轴承座零件及机械加工工艺规程及夹具设计.doc

毕业论文（实践）报告

编 号
名 称
件 数
页 数
1
任务书和零件图
一份

2
零件毛坯图
一张

3
机加工工艺规程卡
一套

4
机加工工序卡
一套

5
零件定位方案图
一张

6
夹具装配图
一张

7
夹具零件图(含夹具体)
一套

8
课程设计说明书
一份

9

机械制造工艺学

机 械 制 造 工 艺 学
课 程 设 计

轴承座加工工艺及夹具设计

一、 设计任务

1. 设计课题:轴承座机械加工工艺规程设计
2. 丝攻M4螺纹孔专用夹具设计
3. 生产纲领：大批量生产
4. 设计要求：
1) 零件毛坯图 1张
2) 机械加工工艺过程卡片 1套
3) 机械加工主要工序的工序卡片 1套
4) 夹具装配图 1张
5) 夹具零件图 若干张
6) 设计说明书 1份

二、设计说明书

目录
序言………………………………………………………………………..…5
一、 零件加工工艺设计……………………………………………..…6
1、 零件的工艺性审查……………………………………………….…..6
2、 基准选择原则…………………………………………………….…..7
3、 定位基准选择………………………………………………………...7
4、 拟定机械加工工艺路线……………………………………………...8
5、 确定机械加工余量，工序尺寸以及公差…………………………...8
6、 选择机床设备及工艺设备…………………………………………....9
7、 确定切削用量…………………………………………………………9
二、夹具设计……………………………………………………………….12
1、问题提出……………………………………………………………….12
2、家具设计………………………………………...……………………..13
三、小节……………………………………………………………………....15
四、参考文献………………………………………………………………..17

序 言

机械制造工艺及设备毕业设计是我们完成本专业教学计划的一个极为重要的实践性教学环节，是使我们综合运用所学过的基本课程，基本知识与基本技能去解决专业范围内的工程技术问题而进行的一次基本训练。
我们在完成课程设计的同时，也培养了我们正确使用技术资料，国家标准，有关手册，图册等工具书，进行设计计算，数据处理，编写技术文件等方面的工作能力，也为我们以后的工作打下坚实的基础，所以我们要认真对待这次综合能力运用的机会！
其主要目的是：
1.培养学生综合分析和解决本专业的一般工程问题的独立能力，拓宽和深化所学的知识。
2. 培养学生树立正确的设计思想，设计思维，掌握工程设计的一般程序，规范和方法。
3.培养学生正确的使用技术知识，国家标准，有关手册，图册等工具书，进行设计计算，数据处理，编写技术文件等方面的工作能力和技巧。
4. 培养学生进行调整研究，面向实际，面向生产，向工人和工程技术人员学习的基本工作态度，工作作风和工作方法。

一、零件加工工艺设计

（1） 零件的工艺性审查：

1） 零件的结构特点
轴承座如附图1所示。该零件是起支撑轴的作用。零件的主要工作表面为40的孔内表面。主要配合面是22的轴孔。零件的形状比较简单，属于较简单的零件，结构简单。

2） 主要技术要求：
零件图上主要技术要求：调质至HB230-250,锐边倒角，未注倒角0.5x45°，表面作防锈处理。
3） 加工表面及其要求：
a) 总宽：为18±0.05mm。
b) 轴孔：22的孔径：22+0.018 0mm，表面粗糙度Ra1.6um，
c) 34的外圆：直径为34-0.007 -0.025mm，表面粗糙度为Ra1.6um，外圆与内孔的同轴度不超过0.02m.，轴肩距为12mm。
d) 左端面：外圆直径为52，上下边面距离38mm。
e) 螺纹孔：大径为4mm，轴心距离左轴肩3mm。
f) 通孔：左端面均布4-4.5通孔，左右中心距36mm，上下中心距27mm。
g) 退刀槽：距离右端面12mm，尺寸为1.5x33
4） 零件的材料：
零件在整个机器当中起的作用一般，不是很重要。选用45#。
毛坯选择：
1） 确定毛坯的类型及制造方法
零件为批量生产，零件的轮廓尺寸不大，为粗加工后的产品。
2) 确定毛坯的形状、尺寸及公差
毛坯的形状及尺寸如附图2所示。选用55x20的短圆棒。
3）绘毛坯
根据附图1所示的零件结构形状，在各加工表面上加上加工余量，绘制毛坯零件图如附图2所示。
（2） 基准原则：
粗基准的选用原则
1、保证不加工表面与加工表面相互位置要求原则。当有些不加工表面与加工表面之间有相互位置要求时，一般不选择加工表面作为粗基准。
2、保证各加工表面的加工余量合理分配的原则。应选择重要加工表面为粗基准。
3、粗基准不重复使用的原则。粗基准的精度低，粗糙度数值大，重复使用会造成较大的定位误差，因此，同一尺寸方向的粗基准，通常只允许使用一次。
精基准的选用原则
1、基准重合原则。尽可能使设计基准和定位基准重合，以减少定位误差。
2、基准统一原则。尽可能使用同一定位基准加工个表面，以保证各表面的位置精度。如轴类零件常用两端顶尖孔作为统一的定位基准。
3、互为基准原则。当两个加工表面间的位置精度要求比较高的时候，可用互为基准的原则反复加工。
4、自为基准的原则。当要求加工余量小而均匀时，可选择加工表面作为自身的定位基准。
（3） 定位基准选择
由于附图1所示的支座的零件图上多数尺寸及形位公差以22孔及其右
端面为设计基准。
工艺顺序的安排原则有四点：、
1. 先加工基准面，再加工其他面。
2. 一般情况下，先加工平面，再加工孔。
3. 先加工主要平面，再加工次要平面。
4. 先安排粗加工工序，再安排精加工工序。
根据上述四条工序安排原则以及粗、精基准选择的原则，确定各加工表面的基准如下：
a) 两端面。
互为基准，保证相互位置要求的原则。
b) 22的孔。
精基准，统一基准原则。
c) 上下两面。
互为基准，保证相互位置要求的原则。
d) 4—4.5孔：左端面。
精基准，基准重合原则。
e) M4螺纹孔： 下端面。
精基准，基准重合原则。
f) 1.5x33沟槽。
精基准，基准重合原则。
(4)拟定机械加工工艺路线：
拟定加工路线：
一． 铣左右端面。
二． 钻中心孔。
三． 热处理。
四． 车内孔22。
五． 车外圆。
六． 铣大端面上下面。
七． 钻4—4.5。
八． 丝攻M4螺纹孔。
九． 车沟槽。
十． 清洗，去毛刺，倒角。
十一． 检验。
由于进行的是批量的生产，本工艺路线是采用工序分散的原则组织工序的，被加工孔4—4.5可在普通钻床上用钻模加工。优点是装夹次数少，夹具数目也少，易于保证表面的位置精度，减少工序间的运输量，缩短生产周期。
（5）确定机械加工余量，工序尺寸及公差
根据上述原始资料及加工工艺，查《机械制造工艺技术手册》，分别确定各加工表面的加工余量，工序尺寸及公差如下：
表1 加工余量表
工序
工序内容
单边余量
工序尺寸
表面粗糙度
工序一
铣左右端面
1㎜
18㎜
3.2m
工序四
车内孔22
1mm
22mm
1.6m
工序六
铣上下两端面
5mm
60mm
3.2m
工序七
钻孔4—4.5
2.75mm
4.5mm
12.5m
工序九
车1.5x33沟槽
1mm
1.5x33mm
6.5m
（6）选择机床设备及工艺设备
根据一般工厂现有的生产条件，为了满足生产需要，现选用各工序所用的设备为：
工序一： X62卧式万能铣床，YT15三面刃铣刀，专用夹具，0~200/0.2mm 游标卡尺。
工序四：数控车床CAK6136，K01车刀，专用夹具，游标卡尺。
工序七：Z4012钻床，4—4.5麻花钻，专用夹具，游标卡尺。
工序九：数控车床CAK6136，K01车刀，专用夹具，游标卡尺。
（7）确定切削用量
1）工序一 铣左右两端面
加工条件：X62卧式万能铣床，两把YT15三面刃铣刀，刀盘直径125mm，宽12mm，齿数20，专用夹具，0~200、0.2mm 游标卡尺，柴油冷却。
a.确定背吃刀量
端面的总加工余量为5mm，由毛坯图已知铣削宽度为ae=60mm，一次走刀加工 ，ap=5 mm.
b. 确定进给量及基本工时
根据《工艺手册》中表4.2-38，万能铣床X62，刀杆直径为22mm，再查《切削手册》表3.15和《工艺手册》表4.2-38可得，我们可以取进给量f=0.10mm/z。
c．计算切削速度
根据《切削手册》表3.27可得，Cv=186mm, qv=0.2, yv=0.4, uv=0.2, m=0.2, xv=0.1,Pv=0,修正系数kv=1.1,选择刀具使用寿命T=60min.
vc= Cvd0qvkv /(TmapxvfyvaeuvzPv) =186×1250.2×1.1/(600.2×50.1×0.10.2×600.2×200) 4.6m/min.
d.确定铣床主轴转速
nw=1000vc/（×dw）=1000×4.6/(3.14×22) 66.6 r/min
根据《工艺手册》表4.2-39，与66.6r/min相近的转速为75r/min。现选择nw=75r/min.所以实际切削速度为v=5 m/min.
e.计算基本时间
按《工艺手册》表6.2-7，=80mm,
1+(1~3) +(1~3)=9mm.
2=2mm.
时间t===0.61min，取时间t=40s。

2) 工序七 钻孔4.5
加工条件 Z4012钻床，4.5mm标准锥柄麻花钻，专用夹具，0~200、0.2mm 游标卡尺，柴油冷却。
a.确定进给量
根据《切削手册》表2.7，f=1.0~1.2，查《工艺手册》4.2-16，根据机床实际纵进给量取f=0.12mm/r
b.选择钻头磨钝标准及耐用度
根据《切削手册》表2.12可得，钻头后刀面的最大磨损限度为0.8~1.2mm,使用寿命为70min.
c.计算切削速度
根据《切削手册》表2.30，Cv=4.8, zv=0.4, xv=0, yv=0.7,m=0.2, 表2，31得，修正系数kv=1.0.
vc=Cvd0zvkv/(Tmapxvfyv)=4.8×39×1.0/(700.2×19.50×0.120.7)18m/min
nv=1000vc/(dw)=1000×18/(3.14×39)147r/min
根据《工艺手册》表4.2-15，按机床实际钻速选取nw=125r/min,则实际切削速度为v=15m/min.
e.计算基本时间
按《工艺手册》表6.2-7，=60mm,
=1~2mm，=90。，取1=2mm.
2=2mm.
时间t==4.3min，取时间t=260s。

3)工序四 车内孔22
加工条件 数控车床CAK6136，K01车刀，专用夹具，游标卡尺，22孔用塞规，柴油冷却。
a.确定进给量
根据《切削手册》表2.10，f=0.9~1.2mm/r, 查《工艺手册》4.2-16，根据机床实际纵进给量取f=0.9mm/r
b.计算切削速度
根据《切削手册》表2.30，Cv=16.5, zv=0.6, xv=0.2, yv=0.3,m=0.25, 表2，31得，修正系数kv=1.0.
vc=Cvd0zvkv/(Tmapxvfyv)=16.5×400.6×1.0/(250.25×40.2×0.90.3) 52.6m/min
nv=1000vc/(dw)=1000×52.6/(3.14×40)418.8r/min
根据《工艺手册》表4.2-15，按机床实际转速选取nw=500r/min,则实际切削速度为v=63m/min.
c.计算基本时间
为减少辅助时间，参照钻孔得时间t=260s.
4）工序九 车沟槽1.5*33
加工条件 数控车床CAK6136，K01车刀，专用夹具，游标卡尺，22孔用塞规，柴油冷却。
a.确定进给量
根据《切削手册》表2.10，f=0.9~1.2mm/r, 查《工艺手册》4.2-16，根据机床实际纵进给量取f=0.9mm/r
b.计算切削速度
根据《切削手册》表2.30，Cv=16.5, zv=0.6, xv=0.2, yv=0.3,m=0.25, 表2，31得，修正系数kv=1.0.
vc=Cvd0zvkv/(Tmapxvfyv)=16.5×400.6×1.0/(250.25×40.2×0.90.3) 52.6m/min
nv=1000vc/(dw)=1000×52.6/(3.14×40)418.8r/min
根据《工艺手册》表4.2-15，按机床实际转速选取nw=500r/min,则实际切削速度为v=63m/min.
c.计算基本时间
为减少辅助时间，参照钻孔得时间t=260s.

(8)填写工艺文件
按上述确定的工艺过程填写机械加工工艺过程卡片（附表1）和机械加工工序卡片（附表2~附表5）

二、夹具设计
（1）问题的提出
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，经过与指导老师协商，决定设计第八道工序——攻丝M4的夹具。
本工序的加工要求为：M4，轴心距离左轴肩3mm
本工序的主要加工条件为：手用丝锥上M4*1.25 ，3.8麻花钻，上下两端面已加工好，达设计图样要求。
未淬硬钢实心毛坯上钻孔的经济精度为IT11~12，表面粗糙度为Ra=12.5m，在钻床夹具上加工时适当控制切削用量，可保证孔的尺寸精度要求和表面粗糙度要求。因此，在本工序加工时，主要考虑的是要如何保证孔轴线与3.8孔轴线的位置度要求。

（2）夹具设计
1）定位方案及定位元件的确定与设计
定位方案的确定
根据工序加工的要求，我将定位方案确定如下：
以左端面为主要定位基准，限制3个自由度，以内孔为辅助定位，限制2个自由度，以下底面为防转基准，限制1个自由度。用螺栓螺母夹紧孔22的另一端面。
本方案是按照基准统一原则确定的，有利于夹具的设计制造，装卸工件较方便，夹紧力方向指向定位元件刚性较大的方向。
定位元件的设计
根据定位方案，设计定位元件的结构如图所示22孔采用短销大平面组合定位，限制5个自由度，下底面采用两个支撑钉，防止其转动，采用紧固螺钉。

图1 定位图
定位误差计算
根据所确定的定位方案，圆柱心轴与孔的配合为，影响位置度的定位误差为：
=22.112mm－21.936mm=0.176mm
由于工件对位置度公差没有特别要求，则我们认为该影响位置度的定位误差满足加工要求。
夹紧力的计算
本工件采用钻削的方式，因此根据《夹具设计手册》表1-2-7可得，
切削力
D——钻头直径
f——每转进给量(mm)
Kp——修正系数
查表1-2-8可得，Kp=0.4
=667×4×0.360.7×0.4=522N
查《机械设计手册》可得，摩擦因数
理论夹紧力F=
实际夹紧力FK=F×K
K——安全系数。
对于该工件的加工，安全系数K可按下式计算：
K=1.0×1.0×1.0×1.3×1.0×1.0=1.3
实际夹紧力FK=2372.5×1.3=3084.25N
取实际夹紧力FK=3.5 KN.
2）导向方案的选择
导向方案的选择
如图所示，由于零件是批量生产，考虑钻模磨损后可以更换，选择标准结构的可换钻模。根据《夹具的手册》表1-7-4，钻模至工件表面的距离按选取，考虑本工序加工时钻头较细，防止切屑将钻头憋断，应有足够的排屑空间，钻套至工件表面的距离取10mm。

小 节
时光飞逝，为期两个星期的机械制造工艺课程设计已经接近尾声。回首这段时间的设计过程，感慨万千。使我从中学到了以前在课内根本就学不到的东西。受益匪浅！
在这次设计过程中，使我真正的认识到自己的不足之处，以前上课没有学到的知识，在这次设计当中也涉及到了。使我真正感受到了知识的重要性。
这次设计将我以前学过的机械制造工艺与装备、公差与配合、机械制图、工程材料与热处理工艺等知识很好的串联了起来，起到了穿针引线的作用，巩固了所学知识的作用。
在机械制造工艺课程设计中，首先是对工件机械加工工艺规程的制定，这样在加工工件就可以知道用什么机床加工，怎样加工，加工工艺装备及设备等，因此，工件机械加工工艺规程的制定是至关重要的。
在机械制造工艺课程设计中还用到了CAD制图和一些计算机软件，因为学的时间长了，因此在开始画图的时候有很多问题，而且不熟练，需参阅课本。但不久就能熟练的画了。CAD制图不管是现在，对以后工作也是有很大的帮助的。因此，这次真正将以前所学的联系到实际应用中来了。
在这次机械制造工艺课程设计中，还有一个重要的就是关于专用夹具的设计，因为机床夹具的设计在学习的过程中只是作为理论知识讲的，并没有亲自设计过，因此，在开始的设计过程中，存在这样那样的问题，在老师的细心指导下，我根据步骤一步一步的设计，画图，查阅各种关于专用夹具的设计资料，终于将它设计了出来，我感到很高兴，因为在这之中我学到了以前没有学到的知识，也懂得了很多东西，真正做到了理论联系实际。
在这次机械制造工艺课程设计中，我学到了很多知识，有一点更是重要，就是我能作为一个设计人员，设计一个零件，也因此，我了解了设计人员的思想，每一个零件，每件产品都是先设计出来，再加工的，因此，作为一个设计人员，在设计的过程中一点不能马虎，每个步骤都必须有理有据，不是凭空捏造的。而且，各种标准都要严格按照国家标准和国际标准，查阅大量资料，而且设计一个零件，需要花好长时间。亲自上阵后我才知道，做每件是都不是简简单单就能完成的，是要付出大量代价的。因此，我们也要用心去体会每个设计者的心思，这样才能像他们一样设计出好的作品。
在这次械制造工艺课程设计中，对我来说有所收获也存在着不足之处。
收获：
1）能把以前所学的各种知识，综合的运用的这次设计中，巩固了以前所学的知识。
2）学会了参阅各种资料及查各种余量、切削用量等手册。
3）学会了，分析问题，解决问题的能力。
不足之处：
1）有些步骤，问题解决的方法不是很好，需在以后的学习、实践中进一步改进。
2）有些工艺路线制定的不是太好，而且余量、切削用量设计不是很精确，需在以后的实践中积累经验，进一步改进。
综上所述：这次的械制造工艺课程设计对我以后的工作起了很大的帮助，我认识到，无论是工作还是学习都必须做到认真、谨慎，时时处处细心。

参考文献
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2、倪森寿 主编。机械制造工艺与装备。化学工业出版社，2001。
3、张进生 主编。机械制造工艺与夹具设计指导。机械工业出版社，1994。
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6、胡家秀 主编。简明机械零件设计实用手册。机械工业出版社，1999。
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8、倪森寿 主编。机械制造工艺与装备习题集和课程设计指导书。化学工业出版社，2001。
9、刘越 主编。机械制造技术。化学工业出版社，2001。
10、赵如福主编。金属机械加工工艺人员手册（第三版）。上海科技技术出版社，1981。
11、南京工程学院 陈于萍 主编 沈阳大学周兆元副主编。互换性与测量技术基础。机械工业出版社，2004。