本科毕业设计-轴承座设计.doc

目录

第1章 轴承座工艺分析 5
1.1零件分析 5
1.1.1零件结构特点 5
1.1.2零件材料分析 5
1.1.3零件的主要表面要求 5
1.2工艺分析 6
1.2.1毛坯种类选择 6
1.2.2定位基准选择 8
1.2.3主要加工方法选择 9
1.3加工工序的方案确定 9
1.3.1加工阶段的划分 9
1.3.2工序的集中与分散 10
1.3.3工序顺序排列 10
1.4工艺路线方案 11
1.4.1工艺路线方案一 11
1.4.2工艺路线方案二 12
1.4.3工序的安排及作用 13
1.5重点工序分析 13
第2章 设备工艺装备的选择加工余量的确定方法 15
2.1设备的选择 15
2.2工艺装备的选择 15
2.3加工余量的确定方法 15
第3章 计算切削用量 18
3.1切削用量选择 18
3.1.1背吃刀量选择 18
3.1.2进给量f选择 18
3.1.3切削速度v选择 18
3.2具体切削用量计算 19

I

第四章 磨床夹具设计 22
4.1磨床夹具设计要求 22
4.2确定设计方案 22
4.2.1定位方案的确定 23
4.2.2夹紧方案确定 27
4.2.3夹紧机构及元件选择 30
4.3夹具自由度分析 31
4.4夹具精度分析 31
4.5夹具传动设计 32

4.6夹具体设计 32
结论 33
参考文献 34
致谢 35

IV

第一章 绪论

1.1 研究意义

1.2 国内外研究现况

第2章 轴承座工艺分析

1.1零件分析
1.1.1零件结构特点
该轴承座为圆盘形，外观尺寸不大，但结构复杂，精度要求高。孔是与轴承相配。
1.1.2零件材料分析
该零件采用TC4材料。钛合金TC4材料的组成为Ti-6Al-4V，属于a+b)型钛合金，具有良好的综合力学机械性能。 钛合金热导率低,钛合金的热导率为铁的1/5、铝的1/10，TC4的热导率l=7.955W/m·K。钛合金的弹性模量较低。TC4的弹性模量E=110GPa，约为钢的1/2，故钛合金加工时容易产生变形。
钛合金具有强度高而密度又小，机械性能好，韧性和抗蚀性能很好。
钛合金常用的热处理方法有退火、固溶和时效处理。通常α合金和（α＋β）合金退火温度选在（α＋β）—→β相转变点以下120～200℃；固溶和时效处理是从高温区快冷,以得到马氏体α′相和亚稳定的β相,然后在中温区保温使这些亚稳定相分解，得到α相或化合物等细小弥散的第二相质点，达到使合金强化的目的。
钛元素的化学活性高，具有很强的亲和力，很容易与接触的杂质化合，气体杂质可使钛合金脆化，在很大程度上降低了钛合金的可切削性。
钛合金有如下切削特点：
(1)变形系数小。
(2)切削温度高。
(3)单位面积上的切削力大。
(4)冷硬现象严重。
(5)刀具易磨损。
1.1.3零件的主要表面要求
主要尺寸要求保证，Φ55.044、Φ62.044、Φ123Φ126.3，Φ61Φ130，Φ132等尺寸的精度要求。
主要表面形状及位置要求Φ130对基准面D和H的圆跳动为0.02，Φ126.3对基准面G的圆跳动为0.05，Φ62.044对基准面D的圆跳动为0.01，Φ49对基准面D的圆跳动为0.025，Φ62.044的圆柱度为0.006，Φ55.044的圆柱度为0.006，Φ54.5对基准面D的圆跳动为0.025。8个孔沿着圆周平均分布。肋板角度为4°。
主要表面的表面粗糙度孔Φ62.044和Φ55.044的表面粗糙度为Ra0.8，孔Φ49两端面的表面粗糙度值为Ra1.6，孔Φ6.5表面粗糙度为Ra3.2，孔Φ6.5所在凸缘的两端面的表面粗糙度为Ra1.6，Φ126.3的圆槽表面的粗糙度为Ra1.6，Φ130的表面粗糙度Ra1.6。
1.2工艺分析
通过锻造工艺，锻造出零件的毛坯，毛坯形状是盘类锻件，锻件质量在100Kg以下，可以采用3t以下自由锻的方式。锻造能消除金属在冶炼过程中产生的铸态疏松等不良缺陷，锻件的性能一般优于同样材料的铸件。
热处理要求：为提高零件材料的力学性能,便于切削,削除铸件内应力，提高产品加工质量，需要对锻件进行退火的热处理。
零件的表面处理：零件的非加工表面进行镀一层镍处理。
检验：初抽检锻件毛坯物理机械性能并检验是否有锻造缺陷。按照零件图加工零件，并检验是否达到要求。机加工完毕后，终检零件尺寸和外观能否满足使用要求。
零件的生产类型分析: 生产量的大小决定的生产类型，根据工艺过程制定生产量的大小，所以生产类型影响工艺水平规程制定问题。该型轴承座属于发动机的轴承座，采用中批量生产。要采用通用设备，通用夹具及部分专用夹具进行生产。
1.2.1毛坯种类选择
轴承座的形状不规则，生产批量属于中批量生产，机构又比较复杂，而且零件要求有较好的刚度和减振性，还要有好的耐腐蚀性。该型零件的毛坯选用锻件。毛坯形状是盘类锻件，锻件质量在100Kg以下，可以采用3t以下自由锻的方式锻造毛坯。用这种方法可以获得中小批量的毛坯锻件，同时可以减少成本。

图1.1 锻件毛坯尺寸图

如上图可得到毛坯各个尺寸的加工余量。

表1.2锻件主要表面加工余量

表面代号
锻件基本尺寸
机械加工余量
机械加工等级
1
159
5
7
2
123
10
7
3
70
7
7
4
62
7
7
5
11.1
5.9
7
6
49
5
7
7
61
7
7
8
130
5
7
9
43.6
6.4
7
10
17.6
0.1
7

1.2.2定位基准选择
因为零件在加工过程中加工精度和加工顺序需要定位基准保证，它还决定了零件设计制造的费用与周期，所以要正确的选择各工序的定位基准。
（1）粗基准的选择
为了给后续的工序提供合理的定位精基准，并保证各加工表面的余量足够，所以要慎重选择粗基准，对毛坯进行第一次定位基准是粗基准，这与毛坯的形状有很大关系，确定粗基准时应按：
①粗基准选用零件非加工表面，保证零件的加工表面与非加工表面的位置精度。
②粗基准选用零件的重要表面，优先保证了重要表面的余量足够。
③粗基准选表面积大、形状简单的表面，使切削总量最少。
④粗基准选毛坯精度高，余量小的表面，这样可保证加工表面的余量足够。
⑤粗基准选定位精度高，夹紧可靠的表面。
⑥尽量避免重复在第一道工序中使用同一个粗基准。
以此些原则，选择轴承座毛坯的8面为粗基准加工1面，再用1面为基准加工6，7，8面及。然后用8为基准面加工2，3，4面，可确保加工时工件的稳定性。
（2）精基准的选择
以保证加工精度来选择精基准，定位安装要精准方便，减少误差。选择精基准应有以下的原则：
基准重合原则：
尽量用设计基准作为定位基准，避免基准不重合误差，可提高零件的表面的位置精度和尺寸精度。
统一基准原则：
拟定工艺路线时，精加工各个表面用同一个定位基准保证各表面间的相互位置精度。
互为基准原则：
互为基准反复加工可逐步提高两相关表面的位置精度。
自为基准原则：
可使加工余量均匀，位置精度则由前面的工序保证，形状精度自身保证。依上述原则的精加工，像轴承座的两端面的精加工，互为基准反复加工。
1.2.3主要加工方法选择
根据工件的零件的年产量、结构形状、技术要求、工厂实际情况以及机床的加工精度来选择加工方法，零件机械加工方法的选择有如下原则：
1)选加工方法的经济精度及表面粗糙度要与加工表面的精度要求和表面粗糙度要求相适应。
2)加工方法要能确保加工表面达到加工要求的表面粗糙度和尺寸精度。
3)加工方法要与零件材料的可加工性能相配合。
4)加工方法要与生产类型相配合。
5)加工方法要与工件的形状和尺寸相配合。
6)加工方法要求与工件生产厂的现有生产条件相配合。
根据上述原则，轴承座孔，内外等旋转表面采用数控车削的方式进行加工，及凸缘，倒角用数控铣削的方式进行加工，同时用磨床对各个表面进行磨削加工以达到零件的设计要求。
1.3加工工序的方案确定
1.3.1加工阶段的划分
1)零件达到加工质量的目的和要求是通过划分加工阶段来逐步减少和消除在加工过程中产生加工误差的因素对加工精度和表面质量的影响，而同时满足了质量，生产率，经济性三方面的要求。
2)因为加工质量要求较高，不能一次工序就达到要求，所以将整个工艺过程可分为了几个阶段：
粗加工阶段：
切除毛坯上大量的加工余量使其快速地接近需加工零件的形状和尺寸。
半精加工阶段：
完成次要表面的加工，为主要表面的精加工作出必要的准备，符合零件的形状和尺寸要求。
精加工阶段：
使各主要表面达到图纸所规定的零件的形状和尺寸。
该零件铸件余量较大，加工阶段划分为三个阶段：粗加工，半精加工，精加工。粗加工时的进给量大，粗糙度大，表面精度低；半精加工，如在一个工序中加工孔Φ61、Φ54.5（镗孔）等尺寸精加工阶段加工余量小，粗糙度小，精度高，如加工尺寸由Φ61至Φ62.044精度达IT7表面粗糙度值为Ra0.8。
1.3.2工序的集中与分散
生产设备的高效自动化程度、零件的结构特点与技术要求等决定工序的集中和分散的。1．工序集中原则：
用较少的机床设备在较少的工序内完成零件的加工的各部工步，工件的装夹次数少，各个加工表面的相互位置精度高，工件的装卸的辅助时间少，少量工人即可，生产周期短。如加工孔Φ123，Φ70，这道工序就属于工序集中。在一个工序内加工完成，工件的位置精度高，生产效率快，节约了装夹时间，减少了工人的劳动强度。
2．工序分散原则：
使用较多的机床设备，将大量工步分散使工序数目增多，工艺路线增长，机床与工艺装备简单，维修调整容易，适应能力强，生产准备工作量小，对工人技术要求高，要求工人数量多，生产周期长。轴承座的生产属于中批量生产，因此工序需要适当安排。
1.3.3工序顺序排列
1.切削加工工序原则：
（1）先粗后精原则：
表面的加工顺序：粗加工、半精加工、精加工。
（2）先主后次原则：
先加工主要表面后加工次要表面。
（3）基面先行原则：
先加工最后工序所定的精基准，依次向前加工。
（4）先面后孔原则：
先加工平面后加工孔。
2.热处理工序的安排：
为了提高零件材料的力学性能和改善工件的切削加工性能，零件在机加工前必须进行热处理
表面处理工序的安排：
零件全部加工完后应对零件表面镀镍可提高零件的表面抗蚀能力和耐磨性，也增加了零件表面美观。
4.检验工序与辅助工序：
检验工序目的是保证产品质量。检验的内容有：从外部直观观察检验零件的表面是否有毛刺，零件表面粗糙度、尺寸是否符合图纸规定的质量要求。
在工艺规程中，辅助加工有辅助工序。
1.4工艺路线方案
1.4.1工艺路线方案一
工序0 毛坯。
工序10 钳工去除毛刺。
工序20 粗车Φ162面。
工序30 粗车Φ134，Φ119，Φ66.5等面及孔Φ40，同时粗车出圆角R20.5，R2.50.5。
工序40 粗车台阶面Φ161，Φ134，Φ72及台阶孔Φ58，Φ45。
工序50 稳定热处理
工序60 数车Φ123，Φ126.3，Φ61及台阶孔Φ49，Φ54.5和环形槽I及4°斜面。
工序70 钳工去除毛刺。
工序80 数车Φ123、Φ70面及4°斜面，台阶孔Φ61、Φ54.5和环形槽I。
工序90 钳工去除毛刺。
工序100 数铣8处圆孔Φ6.5及45°倒角，数铣外边缘形状。
工序110 钳工去除毛刺。
工序120 磨工磨凸缘表面及表面以达到精度要求。
工序130 磨工磨Φ130、Φ132以达到精度要求。
工序140 钳工去除磨后毛刺。
工序150 精车Φ54.85面及端面4.05 以达到精度要求。
工序160 精车Φ185、越程槽及端面3.05以达到精度要求。
工序170 钳工去除全部毛刺。
工序180 磨孔Φ55.044表面及各个端面、圆角以达到精度要求。
工序190 磨孔Φ62.044表面及各个端面、圆角以达到精度要求。
工序200 钳工去除全部毛刺及抛光圆槽。
工序210 荧光检验是否有缺陷。
工序220 检验各个尺寸。
工序230 镀镍。
工序240 检验。
1.4.2工艺路线方案二
工序0 毛坯。
工序10 粗车Φ162面。
工序20 粗车Φ134，Φ119，Φ66.5等面及孔Φ40，同时粗车出圆角R20.5，R2.50.5。
工序30 粗车台阶面Φ161，Φ134，Φ72及台阶孔Φ58Φ45。
工序40 数车Φ123，Φ126.3，Φ61及台阶孔Φ49，Φ54.5和环形槽I及4°斜面。
工序50 数车Φ123，Φ70面及4°斜面，台阶孔Φ61，Φ54.5和环形槽I。
工序60 数铣8处圆孔Φ6.5及45°倒角，数铣外边缘形状。
工序70 磨工磨凸圆表面及Φ130表面以达到精度要求。
工序80 磨工磨Φ130，Φ132以达到精度要求。
工序90 精车Φ54.85面及端面4.05 以达到精度要求。
工序100 精车Φ185越程槽及端面3.05以达到精度要求。
工序110 磨孔Φ55.044表面及各个端面、圆角以达到精度要求。
工序120 磨孔Φ62.044表面及各个端面、圆角以达到精度要求。
工序130 钳工去除全部毛刺及抛光圆槽。
工序140 荧光检验是否有缺陷。
工序150 检验各个尺寸。
工序160 镀镍。
工序170 检验。
方案二就是将方案一中的工序5稳定热处理去掉，中间的各个钳工工序去掉只留下最后一道钳工工序。
将两方案进行比较，当将方案一中的工序5去掉以后，将影响工件的可加工性能，而将方案一中的各个钳工工序去掉只留最后一道钳工工序时将会影响加工的精度，所以虽然方案二的工序数只有17个，将增加加工的效率，但是这样影响到了工件的加工质量，可能使得加工后得到的零件的精度要求不能达到。因此选用方案一合适。
1.4.3工序的安排及作用
0工序毛坯采用锻造，毛边残留量及毛边过切量不大于0.6，错移量不大于0.5，进行退火处理以改善切削性能和残余应力性能。
10工序去除毛坯的毛刺再进行加工。
20、30、40工序是粗加工，以其中以大端面为基准去加工上下底面，端面交替加工，目的是保证加工后的表面位置准确，使后续工序的加工余量均匀。20工序为30工序提供了粗基准为30工序做准备。30工序为40工序的加工做准备。
50工序为稳定处理，以提高加工性能，为后续工序做准备。
60工序为半精加工，以的轴线及表面为基准，数车加工另一端各个尺寸。
70工序为钳工工序，去除加工后表面的毛刺。
80、90工序是以Φ161表面及轴线为基准，半精加工未加工表面的各个尺寸，同时用钳工工序去除加工表面的毛刺。
100、110工序为精加工，用立式数控铣床加工8处孔及外边凸缘同时也用钳工工序去除加工表面的毛刺。
120、130、140工序是采用磨床进行精加工各个表面，以达到表面的粗糙度精度及表面形状精度，位置精度。同时用钳工工序去除加工表面的毛刺。
150，160，170工序是采用数控车床对孔表面及端面进行精加工，以达到零件的尺寸精度及位置精度，同时用钳工工序去除加工表面的毛刺
180、190、200工序是采用磨床对孔进行精加工，以达到要求的表面粗糙度，形状、位置精度，同时用钳工工序去除加工表面的毛刺和对环槽进行抛光。
210、220、230、240这四个工序是对零件进行检验，镀镍等后续处理，以达到零件的设计要求。
1.5重点工序分析
工序30、40中的端面尺寸
这两个工序中的端面在进行后面的工序时需要用来做基准以保证在数车环形槽的时候用来保证环形槽的位置。因此两端面的尺寸，位置及形状精度要求较高。加工时采用CA6140车床进行加工，夹具为软爪。
工序60、80数控车床精加工两环形槽。
在半精加工各个表面时，对环形槽的加工是精加工的，在加工时需要保证槽的外圆直径为Φ130，内圆直径为Φ126.3。槽宽3.6，槽内壁分别与各自端面的距离为槽各个表面的粗糙度为Ra1.6。槽内的圆角为R0.4 0.2。外端面的倒角为0.8 °
工序100数控精铣
该工序中需要精铣8处尺寸为Φ6.5倒角为的孔，还需要精铣出精度达到要求的外缘。该处的尺寸精度要求较高。

图1.2 工序30简图 图1.3工序40简图

工序120、130磨削外圆与凸缘
这两个工序是用外圆磨床精磨外圆，以达到设计的精度要求。工序120要求磨削的外圆尺寸达到Φ130的精度要求，同时凸缘的端面的平面度要求要达到0.01。工序130要求经过磨削加工后凸缘的厚度达到，外圆尺寸达到Φ130、Φ132的精度要求，同时Φ130对H的圆跳动度为0.02。
工序150、160数控精车内阶梯孔
这两个工序是用数控车床精车阶梯孔以达到设计的精度要求。工序150要求孔Φ54.85的表面粗糙度为Ra1.6，端面对D和H的圆跳动度为0.05。倒角尺寸为，圆角尺寸为R0.6。工序16精车孔Φ61.85，精车越程槽，达到设计的精度要求。
工序180、190精磨阶梯孔
由于零件对这个阶梯孔的要求高，需要采用内圆磨床对阶梯孔进行精磨。以达到所需要的粗糙度，位置度的精度要求。
第3章 设备工艺装备的选择加工余量的确定方法

2.1设备的选择
选择机床时应考虑以下几点：
（1）机床精度与工件精度相适应
（2）机床规格与工件的外形尺寸相适应。另外，机床的切削范围应不小于工件要求的切削范围。
（3）所选设备与工序相适应。
参见机械加工工序卡从现有的设备具体选择机床。
2.2工艺装备的选择
工艺装备应根据工件生产类型、工件结构特点、具体加工条件和技术要求等进行合理选择。
（1）夹具的选择标准。 单件小批生产应尽可能选用通用夹具和机床附件，为提高生产率保证加工精度可采用专用夹具。
（2）刀具的选择标准。优先采用标准刀具，为符合加工要求可选择其他刀具。
（3量具的选择标准。单件小批生产时多采用通用量具，大批大量生产多采用专用量具。量具的精度需不低于零件加工精度。
工艺装备的选择，参见机械加工工序卡。
确定加工余量
在加工过程中，从零件表面切去的材料厚度的长称为加工余量。在一道工序中所切除的材料厚度称为该工序的工序余量。上道工序的表面粗糙度，表面缺陷层深度，空间误差及工序的安装误差也影响加工余量。
2.3加工余量的确定方法
1分析计算法
在影响因素清楚、统计分析资料齐全的情况下，以分析计算法计算，根据所采用的加工方法特点，使计算合理简化。
对于单边余量
（2.1）

对于双边余量

+ （2.2）
2查表法
查表法是根据提供的资料查出各表面的总余量以及不同加工方法下的工序余量，方便快捷。
3经验法
经验法由一些有经验的工艺设计人员或工人根据经验确定的余量。
轴承座生厂为大批量生产方式，轴类零件的加工，可采用查表的方法。

图2.1零件草图

表2.2 各面加工余量

A
B
C
D
E
F
G
H
I
J
K
L
M
粗加工
3
0.7

1

1.5

半精加工
2
2.75

4.5
0.5

1.5
2.05

1.2

精加工

0.425

0.425

第4章 计算切削用量

3.1切削用量选择
选则切削用量主要应根据工件的材料性能、零件精度要求以及刀具的材料、机床功率等情况，在保证加工质量的前提下，充分利用刀具的切削性能，获得零件高生产率和低加工成本。
从刀具耐用角度出发，首先应选定背吃刀量,其次选定进给量f，最后选定切削速度v
粗加工时加工精度和表面粗糙度要求不高，毛胚余量较大，切削用量大；精加工时，加工精度和表面粗糙度要求较高，加工余量小且均匀，切削用量小。
3.1.1背吃刀量选择
粗加工时，根据加工余量和工艺系统刚度来确定背吃刀量。粗加工时在留出半精加工、精加工余量后，将加工余量一次切除。一般可达810mm。当遇到断续切削、加工余量较大或加工不均匀时，多次走刀，而此时的每次背吃刀量依次递减，即。精加工时，根据粗加工留下的余量确定背吃刀量，精加工余量要均匀。
3.1.2进给量f选择
粗加工时对表面粗糙度要求不高，选用大一些的进给量；精加工时，表面粗糙度要求高，进给量要减小。
3.1.3切削速度v选择
根据工件和刀具的材料来确定切削速度。粗加工时，刀具寿命和机床功率影响切削速度。精加工时，和f选用得都很小，如果刀具寿命的合理，切削速度应尽可能高，以保证生产率的要求，同时加工精度和表面质量要求。
3.2具体切削用量计算
工序20粗车外圆Φ162
1. 确定刀具为90，焊接式直头外圆车刀，刀片的厚度为5mm，材料YG6X硬质合金，前刀面带倒棱形，主偏角90°，前角10°，后角6°，副偏角8°，刃倾角-10°，刀尖圆弧直径0.5mm。
2. 确定切削用量
（a）确定背吃刀量。粗车外圆，加工余量为1mm，一次走刀，那么asp=1mm.
（b）确定进给量
查《机械加工工艺手册》表8.4-1，材料TC4，刀杆尺寸1625。
切深为1mm，暂取f=0.35mm/r。
（c）确定车刀莫顿标准及耐用度：根据，车刀后刀面最大磨损限度取为1.0mm，刀具耐用度取T=60min。
（d） 确定切削速度v，车削力F及车削功率：
可根据，查得数据：
TC4材料用YG6X刀加工时，切削速度为
（3.1）
切削力为： （3.2）
其中，
根据，可查得=7.5
（e）校验机床功率：
CA6140六角车床的主电动机功率=7.5kw，取机床效率η=0.8，则机床有效功为：P==7.50.8=6kw (3.3)
因P>,故此切削用量可用，则此工步的参数：n=80r/min,f=0.35mm,v=40m/min
3．计算基本工时
=4min （3.4）
L—走刀长度，i=走刀次数。
工序30粗车外圆
1.确定刀具为90，焊接式直头外圆车刀，刀片厚度5mm，材料YG6X硬质合金，前刀面带倒棱形，主偏角90°，前角10°，后角6°，副偏角8°，刃倾角-10°，刀尖圆弧直径0.5mm。
2.确定切削用量
a）确定背吃刀量。粗车外圆，加工余量为1mm，一次走刀，那么asp=1mm.
（b）确定进给量
查表，材料TC4，刀杆尺寸1625。
切深为1mm，暂取f=0.35mm/r。
（c）确定车刀莫顿标准及耐用度：根据，车刀后刀面最大磨损限度取为1.0mm，刀具耐用度取T=60min。
（d） 确定切削速度v，车削力F及车削功率Pm：
依，查得数据：
TC4材料用YG6X刀加工时，切削速度为
(3.5)
切削力为 （3.6）
其中
根据，可查得Pm=7.5
（e）校验机床功率：
CA6140六角车床的主电动机功率=7.5kw，取机床效率η=0.8，则机床有效功为：P==7.50.8=6kw (3.7)
因P>,故此切削用量可用，则此工步的参数：n=100r/min,f=0.35mm,v=40m/min
3. 计算基本工时:
=4min (3.8)
L—走刀长度，i=走刀次数。
工序60数车槽I
1.确定刀具为切槽刀，刀片厚度1mm，材料为YT5硬质合金刀具。
2.确定切削用量
（a）确定背吃刀量。车槽，加工余量和车刀宽度一样为1mm，三次走刀。
（b）确定进给量。由，材料TC4，切深为4.1mm，可暂令f=0.20mm/r。
（c）根据《机械加工工艺手册》表8.4-31，确定切削速度v，车削力F及车削功率：查得数据v=42m/min，F=137N，=0.10kw。
（e）校验机床功率：CA6140六角车床的主电动机功率=7.5kw，取机床效率η=0.8，则机床有效功率为：
P==7.50.8=6kw (3.9)
因P>,故此切削用量可用，则此工步的参数：n=80r/min,f=0.3mm,v=30m/min
3. 计算基本工时:
=4min (3.10)
L—走刀长度，i=走刀次数。

第5章 磨床夹具设计

夹具的设计是工艺装备设计中的一个重要的组成部分，是提高劳动生存率和保证产品质量的一项非常重要的措施。在设计过程中，应深入生产实际，进行调查研究，汲取国内外的先进技术，制定出合理的设计方案。对于一个适用的夹具，应当满足的基本要求是：保证工件加工精度，工件夹紧，加工时操作安全方便，成本低。
磨床夹具是指在磨床上，用于工件夹紧进行磨削加工的夹具
它应该包含以下组成部分：
1定位元件（定位装置） 是用来将工件放在夹具的正确位置上。
2夹紧元件（夹紧装置）
3对刀及导向元件 确定刀具位置引导刀具方向的元件。
4连接元件 使夹具和机床之间正确连接的元件。
5其他元件及装置
6夹具体 将上述元件和装置连成整体的基础件。
4.1磨床夹具设计要求
所设计的专用夹具是为磨削加工轴承座而设计的，要求能磨削加工外圆Φ130表面及凸缘的表面，以达到零件的加工要求。
由于零件的结构比较复杂，不能用通用夹具进行加工。为保证精确的进行磨削加工，必须使用专用夹具，这样才能保证零件尺寸精度。
该工序加工的外圆Φ130，表面粗糙度Ra1.6，凸圆平面的平面度为0.01，表面粗糙度Ra也是1.6。
①从技术方面分析，零件有关尺寸精度高，形状精度要求高，要使用专用夹具，否则会费工时，成本高。
②从经济角度方面分析，由于批量为中批量生产，使用专用夹具可降低生厂成本，提高生产率。
4.2确定设计方案
确定夹具方案的原则是：保证加工精度，设计简单，减少工时，成本低，根据以上原则，确定合理的方案。磨床夹具应该采用完全定位的方式，限制工件的所有6个方向的自由度的方式来设计夹具。
4.2.1定位方案的确定
任何一个工件，在其位置尚未确定前，均具有六个自由度.如下图

图4.1 工件六点定位原则

本工件为圆盘类零件，工件的定位面为圆孔，经常采用的定位方式有圆柱销定位，棱形销定位以及心轴定位等方式。如图5-2、5-3、5-4分别为圆柱销定位，棱形销定位和心轴定位三种定位方式。
采用圆柱销定位和采用棱形销定位要求定位位置较厚，由于采用圆柱销和棱形销定位时需要将定位位置放在工件的凸缘上，而凸缘的厚度只有3mm，采用这两种定位方式显然不合适。而且，工件的精度要求比较高，所以要求夹具的定位精度要求高，因此采用芯轴定位比较合适。
心轴定心精度高，但装卸麻烦，容易损伤工件孔。定位时，工件楔紧在心轴上，多用于车或磨同轴度要求比较高的盘类零件。

图4.2 圆柱销定位

图4.3 棱形销定位

图4.4 心轴定位

工序的基准面孔表面。按照基准重合原则，选孔表面为定位基准。在机床上加工时,必须使被加工零件对刀具及其导向体置于正确的相对位置,这是靠夹具的定位支承系统来实现的,定位支承系统除用以确定被加工零件的位置外,还要承受被加工零件的生量和夹压力,有时还要取受切削力。
定位支承系统主要由定位支承、辅助支承和一些限位元件组成。
由于定位支承元件直接与被加工零件接触，因此其尺寸、结构、精度和布置都直接影响被子加工零件的精度。为了避免产生废品以及经常修理定位支承元件的麻烦，设计时必须注意以下的问题：
（a）合理布置支承元件。
（b）提高刚性。
（d）可靠地去除定位支承部位的切屑。
本次设计采用的定位元件是：Φ54表面采用芯轴定位，以上述定位元件就能实现工件的定位，即是该夹具的定位支承系统。

1.心轴 2.螺钉 3.圆盘 4.螺钉
5.压板6.支块 7.螺母 8.销钉

图4.5 定位方案图

4.2.2夹紧方案确定
夹紧是保证工件在夹具中的定位，防止加工时受到切削力、重力或伴生力的作用而产生移动或震动。
夹具完成夹紧作用夹紧装置是必须的。夹紧装置对于提高夹紧的精度和加工工作效率，减轻劳动强度有很大的影响。
夹紧装置按其所采用的夹紧机构可分为斜楔夹紧、螺旋夹紧、凸轮夹紧、杠杆铰链夹紧、联动夹紧和定心夹紧等几种。

图4.6 斜楔夹紧装置

图4.7螺旋夹紧装置

图4.8 联动夹紧装置

夹紧力应指向主要定位基准，是靠近加工表面。由于在夹具的左边有圆盘和压板，在夹具的右边有支块，因此施加一个轴向的压紧力就可以将工件压紧。联动夹紧装置只须拧紧一个螺母能从几个方面均匀夹紧该工件，便于工作和提高机械效率。即当旋紧芯轴上的压紧螺母，圆盘，压板，支块就将相互靠拢使得工件被压紧。压紧件有：圆盘、压板、支块、螺母。
首先夹紧力的计算，加工过程中工件会受到切削力、离心力、惯性力及重力的作用。理论上，夹紧力的作用应与上述力的作用相平衡，而实际上，夹紧力的大小还与工艺系统的刚性、夹紧机构的传递效率等有关，而且切削力的大小在加工过程中是变化的，因此夹紧力的计算是个复杂的问题，只能进行粗略的估算。
径向磨削力为： （4.1）
切向磨削力为： （4.2）
式中
（4.3）
查表得： （4.4）
取
查表可得参数：
即：
同理：径向切削分力公式 ：
（4.5）
式中参数：
即：
轴向切削分力公式 ： （4.6）
式中参数：
即：
根据工件受力切削力、夹紧力的作用情况，找出在加工过程中夹具受力最大瞬间状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力。最后为保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需夹紧力的数值。即：
安全系数K可按下式计算有： （4.7）
式中：为各种因素的安全系数，通常情况下，取K=1.5～2.5。当夹紧力与切削力方向相反时，取K=2.5～3。
可得:

所以，有：
有：
有：
螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算有：
（4.8）
式中参数由参考文献[8]中可查得：

其中：
螺旋夹紧力：
由表得：原动力计算公式 （4.9）
即： （4.10）
由上述计算易得：
由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使零件夹具结构简单、操作方便，决定选用手动螺旋夹紧机构。
4.2.3夹紧机构及元件选择
本零件夹紧采用芯轴，圆盘，压板，支块，螺钉，螺母，压板的配合夹紧机构，夹紧机构如图：

1.芯轴 2.螺钉 3.圆盘 4.螺钉
5.压板6.支块 7.螺母 8.销钉

图4.9 夹紧方案

根据参考文献上对紧螺栓联接的强度计算，有：

(4.11)

根据上述计算，此夹紧方案符合要求。
4.3夹具自由度分析
这次所要加工的零件定位角向分析如图5-9。加工时轴承座零件凸缘支靠在夹具定位的压板平面上， 通过压板，支块和芯轴，螺母夹紧后，限制了轴承座五个方向的自由度，再通过定位销的定位作用，工件定位的六个自由度被全部限制，所以是完全定位。
4.4夹具精度分析

图4.10 夹具图

一批工件逐个在夹具上定位时，由于工件以及定位原件的公差，使得各个工件所占的位置完全不一致，加工后形成加工尺寸的不一致，为加工误差。这种只与工件定位有关的加工误差，称为定位误差。造成定位误差的原因有两个：一个是定位基准与工序基准不重合，由此产生基准不重合误差；二是定位基准与限位基准不重合，由此产生基准的位移误差。
精度分析如下：
加工轴承座时，由于采用芯轴对工件进行定位，芯轴在定位位置的尺寸为Φ54，此时要求这个位置的同轴度为Φ0.02。而工件孔的尺寸为Φ54。
夹具中心距离：Φ27
轴承座定位孔中心距为：Φ27
两者中心距差:0
4.5夹具传动设计
在设计夹具是因为是选用螺钉和螺母配合来达到调节压紧力的大小，因此不再设计传动装置。
4.6夹具体设计
夹具上的各种装置和元件通过夹具体连接成一个整体。因此，夹具体的形状及尺寸取决于夹具上各种装置的布置及夹具与机床的连接。在设计夹具时对夹具体有以下几个方面的要求：
1）、有适当的精度和尺寸稳定性
2）、有足够的强度和刚度。
3）、结构工艺性好。
4）、在机床上安装稳定可靠。

结论

参考文献

致谢

33

2015届毕业设计（论文）课题任务书
学院（部）： 机械工程学院 专业： 机械工程设计及自动化
指导教师

学生姓名

课题名称
轴承座工艺文件的制订及夹具的设计

内

容

及

任

务

一、毕业设计课题总体要求：
根据附图零件设计轴承座工艺规程及设计1个专用夹具，零件的生产纲领为年产量4000件，属大批量生产方式
二、 毕业设计内