工艺夹具毕业设计73设计CA10B解放汽车中间轴轴承支架的机械加工工艺规程及工艺装备

课程设计说明书 1 目录 前言 .1 课程任务 .2 零件的分析 .3 工艺规程的设计 .4 夹具的设计 .14 设计小节 .20 参考文献 .22 课程设计说明书 2 题目 设计 CA10B 解放汽车中间轴轴承支架 的机械加工工艺规程及工艺装备（中批量生产） 内容 1.零件图 一 张 2毛坯图 一 张 3机械制造加工工艺过程综合卡片 一张 4 夹具 设计装配图 一张 5 夹具 设计零件图 一张 6课程设计说明书 一份 一 、 零件的分析 （一） 零件的作用 题目所给的零件是 CA10B 汽车中间轴的轴承。它主要起到稳固滚子的作 用，在安装时起到固定滚珠的作用，利于安装。零件上方的 13 孔起固定作用，下方的 70 斜孔则是用于装轴承。支撑中间轴。零件为铸件，铸造时起模度 2 （二） 零件的工艺分析 CA10B 中间轴轴承支架共有两处加工表面，其间有一定斜度要求，课程设计说明书 3 140 孔有一定的斜度为 5.5，两个 13 斜孔与中间的 13 斜孔角度为 30。分述如下： 1. 顶端 13 这一孔加工包括： 13 的孔，以及其内端面，与外圆有位置要求，这个孔有高的位置度要求 ，与外圆中心 2mm, 与突台 R5 圆中心距离 25mm，与两端 13 的孔的垂直距离 72mm。 2. 140 孔及两端表面 这一孔加工包括： 140 的孔公差带 0.26 0，以及其前后两个端面。这两表面及孔有一定的位置度要求 ,即 140 的孔前后两个端面与顶端 13的孔上表面有斜度要求， 140 的孔与支撑架中心有斜度 5.5及宽度为50mm。 由上面分析可知，加工时应先加工一组表面，再以这组加工后表面为基准加工另外一组。 3. 两端 13 的孔及端平面 两 13 的孔有位置要求 232mm,与端面内侧为 4mm， 与突台垂直。突台要求高 12mm 且有斜度 30 二 工艺规程设计 (一 )确定毛坯的制造形式 零件材料为 HT200。考虑零件在运行过程中所受冲击不大，零件结构又比较简单，故选择铸件毛坯。 （二）基面的选择 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，加工工艺过程中问题百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，使生产无法正常进行。 课程设计说明书 4 （ 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 140 孔以外圆面为基准镗孔，加工前后端面相互为基准进行铣削加工。加工两个 13 孔的突台以突台下表面及 140 孔做为基准加工。 （ 2）精基准的选择。主要应该考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门计算，此处不再重复。 （三）制定工艺路线 制定工艺路线得出发点 ,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 ,在生产纲领已确定的情况下 ,可以考虑采用万能性机床配以专用工卡具 ,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。 1. 工艺路线方案一 工序一 粗铣 140 孔前端面。 工序二 粗铣 140 孔后端面。 工序三 扩 140 孔 工序四 粗 铣 13 孔上端面。 工序 五 钻 13孔。 工序 六 粗 铣两侧 13孔端面。 工序 七 钻两侧 13孔。 工序 八 检查 2 工艺路线方案二 工序一 粗铣 140 孔前端面。 工序二 粗铣 140 孔后端面。 课程设计说明书 5 工序三 扩 140 孔 工序 四 粗 铣 13 孔上端面。 工序 五 粗 铣两侧 13孔端面。 工序 六 钻 13孔。 工序 七 钻两侧 13孔。 工序八 检查 上面工序可以适合大多数生产。通过方案一和二的比较，选择方案一。工序八和工序九可设计用同一组专用夹具进行加工，减少了装夹误差。 以上工艺过程详见工艺卡片。 （四）机械加工余量 、 工序尺寸及毛皮尺寸的确定 CA10B 解放汽车中间轴轴承支架零件材料为 HT200 ，硬度170220HB，毛皮重量 3kg，生产类型中批量，铸造毛坯。 据以上原始资料及加工路线，分别确定各家工表面的机械加工余量 、 工序尺寸及毛坯尺寸如下： 1. 外圆表面延轴线方向长度方向的加工余量及公差（ 140前 后端面）。 查机械制造工艺设计简明手册（以下称工艺手册）表 2.2 2.5，取 140前后端面长度余量均分别为 1.75,3（均为双边加工） 铣削加工余量分别为： 粗铣 1mm 2mm 2. 内孔（ 140 已铸成孔） 查工艺手册表 2.2 2.5，取 140已铸成孔长度余量为 4，即铸成孔半径为 66mm。 3.其他端面加工余量（三个 3孔端面） 课程设计说明书 6 查工艺手册表 2.2 2.5，取长度余量为 3, 铣削加工余量分别为： 粗铣： 2mm 3. 其他尺寸直接铸造得到 由于本设计规定的零件为大批量生产，应 该采用调整加工。因此在计算最大 、最小加工余量时应按调整法加工方式予以确认。 （ 五）确立切削用量及基本工时 工序 以 140圆前后为相互基准，粗铣 140 孔 前后 端面。 1. 加工条件 工件材料： HT200, b =0.16GPa, HBS=170220,铸造。 加工要求：粗铣 140 孔 前后 端面。 机床： X5012 立式铣床。 刀具： 硬质合金端铣刀 ,牌号 YG8 合金钢。铣削宽度 awPcc。故校验合格。 最终确定 ap=1.5mm， nc=125r/min,Vfc=125mm/s， V c=31.4m/min， f z=0.1mm/z。 6）计算基本工时 m in39.0150 5.45.134021 v lllfwmt 工序 以 140 孔外圆为基准，扩 140 孔， 保证孔的精度达到 IT7。 选择钻床： Z535 立式钻床。加工刀具分别为： 扩孔 140mm 标准高速钢扩孔钻； 1.选择扩孔切削用量 1)确定进给量 f 根据表 28-31:f=1.6-2.0mm/r. 根据 Z535机床说明书 ,取 f=1.8mm/r. 2)确定切削速度 v 及 n 根据表 28-33: 取 v 表 =10m/min修正系数 : kmv=1.0, kapv=1.0,故 V 表 =10m/min*1.0*1.0=10 m/min , N =1000v 表 /( d0)=5.9r/min,查机床说明书得 :n=10r/min,实际切削速度为 v= d0n*103 =1.7m/min. 3)计算工时 课程设计说明书 8 m in86.18.110 5.3301 nft lll fwm 由于所有工步所用工时很短，所以使得切削用量一致，以减少辅助时间。 6 各工序实际切削用量 根据以上计算，该工序切削用量如下： 扩孔： d0=139mm,f=1.8mm/r,n=10r/min,v=1.7m/min 7 钻头磨钝标准及寿命 扩孔后刀面最大磨损限度（查 工艺手册 ）为 0.9 . mm，寿命 min60T 8.计算工时 m in67.05.230 205.0301 nft lll fwm 由于所有工步所用工时很短，所以使得切削用量一致，以减少辅助时间。 工序 粗铣 13 孔上端面 1. 加工条件 工件材料： HT200, b =0.16GPa HB=170220,铸造。 加工要求： 粗 铣 140 前后 端面。 机床： X5012 立式铣床。 刀具： 硬质合金端铣刀 ,牌号 YG8 合金钢。铣削宽度 aw1.75mm/r, 由于机床进给机构允许的轴向力 Fmax=15690N(由机床说明书查出 ),根据表 28-9允许的进给量 f 1.8mm/r。 由于所选进给量 f远小于 f及 f，故所选 f可用。 （ 2）确定切 削速度 V，轴向力 F，转矩 T 及切削功率 PM 根据 工艺手册 表 28-15，由插入法得： V 表 =13.5m/min, F 表 =6460N, T 表 =58N m, PM 表 =1.34KW 由于实际加工条件与上表所给条件不完全相同 ,故应对所的结果进行修正 . 由表 28-3 得 : kMv=1.0, klv=1.0,故 V 表 =13.5 m/min 1.0 1.0=13.5 m/min. m in/9.2381 0 0 00rdvn 表 查 Z535机床说明书，取 n=245r/min.实际切 削速度为 m in/9.131 0 0 00 mndv 由表 28-5得： 课程设计说明书 10 kMT= kMF=0.94,故 F=6460*0.94=6072N， T=58*0.94=54.5 N m （ 3）校验机床功率 切削功率 PM=PM 表 （ n/n ） kMM=1.32KW, 机床有效功率 P E=PE =3.65KWPM, 故选择的钻削用量可用 .即 d0=18mm,f=0.8mm/r,n=245r/min,v=13.9m/min相应的 F=6072N,T=54.5 N m, PM=1.32KW, .计算工时 m in31.08.0245 92501 nft lll fwm 由于所有工步所用工时很短，所以使得切削用量一致，以减少辅助时间。 工序 粗铣两侧 13孔上端面 1. 加工条件 工件材料： HT200, b =0.16GPa HB=170220,铸造。 加工要求： 精 铣 140 前后 端面。 机床： X5012 立式铣床。 刀具： 硬质合金端铣刀 ,牌号 YG8 合金钢。铣削宽度 awPcc。故校验合格。 最终确定 ap=1.5mm， nc=125r/min,Vfc=125mm/s， V c=31.4m/min， f z=0.1mm/z。 6）计算基本工时 m in39.0150 5.45.134021 v lllfwmt 工序 以 140 孔，端面，及顶端 3孔 为精基准，钻 3孔（两侧） 1. 选择钻头及钻床 选择高速钢麻花钻钻头，钻床为 Z512-A.粗钻时 do=6mm，横刃斜角 =40-60锋角 1182 后角 16f 螺旋角 28 2.确定切削用量 1）确定进给量 查 工艺手册 rmmf /33.027.0 ,选 f . 按钻头强度选择根据表 28-8，按 钻 头 强 度 所 允 许 的 进 给 量 f =0.6-0.72mm/r 按钻头强度选择 rmmf /70.0 最终决定选择机床已有的进给量 rmmf /3.0 经校验校验成功。 课程设计说明书 12 2）钻头磨钝标准及寿命 后刀面最大磨损限度（查 工艺手册 表）为 0. 0.8mm，寿命min35T ）确定切削速度 V，轴向力 F，转矩 T及切削功率 PM 根据 工艺手册 表 28-15，由插入法得： V 表 = m/min, F 表 =1295N, T 表 =2.88N m, PM 表 =0.21KW 由于实际加工条件与上表所给条件不完全相同 ,故应对所的结果进行修正 . 由表 28-3得 : kMv=1.0, klv=0.65,故 V 表 =14m/min*0.65*1.0=9.1 m/min , m in/4831 0 0 00rdvn 表 查 Z535机床说明书，取 n=500r/min.实际切削速度为m in/42.91 0 0 00 mndv 由表 28-5得： kMT= kMF=1.1,故 F=1295*1.1=1424N，T=2.88*1.1=3.16 N m 4）校验机床功率 切削功率 PM=PM 表 （ n/n ） kMM=0.24KW, 机床有效功率 P E=PE =0.37KWPM, 故选 择的钻削用量可用 .即 d0=6mm,f=0.3mm/r,n=500r/min,v=9.42m/min相应的 F=1424N,T=3.16 N m, PM=0.24KW, .计算工时 课程设计说明书 13 m in3.03.0500 32401 nft lll fwm 由于所有工步所用工时很短，所以使得切削用量一致，以减少辅助时间。 工序 检查 其余几步数据见工艺卡片。 三 卡具设计 经过与老师协商，决定设计第道工序 钻两侧 3 孔的钻床卡具。本卡具将用于 ZQ5035 轻新型圆柱立式钻床。刀具为的 3 高速钢麻 花钻。 （一） 问题的提出 在给定的零件中，对本步加工的定位有较高的要求，是自由公差，定位要求较高。因此，本步的重点应在卡紧的方便与快速性上，且有两孔间的距离以及斜度。 （二） 卡具设计 定位基准 在选择定位方案时，由于定位方式多种多样，对定位基准、限位基准的确定也有几种不同方法，此处采用以下观点 : 1)当工件以回转面 (内、外圆柱面、圆锥面、球面等 )作为定位基面时，其轴线为定位基准。当工件以平面与定位元件接触，此平面就是定位基面，它的理想状态 (平面度误差为零 )是定位基准。但对于已经加工过的平面，通常忽略其平面度误差，所以认 为，定位基面就是定位基准，二者重合。 出于定位简单和快速的考虑，选择 140 孔为基准，即以一面 上 一短心轴（自课程设计说明书 14 由度限制数： 5）配合以一菱形销（自由度限制数： 1）使工件完全定位。再使用快速螺旋卡紧机构进行卡紧 钻套类型的选择与设计 由于加工孔的要求不同 ,那么对导向装置的长度 ,同轴度等一些要求也不尽相同。钻 1、 2处的孔还需要计算钻孔的直径。 衬套的选择与设计 衬套的主要作用是为了避免在更换钻套的时候，对钻模板的孔口造成过多的摩擦而不断的扩大，从而影响钻孔的精度，不能达到精度和加工的要求，致使生产的产品成为废品。 此套夹具采用固定衬套。 根据已有条件确定衬套的外径为 18mm，公差范围为 +0.02mm+0.032mm，内孔径为 +0.011mm+0.019mm。 生产技术要求为： 1.d 对 D 的径向跳动不大于 0.01 毫米 ;2.d 公称尺寸系钻套的最大尺寸 ,其允许差为 +0.004+0.017;3.热处理 :T10A,淬火 HRC6064；渗碳深度 0.81.2mm； 4.表面发蓝或其它的防锈处理，锐边无毛刺。 定位元件的确定 在选择定位方案时，由于定位方式多种多样，对定位基准、限位基准的确定也有几种不同方法，此处采用以下观点 : 1)当工件以回转面 (内、外圆柱面、圆锥面、球面等 )作为定位基面时，其轴线为定位基准。当工件以平面与定位元件接触，此平面就是定位基面，它的理想状态 (平面度误差为零 )是定位基准。但对于已经加工过的平面，通常忽略其平面度误差，所以认为，定位基面就是定位基准，二者重合。 课程设计说明书 15 2)当定位元件以回转面作为限位基面时，其轴线作为限位基准。 此夹具定位元件采用两平面和一定位柱 ,拟用不完全限位方式定位。定位三面，夹紧两面，有一面未限定的正好生产技术要求为： 1.d 对 D的径向跳动不大于 0.01 毫米 ;2.d 公称尺寸系钻套的最大尺寸 ,其允许差为+0.004+0.017;3.热处理 :T10A,淬火 HRC6064；渗碳深度 0.81.2mm； 4.表面发蓝或其它的防锈处理，锐边无毛刺。 夹紧装置 夹紧基本原理理论 夹紧的目的是保证工件在夹具中的定位，不致因工时受切削力，重力或伴生离心力，惯性力，热应力等的作用产生移动或振动。夹紧装置是夹具完成夹紧作用的一个重要的而不可以缺少的组成部分，除非工件在加工过程中所受到的各种力不会使它离开定位时所需确定的位置，才可以设有夹紧装置。夹紧装置设计的优劣，对于提高夹紧的精度和加工作效率，减轻劳动强度 都有很大的影响。 课程设计说明书 16 分析各类夹具的基本功能要求可以将夹紧装置概括为两类：第一类是性能要求，主要指定位唯一性、定位稳定性 ,夹紧稳定性及总体约束；第二类要求是夹具的结构刚性、成本及易操作性、易于维修等要求。本设计目录中功能项包括夹紧对象特征项、加工信息特征及夹紧要求特征。 夹紧对象特征项目：包括夹紧对象类型、材料、形状、体积、数量、物理特性、磁性、导电性、刚性等信息。 加工信息特征项：加工类型、机加工、装配、检测、焊接等、加工参数、切削参数、运动参数、几何参数等。 夹紧要求特征项：主要指性能要求，包括定位要求 、定位基准选择，如特征点、特征面。夹紧力大小、夹紧方向、夹紧行程、夹紧松开速率，自锁性等。 元件功能分析：夹紧功能主要包括四种元功能：定位功能、传动功能、执行功能和分度功能等辅助功能。定位功能由定位元件完成，定位元件按定位面特征分为平面定位元件、圆孔定位元件、外圆定位元件。传动功能由中间递力课程设计说明书 17 机构完成，该机构一般有三个作用；改变作用力的力一向、大小和自锁作用。目前常用的有以下机构：斜楔机构、螺旋机构、圆偏心机构、杠杆铰链机构、连杆机构、联动机构、对中机构、定心机构等。 设计夹紧装置时 ,应满足下述主要要求： 1.夹紧装置在对工件夹紧时，不应破坏工件的定位 ,为此，必须正确选择夹紧力的方向及着力点。 2.夹紧力的大小应该可靠，适当，要保证工件在夹紧后的变形和受压表面的损伤不致超出允许的范围。 3.夹紧装置结构简单合理，夹紧动作要迅速，操作方便省力，安全。 4.夹紧力或夹紧行程在一定范围内可进行调整和补偿。 1 切削力和卡紧力计算 刀具 : 3 的高速钢麻花钻。本步加工可按钻削估算卡紧力。实际效果可以保证可靠的卡紧。 切削力 KfF FX d 8.0419 = 1*006.0*419 3.0 8.0=0.96N 轴向力 NfkCF FfFi zd 96.00.13.00 0 6.04 2 0 8.00.10 转矩 mNkyfzCT TtT TTd 68.00.2 1083.20.13.0006.0206.00 实际夹紧力 )t a n (t a n 21 rr ZQLF课程设计说明书 18 F-单个螺旋夹紧时产生的夹紧力 (N); Q-原始作用力 (N); L-作用力臂 (mm); ), mmr （螺旋副的当量摩擦半径 其值视螺旋副的结构形式而定 ,见 17-25 1 -螺杆端部与工件间的摩擦角 ( ) rz -螺纹中径之半 (mm); -螺纹升角 (.),见 表 17-26; 2 -螺 旋副的当量摩擦角 2 ,=arctan(tan2 /cos ),式中 2 为螺旋摩擦角 ( ), 为螺纹牙型半角 ( ),见 表 17-27. 计算得夹紧力 F=3800N. 由 工艺手册 表 17-30 查得卡紧力为 N=6500N 由于实际卡紧力大于所需夹紧力 ,故本夹具可安全工作 . 3. 定位误差分析 本工序采用以一面 上 一短心轴（自由度限制数： 5）配合以一菱形销（自由度限制数： 1）使工件完全定位。由于本孔加工是自由公差，故能满足定位要求。 工件的定位就是使同一工序中的所有工件逐次放置到夹具中，使之占有正确的位置的工 艺过程。一批工件逐个在夹具中定位时，由于定位基准与工序基课程设计说明书 19 准不重合、定位副制造不准确等原因，使得各个工件在夹具中占据的位置不可能完全一致，势必产生定位误差，即工件在夹具中因定位不准确而产生的工件加工误差。 定位误差实际上是一批工件采用调整法加工时，由于定位所造成的工件加工面相对于工序基准的位置误差。假定在加工时，夹具相对于刀具及切削成形运动的位置经调整后不再变动，那么可以认为加工面的位置是固定的，这样工件加工面相对于其工序基准的位置误差就是由于工序基准的位置变动所引起的。所以，定位误差也就是工件定位时工序基准 在工序加工要求 (位置尺寸或位置精度 )方向上的位置变动量。 应用夹具 CAD 系统设计夹具时，在未选定夹具定位方案的具体结构之前，尚不能建立定位尺寸链。在系统确定了夹具定位结构之后，就可以根据具体结构建立定位尺寸链进行正计算或反计算。 a)正计算就是当已知定位结构中有关定位元件尺寸的公差时，用定位尺寸链求解封闭环公差 (即定位误差 )。如果所求的定位误差值在允许的公差范围之内，则表明所确定的定位元件的尺寸公差能满足精度要求。否则不能保证精度，就需调整定位结构中定位元件的尺寸公差。如果这些公差无调整的余地则需考虑重新确定 定位结构。 b)反计算就是已知封闭环的尺寸及公差 ,确定各组成环的公差 ,即将允许的定位误差合理地分配到各组成环中去。 装备误差分析 “机床夹具装配调整及夹具精度检验”实验，认识到夹具制造工艺特点和工件加工精度的保证方法，认识到夹具总装图公差配合与技术要求的实际意义。从而使我在进行夹具设计时明白到底应标注哪些技术要求有其意义。 安装误差与定位误差：在应用夹具安装工件时 ,往往由于下列几种因数引课程设计说明书 20 起工件的安装误差： 1.夹具本身的误差 ; 2.夹具在机床上的安装 ,调整误差 ; 3.夹紧时 ,整个夹具或其它元件受力后产生弹性变 形 ; 4.工件的定位基准与定位元件接触后的变形 ; 5.由于工件的定位基准与设计基准不重合而引起的误差 ; 6.由于工件的定位基准面与定位元件之间的间隙 (如内 ,外圆柱面定位时 )引起的工件可能的最大的位移。 小结 :在实际工作中，应多读些典型机床夹具总图，多调试一些夹具，多了解一些夹具结构方案，从中多学习一些结构工艺性方面的知识，使设计能力有所提高。 4