偏心套的加工夹具设计

东南大学机械工程学院研讨报告课程名称：专业：班级：学号：姓名：题目：偏心套的机械加工工艺规程指导教师：2015年6月目录目录 0序言 11零件的分析 31.1零件的工艺分析 31.2零件的工艺分析 31.3主要加工表面及其要求 41.4生产类型 52毛坯的选择 62.1确定毛坯的类型，制造方法和尺寸度及其公差 62.2确定毛坯技术要求 63拟定机械加工路线 84确定机械加工余量、工序尺寸及公差 105机床的选择及工艺装备 116确定切削用量及基本工时 157φ120工装夹具设计 197.1定位基准的选择 197.2切削力及夹紧力计算 197.3定位误差分析 21总结 22参考文献 23

序言机械工业是一种基本工业形式，对于我们国家来说，他关系到国计民生的方方面面。近年来机械工业领域向着高精度，高质量，高效率，低成本方发展，数字换，自动化水平日益提高，同时由于机械行业的发展，其他各工业部门也向着高深度迈进，机械工业的发展日趋重要。机械制造过程及检测，检验中，都要用到大量的夹具。为了到到提高劳动效率，提高加工精度，减少废品，扩大机床的工艺范围，改善操作的劳动条件，如何设计好夹具成了机械制造的一项重要任务。机床夹具是夹具中的一种，将其固定到机床上，可以可以使被加工工件对刀具与机床保持正确的相对位置，并克服切削力的影响，使加工顺利进行，机床夹具分为通用夹具和专用夹具两种。夹具设计中的特点夹具的设计周期较短，一般不用进行强度和刚度的计算。专用夹具的设计对产品零件有很强的针对性。“确保产品加工质量，提高劳动生产率”是夹具设计工作的主要任务，加工质量包括被加工表面的本身精度和位置精度，后者主要用夹具来保证。加紧装置的设计对整个夹具的结构据有一定的影响，设计一个好德夹具可以减少废品率。因此，夹具设计要求保证以下几个条件：夹具的结构应与其用途及生产规模相适应。保证工件的精度。保证使用方便和安全。真确处理作用力的平衡问题。注意结构的工艺性，便于制造和维修，注意夹具与机床，辅助工具，刀具和量具之间的联系。在机械制造中，为了适应新产品的不断发展要求，因此，夹具设计过程中有朝着以下方向发展的趋势：发展通用夹具的新品种由于机械产品的加工精度日益提高，因此需要发展高精度通用夹具。广泛的采用高效率夹具，可以压缩辅助时间，提高生产效率。发展可调式夹具推广和发展组合家具及拼拆夹具。加强专用夹具的标准化和规范化。大力推广和使用机械化及自动化夹具。采用新结构，新工艺，新材料夹具设计和制造夹具本设计是属于工艺夹具设计范围，机械加工工艺设计在零件的加工制造过程中有着重要的作用。工艺性德好坏，之间影响着零件的加工质量及生产成本，在设计中为了适应大批量的生产情况，以提高产品的生产效率，在设计中所采用的零件尽量采用标准件，可以降低产品的生产费用。机械制造工艺学课程设计是我们在大学的全部基础课、技术课以及大部分专业课之后进行的。这是我们在毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练，这次设计使我们能综合运用机械制造工艺学中的基本理论，并结合实习中学到的实践知识，独立地分析和解决工艺问题，初步具备了设计一个中等复杂程度零件（偏心套）的工艺规程的能力和运用夹具设计的基本原理和方法，拟订夹具设计方案，完成夹具结构设计的能力，也是熟悉和运用有关手册、图表等技术资料及编写技术文件等基本技能的一次实践机会。因此，它在我们大学生活中占有重要地位。就我个人而言，我也希望通过这次设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性心理，从中锻炼自己分析问题，解决问题的能力，对未来的工作发展打下一个良好的基础。由于能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请老师给予指教。

1零件的分析1.1零件的工艺分析偏心套是一偏心回转体零件,有两组组加工表面,这两组分别是Φ120外圆，包括:两个Φmm外圆及端面,Φ100的外圆面，尺寸为Φmm的内圆柱面。这两组加工表面是位置度和自身的平面度和圆柱度都有很高的精度要求,可以先加工它的一端外圆,再借助专用夹具以这个外圆为定位基准加工另一端面,然后再加工其它加工表面.1.2零件的工艺分析⑴该零件以其内孔和轴配合，并通过键进行连接。偏心套主要其支撑和导向的作用，在工作中承受一定的载荷，因此要求其有一定的强度和耐磨性。⑵该零件硬度较高，采用GCr15轴承刚材料，在进行热处理时，在淬火和回火之间，增加一冰冷处理，这样可以更好地保证工件尺寸的稳定性，减小变形。⑶为了保证工件偏心的精度，可以采用以下加工方法：当加工精度高，加工数量大时一般采用专用工装夹具装夹工件进行加工。因该工件的两处偏心完全一样，因此，在加工时可以用同一种方法，分别两次装夹即可。⑷在加工偏心工件时，由于旋转离心作用，会影响零件的圆度，圆柱度等公差，会造成零件壁厚不均匀等，因此，在加工时，除注意保证夹具体平衡外，还应注意合理选择切削用量及有效的冷却润滑。⑸当零件上键槽精度要求不高或零星加工时，可以采用插削方法加工键槽。若键槽精度要求较高，零件数量又多时，应采用拉削的方法加工键槽。⑹偏心距误差的检查方法。首先将偏心套装在1:3000小锥度心轴上。心轴两端备有高精度的中心孔，将心轴装夹在偏摆仪两顶尖之间，将百分表触头顶在φ120外圆上，转动心轴，百分表最大与最小读数之差，即为偏心距。⑺φ120偏心圆中心线对中心孔的轴线平行度误差检查法。同样将偏心套装在1:3000小锥度心轴上，然后将小锥度心轴放在标准V型块上，先用百分表找出偏心套外圆最高点，然后在相距30mm处，测出两最高点值，其两点误差为两轴线平行度值。⑻圆柱度的检测方法。将偏心套装在1:3000的小锥度心轴上，再将心轴装夹在偏摆仪两顶尖之间，将百分表触头顶在φ120mm外圆上，转动心轴，测三个横截面，其百分表最大读数与最小读数之差，即为圆柱度误差。1.3主要加工表面及其要求⑴内孔孔径为Φ60的孔是轴的安装孔，表面粗糙度为Ra=0.8um。倒角为C1，公差等级为IT7~8，孔中心线与两外圆的偏心距均为8±0.05mm。圆柱度要求为0.01mm。⑵外圆表面尺寸为Φ120mm，公差等级为IT7~8,外圆表面素线以孔为基准，平行度要求为0.01mm，外圆表面圆柱度要求为0.01mm，粗糙度为Ra=0.8um，个外圆表面长度为40mm。⑶端面偏心套端面长度为90mm，中间侧壁到端面距离为40mm，外端面粗糙度Ra=6.3um，中间侧壁粗糙度Ra=1.6um。⑷磨削槽槽宽由图中给定的尺寸求得为10mm，深为2mm倒圆角R3，由圆中的尺寸要求和其功用可知其不是重要的配合面.⑸键槽键槽深度由图中尺寸可得为4.5mm。为保证整体零件的耐磨性和热处理的硬度达到58~64HRC。要求淬火后回火，未注粗糙度为Ra=6.3um。1.4生产类型由题目知产量五千件以上，计算其年生产纲领：N—零件年生产纲领（件|年）Q—产品年产量（台，辆|年）m—每台（辆）产品中零件的数量（件|台，辆）a%—备品率b%—废品率Q=5000台|年，m=1件—|台a取3%，b取0.5%计算得N=5175.7该偏心套的生产类型属于成批生产。2毛坯的选择2.1确定毛坯的类型，制造方法和尺寸度及其公差①该零件的材料为GCr15，设计要求生产类型为成批生产，形状简单，该零件因其一般只用于轻载，冲击小或无冲击的场合。为提高生产效率，选用金属模砂型机器铸造。②选择零件的一端面作为分型面铸造出带孔的圆棒料。③由零件图技术要求知该零件精度要求较高，毛坯为精密的铸件，铸件尺寸公差为CT9加工余量等级按CT9-MA-H/G级。各表面单边余量3.0mm。2.2确定毛坯技术要求①铸件不应有裂纹、砂眼、和局部缩松、气孔及夹渣等缺陷，铸件表面应清除毛刺同、结瘤和粘砂等。②球化退火处理硬度为207～229HBW，以降低硬度，改善切削加工性，并为淬火作好组织上的准备，材料为GCr15。③未注倒角0.545，其余粗糙度Ra=6.3um。④外表面斜度为30’,内表面起模斜度为1确定毛坯简图：确定毛坯尺寸公差与机械加工余量下料棒料φ120mm×165mm锻造锻造尺寸φ155mm×φ45mm×104mm㈢基准的选择由零件图中的技术要求可知该零件的尺寸较多是以内孔中心线为设计基准,且图中外圆表面尺寸精度要求较内孔高,外圆表面素线平行度以内孔轴线为基准,根据粗精基准选择原则和基准重合统一原则,确定各表面的基准如下表所示:序号

加工部位

基准选择

1孔及其端面偏心套外圆轮廓及端面(粗基准)

2外圆轮廓内孔中心线

3磨削槽和倒角内孔中心线

4键糟内孔中心线

3拟定机械加工路线⑴确定各表面的加工方法根据各加工表面的加工精度和表面粗糙度要求，选定如下加工方法：孔的端面加工为车削；孔的加工为车削—磨削；外圆加工为车削—磨削；磨削槽的加工为车削。侧壁加工为车削；键槽加工为拉削。具体加工方法如下：①偏心套端面：未标注公差要求，表面粗糙度为Ra=6.3um，查表知需进行粗车—精车。

②侧壁未标准公差要求，表面粗糙度为Ra=1.6um，查表知需进行粗车—半精车—精车。

③孔：表面表面粗糙度Ra=0.8um；查表得公差等级为IT7～8，查表知需进行粗车—半精车—精车。

④外圆表面公差等级为IT7～8，粗糙度Ra=0.8um，查表知需进行粗车—半精车—精车。⑤磨削槽列尺寸要求和公差要求，不是重要表面，只需粗车即可。⑥键槽宽度要求为20。⑵拟定加工路线加工方案如下：工序号内容设备10粗车端面、外圆卧式车床20粗车内孔卧式车床30淬火、回火

40半精车端面、精车侧壁卧式车床50车磨削槽卧式车床60磨内孔外圆磨床70磨外圆

80内孔倒角内孔磨床90插削键槽拉床90清洗，去毛刺

100检验

⑶工艺分析此工艺按工艺集中原则组织工序，许多工序可在同一机床上完成，减少了工件的装夹次数，易于保证加工面的质量，需要的车床少，减少了工件在工序间的运输，减少辅助时间和准备时间。

4确定机械加工余量、工序尺寸及公差加工余量可采用查表修正确定。确定工序尺寸一般方法是：由加工表面的最后工序往前推算，最后工序的工序尺寸按零件图样的要求标注，当无其它基准交换时，同一基准面多次加工的工序尺寸只与工序（工步）的加工余量有关，当基准不重合时工序尺寸用工艺尺寸链计算，中间工序尺寸按“向、入体“原则标注，但毛坯和孔心距尺寸公差带一般取双向对称布置、中间工序尺寸的公差可从相应的加工经济精度表中查得。偏心套零件第一道工序各工步开基准交换，其余挌表面均基准重合、统一原则，故只需查得各加工余量，便可确定工序尺寸。根据上述资料和加工工艺，查各种表面加工余量表分别确定各加工表面的加工余量、工序尺寸及公差如下表：工序号工序内容单边余量工序尺寸Ra10①

粗车端面2.012.5②

粗车内孔2.512.520粗车外圆2.112.540①

精车端面0.5906.3②

精车侧壁0.5401.650车磨削槽2

60①内内孔0.50.870②磨外圆0.50.880内孔倒角1C1

90插削键槽4.5

5机床的选择及工艺装备⑴机床的选择①工序10、20、40、50、80由于有些工序包括多个工步，该零件形状较规则，为减少装卸刀具次数和时间，保证工件质量，选用CA6140型卧式车床比较合适。②工序60、70磨内孔和外圆：根据工件的尺寸选用M2110内圆磨床和M1432外圆磨床。③工序90插削键槽根据尺寸和技术要求选用L6100拉床。⑵刀具选择该零件特形表面，成批生产，一般采用通用或标准刀具，卧式车床上粗车端面用P10端面车刀，磨内孔和外圆选用白刚玉平形砂轮。⑶选择夹具该零件加工工序10采用三爪卡盘，其余工序需用专用偏心夹具。⑷量具的选择该零件属批量生产，一般采用通用量具。①外圆和内孔加工量具外圆表面公差值T=0.23mm，查表得计量器具不确定度允许值为=.00018，查表得，所选用的计量器具达不到GB3177—1997规定的。则重新计算安全裕度A’,A’==0.002由于偏心套最大实体尺寸：120.043mm其最小实体尺寸：120.0250mm则基验收极限尺寸：由分析得应选用150～200mm外径千分尺和150～200mm内径千分尺较合理。②端面和键槽加工量具

选用0～200mm/0.02mm游标卡尺，由于大批量生产最后加工验收时为节约时间，提高效率应选用极限量规，孔量规选用锥柄圆柱塞规。机床设备和工艺装备选择工序号工序内容机床设备和工艺装备10①粗车端面CA6140卧式车床、p10端面车刀、0～200mm/0.02mm游标卡尺②粗车内孔标准p10内孔车刀、三爪卡盘、150～200mm内径千分尺20粗车外圆CA6140卧式车床、p10端面车刀、150～200mm外径千分尺、专用偏心夹具40①半精车端面CA6140卧式车床、p10端面车刀、0～200mm/0.02mm游标卡尺、专用偏心夹具②精车侧壁50磨削槽CA6140卧式车床、p10车槽车刀、游标卡尺、专用偏心夹具60①磨内孔M2120内孔磨床，白刚玉平形砂轮、塞规，专用夹具70②磨外圆M1331外圆磨床，白刚玉平形砂轮，150～200mm外径千分尺、专用偏心夹具80内孔倒角CA6140卧式车床、p10倒角车刀、专用偏心夹具90拉削键槽L6110拉床，标准键槽拉刀，专用偏心夹具，0～200mm/0.02mm游标卡尺⑸偏心套机械加工工艺过程卡工序号工序名称工序内容工艺装备1下料棒料φ120mm×165mm锯床2锻造锻造尺寸φ155mm×φ45mm×104mm3热处理正火4粗车夹毛坯外圆，粗车内孔至尺寸φ55±0.05mm，粗车端面，见平即可。车外圆至φ145mm，长45mm。CA61405粗车调头装夹，粗车外圆至φ145mm，与上工序接刀，车端面，保证总长度95mm。在距端面46mm外车Φ1000-0.05mm至φ102mm，槽宽6mm使槽靠外的端面距离外端面为43mmCA61406精车掉头，三抓自定心卡盘夹工件外圆，找正，车内孔至尺寸φ590-0.05mm，精车另一端面，保证总长92mm，并作标记，精车φ100+0.50mm圆及两内侧端面，使槽宽为8mm，保证槽靠外的端面距离外端面42mm。CA61407钳划键槽线8插以有标记的端面及外圆定位，接线找正，插键槽，保证尺寸20±0.02mm及64.5+0.250mm至尺寸64+0.150mmB50209钳修锉键槽毛刺10精车以φ590-0.05mm内孔及键槽定位，用专用偏心夹具装夹工件，车偏心φ120+0.043+0.02mm至φ121.5mm长42mmCA6140专用工装11精车以φ590-0.05mm内孔及键槽定位，用专用偏心夹具装夹工件，车另一端φ120+0.043+0.02mm至φ121.5mm长42-0.5-0.3mmCA6140专用工装12热处理淬火58~64HRC13热处理冰冷处理14热处理回火15磨用专用偏心工装装夹工件φ121.5mm外圆处，按Φ590-0.05mm内孔找正，磨内孔至图样尺寸φ60+00.043mmM2110A专用工装16钳修锉键槽中氧化皮17磨以φ60+00.043mm内孔、键槽及另一定位装夹工件。磨φ120+0.043+0.02mm至图样尺寸，并靠磨此端外端面，保证偏心盘的厚度40mm为41mm，并保证总长度91mmM1432A专用工装18磨掉头，以φ60+00.043mm内孔、键槽及另一定位装夹工件。磨另一端φ120+0.043+0.02mm至图样尺寸，并靠磨右端面，保证总长90mmM1432A专用工装19磨以φ60+00.043mm内孔、键槽及另一端面定位装夹工件。靠磨φ1000-0.05mm至图样尺寸，并靠磨两侧面保证尺寸40mmM1432A专用工装20检验按图样要求检查各尺寸和精度21入库入库

6确定切削用量及基本工时粗车端面和内孔⑴粗车偏心套端面步骤如下是：①确定背吃刀量：端面单边总余量3mm，一次走刀加工ap=2.0mm。②确定进给量f：根据表查得f=0.6～0.9mm/r；根据机床的横向进给量，取f=0.8mm/r。③确定切削速度：V＝（1-m×Tm×apxv×fyv）×KvKv＝KMv×Ktv×Kkrv×Ksv×KTv×KKv其中Ktv＝1.0（表21-6），Kkrv＝0.81（表21-7），KSV＝0.8（表21-5），KTv＝1.0（表11），KKv＝1.24（表21-9），KMv＝0.637/σb＝0.637/0.735＝0.87（表21-1）根据表查得Cv=235，xv＝0.15，yv＝0.35，m=0.20，刀具寿命选T=60min，故v=72.2m/min④确定机床主轴转速n：ns＝1000v/πdw＝1000×72.2/(3.14×45)＝5.38r/s（323r/min）根据表查得相近较小的机床转速为n=160r/min，所以实际切削速度V＝nW×dw×π/1000＝370×96×3.14/1000＝111.53r/min（1.86r/s）⑥辅助时间：查表得，装夹工件时间为0.8min，启动机床为0.02min⑤计算基本时间：端面车刀选用主偏角背吃刀量查表得取批量生产，启动切削液的时间为0.05min，共计T=1.37min。⑵粗车内孔①确定背吃到量：总加工余量为3.0mm，一次走刀加工，ap=2.5mm。②确定进给量f：根据表5-102查得f=0.6～0.9mm/r；根据机床的纵向进给量，取f=0.81mm/r。③确定切削速度：V＝（1-m×Tm×apxv×fyv）×KvKv＝KMv×Ktv×Kkrv×Ksv×KTv×KKv其中Ktv＝1.0（表21-6），Kkrv＝0.81（表21-7），KSV＝0.8（表21-5），KTv＝1.0（表11），KKv＝1.24（表21-9），KMv＝0.637/σb＝0.637/0.735＝0.87（表21-1）根据表查得Cv=235，m=0.20，xv＝0.15，yv＝0.45，刀具寿命T=60min，故v=55.98m/min④确定机床主轴转速n：ns＝1000v/πdw＝1000×1.623/(3.14×45)＝5.38r/s（323r/min）根据表查得相近较小的机床转速为n=320r/min，所以实际切削速度V＝nW×dw×π/1000＝370×96×3.14/1000＝111.53r/min=54.26m/min⑤计算基本时间：切削加工长度L=91mm，内孔车刀选用主偏角Kr=75，背吃刀量ap==2.5mm，查表得，取=3mm，=（3～5）mm，=（3～5）mm

=0.39min⑥辅助时间：查表得，换刀时间为0.5min，切削液的开启时间为0.05min，测量尺寸时间为0.5min，共计=1.05min。⑶精车端面①确定背吃刀量，端面单边剩余余量为1mm，二次走刀加工，ap=1.0mm。②确定进给量f：根据表查得f=0.6～0.9mm，查表5-5得f=0.61mm/r。③确定切削速度：V＝（1-m×Tm×apxv×fyv）×Kv式中Cv=242，xv＝0.15，yv＝0.35，m＝0.20Kv＝KMv×Ktv×Kkrv×Ksv×KTv×KKv其中Ktv＝1.0（表21-6），Kkrv＝0.81（表21-7），KSV＝0.8（表21-5），KTv＝1.0（表11），KKv＝1.24（表21-9），KMv＝0.637/σb＝0.637/0.735＝0.87（表21-1）所以v=77.47m/min④机床主轴转速n:ns＝1000v/πdw＝1000×1.623/(3.14×45)＝5.38r/s（323r/min）根据表查得相近较小的机床转速为n=250r/min,所以实际切削速度V＝nW×dw×π/1000＝370×96×3.14/1000＝111.53r/min（1.86r/s）=71.44m/min.⑤计算基本时间:切削长度L=91/2=45.5mm,端面车刀选用Kr=90,背吃刀量ap=1mm,查表取=3mm;=(3~5)mm;批量生产=(45.5+3+4+0)mm=52.5mm⑥辅助时间:查表得,开启和关闭切削液时间为0.05min,换刀时间为0.5min,取量具并测量尺寸时间为0.5min,共计时间=1.05min.⑷精车侧壁①确定背吃刀量:侧壁加工余量为0.5mm,一次走刀加工完成,ap=0.5mm.②确定进给量f:根据表查得f=0.6～0.9mm/r,取f=0.5mm.③确定切削速度V＝（1-m×Tm×apxv×fyv）×Kv，式中Cv=242，xv＝0.15，yv＝0.35，m＝0.20，Kv＝KMv×Ktv×Kkrv×Ksv×KTv×KKv其中Ktv＝1.0（表21-6），Kkrv＝0.81（表21-7），KSV＝0.8（表21-5），KTv＝1.0（表11），KKv＝1.0（表21-9），KMv＝0.637/σb＝0.637/0.735＝0.87（表21-1）刀具寿命选T=60min∴v=（242/601-0.2×36000.2×0.750.15×0.520.35）×0.87×1.0×0.81×0.8×1.0×1.24＝1.623m/s④确定机床主轴转速n:ns＝1000v/πdw＝1000×1.623/(3.14×45)＝5.38r/s（323r/min）根据表查得相近较小的机床转速为n=250r/min,所以实际切削速度V＝nW×dw×π/1000＝370×96×3.14/1000＝111.53r/min（1.86r/s）=94.985m/min⑤计算基本时间:端面车刀选用主偏角,背吃量=0.5mm,查表得取=3mm,=(3～5)mm⑥辅助时间:查表得,调节切削液的时间为0.05min,取量具并测量尺寸时间为0.5min,共计=1.0min.

7φ120工装夹具设计7.1定位基准的选择由零件图知，φ60mm的外圆对孔对φ120mm的内圆段一定的位置度要求，为了减少定位误差，以φ60mm段外圆面为主要定位基准面，Φ60端面为辅助定位面，共限制6个自由度但起到增强定位稳定性的作用，