轴承座机械制造工程原理设计说明书

机械制造工程原理课程设计说明书

学院机械工程学院

专业机械工程及自动化

学生姓名

班级学号

指导教师

目录

序言 ........................................................ .............. ............ .. (1)

一、夹具设计任务....................................... . (1)

1、设计题目.................... ..................................... .. . (1)

2、原始依据.................... ........................................... .. (1)

3、设计内容.................... .................... ................... . (1)

二、设计说明书......... ............................... .............. (2)

1、序言..... .................... .......................... ...................... (2)

2、零件的分析.............................. ................... .. (2)

3、毛坯的分析................................... ............... ...... (3)

4、基准的选择....................................... ................... (4)

5、制定机械加工工艺路线............................. (5)

5.1确定各加工表面的加工方法........................ .. .................................. ..5 5.2、拟订加工工艺路线........................ ............ ....... ............... ....... .. (5)

5.3、确定切屑用量及基本工时........................ ... (6)

6、夹具的设计................................. ................. ...... ... ... (7)

6.1定位方案........................................ ........ ........ ........ (7)

6.2、夹紧装置的设计...... ....................... ........................ ................... . (9)

6.3、定位误差分析.............................................. ........ ........ (11)

6.4、夹具使用注意事项、保养及维护............................... (12)

三、本次课程设计小结、体会及建议.......................... (12)

四、参考资料........................................................ ........ ........ (13)

一、设计任务

1、设计题目

设计轴承座零件的机械加工工艺规程及钻孔工序的专用夹具。

2、原始依据

1．生产类型：成批生产；

2．零件图样。

3、设计内容

1．毛坯草图1张；

2．制定零件的机械加工工艺规程，填写机械加工工艺过程卡片及指定工序的机械加工工序卡片各1份。或填入机械加

工工艺过程综合卡片；

3．设计指定的专用夹具，绘制夹具装配总图1张，绘制所设计夹具的大件零件图1张；

4．编写设计说明书1份。

5．起讫时间：2010年8月23日至2010年9月7日

6．进度安排

课程时间进度安排如表1所示，供参考。

表1 课程设计时间进度安排

二、设计说明书

1、序言

机械制造工程学课程设计是在大学期间一门重要的实践类课程，是在学习了机械设计，几何精度，机械制造基础等课程的基础上进行的一项锻炼学生能力的课程，通过这项课程的学习，可以使我们能够系统并综合地复习以前学过的知识，锻炼我们将理论运用到实际的能力。同时，通过本次训练，也为之后的毕业设计做好铺垫。

鉴于这是大学期间一次重要的用理论解决实际问题的训练，我希望通过本次训练，我能够比较系统地复习以前学过的知识，争取打下坚实的理论基础。同时，也希望在本次课程设计的过程中扩大自己的知识面，通过与老师的交流来找出自己需要加强的方面，提高自己设计、绘图、查找资料的能力，为以后的学习和工作打下一个坚实的基础。

2、零件的分析

2.1、零件的作用：

本次设计的目标零件为轴承座，滑动轴承由轴承座、轴瓦（轴套）和润

滑装置组成，轴承座的作用主要起支撑作用，可以直接做在机器箱壁或

机体上。

2.2、零件的技术要求：

铸件不得有砂眼、裂纹等缺陷，铸造后应去毛刺，锐角倒角，未注铸造

圆角R2~3

2.3、加工表面及要求：

从零件图上可以看出零件的底面粗糙度为Ra3.2um，两侧面粗糙度为

Ra6.3um，上端面粗糙度为Ra12.5um，轴承座上放置轴承的孔位本零件

的加工难点，需要保证尺寸要求为?25H6且加工的粗糙度为Ra0.8um，同时要保证孔德轴线与底面的平行度误差0.02的要求。保证轴承座底座

2×?11通孔的尺寸要求，其定位尺寸为自由公差只要满足要求即可，同

时保证表面粗糙度Ra12.5um。注油孔的尺寸为要求为?6H7且加工的粗

糙度为Ra0.8um。

2.4、零件材料：

由于轴承座主要起支撑作用，故对其的材料要求不高，选择灰铸铁即可

满足要求。

3、毛坯的分析

3.1、毛坯的制造方法：

由于零件采用灰铸铁，故可以采用铸造方法得到其毛坯，即能满足工

艺要求，又能节省成本，实现大批量生产。

3.2、毛坯的尺寸确定：

根据GB/T6414-1999确定：

●确定最大轮廓尺寸根据零件图计算轮廓尺寸，长96mm，宽30mm,

高64mm，故最大轮廓尺寸为96mm。

●选取公差等级CT 由表5-1【1】，铸造方法按机器造型、铸件材料按灰

铸铁，得公差等级CT的范围8~12，取为10级。

●确定铸件尺寸公差根据加工面的基本尺寸和铸件公差等级CT，由表

5-3【2】查得，公差带相对于基本尺寸对称分布。

●确定机械加工余量等级由表5-5【3】，铸造方法按机器造型、铸件材料

按灰铸铁，得机械加工余量等级范围为E~G级，取为F级。

●确定要求的机械加工余量RMA 对所有的加工表面取同一数值，由表

5-4【4】查得最大轮廓尺寸为96mm，机械加工余量等级为F级，得RMA

为1mm。

●确定毛坯基本尺寸

孔2×?11和?6H7较小，铸成实心；两侧面双侧加工，由式（5-2）【5】

求出，即

R=F+2RMA+CT/2=30+2×1+2.6/2=33.3mm

上端面为单侧加工，毛坯基本尺寸由式（5-1）【6】求出，即R=F+RMA+CT/2=24+1+2.4/2=26.2

?25孔属于內腔加工，应由式（5-1）【7】求出，即

R= F-2RMA-CT/2=25-2×1-2.4/2=21.8mm

底面为单侧加工，毛坯基本尺寸由式（5-1）【8】求出，即

R=F+RMA+CT/2=40+1+2.6/2=42.3mm

4、基准的选择

4.1、粗基准的选择：

由于所选毛坯为型材且每个表面都需要加工，零件外形规则，选用底面作为粗基准是完全合理的。

4.2、精基准的选择：

从零件图中可知?25H6孔与底面有较高的平行度要求（?0.02），按照有关的精基准的选择原则[7]P151（某些位置度要求很高的表面，常采用互

为基准反复加工的办法来达到位置度要求），同时还要考虑基准重合的问

题，当设计基准与工序基准不重合时应进行尺寸换算。根据粗，精基准

选择原则，确定各加工表面的基准如下：

（1）粗铣、半精铣两侧面：先以底面为粗基准再以加工好的一侧面为精基准

（2）粗铣、半精铣底面：上端面及互为基准，加工完的侧面为精基准

（3）钻2×?11底孔，锪孔：下底面为精基准，左侧面和后面为粗基准（4）粗镗、半精镗、精镗轴承孔：底面、圆柱销和削边销为精基准

（5）粗铣上端面：底面及互为基准

（6）钻、粗铰、精铰?6H7孔：左侧面为粗基准，心轴和前视面为精基准5、制订机械加工工艺路线

5.1、确定各加工表面的加工方法：

该轴承座的加工表面为：?14圆柱的上端面、?25H6轴承孔、下底面、2×?11底座孔并且再进行锪孔操作、相距为30的轴承孔两侧面、?6H7通孔。根据各加工表面尺寸精度及表面粗糙度要求，?14圆柱的上端面的加工路线为粗铣；?25H6轴承孔的加工路线为粗镗---半精镗---精镗；下底面的加工路线为粗铣---半精铣；2×?11底座孔的加工路线为钻；两侧面的加工路线为粗铣---半精铣；?6H7通孔的加工路线为粗铰---精铰。

5.2、拟订加工工艺路线：

制定工艺规程，首先必须得考虑是否能够满足零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求，在生产纲领已确定为大批量生产的条件下，可以考虑采用万能机床配以专用工夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应该考虑经济效益，以便使生产成本尽量下降。为此，我们制定了如下的工艺路线方案：

工序一：粗铣、半精铣两侧面

工序二：粗铣、半精铣底面

工序三：钻2×?11底孔，锪孔

工序四：粗镗、半精镗、精镗轴承孔

工序五：粗铣上端面

工序六：钻、粗铰、精铰?6H7孔

我们需要处理的是工序三，在该零件的底座上钻2×?11孔，选择合适的定位元件和夹紧装置。了解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。这些是在考虑夹具总体方案、操作、估算夹紧力等方面必不可少的。

5.3、确定切屑用量及基本工时：

钻孔?11mm

1、确定进给量f

根据表5-113【9】

f=0.02d0=0.02x 11=0.22mm/r

根据Z525钻床（见表5-3【10】）实际纵向进给量取f=0.22mm/r

2、确定切削速度v

按表5-113，取v=20m/min

3、确定机床主轴转速n

n=1000v/(πd w)=1000x20/π/11 r/min =579r/min

根据表5-3，按机床实际转速选取n w=545r/min，

所以实际切削速度v=πd w n w/1000=18.8r/min

切削加工基本时间T j

l1=

T j=(l+l1+l2)/ (n w f)=22/545/0.22min=0.18min

其中：切入量l1=5mm ，切出量l2=2mm ，l=15 mm

确定辅助时间T f

查表5-153【11】得，变换刀架的时间为0.05min，变速或变换进给量的时间为0.02min，启动和调节切削液的时间为0.05min，共计T f=0.12min 锪圆柱式沉头孔?22mm

根据有关资料介绍，锪沉头孔时进给量及切削速度为钻孔时的1/2~1/3，故f=1/3f钻=0.073mm/r 按机床选取0.09mm/r

v=1/3v钻=6.67m/min

n=1000v/(πD)=1000x6.67/π/22=96.5r/min

按机床选取n w=75r/min

所以实际切削速度v=πDn w/1000=5.2m/min

切削加工时

t=(l+l1+l2)/ (n w f)=3/7.5/0.09=4.4min

其中：切入量l1= 2mm ，切出l2=0mm ，l=1 mm

6、夹具的设计

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。我们的任务是设计工序三的专用夹具——钻2×?11孔。本夹具用于小型钻床，。

6.1定位方案：

按照六点定位原理和本工序的加工精度要求，确定具体的定位方案和定位元件

在机床夹具的使用过程中，工件的批量越大，定位元件的磨损越快，选用标准定位元件增加了夹具零件的互换性，方便机床夹具的维修和维护。

我们选取已经加工好的侧面作为工件的定位精基准，用两个支承钉来限制x 方向的平动和z方向的转动，在侧面用一支承钉来限制y方向的平动，底面用两个长条形的支撑块来限制最后剩下的三个自由度，从而限制住工件的6个自由度，符合六点定位原则，使工件完全定位。因为零件定位尺寸为自由公差，一般

加工即可满足定位要求。

a)固定支撑钉：选用T7A材料，直径为?6的两个，用来定位后面，限制z方

向的转动和x方向的平动。选一挡铁来限制y方向的平动。

b)支承块：选用T7A材料，尺寸为长60mm，宽20mm，高8mm，将两块支

承块固定于底座上，用来限制x和y方向的转动和z方向的平动。

c)导向方案及导向元件的选择和设计：由于零件为大批生产，考虑加工孔离壁

比较近，可换钻套需要定制，考虑到成本故选择固定钻套。根据《机械制造技术课程设计指导》8.2节，钻套至工件表面的距离按（1~1.5）d=11~16.5mm 选取，考虑本工序加工时钻头较细，防止切屑将钻头憋断，应有足够的排屑空间，故钻套至工件表面的距离取12mm。

根据《夹具手册》表2.5-5，钻套和钻模板的配合选H7/n6，查机床夹具设计手册，根据夹具设计手册，导向误差计算公式为：

式中：——钻套内孔最大直径

——钻头最小直径，按GB/T613 5.2-1996,钻头直径公差为h8，滚=

——可换钻套外径的最小尺寸

——固定衬套内孔的最大直径

——可换钻套内外径轴线的偏心量

H=12mm，D=18mm，d=11mm,由表7-39查得，K=0.5，m=0.4，P=0.35将各参数代入上式得：导向误差计算为△：T=0.015mm，可以保证位置精度要求。

6.2、夹紧装置的设计：

夹具是用来安装和固定定位元件，夹紧机构和钻模板的实体。具体大小根据整个机构的大小而调整，要保证机构的稳定，水平，所以形位公差会有较严格的要求。

选择加紧机构

(1)夹紧力的方向：

夹紧力的方向要有利于工件的定位，并注意工件的刚性方向，不能使工件有脱离定位表面的趋势，防止工件在夹紧力的作用下产生变形。

(2)夹紧力的作用点：

夹紧力的作用点应选择在定位元件支承点的作用范围内，以及工作刚度高的位置。确保工件定位准确、不变形。

(3)选择夹紧机构：

在确定夹紧力的方向、作用点的同时，要确定相应的夹紧机构。确定夹紧机构要注意以下几方面的问题：

①安全性夹紧机构应具备足够的强度和夹紧力，以防止以外伤及夹具操作人员。

②手动夹具夹紧机构的操作力不应过大，以减轻操作人员的劳动强度。

③夹紧机构的行程不宜过长，以提高夹具的工作效率。

④手动夹紧机构应操作灵活、方便，且不能阻碍机床上刀具的运行。

综合考虑，我选用螺旋夹紧机构。这是因为不仅结构简单、制造方便，而且由于缠绕在螺钉面上的螺旋线很长，升角小。所以螺旋夹紧结构的自锁性能好，夹紧力和夹紧行程都较大，是目前应用较多的一种夹紧机构。螺旋夹紧机构中所用的螺旋，实际上相当于把斜楔绕在圆面积柱体上，因此，其作用原理与斜楔是一样的。只不过是这时通过转动螺旋，使绕在圆柱体上的斜楔高度发生变化，而产生夹紧力来夹紧工件

确定夹紧力的方向、作用点，以及夹紧元件或夹紧机构，估算夹紧力大小，要选择和设计动力源。夹紧方案也需反复分析比较，确定后，正式设计时也可能在具体结构上作一些修改。最终选定使用螺旋夹紧机构。选用M10的六角头压紧螺钉、紧定螺钉和M18的螺母来夹紧工件。

夹紧力的计算：

根据公式：

式中：——考虑传动机构转轴摩擦损失时的传动效率；

——螺纹升角；

——螺纹摩擦角；

——螺纹中径；

——旋紧力矩。

1 查出M10螺纹中径=9.026mm，螺距t=1.5,升角为：=arctg[1.5/(π)]=3.03°

2 查出摩擦系数f，摩擦角为: =arctgf，螺栓与螺母间钢对钢摩擦系数为0.1，普

通螺纹牙型角为60度，则当量摩擦系数=0.1/cos(60/2)°=0.1155 ，由此算出其当量摩擦角为arctg0.1155=6.588°

将=0.65，=3.03°，=6.588°，=9.026mm，=50N.m代入上式得：F

=43kN

夹具体的外形尺寸在绘制夹具总图时，根据工件、定位元件、夹紧装置及其辅助机构在总体上的配置，夹具体的外形尺寸便已大体确定。然后进行造型设计，再根据强度和刚度要求选择断面的结构形状和壁厚尺寸。夹具体的壁厚15mm，长度150mm，宽度85mm；根据设计要求，夹具体上设计有螺孔、销孔，并且要求定位定位器和夹紧器的销孔在装配时配作。综合考虑了结构合理性、工艺性、经济型、标准化以及各种夹具体的优缺点等，选择夹具体毛坯制造方法为铸造夹具体；考虑到定位的精确度，要求定位定位器和夹紧器的销孔在装配时配作；考虑到工件小，夹具体的强度要求以及夹具体的结构要求，没有在夹具体上设计加强筋。

6.3、定位误差分析：

为了能够保证最终的加工精度要求，需要对中间工序的定位误差进行计算，根据计算的结果分析判断选择的定位方法和定位精度是否满足要求在给定的定位状态下，影响定位误差的因素包括基准位置误差和基准不重合误差两个。本工序要保证的工序尺寸包括孔的直径、被加工孔轴线与主回转轴线的夹角和左（右）轴线到左（右）侧面的距离。其中孔德直径尺寸由钻头保证，无定位误差因素的影响。根据定位方案，轴线的位置误差主要由后端面以及右侧端面来影响，这些端面的尺寸误差直接影响到轴线的位置误差，其误差为

轴线的角度误差主要由钻套轴线与底面的垂直度误差引起的。

其中为垂直度误差0.040mm，为钻套长度为12mm，经计算得=

6.4、夹具使用注意事项、保养及维护：

（1）使用前对限位尺寸检查是否还保持正确位置；

（2）如果挡销磨损超差，可以进行打磨修复；如果挡板、插销、定位锥头销磨损超差，可以重新组装，错开磨损部位后继续使用。

（3）使用后需要涂防锈油。

三、本次课程设计的小结、体会及建议

两周的夹具课程设计这么快就过去了，在这个过程中，在老师和同学的帮助下，我学到了很多知识。我们在两周的时间内完成了夹具课程设计，虽然我们花费的时间不是很长，这是因为我们学的知识有限，还不足以绘制复杂的夹具，但是通过这次训练我们依然收获了不少新的知识又系统性地温习了以前学过的知识，更是收获了不少设计夹具应该注意的问题等内容，实在是一举多得。虽然在这个过程中我们遇到了一些困难，但是在老师的指点下，再加上同学们自己的努力，我们这次终于把以前所学的知识运用到现实中来了，这对我们加深对课本知识的理解很有好处。同时我们也学会了对于不同的待加工工件设计不同的夹具，对于夹具的各种标准件都学会了如何查标准件手册、如何使用它们。通过这次课程设计实训，使我对机械制造课程有了更进一步的了解。装备在现在工业中有着重要的作用，当然，我们现在对机械设计只不过时一个初步的了解，这门课程还有更多的知识等着我们去学习，在这两周短暂的课程设计里，我学会了一些机械设计的最基本的理论，了解了基本知识在实践中的重要作用，同时也对机械装备产生了浓厚的兴趣。

在这次课程设计过程中，我发现自己还有很多不足之处，对于理论知识我没有充分地理解和掌握，以前学过的知识总是一知半解，结果在实际运用当中出现了很多问题，对一些现象也不能够很好地解释出来，尤其是以前学过的理论知识根本没有融会贯通，在实际使用的过程中无法发挥出来。虽然在同学和老师的帮助下也都尽量改正了，但是也让我意识到了自己存在的巨大不足，这也是我今后努力的方向，我会继续夯实基础，加深对知识的理解，加强对知识的应用能力，

并不断拓展丰富自己的专业知识，为以后的学习和工作打下坚实的基础。

课程设计就这样结束了，总之在课程设计之前一定要打好坚实的理论基础，只有丰富的理论基础才能使你在实际设计当中游刃有余，否则整个课程设计将会遇到很多麻烦；其次在课程设计时一定要多动脑筋，多看书，多问身边的老师和同学，带着一颗求知的心，这样就会收获很多。

四、参考资料

【1】崇凯主编《机械制造技术基础课程设计指南》（【1】~【8】）化学工业出版社

【2】刘长青主编《机械制造技术课程设计指导》（【9】~【11】）华中科技大学出版社

【3】宁传华主编《机械制造技术课程设计指导》北京理工大学出版社【4】唐宗军主编《机械制造基础》机械工业出版社

【5】赵家齐主编《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

【6】龚定安蔡建国编著《机床夹具设计原理》陕西科学技术出版社

【7】王凡主编《实用机械制造工艺设计手册》机械工业出版社

【8】徐鸿本主编《机床夹具设计手册》辽宁科学技术出版社

【9】王光斗、王春福主编《机床夹具设计手册》上海科学技术出版社