0095-花鍵軸工藝及鉆模設計,花鍵軸,工藝,設計 摘 要 本設計設計題目是花鍵軸工藝及鉆模設計。 軸類零件在機械行業(yè)中占有很重要的地位。在原動機大多提供回轉運動的現(xiàn)狀下，軸類零件在各類機械設備的設計中使用頻率很高。要保證符合要求的零件質量，除了合理的結構設計以外，在加工中制訂并采用合理的加工工藝和符合精度要求的夾具、輔具同樣也必不可少。本課題主要針對一特定航空軸進行工藝規(guī)范的編制和其中Φ2徑向孔鉆模夾具的設計。該軸有較為復雜的結構和精度、技術要求?；究梢阅依ㄒ话爿S類零件的加工方法和步驟。首先，運用機械制造技術及相關的課程知識，依據(jù)零件和生產綱領的要求，分析從毛坯到零件整個過程中每一道工序的進行和安排，制定出切實可行的加工工藝規(guī)程路線，確定加工方案。然后，根據(jù)圖紙要求的技術條件解決工件在加工過程中的定位、加緊以及工藝路線的安排等方面的相關問題，確定相關的工藝尺寸及選擇合適的機床和刀具。最后，參考機床夾具設計手冊及相關方面的書籍，設計出高效、經濟、合理并且能保證加工質量的夾具。 關鍵詞：軸，工藝路線，機械制造，鉆床夾具 ABSTRACT This design topic is the tail spline shaft connecting process and drilling jig design parts. Shaft parts takes a very important position in the machinery industry .Under the condition that the majority of primary motors can only provides the rotary motion. The quality of shafts can largely influents the using conditions and the using life of equipments wherever shafts use .In addition to guarantee the quality of a shaft to plan a good enough processing and apply the fitful fixture can play the very important role but to do a good structure design.Researching the processing of a particular air shaft and the design of the Φ2 radial hole content the most of this paper .The shaft has the mid-complex structure and accuracy demand .First,using of machinery manufacturing technology and related knowledge, on the basis of parts and the requirements of the production program, analysis from the blank to the whole process of parts of every process and arrangement, formulate the processing procedure of feasible routes, determine the processing scheme. Then, according to the technical condition requirements of the drawings, the workpiece in the process to solve relevant problems in stepping up and aspects of the process route arrangement, determine the relevant process size and select the appropriate machine tools and tool. Finally, machine tool fixture design reference manual and related aspects of the books, the design of efficient, economic, reasonable and can ensure the quality of processing fixture. KEY WORDS: shaft, process route,machinery manufacturing, ixture of the drilling machine 目 錄 摘 要 I ABSTRACT II 目 錄 III 第一章 緒 論 1 第二章 零件圖的結構分析和工藝分析 2 2.1 基本概念 2 2.2.1 確定生產類型 2 2.2.2 加工零件工藝分析 3 第三章 毛坯類型的選擇和工藝路線的制定 5 3.1 確定毛坯 5 3.2 擬定工藝路線 6 3.2.1 各表面加工方法 6 3.2.2 定位基準的選擇 7 3.2.3 加工階段的劃分 9 3.3 相關尺寸鏈計算 10 3.3.1 滲碳層深度計算 10 3.3.2 軸向尺寸圖表繪制 13 3.4 各工序順序安排 19 第四章 夾具設計和分析 22 4.1 問題的提出 22 4.2 鉆床夾具結構和類型的選取 22 4.3 夾具定位元件的選擇 23 4.4 鉆套設計 23 4.4.1 鉆套種類的選擇 23 4.4.2 鉆套內徑尺寸、公差及配合的選擇 23 4.4.3 鉆套與工件距離S 25 4.4.4 鉆套的材料 25 4.5 鉆模板設計 25 4.6 加緊裝置的設計計算 26 4.6.1 夾緊裝置的選用 26 4.6.2 夾緊力的確定 26 4.7設計夾具與機床定位的緊固結構 27 4.8 夾具體（底座）設計 28 4.9夾具精度分析 29 4.10 夾具裝配圖 30 第五章 全文總結 32 參考文獻 33 致 謝 34 畢業(yè)設計小結 35 附錄 36 IV 第一章 緒 論 軸類零件在機械行業(yè)擁有非常重要的地位，其加工質量和精度直接影響一臺機器的運作。對于軸類零件加工工藝的研究，對于整個機械行業(yè)而言，有著舉足輕重的地位，能夠盡可能的提高工件加工質量的基礎上同時提高生產效率是軸類工件工藝設計的準則，一個合格的零件工藝規(guī)程，應該首先要求保證零件設計的尺寸和精度，其次要盡量合理地運用現(xiàn)有的工作條件，盡量減少輔助時間，提高生產效率。夾具的設計需要注意其精度對加工工件精度的影響，務必確保使用夾具能夠保證設計精度。本設計以上述各原則為基準進行。 第二章 零件圖的結構分析和工藝分析 2.1 基本概念 機械加工工藝過程是指機械加工方法逐步改變毛坯的狀態(tài)（形狀、尺寸和表面質量等），使之成為合格零件所進行的全部過程。把工藝過程的有關內容，用文件的形式確定下來，稱為機械加工工藝規(guī)程。 機械加工工藝過程可分為： （1）工序。一個工人或一臺機床對一個工件所連續(xù)完成的那部分工藝過程。 工序是組成工藝過程的基本單元。 （2）工步。在加工表面不變、切削工具不變、切削用量不變的情況下，所連續(xù)完成的那一部分工藝過程。 （3）走刀。走刀是切削工具在加工表面上切削一次所完成的那一部分工藝過程。整個工藝過程由若干個工序組成，每一個工序可包括一個工步或幾個工步，每一個工步包括一次或幾次走刀。 （4）安裝。使工件在機床上定位并將它夾緊的過程。 （5）工位。 2.2 零件的生產類型的確定及工藝分析 2.2.1 確定生產類型 工藝過程必須根據(jù)給定的生產量的大小來設計。生產量的大小決定著生產類型，一般可分為三種基本類型： （1）單件小批量生產。（2）成批生產。（3）大量生產。 根據(jù)要求及查閱相關手冊可確定該連桿件生產類型為中小批量生產。 2.2.2 加工零件工藝分析 圖2-2-1 花鍵軸零件圖主視圖 （1）零件的作用 該花鍵軸（結構見圖2-2-1）主要用于航空傳動，該軸兩處的花鍵由于其航空用途壓力角皆為30°。花鍵軸是具有較緊湊的結構，能夠傳遞超額的載荷及動力，并具有較長的壽命，花鍵軸傳動效率高、定位精度高、傳動可逆性、同步性能好等優(yōu)良功能。 （2）零件的結構分析 ①零件的主要加工表面：有軸端面，各級外圓面，分度圓為Φ14的花鍵，分度圓為Φ18的花鍵，Φ2的孔，M8的螺紋孔。 ②主要形位誤差：Φ12外圓面和Φ25外圓面對A外圓面的同軸度為Φ0.01，M8-5H螺紋孔對C外圓面的同軸度為Φ0.05，Φ6內圓面對C外圓面的同軸度為Φ0.5，分度圓為Φ14的小花鍵對A外圓面的同軸度為Φ0.05，分度圓為Φ18的大花鍵對B外圓面的同軸度為Φ0.05，Φ32外圓左端面對B外圓面的垂直度為Φ0.01。 ③設計基準：軸向左右兩端面 徑向Φ17外圓面 ④精度要求：各外圓粗糙度為0.40,Φ2孔的粗糙度為12.5，M8-5H螺紋孔的粗糙度為12.5，全零件其余粗糙度為3.2。 （3）零件的材質 12Cr2Ni4A合金結構鋼，其特點為強度高、韌性好、淬透性良好，滲碳淬火后表面層硬度及耐磨性都好，冷變形時塑性好，切削性尚好，但有白點敏感性及回火脆性，合金材料含量高，熱處理工藝性較差，鍛后正火硬度仍然較高,需長時間的高溫回火。用作高負荷、交變應力下工作的大型滲碳件，如受高負荷的各種齒輪、蝸輪、蝸桿、軸等機械結構件。 表面硬度符合零件要求。經過滲碳淬火后能夠達到HRC≥58。供料狀態(tài)為冷拉。鍛后正火硬度仍然較高,需長時間的高溫回火。用作高負荷、交變應力下工作的大型滲碳件，如受高負荷的各種齒輪、蝸輪、蝸桿、軸等機械結構件。 （4）零件的其他技術要求 ①基準表面A、B滲碳，深度0.5~0.8 ②滲碳表面硬度HRC≥8，非滲碳表面硬度HRC35~45 ③除基準表面A、B、C及表面D外，其余表面氧化 ④磁力探傷檢查按Q/1D1045-89進行，不允許有裂紋 第三章 毛坯類型的選擇和工藝路線的制定 3.1 確定毛坯 毛坯種類的選擇不僅影響毛坯的制造工藝及費用，而且也與零件的機械加工工藝和加工質量密切相關，為此需要毛坯制造和機械加工兩方面的工藝人員密切配合，合理地確定毛坯的種類、結構形狀。 （1）常見的毛坯種類有以下幾種： ①鑄件　對形狀較復雜的毛坯，一般可用鑄造方法制造。大多數(shù)鑄件采用砂型鑄造，對尺寸精度要求較高的小型鑄件，可采用特種鑄造，如永久型鑄造、精密鑄造、壓力鑄造、熔模鑄造和離心鑄造等。 ②鍛件　鍛件毛坯由于經鍛造后可得到連續(xù)和均勻的金屬纖維組織。因此鍛件的力學性能較好，常用于受力復雜的重要鋼質零件。其中自由鍛件的精度和生產率較低，主要用于小批生產和大型鍛件的制造。模型鍛造件的尺寸精度和生產率較高，主要用于產量較大的中小型鍛件。 ③型材　型材主要有板材、棒材、線材等。常用截面形狀有圓形、方形、六角形和特殊截面形狀。就其制造方法，又可分為熱軋和冷拉兩大類。熱軋型材尺寸較大，精度較低，用于一般的機械零件。冷拉型材尺寸較小，精度較高，主要用于毛坯精度要求較高的中小型零件。 ④焊接件　焊接件主要用于單件小批生產和大型零件及樣機試制。其優(yōu)點是制造簡單、生產周期短、節(jié)省材料、減輕重量。但其抗振性較差，變形大，需經時效處理后才能進行機械加工。 ⑤其它毛坯　其它毛坯包括沖壓件，粉末冶金件，冷擠件，塑料壓制件等。 （2）毛坯的選擇原則 ①零件的生產綱領　大量生產的零件應選擇精度和生產率高的毛坯制造方法，用于毛坯制造的昂貴費用可由材料消耗的減少和機械加工費用的降低來補償。如鑄件采用金屬模機器造型或精密鑄造；鍛件采用模鍛、精鍛；選用冷拉和冷軋型材。單件小批生產時應選擇精度和生產率較低的毛坯制造方法?！? ②零件材料的工藝性　例如材料為鑄鐵或青銅等的零件應選擇鑄造毛坯；鋼質零件當形狀不復雜，力學性能要求又不太高時，可選用型材；重要的鋼質零件，為保證其力學性能，應選擇鍛造件毛坯?！? ③零件的結構形狀和尺寸　形狀復雜的毛坯，一般采用鑄造方法制造，薄壁零件不宜用砂型鑄造。一般用途的階梯軸，如各段直徑相差不大，可選用圓棒料；如各段直徑相差較大，為減少材料消耗和機械加工的勞動量，則宜采用鍛造毛坯，尺寸大的零件一般選擇自由鍛造，中小型零件可考慮選擇模鍛件?！? ④現(xiàn)有的生產條件　選擇毛坯時，還要考慮本廠的毛坯制造水平、設備條件以及外協(xié)的可能性和經濟性等。 本次花鍵軸零件生產類型為中小批，屬于軸類零件，同時采用鋼質材料，屬于航空方面零件，力學性能要求較高，所以選擇毛坯時采用棒料，包括余量零件毛坯尺寸Φ35×210，留有5切口寬度。圖紙要求最大尺寸Φ32×202，型材尺寸Φ35×205。 3.2 擬定工藝路線 3.2.1 各表面加工方法 加工方法的選擇 （1）首先要根據(jù)每個加工表面的技術要求，確定加工方法及分幾次加工。 （2）決定加工方法時要考慮被加工材料的性質。 （3）選擇加工方法要考慮到生產類型，即要考慮生產效率和經濟性問題。 （4）選擇加工方法還要考慮本廠或本車間的現(xiàn)有設備及技術條件。 此外，選擇加工方法還應考慮一些其他因素，例如，工件的形狀、質量以及加工方法所能達到的表面物理機械性能等。 根據(jù)本次設計的條件及要求，采用傳統(tǒng)的機床和專用夾具設備即可，由于零件分為重要加工表面和次要加工表面，分別有不同的技術要求，應分不同加工方法和多次加工。其中主要加工表面加工方法如下： ①Φ17、Φ12和Φ25外圓面有IT5高精度；其中Φ12和Φ25外圓面相對 Φ17外圓面有Φ0.01的高同軸度要求；同時有Ra0.40的很高的表面粗糙度要求。故三外圓面采用S30機床進行精磨終加工來保證加工精度，同時在前幾道工序中采用中間加持、軟三爪（保證軟三爪回轉精度）的方法保證加工剛度和工件回轉精度來保證精磨前工件的狀態(tài)，最終保證主要表面的加工質量。 ②Φ17和Φ25表面要求滲碳淬火。此處要注意對其他表面的保護。一般而言，對工件進行滲碳保護有兩種方法：余量保護和鍍層保護。余量保護是計算余量，在全零件滲碳后通過切除余量來保證需滲碳表面的滲碳層深度和非滲碳表面的表面狀態(tài)不發(fā)生改變。鍍層保護是在全表面鍍銅，再去除滲碳表面的銅層進行滲碳加工，加工后去掉銅層。余量保護要求較大的毛坯切除量，對于本工件材料而言不具有經濟性。擬采用鍍銅保護的措施。滲碳層深度的相關計算將會在后面進行。 ③Φ2徑向孔和Φ6軸向孔加工，Φ6內孔對Φ12外圓面的同軸度要求較低可采用C336-1型車床直接進行鉆削加工。Φ2徑向孔尺寸和位置精度由鉆模保證，將會在后續(xù)的夾具設計項進行相關的計算和論述。這里需要討論兩孔的加工相對于熱處理的前后關系。因為Φ2徑向孔需要打過滲碳熱處理表面，故該孔應安排在滲碳熱處理完成之前。兩孔的鉆削應先鉆Φ6孔再鉆Φ2孔。如此安排在鉆Φ2孔時便不必考慮徑向移動自由度的限制，能夠降低夾具設計難度和提高鉆孔質量。同時應該注意將兩孔的鉆削加工安排在滲碳之后，否則孔內會出現(xiàn)滲碳層導致工件內部材料狀態(tài)發(fā)生改變，產生廢品。綜上所述，鉆削兩孔和滲碳、淬火的向后關系為： 滲碳—鉆Φ6孔—鉆Φ2孔—熱處理 技術條件中“除基準表面外其余表面氧化”一項。擬將一些主要表面的精磨安排在氧化之后進行，這樣可以避免重復加工，增加生產效率。 3.2.2 定位基準的選擇 1、基本概念 ①基準：就是零件上用來確定其他點、線、面的位置的那些點、線、面。 ②設計基準：就是零件圖上用來確定其他點、線、面的位置的基準。在本次花鍵軸零件設計中的設計基準是左右兩端面和Φ17外圓面。 ③定位基準：在加工時使工件在機床或夾具上占有正確位置所采用的基準。 要注意：當用調整法加工時，如果定位基準與設計基準不重合，就會產生基準不重合誤差。所以當定位基準和設計基準不重合時，必須檢查有關尺寸的公差和加工方法能否滿足條件要求，如不能滿足，則要求改變加工方法或另行選定工藝方案。 2、基準的選擇 （1）粗基面選擇原則： ①如果必須首先保證工件某重要表面的余量均勻，就應該選擇該表面作為 粗基面。 ②如果必須首先保證工件上加工表面與不加工表面之間的位置要求，則應以不加工表面作為粗基面。 ③應該用毛坯制造中尺寸和位置比較可靠、平整光潔的表面作為粗基面，使加工后各加工表面對各不加工表面的尺寸精度、位置精度更容易符合圖紙要求。 ④粗基面通常只允許使用一次，否則定位誤差太大。 （2）精基面選擇原則： ①基準重合原則：應盡可能選用設計基準作為定位基準。 ②統(tǒng)一基準原則：應盡可能選擇統(tǒng)一的定位基準加工各表面，以保證各表面間的位置精度。 ③所選的定位基準，應能使工件定位準確、穩(wěn)定、剛性好、變形小和夾具簡單。 ④有時還要遵循互為基準、反復加工的原則。 ⑤有些精加工工序要求加工余量小而均勻，以保證加工質量和提高生產率，這時就以加工面本身作為精基面。 （3）輔助基面 工件上沒有能作為定位基面用的恰當?shù)谋砻妫@時就有必要在工件上專門加工出定位基面，稱為輔助基面。 3、 本次設計中，基準選擇如下： ①粗基準的選擇：主要考慮加工效率和保證各主要加工表面有足夠、均勻的加工余量。一般情況下，出于對加工誤差的考慮，粗基準只可選用一次。本軸毛坯選用棒料，故粗基準采用Φ35外圓面（毛坯外圓）進行加工。 ②精基準的選擇：該花鍵軸零件圖設計基準軸向為左右兩端面，徑向為Φ17外圓面。但是有些尺寸設計基準是其他加工表面，這在工藝設計中要加以考慮。本著基準統(tǒng)一的原則，軸向精基準軸向選用兩端面的中心孔，徑向精基準選用 Φ17外圓面（采用時為Φ17外圓面的粗加工或半精加工狀態(tài)的尺寸，其具體尺寸不是Φ17）。 3.2.3 加工階段的劃分 1、劃分加工階段原因: ①粗加工階段中切除金屬較多，產生的切削力和切削熱都較大，所需的夾緊力也應該較大，因而使工件產生的內應力和由此引起的變形也大不可能達到高的精度和低的粗糙度，因此需要劃分階段最后達到圖紙要求。 ②劃分加工階段可合理使用機床設備。 ③為了在機械加工工序中插入必要的熱處理工序，同時使熱處理發(fā)揮充分的效果，這就自然而然地把機械工藝過程劃分為幾個階段。 2、工藝路線按工序的性質不同，一般可劃分為三個階段： ①粗加工階段：主要任務是去除各表面的大部分余量，在這個階段的主要問題是如何提高生產率。 ②半精加工階段：其任務是達到一般的技術要求，即各次要表面達到最終要求，并為主要表面的精加工工作準備。 ③精加工階段：其任務是達到零件的全部技術要求，主要是保證主要表面的加工質量。 3、本次設計的花鍵軸零件重要表面的加工精度要求在IT5等級，粗糙度要求為Ra0.40，一次加工毛坯切除金屬較多，產生的內應力和變形較大，達不到技術要求的精度和粗糙度，因此需要粗加工—半精加工—精加工的階段劃分來達到最后要求。 在加工中，一些表面精度要求不高，這些表面將會在半精加工階段完成。插齒工序安排在精加工階段，保證齒頂?shù)谋砻尜|量。滲碳熱處理安排在半精加工之前，使其變形能夠在后續(xù)加工中得到改正。 在工序的集中分散方面，考慮車間的加工裝備情況，采用工序分散的原則安排。工序多，工序內容簡單，設備和工藝裝備簡單，操作、調整、維修方便，生產準備工作量小，產品容易交換。但是，鑒于某些粗加工工序有較多的切除余量，也采用數(shù)控機床進行加工。同時，一些加工工序采用專用機床加工，保證零件的安裝精度和加工要求，提高加工效率和加工精度。 ①粗加工階段：毛坯加工、外圓粗車、打頂尖孔等。 ②半精加工階段：次要表面加工，鉆孔、鉆鏜孔、車外圓等。 ③精加工階段：磨外圓及端面、攻螺紋、插齒等主要表面。 這樣劃分階段的好處是能在粗加工后及時發(fā)現(xiàn)毛坯的缺陷，及時報廢或修補，同時適當在半精加工后，精加工前安排熱處理工序，消除粗加工階段產生的內應力,同時達到零件圖紙要求的零件硬度，再進行最后的精加工，可保證這些重要表面的技術要求。 3.3 相關尺寸鏈計算 尺寸鏈的計算是工藝編制中不可缺少的一部分，是將零件圖相關尺寸的 獲得量化的步驟，通過尺寸鏈的計算，可以明確各個工序所應有的加工余量和精度，并保證所有工序完成后，加工工件各表面都能達到零件圖設計要求。 在該軸的工藝中，需要的尺寸鏈計算主要有兩個方面：（1）滲碳層深度（滲碳層單邊厚度）的計算，計算實際加工時所需的滲碳層深度，以保證通過后續(xù)的磨削加工滲碳層深度和表面尺寸都能夠達到設計要求。（2）軸向尺寸的尺寸鏈計算，由于軸線尺寸設計基準并不完全一致，而且前后加工尺寸關系較為復雜，一個尺寸往往由很多前步工序決定。故要確定軸向尺寸的加工數(shù)據(jù)，需要大量的尺寸鏈計算。在實際生產中，解決類似于該軸軸向尺寸的加工問題多采用繪制尺寸圖表的方法。尺寸圖表結構簡單，各尺寸間關系清晰，于本軸而言較為適用。 3.3.1 滲碳層深度計算 該工件滲碳區(qū)域有Φ25和Φ17兩外圓表面，滲碳加工安排在粗加工之后，其尺寸分別為Φ25.5和Φ17.6（具體工序過程及尺寸安排見后續(xù)“對工藝規(guī)程部分工序的說明”）。此處將分別計算兩外圓表面在滲碳工序應有的滲碳層深度范圍，取其交集作為該工序要求的滲碳層深度。 ①Φ25表面滲碳層計算： 圖3-3-1 Φ25.5余量尺寸鏈 如圖3-3-1 余量Z為封閉環(huán)，增環(huán)為Φ25.5，減環(huán)為Φ25. Z=25.5-25=0.5 es=0-0.002=-0.002 ei=-0.1-0.011=-0.111 圖3-3-2 Φ25.5滲碳層深度尺寸鏈 如圖3-3-2 封閉環(huán)為1，增環(huán)為H，減環(huán)為Z。 1=H-0.5 H=1.5 +0.6=es+0.111 es=+0.489 0=ei+0.002 ei=-0.002 計算得：Φ25滲碳層深度范圍為0.749—0.9945 ②Φ17外圓表面滲碳層計算： 圖3-3-3 Φ17.6余量尺寸鏈 如圖3-3-3 封閉環(huán)為Z，增環(huán)為Φ17.6，減環(huán)為Φ17 Z=17.6-17=0.6 es=0+0.008=0.008 ei= -0.1-0= -0.1 圖3-3-4 Φ17.6滲碳層深度尺寸鏈 如圖3-3-4 封閉環(huán)為1，增環(huán)為H,減環(huán)為Z 1=H- 0.6 H=1.6 es=0.6-0.1=+0.5 ei=0+0.008=+0.008 計算得：Φ17外圓面要求滲碳層深度為0.804—1.05 取滲碳工序滲碳層深度為0.8—1較為合適。同時，為了在熱處理后使工件達到圖紙要求硬度，每批要增加5塊試塊與工件一同進行熱處理用于測量硬度。 3.3.2 軸向尺寸圖表繪制 尺寸圖表的主要內容包括工序號、工序名稱、工序平均尺寸、工序尺寸偏差、工序平均余量、工序余量變化范圍、結果尺寸和圖紙尺寸。繪制時首先畫出零件的全剖主視圖，延長每一界面。再列出加工工序，用箭頭表示加工工程，箭頭尾部實心點表示加工基準，箭頭表示加工平面。最后用兩端實心點連線表示圖紙要求尺寸，繪出表格。其大體計算過程是：以對稱形式列出圖紙要求尺寸----從圖紙尺寸出發(fā)分析確定各工序，工序尺寸偏差----校對結果尺寸----計算余量變化范圍----確定各工序的平均余量--決定工序平均尺寸。 其具體各部分分析計算方法如下： 圖紙尺寸----確定各工序的平均余量：當工序尺寸直接保證一設計尺寸時，該工序尺寸偏差就等于設計尺寸偏差；當一個工序尺寸參與保證幾個設計尺寸時，則根據(jù)要求高的設計尺寸來確定工序尺寸偏差；一個設計尺寸由幾個工序尺寸一起保證時，則將以對稱偏差形式的設計尺寸公差一平均法或等精度法分給各工序尺寸；確定個表面間的基本尺寸并據(jù)此確定與設計尺寸無直接聯(lián)系的工序尺寸偏差；校對結果尺寸；當各工序尺寸確定后，將各設計尺寸的工藝組成環(huán)公差相加以對稱形式填入結果尺寸欄中。結果尺寸公差需小于圖紙尺寸公差。 計算余量變化范圍： 要計算一道工序的變化范圍，首先要確定影響該工序余量的有關工序尺寸。將所有有關尺寸變化范圍相加就得到了該工序變化范圍。一般情況下只計算部分半精加工和精加工的工序余量變化范圍。 確定工序平均余量： 各工序平均余量的大小由工序手冊查出并結合已計算出的工序余量變動范圍的大小考慮，應滿足：平均余量—余量變動范圍÷2≥保證加工尺寸所必須的最小余量。 決定工序平均尺寸： 用相應的結果尺寸加上或減去下探途中所遇到的除本身外的加工面平均余量（被加工表面為內表面是應減去，外表面時加上）。 該軸尺寸圖表計算分析過程如下： 圖3-3-5 3.3.2.1 偏差計算 165工序以I為基準加工J，最終保證尺寸，故其偏差為小于等于設計偏差取為 -0.015~+0.015 120工序以A為基準加工C，最終保證尺寸，故其偏差為設計偏差，因該尺寸未 注公差，取大于經濟加工精度偏差-0.75~+0.75 115工序以J為基準加工K，最終保證尺寸，故其偏差為設計偏差，該尺寸未注 公差，取-0.09~+0.09 110工序以F為基準加工D，直接保證尺寸，故其偏差為設計偏差，該尺寸未注 公差，取-0.1~+0.1 105工序以F為基準加工E，直接保證尺寸，故其偏差為設計偏差，該尺寸未注 公差，取-0.12~+0.12 以J為基準加工F，直接保證尺寸，故其偏差為設計偏差，該尺寸未注 公差，取-0.025~+0.025 100工序以J為基準加工I，不直接關聯(lián)設計尺寸，參考半精磨經濟加工精度， 取-0.01~+0.01 以A為基準加工J，直接保證尺寸，故其偏差為設計偏差，該尺寸未注 公差，取-0.025~+0.025 95工序以M為基準加工L，直接保證尺寸，故其偏差為設計偏差，該尺寸未注 公差，取-0.2~+0.2 以J為基準加工K，不直接保證尺寸，取大于經濟精度偏差-0.05~+0.05 90工序以J為基準加工F，不直接保證尺寸，取其精度偏差≥IT8(經濟精度)， 取-0.05~+0.05 以A為基準加工D，不直接保證尺寸，取其精度偏差≥IT8(經濟精度)， 取-0.05~+0.05 60工序以A為基準加工G，直接保證尺寸，故其偏差為設計偏差，該尺寸未注 公差，取-0.15~+0.15 55工序以A為基準加工B，直接保證尺寸，該尺寸為未注公差，參考其經濟加 工精度取其偏差為-0.12~+0.12. 以A為基準加工H，直接保證尺寸，該尺寸為未注公差，鉆孔偏差由刀 具決定取為-0.75~+0.75 15工序以A為基準加工J，不直接關聯(lián)尺寸，取其偏差為經濟精度，-0.05~+0.05 以J為基準加工F，不直接關聯(lián)尺寸，取其偏差為經濟精度，-0.05~+0.05 以J為基準加工I，不直接關聯(lián)尺寸，取其偏差為經濟精度，-0.05~+0.05 05 工序以A為基準加工M，再以M為基準加工A，皆不關聯(lián)尺寸，取其偏差 為經濟精度，-0.05~+0.05 3.3.2.2 工序余量變動范圍分析計算 165工序尺寸關聯(lián)工序為165、100工序，偏差變動范圍為 ±0.015+±0.01=±0.025 120工序為攻螺紋，無變動范圍。 115工序尺寸關聯(lián)工序為115、95工序，偏差變動范圍為 ±0.09+±0.05=±0.14 110工序尺寸關聯(lián)工序為110、105、100、90工序，偏差變動范圍為 ±0.1+±0.025+±0.025+±0.05=±0.2 105工序EF段為一次加工，沒有關聯(lián)尺寸，偏差變動范圍為 ±0.12 JF段關聯(lián)工序為90，100,15工序，偏差變動范圍為 ±0.05+±0.025+±0.025+±0.05=±0.15 100工序JI段關聯(lián)工序為AJ段，15工序AJ段，15工序JI段，偏差變動范圍 為±0.01+±0.025+±0.05+±0.05=±0.135 AJ段關聯(lián)工序為15，偏差變動范圍為 ±0.01+±0.05=±0.06 95工序ML段無關聯(lián)工序，偏差變動范圍為±0.2 KJ段無關聯(lián)工序，偏差變動范圍為±0.05 90工序JF段關聯(lián)工序為15，偏差變動范圍為±0.05+±0.05=±0.1 AD段無關聯(lián)工序，偏差變動范圍為±0.05 60工序，55工序為鉆孔和鏜孔，無變動范圍。 15、05工序為粗加工，無需計算變動范圍。 3.3.2.3 工序平均余量的確定 165工序：S30精磨端面最小余量可取0.01平均余量可取為0.045 0.045-0.025=0.02>0.01 120工序：攻螺紋無加工平均余量問題。 115工序：最小余量為0.1平均余量可取為0.25 滿足0.25-0.14=0.11>0.1 110工序：最小余量為0.05平均余量可取0.28 0.28-0.2=0.08>0.05 105工序：EF段一次加工，不計算平均余量 JF段最小余量為0.1，平均余量可取0.3 0.3-0.15=0.15 100工序：JI段最小余量為0.15，平均余量可取0.315 0.315-0.135=0.18 AJ段平均余量取0.2 0.2-0.075=0.125 95工序：ML段均為粗加工，不計算平均余量。 JK段粗加工，不計算平均余量。 90工序：JF段最小余量為0.08,平均余量可取0.2 0.2-0.1=0.1>0.08 AD段不需計算平均余量。 其余工序為粗加工或鉆孔，不計算平均余量。 3.3.2.4 平均尺寸計算 165工序 平均尺寸直接保證結果尺寸，平均尺寸為15.985 120工序 平均尺寸直接保證結果尺寸，平均尺寸為13.25 115工序 平均尺寸直接保證結果尺寸，平均尺寸為3 110工序 平均尺寸直接保證結果尺寸，平均尺寸為13 105工序 FE段直接保證結果尺寸，平均尺寸為3 JF段直接保證結果尺寸，平均尺寸為101.90 100工序 JI段15.975-0.025=15.94，平均尺寸為15.94 AJ段直接保證結果尺寸，平均尺寸為171.95 95工序 ML段直接保證結果尺寸，平均尺寸為19 KI段為3+0.3=3.3 90工序 JF段平均尺寸為101.95+0.05=102 AD段平均尺寸為56.8 60工序 平均尺寸為101，由鉆模保證 55工序 平均尺寸為102.25直接加工 15工序 JF段平均尺寸為102+0.2=102.2 JI段平均尺寸為16+0.05=16.05 AJ段平均尺寸為171.73 05工序 平均尺寸為202 3.3.2.5 完整尺寸表格 圖3-3-6 軸向尺寸表格 3.4 各工序順序安排 根據(jù)對零件所進行的工藝分析，不同表面采用的加工路線以及其所能達到的精度要求，在生產綱領已確定的情況下，結合對其加工階段的劃分，可以考慮采用普通機床配以通用、專用夾具，并盡量使工序集中來提高生產率。 工序順序安排方案如下： 工序00 準備棒料，每批帶熱處理試件用料Φ35×205，切口寬度為5； 工序05 設備為C336-1，中心孔的選擇，首先考慮零件尺寸Φ35×205，再考慮零件質量12Cr2Ni4A密度為7.84g/cm3，毛坯質量為：7.84×3.14×35×35÷4× 205=1.522kg，參閱零件結構工藝性手冊相關內容得：中心孔取A2； 工序10 車外圓，加工外圓對中心孔的跳動不大于0.05； 工序15 設備為數(shù)控車，去較大余量。為了使工件彎曲變形對零件精度要求的影響最小，此處需要求外圓對中心孔的圓跳動不大于0.05。具體措施為在三爪卡盤加持工件一端的情況下另一端加用頂尖，以提高工件加工剛度； 工序20 清洗； 工序25 檢驗，熱處理前檢驗，保證熱處理工件的尺寸精度； 工序30 防銹； 工序35 全零件鍍銅； 工序40 設備為M1432A磨除Φ17與Φ25表面銅層以對其進行滲碳加工； 工序45 滲碳處理，滲碳層深度按上述尺寸鏈計算結果0.8—1； 工序50 磨除其余表面銅層； 工序55 鉆鏜孔，設備C336-1由于工件Φ17表面已進行加工，注意此處需在普通三爪卡盤墊銅皮，用軟三爪進行加緊。此除三爪加持在中段，工件懸臂部分少，剛度足夠。為保證工件設計的同軸度要求，加工前需先對軟三爪進行車削，以減少其圓跳動。要求軟三爪圓跳動不大于0.03； 工序60 鉆徑向孔，位置精度由鉆模保證，采用麻花鉆； 工序65 按熱處理工藝規(guī)程進行熱處理，滲碳表面硬度HRC≥58，中心硬 度HRC35~40，零件彎曲度不大于0.05； 工序70 去除毛刺，鉗工臺去毛刺，尖邊倒圓R0.1~0.5，修銼R10和Φ25外圓兩斜面圓滑相接； 工序75 熱處理后檢驗，具體檢驗熱處理變形，保證后續(xù)加工的精確度，要求工件彎曲度不大于0.05； 工序80、160 MAZAK研中心孔，在進行熱處理之后，工件基準中心孔內有氧化層和熱處理殘余。為了使其后的軸向尺寸加工精確，需加修復基準工序； 工序85 設備為M1432A為Φ17外圓面的半精加工，保證在精磨是能達到設計精度和形狀公差。要求Φ17.3對中心孔的跳動不大于0.01； 工序90 數(shù)控車加工，出于與55工序相同情況采用軟三爪，同時要求加工外圓對Φ17外圓面的跳動不大于0.05。保證Φ12外圓面形位公差； 工序95 數(shù)控車加工，上工序掉頭加持，要求軟三爪，加工外圓面與Φ17外圓面圓跳動不大于0.05； 工序100 磨外圓及端面，并按冶金部門磁力探傷說明書進行磁力探傷； 工序105 MAZAK加工為保護已加工表面采用軟三爪，要求軟三爪跳動不大于0.05，具體方法與45工序相同。本工序允許分工序倒角； 工序110 用S30精密磨床加工要求加工表面對頂尖定位中心線跳動不大于0.005，粗糙度要達到0.8； 工序115 用S30精密磨床加工Φ19外圓面對頂尖中心線跳動為0.01； 工序120 MAZAK機床加工，螺紋底孔要求按Φ6.85—Φ6.95加工。要求齒底對Φ12外圓面同軸度不大于Φ0.05； 工序125、130 插齒，設備514，夾具為專用夾具； 工序135 去除全部毛刺； 工序140 清洗； 工序145 檢驗，為熱處理氧化前檢驗； 工序150 防銹，為入庫前做準備； 工序155 按表面處理工藝規(guī)程進行，對軸的主要表面進行氧化； 工序165 磨外圓，設備為S30，要求粗糙度為0.4； 工序170 去除全部毛刺，并注意不要破壞零件表面的氧化層； 工序175 按Q/ID1045-89進行磁力探傷檢查，不允許有裂紋； 工序180 清洗； 工序185 檢驗。 第四章 夾具設計和分析 4.1 問題的提出 為了提高勞動生產率，保證加工質量，降低勞動強度，需要設計專用夾具。指定60工序，設計一個用于鉆床或搖臂式鉆床的鉆模，用于加工Φ2孔。工序圖見圖4-1-1 圖4-1-1 60工序工序圖 本工序所要鉆的孔相對位置固定，有一定的公差要求。為了使鉆孔的位置精確，提高加工精度，必須對零件進行定位，使之滿足使用要求。由于此孔為通孔，因此要求限制除了、的4個自由度。 為了縮短生產準備周期，降低夾具制造成本，互換性好，節(jié)省裝夾時間，夾具設計應做到結構簡單，裝夾方便，多采用標準件等。 4.2 鉆床夾具結構和類型的選取 鉆床類夾具構造主要分為固定鉆模板式鉆模，復蓋式鉆模、翻轉式鉆模和回轉式鉆模四種。其中復蓋式鉆模鉆模板可卸，工作時可直接復在工件上或者用銷釘與夾具體聯(lián)接。主要用于加工兩個相配工件上的結合孔。翻轉式鉆模主要用于加工不同方向的孔。回轉式鉆模加工沿圓周分布的孔。在此工序采用固定鉆模板式鉆模即可。具體結構簡圖4-2-1 圖4-2-1 固定鉆模板式鉆模設計 4.3 夾具定位元件的選擇 鉆徑向孔的定位表面為Φ17.6的外圓表面及端面定位塊。外圓定位件選用長V型塊，結合端面定位塊，共限制4個自由度，除繞其軸線回轉自由度和所加工孔方向的位移外，其余都被限制，為不完全定位。V形塊的自動定心好，并且安裝方便，如果采用半圓孔和外圓定位，則定位誤差較大，定位基準外圓和半圓孔之間的間隙無法排除。所以采用V型塊定位，夾具采用螺旋壓板加緊。 4.4 鉆套設計 4.4.1 鉆套種類的選擇 鉆套是鉆床上特有的一種元件，用來確定刀具的位置和在加工中引導刀具。一般有固定鉆套、可換鉆套、快換鉆套三種。當工件形狀或工序的加工條件不適宜采用上述標準鉆套時，就要根據(jù)具體情況設計特種鉆套。此鉆孔工序不需更換鉆套，選用固定鉆套類型。 4.4.2 鉆套內徑尺寸、公差及配合的選擇 鉆套內徑d應按鉆頭的引導部來確定，即鉆套內徑的基本尺寸，應等于鉆頭的最大極限尺寸。 該工序選用標準鉆頭Φ2，直柄麻花鉆，標準GB/T6135.3-1996.其結構及相關尺寸如下 （參考書目9第二卷第3-43頁）： 圖4-4-1 標準直柄麻花鉆尺寸 如圖4-4-1鉆頭最大尺寸為Φ2，取鉆套內徑d=2，公差采用F7。鉆套結構采用B2×9型（參考標準GB/T2262），直柄麻花鉆切削部分長度為24，鉆頭剛度較低，鉆模選用加長鉆套，鉆套總高取H=17.5，以減小在切削過程中鉆頭的引偏量，增大鉆削精度。據(jù)國標查得鉆套結構如圖4-4-2 圖4-4-2 鉆套結構設計 4.4.3 鉆套與工件距離S 鉆套與工件表面的距離S，該距離的選擇主要考慮切屑的排出和引偏量的問題。間隙過小，排泄不利。間隙過大，會使引偏量過大，加工誤差增大。據(jù)《現(xiàn)代制造工藝基礎》（參考文獻1）147頁介紹，加工鋼等帶狀切屑材料時常取間隙為0.7~1.5d。且工件材料硬度越高，其系數(shù)應取值越小。鉆孔直徑越小，鉆頭剛性越差，系數(shù)應取大值。此處取S=3。 4.4.4 鉆套的材料 鉆套材料一般選擇隱度高、耐磨性好的材料。常用材料為T10A,T12A,CrMn鋼或20鋼滲碳淬火，鉆套經熱處理后硬度應達到HRC60~64。其中d≤10的鉆套常采用CrMn鋼，本工序鉆套即采用此材料。 4.5 鉆模板設計 生產中，鉆模板在保證有足夠剛度的前提下要盡量減少其重量，其厚度通常按鉆套高來確定。此處，由于鉆套高H=17.5且加工孔徑小，軸向切削力小，鉆模板厚度采用10即可保證剛度足夠，又可使重量減少。其結構設計見圖4-5-1 圖4-5-1 鉆模板設計圖 4.6 加緊裝置的設計計算 4.6.1 夾緊裝置的選用 夾緊裝置的作用是將工件夾緊夾牢，保證工件在加工過程中正確位置不變。夾緊裝置包括夾緊元件或其組合以及動力源。 考慮從結構的簡易和可行性考慮，本工序夾緊裝置采用帶有快卸墊圈的螺母壓板加緊機構。其結構設計見圖4-6-1 圖4-6-1 夾緊裝置設計圖 4.6.2 夾緊力的確定 夾緊力方向一般應指向各定位表面，且應盡量使夾緊力最小。本工序夾緊力方向為豎直向下指向Φ17外圓面的內法線方向。 夾緊力作用點應盡量接近加工處，以減少切削力對工件造成的轉動力矩。本工序采用壓板直接壓在工件加工處的方法。具體如圖4-6-2 圖4-6-2 壓板結構設計 夾緊力大小的計算 根據(jù)《簡明機床手冊》（參考文獻9）77頁V形塊加緊受切削扭矩項得公式4-6-1 公式4-6-1 其中：K為安全系數(shù)取1.3，M為鉆削扭矩計算公式如下： 查《機械加工工藝手冊》（參考文獻4第二卷3-136頁表3.4-5）得f=0.08，查《簡明機床手冊》（參考文獻9）表3-4得=1.33 計算得M=18.57。 為夾緊元件與工件見摩擦系數(shù)，為工件與夾具支撐面間摩擦系數(shù)，查簡明機床手冊（同上）得==0.16 =90° 為實際所需夾緊力，計算得=9.2N 4.7設計夾具與機床定位的緊固結構 由上述鉆削扭矩計算得該工序鉆削扭矩為M=18.57。由于夾具體擬采用45鋼制造，以其自重為正壓力的摩擦扭矩足以抵消鉆削扭矩。不許另加緊固定件。 4.8 夾具體（底座）設計 夾具體毛坯的制造方法，通常根據(jù)工序加工情況和工廠生產情況確定。一般有四類： 鑄造夾具體，其特點是能鑄造出各種復雜的形狀，工藝性好，有較好的強度、剛度和抗振性。但是生產成本高，生產周期長。用于切削力較大，工藝系統(tǒng)剛度不足或工件要求精度高的夾具體。焊接夾具體，特點是制造方便，成本低。缺點是工藝性差。適用于夾具體形狀簡單，零件精度要求一般，切削力不大的場合。 鍛造夾具體，用于形狀簡單，尺寸不大，要求強度和剛度大的夾具體。 裝配夾具體，特點是制造成本低，周期短，精度穩(wěn)定。 綜上所述，結合本工序的特點，擬采用焊接夾具主體。其他定位元件采用螺紋和定位銷裝配的符合夾具體類型。上述計算可得本夾具體不需耳座壓板與機床緊固。具體設計結構如下圖4-8-1： 圖4-8-1 底座設計零件圖 4.9夾具精度分析 圖紙要求尺寸101±0.15。據(jù)《機床夾具設計實例教程》（參考文獻3）有一下分析： （1）由于工序基準與設計基準重合定位基準不重合誤差=0 （2）對刀誤差按偏斜計算：公式4-9-1 公式4-9-1 B為工件被加工孔精深度，為刀具與鉆套孔最大間隙， 計算得： ±0.036mm。 （3）夾具安裝誤差：由于與機床間為平面定位，取 （4）夾具誤差：①定位元件相對安裝基準 ②定位元件相對對刀基準 ③導向件相對安裝基準 夾具總誤差 （5）加工誤差：一般取工件誤差的1/3取 總誤差為：<0.3 夾具精度合適。此鉆床夾具用于加工可以保證工件加工的相關精度要求。夾具結構和各參數(shù)設計合適。 綜上所述，夾具機構和精度請參閱附件夾具裝配圖。 4.10 夾具裝配圖 經過上述系統(tǒng)的分析、選擇、計算與校核，設計出符合要求的鉆床夾具（裝配圖4-10-1，4-10-2，4-10-3）。 4-10-1 鉆模主視圖 4-10-2 鉆模俯視圖 4-10-3鉆模K向視圖 第五章 全文總結 本次畢業(yè)設計，到此為止基本完成了此種軸的工藝編制和第60號工序徑向孔的鉆模的設計。 在工藝規(guī)程的編制中，首先通過分析零件圖，著重討論了軸向相關尺寸的加工余量、工序余量和工序平均尺寸的問題，并最終以軸向尺寸尺寸圖表的方式加以總結，文中詳細論述了尺寸圖表的具體計算過程。并繪制出工藝卡片，同時對每道工序的定位于夾緊方式做分析與選擇。 在夾具設計方面，采用機床夾具手冊的相關知識和計算研究方法，首先對夾具結構類型、定位方案、加緊方案做出選擇，再對定位元件、夾緊裝置、導向裝置及夾具體等各個部分進行具體設計，然后討論夾具設計的精度是否可以滿足工序加工要求和零件圖相關尺寸精度要求。夾具設計部分結果最終表現(xiàn)在夾具裝配圖和底座的零件圖上。 與本說明書一同完結的還有工序規(guī)程和相關零件圖。用于完善畢業(yè)設計說明書中的相關內容。 參考文獻 [1] 閻光明，侯忠濱，張云鵬.現(xiàn)代制造工藝基礎，西安:西北工業(yè)大學出版社,2007 [2] 鄧文英.宋力宏，金屬工藝學，北京：高等教育出版社，2009 [3] 李名望.機床夾具設計實例教程，北京：化學工業(yè)出版社,2009 [4] 王先逵.機械加工工藝手冊，北京：機械工業(yè)出版社，第二版,2003 [5] 鄒青.呼詠，機械制造技術基礎課程設計指導教程，北京：機械工業(yè)出版社， 2011 [6] 武友德.吳偉，機械零件加工工藝編制,北京：機械工業(yè)出版社，2009 [7] 吳宗澤.羅圣國，機械設計課程設計手冊，北京：高等教育出版社，第三版， 2006 [8] 盧秉恒.機械制造技術基礎，北京：機械工業(yè)出版社，第三版，2007 [9] 吳 拓.簡明機床夾具設計手冊，北京：化學工業(yè)出版社,2010 [10]王王棟.李大磊，機械制造工藝學課程設計指導書，北京：機械工業(yè)出版社， 2010 致 謝 通過幾個月來不斷的努力和堅持，本次畢業(yè)設計終于告一段落，同時四年的大學生活和學習生涯也接近尾聲。在這四年的學習生活中，各位老師給予了莫大的幫助和培養(yǎng)，同學們相互支持和鼓勵，使我在充實而快樂的大學時光里受益匪淺。 首先感謝學校和機電工程系，謝謝他們給了我?guī)啄甑膶W習時光，給我提供了無限的知識和道路去學習科學，學習做人，學習人生。 這次畢業(yè)設計是對我身心和知識的雙重考驗。在此我要衷心地感謝我的指導老師鄧修瑾老師，在這幾個月的時間里，鄧老師堅持每周見面，每次見面都認真而細致的檢查我們的作業(yè)，耐心的引導我們，