输出轴加工工艺及夹具说明书终极版.docx
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输出轴加工工艺及夹具说明书终极版
《数控加工技术》课程设计说明书
输出轴数控加工工艺规程及夹具设计
专业数控技术班级数控102
姓名王珍学号100214202
姓名张赛英学号100214212
姓名杨兆清学号100214222
姓名罗黎民学号100214232
姓名燕森森学号100214242
指导教师聂广华
教研室数控
2012年10月15日～2012年10月26日
课程设计任务书
1.本课程设计题目
通过本课程设计实践环节,进一步巩固所学的数控加工工艺及相关知识;学会查阅和使用有关专业资料、手册等工具书,熟悉有关国家标准;基本掌握机械加工工艺规程的编制方法和步骤,在数控加工工艺方面受到全面训练。
2.本课程设计任务及要求
1）按给定零件图正确绘制零件图及毛坯图1张,图纸符合新的国家标准;
2）在对零件进行工艺分析的基础上,设计给定零件的数控加工工艺规程;
3）编制并填写零件的数控加工工艺过程卡片数控加工工序卡片刀具卡等;
4）零件主要工序的加工程序编制;
5）零件主要工序的夹具设计;
6）编写设计说明书一份。
3.本课程设计进度计划
10月15号：
布置课程任务,借阅有关资料手册等工具书,读懂零件图；
10月16号：
对零件进行工艺分析,完成零件毛坯图的绘制；
10月17号：
草拟给定零件的数控加工工艺方案,至少两种方案；
10月18号：
确定零件的数控加工工艺过程,填写数控加工工艺过程卡片；
10月19号：
在填写的数控加工工艺过程卡片经指导老师确认后,
编制完成数控加工工艺卡片；
10月22号：
编写主要程序的数控加工程序；
10月23号：
零件主要工序的夹具设计；
10月24号：
零件主要工序的夹具设计；
10月25号：
编写设计说明；
10月26号：
完成课程设计并上交。
目录
前言…………………………………………………………………………………
1、零件的工艺分析及生产类型的确定…………………………………………
技术要求分析………………………………………………………………………
零件的工艺分析……………………………………………………………………
2、选择毛坯、确定毛坯尺寸、设计毛坯图………………………………………
选择毛坯………………………………………………………………………………
毛坯尺寸的确定………………………………………………………………………
3、选择加工方法、制定加工工艺路线……………………………………………
定位基准的选择………………………………………………………………………
零件表面加工方法的选择……………………………………………………………
制定工艺路线…………………………………………………………………………
4、工序设计……………………………………………………………………………
确定工序尺寸…………………………………………………………………………
5、夹具设计……………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………
………………………………………………………………
6、结论………………………………………………………………………………
7、参考书目………………………………………………………………………………
前言
数控技术，简称“数控”。
英文：
NumericalControl（NC）。
是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。
它所控制的通常是位置、角度、速度等机械量和与机械能量流向有关的开关量。
数控的产生依赖于数据载体和二进制形式数据运算的出现。
1908年，穿孔的金属薄片互换式数据载体问世；19世纪末，以纸为数据载体并具有辅助功能的控制系统被发明；1938年，香农在美国麻省理工学院进行了数据快速运算和传输，奠定了现代计算机，包括计算机数字控制系统的基础。
数控技术是与机床控制密切结合发展起来的。
1952年，第一台数控机床问世，成为世界机械工业史上一件划时代的事件，推动了自动化的发展。
现在，数控技术也叫计算机数控技术，目前它是采用计算机实现数字程序控制的技术。
这种技术用计算机按事先存贮的控制程序来执行对设的控制功能。
由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置，使输入数据的存贮、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能的实现，均可通过计算机软件来完成。
我的课题是“设计‘输出轴’零件的加工工艺规程及夹具设计”。
轴类零件在机器中用来支承传动零部件，以实现运动和动力。
输出轴是典型的轴类零件，其作用在动力输出装置中，是动力输出的关键零件之一。
该输出轴在工作中需要承受一定冲击载荷和较大的扭矩，因此该零件应具有足够的耐磨性和抗扭强度。
所以设计中一定要注意表面热处理。
因为它是动力输出的关键零件之一，它的加工质量对机床的安全性和稳定性都有很大的影响，所以我选择了“设计‘输出轴’零件的加工工艺规程及机床夹具”，旨在设计合理的加工工艺和专用夹具方案，这样对于零件的加工质量、生产成本、生产效率、操作安全都具有重要意义。
随着科学技术的发展，先进设备不断涌现，机械设计和工艺安排方面有了较的发展，就目前市场输出轴的生产水平而言，大型企业资金雄厚，拥有先进的技术和生产设备，而中、小型企业在工艺安排和夹具设备方面相对较差，通过对输出轴零件的工艺和专用夹具的设计，以解决中、小企业所存在的问题，提高生产效率、提高产品精度，降低生产成本。
所以也希望本次设计对解决中小型企业这方面的困难有实际作用和意义。
一零件的工艺分析以及生产类型的确定
技术要求分析
题目所给定的零件输出轴，其主要作用：
一是传递转矩，使主轴获得旋转的动力；二是工作过程中承受载荷；三是支撑传动零部件。
零件的材料为45钢，是最常用中碳调质钢，综合力学性能良好，淬透性低，淬火时易生裂纹。
综合技术要求等文件，选用铸件。
由于是中批量生产，故采用模锻。
工艺分析：
输出轴零件材料为45钢，用于输出扭矩，承受扭转、交变载荷。
热处理为调质200HBS，即淬火+高温回火，目的是降低硬度，便于切削加工，同时消除或减少内应力，使零件达到较高的综合力学性能，考虑安排在粗加工之后，半精加工之前。
输出轴的结构特点、工艺，表面技术要求分析
从图示零件分析，该输出轴结构简单，属于阶梯轴类零件。
主要由有φ55、φ60、φ65、φ75、φ176的外圆柱面、φ50、φ80、φ104的内圆柱表面和10个φ20的孔和一个16的键槽组成。
为了保证输出轴旋转是的速度，表面粗糙度有较高的要求，外圆的粗糙度要求都为Ra0.8um,内圆的粗糙度为Ra3.2um，其余为Ra12.5um。
形位精度也比较高，为了外圆和外面零件的配合后受力均匀，φ55，φ60的外圆的径向跳动量小于0.04mm，φ80的跳动量小于0.04mm，φ20孔的轴线的跳动量小于0.05mm，为了保证键槽和键的配合，键槽对φ55外圆的对称度为0.08mm。
由于输出轴在工作中要承受较大的冲击载荷和扭矩，为了增强耐磨性和抗扭强度，要对输出轴进行调质处理，硬度为217-255HBS。
轴类零件的装夹
轴类零件的加工通常采用三爪卡盘，三爪卡盘能自动定心，装卸工件快。
但是由于夹具的制造和装夹误差，其定心精度约为0.05—0.10mm左右。
由于零件较长，常采用一夹一顶的装夹法，即工件定的一端用车床主轴上的卡盘夹紧，另一端用尾座顶尖支撑，这样就克服了刚性差不能承受重切削的缺点，为进一步提高加工精度，可采用中心架作中间辅助支撑，适用于半精加工和精加工。
二选择毛坯、确定毛坯尺寸、绘制毛坯图
选择毛胚材料
毛胚的种类有很多，如型材、锻造、铸造，由于该输出轴要承受较大的冲击载荷和扭矩，为了增强其刚性和韧性，所以要选择锻件做为毛胚。
如选用棒料，由于生产类型为中批，从经济上考虑，棒料要切削的余量太大，浪费材料。
基准选择
根据零件毛坯的形式，粗基准选择为Φ75外圆，加工出Φ176外圆面，再以Φ176外圆为粗基准加工Φ55外圆处的端面和中心孔，再以中心孔和Φ176外圆固定加工其他外圆面，再以Φ75外圆为基准加工内阶梯孔和中心孔。
精基准的选择根据互为基准原则、统一基准原则、互为基准原则、自为基准原则以及便于装夹原则，选择加工后的两个中心孔为精基准进一步精加工各外圆表面。
毛坯图：
三选择加工方法、制定加工工艺路线
1.定位基准的选择：
精基准的选择根据输出轴的装配要求，选择两顶尖中心孔作为定位精基准，中心孔作为设计基准，用其作为定位基准既符合基准重合，又符合基准统一。
当零件的外圆精加工后可以以外圆为精基准加工法兰孔，由于半精加工利用中心孔加工的外圆同心度非常高，以外圆作为基准加工出来的孔的同轴度也很高。
粗基准的选择工件为回转体，属于轴类零件，一般情况下以外圆作为粗基准，保证定位准确夹紧可靠，利用外圆加工出中心孔。
2.零件表面加工方法的选择：
加工阶段的划分
粗加工阶段：
其任务是切除毛坯上大部分余量，使毛坯在形状和尺寸上接近零件成品，因此，主要目标是提高生产率，去除内孔，端面以及外圆表面的大部分余量，并为后续工序提供精基准，如加工φ55、φ60、φ65、φ75、φ176外圆柱表面。
半精加工阶段：
其任务是使主要表面达到一定的精加工余量，为主要表面的精加工做好准备，如φ55、φ60、φ65、φ75外圆柱面，φ80内孔、
法兰孔等。
精加工阶段：
其任务就是保证各主要表面达到规定的尺寸精度，并可完成一些次要表面的加工。
如精度和表面粗糙度要求，主要目标是全面保证加工质量，如各轴颈外圆精磨。
热处理工序的安排:
热处理的目的是提高材料力学性能，消除残余应力和改善金属的加工性能。
热处理主要分:
预备热处理，最终热处理和内应力处理等。
本零件输出轴材料为45钢，加工前进行正火预备热处理是在毛坯锻造之后消除零件的内应力。
粗加工之后，为消除因加工变形残余内应力，同时降低材料的硬度，获得零件材料较高的综合力学性能，采用调质处理。
加工表面
表面粗糙度
公差/精度等级
加工方法
φ55端面
Ra1.25
IT7
粗铣-精铣
φ176端面
Ra1.25
IT7
粗铣-精铣
φ55外圆柱表面
Ra1.25
IT6
粗车-半精车-粗磨-精磨
φ60外圆柱面
Ra1.25
IT6
粗车-半精车-粗磨-精磨
φ65外圆柱面
Ra1.25
IT6
粗车-半精车-粗磨-精磨
φ75外圆柱面
Ra1.25
IT6
粗车-半精车-粗磨-精磨
φ176外圆柱面
Ra20
IT8
粗车-半精车
φ50孔
Ra20
IT11
粗镗
φ80孔
Ra2.5
IT7
粗镗-半精镗-精镗
φ104孔
Ra2.
IT11
粗镗
φ20通孔
Ra2.5
IT7
钻孔-扩孔-粗铰-精铰
键槽
Ra2.5
IT8
粗铣-精铣
工艺路线的确定：
基面先行原则该零件进行加工时，同时铣两端面打中心孔，再以中心轴线为基准来加工，因为两端面和
外圆柱面为后续精基准表面加工而设定的，才能使定位基准更准确，从而保证各位置精度的要求，然后再把其余部分加工出来。
先粗后精原则我们先安排粗加工工序，再安排精加工工序，粗加工将在较短时间内将工件表面上的大部分余量切掉，一方面提高金属切削效率，另一方面满足精车的余量均匀性要求，若粗加工后留余量的均匀性满足不了精加工的要求时，则要安排半精加工。
先面后孔原则对该零件应该先加工圆柱表面，后加工孔，这样安排加工顺序，一方面是利用加工过的平面定位，稳定可靠，另一方面是在加工过的平面上加工孔，比较容易，并能提高孔的加工精度，所以对于输出轴来讲先加工φ75外圆柱面，做为定位基准再来加工其余各孔。
工序划分的确定工序集中与工序分散：
工序集中是指将工件的加工集中在少数几道工序内完成每道工序加工内容较多，工序集中使总工序数减少，这样就减少了安装次数，可以使装夹时间减少，减少夹具数目，并且利于采用高生产率的机床。
故工序分散是将工件的加工分散在较多的工序中进行，每道工序的内容很少，最少时每道工序只包括一个简单工步，工序分散可使每个工序使用的设备，刀具等比较简单，机床调整工作简化，对操作工人的技术水平也要求低些。
考虑到该零件的生产类型为大批量生产，设计工艺路线是我们主要考虑工序集中，将粗精加工尽量安排在一个工序中。
工艺方案的比较：
工艺方案一：
（仅锻出
孔毛坯）
1、备料
2、精锻
3、粗车小头端面打中心孔
4、粗车各台阶面
5、掉头粗车大头端面
6、调质200HBS
7、半精车小头端面及各台阶面
8、铣键槽
9、掉头钻扩铰
法兰孔
10、粗镗台阶孔
11、半精镗
孔
12、半精车大头端面
13、打大头端面中心孔
14、钻
油孔
15、精车四个台阶面
16、倒角
17、精铣大小头端面
工艺方案二：
（锻出各阶梯孔毛坯）
1、备料
2、精锻
3、预备热处理
4、铣两端面打中心孔
5、粗车各外圆及锥面
6、热处理
7、修研中心孔
8、半精车各外圆及锥面
9、倒角去毛刺切槽
10、粗镗三阶梯孔
11、半精镗、精镗
孔
12、钻、扩、铰、精铰
孔
13、钻
油孔
14、粗铣、精铣键槽
15、精铣两端面
16、修研中心孔
17、粗磨
外圆
18、精磨
外圆
工艺方案三（锻出各阶梯孔毛坯）
1、备料
2、锻造
3、热处理
4、铣端面钻大端中心孔V型块+挡板
5、粗车
外圆三爪自定心卡盘+顶尖
6、钻小端中心孔三爪自定心卡盘
7、粗车
外圆鸡心夹头+双顶尖
8、热处理
9、修研中心孔
10、半精车
外圆鸡心夹头+双顶尖
11、半精车
鸡心夹头+双顶尖
12、粗镗各阶梯孔三爪自定心卡盘
13、半精镗精镗
孔三爪自定心卡盘
14、钻、扩、铰、精铰
法兰孔专用夹具
15、精铣两端面V型块+挡板
16、修研中心孔
17、粗磨
外圆双顶尖
18、精磨
外圆双顶尖
最终确定方案二为最终方案。
刀具的选择
刀具的选择是数控加工工艺中的重要内容之一，不仅影响机床的加工效率，而且直接影响零件的加工质量。
应考虑以下方面：
1.根据零件材料的切削性能选择刀具。
2.根据零件的加工阶段选择刀具。
3.根据加工区域的特点选择刀具和几何参数。
由于我们要加工的零件材料要求为45钢，根据要求，选择硬质合金刀。
1.粗车外圆：
90°外圆车刀
2.车端面75°偏头端面车刀
3.精车外圆45°偏头外圆车刀
4.车内孔95°内孔车刀
5.打孔钻头φ8、φ25、φ48、φ19.75高速钢钻
6.键槽键槽铣刀
7.铰孔机用铰刀
六夹具设计
专用夹具的基本要求：
（1）稳定地保证工件的加工精度
（2）提高生产效率并降低成本
（3）具有良好的使用性
（4）具有良好的结构性
专用夹具应便于制造、检验、装配、调整和维修等。
在给定的零件中，对本步加工的定位并未提出具体的要求，是自由公差，定位要求较低。
因此，本设计的重点应在卡紧的方便性与快速性以及实现钻孔的分度上。
下面是夹具设计过程：
1定位方案
夹具特点:
工件以大端面和两销孔定位，是典型的一面两孔定位。
用右大端面定位在夹具分度盘上，另外用两短圆柱销对角定位在工件右端面直径为20的孔上。
用圆柱销上部分的螺纹与开合螺母配合夹紧旋转把手把工件夹紧。
结构简单，制造容易。
分度副间有污物时，不直接影响分度副的接触。
缺点是无法补偿分度度间的配合间隙对分度精度的影响。
分度板孔中一般压入耐磨衬套，与圆柱定位。
工序简图
2分度设计
通过分度盘来实现。
拧紧螺母，并通过开口垫圈将工件夹紧。
转动手柄，可将分度盘松开。
此时用手将定位销从定位套中拔出，使分度盘连同工件一起回转180°，将定位销重新插入定位套中，即实现了分度。
再将手柄转回，锁紧分度盘，即可进行加工。
3定位误差分析
一批零件逐个在夹具上定位时，各个位置不一致的原因有二：
一是定位基准与工序基准不重合，记作△B。
二是定位基准与限位基准不重合，记作△Y;
当工序基准的变动方向与加工尺寸的方向相同时，基准不重合误差等于定位误差；方向不同时基准不重合误差等于定位尺寸的公差与∝角的乘积;
本工序会是以圆柱销中心线作定位基准，限位基准也是此中心线。
故定位基准与限位基准重合，△Y=0;工序基准是钻套中心线，与定位基准不重合，故△B=（0.033+0.041）*㏄45=0.074*
=0.0523
查《机械设计手册》得直径8的孔未注公差为：
H0.1K0.2L0.3,取K级公差得直径8孔的未注公差=0.2；
0.0523<0.2故本夹具设计要求满足加工要求。
4确定工件夹紧方案，设计夹紧机构
在机械加工过程中，工件会受到切削力、摩擦力等外力的作用，为了保证在这些外力的作用下，工件仍能在夹具中保持定位的正确位置，而不致发生位移或产生振动，一般在夹具结构中都必须设置一定的夹紧装置，把工件压紧夹牢在定位元件上。
本设计采用螺旋夹紧机构，如下图所示：
夹紧装置
5夹具设计及操作说明
钻床夹具习惯上称为钻模，是在钻床上用于钻孔、扩孔、铰孔及攻螺纹的机床夹具。
钻模一般都设有安装钻套的钻模板，以确定刀具的位置并引导刀具进行切削，保证孔的加工要求，大幅提高生产率。
本夹具安装工件时，抬起钻模板，把工件装在定位板上，套上开口垫圈，拧紧螺母，通过两螺母将零件加紧，放下钻模板，首次装夹时要调节支撑钉，使钻套中心线垂直夹具体底面，再转动菱形螺母将钻模板固定。
当一个孔加工加工完毕时，拉出手柄使定位销与衬套分开，转动定位板180度，放开手柄，固定定位块。
七、结论
为期两个星期的数控加工工艺的课程设计很快结束了，在这次课程设计过程中，我学到了很多。
也遇到了种种困难，一次又一次的修改加工方案，着都暴露了我在这方面的知识欠缺和经验不足。
数控加工课程设计是一个跟实际联系很紧密的，不管是工艺过程还是工序卡，以及设备的选择，都要求我们有相关的理论知识，而且还要根据实训过程中学到的实践经验联系起来，才能搞课程设计。
因此在课程设计中遇到的很多问题，既有理论的欠缺，也有经验的不足。
但是在李立教授的老师和同学最终将遇到的问题得到了解决。
随着课程设计的逐渐完成，使我对《数控加工工艺》这门课程以及对数控加工技术都有了更深入的理解和掌握。
在这段时间里，我尽着自己最大的努力学习，来学习和创新。
为了解决技术上的问题，我也不断地去翻阅所学的专业书籍和各种相关。
总之，课程设计我让受益匪浅，因为我暴露出了自己的不足，在今后的学习或者实习工作中都应当努力积累相关的加工知识，以弥补自身存在的不足。
八、参考文献
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机械工业出版社，2007.12。
【2】甘永立主编，几何量公差与检测，上海：
科学出版社，2009.1。
【3】洪慎章李名尧主编，铸造实用数据速查手册，北京：
机械工业出版社，2007.9
【4】艾兴肖诗刚主编，切削用量简明手册，北京：
机械工业出版社，2000.3
【5】李益民主编，机械制造工艺简明手，北京：
机械工业出版社1994.7
【6】邹青主编，机械制造技术基础课程设计指导教程，北京：
机械工业出版社，2008.1
【7】王先逵主编，机械加工工艺手册
加工技术卷北京：
机械工业出版社，2006.12
【8】王先逵主编，机械加工工艺手册
单行本铣销锯削加工北京：
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【9】上海柴油机厂工艺设备研究所，金属切削机床夹具手册，北京：
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【10】静恩鹤主编，车削刀具技术及应用实例，北京：
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【11】大连理工大学工程图学教研室编，机械制图，北京：
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