轴承座与齿轮的加工工艺规程及工序的专用夹具设计(3)

6   夹具设计

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。

经过考虑，决定设计工序七——粗镗孔240，半精镗孔240，精镗孔240的夹具，刀具为高速钢浮动镗刀，对孔240进行加工， 保证其位置精度与形状精度.

6.1定位基准选择

由零件图知道，孔其设计基准为底面，为使定位误差为零，应选择以底面定位的平面结构，为使轴承孔定心，加用一个定位销和削边销，这样，便实现了完全定位。

为提高生产率，缩短辅助时间，采用气动夹紧。

6.2 夹紧装置设计及切削力计算

刀具：高速钢浮动镗刀，

 （见切削手册表1.29）

其中，＝1.0，＝0.75，＝4，＝0.8

得        N

水平分力： 

垂直分力： 

在计算时，必须考虑安全系数，

其中由（切削手册表1.29~1.35）可知

所以，＝1.9965

＝5367 N

为保证结构紧凑，不选用任何扩力机构，直接用气缸推动V形块进行夹紧。

气缸直径的选取：

由上知，

则 

由[机械制造工艺学课程设计指导书，赵家齐，机械工业出版社，1994]附录表14，取，

则0.71MP，

由[机械制造工艺学课程设计指导书，赵家齐，机械工业出版社，1994]附录表14——18，取

由[机械制造工艺学课程设计指导书，赵家齐，机械工业出版社，1994]附录表15及，取

气缸选用100mm，当压缩空气单位压力为0.75Mpa时，气缸推力为5850N,气缸已大于所需的压紧力5367N ，故本夹具可安全工作。

6.3  定位误差分析

夹具的主要定位元件为一平面和一定位销一削边销：

使用夹具加工工件时，加工表面的位置误差与工件在夹具中的定位的因素密切相关。为了保证工件的加工精度，必须使工序中各项加工误差的总和小于或者等于该工序规定的公差值，

式中△1……..与机床夹具有关的加工误差；

△w………….与工序中夹具以外其他因素有关的误差

………….工序误差

夹具有关的加工误差△1一般包括工件夹具中的定位误差△b;工件在加紧时产生的误差;夹具相对于机床成形运动的位置误差;夹具想对于刀具的位置误差;以及夹具产生磨损造成的加工误差等。

为了给加工中其他误差因素能占有更大一些比例，由上式可见，应当尽量减小与夹具有关的误差。其中除了在夹具的制造，安装，调整，使用中产生的误差外。在夹具设计时的的正确计算和减小工件在夹具中的定位误差，是必须解决的重要问题之一。

定位误差是工件在夹具中定位时，工序基准（一批零件的）位置在工序尺寸方向或沿加工要求方向上的变动所引起的，因此在夹具设计时，应当尽可能选折工序基准为定位基准并选折精度较高的表面作为定位基准。一般应使定位误差控制在有关尺寸内或者位置公差的1/3～1/5。

阀体零件为一面两孔零件，因此它的定位我们主要采用一平面，一定位销和一削边削，定位方式如下图：

图3 零件加工定位方式

因此夹具的主要定位元件为一平面和一定位销一削边销：

平面的尺寸公差须要保证零件尺寸，若平面公差太大，若超过0.1，则零件尺寸公差无法保证，因此，平面公差只能比零件公差小，由相关经验，一般取平面公差为零件公差的1/3，所以，取平面公尺寸公差为；

定位销和削边是与零件孔相配合的，通过定位销削边销与零件孔的配合来确定加工孔的中心，最后达到完全定位。因此，定位销与其相配合的孔的公差相同，即公差为h7,其尺寸为。

本夹具是用来在卧式车床上加工，所以工件上孔与夹具上的定位销保持固定接触。此时可求出孔心在接触点与销中心连线方向上的最大变动量为孔径公差多一半。工件的定位基准为孔心。工序尺寸方向与固定接触点和销中心连线方向相同，则其定位误差为：   Td=Dmax-Dmin

本工序采用一定位销，一削边销定位，工件始终靠近定位销的一面，而削边销的偏角会使工件自重带来一定的平行于夹具体底版的水平力，因此，工件不在在定位销正上方，进而使加工位置有一定转角误差。但是，由于加工是自由公差，故应当能满足定位要求。

6.4  夹具简要操作说明

如前所述，在设计夹具时，应注意提高劳动生产率。为此，首先着眼于机动夹紧，而非手动夹紧，因为这是提高劳动生产率的重要途径，本道工序选用了气动夹紧方式。本工序由于包括粗加工，切削力较大，为了夹紧元件，势必增大气缸直径，而这样将使整个夹具庞大，因此，有三个措施：一是提高毛坯的制造精度，使最大切削深度降低，以降低切削力；二是选择比较理想的扩力机构；三是在可能情况下，适当提高压缩空气压力，以增大推力。

由于本夹具没有使用扩力机构，因此，在加工零件时，要适当注意提高压缩空气压力；另外，由于本夹具配合面，连接孔较多，因此，夹具的零件对精度比较高，操作时要注意夹具各螺纹是否拧紧；还有就是夹具操作时，要防止定位零件有过大的磨损，若有较大磨损，要注意及时更换，以保证零件加工精度。

夹具上装有对刀块，可以使夹具在一批零件的加工之前很好的对刀，同时，夹具体上底面有一对定位键，可使夹具工作台上在很好的定位。夹具装配图和零件图见附图：

图四 镗床夹具

第三章  齿轮的艺及夹具设计 

1 零件分析

1.1 零件的作用

齿轮是机器中广泛采用的传动零件之一。它可以传递动力，又可以改变转速和回转方向。为使齿轮传动平稳，有足够的抗疲劳强度和足够的接触强度，要保证齿轮加工精度和齿面表面粗糙度。

图五  齿轮零件图

1.2 零件工艺分析

齿轮的主要加工表面有：

（1）中心孔Ф及键槽，中心孔是定位基准;

（2）端面，相对于中心孔有跳动公差要求。  

（3）齿形，有形状公差。

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

本齿轮零件图样视图正确、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。对于齿形的加工，采用先滚齿再剃齿的加工方式。

2.3  毛坏的选择

齿轮是一种常见的传动件，要求能承受一定的压力，具有一定的强度，零件材料为45,轮廓尺寸不大，形状亦不复杂，属于大批生产，故毛坯可采用锻造成型。

2.4  工艺过程设计

2.4.1  定位基准选择

粗基准选择：为了保证对合面加工精度和表面完整性，锻造的外圆为粗基准。

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，取中心孔为精基准。

2.4.2  工艺路线确定

表3  齿轮工艺方案一

工序号	工序内容
工序一	锻造成型
工序二	正火
工序三	粗车外圆及端面
工序四	钻中心孔至
工序五	粗镗中心孔，半精镗中心孔,精镗中心孔
工序六	插键槽
工序七	上芯轴，精车外圆，端面
工序八	钻
工序九	滚齿，留剃余量0.07～0.10 mm
工序十	插齿，留剃余量0.04～0.06 mm
工序十一	剃齿
工序十二	齿部高频淬火
工序十三	珩齿
工序十四	检验清洗

表4 齿轮加工艺方案二

工序号	工序内容
工序一	锻造成型
工序二	正火
工序三	钻中心孔，扩中心孔，拉中心孔
工序四	插键槽
工序五	上芯轴，粗车外圆及端面，精车外圆，端面
工序六	钻
工序七	滚齿，留剃余量0.07～0.10 mm
工序八	插齿，留剃余量0.04～0.06 mm
工序九	剃齿
工序十	齿部高频淬火
工序十一	珩齿
工序十二	检验清洗

工艺方案一与工艺方案二的特点在于工艺方案一是先粗车外圆，再钻中心孔，而工艺方案二是先钻中心孔，再粗车外圆。两相比较，中心孔是精基准，先粗车外圆再加工中心孔更能保证位置精度,因此方案一更有利于保证加工精度;另外,工艺方案二选择钻,扩,拉mm孔,很难找到加工该种直径的钻床设备,增加加工难度,采用先钻底孔,再镗的方法更合适加工.

3  机械加工余量及毛坯确定

3.1  确定毛坯尺寸     

齿轮材料为45，生产类型为大批生产，采用金属模锻造方法锻造毛坯。

根据上述原始资料，确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸、及毛坯尺寸如下：

（1）外圆加工

查［1］表2.2～3，单面余量为z=3mm，端面余量z=2mm。

（2）粗镗，半精镗,精镗

查［1］表2.3－10，

粗镗                 2z＝45mm

半精镗                 2z＝2mm

精镗                 2z＝1mm

由上及［1］表2.2－13～2.2－16可知，铸件毛坯尺寸如下：

零件尺寸	单面余量	毛坯允许偏差	毛坯尺寸
	3
90	2		94

3.2 设计毛坯图 

图6 齿轮毛坯图

3.3 选择加工设备与工艺装备

(1)工序三 粗车外圆及端面，工序工步数不多，大批生产要求有比较高的生产率，零件外廓尺寸不大，精度要求不是很高，选大型车床即可满足要求。为提高生产率，选用专用夹具。量具用能用游标卡尺。

(2) 工序四 钻中心孔，本工序加工精度较高，二零件外廓尺寸不大，要求有比较高的生产率，选用手臂钻床Z3050，夹具用专用夹具。量具用通用游标卡尺。

(3) 工序五 粗镗,半精镗,精镗，选T618镗床。

(3) 工序六 插键槽，选用插齿机。

(4) 工序七 上芯轴，精车外圆，端面，本工序精度要求很高，选用CA6140车床，采用专用夹具。量具用通用游标卡尺。

(5) 工序八 钻，选用大型钻床，夹具用专用夹具。量具用通用游标卡尺。

(6) 工序九 滚齿，留剃余量0.07～0.10 mm，本工序是齿成形，采用滚齿机。

(7) 工序十 插齿，留剃余量0.04～0.06 mm，选用插齿机。

5   确定切削用量及基本时间定额

5.1 工序三 粗车外圆及端面

机床：CA6140车床。

刀具：YT5

选刀杆尺寸：  

确定加工时间：

车外圆:

确定加工时间  余量1.5mm，      查《切削用量简明手册》，加工切削深度    由表4  ，根据［3］表1  当用YT15硬质合金车刀加工45钢时：   ;

切削修正系数：    

   

故  

由机床  

走刀次数2

总时间 min

车端面

确定加工时间  余量为2mm，      查《切削用量简明手册》，加工切削深度    由表4  ，根据［3］表1  当用YT15硬质合金车车刀加工45钢时：   ;

切削修正系数：    

   

故  

由机床  

     

总时间

5.2 钻中心孔至

1.加工条件

工件材料：HT200。

加工要求：钻孔Φ50。

机床：Z3050型立式钻床。

刀具材料：高速钢麻花钻头,

2.计算切削用量

由［2］表2.8，确定

 r/mim

由机床参数［1］表4.2－15，取

故实际切削速度 

切削工时，由作图法

则底孔Φ50

5.3粗镗,半精镗,精镗

1.加工条件

工件材料：45。

加工要求：粗镗孔98，半精镗孔98，精镗孔98。

机床：T618。

刀具材料：高速钢浮动镗刀，。

2.计算切削用量

由[1]表2.3-10，确定单边余量分别为，，

粗镗走十次,半精镗,精镗各走一次，则，，

进给量   由[2]表2.15

由[1]表4.2——26机床性能参数，（r/mim）

切削工时，

粗镗：  min

半精镗： min

精镗：  min

则总的机动工时为：min

5.4  插键槽

1.加工条件

工件材料：45。

加工要求：插28键槽。

机床：Y58。

2.计算切削用量

确定单边余量分别为

由机床手册，则取

每分钟往复数:由机床手册,选每分钟往复数45

切削工时:

 min

5.5  上芯轴，精车外圆，端面

机床：CA6140车床。

刀具：YT5

选刀杆尺寸： 

确定加工时间：

车外圆:

确定加工时间  余量1mm，      查《切削用量简明手册》，加工切削深度    由表4  ，根据［3］表1  当用YT15硬质合金车刀加工45钢时：   ;

切削修正系数：    

   

故  

由机床  

走刀次数2

总时间 min

车端面

确定加工时间  余量为0.5mm，      查《切削用量简明手册》，加工切削深度    由表4  ，根据［3］表1  当用YT15硬质合金车车刀加工45钢时：   ;

切削修正系数：    

   

故  

由机床  

     

总时间

5.6   钻

1.加工条件

工件材料：HT200。

加工要求：钻孔Φ22.8。

机床：Z3050型立式钻床。

刀具材料：高速钢麻花钻头,

2.计算切削用量

由［2］表2.8，确定

 r/mim

由机床参数［1］表4.2－15，取

故实际切削速度 

切削工时，由作图法

总时间

6   夹具设计

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。

经过考虑，决定设计工序四——钻中心孔至50的夹具，对孔50进行加工， 保证其位置精度与形状精度.

6.1定位基准选择

本工序是粗加工,对孔加工形状精度不大,只要保证孔的位置精度,为后续镗加工做好准备，以加工过的外圆的主基准，以粗加工过的端面为辅助基准，限制五个自由度。

夹紧装置采用螺旋夹紧。

6.3 夹紧装置设计及切削力计算

6.3.1夹紧力确定原则

夹紧力大小对于确定夹紧装置的结构尺寸，保证夹紧可靠性等有很大影响。夹紧力过大易引起工件变形，影响加工精度。夹紧力过小则工件夹不紧，在加工过程中容易发生工件位移，从而破坏工件定位，也影响加工精度，甚至造成安全事故。由此可见夹紧力大小必须适当。

计算夹紧力时，通常将夹具和工件看成一个刚性系统，然后根据工件受切削力、夹紧力（大工件还应考虑重力，运动的工件还需考虑惯性）后处于静力平衡条件，求出理论夹紧力，为了安全起见再乘以安全系数K。

式中W`——计算出的理论夹紧力；

W——实际夹紧力；

K——安全系数，通常k=1.5~3.当用于粗加工时，k=2.5~3,用于精加工时k=1.5~2.

这里应注意三个问题：

1）切削力在加工过程中往往方向、大小在变化，在计算机中应按最不利的加工条件下求得的切削力或切削合力计算。如图2-1所示切削方向进行静力平衡，求出理论夹紧力，再乘以安全系数即为实际夹紧力，图中W为夹紧力，N1、N1`…为镗孔各方向镗削力，可按切削原理中求切削力。而N1切削力将使夹紧力变大，在列静平衡方程式时，我们应按不利的加工条件下，即N1时求夹紧力。既

2）在分析受力时，往往可以列出不同的工件静平衡方程式。这时应选产生夹紧力最大的一个方程，然后求出所需的夹紧力。如图所示垂直方向平衡式为         W=1.5KN;水平方向可以列出：,f 为工件与定位件间的摩擦系数，一般0.15,即W=10KN；对o点取矩可得下式

比较上面三种情况，选最大值，既W=10KN。

3）上述仅是粗略计算的应用注意点，可作大致参考。由于实际加工中切削力是一个变值，受工件材料性质的不均匀、加工余量的变动、刀具的钝化等因素影响，计算切削力大小的公式也与实际不可能完全一致，故夹紧力不可能通过这种计算而得到结果。生产中也有根据一定生产实际经验而用类比法估算夹紧力的，如果是一些关键性的重要夹具，则往往还需要通过实验的方法来确定所需夹紧力。

6.3.2 夹紧力计算

切削刀具：硬质合金车刀，则

主切削力     

式中：       ＝2mm，＝55.6m/min，f＝0.5mm/r，

查表22-1           

计算结果      = 1752.74N

径向切削力   

式中：       ＝2mm，＝55.6m/min，f＝0.5mm/r，

查表22-1          

计算结果    = 598.03N

走刀力      

式中：      ＝2mm，＝55.6m/min，f＝0.5mm/r，

查表22-1          

计算结果    = 1073.55N

选用螺钉压紧，实际加紧力N应为

式中，和是夹具定位面及加紧面上的摩擦系数，＝＝0.5。

用螺母拧紧，由《机床夹具设计手册》表1-2-23得螺母拧紧力

此时已大于所需的夹紧力，故本夹具可安全工作。

6.4  定位误差分析

当采用V形块定位加工工件时，由于工件定位基面和定位元件的工作表面均有制造误差使定位基准位置变化，即定位基准的最大变动量，故由此引起的误差称基准位置误差，

图7 用V型块定位加工时的定位误差

当定位基准与工序基准不重合时，就产生基准不重合误差。基准不重合误差即工序基准相对定位基准理想位置的最大变动量。

定位误差主要由尺寸位置误差和基准不重合误差组成。

直接从概念出发，通常分析工序基准的两个极端情况，然后根据相关公式和公差确定具体变动量。情况1，使工序基准尽可能地“高”得加工尺寸；情况2，使工序基准尽可能的“低”得加工尺寸。且该工序东位误差

                        

                             （3）

更为简单的情况  两个极端情况:情况1，使工序基准A获得最高点；情况2，时A获得最低点；两者之差即为该工序的定位误差：

  

6.5  夹具简要操作说明

如前所述，在设计夹具时，应该注意提高劳动生产率避免干涉。应使夹具结构简单，便于操作，降低成本。

由于本夹具没有使用扩力机构，螺钉夹紧时可再配有一活动长手柄，零件的装夹要用手柄旋拧夹紧螺钉，因此，在加工零件时，要适当注意提高点压力；另外，由于本夹具配合面，连接孔较多，因此，夹具的零件对精度比较高，操作时要注意夹具各螺纹是否拧紧；还有就是夹具操作时，要防止定位零件有过大的磨损，若有较大磨损，要注意及时更换，以保证零件加工精度。

图8 钻孔夹具0