2012屆工業工程專業
指導教師張比鵬
2012-2-27
一、概述
1．生產系統**類設計題目一律定為：「××零件的機械加工系統設計及**」
生產綱領為：中批或大批生產（10000件）
2．設計的要求包括以下幾個部分：
零件圖1張
毛坯圖1張
機械加工工藝過程綜合卡片1張
生產線布局圖1張
機械加工工藝系統建模與**光碟1張
各工序的工序卡片1套
某道工序工序的專用夾具設計1套
畢業設計說明書1份
二、設計的內容與步驟
1．對零件進行工藝分析，畫零件圖
學生在得到設計題目之後，應首先對零件進行工藝分析。其主要內容包括：
(1)分析零件的作用及零件圖上的技術要求；
(2)分析零件主要加工表面的尺寸、形狀及位置精度、表面粗糙度以及設計基準等；
(3)分析零件的材質、熱處理及機械加工的工藝性。
零件圖應按機械製圖國家標準仔細繪製。除特殊情況經指導教師同意外，均按1：1比例畫出。零件圖標題欄如圖1所示。
圖1 零件圖標題欄
2．選擇毛坯的製造方式
毛坯的選擇應該以生產批量的大小、零件的複雜程度、加工表面及非加工表面的技術要求等幾方面綜合考慮。正確地選擇毛坯的製造方式，可以使整個工藝過程更加經濟合理，故應慎重對待。在通常情況下，主要應以生產性質來決定。
3. 擬定工藝路線
(1)制訂工藝路線。在對零件進行分析的基礎上，制訂零件的工藝路線和劃分粗、精加工階段。對於比較複雜的零件，可以先考慮幾個加工方案，分析比較後，再從中選擇比較合理的加工方案。
(2)選擇定位基準，進行必要的工序尺寸計算。根據粗、精基準選擇原則合理選定各工序的定位基準。當某工序的定位基準與設計基準不相符時，需對它的工序尺寸進行換算。
(3)選擇工具機及工、夾、量、刃具。工具機裝置的選用應當既要保證加工質量，又要經濟合理。在成批生產條件下，一般應採用通用工具機和專用工夾具。
(4)加工餘量及工序間尺寸與公差的確定。根據工藝路線的安排，要求逐工序逐表面地確定加工餘量。其工序間尺寸公差按經濟精度確定。
乙個表面的總加工餘量，則為該表面各工序間加工餘量之和。在本設計中，對各加工表面的餘量及公差，學生可從《機械製造工藝設計簡明手冊》中查得。
(5)切削用量的確定。在工具機、刀具、加工餘量等已確定的基礎上，要求學生用公式計算1-2道工序的切削用量，其餘各工序的切削用量可由切削用量手冊中查得。
(6)確定毛坯。在加工餘量已確定的基礎上畫毛坯圖，要求毛坯輪廓用粗實線繪製，零件的實體尺寸用雙點畫線繪出，比例取1：1。
同時應在圖上標出毛坯的尺寸、公差、技術要求、毛坯製造的分模面、圓角半徑和起模斜度等。
(7)填寫機械加工工藝過程綜合卡片。將前述各項內容以及各工序加工簡圖，分別填入機械加工工藝過程綜合卡片及工序卡片中。說明：
1)工序簡圖可按比例縮小，並盡量用較少的投影繪出。簡圖中的加工表面用粗實線表示。對定位、夾緊表面應以規定符號標明。最後，應標明各加工表面在本工序加工後的尺寸、公差及表面粗糙度。
2)工序簡圖中的定位、緊符號應符合機械工業部標準刀jb/z174—82的規定，摘要如表1及表2所示。
4．工藝裝備設計
要求學生設計為加工給定零件所必需的夾具1—2套。具體的設計專案可根據加工需要由學生本人提出並經指導教師同意後確定。所設計的夾具其零件數以20-40件為宜，即應具有中等以上的複雜程度。
結構設計的具體步驟如下：
(1)確定設計方案，繪製結構原理示意圖。設計方案的確定是一項十分重要的設計程式，方案的優劣往往決定了夾具設計的成功與失敗，因此必須充分地進行研究和討論，以確定最佳方案，而不應急於繪圖，草率從事。
學生在確定夾具設計方案時應當遵循的原則是：確保加工質量，結構盡量簡單，操作省力高效，製造成本低廉。這四條原則如果單獨拿出來分析，有些是互相矛盾的。
而設計者的任務就是要在設計實踐中，綜合上述四條，通盤考慮，靈活運用所學知識，結合實際情況，注意分析研究，考慮互相制約的各種因素，確定最合理的設計方案。
(2)選擇定位元件，計算定位誤差。在確定設計方案酌基礎上，應按照加工精度的高低，需要消除自由度的數目以及粗、精加工的需要，按有關標準正確地選擇定位元件。選擇好定位元件之後，還應對定位誤差進行計算。
計算結果如超差時，需要改變定位方法或提高定位元件、定位表面的製造精度，以減少定位誤差，提高加工精度。有時甚至要從根本上改變工藝路線的安排，以保證零件的加工能順利進行。
(3)計算所需的夾緊力，設計夾緊機構。設計時所進行的夾緊力計算，實際上是經過簡化了的計算。因為此時計算所得，僅為零件在切削力、夾緊力的作用下按照靜力平衡條件而求得的理論夾緊力。
為了保證零件裝夾的安全可靠，實際所需的夾緊力應比理論央緊力大，即應對理論夾緊力乘以安全係數k。k的大小可由有關手冊中查得，一般k＝1.5～2.
6。應該指出，由於加工方法，切削刀具以及裝夾方式千差萬別，夾緊力的計算在有些情況下是沒有現成公式可以套用的，所以需要同學們根據過去所學的理論進行分析研究，以決定合理的計算方法。
夾緊機構的功用就是將動力源的力正確、有效地施加到工件上去。同學可以根據具體情況，選擇並設計槓桿、螺旋、偏心、鉸鏈等不同的夾緊機構，並配合以手動、氣動或波動的動力源，將夾具的設計工作逐步完善起來。
(4)畫夾具裝配圖。畫夾具裝配圖是夾具設計工作中重要的一環。畫夾具圖時，注意和遵循以下各點：
1)本設計中，要求按1：1的比例畫夾具**圖。被加工零件在夾具上的位置，要用雙點畫線表示，夾緊機構應處於「夾緊」的位置上。
2)注意投影的選擇。應當用最少的投影將夾具的結構完全清楚地表達出來。因此，在畫圖之前，應當仔細考慮各檢視的配置與安排。
3)所設計的夾具，不但機構要合理，結構也應當合理，否則都不能正常工作。
4)要保證夾具與工具機的相對位置及刀具與夾具的相對位置的正確性，即夾具上應具備定位鍵及對刀裝置。
5)運動部件的運動要靈活，不能出現干涉和卡死的現象。迴轉工作台或迴轉定位部件應有鎖緊裝置，不能在工作中鬆動。
6)夾具的裝配工藝性和夾具零件(尤其是夾具體)的可加工性要好。
7)夾具中的運動零部件要有潤滑措施，夾具的排屑要方便。
8)零件的選材、尺寸公差的標註以及**技術要求要合理。為便於審查零件的加工工藝性及夾具的裝配工藝性，從教學要求出發，各零部件盡量不採用簡化法繪製。裝配圖的標題欄規格、形式如圖3所示。
9)對夾具裝配圖上尺寸標註要求。在夾具裝配圖上，—般只要求標註四種尺寸，即輪廓尺寸、配合尺寸、與加工有關聯的尺寸及與工具機有關聯的尺寸。
a.輪廓尺寸。即夾具的長、寬、高尺寸。如果夾具有活動部件，則應將活動部件的移動極限用雙點劃線畫出，並標出尺寸。
b.配合尺寸。夾具**圖上的所有配合表面均應標出其尺寸與配合。
c.與加工有關聯的尺寸。例如，對刀塊到被加工零件定位基面的尺寸，鑽套中心線到被加工零件定位基面的距離等。
d.與工具機有關聯的尺寸。例如，銑床央具上定位鍵的寬度尺寸要專門標出，夾具與工具機聯結時放置螺栓的槽寬與槽距也要標出。
車床卡盤與主軸的定位錐面的錐度與直徑或定位圓柱面的尺寸、配合及聯結螺紋的尺寸、規格等。
此外，夾具裝配圖上還應標出形位公差要求。如刀具的導向件到被加工零件定位基面的平行度或垂直度，被加工零件定位基面到夾具安裝基面的平行度或垂直度要求等。
圖2 裝配圖標題欄
三、工藝設計例項（內容並非標準，僅供設計中參考）
1．零件的作用
題目所給定的零件是汽車底盤傳動軸上的萬向節滑動叉，它位於傳動軸的端部。主要作用一是傳遞扭矩，使汽車獲得前進的動力；二是當汽車後橋鋼板彈簧處在不同的狀態時，由本零件可以調整傳動軸的長短及其位置。零件的兩個叉頭部位上有兩個φ39mm的孔，用以安裝該針軸承並與十字軸相連，起萬向聯軸節的作用。
零件φ65mm外圓內為φ50mm花鍵孔與傳動軸端部的花鍵軸相配合，用於傳遞動力之用。
2．零件的工藝分析
萬向節滑動叉共有兩組加工表面，它們之間有一定的位置要求。現分述如下：
(1)以φ39mm孔為中心的加工表面
這一組加工表面包括：兩個φ39mm的孔及其倒角，尺寸為118mm的與兩個孔φ39mm相垂直的平面，還有在平面上的四個m8螺孔。其中，主要加工表面為φ39mm的兩個孔。
(2)以φ50mm花鍵孔為中心的加工表面
這一組加工表面包括：φ50mm十六齒方齒花鍵孔，φ55mm階梯孔，以及φ65mm的外圓表面和m60x16mm的外螺紋表面。
這兩組加工表面之間有著一定的位置要求，主要是：
1)φ50mm花鍵孔與φ39二孔中心聯線的垂直度公差為100：0.2；
2)φ39mm二孔外端面對公φ39孔垂直度公差為0.1mm；
3)φ50花鍵槽寬中心線與φ39mm中心線偏轉角度公差為2°。
由以上分析可知，對於這兩組加工表面而言，可以先加工其中一組表面，然後借助於專用夾具加工另一組表面，並且保證它們之間的位置精度要求。
3.確定毛坯的製造形式
零件材料為45鋼。考慮到汽車在執行中要經常加速及正、反向行駛，零件在工作過程中則經常承受交變載荷及衝擊性載荷，因此應該選用鍛件，以使金屬纖維盡量不被切斷，保證零件工作可靠。由於零件年產量為4000件，已達大批生產的水平，而且零件的輪廓尺寸不大，故可採用模鍛成型。
這從提高生產率、保證加工精度上考慮，也是應該的。
4.基面的選擇
基面選擇是工藝規程設計中的重要工作之一。基面選擇得正確與合理，可以使加工質量得到保證，生產率得以提高。否則，加工工藝過程中會問題百出，更有甚者，還會造成零件大批報廢，使生產無法正常進行。
(1)粗基準的選擇
對於一般的軸類零件而言，以外圓作為粗基準是完全合理的。但對於本零件來說，如果以φ65mm外圓(或φ62mm外圓)表面作基準(四點定位)，則可能造成這一組內外圓柱表面與零件的叉部外形不對稱。按照有關粗基準的選擇原則(即當零件有不加工表面時，應以這些不加工表面作粗基準；若零件有若干個不加工表面時，則應以與加工表面要求相對位置精度較高的不加工表面作為粗基準)，現選取叉部兩個φ39mm孔的不加工外輪廓表面作為粗基準，利用一組共兩個短ⅴ形塊支承這兩個φ39mm的外輪廓作主要定位面，以消除、、、四個自由度，再用一對自動定心的窄口卡爪，夾持在φ65mm外圓柱面上，用以消除、兩個自由度，達到完全定位。
(2)精基準的選擇
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