1、西北工业大学 “轴承壳体”的工艺规程的编制和夹具设计 设计： Xunwp 学号： 20083013xx 指导： Jay 时间： 2011/10/1 Xunwp 20083013xx - 1 - 目录 引言 - 2 - 1 零件图分析 - 2 - 1.1 零件的作用 .- 2 - 1.2 零件的结构分析 - 2 - 1.3 零件的材料和技术要求 - 2 - 1.4 零件的工艺分析 - 2 - 2 毛坯设计 . - 3 - 3 工艺路线的制定 . - 3 - 3.1 基准选择 .- 3 - 3.2 工艺方案比较选择 - 4 - 3.3 工艺方案计算说明 - 7 - 5.专用夹具设计 - 9 - 5
2、.1 定位基准选择 .- 9 - 5.2 定位元件 - 9 - 5.3 定位误差 . - 10 - 5.4 加紧机构 . - 11 - 5.5 分度装置 . - 11 - 参考文献 - 12 - Xunwp 20083013xx - 2 - 引言 本次 课程设计 的课题名称是 轴承壳体 机加工艺及 夹具 设计。 这次工艺设计和 夹具设计 是在 刘书暖 老师的悉心指导下完成的。 刘 书暖 老师在百忙中 抽出时间 给我们 解答课程设计中的 工艺 问题 。通过本次 课程 设计，使我对本专业有了更加深刻的了解， 对机械制造工艺这门课也有了更深的认识。了解了机械生产中工艺设计这一重要环节，对夹具设计的过
3、程也有了一定的认识，积累了一定的实践经验。总之，这次课程设计和其它课程设计一样对我们意义重大。 1零件图分析 1.1 零件的作用 本零件是轴承壳体，用以装配轴承并与机体连接，故精度要求较高，对轴承有一定保护作用。 1.2 零件的结构分析 本零件属于轴套类零件，内部有三个阶梯孔通， 中间的 0.0580.03684 孔用于装配轴承。 两侧各有一个凸台和通孔 ，中间有一挂耳。 1.3 零件的材料和技术要求 本零件材料为 ZG35CrMnSi，为 低合金铸造调质钢 , 调质处理后强度极限可达1175MPa, 淬透性较好的材质，经适当的热处理后可得到强度、硬度、韧性和疲劳强度较好的综合力学性能 。 热
4、处理规范： 1)淬火 :第一次 950 ,第二次 890 ,油冷 ;回火 230 ,空冷、油冷 ;2)880 于 280 310 等温淬火。 零件图 技术要求有以下几点： 1. 0.0580.03684 与轴承装配间隙 0.01 0.03mm； 2. 未注明铸造圆角半径 R3R5； 3. 一般尺寸公差按 HB58UU-82； 4. HRC 036； 5. 铸造尺寸公差按 HB0 7 67ZZJ3。 1.4 零件的工艺分析 零件图中存在的错误：缺少两侧 18 孔 的倒角尺寸； B 向局部视图中左右方Xunwp 20083013xx - 3 - 向画反了。 从零件图的分析、零件作用和技术要求中都可
5、以得知 84 系列孔， 5 挂耳孔 ， 挂耳槽， 两侧凸台面 以及 18 内孔 为主要表面。 84 系列孔 基本 尺寸较大，要求 6 级精度，粗糙度为 Ra1.6um,需要依次采用粗镗、精镗加工达到加工要求；两侧凸台 要求粗糙度为 Ra6.3um，可以采用粗铣、精铣，内孔 18 要求 12级精度，粗糙度为 Ra6.3um，可以采用粗镗或扩孔来达到精度要求； 5 挂耳孔基本尺寸 较小，要求 7 级精度，粗糙度为 Ra1.6um，应采用钻扩铰来保证精度 ，挂耳槽要求 11 级精度，粗糙度 Ra6.3um，可以粗铣达到要求。 位置关系精度分析：两侧图台面平行度要求 0.04mm，与两侧内孔轴线垂直度
6、要求 0.05mm；两侧内孔以 84 轴线为对称线对称度为 0.05mm，两孔 同轴度为0.04mm。 84 孔与轴承配合，故精度粗糙度要求均较高； 85 孔尺寸比 84 稍大以便于轴承装配。 2毛坯设计 本零件为轴套类零件，材料为 ZG35CrMnSi 低碳锰合金铸钢，应采用铸造毛坯。为减少后续机械加工的余量，节省材料，两侧内孔应预先铸造出孔通，若采用分模造型则放置两侧内孔型芯困难，所以采用挖砂造型或者假箱造型铸造。如果 生产 批量小采用较费工时的挖沙造型，大批量生产则采用高效的假箱造型。挂耳部分孔和槽尺寸较小均不铸出，铸成实心供后续机械加工。不加工表面如 95, 92外圆面、两侧凸台圆柱面
7、直接铸出不再机加。其余加工表面毛坯尺寸由后续工艺路线所需加工余量确定。 3工艺路线的制定 3.1 基准选择 粗基准的选择：本零件为轴套类零件，适于选用外援表面作为加工基准；应该优先选择零件不加工的表面作为粗基准，以提高加工表面和不加工表面的相对位置精度；本零件的 95 外圆面 为不加工表面，故选择 95 外圆面为粗基准 ， 可以保证内孔壁厚均匀。轴向定位粗基准选择端面。 精基准的选择：精基准选择是主要注意两个问题：保证加工精度和装夹方便。尽量在保证装夹方便的前提下使用设计基准作为定位基准以消除定位误差，另外尽量使不同工序使用的基准相 同即遵守基准一致原则或者互为基准原则以较容易的保证位置精度。
8、 Xunwp 20083013xx - 4 - 3.2 工艺方案比较选择 各主要表面加工方法： 84 系列孔基本尺寸较大，要求 6 级精度，粗糙度为 Ra1.6um,可以采用 粗镗、精镗加工； 两侧凸台 面 要求粗糙度为 Ra6.3um， 可以 采用粗铣、精铣 加工； 两侧凸台槽精度粗糙度要求较低，可以采用粗铣加工或插床加工； 内孔 18 要求 12 级精度，粗糙度为 Ra6.3um，可以采用粗镗 加工 或扩孔 加工 ； 5 挂耳孔基本尺寸较小，要求 7 级精度，粗糙度为 Ra1.6um， 可采用 采用钻扩铰 加工； 挂 耳槽要求 11 级精度，粗糙度 Ra6.3um，可以 采用 粗铣 加工
9、。 （ 1）工艺路线方案一： 工序 1 粗镗内孔 85, 84, 72 工序 2 铣 底面 工序 3 倒角 C0.5 工序 4 铣两侧凸台面，槽 工序 5 扩两侧凸台 18 内孔 工序 6 倒角 C1 工序 7 铣挂耳槽 工序 8 钻扩铰挂耳 5 孔 工序 9 铣小斜面 工序 10 精镗 85, 84 工序 11 终检 （ 2）工艺路线方案二： 工序 1 粗镗内孔 85, 84, 72 工序 2 铣 底面 工序 3 铣小斜面 Xunwp 20083013xx - 5 - 工序 4 倒角 C0.5 工序 5 铣两侧凸台面 工序 6 铣两侧凸台 槽 工序 7 镗 两侧凸台 18 内孔 并倒角 工序
10、 8 铣挂耳 工序 9 钻扩铰挂耳 5 孔 工序 10 精镗 85, 84 工序 11 终检 （ 3）工艺路线方案三： 工序 1 粗镗内孔 85, 84, 72 工序 2 铣 底面 工序 3 倒角 C0.5 工序 4 铣两侧凸台面，槽 工序 5 镗 两侧凸台 18 内孔 并倒角 工序 6 铣挂耳 中间 6mm槽 工序 7 铣挂耳两边 工序 8 钻扩铰挂耳 5 孔 工序 9 精镗 85, 84 工序 10 铣 小斜面 工序 11 终检 工艺方案分析： 方案一的特点是铣两侧凸台面和槽放在一道工序中，两侧内孔加工采用的是扩孔，倒角单独安排工序；方案二 特点是两侧 采用镗孔工艺，镗孔和倒角在一道工序
11、中完成，两侧凸台面和槽分两道工序单独加工；方案三特点是铣两侧凸台面和槽放在一道工序中，两侧内孔采用镗孔工艺，镗孔和倒角在一道工序中完成，另外方案三铣小斜面工序安排在了精镗大孔后面。 铣两侧凸台时，凸台面使用的是加工平面的端铣刀或者周铣刀，铣槽则需要Xunwp 20083013xx - 6 - 用和槽同宽的 2mm 盘铣刀 ，不适宜加工大平面 。所以如果 安排在一道工序中加工一定需要换刀，降低了生产效率，考虑到批量生产时的工序分散原则，安排两道工序分别加工，省去换刀时间。对于两侧内孔及倒角加工，若采用 45 度镗刀可以完成镗孔及倒角加工，节省了装夹时间并减少了夹具设计制造任务。方案三中将小斜面加
12、工安排于精镗大孔之后，加工小斜面时必然用大孔及其阶梯端面作为定位加紧，而内孔是与轴承配合表面，精度粗糙度要 求较高，装夹势必会对内孔表面造成损伤，故不合适 。 对于零件图中的两侧凸台面的平行度要求可以通过夹具分度装置来保证。 镗两侧内孔时会使用 72 孔定位，而 此时 72 孔 为粗加工状态，精度不能满足要求 最终加工方案如下： 工序 1 粗镗内孔 85, 84, 72 。以 95 外圆面及底面为基准，选用卧式车床 C6136 和三爪卡盘 工序 2 铣 底 面 。以 84 内圆面及其阶梯端面为基准，选用床身铣床X716B 工序 3 倒角 C0.5。 以 84 内圆面及其阶梯端面为基准，选用 卧
13、式镗床 T68 工序 4 铣两侧凸台面 。 以 72 内圆面 ， 底 面 及两侧凸台侧面 为基准，选用 床身铣床 X716B 工序 5 铣两侧凸台槽 。 以 72 内圆面 ，底 面 及两侧凸台侧面 为基准，选用 床身铣床 X716B 工序 6 镗两侧凸台 18 内孔并倒角 。 以 72 内圆面 ，底 面 及两侧凸台侧面 为基准，选用 卧式镗床 T68 工序 7 铣挂耳 。以两侧凸台面、内孔及底面为基准，选用床身铣床X716B 工序 8 钻扩铰挂耳 5 孔 。以两侧内孔及底面为基准，选用立式钻床 Z5025 工序 9 铣小斜面 。以 84 内圆面、其阶梯端面及挂耳为基准，选用床身铣床 X716B
14、 工序 10 精镗 85, 84。以两侧凸台面、内孔及底面为基准，选用卧式镗床 T68 工序 11 终检 Xunwp 20083013xx - 7 - 以上工艺工程详见机械加工工序卡片。 3.3 工艺方案计算说明 机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定 （ 1） 95, 92外圆面为非加工表面，毛坯尺寸直接取 95, 92。 （ 2） 84, 85内圆面。两内孔精度要求为 6 级， 参照 实用机械制造工艺设计手册表 7 13 及表 6 8 确定工序尺寸， 余量 及公差 见下表： 0.0580.03684 0.0580.03685 工序名称 工序尺寸 直径余量 工序尺寸 直径余量 精镗 0.05
15、80.03684 1.5 0.0580.03685 1.5 半精镗 0.054082.5 1.5 0.054083.5 1.5 粗镗 0.22081 2 0.22082 2 毛坯 79 80 为简化铸造毛坯外形，将 0.0580.03685 毛坯尺寸 80 改为 79，即 0.0580.03684 ， 0.0580.03685 毛坯尺寸统一为 79。上表改为 0.0580.03684 0.0580.03685 工序名称 工序尺寸 直径余量 工序尺寸 直径余量 精镗 0.0580.03684 1.5 0.0580.03685 1.5 半精镗 0.054082.5 1.5 0.054083.5 1
16、.5 粗镗 0.22081 2 0.22082 3 毛坯 79 79 （ 3） 72 内圆面，自由公差，参照实用机械制造工艺设计手册表 7 13取粗镗直径余量 Z 2 得毛坯尺寸为 72 2 70 。 （ 4）两侧凸台面 105.5。参照实用机械制造工艺设计手册表 7 25 取余量 Z 1.5，毛坯尺寸为 105.5 2 1.5 108.5 （ 5）两侧 18 内孔。参照实用机械制造工艺设计手册表 7 13 取直径方向余量 Z 1，则毛坯孔尺寸为 Xunwp 20083013xx - 8 - 18 1 17 （ 6）挂耳部分。挂耳整体尺寸较小，孔及槽均不铸出。两侧宽度为 20，参照实用机械制造
17、工艺设计手册表 7 25 取单边余量 Z 1，则毛坯挂耳部分尺寸宽度为 20 2 1 22 （ 7）轴向尺寸 23。参照实用机械制造工艺设计手册表 7 25 取底面余量 Z 1，则整体轴向尺寸为 23 1 24 底面厚度 6.5，已知底面铣削余量 Z1 1，内端面镗削余量为 2Z 0 . 5 (1. 5 1. 5 2 ) 2 . 5 ， 所以毛坯底面厚度尺寸为 6.5 1 2.5 9。 0.0580.03684 的工序尺寸、公差、余量的详细计算： 毛坯基本尺寸为 79，采取假箱沙漠造型，参照 实用机械制造工艺设计手册，取 CT8 级铸造尺寸公差，公差值为 1.6 则铸件尺寸为 +0.8 0.8
18、79 。 查实用机械制造工艺设计手册表 7 13， 6 8 得各工序 名义 余量值及精度等级。 工序名称 名义余量 精度等级 公差值 Ra（ um） 精镗 1.5 6 0.022 1.6 半精镗 1.5 8 0.054 3.2 粗镗 2 11 0.22 12 尺寸链如下图 图 1.尺寸链计算图 加工余量计算校核如下表 铸造毛坯 粗镗 半精镗 精镗 Xunwp 20083013xx - 9 - 名义 工序 尺寸 79 81 82.5 84.036 加工公差 1.6 0.22 0.054 0.022 加工后尺寸 最大 79.8 81.22 82.554 84.058 最小 78.2 81 82.5
19、 84.036 加工余量（直径） 最大 3.02 1.554 1.558 最小 1.2 1.28 1.478 5.专用夹具设计 为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。 通过与同组同学协商，我设计工 序 6 镗削两侧 18 内孔的的铣床专用夹具。选用的机床为卧式镗床 T68，高速钢镗刀。 5.1 定位基准选择 有零件图可知两孔对 84 孔轴线有垂直度要求和对称度要求。其设计基准为底面，为使定位误差 18 为零，可以选用底面作为轴向移动定位基准。要尽量保证 位置精度，应使用 84 内孔定位，但是用底面和 84 内圆面定位不易实现，所以采用底面、 72 以及两侧凸台侧面作
20、为定位。 5.2 定位元件 72 定位孔采用短销定位，尺寸过大没有标准件选用，和底面定位一块设计阶梯定位销如下 图 图 2. 定位销 Xunwp 20083013xx - 10 - 其中 40 6js 外圆用以和底座装配， 726g 用以定位 72 内孔， 80 端面用以定位底面。 整体淬火处理以提高耐磨性，中间有通孔以安装螺拴与底座固定。 绕轴旋转用一个活动 V 形块保证两凸台轴线与镗刀主轴方向一致，标准 V 形块会碰到 95 外圆面无法定位凸台侧面，设计专用 V 形块如下 图 图 3. V 形块 右部 34f7 柄 用以和 A20（ GB2212-80） 导板配合 使用 以保证 V 形块只
21、在轴线方向平动 。 5.3 定位误差 轴向方向底面定位误差为零， 72 孔经过粗镗以后为 0.19072 ，定位销为72 6js 即 72 0.0095 。 V 形块 一边 压紧，故定位误差为 ： 定 位 定定 位1+ ( )2a 0 . 1 9 a 0 . 0 1 9 , 0 . 1 8 0 50.285定aa ， 零件图中要求两孔相对 84 孔对称度误差不大于 0.05，显然不符合要求，但是在后续工序 10 中以两孔为基准 半精镗、 精镗 84 孔， 总余量为 30.285，相对位置精度由后续精加工保证，故本工序定位误差对最终结果没有影响 ；两孔同轴度由夹具底座分度装置保证，故本 夹具定位
22、方式满足要求 。 Xunwp 20083013xx - 11 - 5.4 加紧机构 本夹具装夹时不规则面向上，不利于装夹，故设计如下图加紧机构。 图 5. 夹紧盖 加紧方式为螺旋加紧，为提高装夹效率，设计下图所示缺口垫片以提高加紧或松下加紧盖的速度。 图 6. 缺口垫片 5.5 分度装置 因为本夹具对绕轴线旋转使用的是两侧凸台侧面定位，为防止镗完一孔换镗另一孔时的二次装夹带来的定位误差，采用夹具分度装置旋转工件。夹具底座由两部分组成，下半部分为夹具座与工作台连接；上半部分为转盘，可相对底座转动，底座有一定位销孔，转盘有两个相对轴线对称间隔 180 度的定位销孔。如下图： Xunwp 20083
23、013xx - 12 - 图 4. 底座 通过底座与转盘的定位销孔保证工件的旋转是 180 度也就保证了两个内孔的同轴度。上下两部分接触面做成环状以保证精度并减小转动时的摩擦阻力。上下接触表面及配合面淬火处理以提高硬度和耐磨性。 以上具体结构及装配情况见夹具装配图。 参考文献 1 孙 丽媛 .机械制造工艺 及专用夹具设计指导书 .北京 .冶金 工业出版社 .2002 2 吴拓 .现代机床夹具设计 .北京 .化学 工业出版社 .2009 3 陈宏均 .典型零件机械加工生产实例 .北京 .机械工业出版社 .2005.1 4 刘友才 .机床夹具设计 .北京 .机械工业出版社 .1991.5 5东北重型机械学院 .机械夹具设计手册 .上海 .上海科学技术出版社 .1990
