输出轴毕业设计说明书

上海第二工业大学

毕业设计

输出轴的加工工艺分析及专用夹具设计

系名：________机电工程系____________

专业班级：_________08交通A2____________

学生姓名：_________宋箐_______________

学号：_______084811589______________

指导教师姓名：_____ 蔡池兰____________

指导教师职称：_____ ____________

目录

引言 (5)

第一章零件的分析 (7)

1.1 零件的作用 (7)

1.2 零件的工艺分析 (7)

第二章变速器输出轴的机械加工工艺规计 (9)

2.1 零件的工艺性分析及生产类型确定…………………………………………………

2.1.1 零件的作用…………………………………………………………………

2.1.2 零件的工艺性分析……………………………………………………

2.1.3 确定零件的生产类型……………………………………………………

2.2 确定毛坯种类,绘制毛坯图……………………………………………………

2.2.1 确定毛坯种类…………………………………………………………………

2.2.2 确定毛坯尺寸及机械加工余量………………………………………

2.2.3 绘制毛坯图…………………………………………………………………

2.3 选择加工方法,拟定工艺路线……………………………………………

2.3.1 定位基准的选择……………………………………………………

2.3.2 零件加工表面方法的选择……………………………………………………

2.3.3 加个阶段的划分……………………………………………………

2.3.4 工序的集中与分散……………………………………………………

2.3.5 工序顺序的安排……………………………………………………

2.3.6 确定工艺路线……………………………………………………

2.3.7 工序间余量和工序尺寸的确定……………………………………

第三章工艺规程设计 (11)

3.1 定位基准的选择 (12)

3.2 制定工艺路线 (12)

3.3 选择加工设备及刀，夹，量具 (13)

3.4 加工工序设计 (13)

第四章夹具设计 (15)

4.1 夹具设计方案 (15)

4.1 第1套夹具设计 (16)

4.2 第2套夹具设计 (16)

结论 (18)

致谢 (19)

参考文献 (21)

输出轴的加工工艺分析及专用夹具设计

摘要：现代机械加工行业发生着深刻的结构性变化，工艺工装的设计与改良已成为相关企业生存和发展的必要条件。动力装置行业作为一个传统而富有活力的行业，近十几年取得了突飞猛进的发展。在新经济时代，这一行业呈现了新的发展趋势，由此对其动力装置的质量、性能产生了新的变化。输出轴作为动力装置的主要零件，工艺工装的设计与改良直接影响着其质量与性能。

本文首先介绍了输出轴的作用和工艺分析，其次确定毛坯尺寸，然后进行了工艺规程设计，最后对第70道工序和第80道工序进行了夹具设计。

关键词：工艺分析工艺规程设计夹具设计

The design of the output shaft technical frock

Abstract The modern machine-finishing profession is having the profound constitutive change, the craft work clothes design and the Improvement has become the correlation enterprise survival and the development essential condition. The power unit profession takes a tradition but the rich vigor profession, in the recent several years has obtained the development which progresses by leaps and bounds. In the new economical time, this profession has presented the recent development tendency, from this to its power unit quality; the performance has had the new change.The output shaft took the power unit the major parts, the craft work clothes design and the improvement directly is affecting its quality and the performance.

This article first introduced the output shaft function and the craft analysis, next the definite semi finished materials size, then has carried on the technological process design, finally has carried

on the jig design to the 70th working procedure and the 80th working procedure.

Key words technical analyze the technical rules plan modular design

引言

制造业的历史可追溯到几百万年前的旧石器时代。猿进化成人的一个重要的标志就是工具的制造。可见，工具的制造对人类的影响是极其巨大的。从某种程度上说，工具的先进水平决定着生产力的高低。社会的发展与变革，是伴随着劳动工具的发展与变革。制造业是任何一个发达国家的基础工业，是一个国家综合国力的重要体现。而在制造业中，夹具工业又是制造业的基础，得到了各个国家的高度重视。尤其在今天以知识为驱动的全球化经济浪潮中，由于激烈的市场竞争，夹具工业的内涵、深度和广度都发生着深刻的变化，各种新的夹具设计、制造加工方法不断出现，推动着我们的社会不断的向前发展。

夹具工业是现代工业的基础。它的技术水平在很大程度上决定了产品的质量和市场的竞争力。随着我国加入“WTO”步伐的日益加快。“入世”将对我国夹具工业产生重大而深远的影响，经济全球化的趋势日益明显，同时世界众多知名公司不断进行结构调整，国内市场的国际性进一步显现，该行业的将经受更大的冲击，竞争也会更加剧烈。在如此严峻的行业背景下，我国的技术人员经过不断的改革和创新使得我国的模具水平有了较大的提高，大型、复杂、精密、高效和长寿命的夹具又上了新台阶。

夹具是每个机制制造方面目前普遍用的，它可以大批量生产，节省人力物资，效率相对高，操作方便，结构合理，它的成本低廉，适合广大人群所承受的能力。

毕业设计的意义：

毕业设计是学生从学习向工作过度的综合锻炼，也是一次提高和再学习的机会。毕业设计从准备到设计结束几乎要花去一个学期的时间，最后要形成一整套的文档资料。毕业设计也是对学生最后的综合考核，因此，扎实认真高质量的完成毕业设计任务，具有重要意义！

1. 通过毕业设计的准备工作，进一步提高我们独立调研能力以及专业业务素质。并通过文献查阅、现场收集资料等工作。锻炼解决夹具工程技术的问题的能力。

2. 能巩固深化扩充我们的专业知识，并通过毕业设计中对涉及到的问题的分析研究，提出我们自己的见解和观点。

3. 通过毕业设计，树立良好的工作思想和细致、严谨、科学的工作态度，为一个未来的工程师奠定基础！

这次设计使我能综合运用机械制造工艺学中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践经验知识，独立的分析和解决工艺问题，初步具备了设计一个中等复杂程度零件（输出轴）的工艺规程的能力和运用夹具设计的基本原理和方法，拟订夹具设计方案，完成夹具结构设计的能力，为未来从事的工作打下良好的基础。

由于能力所限，经验不足，设计中还有许多不足之处，希望各位老师多加指教。

首先认真分析已给定的输出轴零件图纸，明确相关技术要求和加工质量要求，在读懂图纸的基础上，利用 AUTOCAD 绘制该输出轴的三维模型；然后根据图纸上相关要求等确定该零件的生产类型，经分析本次设计的零件属大批量生产。其次，对零件进行工艺分析，确定毛坯类型和制造方法，输出轴的材料为 45 钢。拟采用以锻造的形式进行毛坯的制造，然后设计两套不同的工艺路线方案，分析两套方案的优劣并根据实际生产条件和相关要求确定最终方案，完成机械加工工序设计，进行必要地经济分析。最后，对某道加工工序进行夹具装配图及主要零件图的设计，对夹具进行精度校核并对其设计质量进行评估。

第一章零件的分析

1.1零件的作用

下面所示为动力输出装置中的主要零件。φ80mm孔与动力源（电动机主轴等）配合起定心作用。用10-φ20mm销将动力传至该轴。再由φ55mm处通过键将动力输出。该轴在工作中需要承受一定的冲击载荷和较大的扭矩。因此，该轴应具有足够的耐磨性和抗扭强度。A,B是两段支轴颈。

1.2零件的工艺分析：

一、分析、审查产品的零件图和装配图

制定工艺规程时，首先应分析零件图及该零件所在部件的装配图。了解该零件在部件中的作用及零件的技术要求，找出其主要的技术关键，以便在拟定工艺规程时采取适当的措施加以保证。

二、零件的结构工艺性分析

所谓零件的结构工艺性是指设计的零件在满足使用要求的前提下，其制造的可行性和经济性。

由图3-5所示得知：其零件材料为45钢，调质处理200HBS，此为低碳钢具有较高

的强度，耐磨性，耐热性及减振性适用于较大应力，要求耐磨的零件。

该零件的主要加工面为轴的表面和孔10-φ20mm的销。轴的表面会直接影响配合的接触精度和密封。键槽的平行度也直接影响配合的精度。10-φ20mm销的精度要求很高也是该零件加工的关键所在。该零件上的平行度为0．08，圆度为φ0。05和圆跳读0。04。

由参考文献中有关资料所得和机床所能达到的位置精度可知，上述技术要求是可以达到的，零件的工艺性是可行的。

第二章确定毛坯，画毛坯图

在拟订机械加工工艺规程时，毛坯选择得是否正确，不仅直接影响毛坯的制造工艺及费用，而且对零件的机械加工工艺、设备、工具以及工时的消耗都有很大影响。毛坯的形状和尺寸越接近成品零件，机械加工的劳动量就越少，但毛坯制造的成本可能会越高。由于原材料消耗的减少，会抵消或部分抵消毛坯成本的增加。所以，应根据生产纲领、零件

的材料、形状、尺寸、精度、表面质量及具体的生产条件等作综合考虑，以选择毛坯。在毛坯选择时，应充分注意到采用新工艺、新技术、新材料的可能性，以降低成本、提高质量和生产率。

毛坯的种类包括：铸件、锻件、型材、冲压件、冷或热压制件、焊接件等。合理的选择毛坯，通常从下面几个方面综合考虑：1、零件材料的工艺特性；2、生产纲领的大小；

3、零件的形状和尺寸；

4、现有的生产条件。

根据零件材料确定此毛坯为锻件，又由题目已知零件的生产纲领为6000/年。锻造时应安排人工调质处理200HBS

参考文献，＜1＞表2。3-7，该锻件的尺寸公差等级为IT7-13级加工精度要求高的地方：例如：粗，h10,IT9-IT10 (6.3-3.2), 精，h8 IT7-IT8, (1.6-0.8).

根据该零件的各加工精度要求，经过查表得锻造的毛坯尺寸为各加工表面都留有加工余量4mm，因此为圆柱所以保留加工余量为8mm.。

加工表面基本尺寸加工余量等级加工余量数值

φ176 176mm H 4 (mm)

φ140 140mm H 4

φ80+0.042/+0.012 80 mm G 4 φ50 50 mm H 4

φ75+0.023/+0.003 75 mm G 4

φ65+0.023/+0.003 65 mm G 4

φ60+0.065/+0.045 60 mm G 4

φ55+0.023/+0.003 55 mm G 4

16+0/-0.043 16 mm G 4

10-φ20-0.019/-0.042 20 mm G 4

2-φ8 8 mm H 4

2-B6/5 —— H —

以上为各加工表面的总余量。

锻件直接锻造出此大概形状，参考文献（1）表2.3-6。用查表法确定各个加工的总余量如上图所示。

由参考文献（1）2.3-9可得锻件主要尺寸的公差如下表所示：

主要毛坯尺寸及公差（mm）

主要面尺寸零件尺寸总余量毛坯尺寸公差CT

244 8 252 ——

锻件的长度尺

寸

锻件的宽度尺

φ176 8 184 ——

寸

各阶梯圆柱尺φ55 4+4 63 3.2

寸

————φ60 4+4 68 3.2

————φ65 4+4 73 3.2

————φ75 8 83 3.2

凹槽尺寸φ50 8 58 ——

第三章工艺规程设计

3.1 定位基准的选择：

粗基准的选择：考虑到以下几点要求，选择零件的重要孔的毛坯孔和轴面作粗基准：1、在保证各加工余量的前提下，使重要孔的加工余量尽量均匀；2保证定位准确、夹紧可靠。

选择精基准的出发点是保证加工精度，特别是加工表面的相互位置精度，以及安装的方便可靠。其选择的原则如下：1、基准重合原则；2、基准统一原则；3、自为基准原则；

4、互为基准原则；

5、所选精基准应能保证工件定位准确稳定，装夹方便可靠，夹具结构简单适用。

精基准的选择：加工输出轴，通过了解零件结构特点和加工精度要求，可以初步选定车各阶梯圆柱面时分别以不加工面为基准。选定A面面积较大，定位比较稳定，夹紧方案比较简单，可靠，操作方便，使用夹具即可。利用钻顶尖孔可以对精加工面进行自由度的限制确保加工达到要求精度。

3.2制定工艺路线

根据毛坯的结构特点，制订出如下工艺路线。

1 粗车大端面，都以面积最大的阶梯圆柱面为定位基准，限制4个自由度加工大端面。

2 粗车各阶梯圆柱面，以φ176为定位基准，限制其4个自由度，粗车小端面

3 镗凹槽：以最大面积圆柱面为基准在车床上镗出阶梯凹槽

4 半精车各阶梯圆柱面

5 铣键槽

6 钻孔：10-φ20-0.019/-0.042 用设计出的夹具来加工

7 钻孔：2-φ8 用设计出的夹具来加工

8 精车各阶梯圆柱面

具体的工艺路线如下：

10锻造毛坯

时效消除应力

20粗车外圆φ176大端面

30粗车外圆φ75+0.023/+o.oo3φ65+0.023/+0.003φ60+0.065/+0.045

φ55+0.023/+0.003

40 镗阶梯凹槽：

粗镗φ104φ80+0.042/+0.012φ50

半精镗φ80+0.042/+0.012

精镗φ80+0.042/+0.012

50半精车外圆φ75+0.023/+o.oo3φ65+0.023/+0.003φ60+0.065/+0.045φ55+0.023/+0.003

60 铣键槽

70 钻孔：钻 10-φ20-0.019/-0.042

扩 10-φ20-0.019/-0.042

铰 10-φ20-0.019/-0.042

80 钻孔 2-φ8

90 检验

100 入库

3.3 选择加工设备及，刀，夹，量具

由于生产类型大批生产，故加工设备宜以通用机床为主，辅以少量专用机床，其生产方式为以通用机床及专用夹具为主，辅以少量专用机床的流水生产线，工件在各机床的的装卸及各机床间的传送均由工人完成。

车各外圆时，多是用车床完成，夹紧方案为专用车夹具及三爪卡盘定位。铣键槽也可以用车床完成。C6。只有钻孔10-φ20-0.019/-0.042 和孔 2-φ8 时要求工人自己设计夹具在钻床上完成，量具选用游标卡尺即可。

工序70钻孔10-φ20-0.019/-0.042，孔倒角为1*45度要分钻，扩，铰三道工序才能达到φ20-0.019/-0.042 的要求所以选用角铢式钻床夹具。选用锥柄麻花钻，锥柄扩孔复合钻，扩孔是倒角。选用锥柄机用铰刀，专用夹具。快换夹头，游标卡尺。

工序80钻孔2-φ8 选用人工设计夹具锥柄麻花钻一次性加工完毕。

3.4 加工工序设计

工序20粗车外圆φ176端面（最大）

粗加工公差等级为IT11-IT13。粗加工余量为1.8mm

查文献（1）表2.6-6其公差为TN-B粗=0.16所以 Xn-b粗=47.5 +_0.08mm。参考文献（1）2.4-73 取粗车每齿进给量fz为0.2mm/z 精车f=0.5mm/r 粗车走刀一次。ap=3.5mm 精车走刀一次，ap=1.5mm

粗车外圆进给量查表可得：

粗车外圆 Ap(mm) F(mm/r) V(mm/r)

3 0.6 34

φ176选刀杆直径

16*25

φ75 5 0.5 38

φ65 5 0.5 38

φ60 5 0.5 38

φ55 3 0.4 44

半精车外圆φ75 3 0.7 31

φ65 3 0.7 31

φ60 3 0.7 31

φ55 3 0.7 31 精车外圆φ75 3 0.4 44 φ65 3 0.4 44

φ60 3 0.4 44

φ55 3 0.4 44 以上f为进给量 ap深度 v是速度

由V=∏dn得粗车外圆φ176时 V=∏dn 34=∏×176n→n≈60

选择车床型号为CA6140。主轴正转转速范围是10∽1400r/min

其中最常见的有 63、 80、100、 126、 287、 400、 630、 1000。

∴取n=63 ∴v=3.14×75×63＝54mm/r

粗车外圆φ75时同上可得： 38=∏×75n→n≈115

∴取n=126 ∴v=3.14×75×126=29mm/r

粗车外圆φ65时 38=3.14×65n→n≈186

∴取n=126 ∴v=3.14×65×126=25 mm/r

粗车外圆φ60时 38=3.14×60n→n≈201

∴取n=287 ∴v=3.14×60×287=54 mm/r

粗车外圆φ55时 44=3.14×55n→n≈254

∴取n=287 ∴v=3.14×55×287=49mm/r

半精加工外圆φ75时 31=3.14×75n→n≈131

∴取n=126 ∴v=3.14×75×126=29mm/r

半精加工外圆φ65时 31=3.14×65n→n≈151

∴取n=126 ∴v=3.14×65×126=25mm/r

半精加工外圆φ60时 31=3.14×60n→n≈164

∴取n=126 ∴v=3.14×60×126=23mm/r

半精加工外圆φ55时 31=3.14×55n→n≈179

∴取n=126 ∴v=3.14×55×126=21mm/r

精加工外圆φ75时 44=3.14×75n→n≈186

∴取n=126 ∴v=3.14×75×126=29mm/r

精加工外圆φ65时 44=3.14×65n→n≈215

∴取n=215 ∴v=3.14×65×215=43mm/r

精加工外圆φ60时 44=3.14×60n→n≈233

∴取n=287 ∴v=3.14×60×287=54mm/r

精加工外圆φ55时 44=3.14×55n→n≈254

∴取n=287 ∴v=3.14×55×287=49mm/r

钻孔10-φ20-0.019/-0.042：通过计算可得

粗钻 n=1000r/min f=0.3mm/r v=24m/min ap=3.5mm/r

扩孔 n=630r/min f=0.3mm/r v=15.6m/min ap=0.45mm/r

铰孔 n=1000r/min f=0.3mm/r v=15.8m/min ap=0.05mm/r

镗孔φ50 φ80+0.042/+0.012 φ104

粗镗时 ap=2.75 v=0.4m/s f=0.2mm/r

N=1000v/∏d ∴n1=1000×24/3.14×50r/m=152r/min ∴n2=1000×24/3.14×80r/m=95r/min

∴n3=1000×24/3.14×104r/m=75r/min

半精镗φ80+0.042/0.012时 ap=2.05 v=1.2m/s f=0.12mm/r

∴n=1000×72/3.14×80r/m=286r/min

精镗φ80+0.042/0.012时 ap=0.25 v=1.8m/s f=0.05mm/r

∴n=1000×108/3.14×80r/m=429r/min

第四章夹具设计

本次设计的夹具为第70道工序和第80道工序，钻-扩-铰Φ20孔的钻夹具和的钻孔Φ

8mm夹具。

1确定设计方案

这道工序所在的孔在C面上，且与C面垂直。按照基准重合原则并考虑到目前只有C 面加工过，为了避免重复使用粗基准，应以C面定位。又为避免钻头引偏，Φ20孔应从C 面钻孔。没有盲孔的存在，这样钻起来比较容易方便。

从对工件的结构形状分析，若工件以C面朝下放置在支承板上，定位夹紧都比较稳定，可靠，也容易实现。待夹紧后，夹具以夹具体安装面和定位孔，定位销定位。

工件以C面在夹具上面定位，限制了三个自由度，其余三个自由度也必须限制。

方案1 在Φ20的孔的两头用销定位，一头用浮动销，另一头用固定销，再以长V形块限制N面。这种定位方案从定位原理上分析是合理的，夹具结构简单，操作方便。

方案2 用两个圆弧型凸台夹住零件，并用V形块限制N面的四个自由度，用螺栓将V形块与凸台固定，即限制了移动自由度又限制了转动的自由度，这样结构简单，夹紧方便，操作也方便。

2 计算夹紧力并确定螺杆的直径

参考文献（3）表1-2-11，因为夹具的夹紧力与切削方向相反，实际所需要夹紧力F 夹与切削力F之间的关系F夹=KF

式中K为安全系数，参考文献（6），当夹紧力与切削力方向相反时，取K=3

当前面的计算可知F夹=KF=3×2616=7848N

参考文献（3）表1-24，从强度考虑，因为一个M10的螺栓能承受3924N的许用夹紧力，所以用M10的螺栓完全能满足强度要求。但是从夹具的刚度及整体结构的对称性考虑，这里选用M16的螺栓。

3对称精度的分析

2-Φ8mm孔是在一次装夹下完成加工的，它们之间的位置精度由钻模套保证。由参考文献（3）表1-10-1，取公差等级的1/4，即夹具尺寸公差为±0.125mm。

同理，Φ14的孔，故取夹具钻模板上相应的钻套孔相距76±0.013mm

参考文献（3）表1-10-6，取

衬套与夹具体模板的配合为H7/r6

钻套，扩孔套和铰套与衬套的配合为H7/g6

钻，扩孔时刀具与导套内孔的配合F8/h6

4.1 第一套夹具

本次的设计的夹具是第70道工序---10-φ20-0.019/-0.042。扩，铰并倒角1×45度。该夹具适用于角铁式车床夹具。

确定设计方案

这道工序所加工的10个孔都是在大端面上加工，且是均布在其表面上的，并且此10个孔的加工精度要求很高。此零件长度为244mm而且是阶梯形圆柱输出轴所以只有从大端面上朝下加工。这样工件夹紧就好设计了。

根据工件的结构特点看，装夹方案如下：

如图所示：1为与夹具体的V形块，2为可动V形块。夹具体的钻模板设计成圆形并且带有 10个钻套的，这样可以一次性把10个孔同时加工出来，具体的图形布局方案见夹具装配图。

从上图可得到，此夹金方案限制了工件的5个自由度。1限制了四个自由度2限制了

一个自由度。

为了能让工件卸装方便且在1和2之间设计了可活动螺栓。夹具体底部有四槽。

4.2第二套夹具

本次的设计的夹具是第80道工序---2-φ8的斜孔粗钻该夹具使用于Z302钻床。

确定夹具方案

这道工序所加工的两个孔为斜孔与水平面夹角为30度两孔对称分布故在加工是应使此两孔的中心线与水平面垂直工件与夹具体底座成30度。工件底部是台阶孔故第一个φ104的孔与夹具体上的一高为10mm，直径约为104mm的圆柱凸台配合。圆柱凸台应小于孔直径φ104mm因为这样便于配合。这样工件夹紧就好设计了。

根据工件的结构特点看，装夹方案如上图：

如图所示：用两个凸台夹住零件，V型块限制其自由度，用螺栓将V型块固定在凸台上。夹具体的钻模板设计为铰链式钻模板并且带有特殊钻套，以有利于对工件的加工夹紧机构为移动式压板，置于斜孔两侧不会影响孔的加工。具体的图形布局方案见夹具装配图。

结论

这次毕业设计是对我在大学四年中所学知识的重要总结，它将我所学的科学理论知识与社会实践相结合，是我们大学生从学校步入社会的主要载体之一。也正因为如此，我们应该认真的面对，做到一丝不苟。

在这两个月里，通过老师的细心指导，在同学的积极帮助和我的不懈努力下，我完成了这个重要的毕业设计。

在这次设计中我遇到不少难以解决的问题，比如：夹具的设计问题、CAD的绘图问题以及说明书的编写问题。通过对这些问题的认识，我知道自己的一些薄弱环节；也通过解决这些问题，我更进一步的对所学专业知识的巩固加深。所谓“温故而知新”，在这些知识的基础上还明白了许多课本所未涉及的知识，令人振奋！

这次设计使我能综合运用机械制造工艺学中的基本理论，并能结合生产实习中学到的实践经验知识，独立的分析和解决工艺问题，初步具备了设计一个中等复杂程度零件（输出轴）的工艺规程的能力和学到了夹具设计的基本原理和方法，拟订夹具设计方案，完成