能力，加深理论知识的理解，强

2、化生产实习中的感性认识。设计过程也是理论联系实际的过程，能培养理论联系实际的设计思想，并学会使用手册，查询相关相关资料等，提高分析和解决工程实际问题的独立工作能力，能巩固，加深和扩展有关呢机械加工工艺与夹具方面的知识，为以后的实际工作奠定坚实的基础。三、主要技术指标1. 机械中英文材料 2. 套筒的制图3. 套筒的加工工艺过程综合卡 4. 铣床夹具设计图5. 设计毕业论文四、进度和要求第一阶段：第八学期第1，2周，完成零件制图， 撰写开题报告第二阶段：第八学期第3，4周，修改并完成文献综诉与译文，； 第三阶段：第八学期第5，6周，分析套筒工艺设计的初步思想； 第四阶段：第八学期第7，8周，研读

3、工艺规程设计资料，制定零件加工工艺规程；第五阶段：第八学期第9，10周，铣床夹具设计与计算，绘制制定零件图； 第六阶段：第八学期第11，12周，完善铣床夹具设计，画出夹具装配图。第七阶段：第八学期第13，14周，拟定毕业设计论文框架，整理和撰写设计论文，形成终稿，送审，修改，并装订。五、主要参考书与参考资料1 闫光明，侯忠滨，张云鹏。现代制造工艺基础M西安：西北工业大学出版社，2007. 2 狄瑞坤，潘晓弘，樊晓燕。机械制造工程M杭州：浙江大学出版社。2001. 3 薛源顺，机床夹具设计M北京：机械工业出版社，2000 4 许建新，孔宪光，张振明，技术综述J与制造业信息化。2002.5 蔡瑾，

4、段国林，李翠玉，李德红，夹具设计技术发展综诉J河北工业大学报， 2002. 6 魏米，吴大春，机械加工工艺路线的拟定J，民营科技，2008. 学生 指导教师 系主任 摘 要工艺学是研究机械加工工艺技术和夹具设计为主的技术学科,具有很强的实践性,要求学习过程中应紧密联系生产实践,同时它又具有很强的综合性。本次毕业设计研究的课题是套筒零件加工工艺编制与铣床夹具设计，主要内容如下：首先，对零件进行分析，根据零件图提出的具体加工要求，确定毛坯的制造形式和尺寸。第二步，进行基面的选择，确定加工过程中的粗基准和精基准。根据选好的基准，制定工艺路线方案，第三步，根据已经确定的工艺路线，选择加工设备与工艺装备

5、，再确定每一工步的切削用量。在机械设计制造各行业的工艺过程中广泛应用着各种不同的，用以固定加工对象，使之占有正确位置，以便接受施工的一种工艺装备，通称为夹具。本次夹具设计则是设计铣套筒圆弧R10 的夹具。设计夹具先对原始资料进行分析，明确设计的要求和意图，然后提出具体的定位、夹紧、对刀方案和夹具体的一般结构。为保证设计的可靠性，还要对夹具的夹紧力和精度进行了分析。同时使设计基准与定位基准相重合，保证了槽侧面的加工精度与位置公差。然后确定夹具结构方案，然后开始切削力、夹紧力的计算和定位误差的分析。最后，把整个设计过程整理为设计说明书和图纸，至此整个设计基本完成。关键词：套筒，加工工艺，铣床夹具

6、, a , , . , : , , , . , , . , , , , , . a , a , , a , . R10. , , , , . , . , . , , . , , .: , , 第一章 绪论 1第二章 套筒零件图分析 32.1 套筒零件图的分析 32.1.1 套筒结构特点 32.1.2 套筒作用 42.1.3 套筒工艺分析 4第三章 套筒工艺过程分析 73.1确定毛坯 73.1.1 毛坯选择 73.1.2 绘制毛坯图 83.2拟定工艺路线 83.2.1 各表面加工方法 83.2.2 定位基准的选择 193.2.3 加工阶段的划分 203.2.4 工序集中与分散 213.2.5 热

7、处理工序安排 223.2.6 辅助工序的安排 223.2.7 重要工序的分析 223.3 加工余量的确定 233.4 尺寸链计算 24第四章 铣床夹具设计 264.1 定位装置的设计 264.2夹紧装置的设计 264.3绘制夹具总图 264.4夹具操作简述 274.5夹具精度校核 27第五章 结论 29参考文献 30致 谢 31毕业小结 32附 录 34第一章绪论夹具：机械制造过程中用来固定加工对象，使之占有正确的位置，以接受施工或检测的装置。铣床夹具：均安装在铣床工作台上，随机床工作台作进给运动。主要由定位装置、夹紧装置、夹具体、连接元件、对刀元件组成。铣削加工时，切削力较大，又是断续切削，

8、振动较大，因此铣床夹具的夹紧力要求较大，夹具刚度、强度要求都比较高。本设计主要采用软件对套筒R10圆弧快速夹具设计.根据零件图的特点对套筒R10圆弧快速夹具进行设计，首先是确定套筒R10圆弧快速夹具的大致模样，夹具设计的几点要求是保证工件的加工精度、提高生产效率、工艺性能好、使用性能好、经济性好，夹紧可采用偏心轴夹紧，通过偏心轴旋转的不同偏心距来夹紧与松弛。设计好后，对夹具进行绘制。夹具设计其实也就是对加紧和定位的设计，只要夹紧设计定位好后，基本上夹具就完成了，但这只是基本，还要对他进行别的设计，比如首先保证夹具的安全性、工件的加工精度、提高生产效率、工艺性能好、使用性能好、经济性好，又比如可

9、浮动、可联动、可增力、可自锁、快速装夹等等，这些都很重要，所以设计要从各方面不同的角度考虑夹具设计这个问题。工艺规程：是指导施工的技术文件。一般包括以下内容：零件加工的工艺路线，各工序的具体加工内容，切削用量、工时定额以与所采用的设备和工艺装备等。 1工艺规程是工厂进行生产准备工作的主要依据，产品在投入生产之前要作大量的生产准备工作，包括原材料和毛坯的供应，机床的配备和调整，专用工艺装备的设计制造，核算生产成本以与配备人员等，所有这些工作都要根据工艺规程进行。2工艺规程是企业组织生产的指导性文件工厂管理人员根据工艺规程规定的要求，编制生产作业计划，组织工人进行生产，并按照工艺规程要求验收产品。

10、3工艺规程是新建和扩建机械制造厂（或车间）的重要技术文件新建和扩建机械制造厂（或车间）须根据工艺规程确定机床和其他辅助设备的种类、型号规格和数量，厂房面积，设备布置，生产工人的工种、等级与数量等。此外，先进的工艺规程还起着交流和推广先进制造技术的作用。典型工规程可以缩短工厂摸索和试制的过程。第二章 套筒零件图分析2.1 套筒零件图的分析套筒的零件图如图2-1所示图2-1 套筒零件图2.1.1 套筒结构特点本设计的套筒的材料为38，其硬度为45-70，抗拉强度为14-232，此零件内外径孔偏心，还有一垂直孔也是偏离两个中心轴，由于其特殊性，这个加工工艺必须慎重考虑，必须使用一些专用夹具，是其加工

11、准确，以保证精度。另外最主要的一步，也是我们这个课题所要研究的一部，那就是铣R10圆弧，因为此圆弧不是标准的1/4圆弧，圆心很不规则，所以我们需要设计专用夹具，来保证套筒此工艺的顺利进行，以保证图纸里要求的加工精度。 图3.14 精磨端面 选用M1432A磨床，选用刀具1砂轮，精磨端面，保证其长度尺寸为，两端面平行度为0.01，端面与外圆面垂直度为0.02，端面与内孔垂直度为0.03，粗糙度0.8。工序70-精磨外圆，如图3.15所示： 图3.15 精磨外圆 选用外圆磨床1312，选用刀具1砂轮，精磨外圆，保证端面直径为，粗糙度0.8。工序75-渗氮，如图3.16所示： 图3.16 渗氮 在井

12、式炉里进行全部渗氮，孔内径的渗氮层深度为0.20.4。工序80-粗磨内孔，如图3.17所示： 图3.17粗磨内孔 选用M2110磨床，选用选用刀具砂轮，保证内孔直径为，粗糙度3.2。工序85-精磨内孔，如图3.18所示： 图3.18 精磨内孔 选用M2110磨床，选用选用刀具5砂轮，保证内孔直径为，其粗糙度为0.32。工序90-磁力探伤，如图3.19所示： 图3.19 磁力探伤 用磁力探伤机来检验表面是否有缺陷。工序95-研磨内孔，如图3.20所示： 图3.20 研磨内孔 选用6140车床，选用刀具研磨棒，保证内孔直径为，其粗糙度为0.2，内孔与端面的垂直度为0.02。工序100-终检，如图3

13、.21所示： 图3.21 终检检验尺寸要求和表面粗糙度，位置精度，以与对零件的各项要求，以确定零件是否合格。3.2.2定位基准的选择 定位基准是指在机械加工中用来确定工件位置的基准面，它的合理选择对保证加工精度，安排加工顺序和提高加工生产率有重要影响。第一道工序只能以毛坯表面作为定位基准面，这种基准面称为粗基准。在以后的工序中用已加工过的表面定位，这种基准面称为精基准。在制定零件加工的工艺规程时，正确地选择工件的定位基准有着十分重要的意义。定位基准选择的好坏，不仅影响零件加工的位置精度，而且对零件各表面的加工顺序也有很大的影响。合理选择定位基准是保证零件加工精度的前提，还能简化加工工序，提高加

14、工效率。粗基准的选择粗基准的选择，主要影响不加工表面与加工表面的相互位置精度以与影响加工表面的余量分配。因此，选择粗基准要遵循一些基本原则：1合理分配加工余量原则若工件必须首先保证某重要表面的加工余量，则应选择该表面作为粗基准。在没有要求保证重要表面加工余量均匀的情况下，若零件上每个表面都要加工，则应该以加工余量最小的表面作为粗基准。2保证零件加工表面相对于不加工表面具有一定位置精度的原则。在与1相同的前提条件下，若零件上有的表面不需要加工，则应该以不加工的表面中雨技工表面的位置精度要求较高的表面作为粗基准以达到厚壁均匀外形对称等要求。3便于装夹原则。选用粗基准的表面应尽量平整光滑，不应该有飞

15、边、浇口、冒口与其他缺陷，这样可减少定位误差，并能保证零件夹紧可靠。4粗基准一般不得重复使用原则当毛坯是精密铸件时，毛坯的质量很高，如果工件的加工精度要求不高，这时可以重复使用某一粗基准。(二)精基准的选择精基准的选择应从保证零件的加工精度、特别是加工表面的相互位止精度来考虑，同时也要照顾到装夹方便，夹具结构简单。选择精基准一般应该遵循以下原则：1基准重合原则选用设计基准作为定位基准，以避免定位基准与设计基准不重合而引起的基准不重合误差。2. 基准同一原则应采用同一组基准定位加工零件上尽可能多的表面，这就是基准统一原则。这样做可以简化工艺规程的制订工作，减少夹具设计、制造工作量和成本，缩短生产

16、准备周期；由于减少了基准转换，便于保证各加工表面的相互位置精度3. 自为基准原则某些要求加工余量小而均匀的精加工工序，选择加工表面本身作为定位基准，称为自为基准原则。4. 互为基准原则当对工件上两个相互位置精度要求很高的表面进行加工时，需要用两个表面互相作为基准，反复进行加工，以保证位置精度要求。5. 便于装夹原则所选精基准应保证工件安装可靠，夹具设计简单、操作方便。根据以上原则，粗基准：以外圆柱表面为粗基准； 精基准：以加工过的外圆柱面和内孔为精基准。3.2.3 加工阶段的划分本工艺分三阶段进行，即粗加工，半精加工，和精加工阶段，光整加工阶段。粗加工阶段：在该阶段高效地切除加工表面的大部分余

17、量，使毛坯形状和尺寸上接近成品套筒，主要加工完成粗车外圆与端面和各个内孔的加工，即粗车端面、外圆与切断；钻孔半精加工阶段：任务是达到一般的技术要求。即各次要表面达到最终要求，并为主要表面的精加工工作做准备，本次加工为半精加工的为铣键槽；钻孔；镗孔；钻孔；半精车外圆；粗磨内孔。精加工阶段：其任务是达到零件的全部技术要求。（主要是保证主要表面的加工质量），在零件上有特别高的表面（精度在5级以上，光洁度在10以上时，还要在精加工阶段后，进行加工。）本次加工为精加工的是精车端面；精磨端面；精磨外圆；精磨内孔光整加工阶段：对于表面粗糙度要求很细和尺寸精度要求很高的表面，还需要进行光整加工阶段。这个阶段的

18、主要目的是提高表面质量，本次加工为光整加工的是研磨内孔。3.2.4 工序集中与分散经过以上所述，零件加工的工步顺序已经排定，如何将这些工步组成工序，就需要考虑采用工序集中还是工序分散的原则。1.工序集中就是将零件的加工集中在少数几道工序中完成，每道工序加工内容多，工艺路线短。其主要特点是： 可以采用高效机床和工艺装备，生产率高； 减少了设备数量以与操作工人人数和占地面积，节省人力、物力； 减少了工件安装次数，利于保证表面间的位置精度； 采用的工装设备结构复杂，调整维修较困难，生产准备工作量大。2.工序分散工序分散就是将零件的加工分散到很多道工序内完成，每道工序加工的内容少，工艺路线很长。其主要

19、特点是： 设备和工艺装备比较简单，便于调整，容易适应产品的变换； 对工人的技术要求较低；可以采用最合理的切削用量，减少机动时间； 所需设备和工艺装备的数目多，操作工人多，占地面积大。在拟定工艺路线时，工序集中或分散的程度，主要取决于生产规模、零件的结构特点和技术要求，有时，还要考虑各工序生产节拍的一致性。一般情况下，单件小批生产时，只能工序集中，在一台普通机床上加工出尽量多的表面；大批大量生产时，既可以采用多刀、多轴等高效、自动机床，将工序集中，也可以将工序分散后组织流水生产。批量生产应尽可能采用效率较高的半自动机床，使工序适当集中，从而有效地提高生产率。 对于重型零件，为了减少工件装卸和运输

20、的劳动量，工序应适当集中；对于刚性差且精度高的精密工件，则工序应适当分散。 据统计，在我国的机械产品中，属于中小批量生产性质的企业已超过了企业总数的90%，单件中小批量生产方式占绝对优势。随着数控技术的普与，多品种中小批量生产中，越来越多地使用加工中心机床，从发展趋势来看，倾向于采用工序集中的方法来组织生产。由上分析，由于零件时批量生产，所以套筒的加工应该采取工序分散的方式。3.2.5 热处理工序安排(1）预备热处理 常用的方法有退火和正火，一般安排在机械加工之前。用以改善切削性能，使组织均匀，细化晶粒，消除毛坯制造时的内应力。（2）去除内应力处理 包括人工时效、退火等，通常在粗加工与精加工之

21、间进行。对于一般精度的零件，应安排在粗加工后作人工时效，以消除铸造和粗加工时产生的内应力，减少后续加工的变形；对精度要求较高的零件，应在半精加工后进行第二次时效处理，使加工精度稳定；对精度要求很高的零件（如丝杆、主轴等），应安排多次去应力处理；对于精密丝杆、精密轴承等零件，为消除残余奥氏体，稳定尺寸，常在回火后进行冷处理。（3）最终热处理 可以提高材料的强度、表面硬度和耐磨性。变形较大的热处理，如调质、淬火、渗碳淬火等，应在磨削前进行，通过磨削来纠正热处理变形。变形较小的热处理（如氮化），应安排在精加工后。工序，一般在精加工后进行。电镀工序后应进行抛光，以增加耐腐蚀性和美观。耐磨性镀铬则放在粗

22、磨和精磨之间进行。本次加工采用的热处理为调质处理和渗氮。调质处理保证表面硬度大于等于600，中心硬度为32.8-37.8；渗氮处理为全部渗氮，孔内径层渗氮层深度为0.2-0.4。3.2.6 辅助工序的安排包括检验、去毛刺、倒棱边、去磁、清洗和涂防锈油等。其中检验工序是保证产品质量的重要措施，它应在粗加工与精加工之间，或重要工序前后进行；进入装配和成品库前应作最终检验，对于重要件还应作特种性能检验，如磁力探伤、密封性等。3.2.7 重要工序的分析一般套筒类零件在机械加工中的主要工艺问题是保证内外圆的相互位置精度(即保证内、外圆表面的同轴度以与轴线与端面的垂直度要求)和防止变形。1.保证相互位置精

23、度要保证内外圆表面间的同轴度以与轴线与端面的垂直度要求，通常可采用下列三种工艺方案：(1)在一次安装中加工内外圆表面与端面。这种工艺方案由于消除了安装误差对加工精度的影响，因而能保证较高的相互位置精度。在这种情况下，影响零件内外圆表面间的同轴度和孔轴线与端面的垂直度的主要因素是机床精度。该工艺方案一般用于零件结构允许在一次安装中，加工出全部有位置精度要求的表面的场合。为了便于装夹工件，其毛坯往往采用多件组合的棒料，一般安排在自动车床或转塔车床等工序较集中的机床上加工。图7-69所示的衬套零件就是采用这一方案的典型零件。(2)全部加工分在几次安装中进行，先加工孔，然后以孔为定位基准加工外圆表面。

24、用这种方法加工套筒，由于孔精加工常采用拉孔、滚压孔等工艺方案，生产效率较高，同时可以解决镗孔和磨孔时因镗杆、砂轮杆刚性差而引起的加工误差。当以孔为基准加工套筒的外圆时，常用刚度较好的小锥度心轴安装工件。小锥度心轴结构简单，易于制造，心轴用两顶尖安装，其安装误差很小，因此可获得较高的位置精度(3)全部加工分在几次安装中进行，先加工外圆，然后以外圆表面为定位基准加工内孔。这种工艺方案，如用一般三爪自定心卡盘夹紧工件，则因卡盘的偏心误差较大会降低工件的同轴度。故需采用定心精度较高的夹具，以保证工件获得较高的同轴度。较长的套筒一般多采用这种加工方案根据对套筒零件图的分析，此零件工序铣圆弧槽比较重要，因

25、为它的精度较高，操作难度大，此外还有内孔加工，精度要求比较高，先要粗磨，再精磨，最后还有研磨，从而保证内孔直径为，其粗糙度为0.2。综上所述，内孔加工这块工序比较重要，还有就是铣削圆弧键槽也比较重要，所以需要使用专用的夹具来保证工件的加工。3.3 加工余量的确定一加工余量：指加工过程中所切去的金属层厚度。余量有总加工余量和工序余量之分。总加工余量（亦称毛坯余量）：由毛坯转变为零件的过程中，在某加工表面上切除金属层的总厚度，称为该表面的总加工余量（亦称毛坯余量）。一般情况下，总加工余量并非一次切除，而是分在各工序中逐渐切除，故每道工序所切除的金属层厚度称为该工序加工余量（简称工序余量）。工序余量

26、：是相邻两工序的工序尺寸之差，毛坯余量是毛坯尺寸与零件图样的设计尺寸之差。由于工序尺寸有公差，故实际切除的余量大小不等。二影响加工余量的因素主要影响因素分单项介绍如下：（1）前工序形成的表面粗糙度和缺陷层深度（和） （2）前工序形成的形状误差和位置误差（x和w） 综上所述，影响工序加工余量的因素可归纳为下列几点：（1）前工序的工序尺寸公差（）。 （2）前工序形成的表面粗糙度和表面缺陷层深度（）。（3）前工序形成的形状误差和位置误差（x、w）。（4）本工序的装夹误差（b）。本设计各工序的加工余量：粗车端面外圆与切断：端面加工余量2，外圆加工余量2.5；精车端面：加工余量0.7；镗孔：加工余量4；

27、半精车外圆：加工余量1.4;镗内孔：加工余量1.35;精磨端面：加工余量0.3；精磨外圆：加工余量0.1;粗磨内孔：加工余量0.2;精磨内孔：加工余量0.1;研磨内孔：加工余量0.1。3.4 尺寸链计算渗氮前内孔的直径为，渗氮后磨孔到。渗氮后孔内径的渗氮层深度需在0.20.4范围内。尺寸链计算，如图3.22所示： 图3.22 尺寸链从尺寸关系可以看出，渗氮深度0.20+0.2（双边为0.40+0.4）是加工间接保证的设计尺寸，是封闭环，它和渗氮前后的磨孔，以与渗氮工序的渗入深度（双边为t）组成为尺寸链。因此 0.4=24.6924.89， 0.4=0.039（t）-0， 0=0（t）-0.03

28、9,得出 0.6 （t）=0.361 （t）=0.039所以 0.6+0.361+0.039 （双边）=0.3+0.1805+0.0195 或 =0.320.48 (单边)与渗氮工序的渗氮层深度为0.320.48第四章 铣床夹具设计4.1 定位装置的设计定位装置的作用是使工件在夹具中占据正确位置，铣圆弧键槽R10,其夹具如图4-1所示，夹具上的定位键3、定位销5、六角螺钉7、定位销8都是定位元件，通过它们使工件在夹具中占据正确的位置，采取这种定位装置，是因为此工件精度要求高，所以必须多限制几个自由度，此套夹具中，一共限制了5个自由度，包括方向的移动以与X轴与Z轴方向的转动.4.2夹紧装置的设计

29、在机械加工过程中，工件会受到切削力、离心力、惯性力等的作用。为了保证在这些外力作用下，工件仍能在夹具中保持已由定位元件所确定的加工位置，而不致发生振动和位移，在夹具结构中必须设置一定的夹紧装置将工件可靠地夹牢。工件定位后将工件固定并使其在加工过程中保持定位位置不变的装置，称为夹紧装置。夹紧装置的设计和选择是否合理，将直接影响工件的加工质量和生产率。夹紧装置的组成一般分为动力装置、夹紧元件、中间传力机构，作用是将工件压紧夹牢，保证工件在加工过程中受到外力(切削力等）作用时不能离开已经占据的正确位置。如夹具图4-1所示，图中的定位销5起轴向定位、压板6和V型块将零件固定，同时因为工件的特殊性与精度

30、高的要求，T型螺栓4将其压紧，而活节螺栓与上部的螺栓是一个整体，灵活性强，方便工件的翻转以与拆卸。4.3绘制夹具总图如图4-1夹具图所示图4-1 夹具图4.4夹具操作简述首先所有零件，包括夹具本身轻拿轻放，擦拭干净，保证没有其他杂物影响装配；然后，将V型块通过件7和件8将其固定，螺钉拧紧；再将件5定位销嵌入夹具底板中，保证高度；将工件套筒放到V型块中间，上铰链螺栓、压板，将铰链螺栓拧紧；然后将对刀块按照需要固定在夹具体上；最后将定位键固定在夹具体上边。4.5夹具精度校核影响的误差分析。1基准不重合误差=0.0162由于这里是平面定位，定位误差很小，可以忽略不计。 3因为夹紧力所引起的变形对该原始尺寸没有影响，则夹紧所致的误差忽略不计4铣刀安装的不准确并不影响槽的位置尺寸，所以不考虑。5与加工方法有关的误差。对刀块的位置尺寸误差、调刀误差、铣刀的跳动、机床工作台面的倾斜和变形等所引起的加工误差，可根据生产经验并参照经济加工精度，大约取0.01 。以上诸项可能造成的最大误差为0.026，这小于工序误差0.03，所以该夹具能够保证工件的精度要求。 第五章 结论本次的毕业设计的题目是套筒工艺与铣床设计,根据对毛坯的各方面的分析，选择了棒料38，然后对毛坯进行了加工，加工工序为毛坯粗车端面外圆与切断精车端面铣键槽钻孔去毛刺钻孔镗孔钻孔中间检验调制处理半精车外圆镗内孔精磨端面精磨外