车床主轴箱工艺规程的制定和铣床专用夹具的设计

1、课程设计说明书题目：车床主轴箱两端面加工专用夹具及工艺设计姓 名：沈冬华学 号：3318614年 级： 三年级专 业：机制86学生类别：四年本科指导教师：丁兰英教学单位：南京农业大学工学院 2011年6月23日 目录设 计 说 明1一 、零件分析2 零件用途21.2 零件的特点2零件工艺分析2二、工艺规程设计3确定毛坯的制造方法3基准面的选择32.2.1 粗基准的选择42.2.1 精基准的选择4制定工艺路线42.4 机械加工余量、工序尺寸的确定62.5 工序设计112.5.1 刀具的选择112.5.2 切削用量的选择11三、专用夹具的设计123.1 问题的指出12定位基准的选择123.3 定位

2、方案和元件设计123.4 夹紧机构的设计123.5 定位误差的计算133.6 夹具装配图及三维视图13四、夹具分析16五、设计总结20参考文献：21设计说明本次设计是在我们学完了相关的基础课、技术基础课及大部分专业课之后进行的，这是我们在毕业设计之前的一次深入的综合性的复习，也是一次理论联系实际的训练。因此它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。在学完机械制造工艺学的基础上进行这样的设计和练习，我觉得是很有必要的，它对我们的理论提高有了一定启发，让我们知道了学习的重点和怎么根据具体的情况设计出可行的夹具。也让我提高了分析问题、解决问题的能力，为以后的进一步发展打下了良好的基础。一、零件分析零件

3、用途车床主轴箱是车床的基础零件之一，它将车床主轴、轴承、套和齿轮等零件装配成一个整体，使其保持正确的相互位置，并按照一定的传动关系协调地运动。组装后的主轴箱箱体的基准平面安装在机器上。因此箱体的加工质量不仅影响其装配精度及运动精度，而且对机器的工作精度、使用性能和寿命有着决定性的影响。1.2 零件的特点由图可知，该零件为不太规则的部件，其主要技术特点如下：1.铸件需要消除毛刺和砂粒、并作人工时效处理；2.；3.95K6孔相对于基准轴线A的径向；4.90K6孔相对于基准轴线A的径向跳动度为0.01；5.120K6孔的圆度为0.05；6.62J7孔相对于轴线D的径向跳动度为0.03；7.40J7孔

4、相对于轴线B的径向跳动度为0.02；8.轴线相对于基准轴线A-C的平行度为100:0.01；9.轴线相对于基准轴线A-C的平行度为100:0.01；H相对于1；12.各面的粗糙度达到需要的要求。根据零件图可知，主要进行导轨面的加工、表面加工、孔加工、钻孔、攻丝，孔的精度要求高。该零件年生产属小批量生产，设计加工零件所需要的专用夹具是为了提高劳动效率、降低成本。二、工艺规程设计常用毛坯种类有：铸件、锻件、焊件、冲压件。各种型材和工程塑料件等。在确定毛坯时，一般要综合考虑以下几个因素：（1）依据零件的材料及机械性能要求确定毛坯。例如，零件材料为铸铁，须用铸造毛坯；强度要求高而形状不太复杂的钢制品零

5、件一般采用锻件。（2）依据零件的结构形状和外形尺寸确定毛坯，例如结构比较复杂的零件采用铸件比锻件合理；结构简单的零件宜选用型材，锻件；大型轴类零件一般都采用锻件。（3）依据生产类型确定毛坯。大批大量生产中，应选用制造精度与生产率都比较高的毛坯制造方法。例如模锻、压力铸造等。单件小批生产则采用设备简单甚至用手工的毛坯制造方法，例如手工木模砂型铸造。（4）确定毛坯时既要考虑毛坯车间现有生产能力又要充分注意采用新工艺、新技术、新材料的可能性。又因该零件为箱体类，且外型尺寸较大，材料为HT200，零件的形状较复杂，因此不能用锻造，只能用铸件，采用砂型铸造毛坯（适用于形状复杂的毛坯，良好的耐磨性、抗震性

6、、切削加工性和铸造性能）。采用小批量造型生产。根据零件主要的加工表面的粗糙度查参考文献机械加工工艺手册确定各表面加工余量。主轴箱定位基准的选择，直接关系到箱体上各个平面与平面之间、孔与平面之间、孔与孔之间的尺寸精度和位置精度要求是否能够保证。在选择基准时，首先要遵守“基准统一”和“基准重合”的原则，同时必须考虑生产批量的大小、生产设备、特别是夹具的选用等因素。 粗基准的选择粗基准的选择影响各加工面的余量分配及不需加工面与加工面之间的位置精度。根据粗基准选择原则，应首先考虑箱体上要求最高的主轴孔的加工余量要均匀，防止加工时由于余量不均而引起刀具振动，影响加工精度和表面质量，并要兼顾其余加工表面都

7、有适当的余量。其次要纠正箱体内壁非加工表面与加工表面之间的相对位置偏差，防止加工出的轴承孔端面与箱体内壁之间的距离尺寸相差太大，可能使齿轮安装时与箱体内壁发生干涉。基于这种情况，应选内壁为粗基准。但是这将使装夹极为困难。由于各轴孔和内腔的砂心是一个整体，所以实际生产中选主轴孔和一个相距较远的轴孔作为粗基准。2.2.1 精基准的选择为了遵循精基准的选择原则，选择箱体装配基准面即箱体底面为精基准，其优点是装配基准面是许多孔系和平面的设计基准所以能使定位基准、设计基准和装配基准重合，不会产生基准不重合误差，而且箱体开口向上，故调整刀具，观察加工和测量孔径均方便。车床主轴箱要求加工的表面很多，在这些加

8、工表面中，平面加工精度比孔的加工精度容易保证，所以箱体中主轴孔(主要孔)的加工精度，孔系加工精度就成为工艺关键问题。在生产纲领已确定为小批量生产的条件下，可以考虑采用万能机床配以专用夹具，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，以便降低生产成本。先粗后精这条原则对所有情况都是适用的。但中、小批量箱体零件加工如果从工序上全部安排粗、精分开,则机床、夹具数量要增加,工件转运也费时费力,所以实际生产中并不都这样做。不少情况下是将粗、精加工放在一道工序内完成。但是从工步上讲,粗、精加工还是分开的,如粗加工后将工件松开一点,然后再用较小的夹紧力夹紧工件,使工件因夹紧力而产生的弹性变形

9、在精加工时得以消除。具体工艺过程如下:工序号工序内容基准设备工序1铸造箱体毛坯,采用沙箱造型工序2人工时效处理，以消除铸件残余内应力热处理炉工序3划线找正，粗、精铣基准面C和导轨槽B主轴孔95K6X6042卧式铣床工序4刮研基准面C和导轨槽B工序5粗、精铣加工面E、F基准面C和面GX6042卧式铣床工序6粗、精铣加工面D主轴孔95K6和基准面CX6042卧式铣床工序7粗、精铣加工面H主轴孔120K6和端面EXA5032立式铣床工序8粗、精刨加工面A基准面C龙门刨床工序9粗镗、半精膛、精膛、浮动镗孔95K6、孔90K6和孔120K6导轨槽B卧式镗床工序10粗镗、半精膛、精膛孔52J7、孔62J7

10、和孔64H7主轴孔95K6和基准面D卧式镗床工序11粗镗、半精膛、精膛孔40J7、孔42H7和孔42主轴孔95K6和基准面D卧式镗床工序12钻孔25H7，和孔28H7主轴孔95K6和基准面D卧式钻床工序13扩孔25H7，和孔28H7主轴孔95K6和基准面D卧式钻床工序14粗铰孔25H7，和孔28H7主轴孔95K6和基准面D卧式钻床工序15精铰孔25H7，和孔28H7主轴孔95K6和基准面D卧式钻床工序16钻孔2×30和孔24基准面C和面E卧式钻床工序17扩孔2×30和孔24基准面C和面E卧式钻床工序18钻6个螺纹孔基准面C、D、E立式钻床工序19攻丝6个螺纹孔基准面C、D、

11、E立式钻床工序20钳工去毛刺，倒角等工序21清洗上油，非加工表面涂防锈漆工序22检验，入库2.4 机械加工余量、工序尺寸的确定主轴箱的材料为HT200，生产类型为小批量生产。查机械加工工艺手册表2-4与2-5可得，该零件的毛坯为砂型铸件，要求的的机械加工余量等级为E级，根据上述原始质料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量，加工余量及工序尺寸如下：加工底面C工序尺寸、公差及其表面粗糙度的确定工序名称工序基本余量/mm工序工序基本尺寸/mm标注工序尺寸/mm经济精度/mm表面粗糙度Ra/m精铣js14(±0.5)160粗铣js14(±0.5)毛坯(±1)160

12、.8+=16±1加工端面F工序尺寸、公差及其表面粗糙度的确定工序名称工序基本余量/mm工序工序基本尺寸/mm标注工序尺寸/mm经济精度/mm表面粗糙度Ra/m精铣js14(±0.5)50粗铣js14(±0.5)毛坯(±1)50.8+=55±1加工端面E工序尺寸、公差及其表面粗糙度的确定工序名称工序基本余量/mm工序工序基本尺寸/mm标注工序尺寸/mm经济精度/mm表面粗糙度Ra/m精铣±1645645±1粗铣±1645+0.8=645.864±1毛坯(±1)64=649.3649.3±

13、1加工凸台面D工序尺寸、公差及其表面粗糙度的确定工序名称工序基本余量/mm工序工序基本尺寸/mm标注工序尺寸/mm经济精度/mm表面粗糙度Ra/m精铣IT14(±0.5)160粗铣3.5IT14(±0.5)毛坯4.3(±1)160.8+3.5=164.3164.3±1加工顶面A工序尺寸、公差及其表面粗糙度的确定工序名称工序基本余量/mm工序工序基本尺寸/mm标注工序尺寸/mm经济精度/mm表面粗糙度Ra/m精刨IT14(±0.5)265粗刨2.7IT14(±0.5)毛坯3.6(±1)265.9+2.7=268.7268.7&

14、#177;1加工孔95K6工序尺寸、公差及其表面粗糙度的确定工序名称工序基本余量/mm工序工序基本尺寸/mm标注工序尺寸/mm经济精度/mm表面粗糙度Ra/m浮动镗K6(-0.018+0.004)9595K6(-0.018+0.004)精膛H7(0+0.035)9H7(0+0.035)半精膛H10(0+0.04)H10(0+0.04)粗膛2H13(0+0.54)H13(0+0.54)毛坯(±1.3)加工孔90K6工序尺寸、公差及其表面粗糙度的确定工序名称工序基本余量/mm工序工序基本尺寸/mm标注工序尺寸/mm经济精度/mm表面粗糙度Ra/m浮动镗K6(-0.018+0.004)90

15、90K6(-0.018+0.004)精膛H7(0+0.035)H7(0+0.035)半精膛H10(0+0.04)H10(0+0.04)粗膛2H13(0+0.54)H13(0+0.54)毛坯(±1.3)加工孔120K6工序尺寸、公差及其表面粗糙度的确定工序名称工序基本余量/mm工序工序基本尺寸/mm标注工序尺寸/mm经济精度/mm表面粗糙度Ra/m浮动镗K6(-0.018+0.004)120120K6(-0.018+0.004)精膛H7(0+0.035)H7(0+0.035)半精膛H10(0+0.14)H10(0+0.14)粗膛2H13(0+0.54)H13(0+0.54)毛坯(

16、77;1.3)加工孔52J7工序尺寸、公差及其表面粗糙度的确定工序名称工序基本余量/mm工序工序基本尺寸/mm标注工序尺寸/mm经济精度/mm表面粗糙度Ra/m精膛J7(-0.012+0.018)5252J7(-0.012+0.018)半精膛1H10(0+0.12)H10(0+0.12)粗膛2H13(0+0.46)H13(0+0.46)毛坯(±1.3)加工孔62J7工序尺寸、公差及其表面粗糙度的确定工序名称工序基本余量/mm工序工序基本尺寸/mm标注工序尺寸/mm经济精度/mm表面粗糙度Ra/m精膛J7(-0.012+0.018)6262J7(-0.012+0.018)半精膛1H10

17、(0+0.12)H10(0+0.12)粗膛2H13(0+0.46)H13(0+0.46)毛坯(±1.3)加工孔和孔64H7工序尺寸、公差及其表面粗糙度的确定工序名称工序基本余量/mm工序工序基本尺寸/mm标注工序尺寸/mm经济精度/mm表面粗糙度Ra/m精膛J7(-0.012+0.018)6464J7(-0.012+0.018)半精膛1H10(0+0.12)H10(0+0.12)粗膛2H13(0+0.46)H13(0+0.46)毛坯(±1.3)加工孔42工序尺寸、公差及其表面粗糙度的确定工序名称工序基本余量/mm工序工序基本尺寸/mm标注工序尺寸/mm经济精度/mm表面粗糙

18、度Ra/m半精膛1H10(0+0.1)4242H10(0+0.1)粗膛H13(0+0.39)42-1=4141H13(0+0.39)毛坯(±1.3)加工孔40J7工序尺寸、公差及其表面粗糙度的确定工序名称工序基本余量/mm工序工序基本尺寸/mm标注工序尺寸/mm经济精度/mm表面粗糙度Ra/m精膛J7(-0.011+0.014)4040J7(-0.011+0.014)半精膛1H10(0+0.1)H10(0+0.1)粗膛H13(0+0.39)H13(0+0.39)毛坯(±1.3)加工孔42H7工序尺寸、公差及其表面粗糙度的确定工序名称工序基本余量/mm工序工序基本尺寸/mm标

19、注工序尺寸/mm经济精度/mm表面粗糙度Ra/m精膛H7(0+0.025)4242H7(0+0.025)半精膛1H10(0+0.1)H10(0+0.1)粗膛H13(0+0.39)H13(0+0.39)毛坯(±1.3)加工孔25H7工序尺寸、公差及其表面粗糙度的确定工序名称工序基本余量/mm工序工序基本尺寸/mm标注工序尺寸/mm经济精度/mm表面粗糙度Ra/m精铰H7(0+0.021)2525H7(0+0.021)粗铰H9(0+0.052)H9(0+0.052)扩孔H12(0+0.21)H12(0+0.21)钻孔23H13(0+0.33)24.8-11.8=2323H13(0+0.3

20、3)加工孔28H7工序尺寸、公差及其表面粗糙度的确定工序名称工序基本余量/mm工序工序基本尺寸/mm标注工序尺寸/mm经济精度/mm表面粗糙度Ra/m精铰H7(0+0.021)2828H7(0+0.021)粗铰H9(0+0.052)H9(0+0.052)扩孔H12(0+0.21)H12(0+0.21)钻孔26H13(0+0.33)27.8-1.8=2626H13(0+0.33)2.5 工序设计按照规定要求，本组只要制定加工端面E、F的工序，即工序5。制定工序的过程如下：2.5.1 刀具的选择1）刀具材料的选择根据切削用量简明手册中表，选择YG643硬质合金刀片。查表，根据最大切削宽度217，选

21、择铣刀直径d0=250mm。由于采用的是标准硬质合金铣刀，确定刀具齿数为202）刀具的几何形状参数：由于HT200的b800，故选取刀具几何角度主偏角，副偏角，后角，刃倾角，前角。2.5.2 切削用量的选择1）切深ap的确定：根据2.4中机械加工余量的计算，总余量都为2.2，粗铣余量为1.4，精铣为0.8，可分别为1次走刀，ap1=1.4，ap2。2）每齿进给量fz的确定：，确定fz。3）铣刀磨钝标准及刀具寿命查表3.8，根据刀具类型和刀具直径确定刀具平均寿命为240min。4）切削速度vc、主轴转速n和每分钟进给量vf的确定查表3.16，根据刀具寿命、切深ap、d0z、及每齿进给量fz确定切

22、削速度vc、主轴转速n和每分钟进给量vf，vc=79 n=100 vf=315三、专用夹具的设计3.1 问题的指出为了提高劳动生产率和降低生产成本，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。对于箱体加工工序5粗铣箱体的两端面，由于对加工精度要求不是很高，所以在本道工序加工时，主要考虑如何降低降低生产成本和降低劳动强度。3.2定位基准的选择在加工中用作确定工件在夹具中占有正确位置的基准，称为定位基准。据夹具手册知定位基准应尽可能与工序基准重合，在同一工件的各道工序中，应尽量采用同一定位基准进行加工。根据本道工序，选G面为定位基准。3.3 定位方案和元件设计根据工序图及对零件的结构的分析，本道

23、工序需限制4个自由度，为了增加定位的可靠行，实际限制了其6个自由度。本夹具采用6点定位原则，用两个固定的支撑板作为一大平面，限制了工件的两个旋转自由度和一个移动自由度；用一个侧向支撑板作为一小平面，限制了工件的一个旋转自由度和一个移动自由度；用一个支撑钉作为止推点，本夹具的止推点采用了自位支撑的方式。3.4 夹紧机构的设计本夹具采用夹钳进行夹紧，同时保证了夹紧可靠和动作迅速的要求。同时，由于夹钳属于半标准件，可直接购买，降低了夹具的制造成本。3.5 定位误差的计算本夹具的定位表面为工序所要求的基准面G，所以基准不重合误差JB=0；由于G面是非加工表面，根据其制造方式，其表面粗糙度为Ra25，由于H7/g6为间隙配合，最大间隙为因此基准位移误差Jw。总定位误差dw=JB+Jw42T3=0.333，因此该夹具满足精度要求。3.6 夹具装配图及三维视图四、夹具分析整套夹具设计完成后，我们利用有限元软件对夹具主要零部件进行了强度分析和模态分析，从而确定夹具的静强度满足要求以及避免在加工过程中夹具产生共振。以下是有限元分析结果：夹具体的等效静应力云图夹具体的14阶固有频率夹具体振动时的位移云图止推夹钳的等效静应力云图止推夹钳的14阶固有频率止推夹钳振动时的位移云图