输出轴的机械加工工艺规程及钻10-φ20孔夹具设计.docx

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1、 毕业论文（设计）输出轴机械加工工艺规程设计及钻模设计院 （部）：海峡成功学院专 业：机械设计制造及其自动化年级（班级）：2015级（1）班姓 名：郭文雄学 号:20155071006指导教师：姚琢职 称：副教授完成日期：2019年X月XX日VI 诚信承诺书我承诺该论文是本人独立完成的，在毕业论文（设计）活动中遵守学校有关规定，恪守学术规范，未剽窃、抄袭他人研究成果，未篡改和伪造实验数据，如有违规行为发生，本人愿承担一切责任。学生（签名）： 年 月 日在指导学生毕业论文（设计）活动中遵守学校有关规定，恪守学术规范，经过本人认真核查，该同学的毕业论文（设计）是其独立完成的，未发现有剽窃、抄袭他人

2、研究成果的现象，未发现篡改和伪造实验数据的行为。指导教师（签名）： 年 月 日摘 要当今的机械行业的结构正在不断地改变，特别是在机械加工方面，根据实际加工，在机械工艺的工装的设计和工艺的不断改良已经成为相关企业生存和发展的必要条件。只要不断地改进动力装置的质量、性能和结构，才能持续保持动力装置的活力，取得更大的发展优势。输出轴是动力装置的主要部件，输出轴的性能直接影响了动力装置的使用性能，而输出轴的工艺设计则又直接影响了输出轴的性能。本文首先对输出轴进行工艺分析，接着确定输出轴的毛坯尺寸，然后对输出轴零件进行了工艺规程设计，最后对钻10X20的孔进行专用的夹具设计。专用夹具在机械加工时能提高生

3、产产量，在一定程度上降低了工作者的劳动强度，既能提高生产质量又能降低劳动者的生产强度，从而减少生产成本，为劳动者减轻负担。关键词：工艺分析 ；工艺规程设计 ；夹具设计AbstractThe structure of todays machinery industry is constantly changing, especially in mechanical processing. According to actual processing, the design and process improvement of mechanical tooling has become a nec

4、essary condition for the survival and development of related enterprises. As long as the quality, performance and structure of the power unit are continuously improved, the vitality of the power unit can be continuously maintained and a greater development advantage can be achieved. The output shaft

5、 is the main component of the power unit. The performance of the output shaft directly affects the performance of the power unit, and the process design of the output shaft directly affects the performance of the output shaft.In this paper, the output shaft is first analyzed, then the blank size of

6、the output shaft is determined, and then the process design of the output shaft part is carried out. Finally, a special fixture design for the hole of 10X20 is performed. The special fixture can increase the production output during machining, and reduce the labor intensity of the worker to a certai

7、n extent, which can improve the production quality and reduce the production intensity of the laborer, thereby reducing the production cost and reducing the burden for the laborer.Keywords: Process analysis; process design; fixture design目录输出轴机械加工工艺规程设计及钻模设计31 引 言31.1 选题背景31.2 课题研究意义31.3 课题的研究目的42 对

8、零件进行分析52.1 零件的分析52.2 零件的加工位置分析52.3 零件的加工精度分析52.4 生产纲领确定63 工艺规程设计73.1 毛坯的确定73.2 定位基准的选择73.3 工艺路线的确定83.4 加工余量93.5确定切削用量及基本工时103.5.1 粗车外圆55103.5.2 精车外圆55123.5.3 粗车外圆60133.5.4 精车外圆60153.5.5 粗车外圆65163.5.6 精车外圆65183.5.7 粗车外圆75203.5.8 精车外圆75213.5.9 粗车外圆176233.5.10 精车外圆176243.5.11 粗车凹槽104263.5.12 精车凹槽104273

9、.5.13 粗车凹槽80283.5.14 精车凹槽80303.5.15 粗车凹槽50313.5.16 精车凹槽50334 夹具设计354.1 问题的提出354.2 工件自由度分析及定位方案的确定354.3 夹紧力的计算354.4 定位误差的计算及定位精度分析365 结论37参 考 文 献39输出轴机械加工工艺规程设计及钻模设计1 引 言1.1 选题背景 机械制造业是一个国家发展的基础，先进的制造技术水平，是一个国家的生产水平高低的体现，更直接影响了一个国家的综合国力。区分人类与动物的区别，是对工具的使用与制造。伴随着社会的发展与改革，我们对工具的使用和改进也追随着社会的发展而发展。制造业是国家

10、的基础行业，而夹具则是机械制造的基础。夹具行业的技术水平，很大程度上都决定着一个产品的质量与性能，随着我们对新知识的不断认识与理解，在夹具行业中也出现了满足各类零件加工的专用夹具设计与加工方法。在机械制造方面，夹具的使用非常普遍，不仅是因为夹具的结构合理、操作简单，更重要的是它可以批量生产、省时高效，这对于企业和工厂来说，使用夹具是最好的选择，既可以节省人力，又不会浪费资源。这也导致了夹具行业将受到更大的冲击，对夹具行业的理解，也将不断地深入。1.2 课题研究意义在机械制造加工成批零件的过程中,除了需要车床、车刀、量具之外,车床夹具也是不可缺少的部分3。在车床上加工零件时,为了加工出符合零件要

11、求的表面,加工前首先要对零件在车床上的位置有一个准确的定位4。输出轴是动力输出装置组成的一部分，它因为要传递转矩，使主轴获得足够的旋转动力，所以输出轴要承受住一定的冲击载荷和较大的扭矩。所以，该零件需要有足够的综合力学性能承受较大的扭矩和冲击载荷1。零件在加工的过程中，先确定零件的工艺路线，接着确定各阶段零件的工艺尺寸，然后对夹具的定位方案和家境方式进行选择，最后才能设计出一套合理的专用夹具才能，避免零件在加工在过程中出现各种加工质量问题5。这样才能使零件能够在设计好之后，得以顺利的被加工出来。一个好的夹具体需要拥有便于拆装、制造成本低、加工质量好、精度高等特点6。这就要求设计者在设计过程中考

12、虑到各个方面的因素，通过计算出最优的工艺路线，再通过最有效的方案，为生产者节省制造时间和降低成本，这就要求在设计过程中需要考虑各个方面的要求，通过分析对比，设计出满足生产要求和社会需求的夹具，为生产者减少劳动强度。针对加工过程中存在的这些问题，对其进行研究分析，设计出符合加工要求的工艺路线和加工需要的专用夹具7。一个好的装夹方案可以为生产者提高效率，降低车床的切削时间。输出轴零件的加工要求较高，这就需要设计者考虑生产的劳动强度和效率，提高对零件的认知程度，这也才能更好的完成弯头零件的设计和加工工艺方案。1.3 课题的研究目的毕业设计从开始到结束，我们要经历对题目进行理解、查找相关资料、绘出相关

13、图纸、编写相关的工艺，最后形成一整套毕业设计材料。通过做毕业设计，我们也可以了解到我们将来步入社会要从事工作的大概内容，也可以提升自己的学习能力，强化自己对问题的分析与理解能力。我也相信能通过这次的毕业设计，将自己大学四年学到的知识整理规划起来，进而将这次的毕业设计全面的分析解答。本次的毕业设计，我将运用各种机械相关的理论知识和一些相关的实践经验，并且理论联系实际，自己独立完成本次毕业设计内容。通过毕业设计，提升自己对工艺问题的分析和解题能力，通过分析零件和基本原理的应用，设计出零件的机械加工工艺规程和分析零件设计出专用夹具的，为将来步入社会进行工作做好准备。由于知识储备和实际能力有限，相关经

14、验不足，毕业设计中还有很多地方需要改进，希望各位老师可以多加指导改正。2 对零件进行分析2.1 零件的分析零件材料为，热处理调质，这是机械行业中最常用中碳调质钢，由于45钢具有良好的综合力学性能，又能承受住较大应力，还有良好的耐磨性、耐热性和减振性，适用于输出轴零件。依据输出轴零件的机械加工工艺因素10和技术要求，考虑选择铸件。图2-1 输出轴零件图2.2 零件的加工位置分析输出轴是动力装置的基础典型零件，结构对比其他零件来说相对简单，要求加工的部位也相对方便。该输出轴主要加工的内孔圆柱面，直径为的外圆柱表面，还有的通孔和的斜孔。2.3 零件的加工精度分析根据要求，零件的尺寸精度较高，基本都在

15、等级。但在粗糙度方面要求一般，键槽内部平面为，圆柱的内外表面和两端均为，其余为。在位置要求方面加工相对严谨，键槽对的外圆轴线的对称度为，的左端面和的内孔圆柱面对和的外圆轴线的跳动量都为，孔的轴线对内孔轴线的位置度为。通过分析零件的形状和加工表面要求，采取径向夹紧的方法进行加工，这样既可以保证输出轴零件的整体加工要求，又能够完整的表达加工零件的尺寸和整体形状。使整个加工过程和图纸清晰明了，符合整体要求.2.4 生产纲领确定该零件是中批量生产的零件, 由于生产要求较高, 分工比较细, 要求加工工艺规程细致,才能方便于制造和批量生产。相对于单件小批量生产的零件, 由于生产需求较小，可使用通用夹具对其

16、加工。按照工艺要求进行生产, 便于保证产品质量、提高产品精度和获得高效的生产量和降低成本11。，该零件的生产纲领应按照下式算法计算： （2-1）式中： ； ；由生产任务得：代入公式计算得件/年 （2-2）由机械设计手册查得该零件为中批量生产。3 工艺规程设计3.1 毛坯的确定依据零件的属性来进行选择。针对零件的实际作用，来选择符合的毛坯种类。我还是根据输出轴零件的性能和输出轴零件的需求量来具体选择符合的毛坯，使用符合材料采取新工艺技术来降低成本和提高质量。毛坯的选择因素有很多，但是我们通常是根据以下的几个方面来综合考虑选择合理的毛坯：1、零件的工艺性能；2、零件的形状和尺寸；3、零件的需求量。

17、只有通过综合因素的考虑判断，才能选择合理的毛坯。因为输出轴零件的材料为45号钢，生产类型中批量生产，所以选择的毛坯为锻件中的自由锻。图3-1 毛坯图该零件为锻件自由锻、中批量生产，根据零件的加工精度要求，加工表面留有加工余量，查表得最低加工余量为4mm，圆柱的保留加工余量为8mm。3.2 定位基准的选择为了保证零件加工过程定位和夹紧可靠性，在粗基准的选择方面上，孔的选择应该首先考虑，所以选择该零件的重要孔的毛坯孔和该输出轴的轴面作为粗基准。在机械加工中，我们也要考虑精基准的选择。为了避免基准不重合导致的误差，：；原则；。所以精基准在选择上，首先保证工件的定位基准的稳定和可靠，其次夹具结构要简单

18、合理并且夹紧稳定。通过分析零件的结构和加工位置，在零件的A区域的面积较大，可以考虑在A面区域使用夹具。因为在A面使用夹具，定位会相对稳定，夹紧简单方便，容易操作。在参考点的选择上，选择圆柱表面为参考点，在加工不同面时，可以以其他不加工的面为基准参考点。为了保证加工精度达到所需的要求，利用钻尖孔对精加工表面的自由度进行位置的限制，来保证零件加工时的精度。3.3 工艺路线的确定根据零件的材料、外形、加工的精度要求等，选择合理的加工工艺路线。尽量使生产成本可以达到最低。在机床精度够用的情况下，尽量使用普通机床，可减少生产成本，提高生产效率14。方案一： 方案二： 从技术角度来讲，方案二通过粗加工完立

19、马进行精加工，不仅留有足够的精加工余量，同时也可以节省加工时间，从而在效率方面取得优势。而且精度方面也能得到保证，使加工效率大大提高，从而避免了频繁装夹零件存在不必要的误差。但由于需要使用不同刀具使加工比较复杂，需要换刀进行粗精加工。方案二使用粗加工后需要换刀进行镗凹槽，然后才进行外圆表面精加工。显然存在较多换刀步骤，但是这样可以在粗加工后确保每部分都存有足够的精加工余量，使零件不会因为部分尺寸不合格而报废，但频繁的换刀会增加加工时间，使整体的时间过多。综合比较加工时间和成品率，可看出成品率相差不多，但加工精度方案一明显高于方案二，而且加工凹槽时，零件的装夹对于外面表面的损伤小。综合考虑，选择

20、使用方案一的工艺路线。3.4 加工余量加工余量，之间尺寸的差值，它等于各工序余量之和11。 零件的表面粗糙度有。查，得粗车的加工余量为 取查，得精车的加工余量为1。所以，根据零件的加工工余量，可以确定各工序的加工尺寸，接着确定毛坯的尺寸大小。加工余量如下表所示：表3-1各表面加工余量、工序尺寸工序工名序称工 序 内 容加工余量10锻锻造毛坯20热人工时效处理30车粗车端面252到246 2.040车粗车外圆58到56、63到61、68到66、78到762.050车粗车凹槽101到103、77到79、47到492.060车粗车凹槽103到104、79到80、49到501.070车精车外圆56到5

21、5、61到60、66到65、76到751.080铣2.090钻1.0100钻110检验120入库3.5确定切削用量及基本工时3.5.1 粗车外圆55。，由工艺手册表8.2查得，刀杆的尺寸，主偏角，副偏角，后角，前角，刃倾角，刀尖圆弧半径。当刀杆尺寸为，。，。，根据对车削速度进行修正：，；，得修；，；，得修；，；，。切削速度的公式为 (3-1)根据，取数值： , (3-2) (3-3) . (3-4)根据机械制造工艺学课程设计指导书表3-17，CA6140机床与较近的机床转速为及，现选。7.实际切削速度： (3-5) 8.切削工时：查工艺手册表7-1： (3-6)式中：， 则3.5.2 精车外圆

22、55。，由工艺手册表8.2查得刀杆的尺寸，主偏角，副偏角，后角，前角，刃倾角，刀尖圆弧半径。当刀杆尺寸为，。，。，根据对车削速度进行修正：，；，得修；，；，得修；，；，。切削速度的公式为 (3-7)根据，取数值： (3-8) (3-9) (3-10)根据机械制造工艺学课程设计指导书表3-17，CA6140机床与较近的机床转速为，现选。7.实际切削速度： (3-11)8.切削工时：查工艺手册表7-1： (3-12)式中：， 则3.5.3 粗车外圆60。，由工艺手册表8.2查得，刀杆的尺寸，主偏角，副偏角，后角，前角，刃倾角，刀尖圆弧半径。当刀杆尺寸为，。，。，根据对车削速度进行修正：，；，得修；

23、，；，得修；，；，。切削速度的公式为 (3-13)根据，取数值： (3-14) (3-15)6.机床主轴转速： (3-16)根据机械制造工艺学课程设计指导书表3-17，CA6140机床与较近的机床转速为及，现选。7.实际切削速度： (3-17)8.切削工时：查工艺手册表7-1： (3-18)式中：， 则3.5.4 精车外圆60。，由工艺手册表8.2查得刀杆的尺寸，主偏角，副偏角，后角，前角，刃倾角，刀尖圆弧半径。当刀杆尺寸为，。，。，根据对车削速度进行修正：，；，得修；，；，得修；，；，。切削速度的公式为 (3-19)根据，取数值： (3-20) (3-21)6.机床主轴转速： (3-22)根

24、据机械制造工艺学课程设计指导书表3-17，CA6140机床与较近的机床转速为，现选。7.实际切削速度： (3-23)8.切削工时：查工艺手册表7-1： (3-24)式中：， 则3.5.5 粗车外圆65。，由工艺手册表8.2查得，刀杆的尺寸，主偏角，副偏角，后角，前角，刃倾角，刀尖圆弧半径。当刀杆尺寸为，。，。，根据对车削速度进行修正：，；，得修；，；，得修；，；，。切削速度的公式为 (3-25)根据，取数值： (3-26) (3-27)6.机床主轴转速：n= (3-28)根据机械制造工艺学课程设计指导书表3-17，CA6140机床与较近的机床转速为及，现选。7.实际切削速度： (3-29) 8

25、.切削工时：查工艺手册表7-1： (3-30)式中：， 则3.5.6 精车外圆65。，由工艺手册表8.2查得刀杆的尺寸，主偏角，副偏角，后角，前角，刃倾角，刀尖圆弧半径。当刀杆尺寸为，。，。，根据对车削速度进行修正：，；，得修；，；，得修；，；，。切削速度的公式为 (3-31)根据，取数值： , (3-32) (3-33)6.机床主轴转速： (3-34)根据机械制造工艺学课程设计指导书表3-17，CA6140机床与较近的机床转速为，现选。7.实际切削速度： (3-35) 8.切削工时：查工艺手册表7-1： (3-36) 式中：， 则3.5.7 粗车外圆75。，由工艺手册表8.2查得，刀杆的尺寸

26、，主偏角，副偏角，后角，前角，刃倾角，刀尖圆弧半径。当刀杆尺寸为，。，。，根据对车削速度进行修正：，；，得修；，；，得修；，；，。切削速度的公式为 (3-37)根据，取数值： (3-38) (3-39)6.机床主轴转速： (3-40)根据机械制造工艺学课程设计指导书表3-17，CA6140机床与较近的机床转速为及，现选。7.实际切削速度： (3-41) 8.切削工时：查工艺手册表7-1： (3-42)式中：， 则3.5.8 精车外圆75。，由工艺手册表8.2查得刀杆的尺寸，主偏角，副偏角，后角，前角，刃倾角，刀尖圆弧半径。当刀杆尺寸为，。，。，根据对车削速度进行修正：，；，得修；，；，得修；，

27、；，。切削速度的公式为 (3-43)根据，取数值： (3-44) (3-45)6.机床主轴转速： (3-46)根据机械制造工艺学课程设计指导书表3-17，CA6140机床与较近的机床转速为，现选。7.实际切削速度： (3-47)8.切削工时：查工艺手册表7-1： (3-48)式中：， 则3.5.9 粗车外圆176。，由工艺手册表8.2查得，刀杆的尺寸，主偏角，副偏角，后角，前角，刃倾角，刀尖圆弧半径。当刀杆尺寸为，。，。，根据对车削速度进行修正：，；，得修；，；，得修；，；，。切削速度的公式为 (3-49)根据，取数值： (3-50) (3-51)6.机床主轴转速： (3-52)根据机械制造工

28、艺学课程设计指导书表3-17，CA6140机床与较近的机床转速为及，现选。7.实际切削速度： (3-53)8.切削工时：查工艺手册表7-1： (3-54) 式中：， 则3.5.10 精车外圆176。，由工艺手册表8.2查得刀杆的尺寸，主偏角，副偏角，后角，前角，刃倾角，刀尖圆弧半径。当刀杆尺寸为，。，。，根据对车削速度进行修正：，；，得修；，；，得修；，；，。切削速度的公式为 (3-55) 根据，取数值： (3-56) (3-57) 6.机床主轴转速： (3-58) 根据机械制造工艺学课程设计指导书表3-17，CA6140机床与较近的机床转速为及，现选。7.实际切削速度： (3-59) 8.切

29、削工时：查工艺手册表7-1： (3-60) 式中：， 则3.5.11 粗车凹槽104。当刀杆尺寸为，。，。，根据对车削速度进行修正：，；得修正；得修正系；，得。切削速度的公式为 (3-61) 根据取数值： (3-62) (3-63) (3-64)根据CA6140机床与较近的机床转速为及，现选。 (3-65) (3-66) 式中：， 则3.5.12 精车凹槽104当刀杆尺寸为，。，。，根据对车削速度进行修正：，；得修正；得修正系；，得。切削速度的公式为 (3-61) 根据取数值： (3-62) (3-63) (3-64) 根据CA6140机床与较近的机床转速为及，现选。 (3-65) (3-66

30、) 式中：， 则3.5.13 粗车凹槽80。当刀杆尺寸为，。，。，根据对车削速度进行修正：，；得修正；得修正系；，得。切削速度的公式为 (3-67) 根据取数值： (3-68) (3-69) (3-70) 根据机械制造工艺学课程设计指导书表3-17，CA6140机床与较近的机床转速为及，现选。 (3-71) 2 (3-72) 式中：， 则3.5.14 精车凹槽80当刀杆尺寸为，。，。，根据对车削速度进行修正：，；得修正；得修正系；，得。切削速度的公式为 (3-73) 根据取数值： (3-74) (3-75) (3-76)根据机械制造工艺学课程设计指导书表3-17，CA6140机床与较近的机床转

31、速为及，现选。 (3-77) (3-78)式中：，=， 则3.5.15 粗车凹槽50。当刀杆尺寸为，。，。，根据对车削速度进行修正：，；得修正；得修正系；，得。切削速度的公式为 (3-79)根据取数值： (3-80) (3-81) (3-82) 根据机械制造工艺学课程设计指导书表3-17，CA6140机床与较近的机床转速为及，现选。 (3-83) (3-84)式中：， 则3.5.16 精车凹槽50当刀杆尺寸为，。，。，根据对车削速度进行修正：，；得修正；得修正系；，得。 。切削速度的公式为 (3-85)根据取数值： (3-86) (3-87)2 (3-88) 根据机械制造工艺学课程设计指导书表

32、3-17，CA6140机床与较近的机床转速为及，现选。 (3-89) (3-90) 式中：， 则4 夹具设计该设计的夹具主要是针对是第90道工序，钻孔、扩孔和铰孔20孔的夹具。4.1 问题的提出由于该零件是输出轴零件，有一定的规则形状，使用专用夹具对其进行加工保证其尺寸的精度，为了方便加工进行了夹具的设计。通过对输出轴零件进行分析，其外表面为圆形，根据零件的外形来分析设计可行的加紧方式，进过分析可使用V型块对其进行夹紧定位。4.2 工件自由度分析及定位方案的确定加工20孔需要的定位表面都已经加工完成了，接下来的这道工序只需要保证加工后，75外圆中心轴的尺寸是140和孔中心线对中心轴位置度为0.

33、03，而且孔轴线要垂直于零件的端面。所以在加工时，只要限制X轴直线的方向、X轴转动方向和Y轴直线方向以及Y轴转动方向的自由度就可以满足加工需求。定位方案一：一边用浮动销，另一边用固定销，与该定位方案定位合理，夹具操作简单，结构合理。定位方案二：，自由度，不仅限制移动的自由度，又限制住转动的自由度。该定位结构简单，夹具夹紧零件方便，操作夹具也方便。因为方案一的定位基准轴线为，与工艺要求不一致，而方案二的定位方案要求符合，所以选用方案二定位方案进行定位。4.3 夹紧力的计算 刀具：高速钢麻花钻，钻头直径为19.98mm对刀及引导装置为钻套钻孔时轴向力F: （4-1）查切削手册可得公式中，。为修正系

34、数KF=KXFKXMKVBFKVBM=1.33111=1.33 （4-2）计算切削力，关系到安全系数，查机械夹具设计手册表1-2-1，得安全系数 其中：，取 ，取 ，取 ，取 （4-3） 一个M10螺栓只能承受3924N的许用夹紧力，因此夹具采用M10螺栓完全满足夹具的强度要求。然而，考虑到夹具的整体刚度和结构的对称性，M10不能满足夹具的要求，因此此处采用M16螺栓。4.4 定位误差的计算及定位精度分析工序基准是以，夹具的定位基准与零件一致，基准重合，无基准不重合误差存在，接下来对基础位置误差进行分析和计算。零件工序的定位误差为孔中心轴与的位置度为。当的直径最小且夹具孔径最大时，中心轴会出现最大偏差，此时的偏移量为： （4-4）经过计算，可得尺寸和精度满足加工要求，该方案可行。5 结论本篇论文是输出轴零件机械加工工艺规程设计及专用夹具设计，首先从两种加工工艺路线中比较选择一套最好的工艺方案，然后进行夹具的设计加工。加工工艺路线符合技术性、经济性，使加工更为合理，生产效率也能提高。通过分析图样尺寸，并制定工艺卡片，最终完成夹具设计。本设计的大致过程可以概括为：首先需要对零件外形、结构和应用范围等作大致分析，然后开始选择零件的定位基准、设计出满足要求的定位元件、再对零件的加工进行确定，得到零件的加工车床和车刀，确定切削用量和切削时