机械制造技术课程设计-角形轴承箱加工工艺及粗铣两小平面夹具设计【全套图纸】.doc

南通纺织职业技术学院毕业设计（论文）目 录摘 要2关键词2第1章 绪 论31.1课题背景31.2夹具的发展史31.3小结4第2章 零件的分析52.1 零件的作用52.2零件的工艺分析5第3章 工艺规程的设计73.1确定毛坯的制造形式73.2基准的选择73.3工艺路线的拟定7第4章 夹具设计104.1机床夹具设计的概述104.1.1机床夹具简介104.1.2 机床夹具的组成104.1.3 机床夹具应满足的要求114.1.4 铣床夹具的组成、设计特点和要求114.2问题的提出124.3夹具的设计124.3.1定位基准的选择124.3.2切削力及夹紧力的计算124.3.3定位元件的设计144.3.4定向键与对刀装置设计164.4定位误差分析174.5夹具设计及操作的简要说明184.5.1夹具体的毛坯结构184.5.2夹具体外形尺寸的确定194.5.3夹具体的找正基准204.5.4夹具设计小结214.6切削用量与基本工时21结 论22致谢词23参考文献24摘 要该毕业论文首先进行了对角形轴承箱的零件分析，通过对角形轴承箱零件进行的分析与研究，阐述了其零件工艺分析、毛坯制造形式、毛坯制造方法、基准选择、工艺方案路线的确定等相关内容；为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。经过与指导老师协商，决定设计第六道工序粗铣两小平面的专用铣床夹具。本夹具将用于X5032立式升降台铣床，刀具为套装直齿三面刃铣刀，对角形轴承箱两个小平面进行铣削加工。在本次毕业设计中，根据所给的角形轴承箱的零件图、技术要求和加工批量及设备，通过查阅有关书籍，了解和掌握了的机械工艺及夹具设计的一般步骤和方法，并运用了这些方法和步骤进行了角形轴承箱的机械加工工艺规程的编制与工序六的专用夹具的设计。整个设计的指导思想是“简便、高效、经济”地生产出符合要求的产品。关键词：角形轴承箱 加工工艺 专用夹具 全套图纸，加153893706第1章 绪 论1.1课题背景随着科学技术的发展，各种新材料、新工艺和新技术不断涌现，机械制造工艺正向着高质量、高生产率和低成本方向发展。各种新工艺的出现，已突破传统的依靠机械能、切削力进行切削加工的范畴，可以加工各种难加工材料、复杂的型面和某些具有特殊要求的零件。数控机床的问世，提高了更新频率的小批量零件和形状复杂的零件加工的生产率及加工精度。特别是计算方法和计算机技术的迅速发展，极大地推动了机械加工工艺的进步，使工艺过程的自动化达到了一个新的阶段。“工欲善其事，必先利其器。”工具是人类文明进步的标志。自20世纪末期以来，现代制造技术与机械制造工艺自动化都有了长足的发展。但工具（含夹具、刀具、量具与辅具等）在不断的革新中，其功能仍然十分显著。机床夹具对零件加工的质量、生产率和产品成本都有着直接的影响。因此，无论在传统制造还是现代制造系统中，夹具都是重要的工艺装备。1.2夹具的发展史夹具在其发展的200多年历史中，大致经历了三个阶段：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，夹具逐渐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。在现代化生产的今天，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步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，夹具在不一个阶段的主要发展趋势将是逐步提高智能化水平。1.3小结一项优秀的夹具结构设计，往往可以使得生产效率大幅度提高，并使产品的加工质量得到极大地稳定。尤其是那些外形轮廓结构较复杂的，不规则的拔叉类，杆类工件，几乎各道工序都离不开专门设计的高效率夹具。目前，中等生产规模的机械加工生产企业，其夹具的设计，制造工作量，占新产品工艺准备工作量的50%80%。生产设计阶段，对夹具的选择和设计工作的重视程度，丝毫也不压于对机床设备及各类工艺参数的慎重选择。夹具的设计，制造和生产过程中对夹具的正确使用，维护和调整，对产品生产的优劣起着举足轻重的作用。 就我个人而言，希望通过这次毕业设计，对自己今后将从事的工作，进行一次适应性训练，通过设计锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后的工作打下一个良好的基础。 由于能力所限，设计中尚有许多不足之处，希望指导老师给予批评指教。第2章 零件的分析2.1 零件的作用角形轴承箱是用夹固定在轴承的箱体，通过固定轴承来实现轴承的正常运转。槽50h11与端面100h11为配合表面，有较高的精度及表面粗糙度；140h11为内圆较高的定位基准；180H7孔为轴承配合表面，有较高的精度。图2.1 角形轴承箱零件图2.2零件的工艺分析 该零件是箱体类零件，形状不规则，加工面大，尺寸精度、形位精度、表面精度要求均较高，零件的主要技术要求分析如下：（如图2.1） （1）角形轴承箱两侧面对180H7孔轴线垂直度误差不超过0.1mm及180H7孔圆度控制在0.008mm之内。主要目的是保证轴承能正确的安装在该箱体上，角形轴承箱利用50h11的凹槽进行定位。 （2）铸件要求不能有砂眼、疏松、气孔等铸造缺陷，以保证零件的强度、硬度及刚度，在外力的作用下，不致于发生意外事故。设计夹具时要注意该事项。 （3）由180h7的孔是一比较重要的孔，也是以后机床加工工序的主要定位基准，因此孔的工序是比较重要的，要在夹具设计中考虑，保证达到该孔的精度、粗糙度、与端面的垂直度的要求，主要是确定装夹基准和夹紧块位置。第3章 工艺规程的设计3.1确定毛坯的制造形式 由于零件的结构比较复杂，又是薄壁零件，所以采用砂型铸造。工件的材料为HT150，毛坯的尺寸精度要求为1T1112级。3.2基准的选择 基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面选择的正确、合理，可以保证加工质量，提高生产率，否则，就会使加工工艺过程问题百出，严重的还会造成零件大批报废，使生产无法进行。 根据零件图及零件的使用情况分析可知：180H7孔、槽宽等均应通过正确的定位才能保证,故对基准的选择应予以分析。 （1）粗基准的选择 按照粗基准的选择原则,为了保证不加工表面和加工表面的位置的要求,应选择不加工表面为粗基准, （2）精基准的选择 在180H7孔加工以后,各工序则以该孔为定位基准,从靠近距离箱体上表面为350mm的端面为轴向尺寸的定位基准。这样满足了基准重合的原则和互为基准的原则。在加工箱体的某些表面时,可能会出现基准不重合,这时需要进行尺寸链的换算。3.3工艺路线的拟定制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领应确定为中批生产的条件下，可以采用专用工夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应考虑经济效果，以便降低生产成本。1）工艺路线方案一：工序1：铸造（砂型铸造）工序2：热处理（正火，时效处理）工序3：粗铣加工上顶面和右侧面工序4：粗铣前后端面工序5：半精铣前后端面工序6：粗镗、半精镗180的孔工序7：粗铣两槽及两侧面半精铣两槽及两侧面工序8：粗铣两平面（以上顶面与下底面作为精基准）工序9：钻孔2-25工序10：钻孔6-13工序11：精镗180的孔工序12：清洗工序13：检验（2）工艺路线方案二：工序1：铸造（砂型铸造）工序2：热处理（正火，时效处理）工序3：粗车两端面、粗车180H7 mm孔并倒角工序4：钻、扩、铰工艺孔工序5：粗铣两大平面工序6：粗铣两小平面工序7：粗铣两定位槽、半粗铣两定位槽工序8：半精镗两端面、半精镗180H7 mm孔工序9：精镗180H7 mm孔工序10：钻2-25mm孔工序11：钻6-13mm孔工序12：去毛刺，清洗工序13：终检入库（3） 工艺方案的比较与分析 工艺路线方案二是用车削的方法。在车端面的同时将孔一并粗车完成，这样能更好的保证孔与端面的垂直度；然后将两个端面一次铣出，这样有较好的平行度；在用端面定位，用滑柱钻模的钻套定中心，用钻模板直接压紧，也可得到较好的孔与端面的垂直度。后面的工序均以孔及端面定位，故基准是重合的。而工艺方案二虽然是遵循先面后孔的加工规则，但是精度不能够够很好的保证。所以，考虑工厂的具体条件等因素，如设备，能否借用工、夹、量具等，综合所述第二个方案比较好，选第二个方案来进行加工零件。第4章 夹具设计 为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。经过与指导老师协商，决定设计第六道工序粗铣两小平面的专用铣床夹具。本夹具将用于X5032立式升降台铣床，刀具为套装直齿三面刃铣刀，对角形轴承箱两个小平面进行铣削加工。4.1机床夹具设计的概述4.1.1机床夹具简介 机床夹具是机床上用以装夹工件（和引导刀具）的一种装置。其作用是将工件定位，以使工件获得相对于机床和刀具的正确位置，并把工件可靠地夹紧。按夹具的使用范围分，有五类：通用夹具、专用夹具、可调整夹具和成组夹具、组合夹具、随行夹具。而我这次设计的是专用夹具。专用夹具是指专为某一工件的某道工序而专门设计的夹具。其特点是结构紧凑，操作迅速、方便、省力，可以保证较高的加工精度和生产效率，但设计制造周期较长、制造费用也较高。当产品变更时，夹具将由于无法再使用而报废。只适用于产品固定且批量较大的生产中。 4.1.2 机床夹具的组成 (1)、定位元件 它与工件的定位基准相接触，用于确定工件在夹具中的正确位置，从而保证加工时工件相对于刀具和机床加工运动间的相对正确位置。 (2)、夹紧装置 用于夹紧工件，在切削时使工件在夹具中保持既定位置。(3)、对刀、引导元件或装置 这些元件的作用是保证工件与刀具之间的正确位置。用于确定刀具在加工前正确位置的元件，称为对刀元件，如对刀块。用于确定刀具位置并导引刀具进行加工的元件，称为导引元件。(4)、连接元件 使夹具与机床相连接的元件，保证机床与夹具之间的相互位置关系。 (5)、夹具体 用于连接或固定夹具上各元件及装置，使其成为一个整体的基础件。它与机床有关部件进行连接、对定，使夹具相对机床具有确定的位置。(6)、其它元件及装置 有些夹具根据工件的加工要求，要有分度机构，铣床夹具还要有定位键等。 以上这些组成部分，并不是对每种机床夹具都是缺一不可的，但是任何夹具都必须有定位元件和夹紧装置，它们是保证工件加工精度的关键，目的是使工件定准、夹牢。4.1.3 机床夹具应满足的要求机床夹具应满足的基本要求包括下面几个方面：（1）保证加工精度。（2）夹具的总体技术方案应与生产纲领相适应。（3）安全、方便、减轻劳动强度。（4）排屑顺畅。（5）具有良好的强度、刚度、工艺性。根据对机床夹具的基本要求，在设计过程中同时也要考虑夹具的结构工艺性。4.1.4 铣床夹具的组成、设计特点和要求1、铣床夹具的组成主要有定位元件、夹紧机构、对刀装置（对刀块与塞尺）、定位键、夹具体等。2、铣床夹具的设计特点和要求1）切削用量、切削力大，断续切削，易振动定位稳定，夹紧可靠定位支承面大； 夹紧力足够，自锁性好；作用在刚度大的部位，着力点、施力方向恰当空行程，辅助时间长多件加工，快速夹紧、联动夹紧、高效夹紧。2）确定夹具位置，设置定位键两个，距离远圆形定位键易加工，易磨损，使用不多。（如下图3.1）图4.1 定位键矩形定位键：有槽上下配合不同，定向精度高 无槽定向精度不高，需找正基准根据对机床夹具的基本要求，在设计过程中同时也要考虑夹具的结构工艺性。在下面将本零件的加工工艺方案中第六道工序粗铣两小平面，刀具为套装直齿三面刃铣刀，对角形轴承箱两个小平面进行铣削加工的夹具设计。4.2问题的提出 本铣床夹具是用来粗铣两个小平面，零件图中两小平面有公差要求，因此这粗铣两小平面也有一定的公差要求。另外，此中心线为一个侧平面的设计基准，有一定的垂直公差要求。但此工序只是粗加工，因此本工序加工时主要考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度,而精度则不是主要问题。4.3夹具的设计4.3.1定位基准的选择由零件图可知，底面对孔的中心线有一定的垂直度公差要求，因此应以地面为主要定位基准。由于铸件的公差要求较大，利用两个大端面表面作为辅助定位基准时，只有采用自动对中夹具才能同时保证对称的粗铣两小平面的精度的公差要求。为了使定位误差较小或为零，应该选择以零件一侧面定位的夹具，因此这里选用零件一侧面为主要定位基面，加上一个已经加工好的13的工艺孔和中间粗加工好的180mm内孔，利用心轴定位，采用一面两孔的装夹方式，限制六个自由度，使该零件得到完全定位。为了提高加工效率，现决定采用套装式直齿三面刃铣刀加工出两小平面。出于定位简单和快速的考虑，使用快速螺旋卡紧机构进行夹紧。4.3.2切削力及夹紧力的计算（1）铣削时切削力的计算根据机械加工工艺手册可查得： 本步加工可按铣削估算夹紧力。实际效果可以保证可靠的夹紧。切削刀具：套装直齿三面刃铣刀，则参见简明机械加工工艺手册表1-2-9 切削力F公式如下：根据机械加工工艺手册可查得：铣削力计算公式为圆周分力 式（3-1）查表可得： 代入公式（3-1）得 =查表可得铣削水平分力、垂直分力、轴向分力与圆周分力的比值为： 铣削加工产生的水平分力应由夹紧力产生的摩擦力平衡。 即： （） （2）工件在夹具中的夹紧 本夹具设计采用螺旋快速夹紧机构，使用快速螺旋定位机构快速人工夹紧。在计算夹紧力时，必须考虑安全系数，安全系数K 计算出的理论夹紧力F再乘以安全系数k既为实际所需夹紧力 即： 取k=2 由简明机械加工工艺手册表1-2-241-2-25查得：由简明机械加工工艺手册表1-2-241-2-25查得：螺纹公称直径为24mm，螺距为1.5mm的螺栓许用夹紧力为22563N、加上螺母夹紧的夹紧扭矩为54.838N.M。此时已大于所需的20960N的夹紧力，故本夹具可安全工作。4.3.3定位元件的设计工件以圆孔定位大都属于定心定位(定位基准为孔的轴线)，常用的定位元件有定位销、圆柱心轴、圆锥销、圆锥心轴等。圆孔定位还经常与平面定位联合使用。图4.2为几种常用的圆柱定位销，其工作部分直径d通常根据加工要求和考虑便于装夹，按g5、g6、f6或f7制造。图4.2 a、b、c所示定位销与夹具体的连接采用过盈配合；图4.2 d为带衬套的可换式圆柱销结构，这种定位销与衬套的配合采用间隙配合，故其位置精度较固定式定位销低，一般用于大批大量生产中。为便于工件顺利装入，定位销的头部应有15倒角。图4.2 几种常用的圆柱定位销本工序选用的定位基准为一面两孔定位，所以相应的夹具上的定位元件应是一面一销和一心轴。因此进行定位元件的设计主要是对短削边销进行设计。由加工工艺孔工序简图可知两工艺孔中心距。由于两孔之间有位置度公差，所以其尺寸公差为所以两孔的中心距为 ，而两工艺孔尺寸为180H7（）、13（）。根据机床夹具设计手册削边销与心轴的设计计算过程如下：图4.3 两孔分析图（1）、确定两定位销中心距尺寸及其偏差 =40mm （2）、确定定位心轴直径及其公差 （基准孔最小直径） 取f6 所以定位心轴尺寸为 180f7（）mm。（3）、削边销的宽度b和B由机床夹具设计手册（上海科技出版社）可知，削边销为B型固定式定位销GB2203-80 选择型号为：D=13mm，公差带为f7，H=14mm的B型固定式定位销：定位销B13f714 GB2203-80其中：，（4）、削边销与基准孔的最小配合间隙 式（4-1）其中： 基准孔最小直径 圆柱销与基准孔的配合间隙代入数据由公式（4-1）得（5）、削边销直径及其公差 按定位销一般经济制造精度，其直径公差带为，则削边销的定位圆柱部分定位直径尺寸为。（6）、补偿值4.3.4定向键与对刀装置设计定向键安装在夹具底面的纵向槽中，一般使用两个。其距离尽可能布置的远些。通过定向键与铣床工作台T形槽的配合，使夹具上定位元件的工作表面对于工作台的送进方向具有正确的位置。根据GB220780定向键结构如图所示：图 4.4 夹具体槽形与螺钉图根据T形槽的宽度 a=25mm 定向键的结构尺寸如下：表 4.1 定向键数据表 BLHhD夹具体槽形尺寸公称尺寸允差d允差公称尺寸允差D25-0.014-0.0454014615624+0.0237对刀装置由对刀块和塞尺组成，用来确定刀具与夹具的相对位置。由于本道工序是完成角形轴承箱零件两小平面的粗铣加工，所以选用圆形对刀块。圆形对刀块选择如下：根据机床夹具设计手册（上海科技出版社）选取圆形对刀块，圆形对刀块（GB 2240-80）D=16mm的圆形对刀块：对刀块16GB2240-804.4定位误差分析本夹具选用的定位元件为一面两销定位。夹具的主要定位元件为零件的底面两个已经加工的孔，该定位孔的尺寸与公差现规定为与本零件在工作时与有位置关系的各面的尺寸与公差相同。零件安装在夹具中时的最大间隙为：式中 第一定位孔与圆定位销间的最小间隙；第二定位孔与削边销间的最小间隙；注：为转角误差查机械制造工艺手册，中心线的转角公差为2，故最大侧隙能满足零件的精度要求。4.5夹具设计及操作的简要说明 夹具体是夹具的基础件。在夹具体上，要安装组成该夹具所需要的各种元件、机构和装置等。设计时应满足以下基本要求。1、应有足够的强度和刚度。保证在加工过程中，夹具体在夹紧力，切削力等外力作用下，不致产生不允许的变形和振动。2、结构简单，具有良好的工艺性在保证强度和刚度的条件下，力求结构简单，体积小，重量轻，特别是对于移动或翻转夹具，其重量不应太大（一般不超过10kg），以便于操作。3、尺寸要稳定对于铸造夹具体，要进行时效处理；对于焊接夹具体，要进行退火处理，以消除内应力，以保证夹具体加工尺寸的稳定。4、便于排屑为防止加工中切屑聚积在定位元件工作表面或其他装置中，而影响工件的正确定位和夹具的正常工作，在设计夹具体时，要考虑切屑的排除问题。4.5.1夹具体的毛坯结构在选择夹具体的毛坯结构时，应以结构合理性、工艺性、经济性、标准化的可能性以及工厂的具体条件为依据综合考虑。下表为各种夹具毛坯结构的特点和应用场合。表3.2夹具体的毛坯结构结构类型特点应用场合铸造结构可铸出复杂的结构形状。抗压强度大，抗振性好。易于加工，但制造周期长，易产生内应力，故应进行时效处理。材料多采用HT150或200适用于切削符合大、振动大的场合或批量生产焊接结构制造容易，生产周期较短，成本较低。热变形较大，焊接后需退火处理适用于新产品试制或单件小批量生产装配结构选用标准毛坯件或标准部件组合而成，如圆棒、圆盘、工字钢、角铁、U形槽钢等标准钢材。可缩短制造周期适应于标准化根据上表各种夹具毛坯结构的特点和应用场合，选取该夹具的结构类型为铸造结构。4.5.2夹具体外形尺寸的确定夹具制造属单件生产性质，为缩短设计和制造周期，减少设计和制造费用，所以夹具体设计，一般不作复杂的计算。通常都是参照类似的夹具结构，按经验类比法估计确定。实际上在绘制夹具总图时，根据工件、定位元件、夹紧装置、对刀引导元件以及其他辅助机构和装置在总体上的配置，夹具体的外形尺寸便已大体确定。表3.3 夹具体结构尺寸的经验数据根据夹具体结构尺寸的经验数据：1、夹具体壁厚h=25mm2、夹具体上不加工的毛面与工件表面之间的间隙 夹具体是毛面，工件是光面时，取10mm表3.4夹具体座耳尺寸根据XA6132铣床工作台T型槽的尺寸，选择螺栓直径为18，其他参数如上表。4.5.3夹具体的找正基准有时为了夹具找正方便，可在夹具体上专门加工出找正用基准（如图中平面A），用以代替对元件定位面的直接测量，但元件定位面与找正基准间要有严格的相对位置要求。4.5.4夹具设计小结在设计夹具时，应该注意劳动生产率。为此，应首先着眼于机动夹紧而不采用手动夹紧。因为这是提高劳动生产率的重要途径。本工序由于加工精度等级较低，切削力较大。为了加紧工件，势必要增大受力面积，而这样将使整个夹具过于庞大。因此，应设法降低切削力。目前采取的措施有三：一是提高毛坯的制造精度，使最大切削深度降低，以降低切削力；二是选择一种比较理想的夹紧机构，尽量增加该夹紧机构的扩力比；三是在可能的情况下，适当提高工作压力，以增加夹紧力。结果，本夹具总的感觉还比较紧凑。4.6切削用量与基本工时 工序六：粗铣两小平面 加工条件如下:X5032立式升降台铣床,三面刃直齿铣刀,YT15刀片,刀盘直径125,宽18mm,齿数22,专用夹具,乳化液冷却。 确定背吃刀量。根据粗糙度要求取,。确定每齿进给量。根据工件材料及刀具材料，查切削手册= 0.06mm/z，确定铣削速度和工作台每分进给量根据切削手册中，表3.27 根据工艺手册表4.2-39，取与相近的主轴转速，实际切削速度工作台每分进给量根据机械加工工艺师手册表4.2-40，取X5032铣床与相近的工作台每分进给量则实际每齿进给量确定机加工时间。粗铣切入长度粗铣时铣削行程L 则 结 论“操千曲而后晓声，观千剑而后识器。”通过本次角形轴承箱零件机械工艺及夹具课题的毕业设计，使我在设计的过程中受益匪浅，对所学的专业课程知识有了更系统的理解和掌握。除了机械工艺及夹具课程设计，这一次又让我系统地完成一个零件的整个设计过程，包括对零件机械加工工艺规程的制定、某一工序专用夹具的设计等，对于设计程序有了深刻的了解和掌握。在本次毕业设计中，通过查阅有关书籍，了解和掌握了的机械工艺及夹具设计的一般步骤和方法，并运用了这些方法和步骤进行了角形轴承箱的机械加工工艺规程的编制与工序六的专用夹具的设计，使我对机械工艺及夹具设计的基本原理和步骤有更为深入的了解，为以后打好了一定的基础。只有在基础知识扎实后才可根据工程实际的需要对一些不是十分必要的步骤和计算进行简化，达到满足要求，又简化设计的目的。在这次设计过程中，我学会了充分利用图书馆的资源，查阅了大量相关书籍。同时通过网络对通用零件的了解，使我开拓了视野，巩固了学过的知识，还让我加深了对许多概念的理解。同时在整个设计过程中我遇到很多困难，也有很多体会，知道了怎样合理利用资料。譬如在设计过程中，由于学过制图，我最初觉得很容易，但是实际情况切实大相径庭。如零件专用夹具的设计，就算一个看似简单的条形块，在设计时还要考虑到其他零件的配合和功能的实现等，而根本就是自相矛盾。总之，本次毕业设计对我来说是对自