偏心套的加工夹具设计

课程设计说明书

题目：“偏心套”的加工工艺及φ60+00.043工装夹具设计

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序言

机械工业是一种基本工业形式，对于我们国家来说，他关系到国计民生的方方面面。近年来机械工业领域向着高精度，高质量，高效率，低成本方发展，数字换，自动化水平日益提高，同时由于机械行业的发展，其他各工业部门也向着高深度迈进，机械工业的发展日趋重要。

机械制造过程及检测，检验中，都要用到大量的夹具。为了到到提高劳动效率，提高加工精度，减少废品，扩大机床的工艺范围，改善操作的劳动条件，如何设计好夹具成了机械制造的一项重要任务。

机床夹具是夹具中的一种，将其固定到机床上，可以可以使被加工工件对刀具与机床保持正确的相对位置，并克服切削力的影响，使加工顺利进行，机床夹具分为通用夹具和专用夹具两种。

夹具设计中的特点

1.夹具的设计周期较短，一般不用进行强度和刚度的计算。

2.专用夹具的设计对产品零件有很强的针对性。

3.“确保产品加工质量，提高劳动生产率”是夹具设计工作的主要任务，加工

质量包括被加工表面的本身精度和位置精度，后者主要用夹具来保证。

4.加紧装置的设计对整个夹具的结构据有一定的影响，设计一个好德夹具可以

减少废品率。

因此，夹具设计要求保证以下几个条件：

1.夹具的结构应与其用途及生产规模相适应。

2.保证工件的精度。

3.保证使用方便和安全。

4.真确处理作用力的平衡问题。

5.注意结构的工艺性，便于制造和维修，注意夹具与机床，辅助工具，刀具和

量具之间的联系。

在机械制造中，为了适应新产品的不断发展要求，因此，夹具设计过程中有朝着以下方向发展的趋势：

（1）发展通用夹具的新品种

A．由于机械产品的加工精度日益提高，因此需要发展高精度通用夹具。

B．广泛的采用高效率夹具，可以压缩辅助时间，提高生产效率。

（2）发展可调式夹具

（3）推广和发展组合家具及拼拆夹具。

（4）加强专用夹具的标准化和规范化。

（5）大力推广和使用机械化及自动化夹具。

（6）采用新结构，新工艺，新材料夹具设计和制造夹具

本设计是属于工艺夹具设计范围，机械加工工艺设计在零件的加工制造过程中有着重要的作用。工艺性德好坏，之间影响着零件的加工质量及生产成本，在设计中为了适应大批量的生产情况，以提高产品的生产效率，在设计中所采用的零件尽量采用标准件，可以降低产品的生产费用。

机械制造工艺学课程设计是我们在大学的全部基础课、技术课以及大部分专业课之后进行的。这是我们在毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练，这次设计使我们能综合运用机械制造工艺学中的基本理论，并结合实习中学到的实践知识，独立地分析和解决工艺问题，初步具备了设计一个中等复杂程度零件（偏心套）的工艺规程的能力和运用夹具设计的基本原理和方法，拟订夹具设计方案，完成夹具结构设计的能力，也是熟悉和运用有关手册、图表等技术资料及编写技术文件等基本技能的一次实践机会。因此，它在我们大学生活中占有重要地位。就我个人而言，我也希望通过这次设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性心理，从中锻

炼自己分析问题，解决问题的能力，对未来的工作发展打下一个良好的基础。

由于能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指教。

一、零件的分析

（一）零件的作用

（二）零件的工艺分析

偏心套是一偏心回转体零件,有两组组加工表面,这两组分别是Φ120045.0

外圆,，包括:两个Φ120mm外圆及端面, Φ100

的外圆面，尺寸为Φ60mm的内圆柱面。

这两组加工表面是位置度和自身的平面度和圆柱度都有很高的精度要求 ,可以先加工它的一端外圆,再借助专用夹具以这个外圆为定位基准加工另一端面,然后再加工其它加工表面.

㈠零件的工艺分析

1.1零件的功用﹑结构及特点

⑴该零件以其内孔和轴配合，并通过键进行连接。偏心套主要其支撑和导向的作用，在工作中承受一定的载荷，因此要求其有一定的强度和耐磨性。

⑵该零件硬度较高，采用GCr15轴承刚材料，在进行热处理时，在淬火和回火之间，增加一冰冷处理，这样可以更好地保证工件尺寸的稳定性，减小变形。

⑶为了保证工件偏心的精度，可以采用以下加工方法：

当加工精度高，加工数量大时一般采用专用工装夹具装夹工件进行加工。因该工件的两处偏心完全一样，因此，在加工时可以用同一种方法，分别两次装夹即可。

⑷在加工偏心工件时，由于旋转离心作用，会影响零件的圆度，圆柱度等公差，会造成零件壁厚不均匀等，因此，在加工时，除注意保证夹具体平衡外，还应注意合理选择切削用量及有效的冷却润滑。

⑸当零件上键槽精度要求不高或零星加工时，可以采用插削方法加工键槽。若键槽精度要求较高，零件数量又多时，应采用拉削的方法加工键槽。

⑹偏心距误差的检查方法。首先将偏心套装在1:3000小锥度心轴上。心轴两端备有高精度的中心孔，将心轴装夹在偏摆仪两顶尖之间，将百分表触头顶在φ120外圆上，转动心轴，百分表最大与最小读数之差，即为偏心距。

⑺φ120偏心圆中心线对中心孔的轴线平行度误差检查法。同样将偏心套装在1:3000小锥度心轴上，然后将小锥度心轴放在标准V型块上，先用百分表找出偏心套外圆最高点，然后在相距30mm处，测出两最高点值，其两点误差为两轴线平行度值。

⑻圆柱度的检测方法。将偏心套装在1:3000的小锥度心轴上，再将心轴装夹在偏摆仪两顶尖之间，将百分表触头顶在φ120mm外圆上，转动心轴，测三个横截面，其百分表最大读数与最小读数之差，即为圆柱度误差。

1.2主要加工表面及其要求

⑴内孔

孔径为Φ60的孔是轴的安装孔，表面粗糙度为Ra=0.8um。倒角为C1，公差等级为IT7~8，孔中心线与两外圆的偏心距均为8±0.05mm。圆柱度要求为0.01mm。

⑵外圆表面尺寸为Φ120mm，公差等级为IT7~8,外圆表面素线以孔为基准，平行度要求为0.01mm，外圆表面圆柱度要求为0.01mm，粗糙度为Ra=0.8um，个外圆表面长度为40mm。

⑶端面

偏心套端面长度为90mm，中间侧壁到端面距离为40mm，外端面粗糙度Ra=6.3um，中间侧壁粗糙度Ra=1.6um。

⑷磨削槽

槽宽由图中给定的尺寸求得为10mm，深为2mm倒圆角R3，由圆中的尺寸要求和其功用可知其不是重要的配合面.

⑸键槽

键槽深度由图中尺寸可得为4.5mm。

为保证整体零件的耐磨性和热处理的硬度达到58~64HRC。要求淬火后回火，未注粗糙度为Ra=6.3um。

1.3生产类型

由题目知产量五千件以上，计算其年生产纲领：=++

(1%)(1%)

N Qm a b

N—零件年生产纲领（件|年）

Q—产品年产量（台，辆|年）

m—每台（辆）产品中零件的数量（件|台，辆）a%—备品率

b%—废品率

Q=5000台|年，

m=1件—|台

a取3%，b取0.5%

计算得N=5175.7

该偏心套的生产类型属于成批生产。

㈡毛坯的选择

2.1 确定毛坯的类型，制造方法和尺寸度及其公差

①该零件的材料为GCr15，设计要求生产类型为成批生产，形状简单，该零件因其一般只用于轻载，冲击小或无冲击的场合。为提高生产效率，选用金属模砂型机器铸造。

②选择零件的一端面作为分型面铸造出带孔的圆棒料。

③由零件图技术要求知该零件精度要求较高，毛坯为精密的铸件，铸件尺寸公差为CT9 加工余量等级按CT9-MA-H/G 级。各表面单边余量 3.0mm。

2.2 确定毛坯技术要求①铸件不应有裂纹、砂眼、和局部缩松、气孔及夹渣等缺陷，铸件表面应清除毛刺同、结瘤和粘砂等。

②球化退火处理硬度为207～229HBW，以降低硬度，改善切削加工性，并为淬火作好组织上的准备，材料为GCr15。

③未注倒角0.5 45 ，其余粗糙度Ra=6.3um。

④外表面斜度为30’,内表面起模斜度为1

2.2 确定毛坯简图。

确定毛坯尺寸公差与机械加工余量

下料棒料φ120mm×165mm

锻造锻造尺寸φ155mm×φ45mm×104mm

㈢基准的选择

由零件图中的技术要求可知该零件的尺寸较多是以内孔中心线为设计基准,且图中外圆表面

尺寸精度要求较内孔高,外圆表面素线平行度以内孔轴线为基准,根据粗精基准选择原则和基准重合统一原则,确定各表面的基准如下表所示:

㈣拟定机械加工路线

⑴确定各表面的加工方法

根据各加工表面的加工精度和表面粗糙度要求，选定如下加工方法：

孔的端面加工为车削；孔的加工为车削—磨削；外圆加工为车削—磨削；磨削槽的加工为车削。侧壁加工为车削；键槽加工为拉削。

具体加工方法如下：

①偏心套端面：未标注公差要求，表面粗糙度为Ra=6.3um，查表知需进行粗车—精车。

②侧壁未标准公差要求，表面粗糙度为Ra=1.6um，查表知需进行粗车—半精车—精车。

③孔：表面表面粗糙度Ra=0.8um；查表得公差等级为IT7～8，查表知需进行粗车—半精车—精车。

④外圆表面公差等级为IT7～8，粗糙度Ra=0.8um，查表知需进行粗车—半精车—精车。

⑤磨削槽列尺寸要求和公差要求，不是重要表面，只需粗车即可。

⑥键槽宽度要求为20。

⑵拟定加工路线

加工方案如下：

⑶工艺分析

此工艺按工艺集中原则组织工序，许多工序可在同一机床上完成，减少了工件的装夹次数，易于保证加工面的质量，需要的车床少，减少了工件在工序间的运输，减少辅助时间和准备时间。

㈤确定机械加工余量、工序尺寸及公差

加工余量可采用查表修正确定。确定工序尺寸一般方法是：由加工表面的最后工序往前推算，最后工序的工序尺寸按零件图样的要求标注，当无其它基准交换时，同一基准面多次加工的工序尺寸只与工序（工步）的加工余量有关，当基准不重合时工序尺寸用工艺尺寸链计算，中间工序尺寸按“向、入体“原则标注，但毛坯和孔心距尺寸公差带一般取双向对称布置、中间工序尺寸的公差可从相应的加工经济精度表中查得。

偏心套零件第一道工序各工步开基准交换，其余挌表面均基准重合、统一原则，故只需查得各加工余量，便可确定工序尺寸。

根据上述资料和加工工艺，查各种表面加工余量表分别确定各加工表面的加工余量、工序尺寸及公差如下表：

㈥机床的选择及工艺装备

⑴机床的选择

①工序10、20、40、50、80

由于有些工序包括多个工步，该零件形状较规则，为减少装卸刀具次数和时间，保证工件质量，选用CA6140型卧式车床比较合适。

②工序60、70

磨内孔和外圆：根据工件的尺寸选用M2110内圆磨床和M1432外圆磨床。

③工序90

插削键槽根据尺寸和技术要求选用L6100拉床。

⑵刀具选择

该零件特形表面，成批生产，一般采用通用或标准刀具，卧式车床上粗车端面用P10端面车刀，磨内孔和外圆选用白刚玉平形砂轮。

⑶选择夹具

该零件加工工序10采用三爪卡盘，其余工序需用专用偏心夹具。

⑷量具的选择

该零件属批量生产，一般采用通用量具。

①外圆和内孔加工量具

外圆表面公差值T=0.23mm，查表得计量器具不确定度允许值为 =.00018，查表得，所选用的计量器具达不到GB 3177—1997规定的。则重新计算安全裕度A’, A’= =0.002

由于偏心套最大实体尺寸：120.043mm 其最小实体尺寸：120.0250mm

则基验收极限尺寸：由分析得应选用150～200mm外径千分尺和150～200mm内径千分尺较合理。

②端面和键槽加工量具选用0～200mm/0.02mm游标卡尺，由于大批量生产最后加工验收时为节约时间，提高效率应选用极限量规，孔量规选用锥柄圆柱塞规。

机床设备和工艺装备选择

⑸偏心套机械加工工艺过程卡

㈦确定切削用量及基本工时

粗车端面和内孔

⑴粗车偏心套端面

步骤如下是：

①确定背吃刀量：端面单边总余量3mm，一次走刀加工 a

p

=2.0mm。

②确定进给量f：根据表查得f=0.6～0.9mm/r；根据机床的横向进给量，取f=0.8mm/r。

③确定切削速度：V＝（1-m×T m×a

p

xv×f yv）×Kv

Kv＝K

Mv ×K

tv

×Kk

rv

×K

sv

×K

Tv

×K

Kv

其中K

tv

＝1.0（表21-6），

Kk

rv

＝0.81（表21-7），

K

SV

＝0.8（表21-5），

K Tv ＝1.0（表11），

K

Kv

＝1.24（表21-9），

K Mv ＝0.637/σ

b

＝0.637/0.735＝0.87（表21-1）

根据表查得 Cv=235，x

v ＝0.15，y

v

＝0.35，m=0.20，刀具寿命选T=60min，

故 v=72.2m/min

④确定机床主轴转速n：

n

s

＝1000v/πdw＝1000×72.2/(3.14×45)＝5.38r/s（323r/min）

根据表查得相近较小的机床转速为n=160r/min，所以实际切削速度V＝

n

W

×dw×π/1000 ＝370×96×3.14/1000＝111.53r/min（1.86r/s）

⑥辅助时间：查表得，装夹工件时间为0.8min，启动机床为0.02min

⑤计算基本时间：端面车刀选用主偏角背吃刀量查表得取批量生产，启动切削液的时间为0.05min，共计T =1.37min。

⑵粗车内孔

①确定背吃到量：总加工余量为3.0mm，一次走刀加工，a

p

=2.5mm。

②确定进给量f：根据表5-102查得f=0.6～0.9mm/r；根据机床的纵向进给量，取f=0.81mm/r。

③确定切削速度：V＝（1-m×T m×a

p

xv×f yv）×Kv

Kv＝K

Mv ×K

tv

×Kk

rv

×K

sv

×K

Tv

×K

Kv

其中K

tv

＝1.0（表21-6），

Kk

rv

＝0.81（表21-7），

K

SV

＝0.8（表21-5），

K

Tv

＝1.0（表11），

K

Kv

＝1.24（表21-9），

K Mv ＝0.637/σ

b

＝0.637/0.735＝0.87（表21-1）

根据表查得Cv =235，m=0.20， x

v ＝0.15，y

v

＝0.45，刀具寿命T=60min，

故v =55.98m/min

④确定机床主轴转速n：n

s

＝1000v/πdw ＝1000×1.623/(3.14×45)＝5.38r/s （323r/min）

根据表查得相近较小的机床转速为n=320r/min，所以实际切削速度 V＝

n

W

×dw×π/1000 ＝370×96×3.14/1000＝111.53r/min=54.26m/min

⑤计算基本时间 ：切削加工长度L=91mm ，内孔车刀选用主偏角Kr =75 ， 背吃刀量 a p ==2.5mm ，查表得 ，取 =3mm ， =（3～5）mm ， =（3～5）mm =0.39min ⑥辅助时间 ：查表得，换刀时间为0.5min ，切削液的开启时间为0.05min ，测量尺寸时间为0.5min ，共计 =1.05min 。 ⑶ 精车端面

①确定背吃刀量 ，端面单边剩余余量为1mm ，二次走刀加工， a p =1.0mm 。 ②确定进给量f ：根据表查得f=0.6～0.9mm ，查表5-5得f=0.61mm/r 。 ③确定切削速度 ： V ＝（

1-m

×T m ×a p xv ×f yv ）×Kv

式中Cv=242，x v ＝0.15，y v ＝0.35，m ＝0.20 Kv ＝K Mv ×K tv ×Kk rv ×K sv ×K Tv ×K Kv

其中K tv ＝1.0（表21-6），Kk rv ＝0.81（表21-7），K SV ＝0.8（表21-5）， K Tv ＝1.0（表11），K Kv ＝1.24（表21-9），K Mv ＝0.637/σb ＝0.637/0.735＝0.87（表21-1） 所以v =77.47m/min

④机床主轴转速n:n s ＝1000v/πdw ＝1000×1.623/(3.14×45)＝5.38r/s （323r/min ）

根据表查得相近较小的机床转速为n=250r/min,所以实际切削速度 V ＝n W ×dw×π/1000 ＝370×96×3.14/1000＝111.53r/min （ 1.86r/s ）=71.44m/min.

⑤计算基本时间 :切削长度L=91/2=45.5mm,端面车刀选用 Kr=90 ,背吃刀量 a p =1mm,查表取 =3mm; =(3~5)mm;批量生产 =(45.5+3+4+0)mm=52.5mm ⑥辅助时间 :查表得,开启和关闭切削液时间为0.05min,换刀时间为0.5min,取量具并测量尺寸时间为0.5min,共计时间 =1.05min. ⑷ 精车侧壁

①确定背吃刀量 :侧壁加工余量为0.5mm,一次走刀加工完成, a p =0.5mm. ② 确定进给量f:根据表查得f=0.6～0.9mm/r,取f=0.5mm. ③确定切削速度V ＝（1-m

×T m ×a p xv ×f yv ）×Kv，式中Cv=242，x v ＝0.15，

y v ＝0.35，m ＝0.20，

Kv ＝K Mv ×K tv ×Kk rv ×K sv ×K Tv ×K Kv

其中K tv ＝1.0（表21-6），Kk rv ＝0.81（表21-7），K SV ＝0.8（表21-5）， K Tv ＝1.0（表11），K Kv ＝1.0（表21-9），K Mv ＝0.637/σb ＝0.637/0.735＝0.87（表21-1） 刀具寿命选T=60min

∴v=（242/601-0.2×36000.2×0.750.15×0.520.35）×0.87×1.0×0.81 ×0.8×1.0×1.24＝1.623m/s

④确定机床主轴转速n:n s ＝1000v/πdw ＝1000×1.623/(3.14×45)＝5.38r/s （323r/min ）

根据表查得相近较小的机床转速为n=250r/min,所以实际切削速度 V ＝n W ×dw×π/1000 ＝370×96×3.14/1000＝111.53r/min （1.86r/s ） =94.985 m/min

⑤计算基本时间 :端面车刀选用主偏角 ,背吃量 =0.5mm,查表得 取 =3mm, =(3～5)mm

⑥辅助时间 :查表得,调节切削液的时间为0.05min,取量具并测量 尺寸时间为0.5min,共计 =1.0min.

㈧ φ60工装夹具设计