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6200
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设计
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毕业设计（论文）题 目 6200系列深沟球轴承工艺及磨削夹具设计 姓 名 学 号 专业班级 所在学院 指导教师（职称） 二一六 年 五 月 二十五 日1浙江大学城市学院毕业论文目录6200系列深沟球轴承工艺及磨削夹具设计【摘要】滚动轴承是现代机器中广泛应用的部件之一，具有摩擦阻力小，功率消耗少，起动容易等优点。本文对滚动轴承的工艺及磨削夹具的研究和设计。主要内容包括毛坯的选择，基准的选择，工艺路线的制定，加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定，切削用量及基本工时定额的确定，选择机床与通用工装，形成工艺过程综合卡；完成夹具的设计，包括：定位方案的分析和定位基准的选择，定位误差分析，铣削力与夹紧力计算，定向键与对刀装置设计，夹紧装置及具体设计，夹具设计及操作的简要说明，装配图、零件图绘制和夹具三维造型设计。【关键词】滚动轴承；工艺设计；磨削夹具The 6200 series deep groove ball bearing grinding process and fixture design【Abstract】 Rolling bearing is one of the widely used modern machine parts with small friction resistance, less power consumption, the advantages of easy to start, etc. The research and design of process and grinding fixture of the rolling bearing. Main contents including blank choice, benchmark selection, formulation process, machining allowance, process dimension and blank size determined cutting parameters and basic man hour quota determined, selection of machine tool and general tool, form a comprehensive process card; complete fixture design, including: positioning scheme for the selection of the analysis and the locating datum, location error analysis, calculation of milling force and clamping force, directional keys and tool setting device design, clamping device and the specific design, fixture design and operation are briefly described, assembly drawing and parts drawing and fixture three dimensional design.【Key Words】 Rolling bearing; process design; grinding fixture.目录第1章 绪论1第2章 零件的分析32.1 零件的作用32.2 零件的工艺分析6第3章 6000系列轴承的工艺规程设计73.1 确定毛坯的制造形式73.2 工艺路线的拟定83.2.1 套圈的车削加工83.2.2 套圈的磨削83.3 机械加工余量，工序尺寸，毛坯尺寸的确定8第4章 磨削夹具设计94.1 夹具的定位方案94.2夹紧机构10 4.3夹紧力的计算10结论17参考文献18附录22致谢2326浙江大学城市学院毕业论文1.1 绪论轴承属于机械基础件，轴承工业是技术密集型、资本密集型和劳动密集型相互兼容的产业。滚动轴承的结构看似简单，但其加工工序是十分复杂的，而且其加工工艺也有其特殊的要求。凭借高超的现代科学技术，轴承生产品种已超过十余万种，质量优异，性能超群，为世界机械工业及其它产业的发展、为人类社会的进步做出了卓越的贡献。轴承（Bearing）是当代机械设备中一种重要零部件。它的主要功能是支撑机械旋转体，降低其运动过程中的摩擦系数，并保证其回转精度。按运动元件摩擦性质的不同，轴承可分为滚动轴承和滑动轴承两大类。其中滚动轴承已经标准化、系列化，但与滑动轴承相比它的径向尺寸、振动和噪声较大，价格也较高。滚动轴承一般由外圈、内圈、滚动体和保持架四部分组成，严格的说是由外圈、内圈、滚动体、保持架、密封、润滑油 六大件组成。主要具备外圈、内圈、滚动体就可定意为滚动轴承。按滚动体的形状，滚动轴承分为球轴承和滚子轴承两大类。1.1.1 轴承零件的结构特点：(1) 回转表面 轴承零件的工作表面大都是回转体表面。(2) 短而薄 轴承零件的宏观外形不仅具有回转体的圆形表面，而且这些表面往往是短而薄的。由于轴承零件大都是回转体，因此加工机械就比较单一，绝大多数为车床和磨床；由于零件比较短，轴向刚度就较好，因此轴向变形可以忽略不计；由于主要零件的壁厚比较薄，径向刚度就比较差，因此对夹紧方法就要有特殊考虑。1.1.2 轴承零件的加工特点：滚动轴承零件虽然结构简单，但技术条件要求很高，这就决定了它有如下加工特点：(1) 精密加工 轴承零件绝大部分表面都要经过磨削加工，磨削加工表面总面积与零件单件重量的比值，比一般机械零件要大得多，而且轴承零件的磨削加工尺寸和几何精度都以m为单位。尤其是套圈的滚道和滚动体的精度更高，还要经过超精加工或研磨加工。(2) 多工序加工 轴承零件的精度要求高，生产工序必然很多。例如，套圈加工从锻造到装配约有2040道工序；圆柱滚子轴承可达74道工序；圆锥滚子轴承也有55道工序之多。(3) 成形加工 轴承零件的工作表面都是回转成形面，适合于用成形法加工。例如，圆锥滚子轴承内圈直挡边、球面滚子、滚道的锻造辗压与车磨等，都是采用成形刀具或仿形板加工的。这就给机床设计与调整，刀具、砂轮的修整等方面带来了一系列问题。1.1.3 滚动轴承零件工艺过程的特殊性：a.专业性在轴承零件加工中，大量采用轴承专用设备。例如，圆锥滚子的加工采用圆锥滚子球基面专用磨床各圆锥滚子专用无心外圆磨床；套圈的加工采用滚道专用磨床和挡边专用磨床；钢球的加工采用光磨机、磨球机以及研磨机等专用设备。专业化的特点还在于轴承零件的专业生产。例如，保持架厂、微型轴承厂和轻型轴承厂等。b. 自动化轴承生产的专业化为其生产自动化提供了极大的方便。在生产中，除了采用全自动、半自动专用机床外，还采用高度自动化的外圆无心磨床、双端面磨床，以及多刀半自动车床和多轴车床等非专业机床。尤其在轴承制造企业正逐渐推广生产自动线。例如，锻造自动线、热处理自动线、磨削自动线以及装配自动线等。c.先进性轴承零件生产工艺的先进性，主要表现为大量使用先进的机床、工装和工艺。从设备上说，有全自动双击冷镦机、高速镦锻机、超声波清洗机、数控车床，以及微机控制的各类车床与磨床、控制力内圆和外滚道磨床等；从夹具上说，有滑块式和杠杆式三爪浮动卡盘、电磁无心夹具、液压和气压定心夹具等；从工艺上说，有表面强化工艺、超精加工工艺、微电脑控制的保护气氛加热(淬火)，以及可控气体渗碳工艺、随机装配工艺等。滚动轴承工艺过程的专业性、自动化和先进性特征，除满足了轴承生产的大批量规模要求，即高生产率外，还满足了高的加工质量和低的生产成本等要求。4)滚动轴承生产的一般工艺过程 如前所述，组成滚动轴承的零件有外圈、内圈、滚动体和保持架。对于不同的零件，其加工过程和方法是不同的。对于同一种零件，若结构、公差等级不同，其加工过程和方法也有差异。目前中小型普通等级轴承的生产过程大致相同，如表1.2所示。表1.2 滚动轴承生产的一般工艺过程套圈钢球滚子保持架棒料管料棒料线材棒材棒料线材棒料带料板料棒料锻坯锻造冷镦热镦退火冷镦车削冲压成形车削拉方孔车削热处理热处理锉削软磨硬磨超精加工热处理硬磨抛光磨削超精加工表面处理表面处理终检分类检查装配，成品检查，防锈封存，包装第2章 零件的分析2.1 零件的作用轴承（Bearing）是当代机械设备中一种重要零部件。它的主要功能是支撑机械旋转体，降低其运动过程中的摩擦系数，并保证其回转精度。按运动元件摩擦性质的不同，轴承可分为滚动轴承和滑动轴承两大类。其中滚动轴承已经标准化、系列化，但与滑动轴承相比它的径向尺寸、振动和噪声较大，价格也较高。滚动轴承一般由外圈、内圈、滚动体和保持架四部分组成，严格的说是由外圈、内圈、滚动体、保持架、密封、润滑油 六大件组成。主要具备外圈、内圈、滚动体就可定意为滚动轴承。按滚动体的形状，滚动轴承分为球轴承和滚子轴承两大类。 2.2 零件的工艺分析本文以加工深沟球轴承为例，选择型号为6203；基本尺寸：外径40mm，内径17mm，厚度12mm。从轴承零件的结构特点来看，轴承内外圈主要是回转体，主要加工主要应为车削和磨削为主。第3章 6000系列轴承的工艺规程设计3.1 确定毛坯制造形式本文采用高速墩锻和冷展工艺制造轴承套圈毛坯。3.2 工艺路线的拟定制定工艺路线是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求得到合理的保证。尤其在这种大批量生产纲领时，采用合理的工艺路线可以大大提高生产率，使生产成本降低，并获得可观的经济效益。零件各表面加工方法的选择，首先要保证加工表面的加工精度和表面粗糙度要求，然后需要考虑生产率和经济性方面的要求，在选择时，应根据各种加工方法的特点及其经济加工精度和表面粗糙度，结合零件的特点和技术要求综合考虑。该工件毛坯经墩锻冷展成型，其各表面加工方法分为车削和磨削。3.2.1 滚动轴承套圈车削加工本处以加工深沟球轴承为例，选择型号为6203；基本尺寸：外径40mm，内径17mm，厚度12mm。套圈毛坯制造出来之后主要的加工就要由金属切削方法来完成了。车削加工通常是整个套圈切削过程的第一个环节，而不是最终环节。一般套圈的内外径和外内径等车削加工就是终加工。对套圈来说，一般的车削加工要完成的主要任务就是：1. 对一般锻件毛坯，去除表面坚硬的氧化编织层。2. 对棒料管料，去除多余的金属量。3. 经济地取得车削加工的形状、尺寸和位置精度。4. 对待加工表面均匀地留有一定深度的留量。5. 加工好辅助表面。1) 车削加工的内容和方法分类套圈的车削加工具体内容就一般而论是指车削外径、内径、外内径、内外径、端面、滚道、挡边、斜坡、圆倒角、止动槽和油沟等。依产品的结构内型和尺寸，毛坯的制造方法和形状，加工设备的类型、性能和精度，生产批量的大小和生产工艺能力等的不同，其车削加工的工作繁简程度是不同的。加工方法大致分为两类，即集中工序车削法和分散工序车削法。集中工序车削法，简单地说就是在一台车床上，采用多种刀具，自动按序，同时用一种或几种刀具加工套圈的一个或几个表面，在一次循环中加工好一个或几个套圈的大部分或全部表面。分散工序车削法就是在一台车床上，采用一种或少数几种刀具，一次装夹中，只加工一个套圈的一个或少数的几个表面。套圈的全部车削加工需要在几台车床上完成。图4 集中工序车削法1车外径、粗扩内径 2外径成形、精扩内径3外沟、倒角成形、车端面 4切断(第一件)5外沟倒角成形、车端面 6切断(第二件) 2) 套圈车削时的位置精度和定位基准选择套圈的位置精度有以下要求：1. 径向基准面(外圆、内孔)要与轴向基准面(基准端面)垂直。2. 滚(沟)道表面的回转轴线要与径向基准面同轴。3. 沟道对称面要与基准端面平等。4. 两端面要相互平行。图5 基准端面3)用管料车削外圈如图6所示，管料质量和车床性能一般，车削需分粗、精加工来进行。图6 六轴自动车床用管料车削外圈 工位1，进行粗加工，以套圈端面作为基准，其端面轴线与车床中心轴线重合，横刀架车削外径，纵刀架用扁钻扩内径。 工位2，进行精加工，横刀架用成形车刀同时完成外径和四个外倒角的加工，纵刀架用扩孔钻精扩内径完成套圈外内径的加工。 工位3，横刀架车削第一个外圈的基准端面，纵刀架用成形车刀完成第一个外圈的外沟和两个内倒角的加工。 工位4，用横刀架切下第一个外圈。 工位5，横刀架车削第二个外圈的基准端面，纵刀架用成形车刀完成第二个外圈的外沟和两个内倒角的加工。工位6，用横刀架切下第二个外圈，结束一个加工循环过程。4) 车削内圈如图7所示，该过程由两台车床配合完成。 图7 C7220车床车削内圈工序1，由套圈毛坯的一个端面和内外径定位夹紧后，车出一个端面，完成镗孔和两个倒角。工序2，以两个基准面定位，用上刀架仿形车出内外径和沟道，车出内倒角，下刀架车出另一个端面和外倒角。5) 车削套圈的尺寸公差及余量的确定轴承套圈的余量和公差不是固定不变的，是随着生产条件的变化而变化的。套圈的余量及公差受到车削加工、磨削加工等生产率和加工质量两个相互对立因素的制约。这里给出余量及公差标准中的表31和表32。 查表可得深沟球轴承6203的外圈车削余量为0.2mm，最大极限偏差为0.15mm；内圈车削余量为0.25mm，最小极限偏差为0.15mm。6) 套圈车削加工的切削用量切削用量涉及切削速度、进给量(或进给速度)和背吃刀量。它们要受到工件材料、刀具材料和其他技术、经济的制约，不能任意选取。由于套圈的车削加工表面大多是一次进给车完，所以套圈尺寸和毛坯类型、尺寸一定，实际背吃刀量就已定了。这里只给出切削速度和进给量的数据。如表1.3、表1.4所示。表1.3 车削轴承套圈的进给量 (单位: mm/r) 加工工序刀具材料自动转塔车床棒料多轴车床卡盘多刀半自动车床精整车床 纵车镗孔车端面钻孔 扩孔扩孔车成形车成形切断切断 硬质合金硬质合金高速钢高速钢硬质合金高速钢硬质合金高速钢硬质合金0.080.120.060.10钻头直径的0.1倍0.20.40.20.40.030.050.020.040.040.060.030.050.20.50.10.250.060.120.30.80.30.80.030.80.020.070.050.10.050.080.40.80.20.60.060.120.060.12表1.4 车削加工套圈的切削速度 (单位: mm/r)设备类型高速钢刀具硬质合金刀具自动六角车床253580100棒料多轴自动车床253080100卡盘多刀半自动车床50100精整车床3545801203.2.2 套圈的磨削轴承套圈经过热处理之后，表面硬度提高了，不能用车削方法加工。为了使套圈各工作表面得到所要求的各项技术指标，热处理后还必须进行磨削加工。1） 6203轴承套圈的磨削过程 6203外圈磨削过程如表1.5所示(参见图9)。图9 6203外圈工序简图 a)车削后尺寸 b)磨削后尺寸 表1.5 6203外圈磨削加工过程序号工序名称工序尺寸/mm砂轮性质与尺寸D/mmH/mmd/mm设备1磨两端面A60JB5856519DSG23E2磨外径 A80PR500150305M1080A80PR3002001273 粗磨外沟H60.034细磨外沟35.8840.02A100PR6.26M8810H60.03M88104细磨外沟5超精外沟GCW10PV6.85.525LZ202 6203内圈磨削过程如表1.6所示(参见图10)。图10 6203内圈工序简图a) 车削后尺寸 b)磨削后尺寸表1.6 6203内圈磨削加工过程 序号工序名称工序尺寸/mm砂轮性质与尺寸D/mmH/mmd/mm设备1磨两端面A60JB5856519DSG23E2 磨外径A80PR500150305M1080A80SR3002001273磨内径MA80PV17256M21104粗磨内沟A100PR3006127M8804KH60.034粗磨内沟5细磨内沟 A100PRI3006127M8804KH60.036超精内沟GC10PV6.85.535LZ202 3.3 机械加工余量，工序尺寸，毛坯尺寸的确定见表第4章 磨削夹具的设计滚动轴承磨削加工所采用的夹具，从定心式发展到无心式，至今已成为轴承磨削加工的一种标准化装夹方式。无心夹具分为滚轮式无心夹具和支承式无心夹具，滚轮式无心夹具分为工件高于滚轮式和工件导轮等高式。支承式无心夹具分为压轮式和电磁无心夹具，电磁无心夹具又分为单极式喝多极式电磁无心夹具。电磁无心夹具有固定支承式，浮动支承式和预调支承式电磁无心夹具。电磁无心夹具的特点是：工件中心与主轴中心不重合，所以加工精度不受主轴回转精度的影响，其工件中心的位置随着磨削表面尺寸和形状而变化（支滚道磨削滚道）或随支承面的直径尺寸的不同而变化，这种加工时工件中心无固定位置的装夹方法称之为无心装夹式，简称无心夹具。滚轮式无心夹具滚轮式无心夹具是无心装夹中最早使用的一种方法，它是由支承轮和压紧轮组成。支承轮使工件保持相应的中心位置，压紧轮防止工件在磨削时跳动，支承轮与压紧轮由工件带动旋转，使工件基准端面紧靠定位元件（定位盘），在轴承行业，滚轮式无心夹具虽然比定心式夹具先进，但与支承式无心夹具相比存在不少缺点：1、端面定位元件与工件接触力不够大，不适合以端面为基准的磨削加工。2、受到支承轮旋转精度的直接影响。除了将支承外圆的单一径向平面直径变动量完全复映到磨削工件上外，还增加了偏摆误差。3、工件磨削精度还受到压紧轮、支承轮磨损的影响。支承式无心夹具支承式无心夹具是滚轮无心夹具的发展，它从根本上避免了主轴组件误差的影响，因而可以获得很高的形状精度，并且调整和装卸工件十分方便，易于实现单机自动化。压紧轮式无心夹具压紧轮式无心夹具是依靠工件端面上的两个滚轮压紧，压紧轮的动力有气压和液压两种，由于压紧轮的转速高、载荷重，压紧轮轴承磨损较快，造成压力不均匀，使工件定位不稳定，须经常更换轴承。由于压紧轮机构安装在工件前端，造成操作与调整不方便，但是由于压紧轮无心夹具是无磁压紧，加工过程中容易清洗干净加工表面的磨屑，减少表面划痕，同时也适合于无磁材料（如不锈钢等不通磁的材料）的加工。电磁无心夹具本无心夹具是轴承行业目前采用的磨加工夹具，已从定心式发展到无心式。电磁无心夹具优点较多，技术较先进，是标准化的一种夹具。电磁无心夹具的调整1、选用合适偏心量（e值），通过调节支承相对于轴心的位置设定偏心量e值。2、偏心方向角的调整，根据支承的位置和工件旋转方向设置偏心方向角90110。4.1夹具的定位方案基准是用以确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的点、线、面在加工中用于定位的基准称之为定位基准。本次设计无心夹具定位需2个，基准定位，即端面为第一基准定位、外圆为第二基准定位。且本夹具可以一次型加工三件，提高了生产效率。4.2 夹具的结构4.2.1辅助CAD设计在设计中通常要用计算机对不同方案进行大量的计算、分析和比较，以决定最优方案；各种设计信息，不论是数字的、文字的或图形的，都能存放在计算机的内存或外存里，并能快速地检索；设计人员通常用草图开始设计，将草图变为工作图的繁重工作可以交给计算机完成；由计算机自动产生的设计结果，可以快速作出图形，使设计人员及时对设计作出判断和修改；利用计算机可以进行与图形的编辑、放大、缩小、平移、复制和旋转等有关的图形数据加工工作。CAD(Computer Aided Design，计算机辅助设计）诞生于二十世纪60年代，是美国麻省理工学院提出的交互式图形学的研究计划，由于当时硬件设施昂贵，只有美国通用汽车公司和美国波音航空公司使用自行开发的交互式绘图系统。二十世纪70年代，小型计算机费用下降，美国工业界才开始广泛使用交互式绘图系统。二十世纪80年代，由于PC机的应用，CAD（计算机辅助设计）得以迅速发展，出现了专门从事CAD系统开发的公司。当时VersaCAD是专业的CAD制作公司，所开发的CAD软件功能强大，但由于其价格昂贵，故得不到普遍应用。而当时的Autodesk（美国电脑软件公司）公司是一个仅有员工数人的小公司，其开发的CAD系统虽然功能有限，但因其可免费拷贝，故在社会得以广泛应用。同时，由于该系统的开放性，该CAD软件升级迅速。设计者很早就开始使用计算机进行计算。有人认为（伊凡.萨瑟兰郡）Ivan Sutherland在1963年在麻省理工学院开发的Sketchpad（画板）是一个转折点。SKETCHPAD的突出特性是它允许设计者用图形方式和计算机交互：设计可以用一枝光笔在阴极射线管屏幕上绘制到计算机里。实际上，这就是图形化用户界面的原型，而这种界面是现代CAD不可或缺的特性。CAD最早的应用是在汽车制造、航空航天以及电子工业的大公司中。随着计算机变得更便宜，应用范围也逐渐变广。CAD的实现技术从那个时候起经过了许多演变。这个领域刚开始的时候主要被用于产生和手绘的图纸相仿的图纸。计算机技术的发展使得计算机在设计活动中得到更有技巧的应用。如今，CAD已经不仅仅用于绘图和显示，它开始进入设计者的专业知识中更“智能”的部分。随着电脑科技的日益发展，性能的提升和更便宜的价格，许多公司已采用立体的绘图设计。以往，碍于电脑性能的限制，绘图软件只能停留在平面设计，欠缺真实感，而立体绘图则冲破了这一限制，令设计蓝图更实体化，3D图纸绘制也能够表达出2D图纸无法绘制的曲面，能够更充分表达设计师的意图。国产CAD发展历程中国CAD技术起源于国外CAD平台技术基础上的二次开发，随着中国企业对CAD应用需求的提升，国内众多CAD技术开发商纷纷通过开发基于国外平台软件的二次开发产品让国内企业真正普及了CAD，并逐渐涌现出一批真正优秀的CAD开发商。在二次开发的基础上，部分顶尖的国内CAD开发商也逐渐探索出适合中国发展和需求模式的CAD，更加符合国内企业使用的CAD产品，他们的目的是开发最好的CAD，甚至是为全球提供最优的CAD技术。至2014年除了提供优秀的CAD平台软件技术以外，一直以来积极推进国产CAD技术的发展，联合众多国产CAD二次开发商组成的国产CAD联盟，更是极大促进了国产CAD的发展壮大，为中国企业提供真正适合中国国情及应用需求的CAD解决方案。本次设计使用了CAD进行二维和三维图纸的设计，具体详见图纸4.3 夹紧力的计算夹紧力的作用点位置和方向确定以后，还需要合理地确定夹紧力的大小，夹紧力不足便会使工件在切削过程中产生位移并容易引起振动，夹紧力过大又会造成工件或夹具不应有的变型或表面损伤，因此，应对所需的夹行计算。理论上，夹紧力的大小应与作用在工紧力进件上的其他力相平衡；实际上，夹紧力的大小还与工艺系统的刚度、夹紧机构的传递效率等因素有关。采用估算法确定夹紧力的大小，根据工件所受切销力、夹紧力、摩擦力等作用的情况，实际夹紧力Fs等于计算出切销力F乘以安会系数K：Fs=F*K安全系数K的选择应根据切削的具体情况和所用夹紧机构的特点来选取，一般粗加工或断续力切削时取K=2.53；精加工和连续切削时取K=1.52；如果夹紧力的方向和切削力的方向相反，为了保证夹紧K值可取2.53。计算切削力的指数公式：F=C a f a z d K其中查表得： C=96.6; a=16mm; KF=0.88; f=0.08mm/r; yF=0.75 a=12.5mm; z=6 ;d=16; qe=-0.87; 代入计算得：F=96.6160.0812.56160.88=985.95N实际切削力为：Fs=985.952.5 =2464.875N(摩擦系数只在夹紧机构有足够刚性时才考虑) 参考文献金属切削手册结论 本设计经过查阅大量相关资料，掌握了轴承加工工艺的规程和磨削夹具的设计，设计结构紧凑、规范，简单使用。在借鉴国内夹具结构的诸多优点的前提下，更加注重整体的简单，操作的简易，力求整个机组更好的发挥其动力性和经济性。经过大量的资料对比及反复的实际操作，设计方案力求各组件基本符合其技术要求。但是，由于条件限制，在设计的各个方面都没有达到最优化，还有很多地方有待改进。在具体的工作中，我除了需要借助最新的信息工具-网络外，还需要查阅图书，亲身实践，但最主要的，还是老师的指导。不仅仅是具体内容上，还有思路上的，认识问题角度等各个方面，我都收益匪浅。4年的大学生活最终以毕业设计的结束而告终。所以，我一定要加倍努力，画一个圆满的句号，力求在毕业设计的成果上更上一层楼。在整个设计过程中，我学到了许多知识，虽然有很多不懂的地方，但是在老师的帮助下我逐步的解决了很多难题，完成了我的设计任务。因为我缺乏设计的经验，所以在设计的过程中难免会有很多错误的地方，希望各位老师能够给予指正和批评。参考文献1 Jonathan Wickert.An Introduction to Mechanical EngineeringM.Xian.Xian Jiaotong University Press，2003.2 zhang yanglin.Discussion on Some Problems of Mode
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