K131-轴承座加工工艺及铣尺寸85两端面夹具设计【中心高81】
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K131
轴承
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哈尔滨理工大学课程设计说明书机械制造技术课程设计说明书设计题目：轴承机械加工工艺规程及夹具课程设计- 铣85两端面 专 业： 班 级： 学 号： 姓 名： 指导教师： 机械工程系2016年 月 日II目录前言1第1章 零件的分析21.1 零件的分析21.2 确定生产类型21.3 确定毛坯21.4 工艺规程的设计31.4.1 定位基准的选择31.4.2 工艺路线的拟定31.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定5第2章 夹具设计112.1夹具选择112.2 确定定位方案112.2.1 基准的选择112.2.2 确定定位夹紧方案112.2.3 定位元件的选择及设计132.3 定位误差的计算与分析132.4 减小定位误差的措施142.5 计算切削力及实际所需的夹紧力152.6 主要元件的设计与建模172.7 对刀元件及夹具体17总结19参考文献20哈尔滨理工大学课程设计说明书前言机械制造工艺学课程是在学完了机械制造工艺学包括机床夹具设计和大部分专业课，并进行了生产实习的基础上的一个教学环节。这是我们在进行毕业设计之前对所学课程的一次深入的全面的总复习，也是一次理论联系实际的训练。因此，它在今年的学习中占有重要的地位。我个人的感想是，希望经历了这次课程的设计，对自己的将来所从事的工作，进行一次适应性的训练，通过这次课程设计锻炼自己的分析问题，解决问题的能力，为毕业后的工作打下一个良好的基础。由于自己的理论知识的不完善，实践能力的缺乏，设计之中不免有一些不合理的地方，学生我肺腑的恳请各位老师能够给予指教批评。第1章 零件的分析1.1 零件的分析 （一）零件的作用上紧定螺丝，以达到内圈周向、轴向固定的目的 但因为内圈内孔是间隙配合，一般只用于轻载、无冲击的场合。 （二）零件的工艺分析 该零件为轴承支架，安装轴承，形状一般，精度要求并不高，零件的主要技术要求分析如下：（参阅附图1）（1） 由零件图可知，零件的底座底面、内孔、端面及轴承的顶面有粗糙度要求，其余的表面精度要求并不高，也就是说其余的表面不需要加工，只需按照铸造时的精度即可。底座底面的精度为Ra6.3、内孔、端面及内孔的精度要求均为6.3。轴承在工作时，静力平衡。（2） 铸件要求不能有砂眼、疏松等缺陷，以保证零件的强度、硬度及疲劳度，在静力的作用下，不至于发生意外事故。1.2 确定生产类型 已知此轴承零件的生产纲领为5000件/年，零件的质量不足100Kg，查机械制造工艺与夹具第7页表1.1-3，可确定该拨叉生产类型为中批生产，所以初步确定工艺安排为：加工过程划分阶段；工序适当集中；加工设备以通用设备为主， 采用专用工装。1.3 确定毛坯（1）确定毛坏种类 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，故选择木摸手工砂型铸件毛坯。查机械制造工艺设计简明手册第41页表2.2-5,选用铸件尺寸公差等级为CT-9。这对提高生产率，保证产品质量有帮助。此外为消除残余应力还应安排人工时效。（2）绘制铸造件零件图1.4 工艺规程的设计1.4.1 定位基准的选择根据零件图纸及零件的使用情况分析，知62.5H9的孔，轴承端面、顶面、16 及12的孔等均需正确定位才能保证。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保证不加工表面和加工表面的位置要求，应选择不加工表面为粗基准。根据零件图所示，故应选轴承底座上表面为粗基准，以此加工轴承底座底面以及其它表面。(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，以粗加工后的底面为主要的定位精基准，即以轴承的下底面为精基准。1.4.2 工艺路线的拟定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。选择零件的加工方法及工艺路线方案如下：方案一：工序一：粗铣轴承的下底面。以轴承的底座的上表面为定位粗基准， 采用X6132卧式铣床加工。 粗铣轴承的端面，以轴承的下底面为基准，使用X6132卧式万能铣床进行加工。 铣轴承上面的小圆柱的上顶面，还以下表面为定位基准，同样使用X6132卧式铣床铣削。工序二：粗镗及半精镗62.5的内孔， 以内孔轴线为基准，采用镗床专用夹具。工序三：钻、扩12的孔，钻、扩16的孔。采用Z525立式钻床加专用夹具方案二：工序一：粗铣轴承的下底面。以轴承的底座的上表面为定位粗基准，采用X6132卧式铣床加工。 工序二：粗镗及半精镗62.5的内孔， 以内孔轴线为基准，采用镗床专用夹具。工序三：粗铣轴承的端面，以轴承的下底面为基准，使用X6132卧式万能铣床进行加工。 工序四：钻、扩12的孔，钻、扩16的孔。采用Z525立式钻床加专用夹具 工序五： 铣轴承上面的小圆柱的上顶面，还以下表面为定位基准，同样使用X6132卧式铣床铣削。方案三： 工序一：铣轴承上面的小圆柱的上顶面，还以下表面为定位基准，同样使用X6132卧式铣床铣削。 工序二：粗铣轴承的下底面。以轴承的底座的上表面为定位粗基准，采用X6132卧式铣床加工。 工序三： 粗铣轴承的端面，以轴承的下底面为基准，使用X6132卧式万能铣床进行加工。工序四：粗镗及半精镗62.5的内孔， 以内孔轴线为基准，采用镗床专用夹具。工序五：钻、扩12的孔，钻、扩16的孔。采用Z525立式钻床加专用夹具。 三个工艺方案的比较与分析 方案一：在第一道工序内容多，工序集中，操作方便。方案二工序分散，方案三在第一道工序时，选择的粗基准为底面，这样不符合粗基准选择的原则，即不了保证加工面与不加工面的位置要求时，应选择不加工面为粗基准这一原则。 方案一与其相比，在铣完底面后，直接在铣床上铣削底面及顶面，如此，相对来说，装夹次数少，可减少机床数量、操作人员数量和生产面积还可减少生产计划和生产组织工作并能生产率高。另外，零件的加工要求就整体来说，其精度并不高，若采用工序分散（方案二）法，其加工经济性并不是很好。但在选择方案的时候，还应考虑工厂的具体条件等因素，如设备，能否借用工、夹、量具等。 故本次设计选择方案一。根据工序方案一制定出详细的工序划分如下所示：毛坯为精铸件，清理后，退火处理，以消除铸件的内应力及改善机械加工性能，在毛坯车间铣削去浇冒口，达到毛坯的技术要求，然后送到机械加工车间来加工。工序：（1）以顶面为基准，粗铣底面至810.02.（2）钻12底孔，以底面为基准，加工至。（3）扩16底孔，以轴承座底面及62.5轴线为基准，加工至.（4）粗铣18小圆柱上表面，以62.5轴线为基准，加工至.（5）粗镗62.5内孔，以底面为基准，加工至.（6）半精镗62.5内孔，以底面为基准，加工至.（7）车斜肩，以62.5轴线为基准，加工至545.（8）粗铣62.5后端面，以底面为基准，加工至.（9）粗铣62.5前端面，以底面为基准,加工至850.02（10）钻螺纹通孔6.7，以底面为基准，加工至6.7，与轴承座前端面42,5；攻螺纹M8，以底面及62.5后端面为基准，加工至M8.（11）去毛刺（12）检验根据此工序安排，编出机械加工工艺过程卡及工序卡片。见附表10：机械加工工艺过程卡；附表2090；机械加工工序卡。1.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定1 .毛坯尺寸的确定，画毛坯图。 轴承其材料为HT200。由于产品的精度要求不高，生产纲领为中批生产，所以毛坯选用砂型铸造。毛坯铸出后进行退火处理，以消除铸件在铸造过程中产生的内应力。由文献（1）表2-2，该种铸件的尺寸公差等级为IT9级。由文献（1）表2-2，可查出铸件主要尺寸的公差，现将主要毛坯尺寸及公差所示：主要面尺寸零件尺寸总余量公差IT主要面尺寸零件尺寸总余量毛坯尺寸公差IT62.5两端面852+29内孔625458.59底面3029由此，可绘出其零件的毛坯图（见附图2） 2.粗铣底底座底面 底面由粗铣和精铣两次加工完成，采用三面刃圆盘铣刀（高速钢），铣刀的规格为85x15， 机床的型号X6132 刀具：YG6硬质合金端铣刀。由于铣刀在工作时，是断续切削，刀齿受很大的机械冲击，在选择几何角度时，应保证刀齿具有足够的强度。由金属切削原理与刀具可取-10 =60 =10。 加工要求 粗铣轴承的下底面。a) 确定加工余量由毛坯图可知：总加工余量为2mm，文献表8-30可知精加工余量为1mm，由于两脚底面较小，根据实际情况，调整为0.2mm，故其粗加工余量为(2-0.2)=1.8mm。 b）确定每齿进给量 由切削加工简明实用手册表8-95 ，取每齿粗铣的进给量为0.2mm/Z,取精加工每齿的进给量为1.5mm/Z.粗铣走刀一次ap=1.8mm，精铣走刀一次ap= 0.2mm。c)计算切削用量 由表8-56，取粗铣、精铣的主轴转速分别为150r/min 和300r/min，由前面选择的刀具直径85mm，故相应的切削速度分别为：V =dn/1000= =56.52m/min V=dn/1000=m/min=113m/min d) 校核该机床功率（只需校核粗加工即可）。 由文献表2.4-96得切削功率为P=92.4x10-5ZnK 取Z=16 n=2.5r/s =10mm =0.2mm =1.8mm 而K=KKF2 由文献表2.4-94可知K=1 KF2=1 故K=1 故=92.4xxxxx1.8x16x2.5x1=0.35KW 其所消耗量功率远小于机床功率，故可用。3.62.5两端面的加工两端面的加工由铣削来完成，此时，刀具：YG6硬质合金端铣刀，刀具不变，机床不变。工序单边总余量由毛坯图与零件图可知为mm，由于本工序为粗加工，尺寸精度和表面质量可不考虑，从而可采用不对称端铣，以提高进给量提高加工效率。由表8-95可得：=2mm f=2mm/r 由文献表8-56可得n=600r/min 则就可确定相应的切削的速度：故V=226.08m/min4.12顶面的加工顶面的加工由铣削来完成，工序余量为2mm 由文献表8-95可得=3mm 且上表面精度要求不高，故上表面可一次性加工完成。由于上表面较小，可采用端铣刀加工，但是增加了换刀时间，降低了效率。故刀具仍可用刀具刀具直径为85的YG6硬质合金面铣刀。可取f=1.5mm/r 由文献表8-56可取n=600r/min 则相应的切削速度V=117.75m/min 5.62.5内孔由零件图及毛坯图知，加工总余量为mm，由于精度要求，须粗镗和半精镗各一次。由文献表8-86，粗加工时，取进给量F=0.5mm/r =mm 精加工时，=1mm,F=0.2mm/r。 由表8-87查得粗镗62.5mm内孔的切削速度 V =1.2m/min V=1.6m/min 由此算出转速为 n=61.15r/minn=81.5m/min 6.钻12孔该孔可选由高速钢钻头钻出底孔后，再由扩孔钻钻出。由文献表8-81得扩孔时的余量为mm，根据实际情况可取为2mm,故钻孔的余量为Z=12-2=10mm钻孔工序尺寸及公差为拉孔工序尺寸及公差为12H9()由文献表8-69,钻孔的进给量f=0.2mm/r，由文献表8-71求得钻孔时的切削速度v=0.35m/s=21m/min由知扩孔的进给量为0.8mm/s由此算出转速为：n=668.8r/min按钻床的实际转速取n=600r/min，则实际切削速度为：v=dn/1000=21.85m/min由表8-78得F=CFdFfFK=588.6xdxfxKM=CdmfKx10=225.63x dxfx Kx0因为加工灰铸铁时K=K 由文献表8-78，可查的K=1，故F=588.6x11.6x0.2x1=1884.1NM=225.63x11.6x0.2x1x10=6.6N.m它们均小于机床所能提供的进给率和扭转力矩,故机床刚度足够。7.钻16的孔该孔先由高速钢钻头钻出底孔后，再由圆孔拉刀拉出。由文献表8-24拉孔时的余量为0.5mm，故 Z=7.75mm钻孔：工序尺寸及公差为15.5拉孔：工序尺寸及公差为16H9（）由文献表8-69取钻孔的进给量F=0.25mm/r 由文献表8-71求得钻孔时的切削速度为V=0.35m/s=21m/min 由此算出转速为：n=431.4r/min。按钻床的实际转速为480r/min。则实际切削速度为V=23.36m/min。由表8-78得F=588.6xdxfxKM=225.63xxfxKx10 因为加工灰铸造铁时，K= K由8-78可查得K=1 故F=588.6 x15.5x0.25x1=3009.6NM=225.63x15.5x0.25x1x10=13.6N.m它们均小于机床所能提供的进给率和扭转力矩，故机床刚度足够。 8.时间定额计算根据设计要求，只计算一道工序的工时，下面计算加工12孔的工时定额。（） 机动时间由文献机械加工工艺手册表2.5-7得钻孔时的计算公式为：t= 式中l=cotK+(1)l=，钻盲孔时，l0l=30 l=2 f=0.3 n=600 l=cot()+1.5=5.1因此，t=0.206min 所以t=4t=0.824min()辅助时间由机械加工工艺手册表2.5-41确定开停车 0.015min升降钻杆0.015min主轴运转0.02min清除铁屑0.04min卡尺测量0.1min装卸工件时间由机械加工工艺手册表2.5-42取min故辅助时间t=(0.015+0.015+0.02+0.04+0.1+1)=1.19min(3)作业时间t t（.824）=2.014min（4）常量工作场地时间T 由机械制造工艺学取则Tx=2.014x3%=0.06。（）休息与生理需要时间由机械制造工艺学取则x=0.06。（）准备与终结时间由机械加工工艺手册可知表2.5-44取部分时间为简单件26min深度定位0.3min使用钻模式6min由设计给定5000件，则T/n=(26+0.3+6)/5000=0.00646min。（7） 单件时间t tTT.134min（8） 单件计算时间T/n2.14min。五：工装设计分析提设计任务书； 从前述的基准选择的分析及制定的工艺规程和工序卡。选择几个工序的工艺装备提出“专用工艺装备设计任务书”以便交给工装设计人员进行设计。第2章 夹具设计2.1夹具选择夹具是一种能够使工件按一定的技术要求准确定位和牢固夹紧的工艺装备，它广泛地运用于机械加工，检测和装配等整个工艺过程中。在现代化的机械和仪器的制造业中，提高加工精度和生产率，降低制造成本，一直都是生产厂家所追求的目标。正确地设计并合理的使用夹具，是保证加工质量和提高生产率，从而降低生产成本的重要技术环节之一。同时也扩大各种机床使用范围必不可少重要手段。2.2 确定定位方案2.2.1 基准的选择 根据工件的加工要求，该工序必须限制工件的6个自由度。建立坐标系如图2.2所示。为保证宽度为85的两平面至工件底面的垂直度，应选底面为定位基面，限制；须限制、，所以选取A面为定位基面；为保证宽度为85的两平面两侧面对孔轴线的对称度要求，还必须在加工时限制自由度。另外，为了方便控制刀具的走刀位置，还需要限制。综上所述，工件的六个自由度均被限制，为使定位基准与设计基准重合，选取的定位基准是底面、孔。2.2.2 确定定位夹紧方案 根据零件特点，按照工艺过程要求，确定工件定位夹紧方案【4】，采用机械夹紧方式对工件进行夹紧。 综上对工件定位、夹紧方案的分析，确定定位、夹紧方案。其定位夹紧图如下图2.3所示： 图2.3 定位夹紧方案图2.2.3 定位元件的选择及设计1.定位元件的选择 由上知，工件的定位面是侧平面底面、和孔，据此在夹具上的定位元件选为支承板、支承钉、和菱形定位销。2.定位板设计 定位平面底面所用的定位支承板参照参考文献【3】第272页设计。 标记为：支承板 A645 GB 2236-80 材料：T8。现确定定位销的极限偏差和定位表面到定位销中心的名义尺寸： =L，其中取工件相应尺寸=L=230.08mm的平均尺寸，公差取相应尺寸公差的()倍，现取，【2】则有： =400.02mm满足工件顺利装拆的补偿量值：=(+)2=(0.16+0.04)2=0.10mm则，菱形定位销和定位孔配合的最小间隙=0.43mm（其中，b的值可查手册得值为3【3】）2.3 定位误差的计算与分析必须要满足误差的总和应该小于或等于该工序公差。与夹具有关的加工误差，一般可用下式表示： 由参考文献可得： 两定位销定位误差 ： 其中：， 夹紧误差 ： 其中接触变形位移值： 查5表1215有。 磨损造成的加工误差：通常不超过 夹具相对刀具位置误差：取误差总和：从以上、所设计的夹具满足零件加工精度要求。2.4 减小定位误差的措施 采取措施：1.提销圆柱部分的制造精度，将菱形定位销圆柱部分精度提高到IT6级，公差值为0.011mm,则此时定位销圆柱部分直径mm,=0.043-(-0.054)=0.097mm。0.097仍接近加工误差的。2.在提高菱形定位销圆柱部分的制造精度基础上，将10孔的精度提高到IT8级，其公差值为0.027mm，此时孔的尺寸及公差为mm，则0.027mm-(-0.054)=0.081mm,那么就要约0.12mm的加工精度预留量，可满足保证对称度加工要求。2.5 计算切削力及实际所需的夹紧力 图2.9作用于工件上的切削力 工件在加工时的受力情况如图2.9所示。加工时，工件受到切削合力F的作用，F可分解为水平和垂直方向的切削分力和，由经验公式，和可通过切向铣削力分别乘以一个系数来得到。在对称铣削情况下，=(11.2),=(0.20.3)。参照机床夹具设计手册【3】表1-2-9得铣削力的计算公式： 参数的选取：切向铣削力 （N） 铣刀系数 =669铣削深度 =3mm 每齿进给量 =0.15mm 铣刀直径 d=100mm铣削宽度 B=12mm铣刀齿数 z=12修正系数 （工件屈服应力）综上，计算得：铣削力 。故水平分力=1.1=1279N，垂直分力=0.3=349N。工件的主定位面是底面，故选择夹紧力的作用方向为水平方向作用于底面。当夹紧力水平作用于工件上时，所需要的理论夹紧力=+=1279+=3606N由公式 = 可计算出实际所需夹紧力。 现在计算安全系数K的值。 安全系数K的计算公式为： 由机床夹具设计手册表1-2-0得各安全系数K的取值如下： 基本安全系数 加工性质 刀具钝化程度 切削特点 稳定性 手柄位置 工件与支撑面接触情况 将各安全系数值代入上面公式计算得,K=1.952.5（注：若安全系数的计算值小于2.5，则取=2.5），则取K的值为2.5。所以实际所需夹紧力为： = =9015N。实际所需的夹紧力计算是一个很复杂的问题，一般只能作粗略的估算。为简化计算，在设计夹紧装置时，可只考虑切削力对夹紧的影响，并假定工艺系统是刚性
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