保持架机械加工工艺及夹具设计机械毕业设计

前言
毕业论文是学生在校学习期间需要完成的最后一个教学环节，是培养学生理论联系实际和锻炼学生独立工作能力的有效手段，是对学生掌握和运用所学基础理论、专业知识、基本技能以及从事科学研究能力的综合考核，是对学生进行基本训练以期达到培养目标的必要步骤。

学生在修满教学计划规定的学分后，必须进行毕业设计。

我很重视这次毕业设计，并希望通过这次毕业设计对自己进行一次检验，这不仅能够锻炼我在设计方面的能力，而且能够为我以后的工作打下良好的基础。

由于第一次尝试设计方面的训练，设计之中存在许多不足之处，希望各位指导老师给予批评指正，我会努力去做的更好！
在此，表示衷心的感谢！
摘要
保持架（cage），即轴承保持架，又称轴承保持器，指部分地包裹全部或部分滚动体，并随之运动的轴承零件，用以隔离滚动体，通常还引导滚动体并将其保持在轴承内。

通过对保持架原理及保持架的加工工艺进行分析，选出保持架所用的材料，加工所用的刀具、夹具、机床，并且编写出一套工艺规程和工艺卡片。

同时用AutoCAD绘出工程图和装配图，用Pro/E进行实体造型，用MasterCAM进行模拟加工并生成程序。

关键词：保持架工艺分析数控加工程序
目录
绪论 (1)
0.1数控机床 (1)
0.2数控加工技术 (1)
0.3数控加工工艺 (1)
0.4CAD/CAM技术 (2)
0.5本课题设计的主要内容 (2)
第一部分工艺设计说明书 (3)
1.零件图工艺性分析 (3)
1.1零件结构功用及工艺性分析 (3)
1.2零件技术条件分析 (3)
1.3绘制零件图 (3)
2.毛坯选择 (4)
2.1毛坯类型 (4)
2.2毛坯余量确定 (4)
2.3毛坯－零件合图草图 (5)
3．机加工工艺路线确定 (5)
3.1加工方法分析确定 (5)
3.2加工顺序的安排 (5)
3.3定位基准选择 (5)
3.4加工阶段的划分说明 (6)
3.5工序集中与分散 (6)
3.6主要机加工工序简图（宋体、加黑、小四） (6)
4.工序尺寸及其公差确定 (13)
5.设备及其工艺装备确定 (13)
6．切削用量及工时定额确定 (14)
6.1切削用量的确定 (14)
6. 2 工时定额确定 (14)
第二部分第10号工序夹具设计说明书 (15)
1.工序尺寸精度分析 (15)
2.定位方案确定 (15)
3.定位元件确定 (16)
4.定位误差分析计算 (16)
5.夹紧方案及元件确定 (16)
6.夹具总装草图 (16)
第三部分第8号工序刀具设计说明书 (18)
1. 工序尺寸精度分析 (18)
2. 刀具类型确定 (18)
3. 刀具设计参数确定 (18)
4. 刀具工作草图 (19)
第四部分第13号工序量具设计说明书 (19)
1. 工序尺寸精度分析 (19)
2.量具类型确定 (19)
3.极限量具尺寸公差确定 (19)
4.极限量具尺寸公差带图 (20)
5. 极限量规结构尺寸设计 (20)
第五部分毕业设计体会 (21)
致谢 (22)
参考文献 (23)
绪论
0.1 数控机床
0.1.1 数控机床的概述
数控机床和数控技术是微电子技术同传统机械技术相结合的产物，是一种技术密集型的产品和技术。

它是根据机械加工工艺的要求，使电子计算机对整个加工过程进行信息处理与控制，实现生产过程自动化。

较好地解决了复杂、精密、多品种、中小批量机械零件加工问题，是一种通用、灵活、高效能的自动化机床。

同时，数控技术又是柔性制造系统(FMS)、计算机集成制造系统（CIMS）的技术基础之一，是机电一体化高新科技的重要组成部分。

0.2 数控加工技术
0.2.1数控加工技术简介
数控加工技术是现代化工业生产中的一门新型的发展十分迅速的高新技术，它将制造技术、数字化技术、微电子技术、监控检测技术等多种高新建设传统的机械加工技术有效地结合起来，成为制造自动化领域最重要的基础技术。

数控加工技术的发展十分迅速，从第一代的电子管元件数控装置，经历了晶体管电路、小中规模集成电路、大规模集成电路控制系统，发展到计算机控制系统。

数控装置体积越来越小，精度越来越高，在工业生产中日益发挥着重要作用。

0.3 数控加工工艺
所谓数控加工工艺，就是用数控机床加工零件的一种方法。

在数控机床上加工时，将记录在控制介质上、描述加工过程所需的全部工艺信息，即原先在通用机床上加工时需要操作者考虑和决定的内容及动作的数码信息输人数控机床的数控装置，对输入信息进行运算和控制，并不断向伺服机构——使机床实现加工运动的机电功能转换部件发送脉冲信号，伺服机构对脉冲信号进行转换与放大处理，然后由传动机构驱动机床按所编程序进行运动，便可加工出我们所需要的零件。

可见，实现数控加工，编程是关键。

但必须有编程前的数控工艺做必要准备工作和编程后的善后处理工作。

严格说来，数控编程也属于数控工艺的范畴。

因此，数控加工工艺主要包括以下几方面的内容：
1)选择并确定需要进行数控加工的零件及内容。

2)进行数控加工工艺设计。

3)对零件图形进行必要的数学处理。

4)编写加工程序(自动编程时为源程序，由计算机自动生成目标程序——加工程序)。

5)按程序单制作控制介质。

6)对程序进行校验与修改。

7)首件试加工与现场问题处理。

8)数控加工工艺技术文件的编写与归档。

0.4 CAD／CAM技术
1963年，美国麻省理工学院首次提出CAD(Computer Aided Design—计算机辅助设计)的概念。

MIT小组初步设想了采用计算机设计、分析，并开发了交互式图形处理系统、绘制出了工程图，从而使CAD由试验阶段过渡到了实施阶段。

CAM(Computer Aided Manufacturing—计算机辅助制造)是从APT开始的。

它是20世纪50年代MIT设计的一种专门用于零件NC加工的自动编程语言，到1967年APT系统己实用化。

从l974年开始，人们把CAD系统和生产计划管理及力学计算相结合，发展成为CAD／CAM综合系统。

70年代后期，CAD／CAM进人初期实用阶段。

CAD／CAM技术推动了几乎一切领域的设计革命，CAD技术的发展和应用水平已成为衡量一个国家科技现代化和工业现代化水平的重要标志之一。

CAD／CAM技术从根本上改变了过去的手工绘图、发图、凭图样组织整个生产过程的技术管理方式，将它变为在图形工作站上交互设计、用数据文件发送产品定义、在统一的数字化产品模型下进行产品的设计打样、分析计算、工艺计划、工艺装备设计、数控加工、质量控制、编印产品维护手册、组织备件订货供应等等。

0.5本课题设计的主要内容
保持架（cage），即轴承保持架，又称轴承保持器，指部分地包裹全部或部分滚动体，并随之运动的轴承零件，用以隔离滚动体，通常还引导滚动体并将其保持在轴承内。

第一部分工艺设计说明书
1.零件图工艺性分析
1.1零件结构功用及工艺性分析
该零件为球状薄壁套同类零件，即该零件球面上有六个孔，在冲孔时零件易于变形，其加工难度较难，其功用主要用于与万向节导向作用，保持滚珠的位置。

即与球操滚道配合。

1.2零件技术条件分析
1.2.1主要尺寸精度：球状薄壁套筒与球龙万向节配合，其主要尺寸内外球面为IT7级，其与滚珠接触，其尺寸精度IT7~IT8级。

1.2.2位置精度：为保证内球面球心，外球面球心位置度相对于轴向尺寸32中心重合，，其位置度要求一般，其零件孔两边磨削平面中心与外球面的球心的对称度不大于
0.015。

1.2.3表面粗糙度：内外球面粗糙度为Ra0.8，与滚珠配合粗糙度为Ra0.4。

1.2.4技术要求：毛坯零件须经正火处理，热处理硬化层深度0.6~0.8，可采用高频淬火，硬度达HRC58~62，两端允许无硬层，毛坯应检验无损探伤检查，不得有裂纹，折叠，夹层等产品质量的缺陷。

1.3绘制零件图
2.毛坯选择
2.1毛坯类型
该零件图为球状薄壁套筒类零件，材料为20Gr，生产类型为大批量生产，考虑其加工效率，则采用模锻件。

2.2毛坯余量确定
V1=3.14x（33.35x10-3 ）2 x32x10-3
=0.0112x10-3
V2=3.14x（29.35x10-3 ）2 x32x10-3
=0.087x10-3
V=V1-V2=2.25x10-5
W=2.25x10-5x7.9x103 =0.18Kg
查表1.3-9 P20 《机械加工工艺设计资料》
确定直径方向余量为1.5mm，确定轴向方向余量为1mm
偏差的确定查表1.3-4 P17
确定直径方向为Sф69.7+1.2 -0.4，确定轴向方向余量34+1.0 -0.4
确定直径方向为 Sф55.8+1.2 -0.4
2.3毛坯－零件合图草图
3．机加工工艺路线确定
3.1加工方法分析确定
Sф66.7-0.03 -0.06 《机械加工工艺设计资料》P60，P41经济精度
锻—粗车IT12Ra12.5—半精车IT10Ra6.3—粗磨IT8Ra1.6—精磨IT7Ra0.8
Sф55.7+0.03 0
锻—粗车IT12Ra12.5—半精车IT10Ra6.3—粗磨IT8Ra1.6—精磨IT7Ra0.8
3.2加工顺序的安排
该零件为一球状薄壁套筒类零件，先对内外球面进行加工，再粗加工阶段之后按排用冲床冲孔，在冲孔之后有变形，半精加工阶段主要是为了校正零件的变形，在磨削之前安排热处理，最后进行磨削加工，达到精度要求。

3.3定位基准选择
精基准的选择：采用内孔端面定位，便于定位装夹。

精基准的选择：采用已加工面装夹定位，便于位置精度的保证，为后续加工提供精基准。

3.4加工阶段的划分说明
粗加工阶段：主要是去除大量的金属后会引起残余应力分布而变形应将粗加工分开，粗车外球面与内球面热模冲孔，在粗加工阶段之前应正火处理。

半精加工阶段；用其外球面及端面定位加工内球面在用内球面定位加工外球面，热处理。

精加工阶段：以外球面定位磨削已达到精度要求在以内球面定位磨削，达到尺寸精度。

对六个孔的磨削已达到精度要求，进行去磁处理。

3.5工序集中与分散
该零件的生产批量为大批量，所以工序应适当的分散，尺寸精度要求不高，易保证，其位置精度要求较高在精加工时应适当集中。

3.6主要机加工工序简图（宋体、加黑、小四）
1. 车装夹
车左端面
2.
车装夹
车右端面
3.收边
4.车装夹
车左端面
车内球面
5.
车装夹
车端面
车外球面
6. 冲孔
7. 车装夹
车端面
车ф52.2孔
倒角1.4x45°
车内球面Sф58.3
8. 车装夹
车端面
车外球面
9. 磨装夹
磨内球面
10.
磨装夹
磨外球面
11. 磨装夹
磨孔
12. 磨装夹
磨内球面
13. 磨装夹
磨孔
4.工序尺寸及其公差确定
5.设备及其工艺装备确定
数控车床MJ-50CNC
主轴驱动电动机AC（11KW连续）/（15KW、30min）
刀架分度重复定位精度X±0.003mm Z=±0.005mm
采用FANUCO——TD系统
磨床M1420
圆度0.003 圆柱度0.006 粗糙度0.4 / 0.8 电机功率4.98KW 工艺装备
刀具：车刀砂轮
夹具：数控车床专用夹具磨孔的专用夹具
量具：专用夹具
6．切削用量及工时定额确定
6.1切削用量的确定
粗车外圆《械加工工艺设计资料》P104 表5.3-1
ap =2.5 f=0.6
查表5.3-5 T=60min
查表5.3-6 C V=242 X V=0.15 Y=0.35 m=0.2
V= C V/Tm a XV P fyv =113.08
N=318v/d=600r/mm
查表P110 C Fz=2650 X Fz=1.0 Y Fz=0.75 n Fz=-0.15
F z= C Fz a XV P fYFz Vn F z Fz KFzN
=2119.15
P m= Fz*V/6x104 =4KW
磨削外圆查<机械加工工艺设计资料> P243 表10.2-2
V w=36m/s f a=(0.5-0.8)x50=35
既查表a p=0.0032
6.2 工时定额确定
粗车外圆ф100 查<机械加工工艺设计资料>P63
基本时间T b=L Iz/nfap=0.1
辅助时间Ta=0.03+0.02+0.1+0.08=0.18
作业时间 T B=0.05x0.18=0.33
布置工作地时间T s=0.33x(2%-7%)=0.02
休息与生理需要时间Tr=0.33x(2%-4%)=0.01
单件时间=T b+Ta+T s+Tr=0.1+0.23+0.02+0.01=0.36min
第二部分第10号工序夹具设计说明书
1.工序尺寸精度分析
工序图
工序加工要求即外球面加工要精度为IT7级，即ф52.2+0.19 0精度要求一般。

端面与中心的尺寸精度为IT7级，即16±0.02
2.定位方案确定
2.1 必要限制的自由度
尺寸Sф66.7-0.03 -0.06与定位无关
位置度0.03需限制X 转动，Y轴的转动，Y轴的移动，Z轴的移动，
限制4个自由度。

应布置心轴定位限制其4个自由度。

采用端面定位限制其X方向的移动
则必须限制自由度5个自由度
3.定位元件确定
选用弹性套来做定位，限制4个自由度
右边用其端面定位，限制1个自由度
4.定位误差分析计算
4.1 径向定位误差采用弹性心轴定位可消除径向误差，△dw=0
4.2 轴向定位误差采用端面定位，即△dw≤1/3T=1/3x0.04=0.013≤0.03
5.夹紧方案及元件确定
这是控制活塞前进速度的出口节流回路，控制活塞后退速度的进口节流回路只要把节流阀倒装即可
采用气动加紧方式，是其加紧的利用活塞杆的移动来进行来夹卸工件。

6.夹具总装草图
零件图
第三部分第8号工序刀具设计说明书
1.工序尺寸精度分析
粗车主轴颈左端保证尺寸320 -0.52公差等级为IT14
2.刀具类型确定
此道工序保证的尺寸精度要求不高可用游标卡尺测量，属粗加工，因此可用90度外圆车刀。

3.刀具设计参数确定
4.刀具工作草图
第四部分第13号工序量具设计说明书1.工序尺寸精度分析
测量17．43+0.02 0孔尺寸精度为IT7级，一般精度要求。

2.量具类型确定
确定为板式塞规
3.极限量具尺寸公差确定
3.1 确定工作量规制造公差和位置要素
由表 6-1即《公差配合与技术测量》P88
位置要素IT7级，尺寸为17.43mm量规公差T=0.002 Z=0.0028 3.2计算工作量规的极限偏差
17．43+0.02 0
通规上偏差=EI+Z+T/2 =0+0.0028+0.002/2 =0.0038
下偏差=EI+Z-T/2=0+0.0028+0.002/2=0.0018
磨损极限=EI=0
止规上偏差=ES=0.018
下偏差=ES-T=0.018-0.002=0.016 4.极限量具尺寸公差带图
5.极限量规结构尺寸设计
第五部分毕业设计体会
毕业设计是对我们这些年来在学校所学知识的总结。

通过毕业设计可以总结我们在校期间的学习程度。

从而对我们所学专业知识做出有力判断。

从我们拿到零件图纸的开始，分析该零件主要用于该零件为球状薄壁套同类零件，即该零件球面上有六个孔，在冲孔时零件易于变形，其加工难度较难，其功用主要用于与万向节导向作用，保持滚珠的位置。

即与球操滚道配合。

主要考虑其定为基准的选择，定位基准的转换，及其工艺路线的安排，主要面的加工方案的确定，次要面的安排主要考虑冲孔的粗加工之后，如在安排半径加工之后，则由于半精加工之后为磨削，由于余量小冲孔时对零件有变形，所以只能安排在粗加工之后加工。

对夹具这部分开始考虑用球面定位，由于用可三爪自定心定位其加紧，由于加紧时加紧间隙很小，由球面与孔的的单边余量为3mm，不能用其定位，改换用可涨心轴来定位加紧。

刚开始设计的时候，总觉的难度很大，不知道从什么地方下手，对一些设计的步骤根本不知道怎么安排，怎么设计。

老师给我们详细讲解了机械设计应注意的条件，让我们先从分析零件图开始，然后在得出零件技术要求，在根据零件的技术要求画出毛坯和零件合图。

在设计期间，我们第一次接触了机械加工工艺的设计，对我有了很大提高。

遇到不懂的问题时，指导老师们都能细心的帮助我。

致谢
本文是在尊敬的导师郭辉老师的精心指导下完成的，导师高尚的品德，渊博的学识，严谨的学风和高度的责人心深深地影响着我。

导师的教诲是宝贵的精神财富，并将使我受益终生。

在此，谨向两位尊敬的导师表示真诚的感谢和崇高的敬意！
在此还要感谢学校对我的教育与培养，感谢各位老师对我的支持和帮助，谢谢你们！
在课题的研究过程中，我的同班同学给予了很大的帮助。

对此，我表示深深的感谢！
最后，我还要深深地感谢默默支持本人完成学业的父母及亲友，感谢他们为我所做出的无私奉献和巨大支持！
谨向所有在本文的完成中给予过我关怀和帮助而在此无法一一提及的老师、同学和朋友致以诚挚的谢意！
王春来于2014 年11 月
参考文献
[1] 机械零件课程设计主编：任青剑贺敬宏
[2] 机床夹具设计手册主编：杨黎明
[3] 公差配合与技术测量主编：徐茂功桂定一
[4] 机械加工工艺设计资料主编：张征祥
[5] 刀具设计手册主编：袁哲俊刘华明
[6] 机械制造工艺学主编：郑修本
[7] 机械加工工艺装备设计手册编委会编制
[8] 光面量规及技术条件中华人民共和国第五工业部标准。