侧轴承杯加工工艺编制及夹具设计.docx
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侧轴承杯加工工艺编制及夹具设计
本科毕业设计论文
题目侧轴承杯加工工艺编制及夹具设计
专业名称：
机械设计制造及其自动化
学生姓名：
王冬尧
指导教师：
贺荣
毕业时间：
2014.6
设计
论文
毕业任务书
一、题目
侧轴承杯加工工艺编制及夹具设计
二、指导思想和目的要求
毕业设计（论文）是培养学生自学能力、综合应用能力、独立工作能力的重要教学实践环节。
在毕业设计中，学生应独立承担一部分比较完整的工程技术设计任务。
要求学生发挥主观能动性，积极性和创造性，在毕业设计中着重培养独立工作能力和分析解决问题的能力，严谨踏实的工作作风，理论联系实际，以严谨认真的科学态度，进行有创造性的工作，认真、按时完成任务。
三、主要技术指标
1、零件图七张；
2、装配图一张；
3、工艺规程一本；
4、说明书一份；
四、进度和要求
1、分析并绘制零件图2周
2、设计工艺路线及编制工艺规程5周
3、夹具设计及装配图绘制3周
4、编写说明书（论文）3周
五、主要参考书及参考资料
1、马兰主编《机械制图》机械工业出版社2006
2、王长春主编《互换性与测量技术基础》中国林业出版社2006
3、阎光明，侯忠滨，张云鹏主编《现代制造工艺基础》西北工业大学出版社2007
4、陆剑中，孙家宁主编《金属切削原理与刀具》机械工业出版社2005
5、张建华主编.《精密与特种加工技术》机械工业出版社2005
学生王冬尧指导教师贺荣系主任魏生民
摘要Ⅰ
3.2工艺规程设计9
4.3钻套的设计30
致谢36
摘要
轴承杯广泛应用于轻负荷便于拆装的地方。
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，应用轴承杯可以解决装配和拆卸的难题。
在本零件的加工中，由于某些工序加工的特殊性，需要在零件的表面加工一个和铅垂线成一定角度的斜孔。
则需要设计一个钻模来放置零件，使得该孔得以良好，高效，准确的被加工出。
在设计钻模的同时，需要设计一组钻套，用来保护钻模在大批量的零件生产中不被磨损，可以较长时间的完成生产任务。
本文运用机械制造技术及相关的课程知识，解决工件在加工过程中的定位、加紧以及工艺路线的安排等方面的相关问题。
制定出切实可行的加工方案。
根据被加工零件的加工要求，参考机床夹具设计手册及相关方面的书籍，设计出高效、经济、合理并且能保证加工质量的钻模，钻套。
随着社会的进步和科技的发展，机床夹具的通用性也直接影响其经济性。
机床夹具及辅助工具的高精、高效、通用、经济等性质的良好发展将在我国的现代化工业建设和发展过程中起着至关重要的作用。
关键词：
轴承杯,斜孔,夹具,钻模
ABSTRACT
Widelyusedinlight-loadbearingcupforeasyremovalplace.Therearemanyintheassemblyanddisassemblyofthebearingwillencounterdifficulties,especiallyintheboxinsidethebearingassemblysubjecttoconditions,theapplicationbearingcupassemblyanddisassemblycansolvetheproblem.
Inthispartoftheprocess,becausesomeofthespecialprocessingproceduresrequiredinpartsofthesurfacefinishofaplumblineandtheobliqueangleintothehole.Youneedtodesignadrillingandgrindingtoplacethepart,makingtheholetobegood,efficientandaccuratetobeprocessed.Inthedesignofdrillingandgrindingthesametime,needtodesignadrillsleevetoprotectthedrillingandgrindingintheproductionoflargequantitiesofpartsarenotworn,youcanproducealongertimetocompletethetask.Inthispaper,machinerymanufacturingtechnologyandrelatedcoursesknowledgetosolvetheworkpieceinpositionduringprocessing,tostepupandlinearrangements,processrelatedissues.Developapracticalprocessingprogram.Accordingtotheprocessingrequirementsofpartstobemachined,thereferencefixturedesignmanualandrelatedbooks,todesignefficient,economical,reasonableandcanensurethemachiningqualityofthediamondgrinding,drillsets.
Alongwithsocialprogressandtechnologicaldevelopment,universalfixtureisalsoadirectimpactontheeconomy.Jigsandaidshigh-precision,highefficiency,generalandeconomicnatureofthegooddevelopmentinChina'smodernizationconstructionanddevelopmentindustryplaysavitalrole.
Keywords:
bearingcup;slant-hole;fixture;drillingandgrinding.
第一章绪论
1.1课题的主要内容及意义
本文是有关侧轴承杯加工工艺步骤的说明和钻夹具设计方法的具体阐述。
机械加工工艺是规定产品或零件机械加工工艺过程和操作方法，是指导生产的重要的技术性文件。
它直接关系到产品的质量、生产率及其加工产品的经济效益，生产规模的大小、工艺水平的高低以及解决各种工艺问题的方法和手段都要通过机械加工工艺来体现，因此工艺规程的编制的好坏是生产该产品的质量的重要保证的重要依据。
在编制工艺时须保证其合理性、科学性、完善性。
而机床夹具是为了保证产品的质量的同时提高生产的效率、改善工人的劳动强度、降低生产成本而在机床上用以装夹工件的一种装置，其作用是使工件相对于机床或刀具有个正确的位置，并在加工过程中保持这个位置不变。
它们的研究对机械工业有着很重要的意义，因此在大批量生产中，常采用专用夹具。
本文通过对侧轴承杯零件的初步分析，了解其零件的主要特点，加工难易程度，主要加工面和加工粗、精基准，从而制定出加工工艺规程；对于专用夹具的设计，首先分析零件的加工工艺，选取定位基准，然后再根据工艺规程中本工序的加工内容，机床、刀具、切削用量、工步安排、工时定额，同时加工零件数从而设计专用夹具。
1.2零件的功用
1.侧轴承杯广泛应用于轻负荷便于拆装的地方。
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，应用轴承杯可以解决装配和拆卸的难题。
2.侧轴承杯可以调整紧松，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。
3.安装侧轴承杯还克服了轴承的轴向窜动，所以侧轴承杯得到广泛应用，但也存在一些不足，轴承杯的精度直接影响轴的径向跳动。
1.3零件的加工及检验
1.3.1加工方式
在侧轴承杯的加工中，主要运用的两种加工方法是车削加工和磨削加工，还有在各工序之间还有热处理工序。
检验及防锈处理等辅助工序。
车削加工和磨削加工都属于切削加工，在安排加工顺序是，有一些原则是需要遵循的：
1.先粗后精，先安排粗加工，中间安排半精加工和光整加工。
2.先主后此，先安排主要表面（装配表面、工作表面）的加工，后安排次要表面（紧固用的光孔和螺孔等）的加工。
3.先基面后其他。
遵循此原则，零件的加工先进行车削加工后进行磨削加工或其他加工。
因为磨削加工的精度普遍高于车削加工。
相对于磨削加工，车削加工是一种大加工余量的加工方法。
磨削加工根据加工精度的不同，可以分为：
普通磨削、精密磨削和超精密磨削。
普通磨削的表面粗糙度为Ra0.8-0.2µm，尺寸精度为IT6。
精密磨削能达到的表面粗糙度为Ra0.20-0.05µm，尺寸精度为IT5。
超精密磨削能达到的表面粗糙度为Ra0.05-0.01µm，尺寸精度为IT4。
磨削加工完全可以达到侧轴承杯的加工工艺要求。
1.3.2材料处理
在本零件的加工部分中还需要很多热处理工序，热处理主要用来改善材料的性能及消除内应力。
一般可分为:
1.预备热处理，安排在机械加工之前，以改善切削性能，消除毛坯制造时的内应力。
2.去除内应力处理，最好安排在粗加工之后、精加工之前。
如人工时效、退火。
但是为了避免过多的运输工作量，对于精度不太高的零件，一般去除内应力的人工时效和退火放在毛坯进入机械加工车间之前进行。
3.最终热处理。
安排在半精加工以后和磨削加工之前（但氮化处理应安排在精磨之后。
），主要用于提高材料的强度及硬度。
1.3.3辅助工序
在零件的加工中，还应该包含辅助工序。
检验工序是主要的辅助工序，它是保证产品质量的主要措施。
除了在每道工序的进行中，操作者都必须自行检验外，还应在下列情况下安排单独的检验工序。
1.粗加工阶段结束之后。
2.重要工序之后。
3.零件从一个车间转到另一个车间时。
4.特种性能（磁力探伤、密封性等）检验之前。
5.零件全部加工结束之后。
检验工序是很重要的辅助工序，除此之外，还要考虑安排去毛刺、到棱边、去磁、清洗、涂防锈油等辅助工序。
缺少了辅助工序或是对辅助工序要求不严，将会给装配工作带来困难，甚至是零件不能使用。
第二章侧轴承杯的结构及工艺分析
2.1零件的结构分析
侧轴承杯的零件如图2.1,2.2,2.3所示。
根据零件图可以分析得出：
从主视图中可以看出零件的主要工作表面为Φ12.58深2.7mm的滚道，用于轴承的固定。
在主视图零件右侧有一M18X0.5-2螺纹，用于侧轴承杯在箱体上的安装与固定。
2.1（侧轴承杯主视图）
图2.2（侧轴承杯左视图）
图2.3（侧轴承杯局部视图）
2.2零件的工艺分析
侧轴承杯加工所要达到的技术要求是：
1热处理HRC62-66。
2时效处理。
3不允许有裂纹。
4倒棱R0.2。
5磨螺纹M18X0.5-2。
6Φ18.50-0.01。
表面和安装
锥面对滚道表面的跳动量不大于0.002。
7螺纹M18X0.5-2对滚道表面的跳动量不大于0.02。
.8滚道椭圆度不大于0.01。
9滚道波纹度不大于0.001。
10端面对轨道的跳动量不大于0.008。
自由尺寸公差按HB761-66-8。
此零件的总体尺寸小，尺寸精度高，所需要加工的各个表面，孔和端面都有较高的加工精度要求，大多数尺寸的上下偏差都要求在0.05mm，表面粗糙度要求最高为Ra0.1µm，所以大部分的加工要素都选用车削→磨削的加工方案。
滚道部分和外圆Φ18.5的上下偏差都在0.01mm。
根据表2-1可以确定选用的加工方案为粗车→半精车→粗磨→精磨→镜面磨。
表2-1外圆表面加工方案及其经济精度
序号
加工方法
经济精度（公差等级）
经济粗糙度Ra值/μm
使用范围
1
粗车
IT13~IT11
50~12.5
适用于淬火钢以外的各种金属
2
粗车-半精车
IT10~IT8
6.3~3.2
3
粗车-半精车-精车
IT8~IT7
1.6~0.8
4
粗车-半精车-精车-滚压
IT8~IT7
0.2~0.0255
5
粗车-半精车-磨削
IT8~IT7
0.8~0.4
主要用于淬火钢,也可用于未淬火钢,但不适用于有色金属
6
粗车-半精车-粗磨-精磨
IT7~IT6
0.4~0.1
7
粗车-半精车-粗磨-精磨-超精加工（或轮式超精磨）
IT5
0.1~0.012（或Rz0.1）
8
粗车-半精车-精车-精细车（金刚车）
IT7~IT6
0.4~0.025
主要用于要求较高的有色金属
9
粗车-半精车-粗磨-精磨-超精磨（或镜面磨）
IT5以上
0.025~0.006（或Rz0.1）
极高精度的外圆加工
10
粗车-半精车-粗磨-精磨-研磨
IT5以上
0.1~0.012 （或Rz0.1）
顶尖孔在加工中常用作定位基准，加工精度要求也很高，一般情况下，轴类零件上的外圆表面的设计基准是轴心线，为了保证加工精度，遵循基准重合原则和基准统一的原则，选择工件上的定位基准为轴类零件的轴心线，一般以顶尖孔作为磨削各外圆的定位表面，通过顶尖装夹工件，顶尖孔和顶尖的接触质量对工件的加工精度有直接的影响，因此，磨削过程中经常需要对顶尖孔进行修研。
常用的顶尖孔修研方法有以下几种：
1.用油石或橡胶砂轮等进行修研。
先将圆柱形油石或橡胶砂轮装夹在车床卡盘上，用装在刀架上的金刚石笔将其前端修成60。
顶角，然后将工件顶在油石和车床尾座顶尖之问，开动车床进行研磨，如图l一ll所示。
修研时，在油石上加入少量润滑油（轻机油），用手把持工件，移动车床尾座顶尖，并给予一定压力，这种方法修研的中心质量较高，一般生产中常用此法。
2.用铸铁顶尖修研。
此法与上一种方法基本相同，用铸铁顶尖代替油石或橡胶砂轮顶尖。
将铸铁顶尖装在磨床的头架主轴孔内，与尾座顶尖均磨成60。
顶角，然后加入研磨剂进行修，则修磨后中心孔的接触面与磨床顶尖的接触会更好，此法在生产中应用较少。
3.用成形圆锥砂轮修磨中心孔。
这种方法主要适用于长度尺寸较短和淬火变形较大的中心孔。
修磨时，将工件装夹在内圆磨床卡盘上，校正工件外圆后，用圆锥砂轮修磨中心，此法在生产中应用也较少。
4.用硬质合金顶尖刮研中心孔。
刮研用的硬质合金顶尖上有4条60。
的圆锥棱带，如图1-12（a）所示，相当于一把四刃刮刀，刮研在如图l-12（b）所示的立式中心孔研磨机上进行。
刮研前，在中心孔内加入少量全损耗系统用油调和好的氧化铬研磨剂。
5.用中心孔磨床修研。
修研使用专门的中心孔磨床。
一组斜孔Φ1和一组端面孔Φ1.6定位尺寸要求较高，但其加工形状精度要求相对不高，故采用钻削加工，后清理毛刺的方案。
2.3零件的材料选择
由于本零件在工作时主要起支撑轴承的作用，考虑到机器工作的连续性要求及零件的粗糙度、尺寸精度要求较高。
所用的加工材料是轴承钢。
2.3.1轴承钢概述
轴承钢是用来制造滚珠、滚柱和轴承套圈的钢。
轴承在工作时承受着极大的压力和摩擦力，所以要求轴承钢有高而均匀的硬度和耐磨性，以及高的弹性极限。
对轴承钢的化学成分的均匀性、非金属夹杂物的含量和分布、碳化物的分布等要求都十分严格，是所有钢铁生产中要求最严格的钢种之一。
轴承钢分为：
全淬透型轴承钢、表面硬化型轴承钢、不锈轴承钢、高温轴承钢等四类共17个钢号。
高碳铬轴承钢ZGCr15是世界上生产量最大的轴承钢，含碳Wc为1%左右，含铬量Wcr为1.5%左右，从1901年诞生至今100多年来，主要成分基本没有改变，随着科学技术的进步，研究工作任在继续，产品质量不断提高，占世界轴承钢生产总量的80%以上。
本零件的材料也是采用ZGCr15轴承钢。
2.3.2轴承钢的物理特性
轴承钢的物理性能主要以检查显微组织、脱碳层、非金属夹杂物、低倍组织为主。
一般情况下均以热轧退火、冷拉退火交货。
交货状态应在合同中注明。
钢材的低倍组织必须无缩孔、皮下气泡、白点及显微孔隙。
中心疏松、一般疏松不得超过1.5级，偏析不得超过2级。
钢材的退火组织应为均匀分布的细粒状珠光
体。
脱碳层深度、非金属夹杂物和碳化物不均匀度应符合相应有关国家标准规定。
第三章侧轴承杯的工艺规程设计
通过对侧轴承杯的尺寸和结构分析，结合功能与实际使用环境，已经对工艺的初步了解，现在可以对侧轴承杯的加工工艺规程作出具体设计。
3.1毛坯的确定
选择侧轴承杯毛坯时要考虑的是生产批量大小、零件结构形状和尺寸、工件材料利用率及车削量、毛坯的供货能力、具体的车加工能力（加工分法、加工精度
等）、和满足轴承用户的特殊要求（如寿命、耐蚀性）等。
零件毛坯种类有退火棒料、管料、板料、热锻件、温挤压件、冷挤压件、精密辗扩件、高速墩锻件、热轧件等，毛坯的类型对工艺过程的影响很大。
由于本零件的加工精度等级较高，故毛坯选用较小的加工余量。
最终毛坯选择为退火棒料：
适用于外径小于50mm小型轴承杯的车削，因棒料为圆型断面的实心棒料，适用于多轴自动车床上加工大批量套圈。
如图2.1所示，零件外圆的最大直径为Φ19.00。
选取毛坯尺寸为Φ22X3000。
3.2工艺规程设计
根据零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能达到的经济精度，在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用普通机床配以专用工具,并尽量使工序集中来提高生产率。
除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。
选择零件的加工方法及工艺路线方案下：
工序1车削车外形达到如图3.1所示的尺寸要求（其中粗实线加工表面，以后的工序图都用粗实线表示加工表面）。
所用夹具为弹性夹头及送料夹头。
由于刀具使用成形车刀，可直接进行车削。
用千分尺检验尺Φ19.2
，Φ18.8
。
并用成形划钻加工其余部分，用千分尺检验尺寸Φ18.2
。
用卡尺
检验尺寸Φ5.2
。
用缺口样板检验尺寸Φ17.4
。
用量具检验尺寸Φ
图3.17（工序21）
工序22磨如图3.18所示，在磨床上磨掉加长部位。
用卡尺检验尺寸7.3
。
最后进行防锈处理。
图3.18（工序22）
工序23磨如图3.19所示，本工序分为两个工步。
1磨端面，并用千分尺检验尺寸7
。
2退磁。
最后检验并进行防锈处理。
图3.19（工序23）
工序24磨如图3.20所示，在台磨上磨光端面，并用千分尺检验尺寸7
。
后用检查仪检验，要求两端面的平行度不得大于0.002。
图3.20（工序24）
工序25磨如图3.21所示，在52台磨上细磨滚道，并用检查仪检验尺寸Φ12.54
。
用深度规检验尺寸2.5
。
用R样板检验尺寸R1.8
。
再用对板和对圈检验。
最后进行防锈处理。
图3.21（工序25）
工序26磨如图3.22所示，在52台磨上进行精磨滚道，并用检查仪检验尺寸Φ12.572
。
用深度规检验尺寸2.5
。
用R样板检验尺寸R1.8
。
再用对板和对圈检验。
本工序要求:
1滚道对壁厚差不得大于0.002，用检验仪和扭簧比较仪进行检验。
2用检验仪检验滚道椭圆度不得大于0.002。
3烧伤检查，每批零件抽验5%，如有烧伤再抽验10%，如有烧伤则100%检验。
注
意，检验时需涂保护层。
4要求光洁度达到10。
最后进行检验和防锈处理。
图3.22（工序26）
工序27稳定处理按热处理工艺规程进行稳定处理。
工序28超精研如图3.23所示，在超精研机上进行超精研加工，并用检查仪检验尺寸Φ12.58
。
再用对圈检查。
本工序要求：
1用检查仪检验椭圆度大于0.02。
2用光洁度样检查光洁度达到12。
最后进行防锈处理。
图3.23（工序28）
工序29抛光如图3.24所示，在抛光机上修光外圆，并用极限千分尺检验尺寸Φ18.5
。
最后进行检验和防锈处理。
如果外圆没有明显划痕，可不进行本工序。
图3.24（工序29）
工序30刻标记退磁，本工序分为两个工步1在螺纹端面上刻标记"0"。
2退磁。
最后进行防锈处理。
工序31油封按防锈处理工艺规程进行。
第四章钻模及钻套的设计
在工序5中，需要在外圆上钻一组斜孔Φ1，还要在端面上钻一组孔Φ1.6，这在台钻上是不能直接完成的，需要设计一组夹具来辅助完成此加工。
4.1夹具设计简介
4.1.1机床夹具的定义
机床夹具是机械加工中，在机床上用以确定工件位置并将其夹紧的工艺装备。
在机械加工工艺系统中，机床夹具是一个重要的组成部分。
为保证工件某工序的加工要求，必须使工件在机床上相对刀具的切削或成形运动处于准确的相对位置。
当用夹具装夹加工一批工件时，是通过夹具来实现这一要求的。
而要实现这一要求，又必须满足三个条件：
1.工件在夹具中占有正确的加工位置；
2.夹具装夹在机床上的准确位置；
3.刀具相对夹具的准确位置。
这里涉及了三层关系：
零件相对夹具，夹具相对于机床，零件相对于机床。
工件的最终精度是由零件相对于机床获得的。
4.1.2机床夹具的功用
一般情况下机床夹具的功用可以有以下几点:
1.保证被加工表面的位置精度。
采用夹具装夹工件,可以准确的确定工件与刀具、机床之间的相对位置。
2.提高劳动生产率。
可以省去对工件的逐个找正与对刀,使用辅助的时间显著减少,可以实现多件多工位加工。
3.扩大机床的使用范围。
4.降低对人工的技术要求和减轻工人的劳动强度。
4.1.3机床夹具的分类
1.按夹具的使用范围和使用特点.夹具可分为以下几类：
a通用夹具通用性强，工件的定位精度不高,广泛应用于多品种单件小批量生产
b组合夹具制造好的标准元件和合件组成,精度高、耐磨、可完全互换,适用于单件小批量生产。
c可调夹具不对应特定的加工对象，适用范围宽，通过适当的调整或更换夹具上的个别元件，即可用于加工形状、尺寸和加工工艺相似的多种工件。
d自动线夹具加工对象明确,针对性强。
适用于大批量生产的自动生产线中。
2.按所适用的机床可分为以下几类：
钻床夹具、车床夹具、铣床夹具、磨床夹具、镗床夹具、拉床夹具、插床夹具、和齿轮加工机床夹具。
3.按夹紧的动力源可分为以下几类：
手动夹具、气动夹具、液压夹具、气动增力夹具、电磁夹具以及真空夹具等。
4.1.4机床夹具的设计特点
机床夹具设计与其他装配设计比较，有较大的差别。
主要表现在下列5个方面
1.要有较短的设计和制造周期。
一般没有条件对夹具进行原理性试验和复杂的计算工作。
2.夹具的精度一般比工件的精度高2～3等级。
3.夹具和操作工人的关系特别密切，要求夹具与生产条件和操作习惯密切结合。
4.夹具在一般情况下是单件制造的，没有重复制造的机会。
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