轴承座与齿轮的加工工艺规程及工序的专用夹具设计

本次设计是轴承座与齿轮的加工工艺规程及工序的专用夹具设计。

本文在了解机械加工工艺的相关理论和概念之后，分别对轴承座和齿轮进行了工艺规程及夹具设计，根据零件大批生产要求，首先对零件进行分析，确定好零件加工艺规程后，设计出毛坯的结构，选择好零件的加工基准，设计出零件的加工工艺路线；接着对零件各个工步的工序进行尺寸计算，确定好各个工序的工艺装备、切削用量及工序工时定额；然后进行专用夹具的设计，经过考虑,对轴承座的加工设计一副镗孔夹具,对齿轮的加工设计一副钻夹具,根据各自零件特点，拟出夹具的各个组成部件:镗夹具的定位采用“一面两孔”的定位方式、夹紧元件采用气压夹紧;钻夹具的定位采用V形块和平面的定位方式、夹紧元件采用螺旋夹紧.最后绘制出夹具装配图及相关零件图。

关键词：一面两孔  工艺规程  螺旋夹紧 气压夹紧  

第一章 绪论

机械制造业是国民经济的的基础和支柱，是向其它各部门提供工具、仪器和各种机械技术的装备部。一个国家的的机械制造业的发展水平是衡量一个国家经济实力的和科学技术水平的重要标志之一，在科技飞速发展的今天,机械产品和机械制造技术的内涵正在不断的发生变化，工程技术人员不仅要学习和掌握计算机技术等多方面的新知识、新技术、而且要对机械制造和机床夹具等必备的基础理论知识、运用全新的观点重新优化组合。

“工欲善其事，必先利其器。”

工具是人类文明进步的标志。自20世纪末期以来，现代制造技术与机械制造工艺自动化都有了长足的发展。但工具（含夹具、刀具、量具与辅具等）在不断的革新中，其功能仍然十分显著。机床夹具对零件加工的质量、生产率和产品成本都有着直接的影响。因此，无论在传统制造还是现代制造系统中，夹具都是重要的工艺装备。

轴承座是各种机械设备中常见的部件,它的主要作用是支撑轴承，目前常用轴座已经标准化，通常在机械产品设计时只要选取即可，但在许多场合，因为结构和条件的需要，需要非标轴承座，对于轴承座生产厂家，则是要尽力降低生产成本，提高产品质量。

齿轮是各种机器机械产品中常用的传动件，由于它传动效率高，传动稳定性好，噪音低，定比传动，广泛应用于各种机械设备中，随着机械生产制造技术的发展，齿轮应用越来越广,对齿轮的精度要求越来越高.

1 基本概念

工艺过程：改变生产对象的的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为成品或半成品的过程。

生产纲领：企业在计划期内应该生产的产品产量和进度计划。

基准：基准是指用以确定生产对象几何要素间的几何关系所依据的点、线、面。对一个机械零件而言，基准就是确定该零件上的其它点、线、面所依据的点线、面。

六点定位原理：任何一个自由刚体，在空间都有六个自由度（自由度是完全确定物体在空间几何位置所需要的独立坐标数目），即沿坐标轴的x、y、z移动和绕此三坐标的转动。限制了刚体的六个自由度，就确定了刚体的位置。

工序：工序是指一个（或一组）工人在一台机床（或一个工作地点）上，对同一个（或同时对几个）工件所连续完成的那一部份工艺过程。

2 轴承座零件的介绍

轴承座零件一般都是用铸铁、钢等材料铸造而成。

轴承座零件的毛坯选择与其材料、结构和尺寸等因素有关。孔径较小（如d<20mm）的轴承孔一般选择钢模铸造，也可以采用实心铸件。孔径较大时，采用砂型铸造。大量生产时一般选用钢模铸造，这样既提高生产率又节约金属材料。

轴承座零件的主要表面是内孔及孔轴心线到底面的距离，其主要技术要求如下:   

（1）内孔

内孔是轴承座零件起支承作用或定位作用最主要的表面，它通常与运动着的轴、或轴承相配合。内孔直径的尺寸精度一般为7级，精密轴套有时取6级，由于与其相配的轴上有密封圈，故要求较低。

内孔的形状精度，一般应控制在孔径公差以内，有些精密轴套控制在孔径公差的1/2～1/3，甚至更严。对于的承座除了圆柱度和同轴度外，还应注意孔轴线直线度的要求。

为保证零件的功能和提高其耐磨性，内孔表面粗糙度一般为      （2）孔轴心线到底面的距离

保证底座与上盖的平行度和尺寸要求

3 齿轮的介绍

据史料记载，远在公元前400~200年的中国古代就巳开始使用齿轮，在我国山西出土的青铜齿轮是迄今巳发现的最古老齿轮，作为反映古代科学技术成就的指南车就是以齿轮机构为核心的机械装置。17世纪末，人们才开始研究，能正确传递运动的轮齿形状。18世纪，欧洲工业革命以后，齿轮传动的应用日益广泛；先是发展摆线齿轮，而后是渐开线齿轮，一直到20世纪初，渐开线齿轮已在应用中占了优势。

18世纪工业革命时期，齿轮技术得到高速发展，人们对齿轮进行了大量的研究。1733年法国数学家卡米发表了齿廓啮合基本定律；1765年瑞士数学家欧拉建议采用渐开线作齿廓曲线。

19世纪出现的滚齿机和插齿机，解决了大量生产高精度齿轮的问题。1900年,普福特为滚齿机装上差动装置，能在滚齿机上加工出斜齿轮，从此滚齿机滚切齿轮得到普及，展成法加工齿轮占了压倒优势，渐开线齿轮成为应用最广的齿轮。

目前,应用最广泛的是渐开线齿轮,对于渐开线齿轮的加工,有范成法,仿形法等。

3 夹具的作用

夹具在其发展的200多年历史中，大致经历了三个阶段：第一阶段，夹具在工件加工、制造的各工序中作为基本的夹持装置，发挥着夹固工件的最基本功用。随着军工生产及内燃机，汽车工业的不断发展，夹具逐渐在规模生产中发挥出其高效率及稳定加工质量的优越性，各类定位、夹紧装置的结构也日趋完善，夹具逐步发展成为机床—工件—工艺装备工艺系统中相当重要的组成部分。这是夹具发展的第二阶段。这一阶段，夹具发展的主要特点是高效率。在现代化生产的今天，各类高效率，自动化夹具在高效，高精度及适应性方面，已有了相当大的提高。随着电子技术，数控技术的发展，现代夹具的自动化和高适应性，已经使夹具与机床逐渐融为一体，使得中，小批量生产的生产效率逐步趋近于专业化的大批量生产的水平。这是夹具发展的第三个阶段，这一阶段，夹具的主要特点是高精度，高适应性。可以预见，夹具在不一个阶段的主要发展趋势将是逐步提高智能化水平。

夹具主要有如下作用:

（1）保证加工精度 用机床夹具装夹工件，能准确确定工件与刀具、机床之间的相对位

置关系，可以保证加工精度。

（2）提高生产效率 机床夹具能快速地将工件定位和夹紧，可以减少辅助时间，提高生

产效率。

（3）减轻劳动强度 机床夹具采用机械、气动、液动夹紧装置，可以减轻工人的劳动强

度。

（4）扩大机床的工艺范围 利用机床夹具，能扩大机床的加工范围，例如，在车床或钻

床上使用镗模可以代替镗床镗孔，使车床、钻床具有镗床的功能。

1.4 机床夹具的分类

1．按夹具的应用范围分类

（1）通用夹具 通用夹具是指结构已经标准化，且有较大适用范围的夹具，例如，车床

用的三爪卡盘和四爪卡盘，铣床用的平口钳及分度头等。

（2）专用机床夹具 专用机床夹具是针对某一工件的某道工序专门设计制造的夹具。专

用机床夹具适于在产品相对稳定、产量较大的场合应用。

（3）组合夹具 组合夹具是用一套预先制造好的标准元件和合件组装而成的夹具。组合

夹具结构灵活多变，设计和组装周期短，夹具零部件能长期重复使用，适于在多品种单件小

批生产或新产品试制等场合应用。

（4）成组夹具 成组夹具是在采用成组加工时，为每个零件组设计制造的夹具，当改换

加工同组内另一种零件时，只需调整或更换夹具上的个别元件，即可进行加工。成组夹具适

于在多品种、中小批生产中应用。

（5）随行夹具 它是一种在自动线上使用的移动式夹具，在工件进入自动线加工之前，

先将工件装在夹具中，然后夹具连同被加工工件一起沿着自动线依次从一个工位移到下一个

工位，直到工件在退出自动线加工时，才将工件从夹具中卸下。随行夹具是一种始终随工件

一起沿着自动线移动的夹具。

2．按使用机床类型分类

机床类型不同，夹具结构各异，由此可将夹具分为车床夹具、钻床夹具、铣床夹具、镗

床夹具、磨床夹具和组合机床夹具等类型。

3．按夹具动力源分类

按夹具所用夹紧动力源，可将夹具分为手动夹紧夹具、气动夹紧夹具、液压夹紧夹具、

气液联动夹紧夹具、电磁夹具、真空夹具等。

专用机床夹具的组成

夹具一般由下列元件或装置组成:

（1）定位元件 定位元件是用来确定工件正确位置的元件。被加工工件的定位基面与夹

具定位元件直接接触或相配合。

（2）夹紧装置 夹紧装置是使工件在外力作用下仍能保持其正确定位位置的装置。

（3）对刀元件、导向元件 对刀元件、导向元件是指夹具中用于确定（或引导）刀具相

对于夹具定位元件具有正确位置关系的元件，例如钻套、镗套、对刀块等。

（4）连接元件 夹具连接元件是指用于确定夹具在机床上具有正确位置并与之连接的元

件，例如安装在铣床夹具底面上的定位键等。

（5）其它元件及装置 根据加工要求，有些夹具尚需设置分度转位装置、靠模装置、工

件抬起装置和辅助支承等装置。

（6）夹具体 夹具体是用于连接夹具元件和有关装置使之成为一个整体的基础件，夹具

通过夹具体与机床连接。

定位元件、夹紧装置和夹具体是夹具的基本组成部分，其它部分可根据需要设置。

第二章  轴承座的工艺及夹具设计

1 零件分析

1.1 零件的作用

轴承座是机械设备中常用零件，零件图如图2－1（详图见附图），它一般位于轴的两端。主要作用是固定和支撑轴承，承受压力，使轴及其联接部件具有一定的位置关系；同时，轴承座也有5个螺栓孔，这两个螺栓孔是用来和机械备联接之用的，这样，就使轴承、轴承座及轴整个部件在设备上有一个确定的位置;轴承座主要在轴开放系统中，因此，对轴承座的要求还要有防尘作用。用于与轴承相配合，用于承受压力之用，其圆度与圆柱度误差不超过孔径公差的1/2，内部须去毛剌清理。中心相对底面高度为.

图1 轴承座零件图

1.2 零件工艺分析    

轴承座的主要加工表面有：

(1)底面及孔端面，结合面，这些可采用龙门铣床进行加工;

(2)轴承孔的加工，安装孔的加工，为保证圆度及圆柱度要求，可采用坐标镗床。

2  工艺规程制定

2.1 计算生产纲领，制定生产类型

该产品为年产量10000件，设其备品率为10％，机械加工废品率为1％，现制订该轴承座零件的机械加工工艺规程。

件/年

轴承座零件年产量为11100件/年，现知该产品属于轻型机械，据文献［1］（以后简称［1］）表1.1－2生产类型与生产纲领的关系，可确定其生产类型为大批生产。

2.2  审查图样工艺性

本轴承座零件图样视图正确、尺寸完整、公差及技术要求齐全。零件各表面的加工并不困难。孔中心相对底面是有位置公差的,端面相对孔中心也有垂直度要求,因此,轴承孔是主要定位基准.

2.3  毛坏的选择

轴承座是一种常见的支撑件，要求能承受一定的压力，具有一定的强度，零件材料为HT200,轮廓尺寸不大，形状亦不复杂，属于大批生产，故毛坯可采用金属模铸造成型。

零件不复杂，因此毛坯形状可与零件形状尽力接近，内部孔铸出。毛坯尺寸通过确定加工余量后确定。

2.4  工艺过程设计

2.4.1基准选择原则

①粗基准的选择

选择粗基准时，主要要求保证各加工面有足够的余量，使加工面与不加工面间的位置符合图样要求，并特别注意要尽快获得精基面。具体选择时应考虑下列原则：
 1) 选择重要表面为粗基准 为保证工件上重要表面的加工余量小而均匀，则应选择该表面为粗基准。所谓重要表面一般是工件上加工精度以及表面质量要求较高的表面，如床身的导轨面，车床主轴箱的主轴孔，都是各自的重要表面。2) 选择不加工表面为粗基准 为了保证加工面与不加工面间的位置要求，一般应选择不加工面为粗基准。如果工件上有多个不加工面，则应选其中与加工面位置要求较高的不加工面为粗基准，以便保证精度要求，使外形对称等。
 3) 选择加工余量最小的表面为粗基准 在没有要求保证重要表面加工余量均匀的情况下，如果零件上每个表面都要加工，则应选择其中加工余量最小的表面为粗基准，以避免该表面在加工时因余量不足而留下部分毛坯面，造成工件废品。
 4) 选择较为平整光洁、加工面积较大的表面为粗基准 以便工件定位可靠、夹紧方便。
 5) 粗基准在同一尺寸方向上只能使用一次 因为粗基准本身都是未经机械加工的毛坯面，其表面粗糙且精度低，若重复使用将产生较大的误差。
 ①精基准的选择

2.4.2  定位基准选择

基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面选择得正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产效率得以提高。否则，加工工艺过程中会出问题，更有甚者，会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。

粗基准选择：根据粗基准选择原则,选择重要加工面为粗基准,以铸造出的轴承孔为粗基准。

精基准选择：精基准的选择主要需要考虑基准重合问题，当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算。以加工后的轴承孔为精基准,以底面为辅助基准。

2.4.3  工艺路线确定

表1工艺路线方案一

工序号	工序内容
工序一	铸造成型
工序二	时效处理
工序三	铸造中心孔为基准，粗铣底面
工序四	粗镗轴承孔Φ240
工序五	钻孔Φ22及沉孔Φ40
工序六	半粗镗Φ240,精镗Φ240
工序七	粗铣,半精铣两轴承孔端面
工序八	铣Φ22上端面
工序九	钻孔Φ32及沉孔Φ50
工序十	检验、清洗

表2 工艺路线方案二

工序号	工序内容
工序一	铸造成型
工序二	时效处理
工序三	以铸造中心孔为基准，粗铣底面
工序四	铣Φ22上端面
工序五	钻孔Φ22及沉孔Φ40
工序六	粗铣,半精铣两轴承孔端面
工序七	粗镗轴承孔Φ240,半粗镗Φ240,精镗Φ240
工序八	钻孔Φ32及沉孔Φ50
工序九	检验、清洗

上述两个工艺方案的特点在于:1)方案一工序较分散,方案二工序较集中;2)方案一是先加工孔后加工面,而工艺方案二是先加工面后加工孔.由于先面后孔的工艺方案更有利于保证加工精度,工艺性更强, 且工序集中有利于减少设备,场地投资,采用方案二更合理.