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1 浙江纺织服装职业技术学院浙江纺织服装职业技术学院 毕毕 业业 设设 计计 题题 目目 院院 系系 专专 业业 姓姓 名名 指导教师指导教师 惰轮轴工艺设计和工装设计 机电信息分院 数控技术与应用 2 惰轮轴工艺设计和工装设计惰轮轴工艺设计和工装设计 摘摘 要要： 本设计的零件为惰轮轴，选用 QT60-2 钢。根据零件的形状、尺寸精度、生产的经 济效益等各方面的详细分析其加工工艺，多采用专用机床加工。通过对零件的分析，此轴要 求精度高，工序适当集中，要求光滑，所以选用工具和尺寸要准。最后对零件进行校核。以便 达到零件精度的要求。 关关键词键词： ：夹具、校核、 Lazy axle design Abstract : The design of the axle components are inert choose QT60-2 steel. According to parts of shape, size precision, production and other economic benefits of the detailed analysis of its manufacturing processes, the use of dedicated processing machine. Part of the analysis, accuracy of this axis, the appropriate concentration processes require smooth, and use tools to prospective size. Finally, the parts are checked. To meet the requirements of precision parts. Keywords : Fixture, Verification, 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 3 目目 录录 摘摘 要要：2 前前 言言4 一一 毕业设计的目的毕业设计的目的5 二二 毕业设计要求的基本任务和要求毕业设计要求的基本任务和要求5 2.1、基本任务.5 2.1.1、工艺设计的基本任务5 2.1.2、夹具设计的基本任务5 2.2、设计要求.5 2.2.1、工艺设计的设计要求5 2.2.2、夹具设计的设计要求5 三三 惰轮轴毕业设计的方法和步骤惰轮轴毕业设计的方法和步骤6 3.1、生产纲领的计算与生产类型的确定.6 3.2、零件材料的分析.6 3.3、零件图的分析.7 3.4、确定毛坯.8 3.5、加工工艺路线.8 3.6、确定工序尺寸及其公差.9 3.7、确定切削用量. 10 3.8、机床及工艺设备的选择. .10 3.9、设计工艺过程卡. .11 3.10、零件的程序编制. .12 四四 夹具设计夹具设计12 4.1、夹具设计的目的和要求. .12 4.2、夹具类型的确定. .13 4.3、定位装置的设计. .13 4 4.4、夹紧装置的设计. .16 4.5、导向装置的设计及其它装置结构、夹具体的确定. .18 4.6、确定夹具技术要求和有关尺寸、公差配合. 18 4.7、夹具精度分析与计算.19 结结 论论20 致致 谢谢20 参考文献参考文献21 前前 言言 在本次设计中，主要包括以下几个步骤： 一、惰轮轴的工艺设计： 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、惰轮轴夹具的设计： 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。 毕业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 为大批量生产。 5 一一 毕业设计的目的毕业设计的目的 毕业设计是培养机械工程类专业学生应职应岗能力的重要实践性教学环节， 它要求学生能全面综合地运用所学的理论和实践知识，进行零件机械加工工艺 规程和工艺装备的设计。其基本目的是： （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。 二二 毕业设计要求的基本任务和要求毕业设计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，毛坯图各一张 (2)绘制夹具装备图，夹具零件图各一张 (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 6 (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 三三 惰轮轴毕业设计的方法和步骤惰轮轴毕业设计的方法和步骤 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 已知零件的年生产纲领为 10000 零件的质量约为 2，查表 1-1 可知其生产 类型为大批量生产，初步确定工艺安排的基本思路为：加工过程划分阶段；工 序适当集中；加工设备以通用设备为主；大量采用专用工装。这样安排，生产 准备工作投资较少，生产效率高，且转产容易。 本设计的零件为小型零件，生产类型为大批量生产。 3.2、零件材料的分析、零件材料的分析 本设计的零件是惰轮轴，选用 QT60-2 钢。QT60-2钢是优质素结构钢，属 7 于普通中碳钢。其强度、硬度较高，热处理硬度在 50左右，而塑性、韧性略 低。不能做冲、挤等加工零件。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：、零件图的分析： 要求：表面清晰，无毛刺，尺寸精度如上图。 零件的作用：该零件主要适用于机械传动系统中力的传送，用于机床，汽车等 产品。 3.4 确定毛坯确定毛坯 (1) 确定毛坯种类 根据零件材料确定毛坯为铸造件。 8 毛坯图 (2)确定铸件形状 (1)根据第一章有关表格及铸工手册 ，确定外表面单边加工余量为 2.53mm (2)根据铸工手册 ，轴可通过拔长得到，为简化铸造工艺，对直径相 近的台阶适当合并 (3)根据轧制圆棒料切断和端面加工余量的要求，端面加工余量确 定 为 3mm 3.5 加工工艺路线加工工艺路线 1定位基准的选择 以外圆为粗基准面加工端面为粗基准打中心孔，再以中心孔为基准车外圆。 以确定基准面。 2拟定工艺路线 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: 外圆表面及孔加工的经济精度与表面粗糙度 9 序号加工方法经济精 度 （IT） 表面粗糙 度 Ra(m) 适用范围 1 粗车1113256.3 2 粗车半精车8106.33.2 3 粗车半精车精车691.60.8 4 粗车半精车精车抛光680.20.02 5 适用于淬火钢以外的 各种金属 序号加工方法经济精 度 （IT） 表面粗糙 度 Ra(m) 适用范围 1 钻1213 12.5 2 钻铰8103.21.6 3 钻粗铰精铰781.60.8 适用于淬火钢以外的 各种金属 加工顺序的安排 在确定了零件各表面的加工方法之后,就要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，按加工性质和作用不同，一般划分为粗加工阶 段、半精加工阶段、精加工家段和光整加工阶段。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。如图 1-4 所示为热处理工 10 序安排图。 毛坯-粗加工-半精加工-精加工-精磨-细磨 去应力退火 正火 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。 3.6 确定工序尺寸及其公差确定工序尺寸及其公差 工序顺序确定后，就要计算各个工序加工时所应达到的工序尺寸及其公差。 工序尺寸公差一般按经济加工精度确定，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达到的加工精度后，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，就可计算 出每道工序的工序尺寸。 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，或由于零件表面的多次 加工等原因，往往不能直接采用设计基准作定位基准，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 算微比较复杂，应利用尺寸链原理进行分析和计算，并对工序余量进行必要的 验算（是否够切）以确定工序尺寸及其公差。 3.7 确定切削用量确定切削用量 粗加工时，切削量为 1.5mm 半加工时，切削量为 0.6mm 精加工，切削量为 0.2mm; 孔加工时：用直径 8.5 的钻头，再用直径 9 的铰刀，用螺纹钻头钻； 3.8 机床及工艺设备的选择机床及工艺设备的选择 （1）选择机床 选择机床和工艺装备的总原则是根据生产类型与加工要求使所选择的机床 及工艺装备既能保证加工质量，又经济合理。 11 基于次原则本惰轮轴的设计所选机床如下： 数控机床、钻床、磨床等（具体车床类型及型号请看工艺卡片） 。 （2）选择夹具 粗车、半精车可采用定心卡盘及尾座顶尖。 轴孔钻削深度小，宜选用低速钢钻头。 （3）选择量具 粗加工、半精加工可选用通用量具。 端面工序尺寸中无高公差，而查参考文献知计量器具不确定度允许值为 0.012mm，故选择分度值为 0.01mm 的游标卡尺，其不确定度值为 0.006mm， 可满足要求。 仿形车工序中轴向尺寸 30f6 其上偏差为+0.020，下偏差为+0.041，查 表并根据有关公式计算得，计量器具不确定度允许值为 0.045mm，查参考文献 选择分度值为 0.02mm 的游标卡尺，其不确定值可满足要求。 精加工工序为零件完工尺寸，精度要求高，若用通用量具，需选用比较 仪、指示表，使用不便。故宜选用专用量具。 外圆测量宜采用卡规，测量时要注意从相互垂直的两个方向测量。 3.9 设计工艺过程卡设计工艺过程卡 机械加工工艺过程卡片 零件名称惰轮轴材料牌号 QT602 毛坯种类：铸件 工序号工序名称工序内容设备工艺装备 010毛坯铸造 020热处理 1去应力退火 030仪表车车两端 面 平端面 数控车床 车刀，游标卡尺，三爪 卡盘 040粗车外圆 (1)车床三爪卡盘夹紧一端 面，另一端面用顶针顶住， 加工外径33，平端面 2mm，端面留有余量，长 度为 17 (2)换头同方法车另一端面， 加工外径33，平端面 2mm，端面留有余量，长 度为 26 (3)中间厚度 8 两侧面 6.3 粗车，车到 10 数控车床 车刀，游标卡尺，两顶 针，三爪卡盘 12 050半精车外圆 (1) 用顶针和卡盘固定两 端面，加工外径 31.8，长度为 19 (2) 换头用顶针和卡盘固 定两端面，加工外径 31.8，长度为 27.5 数控车床 车刀，游标卡尺，两顶 针，三爪卡盘 060精车外圆 (1) 换头车另一端面，用 顶针和卡盘固定，加 工外径30，长度为 20 (2) 换头车另一端面，用 顶针和卡盘固定，加 工外径30，长度为 28，公差为+0.12 与 0.07 之间 (3) 中间厚度 8 两侧面 6.3 精车，车到 8 公差在 +0.1 与-0.1 之间 数控车床 车刀，游标卡尺，两顶 针，三爪卡盘 070热处理 正火硬度 HB229302 080精磨外圆精磨外圆磨床 M1432B 外圆砂轮 090钻孔 9 M6 Z525 钻头， 游标卡迟，钻 模 100孔粗加工 9 M6 Z525钻头，游标卡迟，钻模 110孔精加工 9 M6 Z525钻头，游标卡迟，钻模 120检验去毛刺，修边锉刀，砂皮纸 130入库油封，入库 编制（日期）审核（日期）共（ ）页 第 （ ）页 3.10 零件的程序编制（部分）零件的程序编制（部分） 1对刀 2编程 G93 X100 Z80 S650 T01 M03 G01 X51 Z2 F0.2 G91X35Z27.5 X33 X31.8 X30.6 13 X30.4 X30.2 X30 G00 X51 Z4 M02 M30 四四 夹具设计夹具设计 4.1 夹具设计的目的和要求 目的 (1)保证加工精度 (2)提高劳动生产率 (3)改善工人劳动条件 (4)降低生产成本 (5)扩大机床工艺范围要求 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 4.2 夹具类型的确定夹具类型的确定 由此任务及条件可知：加工零件的加工形状不是很复杂，加工精度要求 不是很高。但生产批量较大。因此夹具的设计不宜太复杂，在保证加工质量 和生产效率的前提下，应尽量简化结构，做到经济合理 4.3 定位装置的设计定位装置的设计 （1） 确定定位方案 本零件总共有六个自由度，这里主要控制五个自由度： 根据工件结构特点，其定位案有两种 方案一：13 所示，以30 的左端面为定位面，限制它的五个自由度， X ， ，X，Y。 Y Z 14 方案二：13 所示，以30 的右端面为定位面，限制它的五个自由度， X ， ，X，Y Y Z 方案一 方案 二 比较上述两种方案，方案更合理 （2）定位元件的选择 1）选择带定位销的底板，作为30 轴的定位元件，其尺寸和结构按要求 确定 2）以9 孔外缘定位，采用两种方式： （1）选用只厂承钉作为9 外缘定位元件其尺寸和结构按照表 319 和 320 确定，它可限制 Z 的自由度。该方案由于对工件的夹紧的效果不是很好 （2）采用移动 V 形块作为定位元件，如图 14 所示它可限制 Z 自 由度，虽然它的结构比较复杂，但是对工件的加工精度能起到很好的效果。 比较上述两种方案，确定采用第二种方案 15 图 14 （3） 定位误差分析计算 1）加工 M6 螺纹盲孔，保证中心距 16以及于端面的垂直度为 0.03。 0 - 02 计算中心距尺寸（16）mm 定位误差D 为 0 - 02 D=B+Y 由图 13 可知, B=0 基准位移误差Y 等于定位销于定位孔的最大间隙值 Xmax,销孔配合代号 为8 , H7 n6 8H7 为8+0.021 8n6 为8-0.002 于是 Xmax=Dmax-dmin=8.021-7.998=0.023mm D=Y= Xmax=0.023（mm） 其中：G =0.2mm D 允=1/3G=0.06D 则 DD 允 该定位方案满足要求 计算螺纹孔 M6 与 B 面垂直度误差 同理 D=B+Y 有基准位移误差定义可知 Y=1+2 16 1 是定位销圆柱部分与台阶面的垂直度误差。由于此两表面是在第一次安 装中加工出的，其误差很小，可忽然不计1=0 2 是工件与定位面 B 的垂直度误差，而工件与定位面 B 也是在一次安装中 加工出的，其误差很小，也可忽然不计1=0 因此 D=B+Y=0 定位误差的允许值D 允=1/3G=1/30.03=0.01(mm) 显然 DD 允 2）加工 M6 通孔：要求保证中心距 56mm 的定位精度。 同理 D=B+Y，B=0 而Y 与加工 M6 相同 D=Y=0.023mm 其中：G=0.2mm D 允=1/3G=1/30.2=0.06mm 显然 DD 允 3）加工9 孔，要求保证其中心距为 80mm D=B+Y D=Y=0.023mm 其中 G=0.2mm D 允=1/3G=1/30.2=0.06mm 显然 DD 允 该定位方案满足要求 由以上分析可知，该定位方案与定位装置是可行的。 4.4 夹紧装置的设计夹紧装置的设计 1 夹紧机构 根据生产类型，此夹具的夹紧机构不宜太复杂，采用螺旋夹紧方式。其螺杆 直径暂用为 M12 为缩短装卸工件的时间，采用开口垫圈。 2 夹紧力计算 17 （1）加工9 时受力分析如图 15 所示，加工时钻削轴向力 F 与夹紧力 F1 同向作用在 V 行块上，而钻削扭矩 T1 则有使工件紧靠 V 行块之势切削力矩不 大。因此，对于加工此孔来说，夹紧是可靠的，不必进行夹紧力校 图 15 图 16 （2）加工 M6 孔时如图 16 所示，由于受到的扭矩比较大，夹紧机构因具 有足够的夹紧力和摩擦力矩，为此需进行夹紧力的校核。 1） 钻削轴向力 F F=9.81CFd f FkF z 0 Y 设 f=0.25mm,以知 d011mm 其余参数查文献得： F=9.8161.2110.250.70.688=2167.5（N） 2） 钻削力矩 T2 T=9.81CMd Mf MkM=9.810.031111 0.25 z 0 Y 0.866=9.866（N.m） 3） 使工件转动的转矩 T3 由图 16 知 7 T3=FL=2167.150.015=32.15（N.m） 18 4） 防转夹紧力 F 根据力的平衡原理得： F3fr+2Fn frKT3 得 F3=9030.56（N） 5） 夹紧机构产生的夹紧力为 F3 根据出版选用螺杆直径为 M12mm，由参考文献【9】查得，采用 M12 的螺杆时，许用夹紧力 F3F3。显然满足夹紧力要求 4.5 导向装置的设计及其它装置结构、夹具体的确定导向装置的设计及其它装置结构、夹具体的确定 1 加工 M6 螺纹孔导向装置的确定 为适应钻、扩、铰的要求，现选用快换钻套及之相适应的村套，它们的主 要尺寸和结构由表 357 和 358 选取。具体尺寸如表 17 所示 表 17 快换钻套及衬套尺寸 由机械加工手册得：钻套端面至加工面间的距离一般取（0.31） d(d 为钻头直径，取 8mm. 2 加工9 孔的导向装置的确定 为维修方便，不采用固定钻套，而选用可换钻套，它们的主要尺寸和结 构由表 35 和表 358 选取。其主要尺寸如表 18 所示。 表 18 可换钻套及衬套尺寸 钻套端面至加工表面的距离，选取原则与 M6 孔相同，因加工精度底，为 方排屑， 取 12mm 各导向件至定位元件间的位置尺寸公差按工件相应公差的 1/21/5 选取。 因此，它们分别为（16）mm,(56)， （800.2） 。M6 孔对轴心线基 0 005 0 0、2 准面垂直度允差 0.05mm 19 9 孔对轴心线基准面平行度允差为 0.05mm 3 其它装置的确定 为便于排屑，辅助支承采用螺旋套筒式；为便于夹具的制造和维修，钻模 板与夹具的联接采用装配式。夹具体采用开式，使加工、观察、清理切削均方 便。 4.6 确定夹具技术要求和有关尺寸、公差配合确定夹具技术要求和有关尺寸、公差配合 1技术要求 （1） 定位元件与夹具底面的垂首度误差允许值在全长上为 0.03。mm （2） 导向元件与夹具底面的垂直度误差允许值在全长上为 0.03。mm （3） 导向元件与夹具底面的平行度误差允许值为 0.02mm 2、公差配合 （1）M6 孔钻套、衬套、钻模板上内孔之间的配合代号及精度分别为： 14 8 H7 N6 H7 N6 （2）14 8 H7 N6 H7 N6 （3）其余部位的公差配合代号及精度按总装配所示。 4.7 夹具精度分析与计算夹具精度分析与计算 由图 11 所示，所设计夹具需保证的加工要求有；尺寸(56)mm, 尺寸(16 )mm, 尺寸(80)mm,9 孔与基准面 C 的垂直度 0.03mm，M6 孔与基准面 0 - 02 B 的垂直度 0.03mm.其中尺寸 80mm, 尺寸 56mm, ,，要求较底，不必验算，其 余各项精度要求分别验算如下； （1） 尺寸（16）mm 0 - 02 （2） 定位误差D，由前计算已知D=0.023 （3） 定位元件对底面的垂直度误差A=0.03 （4） 钻套与衬套间的最大配合间隙T1=0.033 （5） 衬套孔的距离公差T2=0.1 （6） 麻花钻与钻套内孔的间隙 X=0.050； 得： J= D+A+T1+T2+X 20 = 0.023+0.03+0.033+0.1+0.050 =0.0342/3G=2/30.2=0.12 因而夹具能保证尺寸这项加工要求。 由于夹具设计的各部分分析与计算以进行，结果符合要求，在草图的基础上 绘制正式的总装配图 结结 论论 经过两个月的分析零件、查阅资料、绘图、计算、等复杂的步骤，最终完 成了止动块的模具设计。在此期间本人遇到了不少的疑难问题，通过网上查询、 请教师、跟同学讨论之后得到了解决问题的办法。 经过这次毕业设计，让我巩固了以前所学的知识，也为我以后的工作打下 了很好的基础。这篇毕业设计虽然已经完成了，但由于本人缺少实际经验，在 实际利用中次设计肯定还存在不少的问题，需要改进。希望老师能给我提点意 见和建议。 接下来的时间本人会在公司里好好学习，以提高自己的水平，为将来的工 作打下更坚实的基础。 致致 谢谢 在这里，在这本设计即将完成之际，我要感谢我们宁波法思特精密雕铣设 备有限公司的领导，是他们给了我设计的空间；我还要感谢一直帮助我的杨伟 超、廖飞军两位导师，他们在我的设计中给了我很多的指导，在一些对我来说 比较艰深，比较把握不了方向的地方，给予了我指明，帮我除去了许多不必要 的麻烦；在此我还要感谢我们公司技术课的同仁，是他们不遗余力的帮助，才 21 使我有充足的时间来完成本设计，谢谢，谢谢你们，因为有你们才有本设计的 实现，谢谢！ 参考文献参考文献 1、 主编：吴兆祥， 机械制造技术课程设计 ，浙江大学出版社，2005.1 2、 主编：蒋建强， 数控加工技术与实训 ，北京：电子工业出版社，2003.8 3、 主编：李启炎， 计算机绘图（初级）AUTOCAD2004 版 ，同济大学出版 社，2004.7 4、 主编：夏凤芳， 数控机床 ，高等教育出版社，2002.7 5、 主编：廖兆荣， 数控几双电气控制 ，高等教育出版社，2005.1 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、甘永立， 几何量公差与检测上海：上海科学技术出版社，1993 9、主编：苏建修， 机械制造基础 北京：机械工业出版社，2001、5 10、主编：许德珠， 工程材料 北京：高等教育出版社，2001、6 11、 陈于萍，高晓康， 互换性与测量技术北京：高等教育出版社，2002、9 12、主编：王晓霞， 金属切削原理与刀具 北京：航空工业出版社，2000
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