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浙江紡織服裝職業(yè)技術學院
畢 業(yè) 設 計
惰輪軸工藝設計和工裝設計
題 目
院機電信息分院
系
數(shù)控技術與應用
專 業(yè)
張 衛(wèi)
姓 名
廖飛軍、楊偉超
指導教師
惰輪軸工藝設計和工裝設計
摘 要： 本設計的零件為惰輪軸，選用QT60-2鋼。根據(jù)零件的形狀、尺寸精度、生產的經(jīng)濟效益等各方面的詳細分析其加工工藝，多采用專用機床加工。通過對零件的分析，此軸要求精度高，工序適當集中，要求光滑，所以選用工具和尺寸要準。最后對零件進行校核。以便達到零件精度的要求。
關鍵詞：夾具、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,
目 錄
摘 要： 2
前 言 4
一 畢業(yè)設計的目的 5
二 畢業(yè)設計要求的基本任務和要求 5
2.1、基本任務 5
2.1.1、工藝設計的基本任務................................................................5
2.1.2、夾具設計的基本任務................................................................5
2.2、設計要求 5
2.2.1、工藝設計的設計要求................................................................5
2.2.2、夾具設計的設計要求................................................................5
三 惰輪軸畢業(yè)設計的方法和步驟 6
3.1、生產綱領的計算與生產類型的確定...............................................6
3.2、零件材料的分析...............................................................................6
3.3、零件圖的分析...................................................................................7
3.4、確定毛坯...........................................................................................8
3.5、加工工藝路線...................................................................................8
3.6、確定工序尺寸及其公差...................................................................9
3.7、確定切削用量...................................................................................10
3.8、機床及工藝設備的選擇..................................................................10
3.9、設計工藝過程卡..............................................................................11
3.10、零件的程序編制............................................................................12
四 夾具設計 12
4.1、夾具設計的目的和要求..................................................................12
4.2、夾具類型的確定..............................................................................13
4.3、定位裝置的設計..............................................................................13
4.4、夾緊裝置的設計..............................................................................16
4.5、導向裝置的設計及其它裝置結構、夾具體的確定......................18
4.6、確定夾具技術要求和有關尺寸、公差配合...................................18
4.7、夾具精度分析與計算.....................................................................19
結 論............................................................................................................20
致 謝............................................................................................................20
參考文獻 21
前 言
在本次設計中，主要包括以下幾個步驟：
一、 惰輪軸的工藝設計：
確定毛坯,確定工藝路線,確定工序切削用量,確定工時定額的計算。
二、 惰輪軸夾具的設計：
設計夾具裝置,導向裝置,確定夾具技術要求和有關尺寸,公差配合,夾具精度分析和計算。
畢業(yè)設計要達到的主要目標及技術要求：
設計的零件尺寸要求精度高，表面粗糙度也高，要求表面光滑。本零件制品為大批量生產。
一 畢業(yè)設計的目的
畢業(yè)設計是培養(yǎng)機械工程類專業(yè)學生應職應崗能力的重要實踐性教學環(huán)節(jié)，它要求學生能全面綜合地運用所學的理論和實踐知識，進行零件機械加工工藝規(guī)程和工藝裝備的設計。其基本目的是：
（1） 培養(yǎng)工程意識。
（2） 訓練基本技能。
（3） 培養(yǎng)質量意識。
（4） 培養(yǎng)規(guī)范意識。
二 畢業(yè)設計要求的基本任務和要求
2.1、基本任務
2.1.1、工藝設計的基本任務
(1)繪制零件工作圖，毛坯圖各一張
(2)繪制夾具裝備圖，夾具零件圖各一張
(3)編制機械加工工藝規(guī)程卡片一套
(4)編寫設計說明書一份
2.1.2、夾具設計的基本任務
(1)收集資料,為夾具設計做好準備
(2)繪制草圖,進行必要的理論計算和分析以及夾具的結構方案
(3)繪制總圖和主要非標準件零件圖,編寫設計說明書
(4)編制夾具的使用說明或技術要求
2.2、設計要求
2.2.1、工藝設計的設計要求
(1) 保證零件加工質量,達到圖紙的技術要求
(2) 在保證加工質量的前提下,盡可能提高生產效率
(3) 要盡量減輕工人的勞動強度,生產安全
(4) 在立足企業(yè)的前提下,盡可能采用國內技術和裝備
(5) 工藝規(guī)程應正確.清晰,規(guī)范化,標準化的要求
2.2.2、夾具設計的設計要求
(1) 保證工件的加工精度
(2) 提高生產效率
(3) 工藝性好
(4) 使用性好
(5) 經(jīng)濟性好
三 惰輪軸畢業(yè)設計的方法和步驟
3.1、生產綱領的計算與生產類型的確定
生產綱領的大小對生產組織和零件加工工藝過程起著重要的作用.它決定了各工序所需專業(yè)化和自動化的程度以及所選用的工藝方法和工藝裝備.
零件生產綱領可按下式計算.
N=Qn(1+a%)(1+b%)
式中：N-----零件的生產綱領（件/臺）
Q-----產品的年產量（臺/年）
n-----每臺產品中，該零件的數(shù)量（件/臺）
a%----零件的備品率
b% ---零件的平均廢品率
已知零件的年生產綱領為10000零件的質量約為2㎏，查表1-1可知其生產類型為大批量生產，初步確定工藝安排的基本思路為：加工過程劃分階段；工序適當集中；加工設備以通用設備為主；大量采用專用工裝。這樣安排，生產準備工作投資較少，生產效率高，且轉產容易。
本設計的零件為小型零件，生產類型為大批量生產。
3.2、零件材料的分析
本設計的零件是惰輪軸，選用QT60-2鋼。QT60-2 鋼是優(yōu)質素結構鋼，屬于普通中碳鋼。其強度、硬度較高，熱處理硬度在50°左右，而塑性、韌性略低。不能做沖、擠等加工零件。熱鍛、熱壓性能及被切削性能良好，冷加工變形能力及焊接性能中等。是機械行業(yè)最常用的鋼號之一，通常在調質或正火狀態(tài)下使用，還用于高頻或火焰表面淬火處理。其收縮率小。其密度基本和鐵的密度一樣與普通碳素鋼都差不多，和A3更是相近，是7.85g/cm*3。
3.3、零件圖的分析：
要求：表面清晰，無毛刺，尺寸精度如上圖。
零件的作用：該零件主要適用于機械傳動系統(tǒng)中力的傳送，用于機床，汽車等產品。
3.4 確定毛坯
(1) 確定毛坯種類
根據(jù)零件材料確定毛坯為鑄造件。
毛坯圖
(2)確定鑄件形狀
(1)根據(jù)第一章有關表格及《鑄工手冊》，確定外表面單邊加工余量為2.5~3mm
(2)根據(jù)《鑄工手冊》，軸可通過拔長得到，為簡化鑄造工藝，對直徑相近的臺階適當合并
(3)根據(jù)《軋制圓棒料切斷和端面加工余量》的要求，端面加工余量確定 為3mm
3.5 加工工藝路線
1．定位基準的選擇
以外圓為粗基準面加工端面為粗基準打中心孔，再以中心孔為基準車外圓。以確定基準面。
2．擬定工藝路線
<1>．確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數(shù)是擬定工藝路線的重要內容。主要依據(jù)零件各加工表面本身的技術要求確定，同時還要綜合考慮生產類型、零件的結構形狀和加工表面的尺寸、工廠現(xiàn)有的設備情況、工件材料性質和毛坯情況等。各種加工方法的經(jīng)濟精度和粗糙度如下:
外圓表面及孔加工的經(jīng)濟精度與表面粗糙度
序號
加工方法
經(jīng)濟精度（IT）
表面粗糙度
Ra(ｕm)
適用范圍
1
粗車
11～13
25～6.3
適用于淬火鋼以外的各種金屬
2
粗車→半精車
8～10
6.3～3.2
3
粗車→半精車→精車
6～9
1.6～0.8
4
粗車→半精車→精車→拋光
6～8
0.2～0.025
序號
加工方法
經(jīng)濟精度（IT）
表面粗糙度
Ra(ｕm)
適用范圍
1
鉆
12～13
12.5
適用于淬火鋼以外的各種金屬
2
鉆→鉸
8～10
3.2～1.6
3
鉆→粗鉸→精鉸
7～8
1.6～0.8
<2>加工順序的安排
在確定了零件各表面的加工方法之后,就要安排加工的先后順序。零件加工順序是否合適，對加工質量、生產率和經(jīng)濟性有著較大的影響。
1． 機械加工順序的安排
在安排機械加工順序時，一般遵循先粗后精、先面后孔、先主后次、基準先行的原則。對于工序內容復雜的零件則視具體情況采取工序集中與分散的原則處理。
2． 加工階段的劃分
對于精度和表面質量要求較高的零件，應將粗、精加工分開進行。為此，一般將整個工藝過程劃分階段，按加工性質和作用不同，一般劃分為粗加工階段、半精加工階段、精加工家段和光整加工階段。這對于保證零件加工質量、合理使用機床設備、及時發(fā)現(xiàn)毛坯缺陷及合理安排熱處理工序等有很大好處。
3． 熱處理工序的安排
熱處理工序主要用來改善材料的性能及消除應力。熱處理的方法、次數(shù)和在工藝路線中的位置，應根據(jù)零件材料和熱處理的目的而定。如圖1-4所示為熱處理工序安排圖。
毛坯-------→粗加工-------→半精加工-------→精加工----→精磨-----→細磨
↑ ↑
去應力退火 正火
4． 合理安排輔助工序
輔助工序種類很多，主要包括檢驗、劃線、去毛刺、清洗、平衡、退磁、防銹、包裝等，根據(jù)工藝需要穿插在工序中。
3.6確定工序尺寸及其公差
工序順序確定后，就要計算各個工序加工時所應達到的工序尺寸及其公差。工序尺寸公差一般按經(jīng)濟加工精度確定，但就其性質和特點而言，一般可以歸納為兩類：
1． 基準重合時（定位基準或工序基準重合）工序尺寸的計算
當確定了各個工序間余量和工序所能達到的加工精度后，將余量一層層疊加在被加工表面上，計算順序是從最后一道工序開始，由后往前推，就可計算出每道工序的工序尺寸。
2． 基準不重合時工序尺寸的計算
在零件的加工過程中為了加工和檢驗的方便可靠，或由于零件表面的多次加工等原因，往往不能直接采用設計基準作定位基準，會出現(xiàn)基準不重合的情況。形狀復雜的零件在加工過程中需要多次轉換定位基準，這時工藝尺寸的計算微比較復雜，應利用尺寸鏈原理進行分析和計算，并對工序余量進行必要的驗算（是否夠切）以確定工序尺寸及其公差。
3.7確定切削用量
粗加工時，切削量為1.5mm 半加工時，切削量為0.6mm
精加工，切削量為0.2mm;
孔加工時：用直徑8.5的鉆頭，再用直徑9的鉸刀，用螺紋鉆頭鉆；
3.8機床及工藝設備的選擇
（1）選擇機床
選擇機床和工藝裝備的總原則是根據(jù)生產類型與加工要求使所選擇的機床及工藝裝備既能保證加工質量，又經(jīng)濟合理。
基于次原則本惰輪軸的設計所選機床如下：
數(shù)控機床、鉆床、磨床等（具體車床類型及型號請看工藝卡片）。
（2）選擇夾具
①粗車、半精車可采用定心卡盤及尾座頂尖。
②軸孔鉆削深度小，宜選用低速鋼鉆頭。
（3）選擇量具
①粗加工、半精加工可選用通用量具。
Ⅰ端面工序尺寸中無高公差，而查參考文獻知計量器具不確定度允許值為0.012mm，故選擇分度值為0.01mm的游標卡尺，其不確定度值為0.006mm，可滿足要求。
Ⅱ仿形車工序中軸向尺寸Ф30f6其上偏差為+0.020，下偏差為+0.041，查表并根據(jù)有關公式計算得，計量器具不確定度允許值為0.045mm，查參考文獻選擇分度值為0.02mm的游標卡尺，其不確定值可滿足要求。
Ⅲ精加工工序為零件完工尺寸，精度要求高，若用通用量具，需選用比較儀、指示表，使用不便。故宜選用專用量具。
⑴外圓測量宜采用卡規(guī)，測量時要注意從相互垂直的兩個方向測量。
3.9設計工藝過程卡
機械加工工藝過程卡片
零件名稱
惰輪軸
材料牌號
QT60—2
毛坯種類：鑄件
工序號
工序名稱
工序內容
設備
工藝裝備
010
毛坯鑄造
020
熱處理1
去應力退火
030
儀表車車兩端面
平端面
數(shù)控車床
車刀，游標卡尺，三爪卡盤
040
粗車外圓
(1) 車床三爪卡盤夾緊一端面，另一端面用頂針頂住，加工外徑￠33，平端面2mm，端面留有余量，長度為17
(2) 換頭同方法車另一端面，加工外徑￠33，平端面2mm，端面留有余量，長度為26
(3) 中間厚度8兩側面6.3粗車，車到10
數(shù)控車床
車刀，游標卡尺，兩頂針，三爪卡盤
050
半精車外圓
(1) 用頂針和卡盤固定兩端面，加工外徑￠31.8，長度為19
(2) 換頭用頂針和卡盤固定兩端面，加工外徑￠31.8，長度為27.5
數(shù)控車床
車刀，游標卡尺，兩頂針，三爪卡盤
060
精車外圓
(1) 換頭車另一端面，用頂針和卡盤固定，加工外徑￠30，長度為20
(2) 換頭車另一端面，用頂針和卡盤固定，加工外徑￠30，長度為28，公差為+0.12與—0.07之間
(3) 中間厚度8兩側面6.3精車，車到8公差在+0.1與-0.1之間
數(shù)控車床
車刀，游標卡尺，兩頂針，三爪卡盤
070
熱處理
正火硬度HB229—302
080
精磨外圓
精磨外圓
磨床M1432B
外圓砂輪
090
鉆孔
Φ9 M6
Z525
鉆頭， 游標卡遲，鉆模
100
孔粗加工
Φ9 M6
Z525
鉆頭，游標卡遲，鉆模
110
孔精加工
Φ9 M6
Z525
鉆頭，游標卡遲，鉆模
120
檢驗
去毛刺，修邊
銼刀，砂皮紙
130
入庫
油封，入庫
編制（日期）
審核（日期）
共（ ）頁 第（?。╉?
3.10零件的程序編制（部分）
1．對刀
2．編程
G93 X100 Z80
S650 T01 M03
G01 X51 Z2 F0.2
G91X35Z27.5
X33
X31.8
X30.6
X30.4
X30.2
X30
G00 X51 Z4
M02
M30
四 夾具設計
4.1夾具設計的目的和要求
目的
(1)保證加工精度
(2)提高勞動生產率
(3)改善工人勞動條件
(4)降低生產成本
(5)擴大機床工藝范圍要求
1、保證工件的加工精度
2、提高生產效率
3、工藝性好
4、使用性好
5、經(jīng)濟性好
4.2 夾具類型的確定
由此任務及條件可知：加工零件的加工形狀不是很復雜，加工精度要求不是很高。但生產批量較大。因此夾具的設計不宜太復雜，在保證加工質量和生產效率的前提下，應盡量簡化結構，做到經(jīng)濟合理
4.3定位裝置的設計
（1） 確定定位方案
本零件總共有六個自由度，這里主要控制五個自由度：
根據(jù)工件結構特點，其定位案有兩種
方案一：1－3所示，以￠30的左端面為定位面，限制它的五個自由度，，，X，Y?！ ?
方案二：1—3所示，以￠30的右端面為定位面，限制它的五個自由度，，，X，Y
方案一 方案 二
比較上述兩種方案，方案—更合理
（2）定位元件的選擇
1）選擇帶定位銷的底板，作為￠30軸的定位元件，其尺寸和結構按要求確定
2）以￠9孔外緣定位，采用兩種方式：
（1）選用只廠承釘作為￠9外緣定位元件其尺寸和結構按照表3—19和3—20確定，它可限制Z的自由度。該方案由于對工件的夾緊的效果不是很好
（2）采用移動V形塊 作為定位元件，如圖1—4所示它可限制Z自由度，雖然它的結構比較復雜，但是對工件的加工精度能起到很好的效果。
比較上述兩種方案，確定采用第二種方案
圖 1—4
（3） 定位誤差分析計算
1）加工M6螺紋盲孔，保證中心距16以及于端面的垂直度為0.03。
計算中心距尺寸（16）mm定位誤差△D為
△D=△B+△Y
由圖1—3可知, △B=0
基準位移誤差△Y等于定位銷于定位孔的最大間隙值Xmax,銷孔配合代號為￠8 ,
￠8H7為￠8+0.021 ￠8n6為￠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=1/3￡G=0.06△D
則 △D〈△D允
該定位方案滿足要求
計算螺紋孔M6與B面垂直度誤差
同理 △D=△B+△Y
有基準位移誤差定義可知 △Y=△1+△2
△1是定位銷圓柱部分與臺階面的垂直度誤差。由于此兩表面是在第一次安裝中加工出的，其誤差很小，可忽然不計△1=0
△2是工件與定位面B的垂直度誤差，而工件與定位面B也是在一次安裝中加工出的，其誤差很小，也可忽然不計△1=0
因此 △D=△B+△Y=0
定位誤差的允許值△D允=1/3￡G=1/3×0.03=0.01(mm)
顯然 △D〈△D允
2）加工M6通孔：要求保證中心距56mm的定位精度。
同理 △D=△B+△Y，△B=0
而△Y與加工M6相同
△D=△Y=0.023mm
其中：￡G=0.2mm
△D允=1/3￡G=1/3×0.2=0.06mm
顯然 △D〈△D允
3）加工￠9孔，要求保證其中心距為80mm
△D=△B+△Y
△D=△Y=0.023mm
其中 ￡G=0.2mm
△D允=1/3￡G=1/3×0.2=0.06mm
顯然 △D〈△D允
該定位方案滿足要求
由以上分析可知，該定位方案與定位裝置是可行的。
4.4 夾緊裝置的設計
1夾緊機構
根據(jù)生產類型，此夾具的夾緊機構不宜太復雜，采用螺旋夾緊方式。其螺桿直徑暫用為M12為縮短裝卸工件的時間，采用開口墊圈。
2夾緊力計算
（1）加工￠9時受力分析如圖1—5所示，加工時鉆削軸向力F與夾緊力F1同向作用在V行塊上，而鉆削扭矩T1則有使工件緊靠V行塊之勢切削力矩不大。因此，對于加工此孔來說，夾緊是可靠的，不必進行夾緊力校
圖 1—5 圖1—6
（2）加工M6孔時如圖1—6所示，由于受到的扭矩比較大，夾緊機構因具有足夠的夾緊力和摩擦力矩，為此需進行夾緊力的校核。
1） 鉆削軸向力F
F=9.81CFdfFkF
設f=0.25mm,以知 d011mm其余參數(shù)查文獻得：
F=9.81×61.2×11×0.250.7×0.688=2167.5（N）
2） 鉆削力矩T2
T=9.81CMdMf MkM=9.81×0.0311×11 ×0.25 ×0.866=9.866（N.m）
3） 使工件轉動的轉矩T3
由圖1—6知7
T3=FL=2167.15×0.015=32.15（N.m）
4） 防轉夾緊力F′
根據(jù)力的平衡原理得：
F3′fr′+2Fn fr′≥KT3
得F3′=9030.56（N）
5） 夾緊機構產生的夾緊力為F3
根據(jù)出版選用螺桿直徑為M12mm，由參考文獻【9】查得，采用M12的螺桿時，許用夾緊力F3〉F3″。顯然滿足夾緊力要求
4.5 導向裝置的設計及其它裝置結構、夾具體的確定
1． 加工M6螺紋孔導向裝置的確定
為適應鉆、擴、鉸的要求，現(xiàn)選用快換鉆套及之相適應的村套，它們的主要尺寸和結構由表3—57和3—58選取。具體尺寸如表1—7所示
表1—7 快換鉆套及襯套尺寸
由《機械加工手冊》得：鉆套端面至加工面間的距離一般?。?.3～1）d(d為鉆頭直徑，取8mm.
2． 加工￠9孔的導向裝置的確定
為維修方便，不采用固定鉆套，而選用可換鉆套，它們的主要尺寸和結構由表3—5和表3—58選取。其主要尺寸如表1—8所示。
表1—8 可換鉆套及襯套尺寸
鉆套端面至加工表面的距離，選取原則與M6孔相同，因加工精度底，為方排屑， 取 12mm..
各導向件至定位元件間的位置尺寸公差按工件相應公差的1/2～1/5選取。因此，它們分別為（16±）mm,(56±)，（80±0.2）。M6孔對軸心線基準面垂直度允差0.05mm
￠9孔對軸心線基準面平行度允差為0.05mm
3 其它裝置的確定
為便于排屑，輔助支承采用螺旋套筒式；為便于夾具的制造和維修，鉆模板與夾具的聯(lián)接采用裝配式。夾具體采用開式，使加工、觀察、清理切削均方便。
4.6 確定夾具技術要求和有關尺寸、公差配合
1． 技術要求
（1） 定位元件與夾具底面的垂首度誤差允許值在全長上為0.03。mm
（2） 導向元件與夾具底面的垂直度誤差允許值在全長上為0.03。mm
（3） 導向元件與夾具底面的平行度誤差允許值為0.02mm
2、公差配合
（1）M6孔鉆套、襯套 、鉆模板上內孔之間的配合代號及精度分別為：
￠14 ￠8
（2）￠14 ￠8
（3）其余部位的公差配合代號及精度按總裝配所示。
4.7 夾具精度分析與計算
由圖1—1所示，所設計夾具需保證的加工要求有；尺寸(56)mm, 尺寸(16)mm, 尺寸(80)mm,￠9孔與基準面C的垂直度0.03mm，M6孔與基準面B的垂直度0.03mm.其中尺寸80mm, 尺寸56mm, ,，要求較底，不必驗算，其余各項精度要求分別驗算如下；
（1） 尺寸（16）mm
（2） 定位誤差△D，由前計算已知△D=0.023
（3） 定位元件對底面的垂直度誤差△A=0.03
（4） 鉆套與襯套間的最大配合間隙△T1=0.033
（5） 襯套孔的距離公差△T2=0.1
（6） 麻花鉆與鉆套內孔的間隙X=0.050；
得：
△ J= △D2+△A2+△T12+△T22+X2
= 0.0232+0.032+0.0332+0.12+0.0502
=0.034〈2/3￡G=2/3×0.2=0.12
因而夾具能保證尺寸這項加工要求。
由于夾具設計的各部分分析與計算以進行，結果符合要求，在草圖的基礎上繪制正式的總裝配圖
結 論
經(jīng)過兩個月的分析零件、查閱資料、繪圖、計算、等復雜的步驟，最終完成了止動塊的模具設計。在此期間本人遇到了不少的疑難問題，通過網(wǎng)上查詢、請教師、跟同學討論之后得到了解決問題的辦法。
經(jīng)過這次畢業(yè)設計，讓我鞏固了以前所學的知識，也為我以后的工作打下了很好的基礎。這篇畢業(yè)設計雖然已經(jīng)完成了，但由于本人缺少實際經(jīng)驗，在實際利用中次設計肯定還存在不少的問題，需要改進。希望老師能給我提點意見和建議。
接下來的時間本人會在公司里好好學習，以提高自己的水平，為將來的工作打下更堅實的基礎。
致 謝
在這里，在這本設計即將完成之際，我要感謝我們寧波法思特精密雕銑設備有限公司的領導，是他們給了我設計的空間；我還要感謝一直幫助我的楊偉超、廖飛軍兩位導師，他們在我的設計中給了我很多的指導，在一些對我來說比較艱深，比較把握不了方向的地方，給予了我指明，幫我除去了許多不必要的麻煩；在此我還要感謝我們公司技術課的同仁，是他們不遺余力的幫助，才使我有充足的時間來完成本設計，謝謝，謝謝你們，因為有你們才有本設計的實現(xiàn)，謝謝?。。?
參考文獻
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