机械制造工艺学课程设计
课题名称：角形轴承箱的机床专用夹具设计
学 院： 机电学院
专 业：机械制造及自动化
班 级：
学 号：
姓 名：
指导老师：
20##年6月
目录
一、前言............................................................................................. 2
二、零件分析..................................................................................... 3
2.1零件在产品中的地位和作用.................................................... 3
2.2零件的主要加工表面及要求.................................................... 3
三、机械加工工艺规程的制定.......................................................... 4
3.1毛坯选择................................................................................... 4
3.2零件表面加工方法选择............................................................ 5
3.3定位基准选择........................................................................... 6
3.4工装确定................................................................................... 7
3.5工序设计................................................................................... 8
四、零件的专用夹具设计.................................................................. 9
4.1夹具设计的任务....................................................................... 9
4.2夹具设计要求........................................................................... 9
4.3 定位方案分析.......................................................................... 9
4.4 铣床专用夹具设计................................................................. 10
五、总结........................................................................................... 13
六、参考文献................................................................................... 14
一、前言
机械制造工艺学课程设计是在学习《机械制造工艺与装备》及其相关先修课程后的一个重要的实践环节。
本次课程设计旨在，让我们通过对具体零件实际生产中加工工艺路线及专用夹具的设计，加深对本课程以及之前所学各专业课程（包括工程材料及热处理、机械设计、互换性与测试技术、现代加工技术等）理论知识的理解，进一步巩固所学理论知识，并检测我们对所学习知识的掌握程度以及运用水平。
在设计中我与同学互相帮助,去图书馆查阅相关资料,共同探讨设计中出现的问题,增进同学友谊,加强了与老师的知识探讨. 同时我识图、制图、运算和编写技术文件等基本技能得到了进一步的培养，并且熟悉了相关手册、图表以及各种标准的查询，对零件的整个生产加工实践过程有了一个完整深入的认识和理解，对专用夹具的实际设计，方案选择，注意事项，有了更切身的体会。
但由于自身水平局限，设计仍有许多不足之处，恳请老师进行指导。
二、零件分析
2.1零件在产品中的地位和作用
角形轴承箱是起支撑润滑轴承作用的箱体零件，承受设备在工作时产生的轴向力和径向力。槽50h11与端面100h11为配合表面有较高的精度和表面粗糙度。140h11为内圆较高的定位基准，φ180H7孔为轴承配合有较高的精度。
2.2零件的主要加工表面及要求
由零件图可知：
1）两大端面，二者距离为100h11，表面粗糙度为6.3，对C平面的垂直度公差为0.1；
2）孔φ180h7，表面粗糙度为1.6，圆度公差为0.008；
3）孔6-φ13，表面粗糙度为12.5，均匀分布在φ220mm圆周上，直径为13+0.4mm，位置度φ0.6，并满足最大实体要求；
4）两直角平面，表面粗糙度为12.5；
5）两凹台，表面粗糙度为12.5；
6）端面上两凹槽，表面粗糙度为6.3，相互垂直，垂直度公差为12.5，槽底到孔φ180中心线距离为140h11，槽宽为50H11；
7）两φ25通孔，表面粗糙度为12.5。
三、机械加工工艺规程的制定
3.1毛坯选择
1）毛坯制造方法
角形轴承箱为箱体类零件，材料采用HT200，零件在机床运行受到的冲击力不大，结构不复杂，需大批量生产，又是薄壁零件，故采用铸件毛坯。铸件的分型面选择通过φ25孔轴线，且与B面平行的面。又由于箱体零件的φ180H7孔需铸出，故还应安放型芯，此外，为消除残余应力，铸造后应进行一次人工时效。
2）毛坯尺寸确定
参考文献表可知，由于大批量生产，该种铸件的尺寸公差等级CT为7～9级，取CT为9级；加工余量等级MA为F级。对成批和大量生产的铸件加工余量由工艺设计简明手册得，各加工表面总余量如表1所示。
表1 各加工表面总余量 mm
查工艺手册，计算主要毛坯尺寸及公差：
两端面毛坯尺寸：100+3.5×2=107±2.5
直角面距φ180中心线的毛坯尺寸：148+4.5=152.5±2.5
宽75mm小平面距加工基准毛坯尺寸：58+2.5+4.5=65±2.2
长90mm小平面距加工基准毛坯尺寸：75-2.5=72.5±2.2
孔φ180毛坯尺寸：180-4-4=172±2.8
铸件的分型面选择通过φ25孔轴线，且与B面平行的面。
3）毛坯图 [见工艺卡片]
毛坯图一般包括以下内容：铸造毛坯形状、尺寸及公差、加工余量与工艺余量、铸造斜度及圆角、分型面、浇冒口残根位置、工艺基准及其它有关技术要求等。
3.2零件表面加工方法的选择
由上述的零件分析和查阅相关文献，根据本零件的加工要求，使用到的主要机床有：铣床，镗床，钻床；铣床主要用来铣削直角边、槽；镗床主要用来镗削端面，镗孔；钻床主要用来钻孔。根据零件的表面粗糙度质量要求和尺寸公差要求，对要求机械加工的各端面和孔，现制定加工方法如下：
对于φ250mm的两个端面，其表面粗糙度为6.3um，由参考文献可知：这两端面可以通过粗铣的加工方法获得要求的表面质量，同时如果在镗削φ180H7mm孔时，首先就是镗削端面，也是可以的，也是通过粗镗，半精镗。查阅相关资料可知，对于φ250mm的端面，可以在镗孔前换上圆盘铣刀，进行镗床上的铣削加工。
对于两个直角面，其表面粗超度值为12.5um，由参考文献可知：需通过粗铣的加工工序获得。
对于两个直角面上的50h11mm的槽，其表面粗超度值为6.3um，由参考文献可知：这两个槽通过粗铣的加工工序可获得。
对于φ180H7mm的孔，其表面粗糙度值为1.6um，由参考文献可知：可通过粗镗，半精镗，精镗的加工工序获得。
对于长度为75mm的凹台，其表面粗糙度值为12.5um，由参考文献可知：只需进行一次铣削即可获得。
对于零件上的6-φ13
以及侧面的2-φ25，这8个孔，其表面粗糙度为12.5um，只需通过一次钻削即可获得。
按照图纸要求，其余未加工表面质量，通过铸造工艺保证。
3.3定位基准选择
定位基准的选择是工艺规程制定中的重要工作，它是工艺路线是否正确合理前提。正确与合理地选择定位基准，可以确保加工质量、缩短工艺过程、简化工艺装备的结构与种类、提高生产率。
(1) 精基准的选择：
选择精基准时要考虑主要问题是如何保证设计技术要求的实现以及装夹准确、可靠、方便，因此一般精基准的原则要注意一下原则：
a. 基准重合原则
b. 基准统一原则
c. 互为基准原则
d. 自为基准原则
e. 便于装夹的原则
由于所需加工的角形轴承箱是带有孔的零件，拨叉上有孔Φ180通孔，表面粗糙度为Ra1.6，是整个轴承箱加工中精度最高的孔，同时是角形轴承箱的设计基准、装配基准与测量基准为避免因为基准不重合产生的误差，保证加工精度，应以Φ180的孔为精基准，即遵守“a.基准重合原则”。
(2)粗基准的选择：
选择粗基准一般应遵守下列原则：
a. 保证相互位置的要求原则
b. 保证加工表面加工余量合理分配的原则
c. 便于装夹的原则
d. 粗基准一般不得重复使用的原则
由于该角形轴承箱的主要加工都在两垂直端面，因此可以选择此两垂直端面为粗基准加工。
3.4工装确定
机床：铸造机、X53K铣床、T68镗床、Z535钻床、钳工台。
夹具：由于零件是大批量生产，使用专用机床和专用工艺装备组成的生产线。
刀具：硬质合金钢端铣刀
高速钢盘形铣刀
硬质合金镗刀
高速钢麻花钻钻头
量具：分度值为0.01mm游标卡尺、分度值为0.02mm游标卡尺、光滑极限量规。
3.5工序设计
四、零件的专用夹具设计
4.1夹具设计的任务
任务：设计完成工序9即铣两个 50h11 的凹槽的专用夹具
加工要求：1、槽的粗糙度为 6.3；
2、槽底到孔 φ180 中心线距离 140h11；
3、槽宽 50H11；
4、相对于一大端面，槽平行度误差为 0.12mm。
机床的选择：由于零件本身较大（360×360），故选用铣床型号为 X53K 的立式铣床，其工作台面为 400×1700。本工序采用直柄立铣刀加工需要的槽。
4.2夹具设计要求
1.保证加工精度；
2.提高生产率；
3.扩大机床的工艺范围；
4.减轻工人的劳动强度，保证生产安全。
4.3 定位方案分析
设计夹具时原则上应该选工件的工艺基准为定位基准，并符合六点定位原理根据我们此次设计的具体情况，我选择工件定位方案如下：
以短销大平面，限制5个自由度，分别是3个移动和2个转动，通过在已加工表面使用定位销定位已加工的平面，实现对剩下一个方向的转动自由度进行限制。
这样就完成了对工件的 6 个自由度的完全定位并有效避免了过定位的问题，满足了精基准选择的基准统一的原则。
采用上述专用夹具定位加工工件，工件相对与刀具的位置由专用夹具保证，基本不受工人技术水平的影响，因而能较稳定地保证工件满足设计精度要求。另外，采用专用夹具生产能显著提高工件加工效率，进而提高劳动生产率，满足大批量生产的要求，减轻工人的劳动强度，保证安全生产。
4.4 铣床专用夹具设计
1.夹紧装置的选择及设计
工件定位后，在加工过程中，会受到许多外力（如切削力、重力、惯性力等）的作用，而破坏工件的准确定位，因此要设法把工件夹紧在定位元件上。
设计夹紧机构一般遵循的主要原则
（1）夹紧必须保证定位准确可靠，而不能破坏定位；
（2）工件和夹具的变形必须在允许的范围内；
（3）夹紧机构必须可靠；
（4）夹紧机构操作必须安全、省力、方便、迅速、符合工人操作习惯；
（5）夹紧机构的复杂程度、自动化程度必须与生产纲领和工厂的条件相适应。
确定夹紧力即要确定夹紧力的作用点、方向和大小等三个要素。
选择作用点应注意以下原则：
（1）夹紧力的作用点应与支撑点“点对点”对应，或在支承点确定的区域内；
（2）夹紧力的作用点应作用在工件刚度高的部位；
（3）夹紧力的作用点和支承点尽可能靠近切削部位；
（4）夹紧的反作用力不应使夹具产生影响加工精度的变形。
选择夹紧方向的原则
（1）夹紧力的作用方向应不破坏工件定位的准确性；
（2）夹紧力方向应使工件变形最小；
（3）夹紧力方向应使所需夹紧力尽可能小。
夹紧力大小的确定
夹紧力的大小，对工件装夹的可靠性，工件和夹具的变形夹紧装置的复杂程度等都有很大的影响。手动加紧可凭人的感觉控制夹紧力的大小，一般不做计算。
综合上述结论，考虑到钩形压板压紧效果比较好，决定采用两个钩形压板压（标准件）在大端面的直径方向上，可以符合上述夹紧要求。
2.辅助元件的设计
铣削加工重刀具相对于工件的位置需要调整，因此常设置对刀装置。本夹具设计需要铣槽，因此采用标准件直角对刀块和 3mm 的塞尺作为对刀装置。
由于直角对刀块是标准件，高度一定，而角形轴承箱在夹具底板上已经垫高，所以为了使对刀块实现其准确对刀的功能，需要设计一个辅助元件垫高块来垫高直角对刀块，使对刀块的竖直面高度能够与工件的直角端面高度差不多。
在铣床上，夹具安装在工作台上工作，为了确定夹具相对于机床的位置，一般用两个定位键定位，用一组螺栓夹紧。
3. 非标准件夹具底板和定位心轴的设计
为了能更好的实现夹具的功能，我设计了一个主要的非标准件夹具底板和定位心轴。
夹具底板是整个夹具体的主要部件，由于加工表面采用的铣削加工的方法所以在夹具底板上要加上与铣床连接的装置，比如机床座耳、定位键和定位螺钉。由于工件是卧式放置，第一定位基准是大端面，所以在夹具底板上我设计了一个垫高层，其作用有两方面，一是垫高层是用来定位大端面的，垫高层的面积比夹具底板上表面小，而加工精度却比上表面要高很多，而且要保证垫高面的上表面与底板的下表面之间的平行度要求，所以垫高之后可以减小加工难度；二是由于铣削的表面和下端面之间距离较小，如果不加以垫高，留有的退刀余量较小，可能会有打刀的现象发生。
此外，为了方便夹具体与铣床之间的安装，在底板与机床结合的平面上，向上挖空了一部分，以减小加工面，同时也更方便夹具体与铣床之间的连接安装，易于保证平行度要求。
定位心轴是用来定位孔 φ180 的中心线的，由于孔 φ180 的中心线是主要定位基准，因此要保证其与底板之间的垂直度要求。
五、总结
这次的机械制造工艺课程设计让我亲自设计了将一个毛坯加工成一个满足使用要求的零件的过程，将课本上所学的知识运用到了实践之中。
本次课设是以小组的形式一起完成加工路线的讨论，我们小组的任务是角形轴承箱，主要加工面比较多，涉及到工序安排先后问题。开始时，由于没有设计经验，我们的加工顺序安排并不合理，没有准确的区分粗基准和精基准。在第一次答疑时，我们小组成员将方案拿给指导老师看的时候，老师告诉我们要尽量统一基准，上一工序加工的表面要作为下一工序的基准，然后我们的思路才明确。但是还是有一些偏差，在经过小组讨论还有和老师一起讨论后才确定最终方案。
其实发生这些问题的原因在于我们还没有完全熟悉课程内容，所以遇到问题的时候不能自主应用。单纯靠书本上的简单讲解和一两个例题来学习是不足以在实践中解决问题的。此次课程设计，因为有了自己的参与，我才知道其实确定一道工序很难。要根据加工零件的大小、所需精度、表面形状等来安排所需车床、刀具、冷却液、量具等。需要查很多的手册、表格等，设计整个零件的加工工序就更加繁琐，还要考虑到上下步的关系，并不像书本上所讲那么笼统简单。
此外，这次课设让我对solidworks三维建模更加熟悉，熟练地掌握了如何利用三维建模完成整个零件的设计，和零件之间的装配。
最后，课设过程中得到了指导老师的悉心教诲与认真解答，在此衷心感谢指导老师马万太老师。
六、参考文献
[1]陈蔚芳等，《机械制造工艺学课程设计指导书》，南京，2014
[2]叶文华等，《机械制造工艺与装备》，南京航空航天大学，2010
[3]万宏强，《机械制造工程学课程设计指导教程》，西北工业大学出版社，2013
[4]王秀伦等，《机床夹具设计》，中国铁道出版社，1984
[5]徐鸿本，《机床夹具设计手册》，辽宁科学技术出版社，2004
[6]武友德等，《金属切削加工与刀具》，北京理工大学出版社，2011
[7]刘苏等，《工程图学》，中国科学技术出版社，2003
[8]范忠仁等，《刀具工程师手册》，黑龙江科学技术出版社，19