活塞杆零件的机械加工工艺及工装设计.docx

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活塞杆零件的机械加工工艺及工装设计

网络教育学院

本科生毕业论文（设计）

题目：

活塞杆零件的机械加工工艺及工装设计

学习中心：

层次：

专科起点本科

专业：

年级：

年春/秋季

学号：

学生：

指导教师：

完成日期：

年月日

内容摘要

在机械制造批量生产中根据加工零件的工艺要求，（钻床夹具无论在传统机床上还是在数控机床、加工中心上，仍是必不可少的重要工艺装备。

通过钻床夹具设计，不仅可以培养综合运用已学知识的能力而且可以得到工程设计的初步训练），因此，活塞杆零件在机械制造行业中占有十分重要的地位。

本设计的内容包括：

一、绪论

二、工艺规程设计，包括：

1.被加工零件的分析；

2.零件毛坯的选择；

3.定位基准的选择；

4.工艺路线的安排；

5.重点工序加工方法说明；

6.切削用量的确定；

7.机动时间的计算和工序时间定额。

三、夹具设计（见详图）

四、总结

五、设计所参考的资料

具体内容，见详细的设计说明书。

关键词：

写作规范；排版格式；毕业论文

引言

机械设计课程是在我们大学课程的技术基础课。

这是我们进行毕业设计时对所学各课程的一次深入的综合性的链接，也是一次理论联系实际训练。

因此，它在我们的大学学习生活中占有十分重要的地位。

就我个人而言，我希望能通过这次毕业设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后参加祖国的现代化建设打下一个良好的基础。

我也相信通过对活塞杆零件的机械加工工艺及工装设计能将零碎的知识点都联系起来，系统而全面的做好设计。

本次毕业设计是机械专业所学课程的一个总结，是对课堂中学习的基本理论和在生产实习中学到的实践知识的一个实际应用过程。

由于知识和经验所限，设计会有许多不足之处，所以恳请老师给予指导。

1绪论

本次设计的题目是活塞杆零件的机械加工工艺及工装设计。

这个题目是机械设计课题，在做这个设计题目过程中，涉及了很多工艺规程设计方面的知识。

本次的设计任务是：

制定一给定的零件的机械加工工艺及就加工该零件的某一道工序的夹具设计。

设计内容包括：

毛坯零件综合图一张；

夹具装配图1张；

夹具体图1张；

工序卡的编订、绘制；

论文1份；

2工艺规程设计

2.1年生产量和批量的确定

1）已知生产纲领：

2000件/年，

年生产量=生产纲领

每台件数

（1%储备量）

（1%废品率）

＝2000件/年

1件/台

（1+1%）

（1+1%）

=2040件

月产量=年产量/12=170件

日产量=月产量/25.5=170件/25.5=7件

2）生产类型的确定：

查工艺人员手册，年产量2000件的属于中批生产。

3）批量的确定及生产间隔期

在一个零件总的加工时间及最长工序时间确定的情况下，批量和生产间隔期相互制约，批量越大，生产间隔期越长，生产率高，但资金周转慢，批量越小，生产间隔期短，资金周转快，但生产率低，所以要同时兼顾二者。

批量的确定：

除了要考虑生产间隔期外，还要考虑车间毛坯仓库的面积，如批量大，则占用车间面积过大，资金投入大，周转慢，反之，如批量小，则毛坯的供给满足不了加工需要，则出现停工，以至于设备的闲置，工人的浪费。

考虑到以上的种种因素，定的批量时间为2天。

2.2零件分析

1．零件作用：

本零件作为（支持活塞做功的连接部件）用。

2．零件材料：

本零件材料为合金结构钢。

3．零件热处理要求：

由于本零件为锻件，需要进行调质处理和高频淬火处理。

4．零件技术要求：

本零件需加工的表面为：

（轴的端面、轴的外圆、轴的锥面）。

其中（轴的外圆、轴的锥面）本身尺寸精度、表面粗糙度有较高要求，而且位置精度也有一定要求。

（详细见工件零件图）

5．零件结构特点：

活塞杆结构比较简单，但长径比很大，属于细长轴类零件，刚性较差

6．加工出该工件所用的加工方法主要有：

粗车、半精车、精车、磨削加工。

7．零件设计基准：

分析得知，其设计基准是轴的外圆表面。

2.3工序集中与分散

选用工序集中原则安排下体的加工工序。

该下体的生产类型为中批生产，可以采用万能型机床配以专用工、夹具，以提高生产率；而且运用工序集中原则使工件装夹的次数减少，不但可以缩短辅助时间，而且由于与一次装夹中加工了许多表面，有利于保证各种加工表面之间的相对位置精度要求。

2.4工序顺序的安排

（1）遵循“先基准后其他”原则，首先加工基准——下体左端面

（2）遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排加工工序。

（3）遵循“先主后次”原则，先加工主要表面——下体左右端面内孔，后加工次要表面——下体上下端面和槽底面及内侧面。

（4）遵循“先面后孔”原则，先加工下体左端面，再加工内孔；先下体上端面，再钻φ7孔等

2.5定位基准的分析与选择

在制定零件加工工艺规程时，正确选择定位基准对保证加工表面的尺寸精度和相互位置精度的要求以及合理安排加工顺序都有重要的影响。

2.5.1基准的概念

基准就是在零件上用以确定其他点、线、面的位置所依据的点、线、面。

基准依据其功用不同可分为设计基准和工艺基准两大类。

设计基准在零件图上用以确定其他点、线、面位置的基准，主要用在产品零件的设计图上；而工艺基准主要用在机械制造的工艺过程中。

2.5.2基准选择原则

精基准的选择

选择精基准主要考虑应可靠地保证主要加工表面间的相互位置精度并使工件装夹方便、准确、稳定、可靠。

因此选择精基准时一般应遵循以下原则：

（1）基准重合原则；

（2）基准统一原则；

（3）保证工件定位稳定准确、夹紧可靠，夹具结构简单，操作方便的原则；

（4）互为基准原则；

（5）自为基准原则。

粗基准的选择

选择粗基准，主要是为了可靠方便地加工出精基准来。

具体选择时主要考虑一下原则：

（1）为了保证不加工表面与加工表面之间的相互位置关系（厚壁均匀、对称，间隙大小等），应首先选择不加工表面作粗基准，若零件上有多个不加工表面，则应选择其中与加工面相对位置关系要求较高的不加工面为粗基准。

（2）为了使定位稳定、可靠、夹具结构简单，操作方便，作为粗基准的表面应不是分型面，应尽可能平整光洁，且有足够大的尺寸，无浇口、冒口或飞边、毛刺等缺陷，必要时，应对毛坯加工提出修光打磨的要求。

（3）对于具有较多加工表面的工件，粗基准选择时，应考虑合理地分配各表面加工余量。

（4）同一方向上的粗基准原则上只允许使用一次。

上述粗、精基准的选择原则，只说明了某一方面的问题，在实际应用中，常常不能同时兼顾，往往会出现相互矛盾的情况，这就要求选择时应根据零件的生产类型及具体生产条件，并结合整个工艺路线进行综合考虑，分清主次，抓住主要矛盾，灵活运用上述原则，正确选择粗、精基准。

2.5.3定位基准的选择

1．分析零件各加工平面、孔、倒角等的位置精度等

活塞杆结构比较简单，但长径比很大，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、精车分开，而且粗、精车时一律使用跟刀架，以减少加工时工件的变形，在加工两端螺纹时要使用中心架。

在磨削外圆表面时，工件易产生让刀，弹性变形，影响了活塞杆的精度。

因此，在加工时应修研中心孔，并保证中心孔的清洁，中心孔与顶尖间松紧程度要适宜，并保证良好的润滑。

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，所有的加工工艺均采用两中心孔定位，符合基准统一原则。

为了保证活塞杆加工精度的稳定性，在加工的全过程中不允许人工校直。

调质、高频淬火时，螺纹部分等应采取保护装置进行保护。

活塞杆承受交变载荷作用，

处有装置往复摩擦其表面，所以该处精度高又耐磨。

表面经调质后，硬度增强，符合既有一定的韧性，又有较好的耐磨性。

2．确定零件的粗、精基准，确定零件各表面的加工顺序

粗基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，可选轴的外圆表面为定为基准，或用外圆表面和顶尖孔共同作为定为基准。

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。

中心孔加工采用三抓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，用三抓自定心卡盘装夹，车另一端面，钻中心孔，才能保证两中心孔同轴。

选择精基准时，主要考虑的问题是如何保证零件的加工精度以及安装可靠。

在进行精加工时，应选用已加工表面作为精加工基准。

根据活塞杆的技术要求和装配要求，应选择活塞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。

由于两轴面的精加工工序要求余量小且均匀，可利用其自身作为基准。

2.6工艺路线的制定

制定工艺路线的出发点，应当是使零件的加工精度（尺寸精度、形状精度、位置精度）和表面质量等技术要求能得到合理的保证。

在生产纲领已经确定为中批量生产的条件下，可以考虑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率。

除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。

根据零件的几何形状、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,可以考虑采用万能性机床配以专用工卡具,并尽量使工序集中来提高生产率。

除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。

查《机械制造工艺设计简明手册》第20页表1.4-6，选择零件的加工方法及工艺路线方案如下：

工序01下料：

取如毛坯图所示的锻件；

工序02粗车，平断面，划两端中心孔线，钻两端中心孔，以毛坯外圆表面定位基准；采用CA6140车床加专用夹具；

工序03粗车端面、全部外圆、锥面和倒角，以中心孔定位基准；采用CA6140车床加专用夹具；

工序04粗车半圆槽、圆角，用车床上面的专用成形车刀；采用CA6140车床加专用夹具；

工序05粗车活塞杆右端螺纹，以中心孔定位基准；采用CA6140车床加专用夹具；

工序06热处理：

调质HRC28~34；

工序07半精全部外圆、锥面和倒角，以中心孔定位基准；采用CA6140车床加专用夹具；

工序08半精车半圆槽、圆角，用车床上面的专用成形车刀；采用CA6140车床加专用夹具；

工序09半精车活塞杆右端螺纹，以中心孔定位基准；采用CA6140车床加专用夹具；

工序10精车

面和

面，以中心孔定位基准；采用CA6140车床加专用夹具；

工序11精车半圆槽、圆角，用车床上面的专用成形车刀；采用CA6140车床加专用夹具；

工序12精车活塞杆右端螺纹，以中心孔定位基准；采用CA6140车床加专用夹具；

工序13热处理：

对活塞头

进行高频淬火HRC45~50；

工序14磨削

圆柱面和

圆柱面至表面粗糙度为0.8，以中心孔定位基准；采用MQ1350磨床加专用夹具；

工序15磨削半圆槽、圆角；采用MQ1350磨床加专用夹具；

工序16氧化：

H.Y；

工序17检验，按图样尺寸检验。

3夹具设计

夹具是根据机床的工艺和结构方案的具体要求而专门设计的，它是用于实现被加工零件的准确定位、夹压、刀具的导向，以及装卸工件时的限位等作用的。

夹具是一种能够使工件按一定的技术要求准确定位和牢固夹紧的工艺装备，它广泛地运用于机械加工，检测和装配等整个工艺过程中。

在现代化的机械和仪器的制造业中，提高加工精度和生产率，降低制造成本，一直都是生产厂家所追求的目标。

正确地设计并合理的使用夹具，是保证加工质量和提高生产率，从而降低生产成本的重要技术环节之一。

同时也扩大各种机床使用范围必不可少重要手段。

组合机床的工作常常是多刀、多面和多工序同时加工，会产生很大的切削力和振动，因此组合机床佳句必须具有很好的刚性和足够的夹压力，以保证在整个加工过程中工件不产生任何位移。

同时，也不应该对工件产生不容许的变形，组合机床的夹具是保证加工精度（尺寸精度、几何精度和位置精度等）的关键部件，其设计、制造和调整都必须有严格的要求，使其能持久的保持精度。

此外，组合机床夹具应便于实现定位和夹压的自动化，并有动作完成的检查信号，保证切屑从加工空间自动排出，便于观察和检查，以及再不从机床上拆除夹具的情况下，能够更换易损件和维护调整。

在组合机床上加工时，必须使被加工零件对刀具及其导向保持正确的相对位置。

这是靠夹具的定位支承系统来实现的，定位支承系统除用以确定被加工零件的位置外，还要承受被加工零件的重量和夹紧力，有时还需承受切削力。

定位支承系统主要由定位支承、辅助支承和一些限位元件组成，定位支承是指在加工过程中维持被加工零件的一定位置的元件。

辅助支承是仅用作增加被加工零件在加工过程中的刚度及稳定性的一种活动式支承元件。

由于支承元件直接与被加工零件相接触，因此其尺寸、结构、精度和布置都直接影响被加工零件的精度，其设计应注意以下问题：

（1）合理布置定位支承元件，力求使其组成较大的定位支承平面，最好使夹紧力的位置对准定位支承元件，当受工件结构限制不能实现时，也应使定位支承元件尽量接近压紧力的作用线，并应使夹压力的各力中心处于定位支承平面内。

（2）提高刚度，减小定位支承系统的变形，应力求使定位元件（定位销）不受力。

（3）提高定位支承系统的精度及其元件的耐磨性，一边长期保持夹具的定位精度。

可靠的排出定位支承部件的切屑，使切屑不堵塞和粘附在支承定位系统上，对保证定位的准确性和工作可靠性有很大的影响。

因此设计时应尽可能不使切屑落到定位支承系统上，当切屑有可能落在其上，必须采取有效的排屑和清理措施。

夹具体的设计：

夹具体是夹具的最大和最复杂的元件，而且也是承受符合最大的元件。

在它上面安装定位元件、夹紧元件，对刀元件和导向元件，及其它的一切元件和机构并通过它将夹具安装在机床上。

工件的加工精度与夹具体本身的精度有很大关系，而且在加工过程中产生的切削力，惯性力等及工件的自重作用在夹具体上，都可能影响工件的加工精度。

因此，设计夹具体应考虑以下问题：

1）有适当的精度和尺寸稳定性，特别是位置精度直接影响工件在加工过程中产生的误差。

2）夹具体要有足够的强度和刚度，使夹具体能承受在加工过程中产生的作用力而不止变形和发生振动。

3）夹具体的机构要紧凑形状要简单，同时要有足够的空间位置，保证夹具的其它元件和机构安装方便，更换易损元件容易以及装卸工件方便。

4）夹具体的结构工艺性要好以便于制造，并注意消除内应力避免变形。

5）夹具体的中心要低，安装在机床上能稳固和安全，为了安装后得到稳定，底面的中部一般都挖空，同时应根据机床连接部分的机构形状来确定夹具体连接部分的形状和结构。

6）在满足刚度和强度的前提下，夹具体应尽量轻，不重要的部位，可以挖空以减轻重量，便于装卸。

7）夹具体采用铸造件，由于铸造可得到各种复杂的外形，刚性好还能吸振，但需进行时效处理以消除内应力。

3.1定位基准的选择

为了提高加工效率，现决定采用手动夹紧工件快换装置，并采用可换钻套以利于在钻孔。

3.2定位元件选择

工件在夹具中定位时，一般不允许将工件直接放在夹具体上，而应放在定位元件上。

定位元件的作用是确定工件在夹具中的正确位置，对定位元件的选择有如下基本要求：

（1）定位元件要有足够的精度；

（2）定位元件要有足够的硬度和耐磨性；

（3）定位元件要有足够的刚度和强度；

（4）定位元件要有良好的工艺性。

对于本工序而言，夹具的主要定位元件为定位块,在加工时要保证夹具定位块的位置要求。

3.3夹紧元件的选择

夹紧元件是夹紧装置的最终执行元件，它与工件直接接触，把工件夹紧。

夹紧装置的设计和选用是否合理，对保证工件的加工质量，提高劳动生产率，降级加工成本和确保工人的生产安全都有很大的影响。

对夹紧装置的基本要求是：

1）夹紧时不得破坏工件在夹具中占有的正确位置。

2）夹紧力要适当，既要保证在加工过程中工件不移动、不转动、不振动，同时又不要在夹紧时损伤工件表面或产生明显的夹紧变形。

3）夹紧机构要操作方便、迅速、省力。

大批大量生产中应尽可能采用气动、液动等高效夹紧装置，以减轻工人的劳动强度和提高生产率。

在小批量生产中，采用结构简单的螺钉压板时，也要尽量设法缩短辅助时间。

4）结构要紧凑简单，有良好的结构工艺性，尽量使用标准件。

手动夹紧机构还须有良好的自锁性。

对于本道工序而言，在设计夹具时，应该考虑提高劳动生产率。

为此，设计采用了可换装置。

拆卸时，松开夹紧螺栓，实现工件的快换。

本夹具所采用的刀具为高速钢麻花钻，麻花钻是应用最广的孔加工刀具，它是一种形状复杂的双刃钻孔或扩孔的标准刀具。

一般用于孔的粗加工，也可用于加工螺纹底孔及高精度孔的预制孔。

标准麻花钻是由柄部、颈部和工作部分3个部分组成。

工作部分是钻头的主要部分，前端为切削部分，承担主要的切削工作；后端为导向部分，起引导钻头的作用，也是切削部分的后备部分。

钻头的工作部分由两条对称的螺旋槽，是容屑和排屑的通道。

切削部分由两个前刀面、两个后刀面、两个副后刀面组成。

螺旋槽的螺旋面形成了钻头的前面，端部有两个近似于锥面的曲面为主后刀面，磨有两条棱边，形成副后刀面。

螺旋槽与主后刀面的两条交线为主切削刃，两个主切削刃由钻芯连接，棱边与螺旋槽的两条交线为副切削刃，两主后刀面在钻芯处的交线构成了横刃。

在此采用的麻花钻用于对活塞杆的端面和外圆进行切削加工。

本夹具用于立式钻床，固定式钻模的特点是钻模用螺钉压板固定在机床上，用于在立式钻床上加工单孔或在摇臂钻床上加工位于同一方向上的平行孔系。

由于它在机床上的位置固定，故所加工孔精度较高。

如装配图上所示，活塞杆以两端在定位元件上定位，用定位块使小头外圆对中。

在大头端面用刀口垫圈和螺母将工件夹紧，小头下方用辅助支撑承受切削力。

整个夹具找正后用压板固定在钻床工作台上。

3.4夹紧力的计算

对于加工顶面，夹紧力向下的分力与切削力垂直，夹紧力的向里的分力与定位元件给的支持力抵消。

计算加紧力时，通常将夹具和工件看成是一个刚性系统，根据工件受切削力、夹紧力（大型工件还应考虑工件重力，运动的工件还应考虑惯性力等）的作用情况，找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬时状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力。

最后为保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需夹紧力的数值。

刀具：

硬质合金麻花钻，

。

由实际加工的经验可知,钻削时的主要切削力为钻头的切削方向,即垂直于工作台,查《切削用量手册》表2.3，切削力计算公式为：

其中：

，

，

，

，

，

，

与加工材料有关,取0.94；

与刀具刃磨形状有关,取1.33；

与刀具磨钝标准有关,取1.0，则：

采用开口夹紧螺栓左右移动来达到适当夹紧后本夹具即可安全工作.

定位误差分析

（1）定位元件尺寸及公差的确定。

夹具的主要定位元件为定位块,在加工时要保证夹具定位块的位置要求.

（2）计算钻套中心线与工作台的垂直度误差。

钻套外径与衬套孔的最大间隙为：

衬套外径与钻模板孔的最大间隙为：

则钻套中心与工作台平面的垂直度误差为：

0.5mm。

3.5夹具设计及操作的简要说明

如前所述，应该注意提高生产率，但该夹具设计采用了手动夹紧方式，在夹紧和松开工件时比较费时费力。

由于该工件体积小，工件材料易切削，切削力不大等特点。

经过方案的认真分析和比较，选用了手动夹紧方式（螺旋夹紧机构）。

这类夹紧机构结构简单、夹紧可靠、通用性大，在机床夹具中很广泛的应用。

此外，当夹具有制造误差，工作过程出现磨损，以及零件尺寸变化时，影响定位、夹紧的可靠。

为防止此现象，心轴采用可换的。

以便随时根据情况进行调整。

夹具上装有对刀块，可使夹具在一批零件的加工之前很好的对刀（与塞尺配合使用）；同时，夹具体底面上的一对定位键可使整个夹具在机床工作台上有一正确的安装位置，以利于铣削加工。