轴承套课程设计说明书

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燕山大学

课程设计说明书

题目：“轴承套”机械加工工艺规程及

“钻6-Φ孔”夹具设计

学院（系）：机械工程学院机制系

年级专业： 08级机制X

学号：0XXX

学生姓名：XXXXXX

指导教师：XXXXXXXXXXXXXX

教师职称：

目录

第1章零件的分析 (1)

零件的功用及结构分析 (1)

零件的工艺分析 (2)

第2章轴承套零件机械加工工艺规程设计 (3)

毛坯的选择 (3)

基准的选择 (3)

工艺路线的拟定 (3)

2.3.1表面加工方法的确定

2.3.2加工方案的确定

加工余量、工序尺寸及其公差的确定 (4)

切削用量及工时定额的确定 (5)

第3章钻6-Φ工序夹具设计 (6)

任务的提出 (6)

定位方案及定位装置的设计计算 (6)

3.2.1定位方案的确定

3.2.2定位基准的选择

3.2.3定位元件及装置设计

3.2.4定位误差的分析计算

对刀或导引元件（装置）设计 (8)

夹紧方案及装置的设计计算 (8)

3.4.1夹紧方案的确定

3.4.2夹紧力大小的分析计算

3.4.3夹紧机构及装置设计

连接元件及夹具体设计 (10)

夹具操作及维护简要说明 (11)

第4章钻6-Φ工序夹具虚拟装配 (12)

Pro/E三维零件设计及虚拟装配技术 (12)

夹具主要零件虚拟创建 (12)

虚拟装配方法、顺序及零件约束确定 (13)

夹具组件虚拟装配及其分解................ . (13)

参考文献 (15)

结束语 (16)

附录Ⅰ机械加工工艺过程卡片 (17)

附录Ⅱ机械加工工序卡片 (18)

第一章零件的分析

、零件的功用及结构分析

轴承套广泛应用于轻负荷便于拆装的地方。题目中给出的零件如图：二维图如下：

有许多轴承在装配和拆卸中会遇到困难，特别在箱体内部轴承的装配受到条件限制，应用轴承套解决了装配和拆卸的难题。零件上6个Φ孔上紧定螺丝，用于联接轴承套和本体，以达到内圈周向、轴向固定的目的但因为内圈内孔是间隙配合，一般只用于轻载、无冲击的场合。零件外圆壁上4个Φ4的孔为

阶面用以安装滚动轴承，承受轴向和周向力。因为轴承套它可以调整紧松使许多箱体的加工精度得到放宽使箱体加工的工效大大提高。安装套轴套还克服了轴承的轴向窜动。所以承轴套得到广泛应用，但也存在一些不足，由于轴套的精度直接影响轴的径向跳动。

、零件的工艺分析

轴承套的加工表面较多，它们之间有一定的位置要求，先分析如下：

1．法兰面的加工

这一组加工表面包括：法兰小端面的精加工，粗糙度要求为；法兰大端面的加工，粗糙度要求为；还有在法兰面上的以直径为Φ72的圆周上的6个Φ孔的加工及其倒角。

2.直径为Φ61的外圆面的加工

这一组加工表面为Φ61外圆面的加工，精度要求为，以及外圆面上4个Φ4的孔的加工。

3.以Φ53孔为中心的加工表面

这一组加工表面包括：Φ53孔内表面的加工，精度为，与孔Φ53孔相垂直的台阶面和轴承套外端面，及外端面的倒角。

这些加工面之间有一些位置要求，主要是：

①、6个Φ孔之间的位置度公差为；

②、4个Φ4孔之间的位置度公差为；

③、Φ53内孔台阶面和法兰小端面与Φ53孔中心线的垂直度误差均为；

④、Φ61外圆面与Φ53孔中心线的圆跳动误差为。

有以上分析可知，对于这些加工表面，可以先加工一些表面，然后借助于专用夹具加工另一些表面，并且保证它们之间的位置精度要求。

第二章轴承套零件机械加工工艺规程设计

、毛坯的选择

零件材料为45钢，硬度为HRC32～36，毛坯约重1kg，生产类型为大批生产，使用是受到径向和轴向的载荷，因此采用在锻锤上合模模锻毛坯。

基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基准的选择得正确与合理，可以使得加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，在加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，使生产无法正常进行。

粗基准的选择原则为保证不加工表面和加工表面的位置要求，该零件的设计基准为中心轴线，但实际加工时主要的定位基准为小端面和法兰大端面为粗基准，考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合”原则和“基准统一”原则，以粗加工后的底面为主要的定位精基准，加工外圆到精度要求后再以法兰小端面和Φ61外圆为精基准进行加工。

、工艺路线的拟定

2.3.1、表面加工方法的确定

法兰大端面及轴承套小端面用粗车，法兰小端面用精车，Φ的法兰孔及Φ4的油孔用钻，Φ53的孔用精镗，Φ48的孔用粗镗，Φ61的外圆面先粗车后精车，内孔台阶面用精镗，法兰外轮廓用粗铣。

2.3.2、加工方案的确定

制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已经确定为大批生产的条件下，可以考虑采用专业机床加专用夹具，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：

工序Ⅰ车法兰大端面、轴承套小端面及倒角。选用卧式车床C620-1加专用夹具

工序Ⅱ钻扩Φ48的孔。选用卧式车床C620-1加专用夹具

工序Ⅲ车Φ61外圆及法兰小端面，选用卧式车床C620-1加专用夹具工序Ⅳ磨外圆面，选用M120加专用夹具

工序Ⅴ扩、粗铰、精铰Φ53的孔，选用立式钻床Z525加专用夹具

工序Ⅵ钻Φ的法兰孔，立式钻床Z525加专用夹具

工序Ⅶ钻Φ4的孔，立式钻床Z525加专用夹具

工序Ⅷ铣法兰外轮廓，内圆角，立式铣床X51加专用夹具

工艺路线方案二：

工序Ⅰ钻扩Φ48的孔。选用卧式车床C620-1加专用夹具

工序Ⅱ镗Φ53的孔，选用卧式镗床T616专用夹具

工序Ⅲ车Φ61外圆，选用卧式车床C620-1加专用夹具

工序Ⅳ磨外圆面，选用M120加专用夹具

工序Ⅴ车法兰内外及小端面，选用立式车床C512A专用夹具

工序Ⅵ钻Φ的法兰孔，立式钻床Z525加专用夹具

工序Ⅶ钻Φ4的孔，立式钻床Z525加专用夹具

以上方案看起来都比较合理，而且方案二工序少，但方案二车61外圆时，通过内孔和大端面定位，而大端面没有加工，导致定位不准确。故应先加工大端面作为基准，综上所述方案一较合理。

最终方案：

工序Ⅰ车大端面、及倒角。选用卧式车床C620-1加专用夹具

工序Ⅱ钻扩Φ48的孔。选用卧式车床C620-1加专用夹具

工序Ⅲ车Φ61外圆、小端面及法兰左端面，选用卧式车床C620-1加专用夹具

工序Ⅳ磨外圆面，选用M120加专用夹具

工序Ⅴ镗Φ53的孔，选用卧式镗床T616专用夹具

工序Ⅵ钻6-Φ的法兰孔，立式钻床Z525加专用夹具

工序Ⅶ钻4-Φ4的孔，立式钻床Z525加专用夹具

工序Ⅷ铣法兰外轮廓，内圆角，立式铣床X51加专用夹具

、加工余量、工序尺寸及其公差的确定

该零件材料为钢45，硬度为HRC32～36，毛坯约重1kg，生产类型为大批生产，采用在锻锤上合模模锻毛坯。

根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：

1.外圆表面（φ61mm）

考虑其加工长度为23mm，外圆表面尺寸公差等级为IT6，表面粗糙度要求，由《机械制造工艺学》表4-12确定加工余量：

粗车：φ70mm

粗车：φ63mm 2Z=

半精车：φ 2Z=

粗磨：φ 2Z=

精磨：φ61mm 2Z=

此时直径余量2Z=5mm。

2.外圆表面φ61沿轴线长度方向的加工余量及公差（φ61端面）

查<<机械制造工艺设计简明手册>>（以下简称《工艺手册》）表，其中锻件重量为1kg，锻件形状系数为S3较复杂，锻件材质系数取M1，锻件轮廓尺

寸（长度方向）>0-30mm，故长度方向偏差为+0.8

-0.4。

长度方向余量查《工艺手册》表，其余量值规定为，现取。

3.φ48孔的加工与余量及公差

查《工艺手册》确定工序尺寸及余量为：

钻孔：46mm 2Z=11mm

扩孔：48mm 2Z=2mm

粗镗：51mm 2Z=3mm

半精镗： 2Z=

精镗：53mm 2Z=

精镗后可达到IT7-IT9，满足加工要求。

4.法兰小端面的加工余量

粗车：6mm

粗车： 2Z=

半精车：4mm 2Z=

、切削用量及工时定额的确定

工序Ⅵ 钻6-Φ的法兰孔

钻6-Φ的法兰孔

机床：Z525立式钻床

刀具：Φ高速钢钻头

查《切削用量手册》得，进给量f=r ，钻削速度v=s 机床主轴转速100010000.88360/min 3.14 5.5

v n r d π??===? 查Z525转速表 取n=392r/min 则实际钻削速度为：392 3.14 5.5 6.77/min 10001000

n d v m π??=== 切削工时1214 2.500.094min 3920.17

j l l l L T fn fn ++++====?

第三章 钻6-Φ孔工序夹具设计

、任务的提出

本夹具用来完成第Ⅵ道工序钻6-Φ的法兰孔，圆孔之间位置度要求，应考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度。本夹具使用在Z525立式钻床上。

、定位方案及定位装置的设计计算

3.2.1、定位方案的确定

Y方向的转动三个自由度。Φ48孔采用短圆柱销定位，限定了X、Y方向的移动两个自由度，由于钻6-Φ法兰孔需要限定Z方向的转动这一个自由度，因此在法兰外轮廓采用圆柱销定位。综上，一共限定了零件的六个自由度，无过定位与欠定位。

3.2.2、定位基准的选择

由零件图可知Φ法兰孔仅有六个孔之间的位置度要求，没有其他特别要求，可选用底面为主基准，采用两面一钉的定位方式。如图

3.2.3、定位元件及装置设计

Φ48孔采用短圆柱销定位，确定销直径为Φ48mm，定位高度为8mm，采用插入夹具体的方式固定1形状如下图

定位法兰小端面用的是零件套，设计其高度为26mm，其直径为64mm，采用螺栓与夹具体联接固定，形状如下图

限定Z轴方向转动用的是长圆柱销，设计其高度为30mm，为使其能强度提高，耐用性增强，故设计成上细下粗式，上部分直径为8mm，下部分直径为11mm，采用插入夹具体的方式固定，形状如下图

3.2.4、定位误差的分析计算

φ48孔的定位短圆柱销的与端面的垂直度误差为0.0148=0.068

?mm 孔中心线的圆跳动误差为27.025.002.0=+=?±?=?jw jb dw mm

定位误差是指由于定位不准确引起的某一工序的尺寸或装置，精度要求方面的加工误差。对于夹具设计中采用的定位方案，只要可能产生的定位误差小于工件相应尺寸或位置公差的1/3，或满足△jw+△jb+△dw ≤T ，即可以认定定位方案符合加工要求。

、对刀或导引元件（装置）设计

钻套是确定刀具位置及方向的元件。它在钻模中的作用是保证被加工孔的位置精度，引导刀具防止刀具加工时偏斜，提高刀具的刚性，防止加工时振动。由于零件为大批生产，因此采用可换钻套。钻套内径与刀具之间应留有一定间隙，防止咬死，要采用动配合。由于钻头是标准的定尺寸刀具，固采用基轴制配合。

钻套高度由孔距精度，工件材料，孔加工深度，刀具刚度，工件表面形状等因素决定。钻套内径采用基轴制的F7公差。

钻套与工件间应留适当的间隙h ，如h 太小，切屑自由排出困难，不仅会损坏加工表面，有时还可能将钻头折断。如果h 太大，则会使钻头的偏斜值加大，不仅不能发挥钻套引导刀具的作用，影响加工精度。

3.4.1、夹紧方案的确定

设计夹具时应考虑提高劳动生产率和夹紧等的辅助时间，本零件是大批生产，但零件本体尺寸较小，零件的自由度完全限定，因此可采用手动夹紧机构。

3.4.2、夹紧力大小的分析计算

切削力的计算：

刀具：φ高速钢钻头；

加工材料：高速钢，强度为b σ=

加工机床为：立式钻床Z525

查《切削用量手册》可得，进给量：f=r 。

轴向力计算公式：0F F Z y F F F C d f k =

轴向转矩计算公式：0M M Z y M M M C d f k =

查《切削用量手册》可知：600F C = 1.0F Z = 0.7F y = 1.0F k =

0.305M C = 2.0M Z = 0.8M y = 1.0M k = 计算的轴向力： F=955N 轴向转矩： M=m

夹紧力的计算：

设夹紧力为N F ，由夹紧产生的摩擦力为F μ

由于钻削要满足扭矩要求，故F l M μ?≥，由夹具结果得l =36mm ， 所以32.2462.23610

M F N l μ-≥==? 夹紧力：62.23110.2

N F F N μμ=== 其中，按表面接触情况取0.3μ= 对夹紧力进行修正：

安全系数0123456 1.5 1.2 1.51 1.311 3.51K K K K K K K K ==??????=

则修正后的夹紧力 311 3.511092N F K F N =?=?=

3.4.3、夹紧机构及装置设计

夹紧机构为左右两个压板，左右压板靠中间的联接板联接，右压板的活

板的联动夹紧。压板后面有支撑钉，靠螺母与夹具体固定。活结螺栓上装有弹簧，压板不受力时可时其弹起。

连接元件及夹具体设计

夹具体采用材料HT200，铸造，箱体式结构，受自上而下的钻削力，为保证夹具体加工时的稳定性，设计时采用底边四周裙边结构。压板之间靠联接板联接，夹具体内部中空。考虑到钻套与零件之间有排屑间隙和零件的放入与取出方便等的要求，因此在夹具体上铸造有一个立板，后面铸有有两个筋板，保持其受力时的强度。钻模板与夹具体、零件套与夹具体之间靠螺栓联接，钻模板与夹具体之间有圆锥销定位，钻套与钻模板之间靠钻套螺钉联接，活结螺栓与联接板、联接板与夹具体之间靠圆柱销连接。夹具体如下图

夹具操作及维护简要说明

本夹具采用固定式钻模，使用过程中钻模的位置固定不动。在钻床上安装钻模时，首先用装在主轴上的钻头插入钻套以校正钻模位置，然后将其固定，这样既减少了钻套的磨损，又可保证孔有较高的位置精度。

钻模板采用固定式钻模板，直接固定在夹具体上，精度较高，采用销钉定位及螺钉紧固机构。

Pro/E三维零件设计及虚拟装配技术

采用Pro/E三维建模软件，可以更加立体直观的观察零件的设计合理性与其整体结构的把握性。

虚拟装配是指通过计算机对产品装配过程和装配结果进行分析和仿真，评价和预测产品模型，做出与装配相关的工程决策，而不需要实际产品作支持。随着社会的发展，虚拟制造成为制造业发展的重要方向之一，而虚拟装配技术作为虚拟制造的核心技术之一也越来越引人注目。虚拟装配的实现有助于对产品零部件进行虚拟分析和虚拟设计，有助于解决零部件从设计到生产所出现的技术问题，以达到缩短产品开发周期、降低生产成本以及优化产品性能等目的。

夹具主要零件虚拟创建

根据轴承套零件的二维视图绘制出其三维视图，即第1章节的图一。

夹具体的三维视图如下

钻模板的三维视图如下

虚拟装配方法、顺序及零件约束确定

虚拟装配时，要考虑实际的情况进行操作，得具有可行性。具体的装配顺序为：联接板从底部装入夹具体→2个活节螺栓从底部装入夹具体→三个圆柱连接销从底部装入→Φ48孔定位短圆柱销从顶部装入夹具体→零件套从顶部装入→零件套的4个固定螺钉从顶部装入→法兰外轮廓面定位销从顶部装入→2个平垫圈从顶部装入→两个弹簧从顶部套入活节螺栓上→2个压板支撑钉从顶部装入夹具体→2个固定螺母从顶部装入支撑钉上→两个平垫圈从顶部装入弹簧上→2个压板从顶部装在支撑钉与弹簧上→2个六角带肩螺栓从顶部装在压板上→1个六角薄螺母从顶部装在右侧的六角带肩螺母上→钻模板从顶部装在夹具体的立板上→2个圆锥销从顶部装入钻模板与夹具体的立板上→3个钻模板固定螺栓从顶部装入→6个衬套从顶部装入钻模板上→6个可换钻套从顶部装在钻模板上→6个钻套固定螺钉从顶部装在钻套上。

各个零件的约束确定有中心线与面约束，可达到完全约束，确定零件的位置。

夹具组件虚拟装配及其分解

夹具装配时的爆炸图如下

工件装入夹具时的爆炸图

参考文献

1 赵家齐．机械制造工艺学课程设计指导书．（第2版）．机械工业出版社，2000年10月：1～41。

2 王先逵．机械制造工艺学．（第2版）．机械工业出版社，2007年8月：13～183。

232。

4 艾兴. 切削用量简明手册. 机械工业出版社, 2000年3月:1～56。

5 徐鸿本.机床夹具设计手册. 辽宁科学技术出版社, 2003年10月:15～320。

6 杨黎明.机床夹具设计手册.国防工业出版社,1999年10月：37～97。

7 金属机械加工工艺人员手册.上海科技出版社,2000年7月：55~83。

8 张帆.机械精度设计与检测. 陕西科学技术出版社,2006年5月：1~200。

结束语

本课题在选题及进行过程中得到王老师的悉心指导。课设过程中，王老师多次帮助我分析思路，开拓视角，在我遇到困难的时候给予我最大的支持和鼓励，还给我一些视频动画来启发我。王老师严谨求实的治学态度，踏实坚韧的工作精神，将使我终生受益。再多华丽的言语也显苍白。在此，谨向王老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。

些知识。收获了很多，对这门课程增加了兴趣，从中学到了很多课本没有的东西，另外对课上老师讲到的东西加深了理解，不再那么抽象，我们会碰到很多问题，有的是我们懂得的，也有很多是我们不懂的，不懂的东西我们要虚心向同学或老师请教，当别人教我们知识的时候，我们也应该虚心的接受，不要认为自己懂得一点鸡毛蒜皮就飘飘然。通过这次课程设计，使自己对工艺人员所从事的工作有了亲身的体验，学会了查图表、资料、手册等工具书。通过实例对工艺规程的编制。和切削用量的选择计算等做了一次练习。

总之，通过这次课程设计使我受益非浅，为我今后的学习及工作打下了坚实而良好的基础。在此，忠心感谢各位老师的帮助和指导。