機械制造技術(shù)課程設(shè)計-棘輪加工工藝及專用夾具設(shè)計

PAGEII設(shè)計說明書題目：棘輪的機械加工工藝及其專用夾具設(shè)計姓名： 學(xué)號：系別：專業(yè)：年級：指導(dǎo)教師：系主任：

摘要本設(shè)計主要是針對具體生產(chǎn)環(huán)節(jié)實際開發(fā)其加工程序，是我校所有基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程的深入設(shè)計和工廠實踐。本設(shè)計包括零件材料的選擇、毛坯的制造方法、加工余量的確定、切削參數(shù)的確定和加工時間的確定。計算和處理卡片的準備。最后，對專用夾具進行了進一步的選擇和設(shè)計。夾具設(shè)計主要包括定位設(shè)計和夾具設(shè)計。通過設(shè)計分析和論證，零件的工藝設(shè)計和夾具設(shè)計是可行的，有效地減少了工件加工的基本時間和輔助時間，提高了零件的生產(chǎn)效率，降低了勞動強度，保證了安全優(yōu)質(zhì)零件的生產(chǎn)。在設(shè)計過程中會有很多的錯誤和不足，所以我們需要繼續(xù)學(xué)習(xí)，在以后的學(xué)習(xí)和實際工作中注意改進。關(guān)鍵詞：工藝規(guī)程；工序；夾具；定位；夾緊全套設(shè)計圖紙加V信153893706或扣3346389411AbstractThisdesignismainlyforaspecificpartintheproductionoftheactualdevelopmentofitsprocessingprocedures,isourschoolallbasiccoursesandprofessionalcoursesin-depthdesignandfactorypractice.Thisdesignincludestheselectionofpartsmaterial,themanufacturingmethodofblank,thedeterminationofprocessingallowance,thedeterminationofcuttingparametersandthedeterminationofprocesstime.Calculateandprocesscardpreparation.Finally,thespecialfixtureisfurtherselectedanddesigned.Fixturedesignmainlyincludespositioningdesignandclampingdesign.Throughdesignanalysisanddemonstration,theprocessdesignandfixturedesignofpartsarefeasible,whicheffectivelyreducesthebasictimeandauxiliarytimeofworkpieceprocessing,improvestheproductionefficiencyofparts,reduceslaborintensity,andensurestheproductionofsafeandhigh-qualityparts.Therewillbealotofmistakesandshortcomingsinthedesignprocess,soweneedtocontinuetolearnandpayattentiontoimprovementinthefuturestudyandpracticalwork.Keywords：Processspecification;Process;Fixture;Positioning;Theclamping目錄TOC\o"1-2"\h\z\u摘要 IIAbstract III第1章前言 1第2章零件的分析 22.1零件的作用 22.2零件的工藝分析 22.3毛坯的制造形式 3第3章工藝規(guī)程設(shè)計 53.1基準的選擇 53.2制定加工工藝路線 63.3切削用量及切削時間的確定 7第4章夾具設(shè)計 114.1設(shè)計類型及機床的選擇 114.2定位元件和定位方式的確定 114.3夾緊方案設(shè)計 124.4定位誤差分析 124.5夾緊力和切削力的計算 134.6夾具簡要操作說明 14結(jié)論 15致謝 16參考文獻 17PAGE15第1章前言零件工藝規(guī)劃設(shè)計和專用夾具設(shè)計是大學(xué)機械制圖、制造、設(shè)計工藝等基礎(chǔ)課程結(jié)束后的重要考試階段。要求我們了解零件在加工過程中的工藝安排、尺寸確定、定位方法和夾緊過程，然后設(shè)計加工夾具，確保零件的質(zhì)量。這個設(shè)計也需要培養(yǎng)我們的創(chuàng)造力和學(xué)習(xí)能力，所以設(shè)計必須涉及多方面，具有很強的實用性和綜合實用性。綜上所述，在重新設(shè)計的過程中，我們需要注意理論和實踐兩個不同的方面。這兩個方面我們都要密切關(guān)注。只有把這兩個方面緊密結(jié)合起來，綜合考慮，才能圓滿完成子設(shè)計工作的成本。本設(shè)計是機械加工工藝和夾具設(shè)計的基礎(chǔ)。零件有特定的圖紙要求，根據(jù)工藝規(guī)劃設(shè)計的要求，然后設(shè)計一套專用夾具進行加工，全面分析零件加工工藝。根據(jù)本要求的設(shè)計內(nèi)容，對零件進行工藝規(guī)程和夾具設(shè)計。本設(shè)計的主要內(nèi)容是利用機床夾具，進行機械設(shè)計和公差。第一步是對零件進行全面的分析和了解，從而準確地了解加工方法和要求。然后計算各工序的工作過程和切削參數(shù)。夾具設(shè)計包括零件定位、夾具設(shè)計和導(dǎo)向零件設(shè)計。在這里我們特別注意夾具定位元件，會產(chǎn)生誤差，誤差應(yīng)該在我們的控制范圍內(nèi)，我們應(yīng)該充分了解夾具的優(yōu)缺點，以便改進。通過以上的設(shè)計、分析和計算，我們順利完成了本次畢業(yè)設(shè)計的全部任務(wù)。在鞏固大學(xué)所學(xué)知識的同時，我們也應(yīng)該在未來的工作甚至社會經(jīng)驗中增加經(jīng)驗。換句話說，缺乏生活經(jīng)驗，所以我的設(shè)計水平不夠強，所以請老師批評指正。

第2章零件的分析2.1零件的作用本次題目提供的零件是棘輪，零件的結(jié)構(gòu)如下：圖2.1零件圖棘輪，定義為一種外緣或內(nèi)緣上具有剛性齒形表面或摩擦表面的齒輪，是組成棘輪機構(gòu)的重要構(gòu)件。

由棘爪推動作步進運動，這種嚙合運動的特點是棘輪只能向一個方向旋轉(zhuǎn)，而不能倒轉(zhuǎn)。2.2零件的工藝分析針對一個零件在進行工藝分析時，應(yīng)當(dāng)將以下幾個方面作為重要的考慮方向：（1）零件的表面加工要求和表面粗糙度的要求；（2）零件的技術(shù)要求和輔助要求，相關(guān)的配合要求等；（3）零件的尺寸公差，形位公差，尺寸配合等；一個零件，從毛坯制作到機床的粗加工成型，再到精加工，最后進行檢驗和入庫包裝，這個零件的制造加工的過程步驟，中間利用了加工機床，最終完成零件的形狀、粗糙度、尺寸公差的過程，我們稱為機械加工的工藝流程。對零件的分析要從技術(shù)要求開始，分析圖紙可知，傳動軸零件主要是軸向配合的尺寸精度要求，已經(jīng)形位公差精度要求，形狀的精度要求是圓周度的的精度要求，保證配合度和同軸度，才是傳動軸主要的要求之一。零件的材料選取為40Cr，零件的主要作用是緊固使用，所以原材料圓鋼的話難以滿足強度需要，所以選用鑄造的形式制作毛坯。由于在使用中，棘輪需要拆卸，所以要求具有較好的耐磨性。要加工表面有外圓柱面、棘輪面、槽和各段端面。2.3毛坯的制造形式毛坯的制造形式確定需要分析加工類型和生產(chǎn)形式，毛坯的加工類型可以是鑄造、鍛造、焊接、原材料等多種形式。確定毛坯時要考慮下列因素：1）零件的材料及其力學(xué)性能。其實選擇了零件的材料，零件的毛坯形式也就相應(yīng)選擇了。例如，材料是鑄鐵，就選鑄造毛坯；材料是鋼的話，如果應(yīng)力要求比較高，就選用鍛造，如果應(yīng)力要求比較低，那么久選擇原材料就可以了。2）零件的形狀和尺寸。形狀復(fù)雜的毛坯，常用鑄造方法。薄壁零件，不可用砂型鑄造；尺寸大的毛坯宜用砂型鑄造；如果是小的零件的話可以用更先進的方式。3）生產(chǎn)類型。如果是批量生產(chǎn)的零件，那么就要考慮采用效率和精度都高的方式了，毛坯制造費用高的話則可以用降低加工時候的費用來拉低這一部分成本。比如鑄造件的話使用精密形式的鑄造。小批量生產(chǎn)的零件可以手工進行模具造型或者人工鍛造也可以。4）生產(chǎn)條件。想要確定毛坯還要與實際的生產(chǎn)狀況進行結(jié)合分析，要是在現(xiàn)場有條件時，那就要進行專業(yè)生產(chǎn)，使用同一個供貨商。5）制造毛坯要盡可能的考慮新型材料和加工技術(shù)。現(xiàn)在毛坯制造的發(fā)展很迅速，工藝不斷的更新和優(yōu)化，一些新形勢的毛坯形式在機械生產(chǎn)過程中不斷增加，比如塑料模具、粉末模具、精鍛模具等。用這些新工藝進行加工和生產(chǎn)，可以降低生產(chǎn)量，減少加工的時間，甚至可以不進行加工直接成型的，效果明顯。零件材料為40Cr，毛坯生產(chǎn)方式為鑄造毛坯。毛坯形狀和尺寸,基本上取決于零件形狀和尺寸。零件和毛坯的主要差別,在于在零件需要加工的表面上,加上一定的機械加工余量,即毛坯加工余量。毛坯制造時,同樣會產(chǎn)生誤差,毛坯制造的尺寸公差稱為毛坯公差。毛坯加工余量和公差的大小,直接影響機械加工的勞動量和原材料的消耗,從而影響產(chǎn)品的制造成本。所以現(xiàn)代機械制造的發(fā)展趨勢之一,便是通過毛坯精化,使毛坯的形狀和尺寸盡量和零件一致,力求作到少、無切削加工。毛坯加工余量和公差的大小,與毛坯的制造方法有關(guān),生產(chǎn)中可參考有關(guān)工藝手冊或有關(guān)企業(yè)、行業(yè)標(biāo)準來確定。毛坯的形狀如下圖所示：圖2.2毛坯圖

第3章工藝規(guī)程設(shè)計3.1基準的選擇零件的加工工藝規(guī)程設(shè)計過程中有一項重要的內(nèi)容就是選擇定位的基準，這個過程也是確保零件精度的關(guān)鍵所在。零件的基準定位分為粗基準和精基準還有輔助形式三種類型，剛開始加工零件時，沒有定位面，只能以沒有加工的面作為定位基準，這就是粗基準；在后面加工時就可以使用前面加工的面作為基準，這就是精基準。

考慮和設(shè)計加工過程時，要反向思考，先確立怎樣在達到精度的前提下選擇精確基準進行表面加工，然后再確認怎樣把精基準加工出來，選擇一個合理合適的粗基準進行加工。還有，為了方便裝夾和加工零件，使其達到加工精度，需要適當(dāng)?shù)倪x擇輔助基準進行定位和夾持。在考慮定位基準時，要從零件的整體加工過程出發(fā)，考慮加工工藝和設(shè)計基礎(chǔ)要求，再根據(jù)基準選擇的原則，進行合理的安排和選擇。粗基準的選擇一般情況下，零件的某一個面需要保證表面均勻的加工余量，這個面一般選為粗基準。②如果都沒有要求表面均勻的加工余量，而且零件的所有表面都需要加工，那么這個時候就選擇加工量最小的那個面。這樣的話可以保證這個表面不會在加工過程出問題，不至于造成報廢而浪費。③如果都沒有要求表面均勻的加工余量，并且零件有一些表面不需要加工，那么就應(yīng)該選擇這個不加工的面作為粗基準，并且要保證這個基準精度本身比較高。如果表面即需要加工表面，加工余量要求均勻性較高，還有保證零件加工表面與非加工面之間的位置精度，這個時候還按本方法選擇。④粗基準原則要求選用平整光滑的表面，不能用太毛糙的表面，不然會造成定位不準確，影響后續(xù)加工。⑤選擇粗基準加工同一個尺寸時通常只能用一次，如果繼續(xù)使用的話，會造成誤差偏大的。但是也有特殊的情況，比如精密鑄造的毛坯件，毛坯本身的精度就已經(jīng)很高標(biāo)準了，加工的精度要求也一般，這個時候就可以重復(fù)使用了。粗基準的選擇：在零件的加工過程中，選擇一個準確合適的粗基準直接影響了后面精加工的準確性。前面我們隊零件圖已經(jīng)進行了分析，可以知道零件比較簡單的零件，選擇粗基準按上述原則選取即可，相對選擇比較容易。精基準的選擇精基準的選擇：精確基準的選擇有以下幾個方面的要求基準重合”原則一般選擇需要加工的面所用的設(shè)計基準作為精基準，這叫做基準重合。這樣可以避免因基準不重合而引起的誤差。基準統(tǒng)一”原則選擇精基準時盡量選擇一個精基準可以進行多個表面的加工工作，這個方式叫做基準統(tǒng)一。基準統(tǒng)一的話可以很好的確定每個加工面之間的位置度，對后面設(shè)計夾具也提供方便，表面過度更換產(chǎn)生誤差?；榛鶞省痹瓌t

遇到兩個表面互相之間存在位置度精度關(guān)系，并且自身表面的尺寸要求比較高，精度比較高時，這個時候把兩個表面互相作為精基準，進行反復(fù)加工。自為基準”原則

如果是加工的表面加工余量很小，而且加工的均勻度比較高，這個時候就選擇零件表面自身為精基準。除了上面所說的幾點，在選擇精基準時還要考慮零件加工時候的裝夾方式和朝向，要減小零件變形的可能并且夾具相對要簡單。在這里還有更正一下，上面所說的四條選擇原則，在有些情況下回出現(xiàn)沖突和矛盾，比如如果選擇基準統(tǒng)一的原則，那么這個時候不一定符合基準重合的原則。所以，設(shè)計選擇精基準時要根據(jù)具體的加工情況進行分析，以零件滿足圖紙要求和技術(shù)要求為目標(biāo)，合理的進行選擇。本次設(shè)計中選擇的精基準，應(yīng)該重要考慮基準的重合問題，設(shè)計基準和工序基準不對應(yīng)不重合時，還要對尺寸進行計算，后面還有專門的設(shè)計，這一節(jié)就先不說了。3.2制定加工工藝路線在制定和確定加工工藝路線時，需要遵循以下幾點原則:(1)必須要能確保零件加工后的尺寸精度和表面的粗糙度。(2)要根據(jù)情況，盡量的降低加工的時間，優(yōu)化加工路線。(3)盡量減少和降低編程的工作量，將效率提高。零件加工工藝規(guī)程的設(shè)計和編制，最終目的是要是零件的外形、尺寸、公差、以及粗糙度等滿足技術(shù)要求，進行合理的加工順序安排。前面以及確定了零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)為批量生產(chǎn)，這個情況下最好是考慮使用萬能機床和專用夾具想結(jié)合的方式進行加工，工序盡量集中安排，為提高生產(chǎn)率而努力。除了前面說的這些，還要考慮經(jīng)濟性，考慮成本最低的方式。充分分析零件的特性后，對工藝加工路線進行設(shè)計，先設(shè)計工藝路線：表1工序號工序名稱工序內(nèi)容1鑄造鑄造毛坯2時效時效處理3車車左端面及φ80外圓、φ40臺階面4車車右端面及φ49.5、φ50外圓5鏜鏜φ37、φ41的孔，倒角6銑銑棘輪槽7銑銑寬度10mm的鍵槽8檢驗檢驗9入庫入庫3.3切削用量及切削時間的確定工序：車左端面及φ80外圓、φ40臺階面1)切削深度單邊余量為Z=2mm2)進給量根據(jù)《機械加工工藝手冊》取f=0.2mm/r3)計算切削速度其中：=342,=0.15,=0.35,m=0.2。=1.44,=0.8,=1.04,=0.81,=0.97。所以1.440.81.040.810.97=92m/min4)確定機床主軸轉(zhuǎn)速ns==636r/min與636r/min相近的機床轉(zhuǎn)速為650r/min?，F(xiàn)選取=650r/min。所以實際切削速度==5)切削工時，按《工藝手冊》表6.2-1。t=i=0.37(min)工序：車右端面及φ49.5、φ50外圓1)切削深度單邊余量為Z=2mm2)進給量根據(jù)《機械加工工藝手冊》取f=0.2mm/r3)計算切削速度其中：=342,=0.15,=0.35,m=0.2。=1.44,=0.8,=1.04,=0.81,=0.97。所以1.440.81.040.810.97=92m/min4)確定機床主軸轉(zhuǎn)速ns==915.6r/min與915.6r/min相近的機床轉(zhuǎn)速為900r/min?，F(xiàn)選取=900r/min。所以實際切削速度==5)切削工時，按《工藝手冊》表6.2-1。t=i=0.26(min)工序：鏜φ37、φ41的孔，倒角刀具：YG6鏜刀背吃刀量：=2mm進給量：查《機械加工工藝師手冊》表29-14，取=0.6mm/z銑削速度：查《機械加工工藝師手冊》表29-14，取=30m/min機床主軸速度：，查表4-16，取=400r/min實際銑削速度：每分進給量：切削工時計算：工序：銑寬度10mm的槽刀具選用：選用鍵槽銑刀，齒數(shù)為Z=3選擇加工余量為按照粗銑和半精銑即可，本次按照半精銑來選擇，毛坯制造時預(yù)留的為1.0mm零件的加工余量為：每設(shè)備加工時的進給：查詢相關(guān)的參考手冊，最終得結(jié)論加工時的機床速度：需要參考手冊內(nèi)容，得取機械加工時設(shè)備的轉(zhuǎn)速：設(shè)備進給：設(shè)備工作臺面的每一次進給：查詢相關(guān)的參考手冊，對計算公式及計算方案進行整理，得出加工時間的結(jié)論，，本次為鍵槽銑刀，由于銑的鍵槽為兩端開口，銑削的基本工時計算公式如下式中刀具切入長度：，本次選擇為2mm代入上式后得出機動時間

第4章夾具設(shè)計4.1設(shè)計類型及機床的選擇本次設(shè)計由指導(dǎo)老師的分配工序鏜孔的夾具。設(shè)計加工鏜孔的夾具，根據(jù)加工工藝路線及加工精度的要求，選用臥式鏜床進行加工，如圖是一種臥式鏜床，臥式鏜床應(yīng)用較多，它可以進行鉆孔、鏜孔、擴孔、鉸孔及加工端平面等，使用一些附件后，還可以車削圓柱表面、螺紋，裝上銑刀可以進行銑削。圖4.1臥式鏜床4.2定位元件和定位方式的確定1.設(shè)計夾具定位方案定位面是加工工件時參照的基準，定位面的選擇可以零件圖為指導(dǎo)，零件圖上通常會表明各個表面之間的關(guān)系，如面與面之間的距離關(guān)系、面與面之間的角度關(guān)系等。在加工某平面時，通常選擇在零件圖上和被加工面有相對關(guān)系的平面作為加工定位面。通常兩者的相對關(guān)系（距離、角度、是否垂直等）可以作為夾具定位元件設(shè)計的參考，可以做到定位基準和圖紙基準的一致。根據(jù)上述原則選擇零件的已經(jīng)加工好的外圓和端面作為加工基準。2.選擇夾具定位元件選擇定位元件是夾具設(shè)計中的一項重要任務(wù),直接影響工件相對于刀具的正確位置。根據(jù)夾具設(shè)計手冊可知機床的定位元件有很多種，如定位板、定位銷、支承釘、定位軸、V型塊等。本次設(shè)計選擇定位元件為：V型塊，支撐釘。3.定位元件不確定度分析零件的六個自由度是一個物體的空間占據(jù)的最高程度，零件只能最多有六個自由度，限制某一個自由度，那么零件在這個方向的移動都停止，該方向的位置度也就確認了。零件的定位，就是要限制零件的相對自由度。從夾具圖上可以看出，用V型塊進行定位，V型塊限制兩個移動自由度和兩個旋轉(zhuǎn)自由度，支撐釘限制一個移動自由度，由于在z軸旋轉(zhuǎn)方向沒有位置要，所以可以進行欠定義定位。4.3夾緊方案設(shè)計設(shè)計夾緊裝置應(yīng)遵循以下原則：工件不移動原則；工件不變形原則；工件不振動原則；安全可靠原則；經(jīng)濟實用原則；考慮到本次設(shè)計的夾具其零件并不是十分的復(fù)雜，并且為本夾具是進行鏜孔加工，工件在豎直方向有移動趨勢，采用的是對其豎直方向進行夾緊。夾緊元件有：軸肩螺母、鉸鏈壓板。圖4.2夾緊機構(gòu)4.4定位誤差分析本工序選用的工件以V形塊定位，由于鑄造毛坯的公差大小存在一定的定位誤差，所以水平方向可以保持水平，此處主要就算V形塊在垂直方向的定位誤差問題。

對圖紙進行分析和理解，選擇的定位基準其會變動方向是垂直的，要求的加工方向也是垂直的，所以，這種情況就是變動方向和加工尺寸方向角度夾角是0°，取00；定位基準為N點，工序的基準為尺寸H1的上母線，兩者所夾尺寸即為定位尺寸，定位用的方向與加工尺寸的方向的夾角0°，

取00；工序基準與定位基準不重合，取00；加工工序的基準選擇在定位基準一致，并且能與上母線溝通，所以公式中取正號，上面的分析內(nèi)容全部放入公式中：=經(jīng)過計算可得定位誤差為0.2mm，但是由于此處會用銑床加工，加工是銑刀會根據(jù)毛坯預(yù)留孔的位置重新修正中心，所以此夾具完全可以滿足加工需求。4.5夾緊力和切削力的計算由資料《機床夾具設(shè)計手冊》查表可得：切削力公式：式中查表得：即：切削扭矩公式：即：根據(jù)作用在工件上的切削力和夾緊力，找出加工過程中夾緊最不利的瞬時狀態(tài)，根據(jù)靜力平衡原理計算理論夾緊力。最后，為了保證夾持的可靠性，將安全系數(shù)乘以實際所需的夾持力。由表得：取，，即：螺旋夾緊時產(chǎn)生的夾緊力按以下公式計算：式中參數(shù)由《機床夾具設(shè)計手冊》可查得：其中：螺旋夾緊力：4.6夾具簡要操作說明夾具設(shè)計應(yīng)首先著眼于手動夾緊，因為壓板夾緊結(jié)構(gòu)簡單，容易制造，這是提高勞動生產(chǎn)率主要途徑。操作比較簡單，裝卸工件時，先將工件放在V型塊，移動零件與支撐釘接觸，旋轉(zhuǎn)鉸鏈壓板將工件夾緊；然后加工工件。圖4.3夾具裝配圖

結(jié)論首先，在繪制零件CAD圖的過程中，我們熟悉基本的機械制圖標(biāo)準，熟練運用CAD繪制零件圖的基本功能，掌握一些快捷鍵的使用。另外，我們熟悉零件毛坯圖中零件加工余量