年产40000件的轴承架钻Φ18孔两端面专用夹具及其工艺设计

1、课程设计说明书题目：年产40000件的轴承架钻18孔两端面专用夹具及其工艺设计序 言机械制造工艺学是机械专业的主干课程、核心课程，是建立在本科阶段所学基础专业课基础之上的“宝塔尖课程”。作为“宝塔尖课程”学习的重要一环机械制造工艺课程设计不仅是是对工艺学课本知识所学知识的综合运用，更是一次综合运用所学知识的一次实战演练，其重要性不言而喻。对于零件的工艺安排、夹具设计是学机械的学生都应掌握的最基本的知识。这些内容对于机械加工起着致关重要的作用。零件加工质量的好坏、成本的高低，都是这些内容的直接反映。本次设计题目是轴承架的专用夹具及其工艺设计，整个加工过程中涉及到毛坯的制造方法选择、加工余量的计算

2、、工艺路线的确定、机床夹具定位和夹紧装置的设计、机械加工刀具和辅具的选择、加工时间的计算以及专用夹具体的设计等内容。设计以小组为单位，组内成员在相互配合完成整体工序设计之后还需独立完成自己所选工序进行详细设计，整个过程中，有合作、有分工、有整体、有局部、有详细、有简略，锻炼的不仅仅是理论知识的应用和实践。同时，夹具设计也是毕业设计之前最后一次大规模、集中性的实践性学习活动。认真完成相关内容，综合运用所学知识，总结反思心得体会，以期对未来毕业设计乃至求职、深造有所裨益。一.零件的分析1.1 零件的作用如图1所示，题目所给零件为轴承架，两18孔用于安装轴承，要求有一定的同轴度、圆柱度、粗糙度和较高

3、的尺寸公差；左侧16的通孔用于安装滑动轴承，因此也需要有较高的圆柱度、粗糙度，位置度和尺寸公差；7小孔用于给滑动轴承加润滑油，故不需要较高的形位公差和尺寸公差，只需保证名义尺寸7和12；底座四个均布的12的沉头孔的作用是配合螺栓安装在机床上；轴承架右侧两18孔中间无材料，这样不仅减少加工面积、节约成本，而且也因此而减少了两18孔轴向加工尺寸，易于保证两孔的同轴度；轴承架18两孔和16孔共三个端面均需与其他零件配合，因此要求有一定的和粗糙度；18两孔和16孔外侧均需开倒角，便于安装轴承。图1 轴承架零件图1.2 零件工艺性分析生产纲领：年产40000件，成批生产；材料：ht200。零件共有六组加

4、工表面，分别是：（1） 、两18h8孔及两1倒角。由于此两孔与滚动轴承配合，需要有有一定的同轴度、圆柱度、粗糙度和较高的尺寸公差，故加工时宜分钻、扩、铰三步进行，而且加工时宜采用一把刀加工，如此便可保证较高的同轴度。倒角采用90锪钻，手动进给。（2） 、两18h8孔的外端面。由于外端面需与其他零件配合，故要求有一定的粗糙度，为提高加工效率、节约成本，此两端面宜同时加工，采用专用机床，左右两个动力头带动两个铣刀。（3） 、16h8孔及1倒角。由于16孔与滑动轴承配合，需要有较高的圆柱度、粗糙度，位置度和尺寸公差，故需要钻、扩、半精铰三步进行。倒角采用90锪钻，手动进给。（4） 、16h8孔外端面

5、。由于外端面需要与其他零件配合，需要一定的粗糙度，故需要分粗铣、半精铣两步进行。（5） 、底座4个12沉头孔。由于底座4个12沉头孔用以安装轴承架，做成光孔、通孔，故不需要较高的形位公差、尺寸公差和表面粗糙度，为提高加工效率、节约时间和成本，宜采用钻锪复合刀具，一步加工到位。（6） 、7锥形沉孔。由于此孔用于给滑动轴承加注润滑油，故不需较高的形位公差、尺寸公差、和表面粗糙度，为提高加工效率、节约时间和成本宜采用复合刀具，一步加工到位。审核图纸发现，左视图上12沉头孔轴线间距过小，钻孔时有刀柄与32孔外圆干涉的危险，本着“满足使用，工艺最简”的原则，今将此尺寸改为，如此既无刀柄、零件干涉之虞又可

6、保证使用要求，亦能圆整尺寸简化工艺。综合以上可知，轴承架具有较好的工艺性，一般工厂均能满足其加工工艺要求。二工艺过程设计2.1 毛坯选择2.1.1 材料选择零件材料为ht200，其强度较高，塑性和韧性尚高，焊接性差，用于承受较大载荷的小截面调质件和应力较小的大型正火件，以及对心部要求不高的表面淬火件：曲轴、传动轴、齿轮、蜗杆、键、销等。水淬时有形成裂纹的倾向，形状复杂的零件应在热水或油水中淬火。故，采用ht200可以满足其力学性能及工艺性要求。212 毛坯的获得由于零件的材料为ht200，零件的形状规则，同时由于零件属于中批生产，零件的轮廓尺寸不大，为了便于生产故选用金属型铸造毛坯。金属型铸造

7、与砂型铸造比较：在技术上与经济上有许多优点。（1）金属型生产的铸件，其机械性能比砂型铸件高。同样合金，其抗拉强度平均可提高约25%，屈服强度平均提高约20%，其抗蚀性能和硬度亦显著提高；（2）铸件的精度和表面光洁度比砂型铸件高，而且质量和尺寸稳定;（3）铸件的工艺收得率高，液体金属耗量减少，一般可节约1530%；（4）不用砂或者少用砂，一般可节约造型材料80100%；此外，金属型铸造的生产效率高；使铸件产生缺陷的原因减少；工序简单，易实现机械化和自动化。金属型铸造虽有很多优点，但也有不足之处。如：(1) 金属型制造成本高；(2) 金属型不透气，而且无退让性，易造成铸件浇不足、开裂或铸铁件白口等

8、缺陷;(3) 金属型铸造时，铸型的工作温度、合金的浇注温度和浇注速度，铸件在铸型中停留的时间，以及所用的涂料等，对铸件的质量的影响甚为敏感，需要严格控制。因此，在决定采用金属型铸造时，必须综合考虑下列各因素：铸件形状和重量大小必须合适；要有足够的批量；完成生产任务的期限许可。由于轴承架需承受较大的交变载荷作用，所以铸件需进行时效处理并保证硬度不低于195hbs。此外，由于后续机加工工序中需要用到18孔外圆作为粗基准以加工底面，而且加工好的底面需要作为精基准以加工其余表面，故要求铸件的18外圆具有一定的形位、尺寸精度。22 工艺路线的拟定根据零件实际，结合相关经验数据，按照“基准先行，先面后孔，

9、先主后次，先粗后精”的原则，今拟定两条工艺路线：工艺路线一：工序号工序名称工序内容1铸造铸造毛坯2时效处理3铣工以外表面为粗基准，粗铣、半精铣轴承架底平面4铣工以底面为精基准，铣孔两端面5钻工以底面为精基准，钻、扩、铰通孔及倒角 1456铣工 以底面为精基准，铣的端面和孔，及倒角2457钻工以底面为精基准，钻、扩、铰16孔8铣工以底面为精基准，钻、锪四个沉孔通孔9钻工 以16外端面为精基准，钻的锥形沉孔10钳 去毛刺11 终检表1 工艺路线一工艺路线二：工序号工序名称工序内容1铸造铸造毛坯2时效处理3铣工以轴承架顶部外圆为粗基准，粗铣、半精铣轴承架底面4钻工以底面为精基准，钻四个沉孔通孔5铣工

10、以底面为精基准，铣孔两端面6钻工以底面为精基准，钻、扩、铰通孔及倒角1457铣工 以通孔为精基准，铣的端面8钻工以通孔为精基准，钻、扩、铰16孔9钻工 以通孔为精基准，钻、扩的沉孔10钳 去毛刺11 终检表2 工艺路线二23 工艺路线分析：工艺路线一：优点：基准统一；以18外圆为粗基准加工底面定位误差小；工序5基准重合；以“一面两销”方式定位可靠，装夹简便。缺点：工序6基准不重合，加工精度不易保证。工艺路线二：优点：基准重合，加工精度易于保证；缺点：基准不统一；以底座上表面定位误差大；工序7采用心轴定位，装夹不便；工序9以16端面定位，定位不可靠。方案一的工序6由于基准不重合，导致基准不重合产

11、生，不重合误差mm,而设计误差mm，,严重超差；而方案二由于基准重合，避免了不重合误差的产生，故方案二合理。24 各工序余量、基本尺寸、公差确定241 铣底面根据工序尺寸和公差等级，由公式： (1)其中，rma机械加工余量，mm；ct铸件尺寸公差等级，mm。查实用机械制造工艺设计手册得： rma=0.5mm，ct=2.2mm计算得铣底面总余量为r=1.6mm。查表得粗铣加工余量为1mm,半精铣底面的加工余量为0.6mm，根据铣削经济加工等级、表面粗糙度及基本尺寸，按入体原则标注如下：工步基本尺寸/mm单边余量/mm公差等级公差/mm尺寸及公差/mm表面粗糙度/m半精铣120.6it90.043

12、ra=3.2粗铣12.61.0it120.18ra=6.3毛坯13.61.6ct102.2ra=25表3 铣底面工序余量242 钻两4个12沉头孔由于采用钻锪复合刀具一步加工到位，故加工余量r钻=7mm，r锪=12mm，加工余量精度等级为：工 步基本尺寸/mm单边余量/mm公差等级公差/mm尺寸及公差/mm表面粗糙度/m钻锪12it120.18ra=12.5毛坯12mmct102.2ra=25表3 钻底孔工序余量243 铣18两外端面由公式：其中，rma机械加工余量，mm；ct铸件尺寸公差等级，mm。查实用机械制造工艺设计手册得： rma=1.4mm，ct=3.2mm计算得：r=4.4mm查表

13、得粗铣加工余量为4mm,半精铣底面的加工余量为0.4mm，根据铣削经济加工等级、表面粗糙度及基本尺寸，按入体原则标注如下：工步基本尺寸/mm单边余量/mm公差等级公差/mm尺寸及公差/mm表面粗糙度/m半精铣920.2it90.087ra=3.2粗铣92.42it120.35ra=6.3毛坯96.42.2ct102.296.41.1ra=25表4 铣18外端面工序余量244 钻18通孔分钻、扩、半精铰、精铰四步进行，根据铣削经济加工等级、表面粗糙度及基本尺寸，按入体原则标注如下：工步基本尺寸/mm工步余量/mm公差等级公差/mm尺寸及公差/mm表面粗糙度/m精铰180.06it80.027ra

14、=1.6半精铰17.940.94it90.043ra=3.2扩17.850.85it120.18ra=6.3钻1717it130.27ra=12.5毛坯ct10ra=25表5 钻18孔工序余量245 铣16外端面根据工序尺寸和公差等级，由公式： (1)其中，rma机械加工余量，mm；ct铸件尺寸公差等级，mm。查实用机械制造工艺设计手册得： rma=0.7mm，ct=2.8mm计算得铣底面总余量为r=2.1mm。查表得粗铣加工余量为1.6mm,半精铣底面的加工余量为0.5mm，根据铣削经济加工等级、表面粗糙度及基本尺寸，按入体原则标注如下：工步基本尺寸/mm单边余量/mm公差等级公差/mm尺寸

15、及公差/mm表面粗糙度/m半精铣430.5it90.062ra=3.2粗铣43.51.6it120.25ra=6.3毛坯45.12.1ct102.245.11.1ra=25表6 铣16外端面加工余量246 钻16孔分钻、扩、半精铰、精铰四步完成，根据铣削经济加工等级、表面粗糙度及基本尺寸，按入体原则标注如下：工步基本尺寸/mm工步余量/mm公差等级公差/mm尺寸及公差/mm表面粗糙度/m精铰160.06it80.027ra=1.6半精铰16.940.94it90.043ra=3.2扩16.850.85it120.18ra=6.3钻1515it130.27ra=12.5毛坯ct10ra=25表7

16、 钻16孔工序余量267 钻7孔由于采用钻锪复合刀具一步加工到位，故加工余量r钻=7mm，r锪=10mm，加工余量精度等级为：工 步基本尺寸/mm单边余量/mm公差等级公差/mm尺寸及公差/mm表面粗糙度/m钻锪7it120.18ra=12.5毛坯ct102.2ra=25表8 钻底孔工序余量工步基本尺寸/mm工步余量/mm公差等级公差/mm尺寸及公差/mm表面粗糙度/m精铰180.06it80.027ra=1.6半精铰17.940.94it90.043ra=3.2扩17.850.85it120.18ra=6.3钻1717it130.27ra=12.5毛坯ct10ra=25四铣18两外端面详细工

17、序设计4.1铣18两外端面由公式：其中，rma机械加工余量，mm；ct铸件尺寸公差等级，mm。查实用机械制造工艺设计手册得： rma=1.4mm，ct=3.2mm计算得：r=4.4mm查表得粗铣加工余量为4mm,半精铣底面的加工余量为0.4mm，根据铣削经济加工等级、表面粗糙度及基本尺寸，按入体原则标注如下：工步基本尺寸/mm单边余量/mm公差等级公差/mm尺寸及公差/mm表面粗糙度/m半精铣920.2it90.087ra=3.2粗铣92.42it120.35ra=6.3毛坯96.42.2ct102.296.41.1ra=254.2基准的选择按照零件图纸上的加工要求，主要考虑基准统一与基准重合

18、原则，以加工后的孔的端面为主要的定位精基准，即以轴承座的下底面为精基准。基准不重合时应该在下文专门进行尺寸换算，此处不再重复。4.3加工要求粗铣端面面，半精铣端面，ra=3.2。用标准镶齿圆柱铣刀粗铣 加工余量2.5mm机床：62w加工工件尺寸：直径32。宽度：40mm 长度：28mm4.3.1粗铣4.3.1.1选择刀具 根据切削用量简明手册表3.1 铣削宽度ae5mm时。直径为do=50mm故齿数，由于采用标准镶齿圆柱铣刀铣刀几何参数（表3.2）rn=10ao=16 4.3.1.2切削用量 留精铣的加工余量为0.7，所以本道工步切削宽度ac1.50.8，由于加工表面精度要求ra=3.2 um

19、.根据表3.5得每转进给量0.5mm/r就能满足要求，但考虑到62w功率为7.5kw，机床为中等系统刚度和62w铣床说明书 所以每转进给量0.6mm/r选择刀具磨钝标准及刀具寿命。根据切削用量简明手册表3.7、铣刀刀齿后刀面的最大磨损量为0.6镶齿铣刀do=50mm， 刀具寿命 t=120min（表3.8）决定切削速度vc、可根据切削用量简明手册表3.9确定z=8, ap=40-70mm, ac=2.80.8, fz=f/z=0.0750.1mm/zcv=20,qv=0.7,xv=0.3,yv=0.2,uv=0.5,pv=0.3,m=0.25,km=1.12,ksv=0.8,ktv=0.82,

20、kv= =1.12x0.8x0.82=0.79vc=23.7(m/min) n=1000v/d=(1000x23.7)/(3.14x50)=151r/min 根据x62w型铣床说明书选n=160r/minvc=3.14nd/1000=(160x3.14x50)/1000=25.1m/min,vf=nf=160x0.6=96mm/min 。选vf=80mm/min 实际fz=vf/(nxz)=0.0625mm/z机床功率，根据切削用量简明手册表3.20 当 vc=71m/min ae=2.8mm ap=41mm fz=0.08 kmpc=1.4kw 切削功率的修正系数为0.8，根据x62w型铣床

21、说明书，机床主轴允许的功率为pcm=7.50.75=5.63kw，故pccpcm 因此所决定的切削用量可以采用ae=2.8mm vf=80m/min n=160r/min vc=25.1m/min fz=0.0625mm/z基本工时根据 切削用量简明手册表3.5tm=(l+l1+)/vf=(35+14)/80=0.525（min） l1+=14mm4.3.12半精铣1）选择刀具 刀具与上道工步是同一把刀。 2）切削用量 精铣的加工余量为0.7，所以本道工步切削宽度 ae1 0.2mm，0.63）决定切削速度vc、可根据切削用量简明手册表3.9确定ac=0.7 ， vc=33.1m/min n=

22、1000v/d=(1000x33.1)/(3.14x50)=211r/min根据x62w型铣床说明书选n=210r/minvf=nf=210x0.6=126mm/、vf=125mm/min fz=vf/(nxz)=0.074mm/z4）基本工时基本工时根据 切削用量简明手册表3.5tm=(l+l1+)/vf=(35+14)/125=0.336（min） l1+=14mm四、铣床夹具设计4.1夹具的功用夹具是一种装夹工件的工艺装备，它广泛地应用于机械制造过程地切削加工、 热处理、装配等工艺过程中。床夹具按在不同生产类型中的通用性，可以分为通用夹具. 专用夹具. 可调夹具. 组合夹具等。机床夹具是

23、在机床上用以准确，迅速地安装工件或刀具，从而保证工件与刀具间正确相对位置的一种工艺装备。使用夹具可以有效地保证工件的加工质量，提高劳动生产率，扩大机床的工艺范围和减轻劳动强度；因此，夹具在机械制造中占有重要的地位。4.2 总体方案的确定4.2.1 定位方案 工件在机床上的定位实际上包括工件在夹具上的定位和夹具在机床上的定位两个方面常用定位方法有：（1）工件以平面定位。（2）工件以圆柱孔定位。（3）工件以外圆表面定位。（4）工件以其他表面定位。根据加工零件的形状，工艺要求，加工精度，选用一面两孔定位。方案一 用一个平面、一个短圆柱销和一个削边销工件的六个自由度。方案二 用一个平面和一个浮动锥销限

24、制工件的六个自由度。但当中、大批量生产时，浮动锥销容易损坏且定位精度低。根据本次加工零件的形状和批量，我采用方案一，即一个大平面、一个短圆柱销和一个菱形销组合定位，限制工件6个自由度，同时保证了加工方向上的刚性，保证零件的加工精度以及便于保证加工部位之间位置要求，如图所示。4.2.3夹紧机构的选择（1）对工件加紧装置的要求 在加紧过程中应保持工件定位时所获得的正确位置 。 在切削过程中，切削力不应破坏工件的正确位置，并使平衡切削力所需的夹紧力最小。 在切削过程中，应避免工件产生不能允许的振动。 加紧装置应操作方便、省力、安全。 夹紧装置的复杂程度和制动化程度应与生产批量和生产方式相适应。（2）

25、夹紧力的方向夹紧力的方向要有利于工件的定位，并注意工件的刚性方向，不能使工件有脱离定位表面的趋势，防止工件在夹紧力的作用下产生变形。（3）夹紧力的作用点 夹紧力的作用点应选择在定位元件支承点的作用范围内，以及工作刚度高的位置，确保工件定位准确、不变形。（4）选择夹紧机构在确定夹紧力的方向、作用点的同时，要确定相应的夹紧机构。确定夹紧机构要注意以下几方面的问题： 安全性。夹紧机构应具备足够的强度和夹紧力，以防止以外伤及夹具操作人员。 手动夹具夹紧机构的操作力不应过大，以减轻操作人员的劳动强度。 夹紧机构的行程不宜过长，以提高夹具的工作效率。所选用的是螺旋夹紧机构，具有装夹方便，结构简单的优点。其

26、结构图如下图所示。可移动的平压板，双头螺柱的一端为两点式压板，旋紧螺母时，两端的压板对应地作用于夹具体，因此夹具体不会产生变形。4.2.4夹紧力的计算工件材料ht200，端面加工余量为2.2mm，采用高速钢圆柱铣刀加工。由切削力查参考文献，可根据如下公式计算：式中：fz -铣削力(n) af-每齿进给量(mm/r) aw-铣削宽度(mm) kfz-铣削力修正系数 d0-铣刀外径(mm) ap-铣削深度(mm) z-铣刀齿数确定各参数值: (1).铣刀外径d050mm； (2).铣刀齿数z8； (3).每齿进给量af是铣刀每转一个刀齿时铣刀对工件的进量(4).铣削深度ap对于端铣刀是指平行于铣刀

27、轴线测量的被铣削层尺寸(5). 铣削宽度aw对于端铣刀是指垂直于铣刀轴线测量的被切削层尺寸(6). 修正系数kfz取1.6；由表查得: cf7750 xf1.0 yf0.75 uf1.1 wf0.2 qf1.3fz=276.5n(7)理论所需夹紧力计算确定安全系数总的安全系数kk1k2k3k4 k1- 一般安全系数； k1取1.7； k2-加工状态系数； 由于是半精加工，所以k2取1； k3-刀具钝化系数； k3取1.4； k4-断续切削系数； k4取1.2；根据手册，夹紧力的计算公式为： f= （3.2） k=kkkkkkk （3.3）式中 f实际所需的夹紧力（n）； f切削力（n）；夹紧元

28、件与工件间的摩擦因数；工件与夹具支承面间的摩擦因数；k安全系数；kk各种因数的安全系数。根据1表17-10、表17-11，k=1.2，k=1.2，k=1.2，k=1.0，k=1.0，k=1.0，k=1.0，则根据7表18-1，=0.1，=0.2，则f=560n43 夹具体用来安装和固定定位元件，夹紧机构和钻模板的实体。具体大小根据整个机构的大小而调整，要保证机构的稳定，水平，所以形位公差会有较严格的要求。夹具体是夹具的基础体，它将夹具上的各种装置和元件连接成一个整体，并通过它将夹具安装到机床上。它的结构形状及尺寸大小，取决于加工工件的特点、尺寸大小，各种元件的结构和布局，夹具于机床的连接方式，

29、切削力、重力等大小的影响。夹具体应满足以下几点计算要求：1、应有足够的强度和刚度；2、力求结构简单及装卸工件方便 ；3、结构工艺形好；4、排屑切屑要方便；5、在机床上安装稳定可靠；6、具有适当的精度和尺寸稳定性根据要求夹具体选用铸件，这样既满足要求而且工艺性较锻造好。4.5方案总体评价此方案具有定位误差小，定位可靠、夹紧力调整范围大、可获得加大夹紧力、加紧效率高可靠性好等优点。针对年产40000件的生产纲领，结合生产和操作实际，此方案较为合理。 小 结通过此次设计，使我们基本掌握了零件的加工过程分析、工艺文件的编制、专用夹具设计的方法和步骤等。学会了查相关手册、选择使用工艺装备等等。在这次的课

30、程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。学会了合作，学会了宽容，学会了理解。 课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础 通过这次夹具设计，本人在多方面都有所提高。懂得了怎样分析零件的工艺性，怎样确定工艺方案，了解了夹具的基本结构，提高了计算能力

31、，绘图能力，熟悉了规范和标准，同时各科相关的课程都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。通过这次课程设计实训，使我对机械加工工艺课程有了更进一步的了解。机械工艺加工在现在工业中有着重要的作用，当然，我们现在对机械设计只不过时一个初步的了解，这门课程还有更多的知识等着我们去学习，在这两周短暂的课程设计里，我学会了一些机械制造工艺设计的最基本的理论，既增强了以小组为单位的团队协作能力，又锻炼了自己独立思考问题和解决问题的能力。虽然本次实习有点辛苦，但看到自己努力的成果，心里就有了很踏实的感觉，我也慢慢发现自己对机械加工的兴趣提高了。在这次课程设计过程中，我发现自己还有很多不足之处，在设计和计算过程中也出现了各种各样的错误，在同学和