1、摘 要本论文介绍的是立轴的工艺系统的设计。工艺系统式的工艺系统是由工艺系统和刀具交换装置组成。它是多工序立轴的工艺系统上应用最广泛的工艺系统，其整过工艺系统比较复杂。首先把加工过程中需要使用的全部刀具安装在标准的刀柄上，在机床外进行尺寸预调后，按一定的方式装入工艺系统。换刀时，先在工艺系统进行选刀，由机械手从工艺系统和主轴上取出刀具，然后交换位置，把新刀插入主轴，旧刀放回工艺系统。存放刀具的工艺系统具有较大的容量，其容量为六把刀具,采用盘形结构,安装在机床的左侧立柱上。因为立轴的工艺系统外形及其他性能参数等均与 THK6363 型自动换刀数控镗铣床相似，所以本机床的工艺系统的设计将仿效 THK
2、6363 型自动换刀数控镗铣床工艺系统，设计成采用轴向放置的鼓盘式工艺系统形式和回转式双臂机械手组成。刀具按预定工序的先后顺序插入工艺系统的刀座中，使用时按顺序转到取刀位置。用过的刀具放回原来的刀座内，也可以按加工顺序放入下一个刀座内。该法不需要刀具识别装置，驱动控制也比较简单，工作可靠。但工艺系统每一把刀具在不同工序中不能重复使用，为了满足加工需要只有增加刀具的数量和工艺系统的容量，这就降低了刀具和工艺系统的利用率。此外，装刀时必须十分谨慎，如果刀具不按顺序装在工艺系统，将会产生严重的后果。顺序选刀是在加工之前，将加工零件所需刀具按照工艺要求依次插入工艺系统的刀套中，顺序不能有差错。加工时按
3、顺序调刀。适合加工批量较大、工件品种数量较少的中、小型工艺系统。可知工艺系统用 4 把刀就可完成大多数的铣削加工。所以这个容量为 6 把刀的工艺系统，几乎不存在加工过程中需要重复利用刀具的情况，所以刀具的选择方式确定为顺序选择刀具。两手互相垂直的回转式单臂双手机械手的优点是换刀动作可靠，换好时间短，缺点是刀柄精度要求高，结构复杂，联机调整的相关精度要求高，机械手离加工区较近。一般来说，这种机械手用于工艺系统刀座轴线与机床主轴轴线垂直，工艺系统为径向存取刀具形式的工艺系统，因此，在立轴的工艺系统升降铣床的工艺系统中可采用这种机械手形式。关键词：工艺系统；工艺系统；换刀机械手全套 CAD 图纸，联
4、系 153893706浙江纺织服装职业技术学院2前 言数字控制机床是用数字代码形式的信息(程序指令)，控制刀具按给定的工作程序、运动速度和轨迹进行自动加工的机床，简称立轴的工艺系统。立轴的工艺系统具有广泛的适应性，加工对象改变时只需要改变输入的程序指令；加工性能比一般自动机床高，可以精确加工复杂型面，因而适合于加工中小批量、改型频繁、精度要求高、形状又较复杂的工件，并能获得良好的经济效果。随着数控技术的发展，采用数控系统的机床品种日益增多，有车床、铣床、镗床、钻床、磨床、齿轮加工机床和电火花加工机床等。此外还有能自动换刀、一次装卡进行多工序加工的加工中心、车削中心等。立轴的工艺系统主要由数控装
5、置、伺服机构和机床主体组成。输入数控装置的程序指令记录在信息载体上，由程序读入装置接收，或由数控装置的键盘直接手动输入。随着微电子技术、计算机技术和软件技术的迅速发展，立轴的工艺系统的控制系统日益趋向于小型化和多功能化，具备完善的自诊断功能；可靠性也大大提高；数控系统本身将普遍实现自动编程。 未来立轴的工艺系统的类型将更加多样化，多工序集中加工的立轴的工艺系统品种越来越多；激光加工等技术将应用在切削加工机床上，从而扩大多工序集中的工艺范围；立轴的工艺系统的自动化程度更加提高，并具有多种监控功能，从而形成一个柔性制造单元，更加便于纳入高度自动化的柔性制造系统中。浙江纺织服装职业技术学院3第一章
6、绪论立轴的工艺系统知识数字控制机床是用数字代码形式的信息(程序指令)，控制刀具按给定的工作程序、运动速度和轨迹进行自动加工的机床，简称立轴的工艺系统。立轴的工艺系统具有广泛的适应性，加工对象改变时只需要改变输入的程序指令；加工性能比一般自动机床高，可以精确加工复杂型面，因而适合于加工中小批量、改型频繁、精度要求高、形状又较复杂的工件，并能获得良好的经济效果。随着数控技术的发展，采用数控系统的机床品种日益增多，有车床、铣床、镗床、钻床、磨床、齿轮加工机床和电火花加工机床等。此外还有能自动换刀、一次装卡进行多工序加工的加工中心、车削中心等。立轴的工艺系统主要由数控装置、伺服机构和机床主体组成。输入
7、数控装置的程序指令记录在信息载体上，由程序读入装置接收，或由数控装置的键盘直接手动输入。随着微电子技术、计算机技术和软件技术的迅速发展，立轴的工艺系统的控制系统日益趋向于小型化和多功能化，具备完善的自诊断功能；可靠性也大大提高；数控系统本身将普遍实现自动编程。 未来立轴的工艺系统的类型将更加多样化，多工序集中加工的立轴的工艺系统品种越来越多；激光加工等技术将应用在切削加工机床上，从而扩大多工序集中的工艺范围；立轴的工艺系统的自动化程度更加提高，并具有多种监控功能，从而形成一个柔性制造单元，更加便于纳入高度自动化的柔性制造系统中。1.2 工艺系统的分类1.2.1 数控立式铣床一、工艺系统的介绍轴
8、是组成机器的重要零件之一。用于支承作回转运动或摆动的零件来实现其回转或摆动，使其有确定的工作位置.按照所受载荷性质分类：轴可分为心轴、转轴和传动轴。 本课题所设计的工艺系统就是转轴，是既受弯矩又受转矩的轴，转轴在各种机器中最为常见。浙江纺织服装职业技术学院4二、工艺系统工艺设计2.1、工艺系统工艺设计设计内容：读零件图，绘制毛胚零件合图。制订机械加工工艺过程，编写设计说明书。零件中批量生产。2.2、零件图审查（1） 零件图的作用： 图 1-1 所示为工艺系统零件图(另附)。安装在减速器箱体中，用来做传替动力和扭矩。轴头用来与齿轮配合，做传替动力和扭矩，轴颈与轴承配合，用来支承固定整个轴。（2）
9、 零件的工艺分析： 该轴是减速器中重要的零件，结构简单，加工精度要求要。为普通的阶梯轴。1） 与轴承配合的两处轴颈有较高的圆跳度、圆柱度和表面粗糙度，最好在一次装夹中磨出。2） 两处轴头粗糙度为 1.6。采用精车。3） 键槽要求较高的平行度与对称度。由各种加工方法能达到的经济精度和一般机床能达到的精度看，该零件尺寸精度，形位精度及表面粗糙度要求均较高，除通用机床外，必须采用高精度机床，并辅之以适当的装夹方法和专用夹具才能完成。对上述有关表面尺寸精度、形位精度及表面粗糙度要求汇总见表 1-1。表 1-1 工艺系统的技术要求加工表面 粗糙度 硬度 HRC 精度要求 允许值尺寸精度 IT6圆柱度 0
10、.005轴颈 0.63 40-50圆跳度 0.015尺寸精度 IT6轴头 1.6 40-50 圆跳度 0.02浙江纺织服装职业技术学院5尺寸精度 IT9平行度 0.05/100键槽6.3 40-50对称度 0.04/1002.3、生产纲领的计算与生产类型的确定（1） 已知生产类型为中批量生产（2） 工序适当集中，以减少设备数量，尽量采用通用设备。关键工序必要时采用专用设备。（3） 采用专用夹具。在确保质量的前提下，使生产具有较大的柔性。2.4、毛坯的选择（1） 确定毛坯种类已知毛坯为模锻件。为保证质量，减少加工于量，采用立式精锻机锻造。用热轧棒料经拔长得到。（2） 确定锻件形状1）根据课程设计
11、第一章有关表格，确定表面单边加工余量为 2-2.5。2）根据课程设计表 1-8，端面加工余量确定为 8mm。根据以上条件，可绘制零件-锻件合图如图 1-2 所示。图 1-2 工艺系统零件-锻件合图2.4、定位基准的选择浙江纺织服装职业技术学院6（1） 选择粗基准该轴在精锻机上锻造，各外圆表面同轴度误差小，粗加工时以大端外圆定位，铣小端面打中心孔，掉头铣另一端打中心孔。（2） 选择精基准1）为保证轴头轴颈的同轴度，在粗车及精车时均以中心孔为基准，体现基准统一。2）轴颈精加工后，考虑到装夹方便，以轴颈为精基准，铣键槽。2.5、 拟定工艺路线（1） 选择表面加工方法根据课程设计第一章有关表格，选择表
12、面加工方法如下两出轴颈：粗车（IT11 ） - 半精车（IT9）-粗磨（IT6，8）- 精磨（IT5 ，7）两出轴头：粗车（IT11 ） - 半精车（IT9）-精车（IT6，9）非配合表面：粗车（IT11）- 半精车（IT9）键槽：采用键槽铣刀（ 14e8, 18e8）(2) 确定工艺过程方案根据各表面加工方法确定工艺路线为：备料-锻造 -正火-粗加工- 调质-半精加工-精车- 粗磨 -精磨。具体划分为以下五个阶段：1） 加工准备阶段 工序 1-3 为加工准备阶段，毛坯的制造和正火。2） 粗加工阶段 工序 4-7 为粗加工阶段，这个阶段可以用大的切削量除去大部分的余量，将毛坯加工到接近图纸要求
13、的形状，只留下少量加工余量给后续工序，同时安排调质处理，使工件机械性能满足使用要求。3） 半精加工阶段 工序 8 为半精加工阶段，在这个阶段主要为精加工做好准备，对与要求低的表面可以达到图纸要求，如非配合区的加工。4） 精加工阶段 工序 9-10 为精加工阶段，在这个阶段，所有表面加工到图纸要求。工艺系统中批量生产的加工工艺过程如表 1-2 所示。表 1-2 工艺系统加工工艺过程 浙江纺织服装职业技术学院7序号工序名称 工 序 简 图 加工设备1 备料2 精锻 立式精锻机3 热处理 正火4 锯头5 铣端面打中心孔专用机床6 粗车 车各外圆面及端面 卧式车床7 热处理 调质 220-240HB8
14、 半精车 车各外圆面及端面 较高精度的卧式车床9 精车 车各外圆面及端面 数控车床CSK616310 磨削万能外圆磨床11 铣键槽立式铣床X53T 型（3）确定工序尺寸及公差工序尺寸由后向前推算，在零件尺寸基础上加上本工序的余量即为该工序尺寸，在按经济精度确定公差等级，一般按“入体方向”标注。 浙江纺织服装职业技术学院82.6、 机床及工艺装备的选择（1） 选择机床该零件为中批量生产，采用高效机床。1）工序 5 为加工端面打中心孔，选用专用机床效率较高。2）粗车为粗加工，主要考虑加工效率，宜采用精度不高的旧机床，本工序选择通用卧式车床。3）半精车，主要是为精加工作准备，宜采用精度较好的卧式车床
15、。4）精车采用数控车床较佳。选 CSK6163。5）IT6 外圆采用精磨达到，粗精磨均采用万能外圆磨床。6）铣键槽采用 X53T 型立式铣床。（2） 选择夹具1） 粗车，半精车，可采用自定心卡盘及尾座顶尖。2） 精车，磨削，可采用两顶尖。3） 铣键槽采用专用夹具。（3） 选择刀具7）车床加工工序均采用硬质合金刀（YT5-YT15） 。8）磨削外圆采用平形砂轮，选棕刚玉磨料，磨料粒度号为 60 号-80 号，砂轮硬度为中软 1 或中 1，组织号为 5 或 6，选用陶瓷结合剂。砂轮代号：P400X60X127AM6V35（粗磨）P400X60X127WAK5V35（精磨）（4） 选择量具1）粗加工
16、，半精加工可选用通用量具： 游标卡尺2）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： 外圆选用卡规，测量时要注意从相互垂直的两个方向测量。3）键槽的尺寸公差测量可采用塞规，形位公差测量可采用三座标测量仪。2.7、确定各工序切削用量及时间定额仅以工序 8（半精车）为例确定切削用量和时间定额。（1） 切削用量浙江纺织服装职业技术学院9首先根据参考文献5表 12，刀片材料可选 YT5 硬质合金，此时已经过初加工，加工余量较均匀，可一次加工完成，切削用量中背吃刀量就是工序余量（约1.2mm） ，进给量 f1.2mm/r 左右，可不限制切削速度
17、v。（2） 时间额定无时间定额，计件，多老多得。2.8、工艺规程卡的填写机加工工艺过程卡片如表 1-3 所示。 （另附）050 工序的工序卡片如表 1-4 所示。(另附)三 立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
18、 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、零件材料的分析浙江纺织服装职业技术学院10本设计的零件是立轴，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
19、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。浙江纺织服装职业技术学院11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 2.53mm(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
20、的要求，端面加工余量确定 为 3mm3.5 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浙江纺织服装职业技术学院12序号 加工方法 经济精度（IT）表面粗糙度Ra(m)适用范围1 粗车 1113 256.32 粗车半精车
21、810 6.33.23 粗车半精车精车 69 1.60.84 粗车半精车精车抛光 68 0.20.025适用于淬火钢以外的各种金属序号 加工方法 经济精度（IT）表面粗糙度Ra(m)适用范围1 钻 1213 12.52 钻铰 810 3.21.63 钻粗铰精铰 78 1.60.8适用于淬火钢以外的各种金属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
22、。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 浙江纺织服装职业技术学院13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、
23、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
24、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。基于次原则本立轴的设计所选机床如下：立轴的工艺系统、钻床、磨床等（具体车床类型及型号请
25、看工艺卡片） 。（2）选择夹具粗车、半精车可采用定心卡盘及尾座顶尖。轴孔钻削深度小，宜选用低速钢钻头。浙江纺织服装职业技术学院14（3）选择量具粗加工、半精加工可选用通用量具。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。仿形车工序中轴向尺寸 30f6 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。精加工工序为零件完工尺寸，精度要求高，若用通
26、用量具，需选用比较仪、指示表，使用不便。故宜选用专用量具。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 立轴 材料牌号 QT602 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
27、 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数控车床 车刀，游标卡尺，两顶 针，三爪卡盘浙江纺织服装职业技术学院15(2) 换头用顶针和卡盘固定两端面，加工外径31.8，长度为 27.5060 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07
28、0 热处理 正火硬度 HB229302080 精磨外圆 精磨外圆 磨床 M1432B 外圆砂轮090 钻孔 9 M6 Z525 钻头， 游标卡迟，钻模100 孔粗加工 9 M6 Z525 钻头，游标卡迟，钻模110 孔精加工 9 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 Z80S650 T01 M03G01 X51 Z2 F0.2G91X35Z27.5X33X31.8X30.6X30.4X30.2X30浙江纺织服装职业技术学院
29、16G00 X51 Z4M02M30四 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一：13 所示，以
30、30 的左端面为定位面，限制它的五个自由度 ， X， ，X，Y。 Y Z方案二：13 所示，以30 的右端面为定位面，限制它的五个自由度 ， X， ，X，Y Y Z浙江纺织服装职业技术学院17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 319 和 320 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 14 所示它可限制 Z 自由度，虽然它的结构
31、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 14浙江纺织服装职业技术学院18（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。0 -02计算中心距尺寸（16 ）mm 定位误差D 为0 -02D=B+Y由图 13 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 , H7 n68H7 为8+0.021 8n6 为8-0.002 于是 Xmax=Dmax-dmin=8.021-7.998=0.023mmD=Y= Xmax=0.023（mm）其中：G =0.2mmD
32、允=1/3G=0.06D则 DD 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+21 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=02 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=1/3G=1/30.03=0.01(mm)显然 DD 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 相同浙江纺织服装职业技术学院19
33、D=Y=0.023mm其中：G=0.2mmD 允=1/3G=1/3 0.2=0.06mm显然 DD 允 3）加工9 孔，要求保证其中心距为 80mmD=B+YD=Y=0.023mm其中 G=0.2mmD 允=1/3G=1/3 0.2=0.06mm显然 DD 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 15 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
34、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，不必进行夹紧力校浙江纺织服装职业技术学院20图 15 图 16（2）加工 M6 孔时如图 16 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 FF=9.81CFd f FkFz 0Y 设 f=0.25mm,以知 d011mm 其余参数查文献得：F=9.8161.2110.250.70.688=2167.5（N）2） 钻削力矩 T2T=9.81CMd Mf MkM=9.810.031111 0.25 0.866=9.866（N.m）z 0
35、Y 3） 使工件转动的转矩 T3由图 16 知 7T3=FL=2167.150.015=32.15（N.m）4） 防转夹紧力 F根据力的平衡原理得：F3 fr+2Fn frKT3得 F3=9030.56（N）5） 夹紧机构产生的夹紧力为 F3根据出版选用螺杆直径为 M12mm，由参考文献【9】查得，采用 M12 的螺杆时，许用夹紧力 F3F3 。显然满足夹紧力要求浙江纺织服装职业技术学院214.5 导向装置的设计及其它装置结构、夹具体的确定1 加工 M6 螺纹孔导向装置的确定为适应钻、扩、铰的要求，现选用快换钻套及之相适应的村套，它们的主要尺寸和结构由表 357 和 358 选取。具体尺寸如表
36、 17 所示表 17 快换钻套及衬套尺寸由机械加工手册得：钻套端面至加工面间的距离一般取（0.31）d(d 为钻头直径，取 8mm.2 加工9 孔的导向装置的确定为维修方便，不采用固定钻套，而选用可换钻套，它们的主要尺寸和结构由表 35 和表 358 选取。其主要尺寸如表 18 所示。表 18 可换钻套及衬套尺寸钻套端面至加工表面的距离，选取原则与 M6 孔相同，因加工精度底，为方排屑， 取 12mm各导向件至定位元件间的位置尺寸公差按工件相应公差的 1/21/5 选取。因此，它们分别为（16 ）mm,(56 )， （800.2） 。M6 孔对轴心线基准面垂直度允差0 005 0 0、 20.
37、05mm9 孔对轴心线基准面平行度允差为 0.05mm3 其它装置的确定为便于排屑，辅助支承采用螺旋套筒式；为便于夹具的制造和维修，钻模板与夹具的联接采用装配式。夹具体采用开式，使加工、观察、清理切削均方便。4.6 确定夹具技术要求和有关尺寸、公差配合1 技术要求浙江纺织服装职业技术学院22（1） 定位元件与夹具底面的垂首度误差允许值在全长上为 0.03。mm（2） 导向元件与夹具底面的垂直度误差允许值在全长上为 0.03。mm（3） 导向元件与夹具底面的平行度误差允许值为 0.02mm2、公差配合（1）M6 孔钻套、衬套 、钻模板上内孔之间的配合代号及精度分别为：14 8H7 N6 H7 N
38、6（2）14 8H7 N6 H7 N6（3）其余部位的公差配合代号及精度按总装配所示。4.7 夹具精度分析与计算由图 11 所示，所设计夹具需保证的加工要求有；尺寸(56)mm, 尺寸(16 )mm, 0 -02尺寸(80)mm,9 孔与基准面 C 的垂直度 0.03mm，M6 孔与基准面 B 的垂直度 0.03mm.其中尺寸 80mm, 尺寸 56mm, ,，要求较底，不必验算，其余各项精度要求分别验算如下；（1） 尺寸（16 ）mm0 -02（2） 定位误差D，由前计算已知D=0.023（3） 定位元件对底面的垂直度误差A=0.03（4） 钻套与衬套间的最大配合间隙T1=0.033（5）
39、衬套孔的距离公差T2=0.1（6） 麻花钻与钻套内孔的间隙 X=0.050；得： J= D +A+T1+T2 +X= 0.023+0.03+0.033+0.1+0.050=0.0342/3 G=2/30.2=0.12因而夹具能保证尺寸这项加工要求。由于夹具设计的各部分分析与计算以进行，结果符合要求，在草图的基础上绘制正式的总装配图 三、夹具设计3.1、设计任务浙江纺织服装职业技术学院23（1） 设计减速器轴键槽铣削夹具。（2） 加工工件零件图如图 1-1 所示。（3） 生产类型：中批量生产。（4） 毛坯：模锻件。（5） 工艺内容：本工序在 60r6 和 45r6 两处分别铣削键槽，工序图如图
40、2-1 所示。在进行本工序前，定位基准 55k6 和 55f7 外圆以加工达到图纸技术要求。该工序所用的设备为 X53T 型立式升降台铣床， ，刀具选择标准键槽铣刀， 本工序选用 14e8 和 18e8 键槽铣刀。图 2-1（6） 工序的加工要求：键槽宽分别为 18mm 和 1mm4；键槽深度分别为 53mm 和 39.5mm；键槽中心平面与轴颈中心线的平行误差为 0.05/100，对称度为 0.04/100。3.2、拟定夹具的结构方案1、 夹具类型的选择由与该工件生产为中批量生产，且工件体积小，结构不复杂，从经济耐用的要求考浙江纺织服装职业技术学院24虑，本工序加工夹具不宜太复杂，自动化程度
41、不宜太高。故拟定选用简单的 V 形块定位螺旋压板夹紧机构。2、 定位装置的设计（1） 定位方案的确定方案一：以 55k6 外圆表面自定心三爪卡盘与活动顶尖定位，限制Y，Y，Z，Z 四个自由度。这种定位方案无法保证轴向尺寸精度，再由于夹紧力方向与切削力方向不一致，切削力远离定位支承面，夹紧不稳定，如图2-2 所示。图 2-2方案二：工件以外圆和端面在 V 形块上和止动定位销定位，限制X，Y，Y，Z，Z 五个自由度。由于 V 形块定位精度高，工件轴向位置用止动定位销定位，能保证加工精度。另外，夹紧力方向与切入方向(垂直进刀)一致，且夹紧力在主要定位支承面内，定位夹紧可靠，如图 2-3 所示。从以上
42、两个方案比较来看，方案二明显地优于方案一，故采用第二方案作为本工序的定位方案。 图 2-3浙江纺织服装职业技术学院25（2） 定位误差分析选用 V 形块定位，不计其制造误差，所以工件采用 55k6 与 55k7 两外圆表面定位时，只有定位基准面的制造误差，造成工件定位中心偏移，产生基准位移误差，而且方向不定，由此可知：B1=0 B2=0Y1=0.707d1=0.013（mm）Y2=0.707d2=0.021（mm）考虑到定位基准面制造时的尺寸公差，圆柱度误差，圆跳动误差等随机误差等综合因素的影响，所以用概率叠加法计算基准位移误差：Y1= (mm)024.15.0.13. 222Y2=Y2=0.
43、021(mm)由此可知，定位基准沿 Z 轴方向最大位移分别为 0.0204mm 和 0.021mm，并且影响其键槽深度方向的尺寸精度。 工序尺寸 530 -0.2 公差：1=0.20(mm)工序尺寸 39.50 -0.2 公差：2=0.2(mm)D1=y1=0.02041/3=0.067mm, D2=y2=0.0211/32=0.067mm,故采用此定位方案精度足够。3.3、夹紧装置设计1、夹紧机构根据该产品是中批量生产，因此夹具的夹紧机构也同样不宜太复杂，自动化程度也不能太高，采用螺旋压板夹紧机构，采用 M12 螺栓作为夹具夹紧螺栓。2、夹紧力计算 根据理论力学的力平衡理论，夹紧摩擦力矩应与
44、铣削力矩平衡，即 M 摩=M 切。（1） 铣削力矩 M 切的计算查文献5得：FZ=CFZa0.86 ea0.72 fd-0.86 0apZ其中 CFZ=68.2，ae=18, Z=4设： af=0.15,ap=7.25所以 FZ=CFZa0.86 ea0.72 fd-0.86 0apZ=68.2180.86 0.150.72 18-0.86 浙江纺织服装职业技术学院267.254=4942(N)切削力矩 M 切= =49420.009=44.48(Nm)2dFz0（2） 夹紧力的计算由表 3-1 查 V 形块定位夹紧力计算公式得FWK 总=KFW= 2/sin12adfKM切取 K=2.0，f
45、=0.25得 FWK 总=4912.69(N)由于该夹具采用双压板夹紧机构，故每支压板只承受总夹紧力的一半，所以每根夹紧螺栓所承受的夹紧力：FWK=2456.35(N) (3)选择夹紧螺栓直径根据夹紧力方向和作用点的选择原则，依照方案二，选用两只 M12150 螺栓作为夹紧螺栓，且置于工件的同一侧，铣削键槽垂直进刀时，切削力 FZ 与夹紧力 FWK 方向相同，FWK1 和 FWK2 分别作用在定位支承 A 和 B 两 V 形块上(如图 2-3 所示)。切削扭炬 M 切使工件转动，为防止工件发生转动，夹具夹紧机构应有足够的摩擦力矩与之平衡。铣削时，若两压板与工件接触处的摩擦力矩忽略不计。铣削第一
46、个键槽切入最深处时，轴向力最大，为最不利因素。若假设作用在 P 点(如图 2-4 所示)，将此处作为验算依据，在垂直于铣刀轴线平面内，根据力矩平衡原理，对支点 B 取矩，即MB=0,设 MB 为顺时针方向。M 切+MB-MB=0MB=0，AB=200，M 切=MA得 FWA=222.4(N)又根据图 4-14，由力矩平衡原理，得MA2+MA-MA1=0MA2=0，MA=MA1得 FWKA=556(N)即 A 处螺栓需要承受 556N 的夹紧力。由文献9查得，螺栓直径为 12mm 时，带手柄螺母夹紧达 3510N，远远大于所需夹紧力，故选用 M12150 螺栓作为夹紧螺栓，安全可靠。浙江纺织服装
47、职业技术学院27图 2-4 铣削受力图 2-5 夹紧力 浙江纺织服装职业技术学院28四、数控编程精车程序O0001G50 X200 Z60 T0101G97 S630 M03；G90 G00 X100 Z50；X41 Z2；G01 Z0 F0.15 M08；X45 Z-2；Z-70；X55；Z-171；X60；Z-249；X70；Z-258；G00 X200 Z60 M09 ;M30;浙江纺织服装职业技术学院29O0002G50 X200 Z60 T0101;G97 S630 M03;G90 G00 X100 Z50;X51 Z2;G01 Z0 F0.15 M08;X55 Z-2Z-21;X70 Z-32;G00 X200 Z60 M09;M30;五、课题总结本课题采用 Pro/E 和 AutoCAD 软件进行减速器轴的设计与制造，比传统的设计制造方法有着极大的优越性，提高了产品的质量和精度。用数控机床加工大大提高了零件的精度和效率。通过本课题的训练过程，初步学会了先进的设计方法，制造和加工技术。浙江纺织服装职业技术学院30小结三年的大学学习，让我对数控技术与应用方面的知识有了一个系统而又全新的的认识，也对计算机方面的知识
