机械制造技术课程设计-轴承套加工工艺及夹具设计.doc

济南大学泉城学院 机械制造技术基础课程设计1 前 言本次课程设计是我们学院对机械设计制造技术基础这一课程所学知识与能力的综合训练，亦是一次全面针对我们自身所学知识的检查。本次课程设计内容主要有零件的分析、工艺规程设计、计算切削用量及时间额定、夹具设计，为此，我们组运用了械设计制造技术基础、机械制图、金属材料工艺学、机械零件的加工制造、机械设计课程设计手册等理论知识。另外本次课程设计我们按照以下几个阶段开始的,它们分别为：准备阶段：通过查阅相关资料，收集有关轴承套加工以及夹具设计的相关资料，同时了解其加工的工艺规程和所涉及的理论知识，通过现有的理论知识水平对该设计有一个基本的认识，为达到预期的目的奠定坚实的基础。设计阶段：该阶段主要是对所搜集的技术资料进行整理，画出零件工作草图，根据零件的作用正确的选择毛坯原材，根据零件的精度要求正确的选择机床，并根据实际情况完善机械加工工序卡片。在此过程中，我们组认真查寻资料，做到设计的每一步都有理有据，确凿可信。在满足技术要求的前提下，努力做到省料、省钱、易加工。作图阶段：该阶段是对前两个价段的具体展现，在绘图中我们严格按照国家标准，力求作图精准，对于非标准件，我们也尽量考虑实际加工的难易程度，以此满足设计需要。优化阶段：该阶段我们按照中华人民共和国的国家标准对所设计的零件图和绘制的装配图进行严格的校对，对出现的不合理之处进行校正和优化，力求作图准确，有据可查。答辩阶段：该阶段是检查验收阶段，通过答辩来我们检查对知识的掌握与运用情况，使我们每位学生的对设计内容有一个更加全面性了解。由于本次课程设计任务较为繁重，限于自身知识水平，设计过程难免存在诸多不足，还希望各位老师和同学不吝赐教，以便做出更正和完善，在此表示衷心的感谢。编者2014年7月于蓬莱2 零件的分析2.1概述 套筒类零件的外圆表面多以过盈或过渡配合与机架或箱体孔相配合起支承作用。内孔主要起导向作用或支承作用，常与运动轴、主轴、活塞、滑阀相配合。有些套筒的端面或凸缘端面有定位或承受载荷的作用。一般套筒类零件在机械加工中的主要工艺问题是保证内外圆的相互位置精度（即保证内、外圆表面的同轴度以及轴线与端面的垂直度要求）和防止变形。套筒类零件虽然形状结构不一，但仍有共同特点和技术要求，根据使用情况可对套筒类零件的外圆与内孔提出如下要求1、 内孔与外圆的精度要求 外圆直径精度IT5IT7，表面粗糙度Ra=6.3；内孔作为套类零件支承或导向的主要表面，要求内孔尺寸精度IT6117，为保证其耐磨性要求，对表面粗糙度要求较高(Ra=1.6)。套筒由于与其相配的轴上有油槽，故对尺寸精度要求较低Ra=6.3。2、 几何形状精度要求将外圆与内孔的几何形状精度控制在直径公差以内。对较长套筒除圆度有要求以外，还应有孔的圆柱度要求。3、 位置精度要求 套筒端面(或凸缘端面)常用来定位或承受载荷，对端面与外圆和内孔轴心线的垂直度要求较高，一般为005002mm。2.2 零件技术要求该轴承套的主要技术要求为：36js7外圆对20H7孔的径向圆跳动公差为0.01mm；左端面对20H7孔轴线的垂直度公差为0.01mm。轴承套外圆为IT7级精度，采用精车可以满足要求；内孔精度也为IT7级，采用铰孔可以满足要求。内孔的加工顺序为：钻孔车孔铰孔。由于外圆对内孔的径向圆跳动要求在0.01mm内，用软卡爪装夹无法保证。因此精车外圆时应以内孔为定位基准，使轴承套在小锥度心轴上定位，用两顶尖装夹。这样可使加工基准和测量基准一致，容易达到图纸要求。 车铰内孔时，应与端面在一次装夹中加工出，以保证端面与内孔轴线的垂直度在0.01mm以内。2.3零件的工艺分析 根据零件图1所示，此轴承套的主要加工表面为外圆表面和内孔表面，主要的技术要求为：表面粗糙度要求，尺寸精度要求，位置精度要求。具体分析如下： 1、36js7mm的外圆表面。 表面粗糙度Ra=1.6um，尺寸精度为36,此外圆相对于轴心线的圆跳动公差为0.01mm 2、22H7mm的内孔。 此内孔主要工作表面，粗糙度要求较高为Ra=1.6um，基本尺寸为22mm。 3、42mm的左端面与轴心线的垂直度公差为0.01mm。 4、4mm孔等次要加工表面及内孔。图2.1 轴承套零件图2.4 绘制毛坯图零件材料为ZQSn6-6-3，因为轴承套在工作时主要起支撑轴承的作用，考虑到机器工作的连续性要求及零件的粗糙度、尺寸精度要求较高，所以选用热轧圆棒料作为毛坯。根据零件图1所示，毛坯的大致外形尺寸如图2所示。图2.4 轴承套毛坯图3 工艺规程设计3.1 选择定位基准基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得正确与合理可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，是生产无法正常进行。1、粗基准的选择。对于零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准。而对有若干个不加工表面的工件，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作粗基准。根据这个基准选择原则，加工36的外圆时，以46的外圆为粗基准，加工44的外圆时以36的外圆为粗基准。2、精基准的选择。精基准的选择是相对于粗基准而言的。对于此轴承套精基准的选择主要考虑到左端面与轴心线的垂直度要求、36js7mm的外圆与轴心线的圆跳动要求以及外圆和内孔的尺寸精度要求。所以在加工外圆时用左端面和内孔作为精基准，用心轴定位，两顶尖装夹即可。加工内孔时用已加工过的外圆表面作为精基准即可保证内孔的尺寸精度要求。3.2 确定工序顺序工序一：备料46230工序二：车右端面和钻中心孔。选用三爪夹外圆定位加紧工序三：粗车46的外圆至44，以44的外圆为基准，半精加工 44的外圆至37 和右端面倒角1.545 工序四：钻18.5的通孔。选用三爪夹外圆定位加紧工序五：以工件尺寸长度36mm为基准车断工件成单件工序六：车两端面至工序尺寸，车倒角C1，车内孔19.8，车内槽22 ，铰孔19.8为 mm ，选用软爪夹37外圆工序七：精车外圆37至36js7，车退刀槽。工序八：钻6mm的孔工序九：检验3.3确定加工方法由于轴承套的加工质量要求较高，为保证加工质量，本工件的加工阶段划分为：粗加工、半精加工、精加工三个阶段。有部分加工精度和表面质量要求特别高的，则要光整加工和超精密加工阶段。1、粗加工阶段：主要任务是切除毛坯大部分余量，使毛坯接近成品的形状尺寸。2、半精加工阶段：主要任务是留下精加工余量后使主要表面达到一定的精度，为精加工做好准备并完成一些次要表面的加工，如扩孔、铣键槽等。3、精加工阶段：主要任务是保证各主要表面达到规定的精度和粗糙度。3.4 拟定工艺路线1、基准先行：车端面，钻中心孔 调头车另一端面，钻中心孔确定工件的中心线，加工零件时以工件的中心线为基准。2、先粗后精：先粗车46至45.4，确保用三爪卡盘卡紧时不会过大的摇晃，减低工件误差。然后依次粗车、半精车、精车其余外圆表面，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，后加工次要表面。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。4、 先面后孔：先加工所有外圆表面，再加工其余内孔4 计算切削用量及时间额定4.1 车端面1、加工条件： 工件材料：ZQSn6-6-3人工时效热处理，热轧圆棒料。 加工要求：车毛坯两端面至工序尺寸 加工设备：CA6140卧式车床刀具：刀片材料为硬质合金YT5， 刀杆尺寸为1625mm，Kr=90,=15,=8,r=02、选择切削用量进给量：根据切削用量简明手册，和加工条件以及工件直径为46mm，得f=0.40.5mm/r。按CA6140车床说明书取f=0.5mm/r切削速度：根据切削用量简明手册，和加工条件可得v=6773m/min,取v=70m/min3、确定主轴转速 据CA6140车床说明书取n=500r/min. 。4、 确定加工工时基本时间：所以车削端面所需时间为Tm=2Tm=20.18=0.36min4.2 钻中心孔1、加工条件： 工件材料：ZQSn6-6-3人工时效热处理，热轧圆棒料。加工要求：两端面钻中心孔加工设备：CA6140卧式车床刀具：5中心钻2、选择切削用量进给量：根据切削用量简明手册，和加工条件，得f=0.08mm/r。按CA6140车床说明书取f=0.08mm/r。切削速度：根据切削用量简明手册，和加工条件可得v=1225m/min,取v=20m/min3、确定主轴转速 据CA6140车床说明书取n=330r/min.所以实际切削速度为为。4、确定加工工时基本时间：所以钻中心孔所需时间为Tm=2Tm=20.95=1.90min4.3 车44mm外圆（1）加工条件： 工件材料：ZQSn6-6-3人工时效热处理，热轧圆棒料。 加工要求：车外圆 加工设备：CA6140卧式车床刀具：刀片材料为硬质合金YT5， 刀杆尺寸为1625mm，Kr=90,=15,=8,r=0（2） 选择切削用量 背吃刀量：外圆单边余量为1.5mm，所以取ap=1.5mm可一次切除。进给量：根据切削用量简明手册，和加工条件以及工件直径为44mm，得f=0.40.5mm/r。按CA6140车床说明书取f=0.5mm/r。切削速度：根据切削用量简明手册，和加工条件可得v=6773m/min,取v=70m/min（3）确定主轴转速，据CA6140车床说明书取n=500r/min.所以实际切削速度为。（4） 确定加工工时基本时间。所以车外圆所需时间为Tm=5Tm=50.168=0.84min4.4 车外圆至37mm外圆（1）加工条件： 工件材料：ZQSn6-6-3人工时效热处理，热轧圆棒料。 加工要求：车外圆 加工设备：CA6140卧式车床刀具：刀片材料为硬质合金YT5， 刀杆尺寸为1625mm，Kr=90,=15,=8,r=0（2）选择切削用量背吃刀量：外圆单边余量为4mm，所以取ap=3mm可二次切除。进给量：根据切削用量简明手册，和加工条件以及工件直径为37mm，得f=0.40.5mm/r。按CA6140车床说明书取f=0.5mm/r。切削速度：根据切削用量简明手册，和加工条件可得v=6773m/min,取v=70m/min（3）确定主轴转速，据CA6140车床说明书取n=600r/min.所以实际切削速度为。（4）确定加工工时基本时间。所以车外圆所需时间为Tm=5Tm=50.2=1.0min4.5钻孔18.5mm（1）加工条件： 工件材料：ZQSn6-6-3人工时效热处理，热轧圆棒料。加工要求：钻18.5mm的孔加工设备：Z525钻床刀具：18.5mm麻花钻，刀具材料为高速钢钻头（2）选择切削用量进给量：根据工件材料，刀具的材料以及麻花钻的尺寸查手册得f=0.520.64mm/r，取f=0.56mm/r。切削速度：由手册得f=0.56mm/r刃磨形式为标准，d=20.5mm时vc=12m/min，切削速度的修正系数Ktv=1.09，Kcv=1，故：v=121.091=13.08m/min.（3）确定主轴转速，根据Z525钻床说明书，可选择n=240r/min。所以实际切削速度。（4）确定加工工时基本时间。4.6 车断（1）加工条件： 工件材料：ZQSn6-6-3人工时效热处理，热轧圆棒料。 加工要求：车断 加工设备：CA6140卧式车床刀具：5mm切槽刀（2）选择切削用量进给量：根据切削用量简明手册，和加工条件以及工件直径为20mm，得f=0.40.5mm/r。按CA6140车床说明书取f=0.5mm/r。切削速度：根据切削用量简明手册，和加工条件可得v=6773m/min,取v=70m/min（3）确定主轴转速，据CA6140车床说明书取n=1000r/min.所以实际切削速度为。（4）确定加工工时基本时间。所以车分隔槽所需时间为Tm=5Tm=50.01=0.05min4.7 车、铰4.7.1车端面（1）加工条件： 工件材料：ZQSn6-6-3人工时效热处理，热轧圆棒料。 加工要求：车毛坯两端面至工序尺寸 加工设备：CA6140卧式车床刀具：刀片材料为硬质合金YT5， 刀杆尺寸为1625mm，Kr=90,=15,=8,r=0（2）选择切削用量背吃刀量：已知毛坯长度方向的加工余量为0.5mm，因此端面可以全部加工。ap=0.5mm，可以一次加工。进给量：根据切削用量简明手册，和加工条件以及工件直径为44mm，得f=0.40.5mm/r。按CA6140车床说明书取f=0.5mm/r。切削速度：根据切削用量简明手册，和加工条件可得v=8590m/min,取v=85m/min （3)确定主轴转速据CA6140车床说明书取n=600r/min.所以实际切削速度为为。（4）确定加工工时基本时间：4.7.2 车内孔（1）加工条件： 工件材料：ZQSn6-6-3人工时效热处理，热轧圆棒料。 加工要求：车内孔18.5为mm。 加工设备：CA6140卧式车床。刀具：扩孔钻，刀具材料为高速钢钻头。（2） 确定切削用量进给量：根据扩孔钻的直径和工件的硬度可以查表的f=1.01.2mm/r，取f=1.0mm/r,手册得f=1.0mm/r刃磨形式为标准。切削速度：d=20mm时vc=17m/min，切削速度的修正系数Ktv=1.09，Kcv=1，故：v=17x1.09x1=18.53m/min。（3) 确定主轴转速据CA6140车床说明书取n=320/min.所以实际切削速度为为。（4）确定加工工时基本时间：4.7.3车内槽（1）加工条件： 工件材料：ZQSn6-6-3人工时效热处理，热轧圆棒料。加工要求：车内孔22 加工设备：CA6140卧式车床刀具：车槽刀（2）确定切削用量背吃刀量：此工步的单边加工余量为2mm，所以取ap=2mm，可一次加工。进给量：根据切削用量简明手册，和加工条件以及工件直径为24mm，得f=0.30.4mm/r。按CA6140车床说明书取f=0.3mm/r。 切削速度：根据切削用量简明手册，和加工条件可得v=6773m/min,取v=67m/min（3)确定主轴转速据CA6140车床说明书取n=900r/min.所以实际切削速度为为。（4）确定加工工时基本时间： 4.7.4 铰孔（1）加工条件： 工件材料：ZQSn6-6-3人工时效热处理，热轧圆棒料。 加工要求：铰孔19.8为 mm。 加工设备：Z525钻床刀具：22H7铰刀（2）确定切削用量背吃刀量：此工步的单边加工余量为0.03mm，所以取ap=0.03mm，可一次加工。进给量：根据切削用量简明手册，和加工条件以及工件直径为24mm，得f=0.30.4mm/r。按CA6140车床说明书取f=0.3mm/r。 切削速度：根据切削用量简明手册，和加工条件可得v=6773m/min,取v=70m/min（3)确定主轴转速据CA6140车床说明书取n=1000r/min.所以实际切削速度为为。（4）确定加工工时基本时间：4.8 精车4.8.1 车外圆（1）加工条件： 工件材料：ZQSn6-6-3人工时效热处理，热轧圆棒料。 加工要求：车外圆 加工设备：CA6140卧式车床刀具：刀片材料为硬质合金YT5， 刀杆尺寸为1625mm，Kr=90,=15,=8,r=0（2）选择切削用量背吃刀量：此工步的单边加工余量为0.5mm，所以取ap=0.5mm，可一次加工。进给量：根据切削用量简明手册，和加工条件以及工件直径为36mm，得f=0.40.5mm/r。按CA6140车床说明书取f=0.5mm/r。切削速度：根据切削用量简明手册，和加工条件可得v=8590m/min,取v=90m/min（3）确定主轴转速，据CA6140车床说明书取n=800r/min.所以实际切削速度为。（4）确定加工工时基本时间。4.8.2车退刀槽（1）加工条件： 工件材料：ZQSn6-6-3人工时效热处理，热轧圆棒料。 加工要求：车退刀槽 加工设备：CA6140卧式车床刀具：2mm切槽刀（2）选择切削用量背吃刀量：外圆单边余量为3mm，所以取ap=3mm可一次切除。进给量：根据切削用量简明手册，和加工条件以及工件直径为36mm，得f=0.40.5mm/r。按CA6140车床说明书取f=0.5mm/r。切削速度：根据切削用量简明手册，和加工条件可得v=6773m/min,取v=70m/min（3）确定主轴转速，据CA6140车床说明书取n=600r/min.所以实际切削速度为。（4）确定加工工时基本时间。4.9 钻6mm油孔（1）加工条件： 工件材料：ZQSn6-6-3人工时效热处理，热轧圆棒料。加工要求：钻6mm的孔。加工设备：Z525钻床刀具：4mm麻花钻，刀具材料为高速钢钻头（2）选择切削用量进给量：根据工件材料，刀具的材料以及麻花钻的尺寸查切削手册得f=0.180.22mm/r，取f=0.22mm/r。由手册得f=0.22mm/r刃磨形式为标准。切削速度：根据切削用量简明手册，d=6mm时vc=19m/min，切削速度的修正系数Ktv=1.09，Kcv=1，故：v=191.091=20.71m/min。（3）确定主轴转速，根据Z525钻床说明书，可选择n=1360r/min。所以实际切削速度。（4）确定加工工时基本时间。5 夹具设计5.1 定位方案分析设计夹具时应考虑提高劳动生产率和夹紧等的辅助时间，本零件是大批生产，但零件本体尺寸较小，零件的自由度完全限定，因此可采用手动夹紧机构。5.2定位误差分析，判断定位方案是否合理 5.2.1选用定位元件由以上分析可知轴承套的零件尺寸，形状和位置、表面粗糙度等精度的总体要求，工序图，得出夹具所在工序的零件的工序基准、工序尺寸、已加工表面、待加工表面、以及本工序的定位、加紧原理方案。这是夹具的依据。按照六点定位原理可知该轴承套需限制工件的X、Y、Z方向的移动，Y、Z方向转动，平键限制X方向上的转动，实现完全定位。定位轴如图所示：图5.2.1 定位轴5.2.2确定夹紧方案夹紧力的确定（1） 夹紧力的方向： 夹紧力的方向应有利于定位稳定且主要加紧力应处置主要定位基面、应与工件刚度高的方向一致以利于减少工件的变形、应尽可能与切削力、重力方向一致有利于减少夹紧力，不能使工件有脱离定位表面的趋势，防止工件在夹紧力的作用下产生变形。（2） 夹紧力的作用点 夹紧力的作用点应正对定位元件或位于定位元件所形成的支撑面内、夹紧力的作用点应位于工件刚度高的部位、夹紧力的作用点应尽量靠近加工表面使加稳固可靠。以确保工件定位准确、不变形。（3） 选择加紧机构 选用开口垫片配螺母做压紧机构，开口垫片可实现快卸功能。 图5.2.2 a）开口垫圈（4） 选择导向装置 刀具的导向是保证孔德位置精度，增加钻头的支撑以提高其刚度，减少刀具的变形，确保孔加工的位置精度。由于加工孔精度高，所以采用带有衬套的快换钻套，如图所示：图5.3.2 b）快换钻套5.3夹具结构设计把工件视为透明体，画出轮廓，画出定位面、加紧面和加工面，无关表面可以省略。画出夹具体，在夹具上画出钻模板，然后画出定位元件和导向元件，按夹紧状态画出夹紧元件或机构，必要时可用双点划线画出松开位置时的夹紧元件的轮廓，再画出其他元件或机构，以及上述各元件与夹具体的联结，使夹具形成一体，标注必要的尺寸，配合和技术条件。对零件编号，填写标题栏和零件明细表。其中还要在定位、导向完成后进行定位精度验算，在夹紧机构完成后进行夹紧力的验算，以及重要的受力元件或机构强度、刚度验算。图5.3 夹具体零件图结 论通过为期两个半周对机械制造技术基础的课程设计，使我真正的领略到了掌握与运用所学知识的重要性，理论联系实际使我们对理论知识更加巩固，为我们走向社会打下了坚实的基础。本次设计，我们认真查阅相关资料，收集有关轴承套加工以及夹具设计的相关资料，同时了解其加工的工艺规程和所涉及的理论知识，通过现有的理论知识水平对该设计有一个基本的认识，为达到预期的目的奠定坚实的基础。设计过程中我们也遇到了很多困难，但是我们都一一独立解决。通过这些细节，我觉得今后自己应要养成一种高度负责、一丝不苟的良好习惯。在这两个半周的设计中，我学到了很多知识，一丝不苟的对夹具进行计算设计。利用这个机会，我再次学会应用画图软件，对CAXA、CAD、CATIA等软件有了初步的了解。这对我们将来的学习和工作都有很大的帮助。这次课程设计是一个理论与实践结合的过程，让我明白理论知识往往是不够的，只有把学的理论与实际行动相结合，才会提高自己的综合实际能力和独立思考的能力。在设计的过程中我们都会遇到很多的问题，我们需要花大量的时间去思考和改正这是一个很艰辛的过程，也是收获最大的过程。通过老师的指导和我们大家的相互配合，我们终于在规定的时间内圆满的完成了本次任务。致 谢通过为期三个周对带式运输机上的单级展开式圆柱齿轮减速器的课程设计，使我真正深入的了解了设计概念和设计过程，提高了机械设计的综合素质，为今后的学习工作打下了坚实的基础。机械设计是机械工业的基础,是一门综合性相当强的技术课程，它融合了机械原理、机械设计、机械设计课程设计手册、机械工程材料等多门学科，使我们在学习知识的同时，也进一步掌握了其在机械设计中的实际应用。在设计过程中培养了我的综合运用机械设计课程及其他课程理论知识相结合来解决实际问题的能力，真正做到了学以致用。在此期间我小组成员之间互相帮助，共同面对机械设计课程设计当中遇到的诸多困难，我们既分工明确又加强团结协作，在培养我们的团队合作精神的同时，也促进了我们共同的进步。在本次设计过程当中我充分的认识到自己在知识理解和应用方面的不足，特别是在考虑能力及解决问题方面的欠缺，所以在今后的学习和工作中还要更加的努力来弥补不足之处。另外，本次课程设计中涉及到大量的数据处理和工程问题的计算，这不仅仅是对自己所学知识的一次系统的总结与应用，还是对自己综合能力的一次训练。限于自身的水平和时间的仓促，本次课程设计难免有诸多有不妥之处。所以，在今后的学习和工作中，我仍需继续努力学习掌握专业知识，加强对设计思维和实践操作能力的培养。这次课程设计使我在工作上得到了一次难得的磨练，老师渊博的专业