机床夹具丝杆工艺课程设计.docx
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机床夹具丝杆工艺课程设计
摘要
机械制造课程设计是在学完了机械制造基础（含机床夹具设计）和大部分专业课，并进行了生产实习的基础上进行的一个教学环节。
这次设计使我们能够综合机械制造学中的理论基础，并综合生产学习中学到的实践知识，独立的分析和解决工艺问题，初步具备设计一个中等复杂程度零件的工艺规程的能力，也是熟悉和运用有关手册、图表等技术资料及编写技术文件等基本技能的一次实践，可为今后的毕业设计及未来从事的工作打下良好的基础。
由于能力所限，经验不足，设计中还有许多不足之处，希望各位老师多加指导。
关键字：
机械制造,机床夹具
1.零件的分析
1.1零件结构的工艺性分析
（1）左端加工阶梯轴
（2）右端
×1.5螺纹与倒角C1.5
1.2零件的技术要求分析
（1）丝杆在使用过程中，承受交变载荷作用，
mm×90mm处有密封装置往复摩擦表面，所以该处工艺要求硬度高又耐磨。
丝杆采用45钢材料，
mm×90mm部分经过调质处理，芯部硬度为23-32HRC,表面硬度62-65HRC，所以丝杆既有一定的韧性，又具有较好的耐磨性。
（2）丝杆结构比较简单，长径比大，属于细长轴类零件。
刚性较差，为了保证加工精度，在车削时要粗车、精车分开，而且粗、精车一律使用跟刀架，以减少加加工时工件变形，在加工两端螺纹时使用中心架。
（3）在选择定位基准时，为了保证零件同轴度公差及各部分的相互位置精度，所有的加工工序均采用两中心孔定位，使之符合基准统一原则。
（4）磨削外圆表而时，工件易产生让刀、弹性变形，影响活塞杆的精度。
因此，在加工时应修研中心孔，保证中心孔清洁，中心孔与顶尖间松紧程度要适宜，并保证良好的润滑。
（5）为了保证丝杆加工精度的稳定性，在加工的全过程中不允许人工校直。
1.3审查零件的结构工艺性
（1）结构力求简单，横截面尺寸不应该有突然地变化。
（2）应有合理的模面和圆角半径。
（3）45钢具有良好的可锻性和耐磨性。
2.毛坯的选择
2.1毛坯的选择及毛坯制造方法的选择
因为丝杆的工作方式是旋转运动的形式，为了增加丝杆的寿命，减小丝杆的磨损晕，因此毛坯选用45钢。
由于丝杆选择小批量生产，为了提高生产效率宜采用自由锻制造毛坯。
2.2毛坯形状及尺寸的确定
（1）毛坯形状
根据零件图各个部分的加工精度要求，锻件的尺寸公差等级为8-12级，。
又由于丝杆选择小批量生产,考虑选择圆柱型毛坯。
（2）毛坯基木尺寸
根据丝杆零件图的尺寸要求和实际的加工要求，查工艺手册，确定棒料毛坯的尺寸为:
直径40mm，长度125mm。
绘制锻造后零件毛坯图如下:
3.工艺路线的拟定
3.1定位基准的选择
正确选择定位基准是制定机械加工工艺规程和进行夹具设计的关键。
基准的选择是工艺规程设计中的重要问题，基准的选择是否合理影响到加工质星、生产率和加工成本。
定位基准的选择合理与否，会直接影响所制定的零件加工工艺规程的质量基准选择不当，会增加工序，或使工艺路线不合理，或使夹具设计团难，甚至达不到工件的加工精度要求。
在设计工艺规程的过程中，当根据零件工件图先选择精基准，后选料精基准。
结合整个工艺过程要进行统一考虑，先行工序序要为后续工序创造条件。
（1）粗基准的选择
粗准的选择应能保证加工面与非加工面之间的位置精度，合理分配各加工面的余量，为后续工序提供精基准。
所以为了便于定位、装夹和加工，可选轴的外圆表而面为定为基准，或用外圆表面和顶尖孔共同作为定位基准。
用外圆表面定位时，因基准面加工和工作装夹都比较方便，一般用卡盘装夹。
为了保证重要表面的粗加工余量小而均匀，应选该表面为粗基准，并且要保证工件加工面与其他不加工表面之间的位置精度。
粗基准采用锻造后的毛坯外圆。
中心孔加工采用三爪自定心卡盘装夹毛坯外圆，车端面、钻中心孔。
一般不能用毛坯外圆装夹两次钻两端中心孔，而应该以毛坯外圆作为粗基准，先加工一个端面，钻中心孔，车一端外圆，然后以已车过的外圆作基准，用三爪自定心卡盘装夹另一端面，钻中心孔，才能保证两中心孔同轴。
（2）精基准的选择
根据丝杆的技术要求和装配要求，应选择丝杆的左右端面和两端面的中心孔作为精基准。
零件上的很多表面都可以以两端面作为基准进行加工。
可避免基准转化误差，也遵循基准统一原则。
两端的中心轴线是设计基准。
选用中心轴线为定为基准，可保证表面最后的加工位置精度，实现了设计基准和工艺基准的重合。
3.2零件表面加工方案的选择
根据各加工表面的加工精度、表面粗糙度、位置精度等要求，各表面加工方法对应如表3-1：
表3-1加工方法的确定
加工表面
经济精度等级IT
表粗糙度Ra（um）
位置精度
加工方法
定位基准
M20外圆表面
IT10
6.3
粗车—精车
中心轴线
四方处表面
IT10
6.3
粗车—精车—半精铣
中心轴线
阶梯轴外圆表面
IT10
6.3
粗车—精车
中心轴线
3.3加工顺序的安排
制定加工方案的一般原则为:
先粗后精，先近后远，先主后次，程序段最少，走刀路线最短以及特殊情况特殊处理。
制定工艺路线要保证加工质量，提高生产效率，降低成木。
根据生产类型是小批量生产，零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能达到的经济精度，在生产纲领已确定的情况下，采用通用机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产效率。
除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。
3.3.1划分阶段
对精度要求较高的零件，其粗，精加工应该分开，以保证零件的质量。
丝杆的加工质量要求较高，其中表而粗糙度要求最高为Ra6.3um，精加工方案的确定，将该丝杆的加工划分为五个阶段:
粗车（粗车外圆、端面和钻中心孔）、精车（精车各处外圆、台阶及次要表面等）。
3.3.2工序的集中与分散
该丝杆的生产类型为小批量生产，零件的结构复杂程度一般，但有较高的技术要求，可选用工序集中原则安排轴的加工工序。
采用普通机床和部分高生产率专用设备，配用通用夹具，与部分划线法达到精度，以减少工序数目，缩短工艺路线，提高生产效率。
采用工序集中原则，有利于保证各加工面之间的位置精度要求，节省安装工件的时间，减少工件的搬动次数，使生产计划、生产组织工作得到简化，工作装夹次数减少，辅助时间缩短。
3.3.3机械加工工序的安排
①先基准平面后其他的原则：
机械加工工艺安排是总是先加工好定位基准而，所以应先安排为后续序准备好定为基准。
先加工精基准面，钻中心孔及车表面的外圆。
②按先粗后精的原则:
先安排粗加工工序，后安排精加工工序，先安排精度要求较高的各主要表面，后安排精加工表面。
③按先主后次的原则:
先加工主要表面，先车外圆各个表面，端面，后加工次要表面。
④先外后内，先大后小原则:
先加工外圆再以外圆定位加工内孔，加工阶梯外圆时先加工直径较大的后加工直径小的。
⑤次要表面的加工安排：
切槽等次要表面的加工通常安排在外圆精车或粗磨之后，精磨外圆之前。
⑥对于
mm×90mm的表面，安排在后面，并在前几道工序中注意形位公差，在加工过程中不断调整。
3.3.4热处理工序的安排
在切削加工前应安排退火处理，提高改善轴的硬度，消除毛坯的内应力，改善其切削性能。
在精加工之前进行调质处理，能提高轴的综合性能。
3.3.5辅助工序的安排
毛坯铸件制造完成后，要对铸件的质量进行初检，避免缺陷零件进入下道工序当中，造成废品。
零件在制造完成后，需要清除毛刺，清洗零件，以便为下一步的静平衡检测做准备，为此在机械加工完成之后，安排一次去毛刺，清洗的过程，去除毛刺和油污。
最后，对零件进行静平衡检测，以保证零件的加工要求，同时可以筛除不合格产品，保证出厂的质量。
有各工艺安排确定活塞杆工艺路线如表3-2所示：
表3-2活塞杆工艺路线
工序号
工序名称
工序内容
设备
1
下料
棒料
mm×125mm
2
锻造
自由锻
3
热处理
退火
4
划线
划两端中心孔线
5
钳工
钻两端中心孔B2.5
6
粗车
夹左端，顶尖顶另一端，粗车外圆至φ35mm
倒头装夹工件，顶另一端中心孔，车外圆至φ35mm
CA6140
7
热处理
调质处理28-32HRC
8
粗车
夹左端，中心架支承另一端，切下右端6mm做试片，进行金相组织检查，端面车平，钻中心孔B2.5
倒头装夹工作，中心架支撑另一端，车端面，保证总长115mm，钻中心孔B2.5
CA6140
9
精车
两顶尖装夹工作，车工件右端M20x1.5，长65mm,直径方向留加工余量lmm
四方处外径车至φ14.2mm
CA6140
10
车
两顶尖装夹工作，车右端螺纹M20×1.5，倒角1.5×45º
CA6140
11
半精铣
铣四方至图样尺寸10mm×10mm
X62W、分度头
12
检验入库
按图样检验各部尺寸，涂油包装入库
4.工序设计
4.1机床的选择
工序1采用锯床
工序6、8、9、10采用CA6140车床
工序11采用X62W铣床
工艺设备的选择
（1）选择夹具
该丝杆的生产纲领是小批量生产，所以采用三抓卡盘、双顶尖和铣床专用夹具。
（2）选择刀具
在车床上加工的各工序，采用复合中心钻端面车刀和外圆车刀;在铣床上加工的工序，采用硬质合金铣刀即可保证加工质量。
（3）选择量具和其他
加工表面均采用游标卡尺。
对角度尺寸利用专用夹具保证，其他尺寸采用通用量具
4.2工序设计
工序加工余量的确定，工序尺寸及公差的计算
（1）丝杆右端M20×1.5的外圆表面。
其加工路线为粗车—精车。
由工序6、7、8、9、10组成，据查到的加工余量得粗车的加工余量为7mm,精车的加工余量为15mm,总的加工余量为22mm
计算其各工序尺
精车:
40+15=55mm
粗车：
55+7=62mm
按照加工方法能达到的经济精度给各工序尺寸确定公差，查工艺手册可知每道工序的经济精度所对应的值为:
取精车的经济精度公差等级IT10，其公差值为
取粗车的经济精度公差等级IT10，其公差值为
其数据如表4-1：
表4-1
丝杆外圆表面工序加工余量的确定
工序名称
加工经济精度（mm）
工序余量（mm）
表粗糙度Ra（um）
工序基本尺寸（mm）
精车
IT10
4
6.3
30
粗车
IT10
6
6.3
34
锻造
±2
40
现用计算法对精车径向的工序量进行分析
工序最大余量
工序最小余量
（2）对丝杆四方处的表面，加工工艺路线为:
粗半-精车-半精铣。
由工序序6、9、11组成。
查工艺手册得各加工余量:
精铣的加工余量为0.7，精车的加工余量为4mm,粗车的加工余量为6mm。
精车:
30+4=34
粗车：
34+6=40
取精铣的经济精度等级为IT10,公差值为
取半精车的经济精度等级为IT10，公差值为
粗车的经济精度等级为IT10，公差值为
（3）对丝杆靠左端的圆锥表面，加工工艺路线为:
粗车—精车。
保证表面糙度Ra6.3um.
（4）对丝杆
mm×90mm表面，加工艺路线为:
粗车—精车。
（5）确定工序的切削用量和加工工时确定切削用量的原则：
首先应选尽可能大的背吃刀量，其次在机床动力和刚度允许的条件下，又满足以加工表面粗糙度的情况下，选取尽可能大的进给量。
最后根据公式确定最佳切削速度。
计算过程以工序9为例
从上面的工艺过程中可知道该工序包含6个工步。
对于前三个工步：
（1）背吃刀量的确定：
根据加工余量，背刀量为
。
（2）进给量的确定：
查表得
。
（3）切削速度的计算：
其中
修正系数
。
取
为90m/min。
车工件左端φ30，长125mm的外圆表面时，则
车φ30mm×90mm表面时，则
（4）计算工时以上工序采用的是同一进给量f=0.86mm/r则：
对于后三个工步：
（1）背吃刀量同上
。
（2）进给量同上
。
（3）切削速度的计算：
其中
修正系数
。
取
为90m/min。
车工件右端M30×1.5，长65mm的表面时，则
车四方处表面时，则
（4）计算工时
以上工序采用的是同一进给量f=0.86mm/r则
结语
在这次设计过程中，使我真正的认识到自己的不足之处，以前上课没有学到的知识，在这次设计当中也涉及到了。
使我真正感受到了知识的重要性。
这次设计将我以前学过的机械制造工艺与装备、公差与配合、机械制图、工程材料与热处理工艺等知识很好的串联了起来，起到了穿针引线的作用，巩固了所学知识的作用。
在机械制造工艺课程设计中，首先是对工件机械加工工艺规程的制定，这样在加工工件就可以知道用什么机床加工，怎样加工，加工工艺装备及设备等，因此，工件机械加工工艺规程的制定是至关重要的。
在机械制造工艺课程设计中还用到了CAD制图和一些计算机软件，因为学的时间长了，因此在开始画图的时候有很多问题，而且不熟练，需参阅课本。
CAD制图不管是现在，对以后工作也是有很大的帮助的。
在这次机械制造工艺课程设计中，还有一个重要的就是关于专用夹具的设计，因为机床夹具的设计在学习的过程中只是作为理论知识讲的，并没有亲自设计过，因此，在开始的设计过程中，存在这样那样的问题，在老师的细心指导下，我根据步骤一步一步的设计，画图，查阅各种关于专用夹具的设计资料，终于将它设计了出来，我感到很高兴，因为在这之中我学到了以前没有学到的知识，也懂得了很多东西，真正做到了理论联系实际。
在这次机械制造工艺课程设计中，我学到了很多知识，有一点更是重要，就是我能作为一个设计人员，设计一个零件，也因此，我了解了设计人员的思想，每一个零件，每件产品都是先设计出来，再加工的，因此，作为一个设计人员，在设计的过程中一点不能马虎，每个步骤都必须有理有据，不是凭空捏造的。
而且，各种标准都要严格按照国家标准和国际标准，查阅大量资料，而且设计一个零件，需要花好长时间。
亲自上阵后我才知道，做每件是都不是简简单单就能完成的，是要付出大量代价的。
因此，我们也要用心去体会每个设计者的心思，这样才能像他们一样设计出好的作品。
综上所述：
这次的械制造工艺课程设计对我以后的工作起了很大的帮助，我认识到，无论是工作还是学习都必须做到认真、谨慎，时时处处细心。
此次课程设计，由于我对专业知识的掌握不过扎实，在设计过程中不能全面的考虑问题，故存在很多不足的地方，仍需要进一步研究和实践。
最后恳请老师的批评与指正。
参考文献
【1】赵家齐主编机械制造技术课程设计指导哈尔滨工业大学大学出版社出版
【2】吴拓主编机械制造工艺设计与机床夹具机械工业出版社出版
【3】王茂元主编机械制造技术基础机械工业出版社出版
【4】常同立主编机械制造工艺学清华大学出版社
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