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惰轮轴工艺设计和工装设计

摘 要： 本设计的零件为惰轮轴，选用QT60-2钢。根据零件的形状、尺寸精度、生产的经济效益等各方面的详细分析其加工工艺，多采用专用机床加工。通过对零件的分析，此轴要求精度高，工序适当集中，要求光滑，所以选用工具和尺寸要准。最后对零件进行校核。以便达到零件精度的要求。

关键词：夹具、校核、

Lazy axle design
Abstract : The design of the axle components are inert choose QT60-2 steel. According to parts of shape, size precision, production and other economic benefits of the detailed analysis of its manufacturing processes, the use of dedicated processing machine. Part of the analysis, accuracy of this axis, the appropriate concentration processes require smooth, and use tools to prospective size. Finally, the parts are checked. To meet the requirements of precision parts.

Keywords : Fixture, Verification,

目 录
摘 要： 2

前 言 4
一 毕业设计的目的 5
二 毕业设计要求的基本任务和要求 5
2.1、基本任务 5
2.1.1、工艺设计的基本任务................................................................5
2.1.2、夹具设计的基本任务................................................................5
2.2、设计要求 5
2.2.1、工艺设计的设计要求................................................................5
2.2.2、夹具设计的设计要求................................................................5
三 惰轮轴毕业设计的方法和步骤 6
3.1、生产纲领的计算与生产类型的确定...............................................6
3.2、零件材料的分析...............................................................................6
3.3、零件图的分析...................................................................................7
3.4、确定毛坯...........................................................................................8
3.5、加工工艺路线...................................................................................8
3.6、确定工序尺寸及其公差...................................................................9
3.7、确定切削用量...................................................................................10
3.8、机床及工艺设备的选择..................................................................10
3.9、设计工艺过程卡..............................................................................11
3.10、零件的程序编制............................................................................12
四 夹具设计 12
4.1、夹具设计的目的和要求..................................................................12
4.2、夹具类型的确定..............................................................................13
4.3、定位装置的设计..............................................................................13
4.4、夹紧装置的设计..............................................................................16
4.5、导向装置的设计及其它装置结构、夹具体的确定......................18
4.6、确定夹具技术要求和有关尺寸、公差配合...................................18
4.7、夹具精度分析与计算.....................................................................19
结 论............................................................................................................20
致 谢............................................................................................................20

参考文献 21

前 言
在本次设计中，主要包括以下几个步骤：
一、 惰轮轴的工艺设计：
确定毛坯,确定工艺路线,确定工序切削用量,确定工时定额的计算。
二、 惰轮轴夹具的设计：
设计夹具装置,导向装置,确定夹具技术要求和有关尺寸,公差配合,夹具精度分析和计算。
毕业设计要达到的主要目标及技术要求：
设计的零件尺寸要求精度高，表面粗糙度也高，要求表面光滑。本零件制品为大批量生产。

一　毕业设计的目的
毕业设计是培养机械工程类专业学生应职应岗能力的重要实践性教学环节，它要求学生能全面综合地运用所学的理论和实践知识，进行零件机械加工工艺规程和工艺装备的设计。其基本目的是：
（1） 培养工程意识。
（2） 训练基本技能。
（3） 培养质量意识。
（4） 培养规范意识。

二 毕业设计要求的基本任务和要求
2.1、基本任务
2.1.1、工艺设计的基本任务
(1)绘制零件工作图，毛坯图各一张
(2)绘制夹具装备图，夹具零件图各一张
(3)编制机械加工工艺规程卡片一套
(4)编写设计说明书一份
2.1.2、夹具设计的基本任务
(1)收集资料,为夹具设计做好准备
(2)绘制草图,进行必要的理论计算和分析以及夹具的结构方案
(3)绘制总图和主要非标准件零件图,编写设计说明书
(4)编制夹具的使用说明或技术要求

2.2、设计要求
2.2.1、工艺设计的设计要求
(1) 保证零件加工质量,达到图纸的技术要求
(2) 在保证加工质量的前提下,尽可能提高生产效率
(3) 要尽量减轻工人的劳动强度,生产安全
(4) 在立足企业的前提下,尽可能采用国内技术和装备
(5) 工艺规程应正确.清晰,规范化,标准化的要求
2.2.2、夹具设计的设计要求
(1) 保证工件的加工精度
(2) 提高生产效率
(3) 工艺性好
(4) 使用性好
(5) 经济性好
三 惰轮轴毕业设计的方法和步骤
3.1、生产纲领的计算与生产类型的确定
生产纲领的大小对生产组织和零件加工工艺过程起着重要的作用.它决定了各工序所需专业化和自动化的程度以及所选用的工艺方法和工艺装备.
零件生产纲领可按下式计算.
N=Qn(1+a%)(1+b%)
式中：N-----零件的生产纲领（件/台）
Q-----产品的年产量（台/年）
n-----每台产品中，该零件的数量（件/台）
a%----零件的备品率
b% ---零件的平均废品率
已知零件的年生产纲领为10000零件的质量约为2㎏，查表1-1可知其生产类型为大批量生产，初步确定工艺安排的基本思路为：加工过程划分阶段；工序适当集中；加工设备以通用设备为主；大量采用专用工装。这样安排，生产准备工作投资较少，生产效率高，且转产容易。
本设计的零件为小型零件，生产类型为大批量生产。
3.2、零件材料的分析
本设计的零件是惰轮轴，选用QT60-2钢。QT60-2 钢是优质素结构钢，属于普通中碳钢。其强度、硬度较高，热处理硬度在50°左右，而塑性、韧性略低。不能做冲、挤等加工零件。热锻、热压性能及被切削性能良好，冷加工变形能力及焊接性能中等。是机械行业最常用的钢号之一，通常在调质或正火状态下使用，还用于高频或火焰表面淬火处理。其收缩率小。其密度基本和铁的密度一样与普通碳素钢都差不多，和A3更是相近，是7.85g/cm*3。
3.3、零件图的分析：

要求：表面清晰，无毛刺，尺寸精度如上图。
零件的作用：该零件主要适用于机械传动系统中力的传送，用于机床，汽车等产品。

3.4 确定毛坯
(1) 确定毛坯种类
根据零件材料确定毛坯为铸造件。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　毛坯图
(2)确定铸件形状

(1)根据第一章有关表格及《铸工手册》，确定外表面单边加工余量为2.5~3mm
(2)根据《铸工手册》，轴可通过拔长得到，为简化铸造工艺，对直径相近的台阶适当合并
(3)根据《轧制圆棒料切断和端面加工余量》的要求，端面加工余量确定 为3mm
3.5 加工工艺路线
1．定位基准的选择
以外圆为粗基准面加工端面为粗基准打中心孔，再以中心孔为基准车外圆。以确定基准面。
2．拟定工艺路线
<1>．确定各表面的加工方法
工件各加工表面的加工方法和加工次数是拟定工艺路线的重要内容。主要依据零件各加工表面本身的技术要求确定，同时还要综合考虑生产类型、零件的结构形状和加工表面的尺寸、工厂现有的设备情况、工件材料性质和毛坯情况等。各种加工方法的经济精度和粗糙度如下:

外圆表面及孔加工的经济精度与表面粗糙度
序号
加工方法
经济精度（IT）
表面粗糙度
Ra(ｕm)
适用范围
1
粗车
11～13
25～6.3
适用于淬火钢以外的各种金属
2
粗车→半精车
8～10
6.3～3.2
3
粗车→半精车→精车
6～9
1.6～0.8
4
粗车→半精车→精车→抛光
6～8
0.2～0.025
序号
加工方法
经济精度（IT）
表面粗糙度
Ra(ｕm)
适用范围
1
钻
12～13
12.5
适用于淬火钢以外的各种金属
2
钻→铰
8～10
3.2～1.6
3
钻→粗铰→精铰
7～8
1.6～0.8
<2>加工顺序的安排
在确定了零件各表面的加工方法之后,就要安排加工的先后顺序。零件加工顺序是否合适，对加工质量、生产率和经济性有着较大的影响。
1． 机械加工顺序的安排
在安排机械加工顺序时，一般遵循先粗后精、先面后孔、先主后次、基准先行的原则。对于工序内容复杂的零件则视具体情况采取工序集中与分散的原则处理。
2． 加工阶段的划分
对于精度和表面质量要求较高的零件，应将粗、精加工分开进行。为此，一般将整个工艺过程划分阶段，按加工性质和作用不同，一般划分为粗加工阶段、半精加工阶段、精加工家段和光整加工阶段。这对于保证零件加工质量、合理使用机床设备、及时发现毛坯缺陷及合理安排热处理工序等有很大好处。
3． 热处理工序的安排
热处理工序主要用来改善材料的性能及消除应力。热处理的方法、次数和在工艺路线中的位置，应根据零件材料和热处理的目的而定。如图1-4所示为热处理工序安排图。
毛坯-------→粗加工-------→半精加工-------→精加工----→精磨-----→细磨
↑ ↑
去应力退火 正火
4． 合理安排辅助工序
辅助工序种类很多，主要包括检验、划线、去毛刺、清洗、平衡、退磁、防锈、包装等，根据工艺需要穿插在工序中。
3.6确定工序尺寸及其公差
工序顺序确定后，就要计算各个工序加工时所应达到的工序尺寸及其公差。工序尺寸公差一般按经济加工精度确定，但就其性质和特点而言，一般可以归纳为两类：
1． 基准重合时（定位基准或工序基准重合）工序尺寸的计算
当确定了各个工序间余量和工序所能达到的加工精度后，将余量一层层叠加在被加工表面上，计算顺序是从最后一道工序开始，由后往前推，就可计算出每道工序的工序尺寸。
2． 基准不重合时工序尺寸的计算
在零件的加工过程中为了加工和检验的方便可靠，或由于零件表面的多次加工等原因，往往不能直接采用设计基准作定位基准，会出现基准不重合的情况。形状复杂的零件在加工过程中需要多次转换定位基准，这时工艺尺寸的计算微比较复杂，应利用尺寸链原理进行分析和计算，并对工序余量进行必要的验算（是否够切）以确定工序尺寸及其公差。
3.7确定切削用量
粗加工时，切削量为1.5mm 半加工时，切削量为0.6mm
精加工，切削量为0.2mm;
孔加工时：用直径8.5的钻头，再用直径9的铰刀，用螺纹钻头钻；
3.8机床及工艺设备的选择
（1）选择机床
选择机床和工艺装备的总原则是根据生产类型与加工要求使所选择的机床及工艺装备既能保证加工质量，又经济合理。
基于次原则本惰轮轴的设计所选机床如下：
数控机床、钻床、磨床等（具体车床类型及型号请看工艺卡片）。
（2）选择夹具
①粗车、半精车可采用定心卡盘及尾座顶尖。
②轴孔钻削深度小，宜选用低速钢钻头。
（3）选择量具
①粗加工、半精加工可选用通用量具。
Ⅰ端面工序尺寸中无高公差，而查参考文献知计量器具不确定度允许值为0.012mm，故选择分度值为0.01mm的游标卡尺，其不确定度值为0.006mm，可满足要求。
Ⅱ仿形车工序中轴向尺寸Ф30f6其上偏差为+0.020，下偏差为+0.041，查表并根据有关公式计算得，计量器具不确定度允许值为0.045mm，查参考文献选择分度值为0.02mm的游标卡尺，其不确定值可满足要求。
Ⅲ精加工工序为零件完工尺寸，精度要求高，若用通用量具，需选用比较仪、指示表，使用不便。故宜选用专用量具。
⑴外圆测量宜采用卡规，测量时要注意从相互垂直的两个方向测量。
3.9设计工艺过程卡
机械加工工艺过程卡片
零件名称
惰轮轴
材料牌号
QT60—2
毛坯种类：铸件
工序号
工序名称
工序内容
设备
工艺装备
010
毛坯铸造

020
热处理1
去应力退火

030
仪表车车两端面
平端面
数控车床
车刀，游标卡尺，三爪卡盘
040
粗车外圆
(1) 车床三爪卡盘夹紧一端面，另一端面用顶针顶住，加工外径￠33，平端面2mm，端面留有余量，长度为17
(2) 换头同方法车另一端面，加工外径￠33，平端面2mm，端面留有余量，长度为26
(3) 中间厚度8两侧面6.3粗车，车到10
数控车床
车刀，游标卡尺，两顶针，三爪卡盘
050
半精车外圆
(1) 用顶针和卡盘固定两端面，加工外径￠31.8，长度为19
(2) 换头用顶针和卡盘固定两端面，加工外径￠31.8，长度为27.5
数控车床
车刀，游标卡尺，两顶针，三爪卡盘
060
精车外圆
(1) 换头车另一端面，用顶针和卡盘固定，加工外径￠30，长度为20
(2) 换头车另一端面，用顶针和卡盘固定，加工外径￠30，长度为28，公差为+0.12与—0.07之间
(3) 中间厚度8两侧面6.3精车，车到8公差在+0.1与-0.1之间
数控车床
车刀，游标卡尺，两顶针，三爪卡盘
070
热处理
正火硬度HB229—302

080
精磨外圆
精磨外圆
磨床M1432B
外圆砂轮
090
钻孔
Φ9 M6
Z525
钻头， 游标卡迟，钻模
100
孔粗加工
Φ9 M6
Z525
钻头，游标卡迟，钻模
110
孔精加工
Φ9 M6
Z525
钻头，游标卡迟，钻模
120
检验
去毛刺，修边

锉刀，砂皮纸
130
入库
油封，入库

编制（日期）

审核（日期）

共（ ）页 第（　）页

3.10零件的程序编制（部分）
1．对刀
2．编程
G93 X100 Z80
S650 T01 M03
G01 X51 Z2 F0.2
G91X35Z27.5
X33
X31.8
X30.6
X30.4
X30.2
X30
G00 X51 Z4
M02
M30
四 夹具设计
4.1夹具设计的目的和要求
目的
(1)保证加工精度
(2)提高劳动生产率
(3)改善工人劳动条件
(4)降低生产成本
(5)扩大机床工艺范围要求
　　 1、保证工件的加工精度
　　 2、提高生产效率
　　 3、工艺性好
　　 4、使用性好
　　 5、经济性好
4.2 夹具类型的确定
由此任务及条件可知：加工零件的加工形状不是很复杂，加工精度要求不是很高。但生产批量较大。因此夹具的设计不宜太复杂，在保证加工质量和生产效率的前提下，应尽量简化结构，做到经济合理
4.3定位装置的设计
（1） 确定定位方案
本零件总共有六个自由度，这里主要控制五个自由度：
根据工件结构特点，其定位案有两种
方案一：1－3所示，以￠30的左端面为定位面，限制它的五个自由度，，，X，Y。　　
方案二：1—3所示，以￠30的右端面为定位面，限制它的五个自由度，，，X，Y
方案一 方案 二

比较上述两种方案，方案—更合理
（2）定位元件的选择
1）选择带定位销的底板，作为￠30轴的定位元件，其尺寸和结构按要求确定
2）以￠9孔外缘定位，采用两种方式：　
（1）选用只厂承钉作为￠9外缘定位元件其尺寸和结构按照表3—19和3—20确定，它可限制Z的自由度。该方案由于对工件的夹紧的效果不是很好
（2）采用移动V形块 作为定位元件，如图1—4所示它可限制Z自由度，虽然它的结构比较复杂，但是对工件的加工精度能起到很好的效果。
比较上述两种方案，确定采用第二种方案

图 1—4

（3） 定位误差分析计算
1）加工M6螺纹盲孔，保证中心距16以及于端面的垂直度为0.03。
计算中心距尺寸（16）mm定位误差△D为
△D=△B+△Y
由图1—3可知, △B=0
基准位移误差△Y等于定位销于定位孔的最大间隙值Xmax,销孔配合代号为￠8 ,
￠8H7为￠8+0.021 ￠8n6为￠8-0.002
于是 Xmax=Dmax-dmin=8.021-7.998=0.023mm
△D=△Y= Xmax=0.023（mm）
其中：￡G =0.2mm
△D允=1/3￡G=0.06△D
则 △D〈△D允
该定位方案满足要求
计算螺纹孔M6与B面垂直度误差
同理 △D=△B+△Y
有基准位移误差定义可知 △Y=△1+△2
△1是定位销圆柱部分与台阶面的垂直度误差。由于此两表面是在第一次安装中加工出的，其误差很小，可忽然不计△1=0
△2是工件与定位面B的垂直度误差，而工件与定位面B也是在一次安装中加工出的，其误差很小，也可忽然不计△1=0
因此 △D=△B+△Y=0
定位误差的允许值△D允=1/3￡G=1/3×0.03=0.01(mm)
显然 △D〈△D允
2）加工M6通孔：要求保证中心距56mm的定位精度。
同理 △D=△B+△Y，△B=0
而△Y与加工M6相同
△D=△Y=0.023mm
其中：￡G=0.2mm
△D允=1/3￡G=1/3×0.2=0.06mm
显然 △D〈△D允
3）加工￠9孔，要求保证其中心距为80mm
△D=△B+△Y
△D=△Y=0.023mm
其中 ￡G=0.2mm
△D允=1/3￡G=1/3×0.2=0.06mm
显然 △D〈△D允
该定位方案满足要求
由以上分析可知，该定位方案与定位装置是可行的。
4.4 夹紧装置的设计
1夹紧机构
根据生产类型，此夹具的夹紧机构不宜太复杂，采用螺旋夹紧方式。其螺杆直径暂用为M12为缩短装卸工件的时间，采用开口垫圈。
2夹紧力计算
（1）加工￠9时受力分析如图1—5所示，加工时钻削轴向力F与夹紧力F1同向作用在V行块上，而钻削扭矩T1则有使工件紧靠V行块之势切削力矩不大。因此，对于加工此孔来说，夹紧是可靠的，不必进行夹紧力校
图 1—5 图1—6

（2）加工M6孔时如图1—6所示，由于受到的扭矩比较大，夹紧机构因具有足够的夹紧力和摩擦力矩，为此需进行夹紧力的校核。
1） 钻削轴向力F
F=9.81CFdfFkF
设f=0.25mm,以知 d011mm其余参数查文献得：
F=9.81×61.2×11×0.250.7×0.688=2167.5（N）
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结 论
经过两个月的分析零件、查阅资料、绘图、计算、等复杂的步骤，最终完成了止动块的模具设计。在此期间本人遇到了不少的疑难问题，通过网上查询、请教师、跟同学讨论之后得到了解决问题的办法。
经过这次毕业设计，让我巩固了以前所学的知识，也为我以后的工作打下了很好的基础。这篇毕业设计虽然已经完成了，但由于本人缺少实际经验，在实际利用中次设计肯定还存在不少的问题，需要改进。希望老师能给我提点意见和建议。
接下来的时间本人会在公司里好好学习，以提高自己的水平，为将来的工作打下更坚实的基础。

致 谢

参考文献
1、 主编：吴兆祥，《机械制造技术课程设计》，浙江大学出版社，2005.1
2、 主编：蒋建强，《数控加工技术与实训》，北京：电子工业出版社，2003.8
3、 主编：李启炎，《计算机绘图（初级）AUTOCAD2004版》，同济大学出版社，2004.7
4、 主编：夏凤芳，《数控机床》，高等教育出版社，2002.7
5、 主编：廖兆荣，《数控几双电气控制》，高等教育出版社，2005.1
6、 《机械工程手册》工程材料，1996年第二版
7、主编：成大先，《机械设计手册》北京：机械工业出版社
8、甘永立，《几何量公差与检测》上海：上海科学技术出版社，1993
9、主编：苏建修，《机械制造基础》 北京：机械工业出版社，2001、5
10、主编：许德珠，《工程材料 》北京：高等教育出版社，2001、6
11、 陈于萍，高晓康，《互换性与测量技术》北京：高等教育出版社，2002、9
12、主编：王晓霞，《金属切削原理与刀具》 北京：航空工业出版社，2000
17