手柄轴零件的工艺规程及夹具设计.docx
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手柄轴零件的工艺规程及夹具设计
前言
机械制造技术基础课程设计是在我们学完上学期基础课程以及全部专业课之后进行的。
这是对我们所学课程的一次深入的综合性的总复习，也是我们在走进社会工作岗位前的一次理论联系实际的训练。
本次课程设计的内容是手柄轴加工工艺规程及夹具设计。
详细讨论手柄轴从毛坯到成品的机械加工工艺过程，分析总结手柄轴的结构特点，主要加工表面并制定相应的机械加工工艺规程。
就我个人而言，通过这次设计，基本上掌握了零件机械加工工艺规程的设计，机床专用夹具等工艺装备的设计等。
并学会了使用和查阅各种设计资料、手册、和国家标准等。
最重要的是综合运用所学理论知识，解决现代实际工艺设计问题，巩固和加深了所学到的东西。
并在设计过程中，学到了很多课堂上没有学到的东西。
本着力求与生产实际相结合的指导思想，本次课程设计达到了综合运用基本理论知识，解决实际生产问题的目的。
由于个人能力所限、实践经验少、资料缺乏，设计上有许多不足之处，还请老师多多指导。
1.零件分析.....................................................2
1.1零件的作用................................................2
1.2零件的加工工艺分析........................................3
1.3主要加工表面和技术要求....................................3
2.毛坯制造......................................................4
2.1选择毛坯..................................................5
2.2.确定机械加工余量,毛坯尺寸和公差...........................5
2.3确定机械加工余量..........................................6
2.4确定毛坯尺寸..............................................6
2.5确定毛坯尺寸公差..........................................7
2.6设计毛坯图................................................7
3.工艺规程设计..................................................8
3.1选择基准..................................................8
3.2确定加工工艺路线..........................................8
3.3选择加工设备与工艺设备...................................10
3.4加工余量，工序尺寸，及其公差的确定.......................11
4.切削用量与工时定额的计算.....................................12
4.1切削用量及基本时间的确定....................................12
5.夹具设计.....................................................14
5.1定位方案..................................................16
5.2夹紧机构..................................................16
5.3夹具与机床的连接元件......................................16
5.4夹具的技术要求............................................16
5.5使用说明..................................................16
6.设计总结.....................................................17
参考文献.......................................................18
1.零件分析
1.1零件的作用
手柄轴零件如图所示，属于典型轴类零件，是机床操纵杆上的一个零件，该零件的主要功用是传递扭矩。
工人操纵手柄即可使操纵手柄获得不同的转动位置，从而使机床主轴正转、反转或停止转动。
零件图
1.2零件的加工工艺分析
从零件图上看，该零件是典型的零件，结构比较简单，其主要加工的面有φ16、φ20、φ17.2的外圆柱面，一个锥面凸台,一个M10的螺纹孔，图中所给的尺寸精度高，大部分是IT6级；粗糙度方面表现在键槽两侧面、φ20圆柱表面为Ra1.6
φ16外圆柱面为Ra1.6
φ15.7键槽为Ra3.2
，其余为Ra6.3
。
要求不高，位置要求较严格，表现在φ20圆柱面。
通过分析该零件，其布局合理，方便加工，我们通过径向夹紧可保证其加工要求，整个图面清晰，尺寸完整合理，能够完整表达物体的形状和大小，符合要求。
1.3主要加工表面和技术要求
加工表面
表面粗糙度
公差/精度等级
加工方法
Φ20圆柱表面
Ra1.6
IT6
粗车-半精车-精车
Φ16外圆柱面
Ra1.6
IT6
粗车-半精车-精车
Φ15.2槽
Ra6.3
IT11
粗车
Φ15.7槽
Ra3.2
IT8
粗车-半精车
左端
Ra6.3
粗车
右端锥面
Ra1.6
IT6
粗车-半精车-精车-抛光镀铬
右端面
Ra1.6
IT6
粗车-半精车-精车-抛光镀铬
M8螺纹孔
Ra3.2
自由公差
钻孔-丝锥攻螺纹
键槽
Ra3.2
IT8
粗铣-精铣
倒角
Ra6.3
2.毛坯制造
2.1选择毛坯
毛坯的选择和拟定毛坯图是制定工艺规程的最初阶段工作之一，也是一个比较重要的阶段，毛坯的形状和特征（硬度，精度，金相组织等）对机械加工的难易，工序数量的多少有直接影响，因此，合理选择毛坯在生产占相当重要的位置，同样毛坯的加工余量的确定也是一个非常重要的问题。
毛坯种类的选择决定与零件的实际作用，材料、形状、生产性质以及在生产中获得可能性，毛坯的制造方法主要有以下几种：
1、型材2、锻造3、铸造4、焊接5、其他毛坯。
根据零件的材料为45号钢，推荐用型材或锻件，但从经济方面着想，如用型材中的棒料，加工余量太大，这样不仅浪费材料，而且还增加机床，刀具及能源等消耗，而锻件具有较高的抗拉抗弯和抗扭强度，冲击韧性常用于大载荷或冲击载荷下的工作零件，所以使用锻件。
2.2.确定机械加工余量,毛坯尺寸和公差
钢质模锻件的公差及机械加工余量按GB/T12362-2003确定。
要确定毛坯的尺寸公差及机械加工余量，应先确定如下各项因素：
（1）锻件公差等级由该零件的功用和技术要求，确定其锻件公差等级为普通等级。
（2）锻件质量
通过计算可知零件成品质量为0.36kg，估算为
=0.478kg
（3）锻件形状复杂系数S
S=
/
=0.85/1.203=0.397
该零件为圆形，假设其最大直径为φ44mm，长126mm，则由公式（5-4）、公式（5-5）得
=
/4×4×4×12.2×7.85×
=1.203kg
由于0.5655介于0.32与0.63之间，故零件形状复杂系数S属
等级
（4）锻件材质系数
为
（5）零件表面粗糙度由零件图知各加工表面为
1.6
。
2.3确定机械加工余量
根据锻件质量、零件表面粗糙度、形状复杂系数查表5-9，由此差得单边余量在厚度方向加工余量为1.5～2.0mm，水平方向亦为1.5～2.0mm，即锻件各外径的单面余量为1.5～2.0mm，各轴向的单面余量亦为1.5～2.0mm。
2.4确定毛坯尺寸
上面查得的加工余量适用于机械加工表面粗糙度
1.6
的表面，余量要适当增大。
分析本零件各加工表面为
1.6
，因此这些表面的毛坯尺寸只需将零件的尺寸加上所查的余量值即可（当表面只粗加工时，可取所查数据中较小的值。
当表面需经粗加工和半精加工时，可取其较大值）。
零件尺寸
单面加工余量
锻件尺寸
Φ
2
24
φ40
2
44
122
2
126
2.5确定毛坯尺寸公差
毛坯尺寸公差根据锻件质量、材质系数、形状复杂系数从表5-6、表5-7中查得。
本零件毛坯尺寸允许偏差件表
锻件尺寸
偏差
φ24
φ44
106
126
2.6设计毛坯图
毛坯图
3.工艺规程设计
3.1选择基准
工件在加工第一道或最初几道工序时，一般选毛坯上未加工的表面作为定位基准，这个是粗基准，该零件选用φ40外圆柱面作为粗基准来加工φ16、φ20外圆柱面和左端面。
以上选择符合粗基准的选择原则中的余量最小原则、便于装夹原则，在以后的工序中，则使用经过加工的表面作为定位基准，φ20的外圆柱面和左端面作为定位基准，这个基准就是精基准。
在选精基准时采用有基准重合，基准统一。
这样定位比较简单可靠，为以后加工重要表面做好准备。
3.2确定加工工艺路线
根据以上各个零部件的分析以及加工工艺确定的基本原则，可以确定加工工艺路线，具体方案如下：
方案一
1备料锻造毛坯
2热处理退火（消除内应力）
3普车粗、精车左端面，钻中心孔
4普车粗车个圆柱面留半精车、精车余量
5普车粗车φ15.2、φ15.7槽
6热处理调质
7数控车半精车φ15.7槽，倒角
8数控车粗、精车右端面及圆锥凸台
9数控车倒角
10磨磨削右端面及圆锥凸台、面
11抛抛光右端面及锥面
12钻床钻孔φ8
13绞丝锥攻螺纹M10
14镗镗孔φ14
15铣铣键槽
16去毛刺
17检验
方案二
1备料锻造毛坯
2热处理正火
3粗车粗车左端面，凸台面及
，
的圆柱，
4粗车切四个槽
5粗车粗车
圆柱及右端面
6半精车，精车左边各圆柱面
，
，
倒角
7半精车半精车右端面及圆锥面，倒圆角
9钻孔钻
，
的两盲孔
10攻螺纹用丝锥攻M10的内螺纹
11抛光镀铬抛光镀铬右端面及圆锥面
12铣键槽铣两键槽5
14
13去毛刺去除毛刺
14终检按零件图样要求全面检查
从零件本身来考虑，由于轴类零件在切削加工时易产生弯曲变形，如采用工序分散，在加工时零件的位置精度无法保证，为了同时保证零件图示的圆跳动要求，所以采用工序集中。
选择方案二。
3.3选择加工设备与工艺设备
1.机床的选择
（1）工序3、4、5是粗车，各工序的工步数不多，零件的外廓尺寸不大，精度要求不高，采用CA6140普通卧式车床即可。
（2）工序6精车精度要求比较高，表面粗糙度小，需选用较精密的车床，因此用C6140卧式车床。
（3）工序7加工的是圆锥面，加工难度较大，所以用数控车床CK6108A卧式。
（4）工序9铣键槽，加工精度比较低，选用X62卧式铣床。
（5）工序10、11钻孔和攻螺纹选用Z3025摇臂钻床。
2.刀具的选择
由于零件CA6140车床输出轴材料为45钢，推荐用硬质合金刀具，因为加工该类零件时摩擦严重,切削温度高,而YT类硬质合金具有较高的硬度和耐磨性,尤其具有高的耐热性,在高速切削钢料时刀具磨损小寿命长,所以加工45钢这种材料时采用硬质合金的刀具。
1粗车外圆用YT5，精车,精车选用YT15。
为提高生产率和经济性可选用可转位车刀。
切槽刀可选用高速钢[GB5343.1-1995]。
2铣刀选用直柄立铣刀[GB/T6117.1-1996]。
3攻螺纹选择直径为10mm的丝锥[GB3464-83]。
4钻头直柄麻花钻[GB1436-85]。
3.量具的选择
根据本零件的尺寸和公差外圆加工面所选用的量具为游标卡尺和千分尺。
3.4加工余量，工序尺寸，及其公差的确定
根据各资料及制定的零件加工工艺路线，采用计算与查表相结合的方法确定各工序加工余量，中间工序公差按经济精度选定，上下偏差按入体原则标注，确定各加工表面的机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸如下：
加工表面
工序双边余量
工序尺寸及公差
表面粗糙度
粗
半精
精
粗
半精
精
粗
半精
精
Φ20js6外圆
2.2
1.0
0.8
Ra6.3
Ra3.2
Ra1.6
Φ20g6外圆
2.2
1.0
0.8
Ra6.3
Ra3.2
Ra1.6
Φ16js6外圆
6.2
1.0
0.8
Ra6.3
Ra3.2
Ra1.6
4.切削用量与工时定额的计算
4.1切削用量及基本时间的确定
由于工序较多在此只计算铣削键槽的的切削用量以及时间定额，其他工序可以参考此计算
1.切削用量
本工序为半精铣槽，所选刀具为直柄立铣刀。
，d=5mm，L=14mm
机床选用X62型卧式铣床。
（1）确定每齿进给量
。
本工序要求保证的表面粗糙度为
μm（侧槽面），每转进给量
，现取
则
（2）选择铣刀磨钝标准及耐用度。
铣刀刀齿后刀面最大磨损量为0.4mm;耐用度T=60min
（3）确定切削速度和工作台每分钟进给量
。
按公式计算得
根据X62型卧式车床主轴转速表选择
，实际切削速度
工作台每分钟进给量
.
根据X62型卧式车床工作台进给量表，选择
.则实际每齿进给量为
=0.032
.
2.基本时间
5.夹具设计
本夹具是用于铣床铣键槽的一般专用夹具，所设计的夹具装配图，及夹具零件如图所示。
有关说明如下。
夹具装配图
夹具体零件图
5.1定位方案
工件以20的圆柱面及圆锥大断面为定位基准，采用V型块和支撑钉的组合定位方案，两个V形块限制4个自由度，左端支撑钉限制一个自由度，共限制5个自由度。
键槽在圆周上无位置要求，该自由度不用限制。
5.2夹紧机构
根据生产率要求，运用手动夹紧可以满足。
采用压板夹紧机构，拧紧螺母即可实现压紧，使用方便。
压紧板夹紧力主要作用是防止工件在铣销力的作用下摆动和震动，手动螺旋夹紧是可靠的，可免去夹紧力计算。
5.3夹具与机床的连接元件
采用18的定位销确定夹具与机床的相对正确位置，夹具体底座上开有两个U形槽，用M14的螺栓固定在机床工作台上。
5.4夹具的技术要求
（1）定位键：
H7/h6
（2）形位公差要求：
夹具体底平面的平面度0.02mm，底座上表面工艺凸台与底平面的平行度0.02，立板与底平面的垂直度0.02mm
5.5使用说明
安装工件时，松开右边螺栓上的螺母，抬起压板，把工件放在V形块上，注意工件的左端面一定要紧贴在左边支撑钉，实现可靠定位，然后压紧压板，拧紧螺母实现可靠夹紧。
6.设计总结
经过两个星期的夹具课程设计，充分了解了夹具在制造系统的重要作用。
夹具对加工质量、生产率和产品成本有着直接的影响。
是能否高效、便捷生产出合格、优质零件的保证。
手柄轴的加工工艺及夹具设计过程，主要是确定加工工艺路线，机械加工余量和切削用量、基本工时等。
夹具的设计主要是要设计出正确的定位夹紧机构。
在设计中也遇到了很多问题，主要在进行夹具设计时，对一些机构的掌握不够全面，导致设计的不合理，所幸在老师的指导下一一改正。
在这个过程中，对机械加工工艺和夹具设计有关的知识有了更深的理解，增强了对本专业综合知识运用的能力，使我对专业知识、技能有了进一步的提高，为以后从事专业技术的工作打下基础。
参考文献
【1】.伊成湖.《机械制造技术基础课程设计》，高等教育出版社，2009
【2】.卢秉桓《机械制造技术基础》，机械工业出版社，2010
【3】.赵家齐《机械制造工艺学课程设计》，机械工业出版社，1996
【4】.艾兴《切削用量简明手册》，安徽科学技术出版社，2008
【5】.哈尔冰工业大学主编《机床夹具设计》，上海科学技术出版社，1983
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