机械制造工艺学课程设计-轴承座的机械加工工艺及车轴承孔工序专用夹具设计.docx

机械制造工艺学课程设计说明书班 级： 学 号： 姓 名： 联系电话： 指导教师： 课程设计任务书题 目：轴承座的机械加工工艺规程制订及车轴承孔工序专用夹具设计内 容：1、绘制零件图 （按1：1的比例） 1张2、绘制毛坯图 （按1：1的比例） 1张3、填写零件机械加工工艺规程卡片 1套包括：机械加工工艺过程卡片 1张机械加工工序卡片 4张4、机床夹具总体方案图 1张5、编写零件课程设计说明书 1份原始资料：零件图样1张；零件生产纲领为4000件/年；每日3班； 生产类型：中批或大批生产。前 言我们先后进行了机械制造工艺学、机床夹具设计、金属切削原理与刀具、机械制造装备设计等专业课课程的学习，并且南车资阳机车有限责任公司进行了生产实习。为了让我们对理论知识和实际应用之间建立密切联系，在课程结束后我们开始了专业课课程设计。课程设计开始之前我们对所学的各相关课程进行了一次深入的综合性的回忆与温习，这次温习使我们对课程设计的内容也有了一定的认识，大家一致认为本次课程设计对我们非常重要，是我们对自己实际能力的一次历练。通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，同时，在课程设计过程中，我们认真查阅资料，切实地锻炼了我们自我学习的能力。在课程设计过程中我们发生过一些“争吵”，不过大家也都是出于相同的目的，那就是让本次的课程设计做到最好，让大家意识到团队协作的重要性，相信在以后的学习生活中我们也会受益。另外，在设计过程中，经过老师的指导和同学的热心帮助，我们顺利完成了本次设计任务。在课程设计的过程中，由于理论知识不够完善，实践能力尚不成熟，思考的尚不够周全以及一些疏忽和大意的存在，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予批评指正。目 录一、 零件分析41.1零件的用途1.2零件图样分析1.3零件的工艺分析二、确定毛坯5三、工艺规程设计53.1选择定位基准3.2制定工艺路线四、机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定6五、确定切削用量及基本工时.8六、车轴承孔专用夹具设计146.1定位方案确定6.2定位基准选择6.3定位误差分析6.4夹紧方案确定6.5切削力与夹紧力计算七、课程设计小结17八、参考资料18一、零件分析1.1 零件的用途轴承座是轴承和箱体的集合体，是用于支承轴承的，其主要工作表面是轴承孔80H7Ra1.6和轴承孔端面，在设计工艺规程时应重点予以保证。1.2零件图样分析 根据图样，绘制的轴承座的零件图如下：1) 侧视图右侧面对基准B（的轴线）的垂直度公差为0.025mm；2) 侧视图的轴线对基准A的平行度公差为0.03mm；3) 铸造后毛坯要进行时效处理；4) 未注明倒角为C1；5) 材料为HT200。1.3零件的工艺分析零件的材料为HT200，灰铸铁生产工艺简单，铸造性能优良，但塑性较差、脆性高，不适合磨削。 1）轴承孔可以用车床加工，也可以用镗孔。2）轴承孔的端面与底面应与加工轴承孔在同一道工序内完成，以保证轴承孔轴线与端面的垂直度要求。3）轴承座的底面可以在铣床上加工，可以用端铣刀加工，也可以用立铣刀加工，但端铣刀的加工效率要高于立铣刀。4）侧视图右侧面对基准C（轴线）的垂直度检查，可将工件用30mm心轴安装在偏摆仪上，再用百分表测工件右侧面，这时转动心轴，百分表最大与最小差值为垂直度偏差值。二、确定毛坯零件材料为HT200。考虑零件在机床运行过程中所受冲击不大，零件结构没有复杂外形和薄壁，生产类型为中批或大批生产，故选择金属型铸件毛坯，能够获得较好的力学性能和较准确的尺寸。查实用机械制造工艺设计手册,选用铸件尺寸公差等级为CT9级，加工余量等级为F。三、工艺规程设计3.1选择定位基准1粗基准的选择：以轴承座主视图中底板上面为主要的定位粗基准，侧视图中左侧面为次要定位粗基准。2精基准的选择：考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合”原则和“基准统一”原则，以已加工底面为主要的定位精基准，11mm的工艺孔为定位精基准。3加工轴承孔端面4个M10螺纹孔时，选择轴承孔轴线为定位基准。3.2制定工艺路线根据零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能达到的经济精度，在生产纲领已确定的情况下，可以考虑采用卧式车床、立式钻床、立式铣床以及专用夹具。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。选择合理的零件加工方法，拟定的工艺路线方案一如下：工序1： 铸造工序2： 清砂工序3： 时效处理工序4： 划外形加工线工序5： 铣轴承孔的端面和底面，照顾尺寸45mm和表面粗糙度。工序6： 铣孔的端面工序7： 铣轴承座底面工序8： 铣凸台工序9： 划轴承孔加工线工序10： 车孔和孔工序11： 划其余各空加工线工序12： 钻2个孔，钻5个M10的孔至并攻丝工序13： 去毛刺、清洗工序14： 检验各部尺寸及精度拟定的工艺路线方案二如下：工序1： 铸造工序2： 清砂工序3： 时效处理工序4： 划外形、轴承孔与底面孔的加工线工序5： 按划线找正，铣轴承座底面，照顾尺寸65mm工序6： 钻、扩、绞轴承座底面2个工艺孔，锪2个沉头孔工序7： 以轴承座底面和两工艺孔为基准，粗车孔、孔的端面、底面以及孔工序8： 以轴承座底面和两工艺孔为基准，半精车孔的端面、底面、孔，精车孔 至图样要求工序9： 划其余各孔加工线工序10： 钻凸台上螺纹孔M10至， 锪平端面，并攻丝工序11： 钻端面上4个M10螺纹孔至，保证深度23mm，并攻丝至图样要求深度工序12： 去毛刺、清洗工序13： 检验各部尺寸及精度比较以上两种方案可以看出：方案一明显存在工序过于集中的问题，并且粗精加工同在一道工序内完成，粗加工中的残余应力还未来得及重新分布就直接进行精加工，待加工完成后，残余应力重新分布，会使得工件的加工精度无法保证。另外，轴承孔的加工和轴承孔端面与轴承孔底面的加工时在两台机床（卧式车床和立式铣床）上进行的，存在二次装夹误差，并且还无法保证孔和端面的垂直度要求。方案二将粗、精加工分开，使工序不会很集中，符合大批量生产要求。轴承孔的加工和轴承孔端面与轴承孔底面的加工同在卧式车床上加工，不存在方案一中的孔与端面的垂直度问题。另外，半精加工、精加工都采用轴承座底面作为基准，符合基准统一原则。故选择方案二作为轴承孔加工的工艺路线。四、机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：（一）、底面（55X170mm）。查实用机械制造工艺设计手册表7-23，其粗加工余量值规定为22.7mm，现取2.5mm。查实用机械制造工艺设计手册表7-25，其半精加工余量值规定为1mm.。（二）、孔（mm）。查实用机械制造工艺设计手册表7-11及表7-13，机械制造工艺学表1-15，取粗车孔余量4.5 mm，半精车孔余量1 mm，精车孔余量0.5mm。其计算顺序是：先确定各工序的基本尺寸，再由后往前逐个工序推算，即由零件上的设计尺寸开始，由最后一道工序开始向前工序推算，直到毛坯尺寸。工序尺寸的公差则都按各工序的经济精度确定，并按照“入体原则”确定上、下偏差。得到工序尺寸及其公差如下表：单位（mm）工序名称工序基本余量工序的经济精度工序尺寸工序尺寸及其公差和Ra精车0.1H7（+0.03）80 半精车1H10（+0.12）80-0.5=79.5粗车4.5H13（+0.46）79.5-1=78.5毛坯孔678.5-4.5=74（三）、孔mm的端面（计算直径为 mm）。查实用机械制造工艺设计手册表7-2，取粗车端面余量2.3mm。查实用机械制造工艺设计手册表7-4，取半精车余量1mm.。工序尺寸如下表：单位（mm）工序名称工序基本余量工序尺寸半精车170粗车2.371毛坯3.373.3（四）、孔mm的底面（计算直径为n 74n80mm）。查实用机械制造工艺设计手册表7-23，取粗车底面余量2mm。查实用机械制造工艺设计手册表7-4，取半精车余量1mm.。工序尺寸如下表：单位（mm）工序名称工序基本余量工序尺寸半精车145粗车246毛坯348（五）、凸台（n22mm）。查实用机械制造工艺设计手册表7-23，取粗加工余量2mm。（六）、孔（n20mm）。查实用机械制造工艺设计手册表2-4，由于其精度要求不高，Ra12.5m，故取铸造后留钻头扩孔余量2mm。（七）、孔（mm）。查机械加工工艺手册表3.2-9，取钻孔至mm，扩孔至mm，粗铰孔至mm，精铰孔至mm。工序尺寸及其公差如下表：单位（mm）工序名称工序基本余量工序的经济精度工序尺寸工序尺寸及其公差和Ra精铰0.05H7(+0.018)11 Ra=1.6m粗铰0.1H8(+0.027)10.95 Ra=3.2m扩0.85H10(+0.07)10.85 Ra=6.4m钻10H13(+0.027)10 Ra=6.4m（八）、螺纹孔（M10）。查机械加工工艺手册表3.2-20，得攻螺纹前用麻花钻直径为8.5mm。（九）、孔mm的锪钻。查机械加工工艺手册表3.3-40，取d1X d2=22X11mm锪钻。 确定的总的加工余量如下表所示：加工面代号基本尺寸加工余量等级加工余量说明6083.3单侧加工1283.5单侧加工 8086双侧加工 4583单侧加工 4282单侧加工五、确定切削用量及基本工时工序5:粗、半精铣底面55X170mm工步1:粗铣底面55X170mm查机械加工工艺手册表2.1-32，采用可转位面铣刀，D=100mm，齿数6；查机械加工工艺手册表2.1-73，取每齿进给量af =0.2mm/r；查机械加工工艺手册表2.1-76，寿命T=180min；查机械加工工艺手册表2.1-81，取切削速度=65m/min。查机械加工工艺手册表2.1-101，取切入和切出行程长度则主轴转速（r/min）每分钟进给量切削工时为 工步2:半精铣底面55X170mm查机械加工工艺手册表2.1-73，取每齿进给量af =0.1mm/r；查机械加工工艺手册表2.1-81，取切削速度=83m/min。则主轴转速（r/min）每分钟进给量切削工时为 工序6:钻、扩、铰，并锪平工步1:钻 查机械加工工艺手册表3.4-1，取钻孔进给量；查表3.4-7，得后刀面最大磨损限度0.50.8mm，刀具寿命T=35min；查表3.4-26，取切削速度则主轴转速（r/min）每分钟进给量切削工时为 工步2:扩 查机械加工工艺手册表3.4-5，取扩孔进给量；查表3.4-7，得后刀面最大磨损限度0.60.9mm，刀具寿命T=30min；查表3.4-34，取切削速度则主轴转速（r/min）每分钟进给量切削工时为 工步3:粗铰查机械加工工艺手册表3.4-6，取粗铰孔进给量；查表3.4-7，得后刀面最大磨损限度0.40.6mm，刀具寿命T=60min；查表3.4-40，取切削速度则主轴转速（r/min）每分钟进给量切削工时为 工步4:精铰查机械加工工艺手册表3.4-6，取精铰孔进给量；查表3.4-7，得后刀面最大磨损限度0.40.6mm，刀具寿命T=60min；查表3.4-40，取切削速度则主轴转速（r/min）每分钟进给量切削工时为 工步5:锪平查机械加工工艺手册表3.4-37，取锪孔进给量；查表3.4-37，取切削速度则主轴转速（r/min）切削工时为 工序7:粗车孔端面及其孔底面，粗车孔，扩孔n20工步1:粗车孔端面查实用机械制造工艺设计手册表8-3，取进给量；查机械加工工艺手册表1.1-46，取切削速度为。则主轴转速（r/min）切削工时为：其中，工步2:粗车孔孔底面查实用机械制造工艺设计手册表8-3，取进给量；查机械加工工艺手册表1.1-46，取切削速度为。则主轴转速（r/min）切削工时为： 其中，工步3:粗车孔查车工速查速算手册表6-15，取进给量；查机械加工工艺手册表1.1-46，取切削速度为。则主轴转速（r/min）切削工时为 其中，工步4:扩孔查实用机械制造工艺设计手册表8-10，取进给量，表8-12，取切削速度。则主轴转速（r/min）切削工时为 工序8:半精车孔端面及其孔底，半精车孔，精车孔工步1:半精车孔端面查实用机械制造工艺设计手册表8-5，取进给量；查车工速查速算手册表6-13，取切削速度为。则主轴转速（r/min）切削工时为：其中，工步2:半精车孔孔底面查实用机械制造工艺设计手册表8-5，取进给量；查车工速查速算手册表6-13，取切削速度为。则主轴转速（r/min）切削工时为： 其中，工步3:半精车孔查车工速查速算手册表6-9，取进给量，查表6-12，取切削速度为。则主轴转速（r/min）切削工时为 其中，工步4:精车孔查车工速查速算手册表6-9，取进给量，查表6-12，取切削速度为。则主轴转速（r/min）切削工时为 其中，工序9:钻凸台上螺纹孔M10至n8.5并锪平攻丝工步1:钻凸台上螺纹孔M10至n8.5查实用机械制造工艺设计手册表8-10，取进给量，查表8-12，取切削速度。则主轴转速（r/min）切削工时为 工步2:锪平凸台查实用机械制造工艺设计手册表8-16取进给量，取切削速度。则主轴转速（r/min）切削工时为工步3:攻丝至M10查实用机械制造工艺设计手册表8-29，取切削速度。则主轴转速（r/min）切削工时为工序10：钻端面上4个螺纹孔M10至n8.5并倒角攻丝工步1:钻端面上4个螺纹孔M10至n8.5查实用机械制造工艺设计手册表8-10，取进给量，查表8-12，取切削速度。则主轴转速（r/min）切削工时为 工步2:倒角查实用机械制造工艺设计手册表8-16取进给量，取切削速度。则主轴转速（r/min）切削工时为工步3:攻丝至M10查实用机械制造工艺设计手册表8-29，取切削速度。则主轴转速（r/min）切削工时为六、车轴承孔专用夹具设计6.1、定位方案的确定加工轴承座孔时，理论上应该限制的自由度如下：沿着X、Y、Z轴方向上的移动自由度，绕X、Y轴的转动自由度。车轴承孔可以采用两种定位方式：一是“一点一线一面”定位，二是“一面两孔”定位。第一种定位方式如下图示意所示，工件放在夹具体支撑板上，靠在两定位块上，再向左靠在第三个定位块上，再用压板夹紧工件便可以开始加工了。支撑板限制3个自由度，两定位块限制2个自由度，第三个定位块限制1个自由度，符合要求。但是此种方法定位存在一个很大的缺点：对铸造毛坯的精度要求很高，这样会增加成本。故选用第二种方法定位，但是这种方法对定位孔的精度要求也比较高，需要将孔的精度提高至7级，就是在钻孔后加上扩孔、绞孔两道工序。第二种方法较之第一种方法具有可行性。 “一点一线一面”定位示意图6.2、定位基准的选择 坐标系选择与加工实际相符，如下图所示：水平向右为Y轴，竖直向下为X轴，垂直直面向外为Z轴。如下图所示，采用“一面两孔”为定位基准。即第一定位基准为轴承座底面，第二、第三定位基准为左右两个孔。工件以一平面及两圆孔为定位基准时，为补偿工件两定位孔的孔径和孔距误差及夹具两定位销的直径和距离误差，避免工件不能套入定位销，采用一个圆柱定位销、一个菱形定位销（削边定位销）和平面定位，即采用“一面两销”定位。图中轴承座底板上右边的孔采用圆柱定位销，左边的孔采用菱形定位销。夹具体底面支撑板限制了3个自由度，分别为： 、；圆柱销限制了2个自由度，分别为： ；菱形销限制了1个自由度为： 。综上，该定位方案限制了工件的6个自由度，较好的满足了零件加工要求，定位合理可靠。6.3、定位误差分析计算所谓定位误差，是指由于工件定位不准造成的某一工序相对于工序基准的工序尺寸或者位置要求方面的加工误差。由于对一批工件来说，刀具经调整后位置是不动的，即被加工表面的位置相对于定位基准是不变的，所以定位误差就是工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量。造成定位误差的原因有：由于工序基准与定位基准不一致所引起的定位误差，称基准不重合误差，即工序基准相对于定位基准在加工尺寸方向上的最大变动量，以b表示：由于定位元件制造误差以及配合间隙所引起的定位误差，称基准位置误差，即定位基准的相对位置在加工尺寸方向上的最大变动量，以j表示。d=b+j。 1）两定位销中心距： Lx=Lg=136mmLg工件两定位孔的中心2）两定位销中心距的公差： 两孔中心距的公差：3）销与孔的配合为11H7/f6 孔的直径为圆柱销直径为： 菱形销未削边部分直径为：，B=d-2=9mm，b=3mm4）圆柱销的位置误差为：j2=TD2+Td2+2min=0.018+0.011+0.016=0.045mm其中：TD2：工件内孔的公差； Td2：短圆柱销的公差； 2min：工件内孔与短圆柱销的最小配合间隙；菱形销Y方向（上图）上位置误差为：j1=TD2+Td2+2min+TL工=0.045+0.205mm5）菱形销Z方向（上图）上的位置误差为： j1= TD1+Td1+1min=0.018+0.011+0.016=0.045mm两孔中心连线O1O2的角度误差为： 6.4、夹紧方案的确定 车削过程中，夹具和工件一起随主轴作回转运动，所以夹具要同时承受切削力和离心力的作用，转速越高，离心率越大，夹具承受的外力也越大，这样会抵消部分夹紧装置的夹紧力。此外，工件定位基准的位置相对于切削力和重力的方向来说是变化的，有时同向，有时反向。因此，夹紧装置所产生的夹紧力必须足够，自锁性能要好，以防止工件在加工的过程中脱离定位元件的工作表面而引起振动、松动或飞出。 车轴承孔夹紧机构是多点、多向夹紧机构，采用最简单的浮动压头夹紧，夹紧过工件程中压头中有一个夹紧点接触时，零件能够移动使两个夹紧点都接触，直到最后均衡夹紧。另外，浮动的夹紧元件还能够补偿工件的响应的尺寸偏差。工件放置好后，扳下带有弧形压块的铰链压板，再拧紧螺母即可夹紧工件。这种夹紧机构夹紧虽然大，压板会有变形，但是不会影响工件的加工精度，另外，操作方便，加工过程中只要一次装夹。6.5、切削力及夹紧力的计算粗车孔时，选用的是硬质合金内孔车刀，其前角，后角，主偏角，刃倾角，查金属切削原理与刀具可知：主切削力（N）：径向切削力（N）：走刀力（轴向力）（N）：切削时消耗的功率（kW）：其中， ，对于工件的径向切削力Fy，因其数值不大，为简化计算，现忽略不计。那么将以上数值代入公式中可以得到粗车孔时的切削力： 查资料可知：CA6140机床主电机的功率，因，验证了前面选择的切削用量可用。由力学知识分析受力如右图所示，其中：W1、W2为弧形压块的两脚对工件的压力（垂直于轴承座外圆表面只想圆心），Fx垂直纸面向里，L即轴承孔中心距地面的距离L=65mm，粗车后孔的直径为D=78.5mm，取底面与夹具体之间的摩擦系数。列静力平衡方程如下： 可以解得：W1=972N，W2=4380N。则夹紧力取安全系数为K=2.5，则实际所需的夹紧力为W0=KW=13110N七、课程设计小结为了将课本所学知识与实践相结合，我们进行了为期三个星期的专业课课程设计，我们一组七人设计的是轴承座的机械加工工艺规程制订及各工序专用夹具设计，通过这次实习我们学习到了很多东西，巩固了课本的理论知识，受益匪浅。这次课程设计，由于理论知识的不足，再加上根本没有什么设计经验，一开始的时候有些手忙脚乱，不知从何入手。在老师的谆谆教导，和同学的热情帮助下，使我找到了信心。虽然种种困难我都已经克服，但是还是难免我有些疏忽和遗漏的地方。完美总是可望而不可求的，不在同一个地方跌倒两次才是最重要的。抱着这个心理我一步步走了过来，最终完成了我的任务。此次课程设计从准备工作到确定生产类型、工艺路线到最后的夹具的设计，再到设计说明书的撰写都是集体智慧的结晶，虽然过程难免有很多争执，但最后都被克服，顺利完成设计任务，不仅使我们加深了对所学知识的印象，还使我们学会了合作团队精神。课程设计也是一种学习同事优秀品质的过