工艺夹具课程设计-轴承座零件机械加工工艺规程及及车夹具设计.doc

1 工艺夹具课程设计工艺夹具课程设计 题 目：轴承座零件机械加工工艺规程及工艺装备 设计 学生姓名： 学 号： 专业班级： 11 数控 3 班 指导教师： 完成时间： 2013-1-11 1 目录 第一章 引 言 .2 1.1 基本概念.2 1.2 轴承座零件的介绍.2 1.3 夹具的作用 .3 第二章 零件的分析 .4 2.1 零件的作用 .4 2.2 零件图样分析 .4 2.3 零件的工艺分析 .5 第三章 确定毛坯 .5 3.1 确定毛坯种类： .5 3.2 确定铸件加工余量及形状： .6 第四章 工艺规程设计 .6 4.1 选择定位基准： .6 4.2 制定工艺路线 .7 4.3 机械加工余量、工序尺寸及公差的确定 .8 第五章 车床专用夹具设计 .9 5.1 提出问题 .10 5.2 设计思想 .10 5.3 定位分析 .10 5.4 切屑力与夹紧力的计算.10 2 第一章第一章 引引 言言 1.1 基本概念 工艺过程：改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为成平或半成 品的过程。 生产纲领：企业在计划期内应该生产的产品产量和进度计划。 基准：基准是指用以确定生产对象几何要素间的几何关系所依据的点、线、面，对 一个机械零件而言，基准就是确定该零件上的其它点、线、面所依据的点、线、面。 六点定位原理：任何一个自由刚体，在空间都有六个自由度（自由度是完全确定物 体在空间几何位置所需要的独立坐标数目） ，即沿坐标轴的 x、y、z 移动和绕次坐标轴的 转动。限制了刚体的六个自由度，就确定了刚体的位置。 工序：工序是指一个（或一组）工人在一台机床（或一个工作地点）上，对同一个 （或同时对几个）工件所连续完成的那一部分工艺过程。 1.2 轴承座零件的介绍 轴承座零件一般都是用铸铁、铜等材料铸造而成。 轴承座零件的毛坯选择与其材料、结构和尺寸等因素有关，孔径较小（如 d20mm） 的轴承孔一般选择钢模铸造。也可以采用实心铸件。孔径较大时，采用砂型制造。大量 生产是一般选用钢模制造，这样既提高生产率又节约金属材料。 轴承座零件的主要表面是内孔和孔轴心线到地面的距离，其主要技术要求如下： （1） 内孔 内孔是轴承零件起支撑作用或定位作用最主要的表面，它通常与运动着的轴、 和轴承相配合。内孔直径的尺寸精度一般为 7 级，精密轴套有时取 6 级，由于与其 相配的轴上有密封圈，故要求较低。 内孔的形状精度，一般应控制在孔径公差以内，有些精密轴套控制在孔径公 3 差的 1/2 至 1/3，甚至更严。对于的轴承除了圆柱度和同轴度外，还应注意孔轴线直 线度的要求。 为保证零件的功能和提高其耐磨性，内孔表面粗糙度一般为 Ra3.2 至 Ra1.6。 （2） 孔轴心线到地面的距离 保证底座与上盖的平行度和尺寸要求。 1.3 夹具的作用 夹具在其发展的 200 多年历史中，大致经历了 3 个阶段：第一阶段，夹具在工件加 工、制造的各工序中作为基本的夹持装置，发挥着夹固工件的最基本功用。随着军工生 产及内燃机，汽车工业的不断发展，夹具不断在规模生产中发挥出其高效率及稳定加工 质量的优越性。各类定位、夹紧装置的结构也日趋完善，夹具逐步发展成为机床-工件- 工艺装备工艺系统中相当重要的组成部分。这是夹具发展的第二阶段。这一阶段，夹具 发展的主要特点是高效率。在现代化发展的今天，各类高效率，自动化夹具在高效、高 精度及适应性方面。已有了相当大的提高。随着电子技术，数控技术的发展。现代夹具 的自动化和高适应性，已经使夹具与机床逐渐融为一体，使得中、小批量生产的生产效 率逐渐趋近于专业化的大批量生产的水平。这是夹具发展的第三个阶段，这一阶段，夹 具的主要特点是高精度、高适应性。可以预见。夹具在每一个阶段的主要发展趋势将是 逐步提高智能化水平。夹具主要有如下作用： （1） 保证加工精度 用机床夹具装夹工件，能准确确定工件与刀具、机床之间的相对 位置关系，可以保证加工精度。 （2） 提高生产效率 机床夹具能快速地将工件定位和夹紧，可以减少辅助时间，提高 生产效率。 （3） 减轻劳动强度 机床夹具采用机械、气动、液动、夹紧装置，可以减轻工人的劳 动强度 （4） 扩大机床的工艺范围 利用机床夹具，扩大机床加工范围，例如，在机床或钻床 上使用膛模可以代替镗床镗孔，使车床、钻床具有镗床的功能。 4 第二章 零件的分析 2.1 零件的作用 轴承座是轴承和箱体的集合体,以便于应用,这样的好处是可以有更好的配合,更方便 的使用,减少了使用厂家的成本。 2.2 零件图样分析零件图样分析 图 1.1 零件图 1）侧视图右侧面对基准 C（30mm 轴线）的垂直度公差为 0.03mm。 021. 0 0 2）俯视图上、下两侧面平行度公差为 0.03mm。 3）主视图上平面对基准 C（30mm 轴线）的平行度公差为 0.03mm。 021. 0 0 5 4）主视图上平面平面度公差为 0.008mm，只允许凹陷，不允许凸起。 5）铸造后毛坯要进行时效处理。 6）未注明倒角45。 7）材料 HT200。 2.3 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， 不适合磨削为此以下是轴承座需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求： l）30mm 轴承孔可以用车床加工、也可以用铣床镗孔。 021. 0 0 2）轴承孔两侧面用铣床加工，以便加工 2mm1mm 槽。 3）两个 8mm 定位销孔，与销要过渡配合，精度达到 IT8，要先钻后铰才能达 022 . 0 0 到要求。 4）侧视图右侧面对基准 C（30mm 轴线）的垂直度检查，可将工件用 30mm 心 021. 0 0 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。 5）主视图上平面对基准 C（30mm 轴线）的平行度检查，可将轴承座 021. 0 0 30mm 孔穿入心轴，并用两块等高垫铁将主视图上平面垫起，这时用百分表分别 021 . 0 0 测量心轴两端最高点，其差值即为平行度误差值。 6）俯视图两侧面平行度及主视图上平面平面度的检查，可将工件放在平台上，用百 分表测出。 第三章 确定毛坯 3.1 确定毛坯种类： 零件材料为 HT200。考虑零件在机床运行过程中所受冲击不大，零件结构又比较简单， 生产类型为中批生产，故选择金属铸造模毛坯。查机械制造工艺设计简明手册,选用 6 铸件尺寸公差等级为 CT-12。加工余量等级为 G. 3.2 确定铸件加工余量及形状： 查机械制造工艺设计简明手册 ，选用加工余量为 8 级，并查表 2.2-4 确定各个加 工面的铸件机械加工余量，铸件的分型面的选用及加工余量，如下表所示： 表 2.1 零件加工余量表 简 图 加工 面 代号 基 本 尺 寸 加工 余量 等级 加工 余量 说 明 A11583 单侧加工 A28283 单侧加工 A33883 单侧加工 A41583 双侧加工 A54283 双侧加工 B1308152 双侧加工 B2358 17.5 2 双侧加工 第四章 工艺规程设计 4.1 选择定位基准： 1. 粗基准的选择：以轴承孔两侧毛坯为主要的定位粗基准 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” 7 原则和“基准统一”原则，以已加工底面为主要的定位精基准,13mm 的螺栓孔为定位精 基准。 4.2 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,可以考虑采用卧式铣床、摇臂钻床、卧式车床及 专用夹具,并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生 产成本尽量下降。选择零件的加工方法及工艺路线方案如下： 工序 1 时效处理 工序 2 铸件内外非加工表面彻底清洗干净，涂耐油漆同时检查铸件是否有缺陷。 工序 3 夹轴承孔两侧毛坯，铣轴承座底面，照顾尺寸 30mm 和表面粗糙度。 工序 4 钻 9 的孔和锪 13 的沉头孔。保证孔深 8mm。 2 . 0 0 工序 5 以已加工底面和沉头孔定位基准，在轴孔处压紧，铣主视图上平面及轴承 孔左、右侧面 42mm。 工序 6 刨 2mm1mm 槽，照顾底面厚度 15mm。 工序 7 夹 42mm 两侧面，按底面找正，铣四侧面，保证尺寸 38mm 和 82mm。 工序 8 钻 8mm 的销孔，保证孔的尺寸及公差。 022 . 0 0 工序 9 钻 6 的油孔，保证孔深 20mm。 工序 10 钻 4 的油孔，保证与 的油孔相通。 工序 11 以底面及沉头孔定位，采用专用夹具装夹工件，钻 30mm、35mm 孔， 021. 0 0 保证 30mm 中心至上平面距离 15mm 023. 0 0 05 . 0 0 工序 12 以底面及沉头孔定位，在未加工的圆柱表面夹紧。采用弯板式专用夹具装 夹工件，车 30mm、35mm 孔、倒角 145，保证 30mm 中 021. 0 0 021. 0 0 心至上平面距离 15 及 30mm 的表面粗糙度 0.8. 021. 0 0 工序 13 去毛刺 工序 14 总检入库 8 4.3 机械加工余量、工序尺寸及公差的确定 4.3.1 圆柱表面工序尺寸： 前面根据资料已初步确定工件各面的总加工余量，现在确定各表面的各个加工工序 的加工余量如下： 表 3.1 圆柱表面工序尺寸表 加工表面 加工内 容 加工 余量 精度等级工序尺寸 表面粗 糙度 钻 15IT11 110 . 0 0 15 12.5 30IT7 （B1） 扩 2IT11 084 . 0 0 28 6.3 35（B2 ） 镗 0356.3 扩 1.8IT10 084 . 0 0 8 . 29 6.3 粗铰 0.13IT8 021 . 0 0 93.29 1.6 30IT7 （B1） 精铰 0.07IT7 023. 0 0 30 0.8 4（B6）钻 0IT1046.3 13（B4）钻 0IT10136.3 钻 0.2IT107.86.3 8（B3） 粗铰 0IT881.6 4.3.2 平面工序尺寸： 表 3.2 平面工序尺寸表 工序 号 工序内容加工余量基本尺寸经济精度工序尺寸偏差 01 铸件 3CT12 3 粗铣下底 面 219IT12 0 21. 0 04 精铣下底 面 118IT8 0 027 . 0 05 粗铣上底 面 216.0IT12 0 18 . 0 9 精铣上底 面 115.0IT8 0 027 . 0 粗铣轴承 孔 左侧面 242IT12 0 25 . 0 05 精轴承孔 左侧面 141IT8 0 039 . 0 粗轴承孔 右侧面 239IT12 0 25 . 0 05 精轴承孔 右侧面 138IT8 0 039 . 0 粗轴承座 前面 286IT12 0 0.25 06 精轴承座 前面 185IT8 0 033 . 0 粗轴承座 后面 283IT12 0 0.25 06 精轴承座 后面 182IT8 0 054 . 0 第五章 车床专用夹具设计 5.1 提出问题 （1）怎样限制零件的自由度：一个面限制三个自由度，长圆柱销控制 2 个自由度， 定位销限制 1 个自由度。 （2）怎样夹紧：设计夹具由螺旋夹紧工件。 （3）设计的夹具怎样排削：此次加工采用麻花钻和铰刀，排削通过钻模板与工件之 间的间隙进行排削。 （4）怎样是夹具使用合理，便于装卸。 10 5.2 设计思想 设计必须保证零件的加工精度，保证夹具的操作方便，夹紧可靠，使用安全，有合 理的装卸空间，还要注意机构密封和防尘作用，使设计的夹具完全符合要求。 本夹具主要用来对 30 孔进行加工，这个孔尺寸要求是 IT10，表面粗糙度为 Ra12.5，镗可以满足其精度。所以在设计时要在满足其精度要求的前提下提高劳动生产 效率，降低劳动强度。 5.3 定位分析 （1）定位基准的选择 根据夹具手册知定位基准尽可能与工序基准重合，在同一工序的各道工序中， 应尽量采取同一定位基准进行加工。故加工 30 孔时，采用轴承座底面和 44 外圆柱 面作为定位基准 （2）定位误差的分析 定位元件尺寸及公差确定，基准重合b=0，由于存在间隙，定位基准会发生相 对位置的变化即存在基准位移误差。 j=（TD+Td+S）/2 TD=0.060mm Td=0.011mm S=0.010mm J=0.0365mm 5.4 切屑力与夹紧力的计算 刀具：30 的镗刀。F= fcp FFFF 镗孔切削力：查机床夹具设计手册P70 表 3-6，得镗削力计算公式： =2795x2.2x0.30.75x36.86-0.15x0.89=1291.4N FcFcFc cc XYZ cFpcF FC afvk =1940 x2.20.9x0.30.6x36.86-0.3x0.5 =324.5N FpFpFp pp XYZ p pFcF FC afvk 11 =2880 x2.2x0.30.5x36.86-0.4x1.17=959.3N FfFfFf ff XYZ fFpcF FC afvk =959.3N+0.1x(1291.4+324.5)N=1120.89 fcp FFFF 镗孔夹紧力：查机床夹具设计手册P70 表 3-6，查得工件以一个面和两个孔定 位时所需夹紧力计算公式： dtd f LQ W gz1 3 2 )( 2 式中 螺纹摩擦角 平头螺杆端的直径 d1 工件与夹紧元件之间的摩擦系数,0.16 f 螺杆直径 dz 螺纹升角 Q 手柄作用力 L 手柄长度 则所需夹紧力 dtd f LQ W gz1 3 2 )( 2 =766（N） 根据手册查得该夹紧力满足要求，故此夹具可以安全工作 12 车床夹具图 1 产品型号零（部）件图号共 1 页机械加工工序卡 片产品名称零（部）件名称轴承座第 1 页 车间工序号工序名称材料牌号 金工 11 扩30 孔 HT200 毛坯种类毛坯外形尺寸每毛坯件数每台件数 铸件 6677.2104m m 11 设备名称设备型号设备编号 同时加工件 数 摇臂钻床 Z30251 夹具编号夹具名称切削液 专用夹具 工序工时工位器具编号工位器具名称 准终单件 0.9 工步工时工 步 号 工步内容工艺设备主轴转 速 (r/min) 切削速 度(m/s) 进给量 (mm/r) 背吃刀 量 mm 进给次 数 机动辅助 1 扩30 孔专用夹具装夹，硬质合金 锥柄扩孔钻 504.41.60.21 排图 排校 2 底图号 装订号编制日期审核日 期 会签日 期 标记 处 数 更改文件 号 签字日期标记 处 数 更改文件 号 签字日期 3 产品型 号 零（部）件图 号 共 1 页 机械加工工艺过程卡 片产品名 称 零（部）件名 称 轴承座第 1 页 材料牌号 HT200 毛坯 种类 铸件 毛坯外 形尺寸 6677.2 104mm 每毛 坯件 数 1 每 台 件 数 1 备 注 工时 工 序 号 工序名称工序内容车间工段设备工艺装备 单件准终 1 时效处理时效处理 2 清洗，检查铸件内外非加工表面彻 底清洗干净，涂耐油漆 同时检查铸件是否有缺 陷 工件用专用夹具装夹 3 粗铣 精铣 夹轴承孔两侧毛坯，铣 轴承座底面，照顾尺寸 30mm 和表面粗糙度 X 52K 专用夹具装夹，三面刃圆盘 铣刀 0.15min 0.33min 4 钻9 孔 锪13 孔 钻9 孔，锪13 的 沉头孔，保证孔深 8mm 摇臂钻 床 Z3025 专用夹具装夹，直柄麻花钻 硬质合金带导柱直柄平底锪 钻 0.09min 0.05min 4 5 粗铣两直角边 精铣两直角边 以已加工表面和沉头孔 定位基准，在轴孔处压 紧，铣主视图上平面及 轴承孔左右侧面 42mm 卧式机 床 X61 工件用专用夹具装夹 0.35min 0.35min 6 刨 2mm 1mm 槽刨 2mm 1mm 槽，照顾 底面厚度 15mm 牛头刨