惰轮轴工艺设计和工装设计

湖北文理学院毕业设计题目惰轮轴工艺设计和工装设计院系机械与汽车工程学院专业机械设计制造及其自动化姓 名杨雅雯指导教师 *也惰轮轴工艺设计和工装设计摘要：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。关键词：夹具、校核、Lazy axle designAbstract : 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,20摘要：2.刖H 4.一毕业设计的目的5.二毕业设计要求的基本任务和要求 52.1、 基本任务5.2.1.1、 工艺设计的基本任务 52.1.2、 夹具设计的基本任务 52.2、 设计要求5.2.2.1、 工艺设计的设计要求52.2.2、 夹具设计的设计要求5三惰轮轴毕业设计的方法和步骤 63.1、 生产纲领的计算与生产类型的确定 63.2、 零件材料的分析 63.3、 零件图的分析73.4、 确定毛坯83.5、 加工工艺路线 83.6、 确定工序尺寸及其公差93.7、 确定切削用量103.8、 机床及工艺设备的选择 103.9、 设计工艺过程卡113.10、 零件的程序编制 12四夹具设计1.24.1、 夹具设计的目的和要求 124.2、 夹具类型的确定 134.3、 定位装置的设计 134.4、 夹紧装置的设计164.5、 导向装置的设计及其它装置结构、夹具体的确定 184.6、 确定夹具技术要求和有关尺寸、 公差配合184.7、 夹具精度分析与计算 19结论20参考文献20、乙刖百在本次设计中，主要包括以下几个步骤：1、 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。2、 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，公差配合决具精度 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。一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(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 希晰，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 kg,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 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：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、 定毛坯(1)确定毛坯种类根据零件材料确定毛坯为铸造件毛坯图(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3mm3.5、 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，冉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序号加工方法经济精度(IT)表面粗糙度Ra( u m)适用范围1粗车111325 6.3适用于淬火钢以外的各种金属2粗车一半精车8106.3 3.23粗车- 2Hw车目车691.6 0.84粗车一斗相车一相车一抛光680.20.025序号加工方法经济精度(IT)表面粗糙度Ra( u m)适用范围1钻121312.5适用于淬火钢以外的2钻一钱8103.2 /-1.6各种金属3钻一粗饺一精饺781.6 /-0.82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所示为热处理工序安排图。毛坯-粗力工-半精力工 -精力工精磨 -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的较刀，用螺纹钻头钻；3.8 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。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。I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。II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。田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 设计工艺过程卡机械加工工艺过程卡片零件名称惰轮轴材料牌号QT60-2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0 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0 33,平端 面2mm,端面留有余量， 长度为26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050半精车外圆(1)用顶针和卜盘固7E两 端面，加工外径031.8,长度为19(2)换头用顶针和卡盘固 定两端面，加工外径031.8,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0 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0 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HB229-302080精磨外圆精磨外圆磨床M1432B外圆砂轮090钻孔9M6Z525钻头，游标卡迟，钻模100孔粗加工9M6Z525钻头，游标卡迟，钻模110孔精加工9M6Z525钻头，游标卡迟，钻模120检验去毛刺，修边锂刀，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)1.1 刀1.2 程G93 X100 Z80S650 T01 M03G01 X51 Z2 F0.2G91X35Z27.5X33X31.8X30.6X30.4X30.2X30G00 X51 Z4M02M30四夹具设计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(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，Y， 一Z , X，Y。方案二：1 3所示，以。30的右端面为定位面，限制它的五个自由度X，Y， 一Z , X, Y:=!巴万案一万案比较上述两种方案，方案一更合理(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1 4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16-0姒及于端面白垂直度为0.03计算中心距尺寸(16-0 2 mm定位误差 D为 D=AB+AY由图13可知，AB-。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 H7,0 8H7 为 0 8+0.0210 8n6 为 0 8-0.002于是 Xmax=Dmax-dmin=8.021-7.998=0.023mm D=AY= Xmax=0.023 (mm)其中： G =0.2mm D 允=1/3G=0.064 D则口口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=zB+Y有基准位移误差定义可知=1+2 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，具误差很小，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，具误差很小，也可忽然不计1=0因止匕AD=AB+AY=0定位误差的允许值 D允=1/3G=1/3X0.03=0.01(mm)显然口口允2)加工M6通孔：要求保证中心距56mm的定位精度。同理D=zB+Y, AB=0而AY与加工M6相同 D=AY=0.023mm其中：G G=0.2mm D 允=1/3 G=1/3X 0.2=0.06mm显然口口允3)加工0 9孔，要求保证其中心距为 80mm D=AB+AY D=AY=0.023mm其中 G=0.2mm D 允=1/3G=1/3X0.2=0.06mm显然 zDzD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夹紧装置的设计1火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(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，不必进行火紧力校(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)钻肖脖由向力FF=9.81CFdz0fY FkF设f=0.25mm,以知d011mm其余参数查文献得：F=9.81 X 61.2X11X 0.250.7X 0.688=2167.5 ( N)2)钻削力矩T2T=9.81CMdZ)MfYMkM=9.81 X 0.0311 X 11 X 0.25 X 0.866=9.866(N.m)3)使工件转动的转矩T3由图1 6知7T3=FL=2167.15X 0.015=32.15 (N.m)4)防转夹紧力F根据力的平衡原理得：F3 fr +2Fn fr KT3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，许用火紧力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1 .加工M6螺纹孔导向装置的确定为适应钻、扩、钱的要求，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1 7所示表1 7快换钻套及衬套尺寸名称内径cKm”)外役D (nm-)快换钻套畴:渊4山屹勺可。辎由机械加工手册得：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3 5和表3 58选取。其主要尺寸如表 1 8所小。表18可换钻套及衬套尺寸名称内径dC门曾)外径D (门门)快换钻套Q乩婚BI 4 *口0笫we015皿屹m 7内信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0、此，它们分别为(16005 mm,(56003(800.2)。M6孔对轴心线基准面垂 直度允差0.05mm0 9孔对轴心线基准面平行度允差为 0.05mm3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0.02mm2、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：0同60 8H6(2) 0 14H60 8H6(3)其余部位的公差配合代号及精度按总装配所示。(3) 夹具精度分析与计算由图1 1所示，所设计夹具需保证白加工要求有；尺寸 (56)mm,尺寸 (16-02mm,尺寸(80)mm,C9孔与基准面C的垂直度0.03mm, M6孔与基准面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(160)2 mm(2) 定位误差口,由前计算已知 D=0.023(3)定位元件对底面的垂直度误差a 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= D2+AA2+AT12+AT22+X2=0.0232+0.032+0.0332+0.12+0.0502=0.0342/3 0=2/3X0.2=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。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，2005.12、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，2002.75、主编：廖兆荣，数控几双电气控制，高等教育出版社，2005.16、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，19939、主编：苏建修，机械制造基础 北京：机械工业出版社，2001、510、主编：许德珠，工程材料北京：高等教育出版社，2001、611、陈于萍，高晓康，互换性与测量技术北京：高等教育出版社，2002、912、主编：王晓霞，金属切削原理与刀具北京：航空工业出版社，2000