轴的加工工艺规程设计及夹具设计

重庆大学网络教育学院

毕业设计（论文）

题目 25吨平板车轮对轴的机械加工工艺规程

及周向Ф8孔加工用夹具设

学生所在校外学习中心 枣庄安培 批次 层次 专业151、本科二学历、机械设计制造及自动化 学 号 W15106257 学 生 王亮亮 指 导 教 师 陈沛

起 止 日 期 2016年9月8日至2016年10月20日

目录

摘要 ................................................................... 1 前 言 ................................................................. 2 第一章 工艺设计说明书 ................................................. 3

1.零件图工艺性分析 ................................................................................... 3

1.1零件图的完整性和正确性 ............................................................... 4 1.2零件技术要求分析 ......................................................................... 4 1.3零件结构工艺性分析 ...................................................................... 4 2.毛坯的选择 ............................................................................................. 4

2.1毛坯类型 ....................................................................................... 4 2.2毛坯余量确定 ................................................................................ 5 3.机械加工工艺路线确定 ............................................................................ 5

3.1加工方法的确定 ............................................................................. 5 3.2加工顺序的安排 ............................................................................. 6 3.3定位基准的选择 ............................................................................. 6 3.4加工阶段的划分 ............................................................................. 6 3.5主要机加工工序简图 ...................................................................... 7 4.工序尺寸及公差的确定 ............................................................................ 9

4.1基准重合时的工序尺寸 ................................................................... 9 5.设备及其工装的确定 ............................................................................... 9

5.1机床及夹具的选用 ......................................................................... 9 5.2刀具的选择 ................................................................................. 10 5.3量具的选择 ................................................................................. 10 6.切削用量的确定 .................................................................................... 10

6.1切削用量的选用原则 .................................................................... 10 6.2切削用量的选取方法 .................................................................... 11 6.3选择切削用量时应注意的几个问题 ................................................ 13

第二章 第6号工序夹具设计说明书 ...................................... 14

1.工序尺寸精度分析 ................................................................................. 14 2.定位方案确定 ....................................................................................... 14 3.定位元件确定 ....................................................................................... 14 4.定位误差分析 ....................................................................................... 14 5.夹紧方案及元件确定 ............................................................................. 14 6.夹具总装草图 ....................................................................................... 15 7.夹具零件图 ........................................................................................... 16 第三章 毕业设计体会 .................................................. 18 参考文献 .............................................................. 19

摘要

轴是机械设备中的重要零件之一，它的主要功能是直接支承回转零件，如齿轮、车轮和带轮等，以实现回转运动并传递动力,轴要由轴承支承以承受作用在轴上的载荷。本设计根据所在工厂的实际加工能力及其所加工的产品的特点，针对具体的零件，进行了工艺方案的分析，工装方案的确定，刀具和切削用量的选择，确定加工顺序和加工路线，通过整个工艺的过程的制定，将自己所学理论联系到实际的工作中，加深对本专业的理解和认识，巩固所学的基本专业知识，挺高自身设计能力和创造能力。 关键词 工艺分析 加工方案 加工顺序 工装

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前 言

随着科学技术飞速发展和经济竞争的日趋激烈，机械产品的更新速度越来越快，但大多数的机械加工行业还是依托传统的加工工艺来进行生产的，传统切削加工工艺为新技术的发展提供了最基本的技术支持，在机械及相关行业领域发挥着重要的作用。本次设计就是进行传统加工工艺设计矿车轴，主要设计内容有：完成该零件的工艺规程（包括工艺过程卡、工序卡和数控刀具卡）和主要工序的工装设计。并绘制零件图、夹具图。限于编者的水平有限，对书中的不妥之处，敬请读者批评指正。通过对我国矿车运行情况的调查，我们发现，因矿车是矿井上下设备、物料运输的主要工具，故其载重大，使用频繁高，运行环境差，而在矿车使用过程中其行走车轮的轴部分，承担了绝大多数的载重负荷，直接影响到矿车的日常使用。因此，车轴的设计制作我国矿车制作工作中的一项重要工作内容。

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第一章 工艺设计说明书

1.零件图工艺性分析

如图1.1所示零件图，其生产规模为中批量生产，试根据零件图分析其加工工艺。

图1.1轴零件图

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1.1零件图的完整性和正确性

经审查，该零件视图准确、完整，表达直观清晰，符合国家标准，尺寸、公差以及技术要求的标注齐全、合理。 1.2零件技术要求分析

零件的技术要求主要包括尺寸精度、形状精度、位置精度、表面粗糙度要求等，这些技术要求应当是能够保证零件使用性能前提下的极限值。进行零件技术要求分析，主要是分析这些技术要求的合理性，以及实现的可能性，重点分析重要表面和部位的加工精度和技术要求，为制定合理的加工方案做好准备。同时通过分析以确定技术要求是否过于严格，因为过高的精度和过小的表面粗糙度要求会使工艺过程变得复杂，加工难度大，增加不必要的成本。

0.02该零件的尺寸精度要求有：Φ700.02精度等级为IT6，其余精度等级为IT10；位置精0.02度有：Φ70端面A对Φ72的圆跳动允差0.015mm；0.02的同轴度允差跳动为0.04mm；0.02表面粗糙度：Φ700.02表面粗糙度Ra1.6um、Φ8孔表面粗糙度6.3、Φ80表面为不

加工表面，其余表面粗糙度为Ra3.2um。 1.3零件结构工艺性分析

该零件属于轴类零件，其结构特征主要由内外圆柱面、外槽、端面孔、螺纹等组成。其中内外圆柱面、外槽、螺纹可在车床上加工；端面孔可在钻床上加工。 2.毛坯的选择 2.1毛坯类型

(1) 铸件

铸件适用于形状较复杂的零件毛坯。其铸造方法有砂型铸造、精密铸造、金属型铸造、压力铸造等。 (2) 锻件

锻件适用于强度要求高、形状比较简单的零件毛坯。其锻造方法有自由锻和模锻两种。 (3) 型材

型材有热轧和冷拉两种。热轧适用于尺寸较大、精度较低的毛坯；冷拉适用于尺寸较小、精度较高的毛坯。 (4) 焊接件

焊接件是根据需要将型材或钢板等焊接而成的毛坯件 (5) 冷冲压件

冷冲压件毛坯可以非常接近成品要求，在小型机械、仪表、轻工电子产品方面应用广

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泛。

2.2毛坯余量确定

毛坯图的尺寸都是在零件图尺寸的基础上，加减总加工余量得到毛坯尺寸，毛坯各面的设计基准一般同零件图一致。

根据该零件的图纸要求，确定该零件毛坯材料为型材，选择Φ80热轧45#圆钢，长度余量单边2mm，如图1.2

图1.2

3.机械加工工艺路线确定

01 下料 锯床截取需要长度 02 热处理 调质处理HB230-250

03 车 夹Φ80，车削端面，钻Φ10中心孔，调头车削端面，钻中心孔 04 粗车 两端面顶中心孔 ，车Φ72控制长度117，车Φ45控制长度4， 车

Φ48控制长度45并挑丝， 调头加工

0.0205 精车 车Φ700.02控制长度97，调头加工

06 钻 钻4-Φ8孔 07 钳 去毛刺 08 检验 检验各尺寸 09 入库

3.1加工方法的确定

（1）Φ72外圆 粗车（精度等级IT12，表面粗糙度Ra6.3um）→精车（精度等级IT10，表面粗糙度Ra3.2um）。

0.02（2）Φ700.02外圆 粗车（精度等级IT10，表面粗糙度Ra6.3um）→半精车（精

度等级IT8，表面粗糙度Ra3.2um）→磨削（精度等级IT6，表面粗糙度Ra1.6um）。

（3）Φ45外圆 粗车（精度等级IT10，表面粗糙度Ra6.3um）→精车（精度等

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级IT8，表面粗糙度Ra3.2um）。

（4）M48螺纹 粗车（精度等级IT10，表面粗糙度Ra6.3um）→精车（精度等级IT8，表面粗糙度Ra3.2um）→挑丝（精度等级IT8，表面粗糙度Ra3.2um）→磨削（精度等级IT6，表面粗糙度Ra1.6um）。。

（5）Φ10孔 钻中心孔→钻底孔（精度等级IT12，表面粗糙度Ra6.3um）→铰孔（精度等级IT10，表面粗糙度Ra3.2um）。

（6）4-Φ8孔 钻底孔（精度等级IT12，表面粗糙度Ra6.3um）→铰孔（精度等级IT10，表面粗糙度Ra3.2um）。 3.2加工顺序的安排

工件的机械加工工艺路线中要经过切削加工、热处理和辅助工序。因此，当拟定工艺路线时要合理、全面安排好切削加工、热处理和辅助工序的顺序。

切削加工工序的安排原则

1）基准先行 选为精基准的表面，应先进行价格，以便为后续工序提供可靠的精基准。如轴类零件的中心孔、箱体的地面或剖分面、齿轮的内孔和一端面等，都应安排在初始工序加工完成。

2）先粗后精 各表面均应按照粗加工→半精加工→精加工的顺序依次进行，以便逐步提高加工精度和降低表面粗糙度。

3）先主后次 先加工主要表面（如定位基面、装配面、工作面），后加工次要表面（如自由表面、键槽、螺纹孔等），次要表面常穿插进行加工，一般安排在主要表面达到一定精度之后、最终精加工之前。

该零件的加工顺序应严格按照以上原则进行加工。 3.3定位基准的选择

（1）粗基准的选择 加工中心孔时，以外圆Φ80为基准 （2）精基准的选择 精加工时以端面中心孔为精基准。 3.4加工阶段的划分

零件加工时，往往不是依次加工完各个表面，而是将各表面的粗、精加工分开进

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行，为此，一般都将整个工艺过程划分几个加工阶段，这就是在安排加工顺序时所应遵循的工艺过程划分阶段的原则。按加工性质和作用的不同，工艺过程可划分如下几个阶段：

（1）粗加工阶段——这阶段的主要作用是切去大部分加工余量，为半精加工提供定位基准，因此主要是提高生产率问题。

（2）半精加工阶段——这阶段的作用是为零件主要表面的精加工作好准备，并完成一些次要表面的加工。

（3）精加工阶段——对于零件上精度和表面粗糙度要求（精度在IT7级或以上，表面粗糙度在Ra0.8以下）的表面，还要安排精加工阶段。这阶段的主要任务是提高加工表面的各项精度和降低表面粗糙度。 3.5主要机加工工序简图 工序号 工序内容 1..夹Φ80外圆，车端面，钻Φ10中心3 孔 2.调头夹Φ80外圆，车端面控制长度、钻Φ10中心孔 工序简图 7

1. 两端顶针顶住中心孔夹持，车Φ72控制长度117，4 车Φ45控制长度4， 车Φ48控制长度49并挑丝。 2. 调头重复上述工艺 0.021. 车Φ700.025 控制长度97 2.调头加工 5 钻底孔4-Φ8孔

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4.工序尺寸及公差的确定

每道工序完成后应包子的尺寸成为该工序的工序尺寸。工件上的设计尺寸及其公差是经过各加工工序后得到的。每道工序的工序尺寸都不相同，他们组不向设计尺寸接近。为了最终保证工件的设计要求，各中间工序的工序尺寸及其公差需要计算确定。

工序余量确定后，就可计算工序尺寸。工序尺寸及其公差的确定要根据工序基准或定位基准与设计基准是否重合，采取不同的计算方法。 4.1基准重合时的工序尺寸

工序余量（单边）mm 粗 Φ72 0.02Φ700.02 加工尺寸 工序尺寸及公差mm 粗 Φ76 Φ74 半精 Φ71 精 0.020.02表面粗糙度Ra/μm 粗 6.3 半精 3.2 精 3.2 1.6 半精 0.5 精 0.15 0.15 2 2 6.3

5.设备及其工装的确定 5.1机床及夹具的选用

工序15 该工序主要加工端面和中心孔，在普通机床完成，夹具选用三爪卡盘装夹，第二次装夹时也采用三爪卡盘进行装夹。

工序20 该工序主要加工外圆，在普通机床上完成，夹具采用两端顶针和三爪卡盘装夹

工序25 该工序主要加工外圆，在普通机床上完成，夹具采用两端顶针和三爪卡盘装夹

工序30 该工序加工直孔Φ8，选择在钻床上加工，夹具选用钻床专用夹具。

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5.2刀具的选择

从零件图中分析，根据其加工特性，确定该零件的加工刀具如表5.1所示。

表5.1 机械加工刀具卡片

刀具名称 刀具材料 刀具规格 加工部位 外圆粗车刀 外圆精车刀 螺丝车道 外切槽刀 中心钻 中心钻 5.3量具的选择

YT15 YT15 YT15 YT15 高速钢 高速钢 90°刀尖 75°刀尖 60°刀尖 3mm刀宽 Φ10mm Φ8mm 粗车外圆轮廓、端面 精车外圆轮廓、端面 车削螺纹 切外直槽 钻中心孔 钻孔 该零件属于中批量生产，因此选用通用量具进行测量，长度尺寸可用卷尺，外圆

0.02尺寸可直接采用游标卡尺测量；外径Φ700.02可用千分尺测量，各孔选用专用量具进

行测量。 6.切削用量的确定

数控车削加工中的切削用量包括背吃刀量ap、主轴转速n或切削速度vc（用于恒线速度切削）、进给速度vf或进给量f。这些参数均应在机床给定的允许范围内选取。

6.1切削用量的选用原则

粗车时，应尽量保证较高的金属切除率和必要的刀具耐用度。

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选择切削用量时应首先选取尽可能大的背吃刀量ap，其次根据机床动力和刚性的限制条件，选取尽可能大的进给量f，最后根据刀具耐用度要求，确定合适的切削速度vc。增大背吃刀量ap可使走刀次数减少，增大进给量f有利于断屑。

精车时，对加工精度和表面粗糙度要求较高，加工余量不大且较均匀。选择精车的切削用量时，应着重考虑如何保证加工质量，并在此基础土尽量提高生产率。因此，精车时应选用较小（但不能太小）的背吃刀量和进给量，并选用性能高的刀具材料和合理的几何参数，以尽可能提高切削速度。 6.2切削用量的选取方法

①背吃刀量的选择 粗加工时，除留下精加工余量外，一次走刀尽可能切除全部余量。也可分多次走刀。精加工的加工余量一般较小，可一次切除。在中等功率机床上，粗加工的背吃刀量可达8～10mm；半精加工的背吃刀量取0.5～5mm；精加工的背吃刀量取0.2～1.5mm。

②进给速度（进给量）的确定 粗加工时，由于对工件的表面质量没有太高的要求，这时主要根据机床进给机构的强度和刚性、刀杆的强度和刚性、刀具材料、刀杆和工件尺寸以及已选定的背吃刀量等因素来选取进给速度。精加工时，则按表面粗糙度要求、刀具及工件材料等因素来选取进给速度。进给速度νf可以按公式νf =f×n计算，式中f表示每转进给量，粗车时一般取0.3～0.8mm／r；精车时常取0.1～0.3mm/r；切断时常取0.05～0.2mm/r。

③切削速度的确定 切削速度vc可根据己经选定的背吃刀量、进给量及刀具耐用度进行选取。实际加工过程中，也可根据生产实践经验和查表的方法来选取。粗加工或工件材料的加工性能较差时，宜选用较低的切削速度。精加工或刀具材料、工件材料的切削性能较好时，宜选用较高的切削速度。切削速度vc确定后，可根据刀具或工件直径（D）按公式n=l000vc/πD 来确定主轴转速n（r/min）。

在工厂的实际生产过程中，切削用量一般根据经验并通过查表的方式进行选取。常用硬质合金或涂层硬质合金切削不同材料时的切削用量推荐值见表1表2为常用切削用量推荐表，供参考。

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表1 硬质合金刀具切削用量推荐表 粗 加 工 刀具材料 工件材料 切削速度进给量精 加 工 背吃刀量背吃刀量切削速度进给量（m／min （mm／r） mm 碳钢 低合金刚 高合金钢 铸铁 不锈220 0.2 3 （m／min （mm／r） mm 260 0.l 0.4 180 0.2 3 220 0.l 0.4 120 0.2 3 160 0.l 0.4 80 0.2 3 120 0.l 0.4 硬质合金或涂钢 层硬质合金 钛合金 灰铸铁 80 0.2 2 60 0.l 0.4 40 0.2 1.5 150 0.l 0.4 120 0.2 2 120 0.15 0.5 球墨铸铁 0.2 100 0.3 2 120 0.15 0.5 铝合金 1600 0.2 1.5 1600 0.l 0.5

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表2 常用切削用量推荐表 背吃刀 工件材料 加工内容 ap／mm 切削速度vc／m·min-1 60～80 80～120 120～150 500～800r·min-1 25～30 进给量f/mm·r-l 刀具材料 粗加工 碳素钢σb>600MPa 粗加工 精加工 5-7 2-3 2-6 0.2～0.4 0.2～0.4 0.1～0.2 YT类 钻中心孔 碳素钢σb>600MPa 钻中心孔 W18Cr4V 钻孔 切断（宽钻孔 切断（宽度<5mm） 粗加工 精加工 70～110 0.1～0.2 度<5mm） 0.2～0.4 0.1～0.2 YT类 50～70 70～100 铸铁HBS<200 切断（宽度<5mm） 切断（宽度<5mm） 50～70 0.1～0.2 YG类 50～70 0.1～0.2 切断（宽度<5mm） 6.3选择切削用量时应注意的几个问题

主轴转速 应根据零件上被加工部位的直径，并按零件和刀具的材料及加工性质等条件所允许的切削速度来确定。切削速度除了计算和查表选取外，还可根据实践

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经验确定，需要注意的是交流变频调速数控车床低速输出力矩小，因而切削速度不能太低。根据切削速度可以计算出主轴转速。

第二章 第6号工序夹具设计说明书

1.工序尺寸精度分析

该工序的主要内容为钻Φ8直孔，其精度等级为IT12，表面粗糙度为6.3，设计夹具的目的是为了能够有正确的位置加工四个直孔，并保证加工效率。 2.定位方案确定

根据工件的加工要求，该工件必须限制工件的五个自由度，即：X移动、X转动、Z转动、Y移动、Y转动，为了方便控制刀具的走刀位置，还应控制Z移动，因而六个自由度均被控制了。

加工Φ8孔时以M48、Φ72圆、为定位基准，以M48下端面限制Z移动。 3.定位元件确定

加工Φ8孔时的定位元件有台钳、夹具，在夹具上使用Φ8定位销钉。 4.定位误差分析

基准不重合误差ΔB=0，基准位移误差ΔY=0.025mm。 ΔD=ΔY=0.025mm。

所以，ΔD<1/3T，满足要求。 5.夹紧方案及元件确定

加工Φ8孔时，选用压板进行压紧，台钳装夹，钻孔；在松台钳，车轴旋转90度后，往夹具两个端面孔放入Φ8定位销钉定位后，台钳装夹再进行第二次钻孔

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6.夹具总装草图

夹具装配图

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7.夹具零件图

V槽1图

V槽2图

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钻套图 定位销钉图

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第三章 毕业设计体会

通过完成毕业设计，掌握机械加工的流程，对于以后从事机械加工行业具有重要的实践意义，在本次设计的过程中，我感到自己的思维和能力都得到了极大的提高，因为需要自己查阅有关的资料和文献，自己设计实验方案，自己动手做一切与实验有关的工作，也正因为如此，将自己所学理论联系到实际的工作中，加深对本专业的理解和认识，巩固所学的基本专业知识，挺高自身设计能力和创造能力。

整个成果上看，基本完成了毕业设计初期对于实验系统考察学生各方面能力的要求，也突出重点强调学生熟练掌握数控加工。因为是第一次参与设计这样的实验系统，难免存在这样或是那样的问题，还有待于提高，希望各位老师不吝指教，使我能够在以后的学习、工作过程中吸取经验和教训。

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参考文献

（1）《机械制造工艺与装备课程设计指导书》，倪森寿；

（2）《机械设计手册》 2007.01.01 电子工业出版社 作者：中国机械工程学会； （3）《金属切削手册 》 2011年 5月 上海科学技术出版社 作者：张益等编著； （4）《机床夹具设计手册》 2000.11.09 上海科学技术出版社 作者：王光斗； （5）《机床夹具设计手册 》 2004年3月 辽宁科学技术出版社 作者：徐鸿本。

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材 料 牌 号 工 工 名 序 号 序 称 05 毛坯 锯床下料 45钢 机械加工工艺过程卡片 毛 坯 种 类 型钢 产品型号 产品名称 MPC25 25吨平板车 Φ80*820 工 段 车 车 车 钻 零件图号 零件名称 每毛坯件数 设 备 车床 车床 车床 钻床 MPC25-06-02-1 车轴 1 第1页 1 共1页 备 注 毛坯外形尺寸 车间 每 台 件 数 工 时 工 艺 装 备 准终 单件 三爪卡盘 三爪卡盘，顶针 三爪卡盘，顶针 三爪卡盘 卷尺、游标卡尺，千分尺 工 序 内 容 下料车间 热处理车间 机加车间 机加车间 机加车间 机加车间 钳工车间 检验室 10 热处理 调质处理HB230-250 夹Φ80,车削端面,钻Φ10中心孔,调头车削端面,钻中心孔 15~25 两端面顶中心孔 ，车Φ72控制长度117，车Φ45控制长度4，车Φ车 48控制长度45并挑丝， 调头加工 车Φ700.02控制长度97，调头加工 30 35 40 45 钻 钳 1.钻孔Φ8 去毛刺 0.02检验 检验图上各尺寸 入库 标记 处数 更改文件号 签 字 日 期 标记 处数 更改文件号 签 字 日 期 会 签（日 设 计（日 期） 校 对（日期） 审 核（日期） 标准化（日期） 期）