机械制造技术课程设计-偏心轴的工艺规程及钻Φ18孔的工装夹具设计【全套图纸】 .pdf

设计说明书 题目：偏心轴的工艺规程及钻的工艺规程及钻18 孔的工装夹具设计孔的工装夹具设计 学 生： 学 号： 专 业： 班 级： 指导老师： 摘摘 要要 本次设计内容涉及了机械制造工艺及机床夹具设计、金属切削机床、公差配 合与测量等多方面的知识。 偏心轴加工工艺规程及其钻18孔的夹具设计是包括零件加工的工艺设计、 工序设计以及专用夹具的设计三部分。在工艺设计中要首先对零件进行分析，了 解零件的工艺再设计出毛坯的结构，并选择好零件的加工基准，设计出零件的工 艺路线；接着对零件各个工步的工序进行尺寸计算，关键是决定出各个工序的工 艺装备及切削用量； 然后进行专用夹具的设计， 选择设计出夹具的各个组成部件， 如定位元件、夹紧元件、引导元件、夹具体与机床的连接部件以及其它部件；计 算出夹具定位时产生的定位误差，分析夹具结构的合理性与不足之处，并在以后 设计中注意改进。 关键词关键词：工艺、工序、切削用量、夹紧、定位、误差。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 abstrct the design of the content relates to the machinery manufacturing technology and machine tool fixture design, metal cutting machine tool, tolerance and measuring and other aspects of knowledge. eccentric shaft processing procedure and drill 18hole jig design is to include parts machining process design, process design and fixture design in three parts. in the design process should first of all parts for analysis, to understand the parts of the process to design the structure of the blank, and select good parts processing base, design parts of the process route; and then the various parts of process dimension calculation, is the key to decide all processes equipment and cutting parameters; then special fixture design, selection and design of a jig for the various components, such as positioning devices, clamping elements, the guide element, clamp and the machine tool connecting parts and other components; calculate fixture is produced when the positioning error of fixture structure, rationality and deficiency, and later in the design of improved. keywords: the craft, the working procedure, the cutting specifications, clamp, the localization, the error 目目 录录 序言1 一. 零件分析 2 1.1 零件结构功用分析 2 1.2 零件结构工艺性分析2 二.毛坯的选择 3 2.1 毛坯类型3 2.2 毛坯余量确定3 2.3 毛坯草图3 三：机械加工工艺的确定5 3.1 粗基准的选择5 3.2 精基准的选择5 3.3 制定工艺路线6 3.4 确定切削用量及工时8 四 夹具设计 10 4.1 问题的提出 10 4.2 定位基准的选择 10 4.3 切削力及夹紧力的计算 10 4.4 定位误差分析 10 4.5 钻套设计 11 4.6 夹具设计及简要操作说明 13 总 结15 致 谢16 参考文献 17 6 第 1 页 共 17 页 序序 言言 机械制造业是制造具有一定形状位置和尺寸的零件和产品， 并把它们装备成 机械装备的行业。机械制造业的产品既可以直接供人们使用，也可以为其它行业 的生产提供装备，社会上有着各种各样的机械或机械制造业的产品。我们的生活 离不开制造业，因此制造业是国民经济发展的重要行业，是一个国家或地区发展 的重要基础及有力支柱。从某中意义上讲，机械制造水平的高低是衡量一个国家 国民经济综合实力和科学技术水平的重要指标。 偏心轴的加工工艺规程及其钻18 孔的夹具设计是在学完了机械制图、机 械制造技术基础、机械设计、机械工程材料等进行课程设计之后的下一个教学环 节。正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及工艺路线安排，工艺尺寸确 定等问题，并设计出专用夹具，保证零件的加工质量。本次设计也要培养自己的 自学与创新能力。因此本次设计综合性和实践性强、涉及知识面广。所以在设计 中既要注意基本概念、基本理论，又要注意生产实践的需要，只有将各种理论与 生产实践相结合，才能很好的完成本次设计。 本次设计水平有限，其中难免有缺点错误，敬请老师们批评指正。 第 2 页 共 17 页 一、一、 零件图工艺性分析零件图工艺性分析 1.1 零件结构功用分析零件结构功用分析 偏心轴，不但能传递自转，同时还能传递公转，为了方便调节轴与轴 之间的中心距，偏心轴通常运用在平面连杆机构三角带传动中。 1.2 零件结构工艺性分析零件结构工艺性分析 偏心轴共有 10 个加工表面，他们相互之间有位置度要求，现分述如下： 1右端30 端面，表面粗糙度为 ra6.3 2左端20 端面，表面粗糙度为 ra6.3 3.100 的外圆面及其右端面、30 的外圆面，表面粗糙度分别为 ra3.2、 ra6.3 4.100 左端面，及左端30、20 的外圆面及倒角，表面粗糙度分别为 ra3.2、ra1.6、ra3.2，两30 外圆的同轴度公差为 0.025 5.基准面 c，表面粗糙度为 ra3.2 6.6 孔，表面粗糙度为 ra3.2 7.宽 22 的槽，表面粗粗度为 ra3.2 8.18 的孔，表面粗粗度为 ra1.6，相对于基准 c 的平行度公差为 0.06，相 对于基准 a、基准 b 的垂直度公差为 0.06 9.宽 6 的槽，表面粗粗度为 ra3.2 10.宽 8 的槽，表面粗粗度为 ra3.2，相对于基准 a 的对称度公差为 0.025 第 3 页 共 17 页 二、毛坯选择二、毛坯选择 2.1 毛坯类型毛坯类型 偏心轴工作时要承受很大的转矩及变形的弯曲硬力，容易产生扭振、 折断及轴颈磨损，要求材料应有较高的强度、冲击韧度、疲劳强度和耐磨性， 所以要求用球墨铸铁 qt600-3 偏心轴的毛坯：此零件属中批生产，固采用铸造毛坯。 2.2 毛坯余量确定毛坯余量确定 1右端30 端面，表面粗糙度为 ra6.3，查切削用量手册表 3- 12 得， 单边余量 z=1.0mm 2左端20 端面，表面粗糙度为 ra6.3, 查切削用量手册表 3- 12 得， 单边余量 z=1.0mm 3.100 的外圆面及其右端面、30 的外圆面，表面粗糙度分别为 ra3.2、 ra6.3, 查切削用量手册表 3- 12、表 3- 14 得，单边余量 z=1.0mm 4.100 左端面，及左端30、20 的外圆面及倒角，表面粗糙度分别为 ra3.2、ra1.6、ra3.2，两30 外圆的同轴度公差为 0.025，查切削用量手 册表 3- 12、表 3- 14 得，单边余量 z=1.0mm 5.基准面 c，表面粗糙度为 ra3.2，直接铸造成圆柱形，方便工件的加工。 6.6 孔，表面粗糙度为 ra3.2，因其的尺寸比较小，直接铸造成实心 7.宽 22 的槽，表面粗粗度为 ra3.2，因其尺寸较小，直接铸造成实心 8.18 的孔，表面粗粗度为 ra1.6，相对于基准 c 的平行度公差为 0.06，相 对于基准 a、基准 b 的垂直度公差为 0.06，因其尺寸较小，直接铸造成实心 9.宽 6 的槽，表面粗粗度为 ra3.2，因其尺寸较小，直接铸造成实心 10.宽 8 的槽，表面粗粗度为 ra3.2，相对于基准 a 的对称度公差为 0.025， 因其尺寸较小，直接铸造成实心 2.3 毛坯草图毛坯草图 第 4 页 共 17 页 第 5 页 共 17 页 三、机加工工艺路线确定三、机加工工艺路线确定 3.1 粗基准选择应当满足以下要求：粗基准选择应当满足以下要求： （1）粗基准的选择应以加工表面为粗基准。目的是为了保证加工面与不加工 面的相互位置关系精度。如果工件上表面上有好几个不需加工的表面，则应选择 其中与加工表面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。以求壁厚均匀、外 形对称、少装夹等。 （2） 选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。例如：机床床身导轨 面是其余量要求均匀的重要表面。因而在加工时选择导轨面作为粗基准，加工床 身的底面，再以底面作为精基准加工导轨面。这样就能保证均匀地去掉较少的余 量，使表层保留而细致的组织，以增加耐磨性。 （3） 应选择加工余量最小的表面作为粗基准。这样可以保证该面有足够的 加工余量。 （4） 应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准，以保证定 位准确夹紧可靠。有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜选作粗基准，必要时需 经初加工。 （5） 粗基准应避免重复使用，因为粗基准的表面大多数是粗糙不规则的。 多次使用难以保证表面间的位置精度。 基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一， 他对零件的生产是非常重要 的。先选取30 外圆面作为定位粗基准， 。 3.2 精基准的选择精基准的选择 精基准的选择应满足以下原则： （1） “基准重合”原则 应尽量选择加工表面的设计基准为定位基准，避免 基准不重合引起的误差。 （2） “基准统一”原则 尽可能在多数工序中采用同一组精基准定位，以保 证各表面的位置精度，避免因基准变换产生的误差，简化夹具设计与制造。 （3） “自为基准”原则 某些精加工和光整加工工序要求加工余量小而均匀， 应选择该加工表面本身为精基准， 该表面与其他表面之间的位置精度由先行工序 保证。 （4） “互为基准”原则 当两个表面相互位置精度及自身尺寸、形状精度都 第 6 页 共 17 页 要求较高时，可采用“互为基准”方法，反复加工。 （5）所选的精基准 应能保证定位准确、夹紧可靠、夹具简单、操作方便。 以已经加工好的30 外圆面作为定位精基准，加工其它表面及孔。主要考 虑精基准重合的问题，当设计基准与工序基准不重合的时候，应该进行尺 寸换算，这在以后还要进行专门的计算，在此不再重复 3.3 制定工艺路线制定工艺路线 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。在生产纲领已确定为成批生产的条件下，可以考虑 采用万能型机床配以专用夹具，并尽量使工序集中在提高生产率。除此以外，还 应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量降下来。 制定以下两种工艺方案： 方案一 工序 1：铸造 工序 2：人工时效处理 工序 3：车偏心轴右端30 端面、钻中心孔 工序 4：车偏心轴20 左端面、钻中心孔 工序 5：粗车100 外圆面及其右端面、30 外圆面 工序 6：粗车100 左端面、30 和20 外圆面及其端面 工序 7：半精车100 右端面、20 外圆面 工序 8: 半精车100 左端面、30 和20 外圆面及其端面 工序 9：精车20 外圆面及倒角 工序 10：精车30 外圆面及倒角 工序 11：粗铣、精铣基准面 c 工序 12：钻、铰6 孔 工序 13：粗铣、精铣宽 22 的槽 工序 14：钻、铰18 孔 工序 15：铣宽 6 的键槽 工序 16：铣宽 8 的键槽 工序 17：在所有表面去除机械加工所留下的毛刺 第 7 页 共 17 页 工序 18：终检 方案二 工序 1：铸造 工序 2：人工时效处理 工序 3：车偏心轴右端30 端面、钻中心孔 工序 4：车偏心轴20 左端面、钻中心孔 工序 5：粗车、半精车、精车100 外圆面及其右端面、30 外圆面、倒角 工序 6：粗车、半精车、精车100 左端面、30 和20 外圆面及其端面、 倒角 工序 7：粗铣、精铣基准面 c 工序 8：钻、铰6 孔 工序 9：粗铣、精铣宽 22 的槽 工序 10：钻、铰18 孔 工序 11：铣宽 6 的键槽 工序 12：铣宽 8 的键槽 工序 13：在所有表面去除机械加工所留下的毛刺 工序 14：终检 工艺方案一和方案二的区别在于方案一把粗、半精、精加工分开来做，而方 案二则是合在一起，由零件图知，偏心轴的精度要求较高，且两30 中心线的 同轴度公差为 0.025，所以方案一相对较为合理，具体方案如下： 工序 1：铸造 工序 2：人工时效处理 工序 3：车偏心轴右端30 端面、钻中心孔 工序 4：车偏心轴20 左端面、钻中心孔 工序 5：粗车100 外圆面及其右端面、30 外圆面 工序 6：粗车100 左端面、30 和20 外圆面及其端面 工序 7：半精车100 右端面、20 外圆面 工序 8: 半精车100 左端面、30 和20 外圆面及其端面 工序 9：精车20 外圆面及倒角 工序 10：精车30 外圆面及倒角 第 8 页 共 17 页 工序 11：粗铣、精铣基准面 c 工序 12：钻、铰6 孔 工序 13：粗铣、精铣宽 22 的槽 工序 14：钻、铰18 孔 工序 15：铣宽 6 的键槽 工序 16：铣宽 8 的键槽 工序 17：在所有表面去除机械加工所留下的毛刺 工序 18：终检 3.4 确定切削用量及基本工时确定切削用量及基本工时 工序 12：钻、铰6 孔 工步一：钻孔至5 工步一钻孔至5 确定进给量 f ：根据参考文献表 2- 7，当钢的mpa b 800， mmd5 0 =时，rmf/47 . 0 39 . 0 =。由于本零件在加工5 孔时属于低 刚度零件，故进给量应乘以系数 0.75，则 ()rmmf/35 . 0 29 . 0 75 . 0 47 . 0 39 . 0 = 根据 z525 机床说明书，现取rmmf/25 . 0 = 切削速度：根据参考文献表 2- 13 及表 2- 14，查得切削速度 min/18mv =所以 min/ 5 . 1146 5 1810001000 r d v n w s = = 根据机床说明书，取min/1100rnw=，故实际切削速度为 min/ 3 . 17 1000 11005 1000 m nd v ww = = 切削工时：mml52=，mml5 . 2 1 =，mml3 2 =，则机动工时为 min209 . 0 25 . 0 1100 35 . 252 21 = + = + = fn lll t w m 工步二：铰5 至6 第 9 页 共 17 页 根据参考文献表 2- 25，rmmf/4 . 02 . 0=，min/128mv =，得 min/65.254 8 . 169rns= 查参考文献表 4.2- 2，按机床实际进给量和实际转速，取 rmmf/35 . 0 =，min/198rnw=，实际切削速度min/33. 9mv =。 切削工时：mml52=，mml5 . 0 1 =，mml3 2 =，则机动工时为 min0801 35 . 0 198 35 . 052 21 = + = + = fn lll t w m 工序 14：钻、铰18h8 孔 工步一：钻孔至17.8 工步一钻孔至17.8 确定进给量 f ：根据参考文献表 2- 7，当钢的mpa b 800， mmd 8 . 17 0 =时，rmf/47 . 0 39 . 0 =。由于本零件在加工17.8 孔时属 于低刚度零件，故进给量应乘以系数 0.75，则 ()rmmf/35 . 0 29 . 0 75 . 0 47 . 0 39 . 0 = 根据 z525 机床说明书，现取rmmf/25 . 0 = 切削速度：根据参考文献表 2- 13 及表 2- 14，查得切削速度 min/25mv =所以 min/447 8 . 17 2510001000 r d v n w s = 根据机床说明书，取min/475rnw=，故实际切削速度为 min/ 5 . 26 1000 475 8 . 17 1000 m nd v ww = 切削工时：mml30=，mml9 . 8 1= ，mml3 2 =， 则机动工时为 第 10 页 共 17 页 min353 . 0 min 25 . 0 475 39 . 830 21 + = + = fn lll t w m 工步二：铰17.8 至18h8 根据参考文献表 2- 25，rmmf/4 . 02 . 0=，min/128mv =，得 min/65.254 8 . 169rns= 查参考文献表 4.2- 2，按机床实际进给量和实际转速，取 rmmf/35 . 0 =，min/198rnw=，实际切削速度min/3 . 9 mv =。 切削工时：mml30=，mml1 . 0 1= ，mml3 2 =， 则机动工时为 min478 . 0 35 . 0 198 31 . 030 21 + = + = fn lll t w m 第 11 页 共 17 页 四、专用夹具的设计四、专用夹具的设计 为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。 由指导老师的分配，决定设计工序 14：钻、铰18h8 孔的夹具。 4.1 问题的提出问题的提出 本夹具主要用于钻、铰18h8 孔，孔的精度要求不高，孔的位置有一定的要求，故设 计夹具时要考虑在内。 4.2 定位基准的选择定位基准的选择 选择已加工好的30 外圆面、工件一端面及工件一侧面作为定位基准，夹紧则是由铰 链压板、螺柱、垫圈、活动螺柱、支脚和螺母组成的夹紧机构来完成。 1、固定 v 型块与偏心轴30 外圆面相配合限制四个自由度，即 y 轴移动、y 轴转动、 z 轴移动和 z 轴转动。 2、左侧支承钉与偏心轴 20 端面相配合限制一个自由度，即 x 轴移动。 3、后侧面两支承钉与偏心轴后侧面相配合限制一个自由度，即 x 轴转动，偏心轴六自 由度被完全限制，属于完全定位。 4.3 定位误差分析定位误差分析 定位误差是指采用调整法加工一批工件时， 由于定位不准确而造成某一工序在工 序尺寸 （通常是指加工表面对工序基准的距离尺寸） 或位置要求方面的加工误差。 当采用夹具加工工件时， 由于工件定位基准和定位元件的工作表面均有制造误差 使定位基准位置变化，即定位基准的最大变动量，故由此引起的误差称为基准位 置误差，而对于一批工件来讲就产生了定位误差。如图 1 所示 第 12 页 共 17 页 图 1 用 v 型块定位加工时的定位误差 当定位基准与工序基准不重合时，就产生了基准不重合误差。基准不重合误差即 工序基准相对定位基准理想位置的最大变动量。 定位误差指一批工件采用调整法加工， 仅仅由于定位不准而引起工序尺寸或位置 要求的最大可能变动范围。定位误差主要由尺寸位置误差和基准不重合误差组 成。 jbjwdw= 根据相关公式和公差确定具体变动量。如图 2，两个极端情况：情况 1： d1=d1 max ,d2=d2 min 使 工 序 基 准 尽 可 能 地 “ 高 “ 得 加 工 尺 寸 ； 情 况 2 ： d1=d1min,d2=d2max使工序基准尽可能地“低“得加工尺寸。且该工序定位误差 1212)(pphhhdw= 图 2 定位误差 第 13 页 共 17 页 2/2)2/221()( minmax ddoohdw+= =o1o2+(d2- （d2- td2)/2 =td1/(2sina/2)+td2/2 =0.043/2sin45 0+0.03/2 0.392 4.4 切削力的计算与夹紧力分析切削力的计算与夹紧力分析 （1）由于本道工序主要完成工艺孔的钻孔加工，钻削力。由切削手册 得： 钻削力 6 . 08 . 0 26hbdff = 式（3-1） 钻削力矩 6 . 0 8 . 09 . 1 10hbfdt = 式（3-2） 式中：d=18mm ()() maxmaxmin 11 187187 149174 33 hbhbhbhb= 1 0.20fmm r=代入公式（3-1）和（3-2）得 0.80.6 26 10.5 0.201741664fn= 1.90.80.6 10 10.50.2017446379tn mm= （2）夹紧力的计算 选用夹紧螺钉夹紧机 由()fkffn=+ 21 其中 f 为夹紧面上的摩擦系数，取25 . 0 21 = ff f= z p +g g 为工件自重 n ff f n5034 21 = + = 夹紧螺钉： 公称直径 d=8mm，材料 45 钢 性能级数为 6.8 级 mpa b 1006= mpa b s 480 10 8= 螺钉疲劳极限：mpa b 19260032 . 0 32 . 0 1 = 第 14 页 共 17 页 极限应力幅：mpa k kkm a 76.51 1lim = 许用应力幅： mpa sa a a 3 . 17 lim = 螺钉的强度校核：螺钉的许用切应力为 s s = s=3.54 取s=4 得 mpa120= = 8 . 2 2 4 2 c h d f 满足要求 = mpa d n c 15 43 . 1 2 经校核： 满足强度要求，夹具安全可靠。 4.5 导向机构导向机构 钻、铰18h8 孔，因是大批量生产，为了克服固定钻套磨损后无法更换的缺点，故选 用快换钻套，快换钻套结构如图 5-1 所示 第 15 页 共 17 页 图 5-1 快换钻套 与18h8 孔相配的可换钻套尺寸如图 5-2 所示： 图 5-2 快换钻套尺寸 与18h8 快换钻套相配合的钻套螺钉 m6 形状和尺寸如图 5-3 和 5-4 所 示。 第 16 页 共 17 页 图 5-3 钻套螺钉 图 5-4 钻套螺钉尺寸 4.6 夹具设计及操作简要说明夹具设计及操作简要说明 如前所述，在设计夹具时，应该注意提高劳动生产率避免干涉。应 使夹具结构简单，便于操作，降低成本。提高夹具性价比。本道工序为镗 床夹具选择了铰链压板夹紧方式。本工序为钻削余量小，钻削力小，所以 第 17 页 共 17 页 一般的手动夹紧就能达到本工序的要求。 本夹具的最大优点就是结构简单紧凑。 夹具的夹紧力不大，故使用手动夹紧。为了提高生产力，使用铰链压板的夹紧机