角形轴承箱基本工艺设计及夹具设计.doc

机械制造工艺及夹具
课程设计阐明书

题目： 角形轴承箱 零件机加工工艺
及 车床 夹具设计

设 计 者
班 级
指引教师

机电建工学院机械系
2 月 日

目 录

一、前言 2
二、设计任务分析 3
(一) 零件作用 3
（二）零件工艺分析 3
（三）机械加工工艺规程设计 4
（四）工艺路线拟定及工艺方案分析 6
（五）各工序基本工时 8
三、机床夹具设计 9
（一）定位方案分析 9
（三）夹紧方案分析 11
（四）夹具操作简要阐明 12
（五）夹具总图上尺寸、公差配合、技术条件标注 12
(六)设计总结评价 13
四、后 记 14
五、重要参照资料 15

一、前言
机械制造工艺学课程设计是在学完机械制造工艺学（含机床夹具设计）和大某些专业一门课程，并进行了生产实习基本上进行一种教学环节。这是咱们在进行课程设计之前对所学课程一次进一步全面总复习，也是一次理论联系实际训练。因而，它在几年学习中占重要地位。
就我个人而言，但愿通过这次课程设计，对自己此后将从事工作，进行一次适应性训练，通过设计锻炼自己分析问题、解决问题能力，为此后工作打下一种良好基本。
二、设计任务分析
(一) 零件作用
角形轴承箱是用夹固定在轴承箱体,通过固定轴承来实现轴承正常运转槽50h11与端面100h11为配合表面有较高精度及表面粗糙度。140h11为内圆较高定位基准Φ180H7孔为轴承配合表面有较高精度。

（二）零件工艺分析 
该零件是箱体类零件，形状不规则，加工面大，尺寸精度、形位精度、表面精度规定均较高，零件重要技术规定分析如下： 
（1）T1、T2两表面对Φ180H7孔轴线垂直度摆差不不不大于0.1mm及圆度，重要保证轴承能对的安装在该箱体上，角形轴承箱运用自行50h11凹槽进行定位，因而要T3、T4精度及槽定位精度为0.4mm。 
(2)铸件规定不能有砂眼、疏松、气孔等锻造缺陷，以保证零件强度、硬度及刚度，在外力作用下，不致于发生意外事故。设计夹具时要注意该事项。 
(3)由Φ180h7孔是一比较重要孔，也是后来机床加工工序重要定位基准，因而孔工序是比较重要，要在夹具设计中考虑，保证达到该孔精度、粗糙度、与端面垂直度规定，重要是拟定装夹基准和夹紧块位置。
机械加工工艺方案选取
方案一：轴承箱孔用镗工艺，轴承箱两端面及两支脚槽均采用铣工艺，剩余采用钻工艺。这样好处在于其加工过程中夹具设计较为简朴，夹具成本较低。
方案二：轴承箱孔和轴承箱两端面均在车床上进行（其夹具均采用一种），两支脚槽均采用铣工艺，剩余采用钻工艺。这种加工方案能保证零件图中两端面垂直度，但夹具设计较为复杂。
通过小组讨论，为保证零件各个尺寸规定采用方案二。
（三）机械加工工艺规程设计
（一）拟定毛坯制造形式
1、选取毛坯 
该零件材料为HT150，考虑到轴承正反转和重要受径向力等状况，以及参照零件图上所给该零件不加工表面粗糙度规定，对于不进行机械加工表面粗糙度通过锻造质量保证，属批量生产，且该零件外形尺寸不复杂，又是薄壁零件，故采用金属型锻造。 
2、拟定毛坯尺寸 
  由参照文献[1]表2.2-3可知，该种铸件尺寸公差级别CT为8～10级，加工余量级别由表2.24。故取CT为10级，MA为E级。参阅文献资料可知，可用查表得办法拟定各加工表面总余量，但由于查表拟定总余量值各不相似，普通状况下，除非有另有规定，普通规定机械加工余量合用于整个毛坯铸件，即对所有需要机械加工表面只规定一种值，且该值应依照最后机械加工后成品铸件最大轮廓尺寸，在相应尺寸范畴内选用。故取所有两基准面面额单边余量为5mm；L形平台单边余量2.5mm；两端面双边余量2mm，内孔双边余量3.5mm。其毛坯图外型尺寸公差规定及公差值详见毛坯图。
项目/mm
机械加工余量/mm
尺寸公差/mm
毛坯铸件尺寸/mm
宽360
3.5
±2.2
363.5
宽350
3.5
±2.2
353.5
支脚外侧面到中心距148
3.5
±1.8
151.5
支脚外侧面到中心距148
3.5
±1.8
151.5
支脚宽58
3.5（双边）
±1.4
65
凸台距支脚底面75
3.5（单边）
±1.6
71.5
孔Φ180
3.5（双边）
±2.0
Φ173
厚100
3.5（双边）
±1.8
107
3.设计毛坯图 
   依照上面毛坯尺寸拟定，将零件图转变为毛坯图。详见毛坯零件图。

（2）基准选取
基面选取是工艺规程设计中重要工作之一。基面选取得对的与合理可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。 
粗基准选取：选取重要孔Φ180毛坯孔作为粗基准加工轴承座右端面，选取轴承座右端面、两支脚外侧面作为粗基准加工重要孔Φ180，便于后续加工。
精基准选取：基准重叠原则（ 上支脚上端面与下支脚右端面）、基准统一原则（诸多尺寸以重要孔Φ180作为基准）。
（四）工艺路线拟定及工艺方案分析
由上述零件分析和查阅有关文献，依照本零件加工规定，使用到重要机床有：铣床，镗床，钻床；铣床重要用来铣削直角边、槽；镗床重要用来镗削端面，镗孔；钻床重要用来钻孔。依照零件表面粗糙度质量规定和尺寸公差规定，对规定机械加工各端面和孔，现制定加工办法如下： 
1、对于两个直角面，其表面粗超度值为6.3um，由《机械制造工艺设计手册》可知：需通过粗铣和半精铣加工工序获得。 
2、对于长度为75mm凹台，其表面粗糙度值为12.5um，由《机械制造工艺设计手册》可知：只需进行一次铣削即可获得。 
3、对于φ180H7mm孔，其表面粗糙度值为1.6um，由《机械制造工艺设计手册》可知：可通过粗镗，精镗加工工序获得。 
4、对于φ250mm两个端面，其表面粗糙度为6.3um，由《机械制造工艺设计手册》可知：这两端面可以通过粗铣和半精铣加工办法获得规定表面质量。 
5、对于零件上6-φ134.00+，这6个孔，其表面粗糙度为12.5um，只需通过一次钻削即可获得。 
6、对于两个直角面上50h11mm槽，其表面粗超度值为6.3um，由参照文献[1]1.4-7可知：这两个槽通过粗铣和半精铣加工工序可获得。 
7、对于零件侧面上2-φ25两个通孔其表面粗糙度为12.5um，只需通过一次钻削即可获得。按照图纸规定，别的未加工表面质量， 通过锻造工艺保证。
制定工艺路线，在生产大纲拟定状况下, 依照零件几何形状、尺寸精度及位置精度等技术规定来制定工艺路线。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。
序号
工序名称
工序内容
基准
1
锻造
锻造毛坯
/
2
清洁
清除浇冒口、型砂、毛刺
/
3
热解决
时效
/
4
车
粗车轴承座右端面
孔Φ180、轴承座左端面

5
钳
划支角外侧面加工线
轴承座右端面、孔Φ180顾及两支脚外侧面
6
铣
粗铣两支脚外侧面
按线找正
7
镗
粗镗孔Φ180、粗车轴承座左端面
两支脚外侧面、轴承座右端面
8
镗
半精镗孔Φ180、倒端面C4角、半精车轴承座右端面
两支脚外侧面、轴承座左端面
9
车
半精车轴承座左端面
两支脚外侧面、轴承座右端面
11
镗
精镗孔Φ180、精车轴承座左端面
两支脚外侧面、轴承座右端面
12
车
精镗孔Φ180、精车轴承座左端面
两支脚外侧面、轴承座右端面
13
铣
粗铣凸台、两支脚内侧面
轴承座左端面、两支脚外侧面、孔Φ180
14
铣
粗精铣两槽
轴承座左端面、两支脚外侧面、孔Φ180
15
钻
钻6xΦ13
轴承座左端面、孔Φ180
16
钻
钻2xΦ25孔
轴承座左端面、槽底面、孔Φ180
（五）各工序基本工时
1.工序4-粗车轴承座右端面
依照指引教程手册参照文献[1]表5-2中硬质合金车刀粗车时背吃刀量和进给量和切削速度范畴，再依照表4-1中当时所选车床型号C630各参数范畴选定该工艺进给量f=0.8mm/r，切削速度v=45m/min，背吃刀量ap=2mm。
依照主轴转速公式，因此该工序基本时间为：tj=，辅助时间tf=0.2tj=11.662s，其她时间tb+tx=6%*（58.311s+11.662s）=4.2s,则单间时间tdj=58.311s+11.662s+4.2s=74.173s
2.工序9-粗铣一边凸台、支脚内侧面
依照指引教程手册参照文献[1]表4-14选用立式铣床X53K，选用中齿莫氏锥柄立铣刀20X123 GB/T 6117.2-1996。由表5-9，该工序每转进给量，d=ae，依照表5-13取切削速度v=30m/min，
依照零件尺寸得，辅助时间tf=0.2tj=0.1min
3.工序11、12-钻孔
工序11：Φ13孔。依照指引教程手册参照文献[1]表4-5选用摇臂钻床Z3025，由表3-3选用直柄麻花钻13，GB/T 6135.2-。由表5-22再依照实际状况选用切削速度v=20m/min，进给量f=0.2mm/r。依照公式及表4-6计算出适当主轴转速，辅助时间tf=0.2tj=0.4min
工序12：Φ25孔，计算办法与上述同理。切削速度v=20m/min，进给量f=0.4mm/r，，辅助时间tf=0.2tj=0.2min
三、 机床夹具设计
其过渡盘构造尺寸参照文献[2]中机床主轴尺寸构造而设计
如图所示，粗车轴承座左端面、粗镗孔，加工规定有孔径大小为，两端面间距为103±1.1，其表面粗糙度均为12.5。

（一）定位方案分析
1.拟定要限制自由度、选取定位基面及定位元件
1）拟定要限制自由度分析工序加工规定需要限制自由度，为保证尺寸103±1.1mm，须限制 X旋、Y旋、Z移；为保证尺寸‚须限制 X移、Y移；为车削力，须限制Z旋；总体分析，需完全定位。
2）定位方案分析
依照加工规定需要限制自由度，选取定位基面及定位元件，拟定定位方案。
方案I：以轴承孔作为重要定位基面，以轴承座端面作为第二定位基面。
分析：轴承孔限制X移、Y移、X旋、Y旋，轴承座端面限制Z移,但由于轴承孔是要加工，粗镗，因此孔不能拿来做定位。
方案Ⅱ：以轴承座端面作为重要定位基面，以支脚侧面作为第二定位 基面，以另一支脚侧面限位。
分析：轴承座端面限制：X旋、Y旋、Z移，支脚侧面限制：X移、Y移，另一支脚侧面限制Z移，该方案符合基准重叠原则，有助于保证端面对孔轴线垂直度规定。
因而，选取方案Ⅱ定位

（二）计算定位误差（参照文献[3]）
内孔直径mm规定由镗刀保证，端面与mm孔垂直度0.1mm，mm孔有圆度0.008mm尺寸规定，其他规定为未注公差尺寸。
1．尺寸103±1.1mm定位误差
1）尺寸103±1.1mm工序基准是左端面，定位基准也是左端面，基准重叠。ΔΒ=0 。
2）定位基面是平面,基准位移后对工件加工没有任何影响Δy=0
3）因此ΔD=0。
2．轴承座端面与孔轴线垂直度规定定位误差
1）垂直度工序基准是孔轴线，定位基准是轴承座端面，基准不重叠。ΔΒ=0.02mm
2）定位基面是平面,基准位移后对工件加工没有任何影响Δy=0
（三）夹紧方案分析
方案I：对轴承端面施加夹紧力，采用垂直于底面螺栓夹紧一种压块来夹紧工件，此定位方案要在端面交工后采用，如果采用铣端面工序方案可用此夹紧方案构造简朴。
方案Ⅱ：对面施加夹紧力，采用平行于底面活动杆加一种活动V形夹紧块，在一端用铰链支座固定，另一端用带螺纹杆，用螺母来夹紧。活动V形块处在夹紧机构中间，由于杠杆原理可使夹紧力翻番。
综合以上分析，由于是车床夹具，有转动离心力，方案I不适合本工序流程加工，方案Ⅱ可以运用离心力，增大摩擦，而不会松动。

（四）夹具操作简要阐明
把零件下支脚侧面靠在支撑板上，并贴紧，轴承座左端面靠在夹详细上，平移使右支脚侧面靠在支撑钉上，将压板翻下使活动V形块压紧零件，翻上摇杆，再拧紧夹紧螺母，完毕夹紧。
（五）夹具总图上尺寸、公差配合、技术条件标注
1．夹具总图上应标注尺寸
（1）应标注五类尺寸
① 外形轮廓尺寸(A类尺寸)：长、宽、高 ，本夹具是：长：318mm，宽：550mm，高：550mm
② 工件与定位元件联系尺寸(B类尺寸)：
1)工件与定位元件配合尺寸：
2)定位元件之间位置尺寸。
本夹具是两支脚位置：148±0.01；
③ 夹具与刀具联系尺寸(C类尺寸) ：指定位元件与对刀元件之间位置尺寸，与工件尺寸有关。
本夹具是车床，重要靠夹具与机床之间定位关系来保证刀具与工件之间位置关系。
④ 夹具与机床联系尺寸(D类尺寸)：把夹具顺利装入机床所涉及到尺寸，与机床尺寸有关。
本夹具是过渡盘与车床主轴：Φ125H7、M120X58。
⑤ 其他装配尺寸(E类尺寸)：
1) 夹具内部配合尺寸；
2) 有互相位置规定装配尺寸。
本夹具是销与孔配合尺寸、夹详细与过渡盘：Φ380H7/js62．
夹具总图上公差配合制定
⑴ 夹具原则件与有关零件配合参照《夹具设计手册》选用；
⑵ 与工件加工尺寸公差无关夹具公差；
⑶ 与工件加工尺寸公差关于夹具公差。

3．夹具总图上技术条件制定
⑴ 夹具总图上技术条件涉及：装配过程中注意事项；装配后应满足位置精度规定；操作规定等。
装配后应满足位置精度规定重要归纳为如下框图：
框与框之间有连线，表白有互相位置规定，箭头指向框为互相位置基准。
⑵夹具总图上技术条件大小拟定：
①与工件上技术条件δH有关， 则δHJ = (1/ 2～1/ 5) δH
②与工件无关，参照关于手册拟定。
本车床夹具：
A：长：318mm，宽：550mm，高：550mm
B：两支脚位置：148±0.01
D：过渡盘与车床主轴：Φ125H7、M120X58
E：夹详细与过渡盘：Φ380H7/js6、孔与销Φ10H7/p6
H2:支承板对过渡盘轴线平行度误差0.1 mm ，对于过度盘端面垂直度误差0.1mm
H4：夹具端面对多度盘端面平行度误差0.02mm

(六)设计总结评价
任务规定:角形轴承箱是用夹固定在轴承箱体,通过固定轴承来实现轴承正常运转槽50h11与端面100h11为配合表面有较高精度及表面粗糙度。140h11为内圆较高定位基准Φ180H7孔为轴承配合表面有较高精度。
科学性：本次夹具设计，咱们都是依照课本上原则来画，有些原则件咱们都是从画图软件里直接导出来，对于那些我不是很清晰地方，咱们都征询教师及查询资料，因此设计出来夹具具备很高科学性。
创新性：本次夹具设计完全是咱们自己独立设计，因此具备一定创新性
可靠性：本次夹具设计按成后，咱们从可靠性和可行性得到教师专业指引，虽然夹具没有生产出来，可靠性没有得到实践证明，但由于教师具备近年公司工作经验，因此具备较好可靠性。
实用性：本次夹具设计是依照角形轴承箱实际加工过程来设计，设计出来夹具是专门用来夹半成品，放在车床上加工。
经济型：此夹具仅仅是用了最简朴定位元件和某些连接机构，经济成本较低，具备较好经济性.

四、后 记
纵观咱们此前学过课程：机械制图教会咱们如何识图、如何画图，在机械制图中有哪些细节需要注意；理论材料力学和金属工艺学辅导了我金属有哪些材料，它力学性能及如何分析它强度、硬度、金相组织等；机械原理和机械设计教会咱们如何设计机械构造，互换性教会咱们尺寸公差及形位公差，金属切削原理及刀具、机床教会咱们加工过程中如何选用适当机床、刀具等。而工艺学就是集此前所学加上工艺流程制定来规划整个工件加工过程。
一学期下来，我收获颇多，而当前有课程设计这样一次机会让我能深刻体会到一种零件加工全过程。
从选取毛胚到制定工艺路线，再到专用夹具设计，需要查询诸多书籍和手册，关于于材料，关于于互换性，关于于夹具构造，关于于机床刀具，要考虑到零件力学性能，零件构造与否会互相干涉，刀具机床与否适当，夹具及夹具个零件构造与否合理能否加工、其加工经济成本，尺寸公差与否符合规定等一系列问题。通过了这次课程设计深刻体会到了工艺是一门复合型极强学科，其中包括了诸多方面知识，我从中受益匪浅。
1. 提高了分析、解决问题能力。在开始构思时候觉得自己想方案没问题了，可真正将它画在纸上并进行后续计算设计时才发既有问题。这时就要去思考如何改进，通过查询资料观测别人设计和教师询问使得设计进度顺利进行下去。像开始加工工艺制定，开始小组讨论产生诸多方案，不懂得如何抉择，边和教师探讨了许多，分析了不同加工工艺路线所带来不同变化，例如会影响后续夹具设计复杂限度、实际加工可行性、加工经济问题；尚有在设计夹具中发现此时夹具备些复杂，如果修改加工工艺可以使得夹具构造简朴化。这时和小构成员一起探讨了重新开始可行性，成果让我对工艺又加深了理解。教师指引也让我意识到工艺重要性，本次车端面工艺也许还不够好，最佳还是采用端面铣工艺，这样就会使夹具设计中错误减少。
2. 对理论知识起到了加巩固作用。在设计过程中我翻阅了许多文献，对材料如何选取、工艺路线如何制定及惯用定位夹紧方案和元件均有了某些理解。但看书是远远不够，还要赋予实践。在制图过程中，教师指出了许多制图规则上错误，像螺栓与螺纹之间配合图，工件及各零件和尺寸、剖视等制图颜色、方向、粗细等细节方面，公差与否通过查询书籍算出来，技术规定与否符合规定,定位地方不能只靠螺栓一定要有销。通过了教师指出错误才发现此前学过知识还需要认真巩固，在机械道路上是不能有一丝放松。
纯熟掌握惯用公差软件使用。CAXA电子图板、UG是我使用软件。像如何在CAXA中迅速修改各种线条、尺寸比例颜色格式，如果不改线条比例，会由于你工件尺寸而发生变化，例如双点划线变成一条直线等。
最后，课设过程中多次求助指引教师，都得到耐心、细致解答，
在此向叶教师致以最真诚感谢！
重要参照资料
[1] 邹青.机械制造技术基本课程设计指引教程[M].北京：机械工业出版社出版 .8
[2] 浦林祥.金属切削机床夹具设计手册[M].北京：机械工业出版社出版.1995
[3] 张云鹤、王旭峰.互换性与测量技术基本[M].北京：中华人民共和国林业出版社出版，.5
[4] 朱冬梅.画法几何及机械制图[M].北京：高等教诲出版社出版 .6