1、4.1.2 加工阶段的划分与工序顺序的安排64.1.3 加工工艺路线的拟定64.2 工艺方案比较与分析85 确定机械加工余量 工序尺寸及公差96 确定切削用量 工件定额切削力及功率106.1钻孔106.2扩孔107 夹具的设计127.1 法兰盘孔的夹具设计127.1.1 工件的加工工艺性分析121、工件属于轴类零件，结构形式简单122、确定定位方案，设计定位元件133、确定设计导向元件134、确定夹紧方式和设计夹紧机构145、确定夹具体157.1.2 夹具体部件设计分析151、顶尖部分设计152、齿条传动部分设计153、液压缸设计157.2 绘制夹具装配图161、确定并标注有关尺寸162、与安
2、装有关的技术要求163、零件图的技术要求的定制167.3 夹具体的设计步骤171、研究原始资料，明确设计任务172、对工件加工工艺的分析173、夹具设计方案的设计184、加工精度的分析188 量规的设计209 刀具的设计219.1 铰刀的直径 D 及直径公差219.2 铰刀的齿数及槽数219.3 铰刀的几何角度219.4 工作部分的尺寸229.5 铰刀非加工部分的结构尺寸2210 CAD 绘图简单说明23结论24致谢25参考文献26附录 AMetal-Cutting Process and Machining27附录 B金属切削加工和机械加工32引言毕业设计是大学生在校期间的最后的关键所在，它
3、既是对所学知识的一次全面性考查，也是我们真正动手、模拟真实环境下的设计过程，这就使我们对本专业的设计工作有一次更深刻的认识，从而，为今后的工作奠定了扎实的基础。为了切实地做好毕业设计，我们结合了以往的生产现场的实际情况，并通过查找 大量的资料和教科书等工具书，编写了这套夹具设计说明书。它通过工艺规程的设计， 进一步的明确了机车配气导块的加工程序。通过编写夹具、量具、刀具设计说明书， 进一步阐明了设计思路，巩固了所学的多种知识。本次设计编制了一套中批生产的工 艺规程。简单实用的夹具设计更体现了经济技术指标在设计中的重要地位。设计工作是一项细致、艰苦、复杂、涉及面十分广泛的工作，它不仅巩固了所学的
4、知识，更提高和锻炼了我们的计算能力、绘图能力等综合能力。但是由于我学时和水平有限，设计中难免存在一些缺点和错误，在此，恳请各位老师批评指正设计者：毕波2006.061零件的功用与结构分析1.1 零件的功用凸轮轴是机车发动机上的一个重要零件，它对各气缸的进、排气门的开启和关闭起控制作用，同时，还用来驱动分电器，汽油泵等辅助装置。1.2 凸轮轴的结构特点和技术要求各种发动机凸轮轴的结构基本差不多，主要差别是凸轮轴的数量、形状和位置不同，其中以四缸、六缸、八缸发动机的凸轮轴用的最多。就凸轮轴的结构特点而言， 其形状复杂，长径比大，工件刚性较差。1.2.1 各种凸轮轴的技术要求1） 支承轴颈的尺寸精度
5、及各支承轴颈间的同轴度。2） 止推面对于支承轴线的垂直度。3） 凸轮轴基面的尺寸精度和相对于支承轴颈的轴线的同轴度。4） 凸轮的位置精度。5） 凸轮的形状精度。1.2.2 以发动机该凸轮轴为例具体说明1） 支承轴颈两个支承轴颈的外圆尺寸 82 mm 表面粗糙度 Ra0.4 m.。2） 凸轮1，2，4，5 位的凸轮基圆尺寸 R500.2，3，6 位的凸轮基圆尺寸 R450.02，表面粗糙度 Ra0.8 m。3） 法兰盘孔左右法兰盘孔尺寸为 15-0.007 mm。4） 轴上油壁孔轴上油壁孔尺寸为 8 mm。2 生产类型的确定根据设计认为书所给定的原始资料来确定生产类型。设计任务书给出的资料显示并
6、按车间的工作情况及工件的重量可知，按产量可分单位生产、小批量生产、中批量生产及大批量生产。由金属机械加工工艺人员手册表 15-5 查零件重48KG100KG，且年产量为 3000 件，属于中批量生产。根据该生产特性可以初步确定零件的机械加工工艺过程，由于中批量生产，一般采用高效机床和专用机床；对刀具一般采用通用刀具，也可以根据工厂实际情况采用专用刀具；量具采用专用量具；夹具使用专用夹具及辅助夹具来提高生产率，同时节省了人力、物力，达到经济可行的目的。3 确定毛坯的种类在制定工艺规程时，正确的选择毛坯具有重要意义。它不仅影响毛坯的制造工艺设备及制造费用，还影响零件的机加工工艺，设备和刀具的消耗及
7、工时订额。正确的选用毛坯需要毛坯制造和机加工工艺人员紧密配合，兼顾冷热加工两个方面的要求。由于发动机工作时，凸轮轴承受气门开启的周期性冲击载荷。所以，要求凸轮轴和支承轴颈表面应耐磨，凸轮轴本身应具有足够的韧性和刚性。为此，凸轮轴的主要工作表面需经热处理。对于凸轮轴材料目前国内外主要选用铸铁（冷硬铸铁，可淬硬铸铁，球墨铸铁） 和钢（中碳钢，渗碳钢）。在国外，冷硬铸铁凸轮轴多用于凸轮承受随动件高负荷的场合，这在英国较为普遍，可淬硬的低合金铸铁凸轮轴多用于凸轮承受随动件低负荷的场合，这在美国较为普遍，高合金铸铁和特殊合金铸铁凸轮轴则多用于高速发动机。对于钢凸轮轴，一般是选用中碳钢和渗碳钢经热模锻制坯
8、。就毛坯精度来说，铸件的精度明显的高于锻件。目前，国内外普遍趋向于精铸和精锻。鉴于此，该凸轮轴选用 50Mn 材料毛坯由精锻而成。4 机械加工工艺路线的拟定机械加工工艺规程的制定，可分为两大步骤 1）拟定零件的加工工艺路线；2）确定每道工序的工序尺寸、所用设备和工艺装备及切削用量和工时定额。4.1 加工工艺路线的分析在凸轮轴的加工过程中的加工精度，其中受两个主要因素的影响：1） 变形从细长角度来说，突出的问题就是工件本身的刚度低。切削加工时产生较大的受力变形，其表面余应力也会影响其变形，尤其在加工凸轮时，这种变形更为显著。另一方面，采用材料为钢的凸轮轴在主要工作表面精加工产生变形。凸轮轴在加工
9、过程中的变形，不仅影响到后工序加工的余量分配是否均匀，而且变形过大会导致后续加工无法进行，甚至造成中途报废。凸轮轴加工后的变形，将直接影响到装配后凸轮轴的使用性能。因此，在安排其工艺过程时，必须针对工件变形这一特点采取必要的措施，不仅要把各主要表面的精度加工工序分开，以使粗加工事故时产生的变形在半精加工中得修正，半精加工的变形在精加工中也得以修正。2） 加工难度大从形状复杂角度来讲，突出的问题就是凸轮的表面的加工。对于这些表面，不仅有尺寸精度要求，还有形状位置要求。如采用普通的加工设备和一般表面常规的加工方法，显然是无法保证其加工质量和精度。例如对凸轮的加工，从满足使用要求的角度来讲，既要求其
10、相位角准确又要求凸轮曲线的行程满足气门开启和关闭时升降过程的运动为规律，但要注意到凸轮曲线上的各点相对其转的中心是变化的。当试用一般的靠模机加工时，由于加工半径的变化， 势必引起切削速度与切削力的变化，这样将会使加工后的凸轮曲线产生形状误差，从 而影响凸轮的使用性能。4.1.1 凸轮加工工艺分析定位基准的选择一般常规的方法是采用两顶尖作为轴类零件的定位基准。这样避免了工件在多次装夹具中固定基准的转换而引起的误差，也可以作为后续工序的定位基准，即符合“基准同意”的原则。1） 粗基准的选择粗基准的选择是否合理，不仅关系到工件的装夹是否方便、可靠，也关系到精加工中能否保证加工精度。该凸轮轴加工中粗基
11、准是铣两端面并打中心孔时定位基准的选择，其目的是加工出后续工序的精基准。为保证后续工序余量均匀，选用支承轴颈的毛坯外圆柱面及一个侧面作为定位基准。2） 精基准的选择在凸轮轴的加工过程中，精基准选择有下面两种情况：对于各支承轴颈、外圆表面的粗加工、半精加工、精加工均以两顶尖孔作为精基准进行定位的；钻孔时以两支承轴颈作为基准进行定位。4.1.2 加工阶段的划分与工序顺序的安排1） 加工阶段的划分由于凸轮轴的加工精度较高，整个加工不可能在一个工序内全部完成。为了利于逐步达到加工要求，必须把整个工艺过程分几个阶段。该凸轮轴加工分为以下三个阶段：粗加工阶段包括车各支承轴颈、车凸轮钻通孔、钻法兰盘孔；半精
12、加工阶段包括凸轮轴外形的初磨；精加工阶段包括凸轮外形、支承轴颈的二次磨削。2） 工序顺序的安排对于凸轮、支承轴颈，是按车初磨精磨的顺序加工的。各表面加工顺序从粗到精，且主要表面与次要表面加工工序相互交叉进行，而从整体上说又符合“先粗后精”的原则。4.1.3 加工工艺路线的拟定综上所述拟工艺路线如下： 工艺路线方案一：工序号工序名称1 备料2 锻模3 热处理4 探伤5 铣端面、钻中心孔6 精车两端面凸轮外圆面7 调质8 精车外圆面、左端面及凸轮圆9 钻深孔10 两端面顶尖孔倒角11 加工法兰孔12 锪倒角13 仿形铣凸轮14 精磨凸轮15 钻铣轴壁孔16 中频淬火热处理17 法兰盘倒角18 凸轮
13、倒角19 热处理20 精磨凸轮21 精磨轴22 清洗、去孔内毛刺23 最终检查工艺路线方案二：1 模锻2 热处理3 铣端面、钻中心孔4 粗车凸轮轴各外圆面5 调质处理7 铣凸轮8 钻通孔 389 加工通孔两端10 加工法兰盘孔11 钻、锪轴壁油孔12 粗磨凸轮13 加工法兰盘倒角14 加工凸轮倒角15 精磨凸轮16 精磨轴17 终检4.2工艺方案比较与分析上述两个工艺方案的特点在于：方案一将整个过程的粗精加工分开加工，符合 先粗后精的原则，且定位基准以孔（两顶尖孔）为基准进行加工，符合基准统一原则。而方案二虽然也符合基准统一原则，但先粗后精基准分开的不是太好。孔加工由于切 削力较大使工件变形也
14、较大，即使在以后的半精、精加工中也很难纠正，而凸轮作为 主要加工表面是不允许的。因此，方案一较方案二好。5确定机械加工余量 工序尺寸及公差根据机体最大外形尺寸为 810mm，毛坯采用精磨锻，选其加工精度等级为二级。则由金属机械加工工艺人员手册表 45-38 确定毛坯的加工余量。1） 大端法兰面表 5.1 工序的尺寸及加工余量工序名称工序基本余量工序精度工序尺寸尺寸及 Ra精铣1.5IT108108100Ra=6.3-1粗铣1075811.75811.75+0.7毛坯3.25813.25813.25+2.4-1.22） 支承轴颈的加工表 5.2 工序的尺寸及加工余量磨轴0.4IT5Ra=0.4精
15、车轴1.1IT782.4粗车轴2.5IT983.583.5Ra=6.34.086.03） 钻法兰盘孔 15+0.027 mm4） 锪法兰盘孔 18 mm5） 钻轴壁油孔 8 mm6确定切削用量 工件定额切削力及功率6.1 钻孔1） 确定切削速度 V由金属机械加工工艺人员手册 表 10-67 知 S=0.10 mm/r。2） 计算轴向力 P 扭矩 M 的值根据金属机械加工工艺人员手册 表 10-64 知P=61.2 DS0.7（公斤力）（6-1）M=31 D2S0.8（公斤力毫米）（6-2）则 P=61.21.480.10.7=180.7（公斤力）M=3114.820.10.8=107.6（公斤
16、力毫米）3） 计算机动时间 T根据金属机械加工工艺人员手册P987 知T= L + lsnn= 1000VpD由公式（6-4）得 n = 318 45 =967 mm/r14.8l =0.35D=0.3514.8=5.2 mm（6-3）（6-4）由公式（6-3）得 T= 5.2 +120.1 967=0.18 min6.2 铰孔根据金属机械加工工艺人员手册表 10-63v =式中 T刀具的耐用度S进给量D孔的直径CvpT maxv f yvKv m/min（6-5）t 切削深度根据金属机械加工工艺人员手册表 10-83 的 T=30 min表 10-81 的 s=0.6 mm/rt=0.2 m
17、m D=15 mm 12.1150.3则v = 300.40.20.20.80.65 =11 m/min2） 计算机动时间 T由公式（6-4）得 n= 3181115T= l + l1 + l2=233.2 mm/r（6-6）l1 =12 mm由公式（6-3）得 T= 12 + 8.6 +12 =0.24 min0.6 233.23） 工时定额计算查表可知：a 装卸工件时间：k1=0.22minb 钻换时间：k2=0.10minc 扩换时间：k3=0.10mind 排屑时间：k4=0.06mine 电动起动时间：k5=0.02minf 快进、快退时间：k6=0.05ming 工作台移动：k7=
18、0.10minh 液压缸夹紧时间：k8=0.05mini 快速工作其他时间：k9=0.13min总的辅助时间为 T=6（k2+k3+k4）+ k1+k5+k6+k7+k8+k9=2.13min加工此工序需要的总时间：T 总=0.18+0.24+2.13=2.55min7 夹具的设计根据设计任务给出的要求，我们需设计两套夹具，且两套夹具均为钻床夹具。不同的是一套夹具用于加工法兰盘孔，而另一套用于加工轴壁上的油孔。在专用夹具设计之前，首先应该弄清楚夹具设计的基本要求，其基本要求可概括为以下四点：1） 稳定保证工件的加工技术要求。夹具设计首先应保证工件的位置要求，其次应保证工件的尺寸要求精度、粗糙度
19、及其他技术指标的要求。2） 提高机械加工的劳动生产率，降低工件的成本。专用夹具设计时，既要提高劳动的生产率，又要降低成本。夹具的复杂程度和工件的经济效益必须与生产规模相适宜， 才能获得良好的经济效益。因此，应根据工件的生产批量的大小，选择夹具的结构， 防止盲目的采用高效率先进的结构和传动装置，造成夹具的结构复杂而加大制造成本。同时，尽可能采用标准零部件，以降低夹具制造成本。尽可能采用多件加工或机动时间与辅助时间重合的结构，以减少单件加工的时间，提高劳动生产率，降低工件的成本。3） 专用夹具应有良好的结构工艺性，以便零件的制造和夹具的装配，结构设计时应便于易损零件的更换和维修。4） 操作安全、方
20、便。夹具设计应使工人操作时方便、省力，便于装卸工件及清理切削，创造文明的生产环境，夹具在机床是装卸应迅速、方便、安全。特别注意夹具在装卸工件中的安全，为此夹具上不得有影响操作者安全的突出部分，保证工人的人身安全。7.1 法兰盘孔的夹具设计一套凸轮轴零件，工件材料 50Mn，年产 30004000 件大批生产，需设计用钻法兰孔的专用夹具，加工直径为 15 mm 的孔。7.1.1 工件的加工工艺性分析1、工件属于轴类零件，结构形式简单端面已加工，其它与法兰端面孔无关，本工序所要钻直径为 14.8 mm 的孔，再铰直径为 15 mm 的孔，Ra1.6,精度等级 7 级较高，应依靠钻模来保证加工表面的
21、下列要求：1） 钻直径为 14.8 mm 的孔2） 铰直径为 15mm 的孔中心轴线与凸轮轴线的平行度为 0.03 以内，因为以后要以其中一个孔为定位基准， 使整体性好，即保证同轴度。端面已加工和法兰盘孔加工精度尤为重要，由于其精度 要求高，故夹具设计难度高。2、确定定位方案，设计定位元件零件 15mm 孔是通孔，沿轴线方向的位移自由度不予限制。由于均布 6-15mm 的孔，故不许其能绕凸轮轴线旋转，即在法兰端面加上一个外力使轴不能旋转。同样， 由于凸轮轴并不能单独运用，所以不许其上下窜动，左右摆动，即除沿其轴向方向以外其余方向的自由度必须限制，又因为位置加工精度高，故在之前不采用预定位板。拟用两顶尖将其定位，保证其端面，并防止轴的转动。同时，设计与 138mm 配合使用的孔，使其嵌入其中，防止其上下、左右窜动，由于工件较重，故必须保证顶尖的强度、刚度。以下确定一种定位方案：1） 两同轴受活动顶尖两个自由度的限制，即使不能上下、左右窜动。2） 端面嵌入后限制两个自由度，防止其转动。这要求夹爪有一定压力，使摩擦力足够大，其动力可由液压传动来实现。整个夹具体可采用铸造，并用螺栓把合在导轨上。两顶尖的同轴度可由修磨导轨内侧来找正。夹具体放在导轨上时，先钻两个定位销孔，用其定位后，钻螺栓孔，以保证其精度和位置要求。在夹具体上配合活塞
