轴架加工工艺规程及夹具设计毕业设计说明书

毕业设计说明书

轴架加工工艺规程及夹具设计

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：日期：

指导教师签名：日期：

使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：日期：

学位论文原创性声明

本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

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学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：日期：年月日

导师签名：日期：年月日

注意事项

1.设计（论文）的内容包括：

1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）

2）原创性声明

3）中文摘要（300字左右）、关键词

4）外文摘要、关键词

5）目次页（附件不统一编入）

6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论

7）参考文献

8）致谢

9）附录（对论文支持必要时）

2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。

4.文字、图表要求：

1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写

2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画

3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印

4）图表应绘制于无格子的页面上

5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档

5.装订顺序

1）设计（论文）

2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订

指导教师评价：

一、撰写（设计）过程

1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神

□优□良□中□及格□不及格

2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度

□优□良□中□及格□不及格

3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力

□优□良□中□及格□不及格

4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性

□优□良□中□及格□不及格

5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

指导教师：（签名）单位：（盖章）

年月日

评阅教师评价：

一、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

评阅教师：（签名）单位：（盖章）

年月日

教研室（或答辩小组）及教学系意见

教研室（或答辩小组）评价：

一、答辩过程

1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况

□优□良□中□及格□不及格

2、对答辩问题的反应、理解、表达情况

□优□良□中□及格□不及格

3、学生答辩过程中的精神状态

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

评定成绩：□优□良□中□及格□不及格教研室主任（或答辩小组组长）：（签名）

年月日

教学系意见：

系主任：（签名）

年月日

［摘要]本次设计内容是轴架加工工艺规程及夹具设计,包括零件加工的工艺设计、工序设计以及专用夹具的设计三部分。本次设计涉及了机械制造工艺及机床夹具设计、金属切削机床、公差配合与测量等多方面的知识。在工艺设计中要首先对零件进行分析，了解零件的工艺再设计出毛坯的结构，并选择好零件的加工基准，设计出零件的工艺路线；接着对零件各个工步的工序进行尺寸计算，关键是决定出各个工序的工艺装备及切削用量；然后进行专用夹具的设计，选择设计出夹具的各个组成部件，如定位元件、夹紧元件、引导元件、夹具体与机床的连接部件以及其它部件；计算出夹具定位时产生的定位误差，分析夹具结构的合理性与不足之处，并在以后设计中注意改进。

［关键词］：工艺工序；切削用量；夹紧；定位；误差

Abstract:The design covers the mechanical design of manufacturing processes and machine tool fixture, metal cutting machine tools, tolerances and measurement, and many with knowledge. Axis frame processing procedures and drill hole Ф15H7 fixture designed to include the machining process design, process design and the design of three-part special fixture. In the process design to analyze the first part to understand the parts of the process re-design the structure of rough, and the processing part is selected benchmark, part of the process route design; then step on the part of various industrial processes for size calculation,The key is to determine the various processes and cutting processing equipment; and the design of special fixture, select the component design and fixture parts, such as positioning devices, clamping devices, guide devices, folders and machine specific parts and other components connected ; calculated fixture positioning error generated when analyzed fixture structure is reasonable and inadequate attention in the future design improvements.

Keywords: Process process; Cutting; clamping; positioning; error

目录

1引言 (1)

1.1选题研究意义和国内外研究现状 (1)

1.2 课题背景知识 (1)

2 零件的工艺分析及生产类型的确定 (3)

2.1 零件的工艺分析 (3)

2.2 确定零件的生产类型 (4)

3 选择毛坯种类、画零件—毛坯合图 (5)

3.1 确定毛坯的种类和尺寸公差等级IT和加工余量等级MA (5)

3.2 确定各加工表面总余量、主要毛坯尺寸及公差 (6)

4 工艺规程设计 (8)

4.1 定位基准的选择 (8)

4.1.1 精基准的选择 (8)

4.1.2 粗基准的选择 (8)

4.2 加工方法的选择 (9)

4.3 加工顺序的安排 (10)

4.4 制订工艺路线 (11)

4.5 初步拟定加工工艺路线及修改后的加工工艺路线 (11)

4.6 选择加工设备及刀具、夹具、量具 (13)

4.7 加工工序设计 (14)

4.7.1工序10：粗铣、半精铣A、B面 (14)

4.7.2工序20：粗铣、半精铣C、G面 (16)

4.7.3工序30：粗铣、半精铣F面 (18)

4.7.4工序40：镗Ф22H7的孔 (19)

4.7.5工序50：镗G11/8螺纹底孔及退刀槽，并孔口倒角1×45°，攻丝 (21)

4.7.6工序60：钻扩铰Ф15H7的孔，并孔口倒角1×45° (22)

4.7.7工序70：铣E面 (24)

4.7.8工序80：钻4×M6螺纹底孔，攻螺纹4×M6–7H (26)

4.7.9工序90：钻Ф5mm的孔，并锪沉孔Ф8×90° (27)

5 专用夹具设计 (28)

5.1镗孔专用夹具设计 (28)

5.1.1设计准备 (28)

5.1.2 工件的定位方案 (28)

5.1.3 工件的夹紧方案 (28)

5.1.4 孔加工刀具的引导方案 (29)

5.1.5 夹具在机床上的安装方式 (29)

5.1.6 计算夹紧力并确定螺杆的直径 (29)

5.1.7 误差分析与计算 (29)

5.1.8 夹具的使用说明 (30)

5.2钻孔专用夹具设计 (30)

5.2.1 设计准备 (30)

5.2 .2工件的定位方案 (30)

5.2.3 工件的夹紧方案 (31)

5.2.4 孔加工刀具的引导方案 (31)

5.2.5 夹具在机床上的安装方式 (32)

5.2.6 计算夹紧力并确定螺杆的直径 (32)

5.2.7 误差分析与计算 (32)

5.2.8 夹具的使用说明 (33)

6 结束语 (34)

7参考文献 (35)

8致谢 (36)

1引言

1.1选题研究意义和国内外研究现状

随着我国专用机械市场的迅猛发展，与之相关的核心生产技术应用与研发必将成为业内企业关注的焦点。技术工艺的优劣直接决定企业的市场竞争力。了解国内外专用机械生产核心技术的研发动向、工艺设备、技术应用对于企业提升产品技术规格，提高市场竞争力十分关键。在工业界，对一指定产品加工生产前，根据工艺要求，所进行的通用设备选型、通用工位器具的选型；专用设备设计、制造；专用刀具、专用夹具、专用辅具、专用模具、专用工具、专用检具、专用量具等工位器具的设计、制造都称为“工艺工装”。“工艺工装”是工业企业不可缺少的一个重要组成部分。随着社会的进步和经济的发展，多品种、小批量的生产类型已占主导地位，具有元件全部标准化的高柔性组合夹具已成为制造系统的必备辅助手段。另外，因组合夹具是标准化、系列化、通用化程度很高的工艺装备，其平均设计和组装时间是专用夹具的5％～20％，所以称其为柔性夹具，组合夹具因其灵活性已成为现代夹具的发展方向。现代机械加工行业发生着深刻的结构性变化，工艺工装的设计与改良已成为相关企业生存和发展的必要条件。

现代生产要求企业制造的产品品种经常更新换代，以适应市场激烈竞争，尽管国际生产研究协会的统计表明多品种生产的工件已占工件种类数的85%左右。然而目前，一般企业习惯采用传统的专用夹具，在一个具有一定生产能力的工厂中约拥有13000～15000套专用夹具。另一方面，在多品种生产的企业中，约隔4年就要更新80%左右的专业夹具，而夹具的实际磨损量只有大约15%左右，特别最近几年来柔性制造系统（FMS）、数控机床（NC）、加工中心（MC）和成组加工（GT）等新技术被广泛应用和推广，使中小批生产的生产效率逐步趋近于大批量生产的水平。综上所述，现代生产对夹具提出了如下的新要求：（1）能迅速方便地装备新产品的投产以缩短生产准备周期；（2）能装夹一组相似性特征的零件。

1.2 课题背景知识

在夹具设计过程中，对于被加工零件的定位、夹紧等主要问题,设计人员一般都会考虑的比较周全，但是，夹具设计还经常会遇到一些小问题，这些小问题如果处理不好，也会给夹具的使用造成许多不便，甚至会影响到工件的加工精度。我们把多年来在夹具

设计中遇到的一些小问题归纳如下：在设计端面和内孔定位的夹具时，会遇到夹具体定位端面和定位外圆交界处清根问题。在设计圆盘类刀具(如铣刀、砂轮等)加工的夹具时，会存在让刀问题。设计这类夹具时，应考虑铣刀或砂轮完成切削或磨削后，铣刀或砂轮的退刀位置，其位置大小应根据所使用的铣刀或砂轮的直径大小，留出超过刀具半径的尺寸位置即可。更换问题在设计加工结构相同或相似，尺寸不同的系列产品零件夹具时，为了降低生产成本,提高夹具的利用率，往往会把夹具设计为只更换某一个或几个零件的通用型夹具。

随着机械工业的迅速发展，对产品的品种和生产率提出了愈来愈高的要求，使多品种，中小批生产作为机械生产的主流，为了适应机械生产的这种发展趋势，必然对机床夹具提出更高的要求。在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精高效模块组合通用经济方向发展。

2 零件的工艺分析及生产类型的确定

2.1 零件的工艺分析

接到设计任务时，应首先查看零件图是否完整、正确，再就

是对零件的技术要求进行分析。在此零件的加工过程中，应注意

高精度表面的加工。原图样的视图正确、完整，尺寸、公差以及

技术要求齐全。本次设计所要做的零件为轴架。其实物图如右图

所示：

为了方便说明，先将各面、孔用字母分别标号如下：

图1-1 轴架零件图

该零件的主要加工面为A面、B面、C面、E面、F面、G面（以上各个表面如图1-1所示）和Ф22H7的孔、Ф15H7的孔及G11/8的螺纹。

Ф15H7的孔的轴线与Ф22的孔的轴线垂直，其垂直度为Ф0.005，直接影响转动的平稳，使传动轴与轴架产生摩擦和轴架与轴不能正确定位。为了保证Ф15H7的孔的轴线能与Ф22的孔的轴线垂直度达到要求，因此，加工时先把Ф22的孔加工完成后，以Ф22H7的孔为定位基准来加工Ф15H7的孔。

A面、B面、C面、E面、F面和G面的表面粗糙度要求不太高，现有机床加工精度能够达到要求。

由参考文献[1]面和孔加工的经济精度及机床能达到的位置精度可知，上述技术要

求是可以达到的，零件的结构工艺性也是可行的。

2.2确定零件的生产类型

零件的生产类型是指企业（或车间、工段、班组、工作地等）生产专业化程度的分类，它对工艺规程的制订具有决定性的影响。生产类型一般可分为大量生产、成批生产和单件生产三种类型，不同的生产类型由着完全不同的工艺特征。零件的生产类型是按零件的年生产纲领和产品特征来确定的。生产纲领是指企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划。年生产纲领是包括备品和废品在内的某产品年产量。零件的生产纲领N可按下式计算：

N=Qn（1+a%）(1+b%) (1)

式中 N—零件的生产纲领

Q—产品的年产量（台、辆/年）

n—每台（辆）产品中该零件的数量（件/台、辆）

a%—备品率，一般取2%～4%

b%—废品率，一般取0.3%～0.7%

根据本零件的设计要求，取Q=10000台，n=1件/台，分别取备品率和废品率3%和0.5%，将数据代入生产纲领计算公式得出N=10351件/年，零件质量为1.4kg，根据教材可知该零件为轻型零件，本设计零件轴架的生产类型为成批大量生产。

3 选择毛坯种类、画零件—毛坯合图

3.1 确定毛坯的种类和尺寸公差等级IT和加工余量等级MA

机械加工中毛坯的种类有很多种，如铸件、锻件、型材、挤压件、冲压件、焊接组合件等，同一种毛坯又可能有不同的制造方法。为了提高毛坯的制造质量，可以减少机械加工劳动量，降低机械加工成本，但往往会增加毛坯的制造成本。选择毛坯的制造方法一般应当考虑一下几个因素。

(1)材料的工艺性能

材料的工艺性能在很大程度上决定毛坯的种类和制造方法。例如，铸铁，铸造青铜等脆性材料不能锻造和冲压，由于焊接性能差，也不宜用焊接方法制造组合毛坯，而只能用铸造。低碳钢的铸造性能差，很少用于铸造；但由于可锻性能，可焊接性能好，低碳钢广泛用于制造锻件、型材、冲压件等。

(2)毛坯的尺寸、形状和精度要求

毛坯的尺寸大小和形状复杂程度也是选择毛坯的重要依据。直径相差不大的阶梯轴宜采用棒料；直径相差较大的宜采用锻件。尺寸很大的毛坯，通常不采用模锻或压铸、特种铸造方法制造，而适宜采用自由锻造或是砂型铸造。形状复杂的毛坯，不宜采用型材或自由锻件，可采用铸件、模锻件、冲压件或组合毛坯。

(3)零件的生产纲领

选择毛坯的制造方法，只有与零件的生产纲领相适应，才能获得最佳的经济效益。生产纲领大时宜采用高精度和高生产率的毛坯制造方法，如模锻及熔模铸造等；生产纲领小时，宜采用设备投资少的毛坯制造方法，如木模砂型铸造及自由锻造。

根据上述内容的几个方面来分析本零件，零件材料为HT200，首先分析灰铸铁材料的性能，灰铸铁是一种脆性较高，硬度较低的材料，因此其铸造性能好，切削加工性能优越，故本零件毛坯可选择铸造的方法；其次，观察零件图知，本设计零件尺寸并不大，而且其形状也不复杂，属于简单零件，除了几个需要加工的表面以外，零件的其它表面粗糙度都是以不去除材料的方法获得，若要使其他不进行加工的表面达到较为理想的表面精度，可选择砂型铸造方法；再者，前面已经确定零件的生产类型为大批量生产，可选择砂型铸造机器造型的铸造方法，较大的生产批量可以分散单件的铸造费用。因此，综上所述，本零件的毛坯种类以砂型铸造机器造型的方法获得。

根据零件图的材料确定毛坯为铸件，其生产类型为大批量生产。毛坯的铸造方法选用砂型机器造型。又由于G11/8的螺纹底孔需要铸出，故还应该安放型芯。此外，为消除残余应力，铸造后安排人工时效。

图2-1 轴架零件图

参考文献[1]表1.3–1（常用毛坯的制造方法与工艺特点），该种铸件的尺寸公差等级IT为8～10级，加工余量等级MA为G级。故取IT为10级，MA为G级。

3.2 确定各加工表面总余量、主要毛坯尺寸及公差

参考文献[1]表2.2–6（铸造孔的最小尺寸），用查表法确定各表面的总余量如表2–1所示。

表2–1 各加工表面总余量

加工表面基本尺寸

（mm）

加工余量等

级

加工余量

（mm）

说明

A面、B面70 G 3.5 侧面，单侧加工（取上行数据）C面、G面28 G 2.5 圆柱面，双侧加工（取下行数据）E面45 G 3.5 顶面，双侧加工

F面45 H 2.5 底面降1级，双侧加工

G11/8的底孔35.2 H 3 孔降1级，双侧加工由参考文献[1]表2.2–7（各种铸造方法的铸件最小壁厚），可得铸件的主要尺寸的

公差，如表2–2所示。

表2–2 主要毛坯尺寸及公差

主要面尺寸零件尺寸

(mm)

总余量

(mm)

毛坯尺寸

（mm）

公差IT

（μm）

A面、B面轮廓尺寸12 3.5 15.5 4

C面、G面轮廓尺寸38 2.5﹢2.5 43 4

E面距Ф15H7孔中心尺寸53 3.5 49.5 3.6

F面距Ф15H7孔中心尺寸110 2.5 112.5 3.6

G11/8的底孔Ф35.2 3﹢3 Ф16 3.2 由以上可以知道轴架的毛坯尺寸，画出轴架零件-毛坯合图（见图3-1）。

图3-1轴架零件-毛坯合图

4 工艺规程设计

设计工艺过程时所涉及的内容主要是划分工艺过程的组成，选择定位基准、选择零件表面的加工方法、安排加工顺序和组合工序等。

4.1定位基准的选择

4.1.1 精基准的选择

精基准的选择原则（参考文献[6]第三节工艺路线的制定）：

（1）基准重合原则应尽可能选择被加工表面的设计基准作为精基准。在对加工面位置尺寸有决定作用的工序中，特别是当位置公差很小的时候，一般不应违反这一原则。

（2）统一基准原则当工件以某一精基准定位，可以比较方便地加工大多数（或所有）其它表面，则应尽早地把这个基准面加工出来，并达到一定精度，以后工序均以它为精加工基准加工其它表面。采用基准统一原则可以简化夹具设计，可以减少工件搬动和翻转次数，在自动化生产中广泛应用。

（3）互为基准原则某些位置要求很高的表面，常采用互为基准反复加工的方法来达到要求。

（4）自为基准原则旨在减少表面粗糙度，减小加工余量和保证加工余量均匀的工序，常以加工面本身为基准进行加工。

（5）便于装夹原则所选择的精基准，应能保证定位准确、可靠，夹紧机构简单，操作方便。

精基准的选择：F面、C面、E面、Ф22H7的孔既是装配基准又是设计基准，用它们作精基准，能使加工遵循“基准重合”的原则，实现轴架零件的定位；其它面和孔的加工也能用它定位，这样使工艺路线遵循了“基准统一”的原则。此外，F面的面积较大，定位比较稳定，夹具方案也比较简单、可操作方便。

4.1.2 粗基准的选择

粗基准的选择准则：

（1）首先保证工件上的加工面与不加工面之间的位置要求，应以不加工面作为粗基准（如果在工件上有很多不需要加工的表面，则应以其中与加工面的位置要求较高的表面作为粗基准）；

（2）如果必须保证工件某重要表面加工余量均匀，应选择该表面作为粗基准；

（3）粗基准一般只能使用一次，即不应重复使用；

（4）便于装夹的原则选择粗基准时，必须考虑定位准确，夹紧可靠以及夹具结构简单、操作方便等的问题。为了保证定位准确，夹紧可靠，要求选用的粗基准尽可能平整、逛街和有足够大的尺寸，不允许有锻造飞边、铸造浇、冒口或其它缺陷。

粗基准的选择：考虑到以下两个要求，选择轴架零件的F面和G11／8底孔的毛坯孔作为粗基准；第一，在保证各加工面均有加工余量的前提下，使重要孔的位置精度达到要求；第二，应能保证定位准确、夹紧可靠。

4.2 加工方法的选择

加工方法的选择需要保证零件的经济加工精度和粗糙度；加工方法的选择和加工方案的选择需依据每个加工表面的技术要求，确定加工方法及加工方案；决定加工方法时要考虑被加工材料的性质以及生产类型，还要考虑现有设备情况及技术条件；此外还要考虑一些其他因素，例如，工件的形状和质量以及加工方法所能达到的表面物理机械性能等[6]。几种表面的加工方法如下：

外圆表面的加工方案及其经济精度

加工方案经济精度公差等级表面粗糙度值Ra

（um）

适用范围

粗车—半精车—精车—滚压（或抛光）IT6～IT11 0.08～100 适用于除淬火钢以外

的金属材料

粗车—半精车—磨削IT5～IT70.012～0.8除不宜用于有色金属

外，主要适用于淬火钢

件的加工

粗车—半精车—精车—精磨—研磨IT5以上0.025～0.20主要用于高精度要求

的钢件加工

内孔表面的加工方案及其经济精度

加工方案经济精度公差等级表面粗糙度值Ra

（um）

适用范围

钻—扩—铰IT8～IT130.8～100加工未淬火钢及其

铸铁的实心毛坯，也可

用于加工有色金属钻—扩—拉IT7～IT80.8～1.6大批大量生产

粗镗—半精镗—精镗—浮动镗IT6～IT130.2～50除淬火钢以外的金

属材料，毛坯上已有铸

出或锻出的孔