角形轴承箱工艺设计及夹具设计.docx
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角形轴承箱工艺设计及夹具设计
Revisedat2pmonDecember25,2020.
角形轴承箱工艺设计及夹具设计
机械制造工艺及夹具
课程设计说明书
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
指导教师
机电建工学院机械系
201年月日
五、
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)和大部分专业的一门课程,并进行了生产实习的基础上进行的一个教学环节。
这是我们在进行课程设计之前对所学课程的一次深入的全面的总复习,也是一次理论联系实际的训练。
因此,它在几年的学习中占重要地位。
就我个人而言,希望通过这次课程设计,对自己今后将从事的工作,进行一次适应性训练,通过设计锻炼自己分析问题、解决问题的能力,为今后的工作打下一个良好的基础。
二、设计任务分析
(一)零件的作用
角形轴承箱是用夹固定在轴承的箱体,通过固定轴承来实现轴承的正常运转槽50h11与端面100h11为配合表面有较高的精度及表面粗糙度。
140h11为内圆较高的定位基准Φ180H7孔为轴承配合表面有较高的精度。
(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、表面精度要求均较高,零件的主要技术要求分析如下:
(1)T1、T2两表面对Φ180H7孔轴线垂直度摆差不大于及圆度,主要保证轴承能正确的安装在该箱体上,角形轴承箱利用自行的50h11的凹槽进行定位,因此要T3、T4的精度及槽的定位精度为。
(2)铸件要求不能有砂眼、疏松、气孔等铸造缺陷,以保证零件的强度、硬度及刚度,在外力的作用下,不致于发生意外事故。
设计夹具时要注意该事项。
(3)由Φ180h7的孔是一比较重要的孔,也是以后机床加工工序的主要定位基准,因此孔的工序是比较重要的,要在夹具设计中考虑,保证达到该孔的精度、粗糙度、与端面的垂直度的要求,主要是确定装夹基准和夹紧块位置。
机械加工工艺方案选择
方案一:
轴承箱孔用镗工艺,轴承箱两端面及两支脚的槽均采用铣工艺,剩余的采用钻工艺。
这样的好处在于其加工过程中的夹具设计较为简单,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(其夹具均采用一个),两支脚的槽均采用铣工艺,剩余的采用钻工艺。
这种加工方案能保证零件图中两端面的垂直度,但夹具设计较为复杂。
经过小组讨论,为保证零件的各个尺寸要求采用方案二。
(三)机械加工工艺规程设计
(一)确定毛坯的制造形式
1、选择毛坯
该零件材料为HT150,考虑到轴承的正反转和主要受径向力等情况,以及参照零件图上所给的该零件不加工表面的粗糙度要求,对于不进行机械加工的表面的粗糙度通过铸造质量保证,属批量生产,且该零件的外形尺寸不复杂,又是薄壁零件,故采用金属型铸造。
2、确定毛坯尺寸
由参考文献[1]表可知,该种铸件的尺寸公差等级CT为8~10级,加工余量等级由表。
故取CT为10级,MA为E级。
参阅文献资料可知,可用查表得方法确定各加工表面的总余量,但由于查表确定的总余量值各不相同,一般情况下,除非有另有规定,一般要求的机械加工余量适用于整个毛坯铸件,即对所有需要机械加工的表面只规定一个值,且该值应根据最终机械加工后成品铸件的最大轮廓尺寸,在相应的尺寸范围内选取。
故取所有两基准面面额单边余量为5mm;L形平台单边余量;两端面双边余量2mm,内孔双边余量。
其毛坯图外型尺寸的公差要求及公差值详见毛坯图。
宽360
±
宽350
±
支脚外侧面到中心距148
±
支脚外侧面到中心距148
±
支脚宽58
(双边)
±
65
凸台距支脚底面75
(单边)
±
孔Φ180
(双边)
±
Φ173
厚100
(双边)
±
107
3.设计毛坯图
根据上面毛坯尺寸的确定,将零件图转变为毛坯图。
详见毛坯零件图。
(2)基准的选择
基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。
基面选择得正确与合理可以使加工质量得到保证,生产率得以提高。
粗基准选择:
选择重要孔Φ180的毛坯孔作为粗基准加工轴承座右端面,选择轴承座右端面、两支脚外侧面作为粗基准加工重要孔Φ180,便于后续加工。
精基准选择:
基准重合原则(上支脚上端面与下支脚右端面)、基准统一原则(很多尺寸以重要孔Φ180作为基准)。
(四)工艺路线的拟定及工艺方案的分析
由上述的零件分析和查阅相关文献,根据本零件的加工要求,使用到的主要机床有:
铣床,镗床,钻床;铣床主要用来铣削直角边、槽;镗床主要用来镗削端面,镗孔;钻床主要用来钻孔。
根据零件的表面粗糙度质量要求和尺寸公差要求,对要求机械加工的各端面和孔,现制定加工方法如下:
1、对于两个直角面,其表面粗超度值为,由《机械制造工艺设计手册》可知:
需通过粗铣和半精铣的加工工序获得。
2、对于长度为75mm的凹台,其表面粗糙度值为,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的孔,其表面粗糙度值为,由《机械制造工艺设计手册》可知:
可通过粗镗,精镗的加工工序获得。
4、对于φ250mm的两个端面,其表面粗糙度为,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的加工方法获得要求的表面质量。
5、对于零件上的6-φ,这6个孔,其表面粗糙度为,只需通过一次钻削即可获得。
6、对于两个直角面上的50h11mm的槽,其表面粗超度值为,由参考文献[1]可知:
这两个槽通过粗铣和半精铣的加工工序可获得。
7、对于零件侧面上的2-φ25的两个通孔其表面粗糙度为,只需通过一次钻削即可获得。
按照图纸要求,其余未加工表面质量,通过铸造工艺保证。
制定工艺路线,在生产纲领确定的情况下,根据零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求来制定工艺路线。
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。
1
铸造
铸造毛坯
/
2
清洁
清除浇冒口、型砂、毛刺
/
3
热处理
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)各工序的基本工时
1.工序4-粗车轴承座右端面
根据指导教程手册参考文献[1]表5-2中硬质合金车刀的粗车时的背吃刀量和进给量和切削速度的范围,再根据表4-1中当初所选的车床型号C630的各参数范围选定该工艺的进给量f=r,切削速度v=45m/min,背吃刀量ap=2mm。
根据主轴转速公式
,所以该工序的基本时间为:
tj=
,辅助时间tf==,其他时间tb+tx=6%*(+)=,则单间时间tdj=++=
2.工序9-粗铣一边凸台、支脚内侧面
根据指导教程手册参考文献[1]表4-14选用立式铣床X53K,选用中齿莫氏锥柄立铣刀20X123GB/T。
由表5-9,该工序每转进给量
,d=ae,根据表5-13取切削速度v=30m/min,
根据零件尺寸得
,辅助时间tf==
3.工序11、12-钻孔
工序11:
Φ13孔。
根据指导教程手册参考文献[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。
由表5-22再根据实际情况选用切削速度v=20m/min,进给量f=r。
根据公式及表4-6计算出合适的主轴转速
,辅助时间tf==
工序12:
Φ25孔,计算方法与上述同理。
切削速度v=20m/min,进给量f=r,
,辅助时间tf==
三、机床夹具设计
其过渡盘结构尺寸参考文献[2]中的机床主轴尺寸结构而设计
如图所示,粗车轴承座左端面、粗镗孔,加工要求有孔径大小为
,两端面间距为103±,其表面粗糙度均为。
(一)定位方案分析
1.确定要限制的自由度、选择定位基面及定位元件
1)确定要限制的自由度分析工序加工要求需要限制的自由度,为保证尺寸103±,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
根据加工要求需要限制的自由度,选择定位基面及定位元件,确定定位方案。
方案I:
以轴承孔作为主要定位基面,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的,粗镗,所以
的孔不能拿来做定位。
方案Ⅱ:
以轴承座端面作为主要定位基面,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,该方案符合基准重合原则,有利于保证端面对
孔轴线的垂直度要求。
因此,选择方案Ⅱ的定位
(二)计算定位误差(参考文献[3])
内孔的直径
mm要求由镗刀保证,端面与
mm的孔的垂直度,
mm的孔有圆度的尺寸要求,其它要求为未注公差尺寸。
1.尺寸103±的定位误差
1)尺寸103±的工序基准是左端面,定位基准也是左端面,基准重合。
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)所以ΔD=0。
2.轴承座端面与
孔轴线的垂直度要求的定位误差
1)垂直度的工序基准是
孔轴线,定位基准是轴承座端面,基准不重合。
ΔΒ=
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,采用垂直于底面的螺栓夹紧一个压块来夹紧工件,此定位方案要在端面交工后采用,如果采用铣端面的工序方案可用此夹紧方案结构简单。
方案Ⅱ:
对
面施加夹紧力,采用平行于底面活动的杆加一个活动V形夹紧块,在一端用铰链支座固定,另一端用带螺纹的杆,用螺母来夹紧。
活动V形块处于夹紧机构中间,由于杠杆原理可使夹紧力翻倍。
综合以上分析,因为是车床夹具,有转动的离心力,方案I不适合本工序流程的加工,方案Ⅱ可以利用离心力,增大摩擦,而不会松动。
(四)夹具操作的简要说明
把零件的下支脚侧面靠在支撑板上,并贴紧,轴承座左端面靠在夹具体上,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,完成夹紧。
(五)夹具总图上尺寸、公差配合、技术条件标注
1.夹具总图上应标注的尺寸
(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工件与定位元件的联系尺寸(B类尺寸):
1)工件与定位元件的配合尺寸:
2)定位元件之间的位置尺寸。
本夹具是两支脚位置:
148±;
③夹具与刀具的联系尺寸(C类尺寸):
指定位元件与对刀元件之间的位置尺寸,与工件尺寸相关。
本夹具是车床,主要靠夹具与机床之间的定位关系来保证刀具与工件之间的位置关系。
④夹具与机床的联系尺寸(D类尺寸):
把夹具顺利装入机床所涉及到的尺寸,与机床尺寸相关。
本夹具是过渡盘与车床主轴:
Φ125H7、M120X58。
⑤其它装配尺寸(E类尺寸):
1)夹具内部的配合尺寸;
2)有相互位置要求的装配尺寸。
本夹具是销与孔的配合尺寸、夹具体与过渡盘:
Φ380H7/js62.
夹具总图上公差配合的制订
⑴夹具标准件与相关零件的配合参照《夹具设计手册》选取;
⑵与工件加工尺寸公差无关的夹具公差;
⑶与工件加工尺寸公差有关的夹具公差。
3.夹具总图上技术条件的制订
⑴夹具总图上的技术条件包括:
装配过程中的注意事项;装配后应满足的位置精度要求;操作要求等。
装配后应满足的位置精度要求主要归纳为如下框图:
框与框之间有连线,表明有相互位置要求,箭头指向框为相互位置的基准。
⑵夹具总图上技术条件大小的确定:
①与工件上技术条件δH相关,则δHJ=(1/2~1/5)δH
②与工件无关,参照有关手册确定。
本车床夹具:
A:
长:
318mm,宽:
550mm,高:
550mm
B:
两支脚位置:
148±
D:
过渡盘与车床主轴:
Φ125H7、M120X58
E:
夹具体与过渡盘:
Φ380H7/js6、孔与销Φ10H7/p6
H2:
支承板对过渡盘轴线的平行度误差mm,对于过度盘端面垂直度误差
H4:
夹具端面对多度盘端面的平行度误差
(六)设计总结评价
任务要求:
角形轴承箱是用夹固定在轴承的箱体,通过固定轴承来实现轴承的正常运转槽50h11与端面100h11为配合表面有较高的精度及表面粗糙度。
140h11为内圆较高的定位基准Φ180H7孔为轴承配合表面有较高的精度。
科学性:
本次的夹具设计,我们都是根据书本上的标准来画的,有些标准件我们都是从画图软件里直接导出来的,对于那些我不是很清楚的地方,我们都咨询老师及查询资料,所以设计出来的夹具具有很高的科学性。
创新性:
本次的夹具设计完全是我们自己独立设计的,所以具有一定的创新性
可靠性:
本次夹具设计按成后,我们从可靠性和可行性得到老师的专业指导,虽然夹具没有生产出来,可靠性没有得到实践的证明,但由于老师具有多年的企业工作经验,所以具有较好的可靠性。
实用性:
本次夹具设计是根据角形轴承箱的实际加工过程来设计的,设计出来的夹具是专门用来夹半成品,放在车床上加工的。
经济型:
此夹具仅仅是用了最简单的定位元件和一些连接机构,经济成本较低,具有很好的经济性.
四、后记
纵观我们以前学过的课程:
机械制图教会我们如何识图、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教导了我金属有哪些材料,它的力学性能及如何分析它的强度、硬度、金相组织等;机械原理和机械设计教会我们如何设计机械结构,互换性教会我们尺寸公差及形位公差,金属切削原理及刀具、机床教会我们加工过程中如何选用合适的机床、刀具等。
而工艺学就是集以前所学加上工艺流程制定来规划整个工件的加工过程。
一学期下来,我收获颇多,而现在有课程设计这样一次机会让我能深刻体会到一个零件的加工全过程。
从选择毛胚到制定工艺路线,再到专用夹具的设计,需要查询很多书籍和手册,有关于材料的,有关于互换性的,有关于夹具结构的,有关于机床刀具的,要考虑到零件的力学性能,零件结构是否会相互干涉,刀具机床是否合适,夹具及夹具个零件的结构是否合理能否加工、其加工的经济成本,尺寸的公差是否符合要求等一系列问题。
通过了这次的课程设计深刻体会到了工艺是一门复合型极强的学科,其中包含了很多方面的知识,我从中受益匪浅。
1.提升了分析、解决问题的能力。
在开始构思的时候以为自己想的方案没问题了,可真正将它画在纸上并进行后续的计算设计时才发现有问题。
这时就要去思考如何改进,通过查询资料观察别人的设计和老师询问使得设计的进度顺利进行下去。
像开始的加工工艺制定,开始小组讨论产生很多方案,不知道如何抉择,边和老师探讨了许多,分析了不同的加工工艺路线所带来的不同变化,比如会影响后续夹具设计的复杂程度、实际加工的可行性、加工的经济问题;还有在设计夹具中发现此时夹具有些复杂,如果修改加工工艺可以使得夹具结构简单化。
这时和小组成员一起探讨了重新开始的可行性,结果让我对工艺又加深了理解。
老师的指导也让我意识到工艺的重要性,本次的车端面工艺可能还不够好,最好还是采用端面铣工艺,这样就会使夹具设计中的错误减少。
2.对理论知识起到了加巩固的作用。
在设计的过程中我翻阅了许多文献,对材料如何选择、工艺路线如何制定及常用定位夹紧方案和元件都有了一些了解。
但看书是远远不够的,还要赋予实践。
在制图过程中,老师指出了许多制图规则上的错误,像螺栓与螺纹之间的配合图,工件及各零件和尺寸、剖视等制图的颜色、方向、粗细等细节方面,公差是否通过查询书籍算出来的,技术要求是否符合要求,定位的地方不能只靠螺栓一定要有销。
通过了老师指出的错误才发现以前学过的知识还需要认真巩固,在机械道路上是不能有一丝的放松。
熟练掌握常用公差软件的使用。
CAXA电子图板、UG是我使用的软件。
像如何在CAXA中快速修改各种线条、尺寸的比例颜色格式,如果不改线条的比例,会因为你工件的尺寸而发生改变,比如双点划线变成一条直线等。
最后,课设过程中多次求助指导老师,都得到耐心、细致的解答,
在此向叶老师致以最真诚的感谢!
主要参考资料
[1]邹青.机械制造技术基础课程设计指导教程[M].北京:
机械工业出版社出版
[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础[M].北京:
中国林业出版社出版,
[4]朱冬梅.画法几何及机械制图[M].北京:
高等教育出版社出版
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