轴承座夹具设计

郑州科技学院

机械制造技术基础

课程设计

题 目: 轴承座零件机械加工工艺规程及夹具设计

学生姓名 韩正帅 专 业机械设计制造及其自动化 学 号_ ********* 班 级_ 2010 级 2 班 指导教师 张晓莹

机械工程学院

2013年 11 月

西南大学工程技术学院课程设计(论文)

机械加工工艺课程设计任务书

题目：

生产纲领： 4000生产类型： 内容：

1.2.3.4.5.6.7．课程设计说明书

轴承座零件机械加工工艺规程及夹具设计

件 批量生产 产品零件图 1张 产品毛坯图 1张 夹具零件图 3张 夹具装配图 1张 机械加工工艺过程卡片 1张 机械加工工序卡片 2张 1份

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目录

1 引言 ...................................................................................................................................................... 3 2 零件的分析 ........................................................................................................................................ 3

2.1 零件的类型及功用 ............................................................................................................ 3 2.2 零件的工艺分析 ................................................................................................................ 3 2.2.1 分析零件的材质、热处理及机械加工工艺性 .............................................. 4 2.2.2 选择毛坯的制造方式、初步确定毛坯形状 .................................................. 4 2.3 定位基准的选择 ................................................................................................................ 5 2.3.1 粗基准的选择 ....................................................................................................... 5 2.3.2 精基准的选择 ....................................................................................................... 5 2.4 表面加工方法的选择 ....................................................................................................... 6 2.5零件加工工艺路线 ............................................................................................................. 6 2.6选择设备和工艺装备 ........................................................................................................ 7 3 机械加工余量、工序尺寸的确定 ............................................................................................... 9 4 切削用量及基本工时 .................................................................................................................... 10 5 轴承座零件的铣床夹具设计 ...................................................................................................... 14

5.1设计方案的讨论 ................................................................................................................ 14 5.1.1初定夹具结构方案 ............................................................................................. 14 5.1.2 切削力及夹紧力的计算 ................................................................................... 14 5.2 夹具体结构特点的论述 ................................................................................................. 15 5.3 夹具体主要技术条件及优缺点的分析...................................................................... 15 5.4误差分析与计算 ................................................................................................................ 15 5.5 轴承座零件的铣床专用夹具的总体设计 ................................................................. 16 6 小结 .................................................................................................................................................... 17 7参考文献 ............................................................................................................................................ 18

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轴承座零件机械加工工艺规程及夹具设计

1 引言

这个学期我们进行了《机械制造技术基础》课程的学习，对机床夹具及其设计有了一定的了解和掌握，并通过此次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，同时，在课程设计过程中，我们认真查阅资料，切实地锻炼了我们自我学习的能力。在课设中我们分组进行设计，在团队的实际操作过程中也发生过一些摩擦，不过在大家的责任心驱使下结果还是团结一致去分工完成任务，结果也让大家锻炼了团队协作的意识，相信在以后的学习生活中我们也会受益。

2 零件的分析

2.1 零件的类型及功用

轴承座是用来支撑轴承的，固定轴承的外圈，仅仅让内圈转动，外圈保持不动，始终与传动的方向保持一致，并且保持平衡；轴承座是轴承和箱体的集合体,以便于应用,这样的好处是可以有更好的配合,更方便的使用,减少了使用厂家的成本。其零件图如图2-1。

2.2 零件的工艺分析

轴承座的主要几何元素为支承孔、安装底面，因为这是与其他零件直接接触的表面，对加工及加工精度有很大的影响，轴承支承孔的内表面必须要有足够的粗糙度才能保证零件的加工要求同时必须相对于底面又要有很高的平行度，因为支承孔的轴线

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与底面的定位有很大的关系。同时底面要有足够的粗糙度才能保证与支承孔轴线的平行度。支承孔两端面的表面粗糙度没有前面的要求高，能达到Ra 6.3就可以了。辅助元素为底平面的安装螺孔、支承孔周围的轴承盖连接孔，支承座身的铸造结构，主要为固定连接作用，对精度要求不高。

图2-1 轴承座零件图

2.2.1 分析零件的材质、热处理及机械加工工艺性

本零件的主要作用是支承作用，根据零件的复杂程度，我们选择铸造制作毛坯。材料为HT250，其强度、耐磨性、耐热性均较好，减振性良好，铸造性能较优，需要进行人工时效处理。

2.2.2 选择毛坯的制造方式、初步确定毛坯形状

根据生产纲领的要求，本零件是大批大量生产，还有零件的复杂程度及加工表面与非加工表面的技术要求，我们选择毛坯的制造方式为铸造。零件材料为HT250，采用金属型铸造。

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根据表5-7至5-11，铸件的公差等级为CT8～10，取CT9。加工余量等级为D～F，取F级。尺寸40的机械加工余量为0.5mm，即其基本尺寸为40.5mm，尺寸公差为2mm。孔∅42mm的机械加工余量为0.5mm，即该孔的基本尺寸为∅41.5mm，尺寸公差为2mm。底面机械加工余量为0.5mm，尺寸公差为1.7mm。其它尺寸参照零件图查得。最后按入体形式标注毛坯尺寸，得到图2-2所示毛坯尺寸。

图2-2 轴承座零件毛坯尺寸

2.3 定位基准的选择 2.3.1 粗基准的选择

选择粗基准的出发点是为后续的工序提供合理的定位基准，保证各加工表面的余量足够并分配合理，由于粗基准是对毛坯进行第一次机械加工的定位基准，因此与毛坯的状况关系很大。在铣床上加工底面的时候，以左右端面作为粗基准来加工底面。 2.3.2 精基准的选择

选择精基准的出发点是保证加工精度，特别是加工表面的相互位置精度的实现，以及定位安装的准确方便。选择精基准应遵循以下的原则：①基准重合原则；②基准统一原则；③互为基准原则；④自为基准原则；⑤便于安装原则。

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精基准选择时，一定要保证工件的夹、压稳定可靠，夹具结构简单及操作简便。在遵循上述原则的前提下，轴承座前后端面的加工，就是互为精基准，遵循互为基准原则。孔φ47mm的精加工以一面俩孔定位，自为基准加工。 2.4 表面加工方法的选择

依据各种加工方法的经济精度和表面粗糙度、已确定的生产纲领、零件的结构形状和尺寸大小等因素来选择各表面的加工方法。如表2-1

表2-1 轴承座各表面加工方法

加工表面 Φ42 Φ47 底面 支承孔左右端面 4个螺栓孔 4个沉头孔 4个轴承盖连接螺纹孔 表面粗糙度 Ra 12.5 Ra 1.6 Ra 6.3 Ra 6.3 Ra 6.3 Ra12.5 无 尺寸精度 无 IT7 无 无 无 无 无 形位公差 无 圆柱度0.01 0.03470对孔的平行加工方法 车 车 铣 铣 钻 铣 钻、攻丝 度为0.08 无 无 无 无 2.5零件加工工艺路线

毛坯为精铸件，清理后，进行人工时效处理，以消除铸件的内应力，在毛坯车间铣削去浇冒口，达到毛坯的技术要求，然后送到机械加工车间加工。 方案：

工序1：夹轴承孔两侧毛坯，粗铣轴承座底面，照顾尺寸95mm和表面粗糙度。 工序2：粗铣φ42mm侧的φ77mm端面，留余量。

0.03工序3：粗铣φ470mm侧的φ77mm端面到图样要求。

0.03工序4：粗车、半精车内孔φ42mm至φ470mm侧的φ77mm端面，倒角。 0.030.030.03工序5： 粗车内孔φ470mm到尺寸，半精车内孔470mm孔，精车内孔470 孔，

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倒角。

工序6：铣4-φ22的沉头孔。 工序7： 钻4-φ12的孔。

工序8： 钻4-M6螺纹孔，孔口倒角。 工序9： 攻4-M6螺纹孔。 工序10：去毛刺。 工序11：检验。 工序12：入库。 2.6选择设备和工艺装备

1) 机床选择 机床的选原则有：

（1） 机床尺寸规格与工件的形状尺寸相适应。 （2） 机床精度等级与本工序加工要求相适应。 （3） 机床电动机功率与本工序加工所需功率相适应。 （4） 机床自动化程度和生产效率与生产类型相适应。

表2-2 轴承座加工各机械加工工序机床选择

工序号 1 加工内容 粗铣底面 粗铣φ42mm侧的φ77mm端面 0.03粗铣φ470mm侧的φ机床设备 X5020A 说明 根据表5-20，常用，工作台尺寸、机床电动机功率均合适 根据表5-20，常用，工作台尺寸、机床电动机功率均合适 根据表5-20，常用，工作台尺寸、机床电动机功率均合适 根据表5-25，常用，工件孔径、机床电动机功率均合适 2 X5020A 3 X5020A 77mm端面 4 5

粗车内孔φ42mm 粗车、半精车、精车内孔φCA6140 CA6140 根据表5-25，常用，工件孔径、机7

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0.03470mm 床电动机功率均合适 根据表5-20，常用，工作台尺寸、机床电动机功率均合适 根据表5-21，常用，工件孔径、机床电动机功率均合适 根据表5-21，常用，工件孔径、机床电动机功率均合适 根据表5-18，常用，工件螺纹孔径、机床电动机功率均合适 6 铣4-φ22孔 X5020A 7 钻4-φ12孔 Z5125A 8 钻4-M6孔 Z5125A 9

2) 刀具选择

攻螺纹 CA6140 尽可能选择效率高，成本低的标准化刀具，与设备和加工方法匹配，如表2-3。

表2-3 轴承座加工各机械加工工序刀具选择

工序号 加工内容 机床设备 刀具 B型可转位套式面铣刀 说明 根据表2-16和5-33，加工尺寸为98x70mm，选择刀盘直径为φ125mm 根据表2-16和5-33，加工尺寸为φ77mm，选择刀盘直径为φ100mm 同上 1 粗铣底面 X5020A 2 粗铣φ42mm侧的φ77mm端面 0.03粗铣φ470mmX5020A A型可转位套式面铣刀 A型可转位套式面铣刀 机夹车刀 3 X5020A 侧的φ77mm端面 4 粗车、半精车内孔φ42mm 粗车、半精车、5 精车内孔φ0.03470mm CA6140 机夹车刀可以车内孔 CA6140 机夹车刀 同上 6 铣4-φ22mm孔 X5020A 中齿直柄立8

选择钻φ12mm孔后锪φ22mm

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铣刀22 7 钻4-φ12mm孔 Z5125A φ12mm直柄麻花钻 φ5mm直柄超长麻花钻 M6机用丝锥 孔，没有此规格的锪钻 根据表5-36选用GB/T6135.2-2008标准刀具 根据表5-36选用GB/T6135.3-2008标准刀具 具体规格由零件内螺纹模数确定 8 钻4-M6孔 Z5125A 9

攻螺纹 CA6140 3 机械加工余量、工序尺寸的确定

1) 底面：

毛坯尺寸为17.2mm，铣底面的工序尺寸为15mm，加工余量为2.2mm。 2) φ42mm侧的φ77mm端面：

毛坯尺寸为42.5mm，铣端面的工序尺寸为41.25mm，加工余量为1.25mm。

0.033) φ470mm侧的φ77mm端面：

预留尺寸为41.25mm，铣端面的工序尺寸为40mm，加工余量为1.25mm。 4) φ42mm孔：

粗车时预留孔为φ39.5mm，工序尺寸为φ41.5mm，加工余量为2mm。 半精车时工序尺寸为φ42mm，加工余量为0.5mm。 5）φ47

0.030mm孔：

粗车时预留孔为φ42mm，工序尺寸为φ45.5mm，加工余量为3.5mm。 半精车时工序尺寸为φ46.5mm，加工余量为1mm。 精车时工序尺寸为φ47mm，加工余量为0.5mm。 6）φ22mm孔: 铣削的加工余量为22mm，深度为2mm。 7）φ12mm孔：钻削的加工余量为12mm，深度为13mm。 8）M6孔：钻削的加工余量为5mm，深度为40mm。 9）攻M6螺纹：攻丝的加工余量为1mm，深度为40mm。

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4 切削用量及基本工时

工序10：铣底面

1、确定背吃刀量：ap=2.2mm。

2、确定进给量f：查表5-86得，每齿粗铣的进给量为0.2mm/Z。

3、计算切削用量： 选取铣床的主轴转速为220r/min，铣刀的直径为∅125mm，所以切削速度分别为：

V=dn/1000=3.14*125*220/1000=86.35m/min

4、确定时间定额（2个工位） 一个工位基本时间Tbll1l20.8min=39s fMz其中=70mm为切削加工长度；l1为刀具切入长度；l2为刀具切出长度；fMz 为工作台水平进给量。

其中d=125mm；kr90，l2=3~5，取l2=4mm，

fMZfzzn0.24220=176mm/min。

0.03工序20、30：粗铣φ42mm侧的φ77mm端面及粗铣φ470mm侧的φ77mm端面

1、确定背吃刀量：每个工序ap=1.25mm。

2、确定进给量f：查表5-86得，每齿粗铣的进给量为0.2mm/Z。

3、计算切削用量：用∅100mm的铣刀来加工，取铣床的主轴转速为n=220r/min，则切削速度V=dn/1000=3.14*100*220/1000=69.08m/min。

4、确定时间定额

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基本时间Tbll1l20.4=39s。 fMz

其中=77mm ，取kr90，

l2=3~5，取l2=4mm。

fMZfzzn0.24220=176mm/min。 工序40：粗车、半精车内孔φ42mm

1、确定背吃刀量：粗车ap=2mm，半精车ap=0.5mm。

2、确定进给量f：查表得f=0.4 mm/r。

3、确定切削速度：粗车时主轴转速定为n=610r/min，

Vc1=dn/1000=3.14x41.5x600/1000=74.42 m/min，半精车时主轴转速定为n=850r/min：Vc2=πdn/1000=3.14x42x800/1000=104.25 m/min。

4、确定时间定额 粗车时

其中=40mm ，取kr90，

。 ，取，

。

l2=2～3，取l2=3mm，=5mm。 半精车时

0.03工序50：粗车、半精车、精车内孔φ470mm

。

粗车：

1、确定背吃刀量： ap=3.5mm。 2、确定进给量f：查表得f=0.4 mm/r。

3、确定切削速度：粗车时主轴转速定为n=610r/min，Vc1=πdn/1000=3.14x45.5x610/1000=87.15 m/min。

4、确定时间定额

。

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其中=27mm ，取kr90，

，取，。

l2=2～3，取l2=3mm，=5mm。 半精车：

1、确定背吃刀量： ap=1mm。

2、确定进给量f：查表得f=0.4 mm/r。

3、确定切削速度：粗车时主轴转速定为n=850r/min，Vc1=πdn/1000=3.14x46.5x850/1000=124.12m/min。

4、确定时间定额

。

精车：

1、确定背吃刀量： ap=0.5mm。 2、确定进给量f：查表得f=0.4 mm/r。

3、确定切削速度：粗车时主轴转速定为n=970r/min，Vc1=πdn/1000=3.14x47x970/1000=146.15m/min。

4、确定时间定额

。

工序60：铣4-φ22mm孔

1、确定背吃刀量： ap=22mm，深度为2mm。

2、进给量f：查表得 fc=0.080mm/z。 3、转速n：n=600r/min。

4、确定切削速度Vc： Vc=πdn/1000=3.14x22x600/1000=41.45m/min。 5、确定时间定额

。

,

工序70：钻4-φ12mm孔

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。

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1、确定背吃刀量： ap=12mm，深度为13mm。

2、进给量f：查表得 f=0.35 mm/r。 3、确定切削速度Vc：查表得 Vc=15m/min。

4、计算转速n：n=1000xV/πd=1000x15/πx12=397.r/min，所以 取n=400r/min 得 Vc=15.08 m/min。

5、确定时间定额

。

走刀长度

，切入长度

，切出长度

,。

工序80：钻4M6孔：M6螺纹孔加工之前的钻孔直径为φ5 mm 1、确定背吃刀量： ap=5mm。

2、进给量f：查表得 f=0.2 mm/r。 3、确定切削速度Vc：查表得 Vc=15m/min。

4、计算转速n：n=1000xV/πd=1000x15/πx5=9.93r/min，所以 取n=1000r/min 得 Vc=15.71m/min。

5、确定时间定额

。

走刀长度

，切入长度

，切出长度

。

工序90：攻M6螺纹

1、确定背吃刀量： ap=1mm。

2、确定进给量：进给量应为螺距P=0.75mm，故f=0.75mm/r。 3、确定切削速度Vc：查表5-97得 Vc=8.9m/min。

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5 轴承座零件的铣床夹具设计

设计对象：轴承座铣削φ77端面铣床夹具。

设计要求：铣宽度为42.5mm的两端面，每端铣1.25mm，使宽度达到40mm。 5.1设计方案的讨论 5.1.1初定夹具结构方案

1）工件定位方案

定位方案：根据加工要求，以浮动V形块定位大端外圆Φ77，可以消除一个自由度，再用定位销定位轴承座底座侧边，两个自由度，用定位板定位底面消除三个自由度，实现完全定位。

2）工件夹紧方案及夹紧装置

因为轴承座的大端外圆用浮动V形块定位，所以可以用钩形压板压紧。 5.1.2 切削力及夹紧力的计算

由《机床夹具设计手册》查表127可得： 切削力由式2.11得：

Ff412D1.2f0.75KP

HB0.6Kp()0.95190查《机床夹具设计手册》表128得：

即：

Ff1980.69(N)

0.82.2M0.12Df切削扭矩由式2.12得：

KP 即：M0.0069(Nm)

WK实际所需夹紧力：由式2.13得：

FfK12 取K2.25，10.16，

20.2，即：WK12379.32(N)

螺旋夹紧时产生的夹紧力由式1-2-10得：

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W0QLtg1ztg(2)5830(N) 该夹具采用螺旋夹紧机构，用V块压紧工件。 即：

WLWK00MQW0l58301690.9799.28(N)

l1197158306.93(Nm)L01690.98

由上述计算易得：

MQMW KWK

因此采用该夹紧机构工作是可靠的。 5.2 夹具体结构特点的论述

本夹具体是铸件，底面为了减轻重量，所以挖去了一部分。由于轴承座上端

为非加工表面，所以采用浮动V形块夹紧，可以避免较低加工精度，安装调节螺栓时，采用螺母防松机构。加紧采用螺旋夹紧，结构简单，夹紧可靠。 5.3 夹具体主要技术条件及优缺点的分析

夹具体的上平面与底面的平行度要求较高，主要是为了防止装夹后工件倾斜。

优点：V形块和定位销是可换的。在多次装夹、拆装后，由于V形块是定位和加紧的，频繁使用会导致精度降低，当加工出的零件达不到要求时，换V形块就行。

缺点：工作时间长了或者切削力太大可能引起夹具体整体变形，达不到要求。这时就需要重新设计。 5.4误差分析与计算

该夹具以底面、侧面和顶面为定位基准，要求保证孔轴线与左侧面间的尺寸公差。为了满足工序的加工要求，必须使工序中误差总和等于或小于该工序所规定的工序公差。

孔与左侧面为线性尺寸一般公差。根据国家标准的规定，由资料[6]《互换性与技术测量》表125可知：

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取m（中等级）

由《机床夹具设计手册》可得：

① 定位误差：定位尺寸公差0.2mm，在加工尺寸方向上的投影，这里的方向与加工方向一致。即：故D.W0.2mm

② 夹紧安装误差，对工序尺寸的影响均小。即： j•j0 ③ 磨损造成的加工误差：j•M通常不超过0.005mm

④ 夹具相对刀具位置误差：按工件相应尺寸公差的五分之一取。即

D•A0.06mm

误差总和：jw0.265mm0.5mm

从以上的分析可见，所设计的夹具能满足零件的加工精度要求。

5.5 轴承座零件的铣床专用夹具的总体设计

（1） 夹具的总体结构应力力求紧凑、轻便，悬臂尺寸要短，重心尽可能靠近主轴。

（2） 当工件和夹具上个元件相对机床主轴的旋转轴线不平衡时，将产生较大的离心力和振动，影响工件的加工质量、刀具的寿命、机床的精度和安全生产，特别是在转速较高的情况下影响更大。因此，对于重量不对称的夹具，要有平衡要求。平衡的方法有两种：设置平衡块或加工减重孔。在工厂实际生产中，常用适配的方法进行夹具的平衡工作。

（3）为了保证安全，夹具上各种元件一般不超过夹具的圆形轮廓之外。因此，还应该注意防止切削和冷却液的飞溅问题，必要时应该加防护罩。

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图5-1 轴承座铣端面夹具总装简图

6 小结

通过这次设计，使我对工艺路线的制定和工艺规程的安排以及工装的选择和设计有了更深刻的了解和掌握。也使我对于一个工艺员所从事的工作有了深层次体会，培养了实际工作能力，特别是分析问题和解决问题的能力，可以说这次毕业设计使我收益不小，为我今后的学习和工作打下了坚实和良好的基础。但是，查阅资料尤其是在查阅切削用量手册时，数据存在大量的重复和重叠，由于经验不足，在选取数据上存在一些问题，不过经过同组成员共同努力，最终大家都很顺利的完成了毕业设计。

在课设的过程中，由于理论知识不够完善，实践能力尚不成熟，以及一些疏忽和大意的存在，设计尚有许多不足之处，恳请老师给予批评指正。

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7参考文献

【1】 机械制造工艺学.第2版.清华大学.王先逵.机械工业出版社 【2】 机械制造技术基础课程设计指导教程.邹青.机械工业出版社 【3】 机床夹具设计.张权民.科学出版社

【4】 机械精度设计与检测技术基础.杨沿平.机械工业出版社 【5】 机械加工工艺手册.北京出版社

指导教师评语： 成绩评定： 指导教师： 年 月 日 18