对角形轴承箱加工工艺和夹具设计.docx
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对角形轴承箱加工工艺和夹具设计
摘要
该毕业毕业设计首先进行了对角形轴承箱的零件分析，通过对角形轴承箱零件进行的分析和研究，阐述了其零件工艺分析、毛坯制造形式、毛坯制造方法、基准选择、工艺方案路线的确定等相关内容；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。
在本次毕业设计中，根据所给的角形轴承箱的零件图、技术要求和加工批量及设备，通过查阅有关书籍，了解和掌握了的机械工艺及夹具设计的一般步骤和方法，并运用了这些方法和步骤进行了角形轴承箱的机械加工工艺规程的编制和工序六的专用夹具的设计。
整个设计的指导思想是“简便、高效、经济”地生产出符合要求的产品
序言
机械制造技术基础课程设计，是在我们学完了机械制造技术基础和大部分专业课，并进行生产实习的基础上进行的又一实践性教学环节。
这是我们在进行毕业之前，对所学各课程的一次深入的综合性的复习，也是一次理论联系实践的训练，同时毕业设计也是我们对大学学习的总结。
通过此次此次设计，应该得到下述各方面的锻炼：
1、能熟练运用机械制造工艺设计中的基本理论以及在生产实习中学到的实践知识，正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及工艺路线安排，工艺尺寸确定等问题，保证零件的加工质量。
2、提高结构设计的能力。
通过设计夹具的训练，应当获得根据被加工零件的加工要求，设计出高效省力，经济合理，而且能保证加工质量的夹具的能力。
3、学会使用手册及图表资料，掌握和本设计有关的各种资料的名称出处，能够做到熟练使用。
由于能力有限，经验不足，设计中还有许多的不足之处，希望各位老师多加指导。
一、零件的分析
（一）零件的作用
题目所给的零件是机用床的角形轴承箱。
它位于车床机构中，主要用来支撑、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和端面100h11为配合表面有较高的精度和表面粗糙度。
140h11为内圆较高的定位基准，φ180H7孔为轴承配合有较高的精度。
（二）零件尺寸图
（三）零件的工艺分析
通过对该零件的重新绘制知，原样图的视图正确、完整，尺寸、公差及技术要求齐全。
根据零件的尺寸图，可以初步拟定零件的加工表面，其间有一定位置度要求。
为此以下是底板座架需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求，分述如下：
在尺寸图中，左视图上标注的零件的两侧面（100h11）垂直于基准C（φ180H7孔的轴线）其垂直度公差为0.1mm。
在左视图上标注的宽度为50h11的（两槽）槽的两侧面平行于基准B（左视图中零件的左侧面），其平行度公差为0.12mm。
左视图上标注的φ180H7的孔有圆度要求，其圆度公差为0.008mm。
在尺寸图中，树视图上标注的宽度为50h11的两槽的内槽面有垂直度要求，其垂直度公差为0.12mm。
主视图上标注为
的孔，有位置度的要求，其位置度公差为0.6mm
在尺寸图中，俯视图上标注的宽度为50h11槽，有位置度要求，其公差值为0.4mm。
由零件图可知，零件的不加工表面粗糙度值为6.3um。
零件的材料为HT200。
铸件要求不能有吵眼、疏松、气孔等铸造缺陷，以保证零件强度、硬度及刚度，在外力作用下，不致于发生意外事故。
根据各加工方法的经济精度及一般机床所能达到的位置精度，该零件没有很难加工的表面尺寸，上述表面的技术要求采用常规加工工艺均可以保证，对于这两组加工表面而言，可以先加工其中一组表面，然后借助于专用夹具加工另一组表面，并且保证它们的位置精度要求。
二、确定毛坯
（一）确定零件的生产类型
零件材料为HT200。
考虑零件在机床运行过程中所受冲击不大，零件结构又比较简单，又是薄壁零件。
故选择铸件毛坯。
假定该零件的生产纲领是10000件每年。
依设计题目知：
Q=5000台/年，n=2件/台；结合生产实际，备品率a%和废品率b%分别取10%和1%。
代入公式N=Qn（1+a%）（1+b%）得：
N=5000台/年
2件/台
（1+10%）
（1+1%）=11110（式1.1）
角形轴承座的重量为29.8kg，由参考文献[1]表1.1-2知，角形轴承座是中型机械中的零件，属轻型零件；并且生产类型为大批生产。
（2）选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯图
1、选择毛坯
该零件材料为HT200，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，又由于该零件年产量为11110件，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2.2-3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2.24。
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。
故取所有加工表面额单边余量为4mm。
其毛坯图外型尺寸的公差要求及公差值详见毛坯图。
2、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。
三、工艺规程设计
（一）选择定位基准
基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。
基面选择得正确和合理可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。
1、粗基准的选择：
对于零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准。
而对有若干个不加工表面的工件，则应以和加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作粗基准。
根据这个基准选择原则，选取零件的右端面为粗基准。
2、精基准的选择：
主要应该考虑基准重合的问题。
当设计基准和工序基准不重合时，应该进行尺寸链换算。
精基准是什么？
（二）零件表面加工方法的选择
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φ250mm的两个端面，其表面粗糙度为6.3um，由参考文献[1]1.4-8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，同时如果在镗削φ180H7mm孔时，首先就是镗削端面，也是可以的，也是通过粗镗，半精镗。
查阅相关资料可知，对于φ250mm的端面，可以在镗孔前换上圆盘铣刀，进行镗床上的铣削加工。
2、对于两个直角面，其表面粗超度值为6.3um，由参考文献[1]1.4-8可知：
需通过粗铣和半精铣的加工工序获得。
3、对于两个直角面上的50h11mm的槽，其表面粗超度值为6.3um，由参考文献[1]1.4-7可知：
这两个槽通过粗铣和半精铣的加工工序可获得。
4、对于φ180H7mm的孔，其表面粗糙度值为1.6um，由参考文献[1]1.4-7可知：
可通过粗镗，半精镗，精镗的加工工序获得。
5、对于长度为75mm的凹台，其表面粗糙度值为12.5um，由参考文献[1]1.4-7可知：
只需进行一次铣削即可获得。
6、对于零件上的6-φ13
以及侧面的2-φ25，这8个孔，其表面粗糙度为12.5um，只需通过一次钻削即可获得。
7、按照图纸要求，其余未加工表面质量，通过铸造工艺保证。
（三）制定工艺路线
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。
工艺路线方案一如下：
工序一金属型铸造毛坯。
工序二人工时效。
工序三粗车φ250端面
工序四粗车φ180H7孔
工序五粗铣两大平面，两小平面
工序六半精镗两端面、半精镗180H7孔
工序七铣槽
工序八钻孔
工序九精镗φ180H7mm孔
工序十钳工去毛刺。
工序方案二如下：
工序一金属型铸造毛坯。
工序二人工时效。
工序三以φ250端面为粗基准，定位安装，铣加工一直角平面，保证尺寸148mm。
工序四以已加工的一直角平面为精基准，加工另一直角平面，保证两平面垂直度公差小于0.12mm。
工序五以一直角平面为精基准，镗销端面及镗加工φ180H7，，保证孔中心距148mm。
工序六以φ180H7孔定位夹紧，铣加工另一端面保证尺寸100h11。
工序七以φ180H7孔及基准B面定位夹紧，铣加工槽50h11，保证尺寸140h11。
工序八以已加工好的槽50h11定位，加工另一槽50h11，保证尺寸140h11。
工序九以φ180H7孔及基准B面定位夹紧，铣一边长度为75mm的凹台。
工序十以φ180H7孔及基准B面定位夹紧，铣另一边长度为75mm的凹台。
工序十一以孔φ180H7定位，钻6-φ
。
工序十二以孔φ180H7定位，使用钻模钻2-φ25mm的孔。
工序十三钳工去毛刺。
工序十四终检入库。
由以上两种方案可以看出：
第一种方案是用车削的方法，在车端面的同时将孔一并粗车完成，然后将两个端面一次铣出，能保证较好的平行度，在用端面定
位，用滑柱钻模的钻套中心，用钻模直接压紧;方案二是利用镗床上加工而来的，并且在加工φ180H7时，是以一直角平面为精基准，镗加工φ180H7，及端面，保证中心距148mm。
为了达到这样的加工要求，在镗床上进行加工时，需要同时完成镗端面，镗孔的加工过程。
方案一是按照先面后孔的原则，因为由于平面定位比较稳定，装夹方便，一般零件多选用平面为精基准，因此总是先加工平面后加工孔。
但有些零件平面小，不方便定位，则应先加工孔。
在这里的工序五中，是以加工好的直角面为精基准的。
同时，由零件图上，φ180H7的两端面垂直于孔，而不是，孔垂直于面，也就是说，这两个面是以孔为加工基准的。
那么，首先加工一个面，同时完成孔的加工，这样就能保证面和孔的垂直度在0.01mm之内，然后再以孔为定位基准，加工另一端面，这样的工艺才是本零件图上位置度要求的。
通过这样的分析，使用适当的原则，才能体现出设计的真正意义——灵活，正确的使用已学的知识来指导我们的设计工作。
同时在车床上镗φ180H7孔时，仍要做专用的夹具，而在镗床上加工，则可不必用，并且更能保证零件图中的位置度要求。
对于镗床上的经济性，可利用批镗的加工方式。
此外方案二中利用镗床对于加工轴或孔的端面时，不能够像和方案一利用车床那样的车端面，而且在镗床上镗削端面的过程中，如果用镗孔的镗刀镗削端面，并不能够实现自动的扩大镗削直径，只能通过人工进刀的方式来扩大镗削直径，这样无疑就增加了操作上的难度和加工上的成本。
和之相比较的另一种方案，就是使用直径较大的盘刀，一次走到即可完成端面的加工，然后换镗刀进行镗孔，这样相比较就节省了时间和节约了加工成本。
这里的换刀看上去是比较麻烦，但对于30多公斤的工件来说，装夹一次，通过换刀来完成多道加工工序，是经济可行的！
因些选择方案二。
四、机械加工余量、工序尺寸的确定
“角形轴承座，零件材料为HT200，硬度180～200HB，生产类型大批量，金属型铸造毛坯。
”据以上原始资料及加工路线，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸如下：
1.由参考文献[1]所得的加工余量可以确定毛配总加工余量如下表：
工序号
加工内容
加工余量
精度等级
工序尺寸
表面粗糙度
工序余量
最小
最大
01
铸件
02
人工时效
03
铣加工一直角平面（基准B面）
4
IT12
6.3
1.0
2.0
04
铣加工另一个直角平面（和B面相对的那个）
4
IT12
6.3
1.0
2.0
05
镗加工φ180H7，及端面
4
IT9
1.6
0.5
1.0
06
铣φ180H7的另一端面
4
IT12
6.3
2
4
07
铣50h11的槽
8
IT13
6.3
2
4
08
铣另一50h11的槽
8
IT9
6.3
1
2
09
铣长度为75mm的凹台
IT12
12.5
10
铣另一长度为75mm的凹台
IT12
12.5
11
钻6-φ
的孔
IT12
12.5
1.5
2.0
12
钻2-φ25的孔
IT12
12.5
13
钳工去毛刺
14
终检入库
五、确立切削用量及基本工时
工序一
铸造毛坯，如毛坯图（CAXA毛坯图）。
工序二
人工时效，消除内应力。
工序三
1、加工条件
工件材料：
HT200,硬度180～200HB，铸造;
加工要求：
以φ250端面为粗基准，定位安装，铣加工一直角平面，保证尺寸148mm。
机床：
铣床，X62W卧式万能铣床。
刀具：
高速钢圆柱形铣刀。
铣削宽度ae=4mm,深度ap=90mm。
根据《切削手册》）取刀具外径d0=80mm,选择刀具前角γo＝＋10°后角αo＝16°，副后角αo’=8°，刀齿斜角λs=－10°,主刃Kr=60°,过渡刃Krε=30°,副刃Kr’=5°，由于其表面粗糙度值为12.5um，因为148mm无尺寸公差要求，故只需进行一次粗铣即可达到要求。
2、切削用量
（1）确定切削进给量
根据参考文献[2]六-常用铣床的技术资料表3.30，X62W型卧式万能铣床的功率为7.5kW，工艺系统刚性为中等，细齿盘铣刀加工铸铁，查得每齿的进给量fz=0.15～0.3mm/z，现取fz=0.2mm/z。
（2）铣刀磨钝标准及寿命
根据参考文献[2]表3.7，用高速钢盘铣刀粗加工铸铁，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为0.8mm，铣刀直径d=80mm，耐用度T=180min。
（3）确定切削速度和工作台每分钟进给量fMZ,，由参考文献[2]计算公式3.27得：
（式5.1）
其中由参考文献[2]表3.28知：
Cv=9.5，qv=0.7，xv=0.3，yv=0.6，uv=0.5，pv=0.3，m=0.25，kv=1.0。
将上述数据带入公式可得
v=7.875m/min
（式5.2）
根据参考文献[2]六-常用铣床的技术资料表3.30，X62W型卧式万能铣床主轴的转速表，选择n=30r/min=0.5r/s，则实际切削速度v=7.536m/min=0.1256m/s，工作台每分钟的进给量
fMZ=0.25×12×30=90mm/min（式5.3）
根据参考文献[2]六-常用铣床的技术资料表3.30，X62W型卧式万能铣床工作台进给量表，选择fMZ=95mm/min，则实际每齿的进给量
。
（4）校验机床功率
根据参考文献[2]表3.28中的计算公式，铣削是的功率（kW）为
（式5.4）
（式5.5）
式中CF=30，xF=1.0，yF=0.65，uF=0.83，qF=0.83，ap=90mm，ae=4mm，fz=0.264，z=12，d=80mm，n=30r/min，kFC=0.63。
将上述数据带入公式可得
Fc=744.96N（式5.6）
V=7.536m/min，则
Pc=5.614kW
根据参考文献[2]六-常用铣床的技术资料表3.30，X62W型卧式万能铣床主电动机功率为7.5kW，故所选用切削用量可以采用，所确定的切削用量为fz=0.264mm/z，fMZ=95mm/min，n=30r/min，v=0.1256m/s。
3、基本时间
根据参考文献[1]表6-2.7，三面刃铣刀铣面的基本时间为
（式5.7）
则l1=20mm，l2=4mm，fMZ=95mm/min，i=1；
Ti=3.03min=181.8
工序四
1、加工条件
工件材料：
HT200,硬度180～200HB，铸造;
加工要求：
以已加工的一直角平面为精基准，加工另一直角平面，保证两平面垂直度公差小于0.12mm。
机床：
铣床，X62W卧式万能铣床。
刀具：
高速钢圆柱形铣刀。
铣削宽度ae=4mm,深度ap=90mm。
根据文献［2］取刀具外径d0=80mm,选择刀具前角γo＝＋10°后角αo＝16°，副后角αo’=8°，刀齿斜角λs=－10°,主刃Kr=60°,过渡刃Krε=30°,副刃Kr’=5°,过渡刃宽bε=1mm。
由于其表面粗糙度值为12.5um，因为148mm无尺寸公差要求，故只需进行一次粗铣即可达到要求。
2、切削用量
（1）确定切削进给量
根据参考文献[2]六-常用铣床的技术资料表3.30，X62W型卧式万能铣床的功率为7.5kW，工艺系统刚性为中等，细齿盘铣刀加工铸铁，查得每齿的进给量fz=0.15～0.3mm/z，现取fz=0.2mm/z。
（2）铣刀磨钝标准及寿命
根据参考文献[2]表3.7，用高速钢盘铣刀粗加工铸铁，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为0.8mm，铣刀直径do=80mm，耐用度T=180min。
（3）根据参考文献[2]表3.28中的计算公式,确定切削速度和工作台每分钟进给量fMZ
（式5.8）
其中Cv=9.5，qv=0.7，xv=0.3，yv=0.6，uv=0.5，pv=0.3，m=0.25，kv=1.0。
将上述数据带入公式可得
v=7.875m/min
（式5.9）
根据参考文献[2]表3.30，可知X62W型卧式万能铣床主轴的转速表，选择n=30r/min=0.5r/s，则实际切削速度v=7.536m/min=0.1256m/s，工作台每分钟的进给量
fMZ=0.25×12×30=90mm/min
根据参考文献表[1]5-76，X62W型卧式万能铣床工作台进给量表，选择fMZ=95mm/min，则实际每齿的进给量
。
（式5.10）
（4）校验机床功率
根据参考文献[2]表3.28中的计算公式，铣削是的功率（kW）为
（式5.11）
（式5.12）
式中CF=30，xF=1.0，yF=0.65，uF=0.83，qF=0.83，ap=90mm，ae=4mm，fz=0.264，z=12，d=80mm，n=30r/min，kFC=0.63。
将上述数据带入公式可得
Fc=744.96N
V=7.536m/min，则
Pc=5.614kW
根据参考文献表[1]5-76，X62W型卧式万能铣床主电动机功率为7.5kW，故所选用切削用量可以采用，所确定的切削用量为fz=0.264mm/z，fMZ=95mm/min，n=30r/min，v=0.1256m/s。
（5）基本时间
根据参考文献[1]表6-2.7，三面刃铣刀铣面的基本时间为
（式5.13）
则l1=20mm，l2=4mm，fMZ=95mm/min，i=1；
Ti=3.03min=181.3s
工序五
Ⅰ粗镗加工φ180H7的端面
a）加工条件
工件材料：
HT200,硬度180～200HB，铸造;
加工要求：
以一直角平面为精基准，粗镗φ180H7的端面；
机床：
镗床，T68卧式镗床。
刀具：
端铣刀，刀具外径D=315mm，刀具安装孔d=60mm,H=80mm，b=25.7mm，刀齿斜角λ=14°,主刃Kr=60°，齿数z=20,镗削宽度ae=250mm,深度ap=2.5mm。
2、切削用量
（1）确定切削进给量
根据参考文献[1]表4.2-19，T68型卧式镗床的功率为6.5kW，工艺系统刚性为中等，细齿盘铣刀加工铸铁，查得每齿的进给量fz=0.15～0.3mm/z，现取fz=0.2mm/z。
（2）铣刀磨钝标准及寿命
根据参考文献[2]表3.7，用高速钢盘铣刀粗加工铸铁，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为0.8mm，铣刀直径D=315mm，耐用度T=240min。
（3）由参考文献[2]计算公式3.27，确定切削速度和工作台每分钟进给量fMZ
（式5.14）
其中Cv=18.9，qv=0.2，xv=0.1，yv=0.4，uv=0.1，pv=0.1，m=0.15，kv=0.63。
将上述数据带入公式可得
v=12.796m/min
（式5.15）
根据参考文献[1]表4.2-20，T68型卧式镗床主轴的转速表，选择n=20r/min，则实际切削速度v=19.782m/min=0.3297m/s，工作台每分钟的进给量
fMZ=0.2×20×20=80mm/min（式5.16）
根据参考文献[1]表4.2-22，T68型卧式镗床工作台进给量表，选择fMZ=80mm/min，则实际每齿的进给量
。
（4）校验机床功率
根据参考文献[1]表3.28中的计算公式，镗铣削是的功率（kW）为
（式5.17）
（式5.18）
式中CF=30，xF=1.0，yF=0.65，uF=0.83，qF=0.83，ap=90mm，ae=4mm，fz=0.264，z=12，d=80mm，n=30r/min，kFC=0.63。
将上述数据带入公式可得
Fc=274.027N
v=19.782m/min，则
Pc=5.42kW
根据参考文献[2]表4.2-19，T68型卧式镗床主电动机功率为6.5kW，故所选用切削用量可以采用，所确定的切削用量为fz=0.2mm/z，fMZ=80mm/min，n=20r/min，v=0.3297m/s。
4、基本时间
根据参考文献[1]表6-2.7，三面刃铣刀铣面的基本时间为
（式5.19）
则l1=195.2mm，l2=4mm，fMZ=80mm/min，i=1；
Ti=5.62min
Ⅱ半精镗加工φ180H7的端面
1、加工条件
工件材料：
HT200,硬度180～200HB，铸造;
加工要求：
以一直角平面为精基准，半精镗φ180H7的端面；
机床：
镗床，T68卧式镗床。
刀具：
端铣刀，刀具外径D=315mm，齿数z=20,刀具外径D=315mm，刀具安装孔d=60mm,H=80mm，b=25.7mm，刀齿斜角λ=14°,主刃Kr=60°镗削宽度ae=250mm,深度ap=1.5mm。
2、切削用量
（1）确定切削进给量
根据参考文献[1]表4.2-19，T68型卧式镗床的功率为6.5kW，工艺系统刚性为中等，细齿盘铣刀加工铸铁，查得每齿的进给量fz=0.06～0.135mm/z，现取fz=0.1mm/z。
（2）铣刀磨钝标准及寿命
根据参考文献[2]表3.7，用高速钢盘铣刀粗加工铸铁，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为0.8mm，铣刀直径D=315mm，耐用度T=240min。
（3）根据参考文献[1]表3.27中的计算公式，确定切削速度和工作台每分钟进给量fMZ
（式5.20）
其中Cv=18.9，qv=0.2，xv=0.1，yv=0.4，uv=0.1，pv=0.1，m=0.15，kv=0.63。
将上述数据带入公式可得
v=15.945m/min
（式5.21）
根据参考文献[1]表4.2-20，T68型卧式镗床主轴的转速表，选择n=20r/min，则实际切削速度v=19.782m/min=0.3297m/s，工作台每分钟的进给量
fMZ=0.1×20×20=40mm/min（式5.22）
根据参考文献[1]表4.2-22，T68型卧式镗床工作台进给量表
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