汽车零件机械加工工艺规程及专用机床夹具设计

20122013 学年第二学期课程设计任务书设计名称： 汽车零件机械加工工艺规程及专用机床夹具设计 班级： 10 车辆地点：J4-309一、课程设计目的车辆制造工艺学课程设计是在完成了车辆制造工艺学课程的理论教学后的实践性教学环节。其目的是：通过该课程设计，使学生在理论教学的基础上进一步巩固汽车制造工艺知识，初步掌握汽车零件机械加工工艺规程的编制方法，学会查阅有关资料；掌握工件在夹具中的定位夹紧原理专用机床夹具的设计方法，提高结构设计能力。二、课程设计内容（含技术指标）制定指定零件的机械加工工艺规程；设计指定工序的专用夹具。具体内容如下：1对零件进行结构工艺性分析，画零件图（1）了解零件的性能、用途和工作条件；（2）分析零件各项技术要求；（3）分析零件的毛坯、材料、热处理要求及机械加工的工艺性。（4）画零件图 1 张。2制定零件机械加工工艺规程（1）按基准的选择原则确定零件的定位基准；（2）确定零件各表面的加工方法并划分加工阶段；（3）安排加工顺序，拟定工艺路线；（4）初步选择各工序所采用的设备；（5）填写完整的机械加工工艺过程卡 1 份。3确定工序具体内容（1）确定指定工序的加工余量、工序尺寸和公差；（2）确定指定工序机床的规格、精度及刀、量具；（3）确定指定工序的切削用量；（4）计算指定工序的单件工时；（5）填写完整工序卡片 1 张。4设计指定工序的专用夹具（1）确定工件的定位方案和刀具的对刀、导向方式；（2）确定夹紧方案；（3）确定夹具结构；（4）绘制夹具装配工作图 1 张；（5）绘制夹具零件图 1 张。5整理课程设计说明书 1 份。三、进度安排1对零件进行结构工艺性分析，画零件图（1 天）2制定零件机械加工工艺规程（2 天）3确定工序具体内容（1 天）4设计指定工序的专用夹具（57 天）5答辩（1 天）四、基本要求1设计资料齐全；2工艺方案合理，工艺文件符合规定的工作量；3夹具结构合理，图样数量符合绘图工作量；4图样规范，装配图和零件图内容完整，图面质量好，错误少，5设计说明书内容完整，书写规范，语句通顺，层次分明。6答辩时自述清楚，能正确回答老师所提出的问题。车辆与交通系2013.4.26学 号： 课 程 设 计题 目 汽车零件机械加工工艺规程 及专用机床夹具设计教 学 院 机电工程学院专 业 机械设计制造及其自动化 (车辆工程方向)班 级 10 车辆姓 名指导教师2013 年 6 月 21 日踏脚座体机械加工工艺规程及专用机床夹具设计目 录序 言 .1一、零 件 的 分 析 .1（一）零件结构功用分析 .1（二）零件的工艺分析 .1二、工艺规程设计 .2（一）确定毛坯类型 .2（二）基面的选择 .2（三）制定工艺路线 .2（四）确定切削用量及基本工时 .3三、夹具设计 .8（一）问题的提出 .8（二）夹具设计 .8四、结论 .9参考文献 .11踏脚座体机械加工工艺规程及专用机床夹具设计2序 言机械制造工艺学课程设计是在我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业课之后进行的。这是我们在进行毕业设计之前对所学的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，因此。它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。就我个人而言，我希望能通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后参加工作打下一个良好的基础。由于能力有限，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）零件结构功用分析踏脚坐零件是机械中常见的一种零件，它在车辆上面应用范围很广。该类零件的结构和尺寸有着很大的差异，但结构上仍有共同特点：零件的主要表面为精度要求较高的孔、零件由内孔、外圆、端面等表面构成。（二）零件的工艺分析1.以 8090 的平面 C 为设计基准的加工表面这组加工表面包括：38 的两个端面粗糙度 Ra12.5，以及直径为 20 孔粗糙度要求为 Ra6.3，以及相距 60mm 的两槽粗糙度要求为 Ra12.52. 20 孔为基准加工表面这组加工表面包括直径为 16 的凸台端面粗糙度要求为 Ra12.5 与 B 基准的平行度公差为 0.02m 以及 8 的孔粗糙度要求为 Ra12.5 两者之间的垂直度要求为0.02mm踏脚座体机械加工工艺规程及专用机床夹具设计3二、工艺规程设计（一）确定毛坯类型 由零件图可知，该零件形状较为复杂，外形尺寸不大，可以采用铸造毛坯，毛坯重量约为 6kg，零件材料为 45 钢，硬度为 207241HBS,生产类型为大批量生产，采用模锻成形。毛坯余量分析由机械加工工艺设计手册表 1.2-10 查的毛坯加工余量为 3mm，毛坯尺寸偏差由表 1.2-2 查得为 1.4mm。（二）基面的选择基面的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，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。1)粗基准的选择。按照有关粗基准准则选择原则（即当零件有不加工表面时，应以这些不加工表面作粗基准） ，现选取 8090 的平面 C 的背面作为粗基准。2)精基准选择主要应该考虑基准重合的问题。铣 38 的两端面时，以 8090 的大平面C 为精基准，钻 20 的孔时以 8090 的大平面以及其中心平面精基准，在中心平面为基准时由于工序基准与设计基准不重合需进行尺寸换算，铣 16 的端面时以大平面和 20 的孔为精基准，钻 8 的孔时以大平面和 20 的中心轴线为精基准，需进行尺寸换算。钻 8 的孔时，采用支撑平面心轴和支承钉来限制六个自由度。（三）制定工艺路线制定工艺路线的出发点，应当使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已确定为大批生产的条件下，还可以考虑采用万能性机床配以专用夹具并尽量使工序集中来提高生产率，除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。工艺路线方案踏脚座体机械加工工艺规程及专用机床夹具设计4工序 铣 8090 的平面，以其背面为加工基准。工序 铣 38 的两个端面，以平面的端面为加工基准工序 钻 20 的通孔，以大平面的端面为加工基准。工序 铣 16 的凸台平面，以 中心轴线为加工基准。工序 凸台上 8 的孔，以平面的端面为工序基准。工序 先钻后铣大平面上的两槽，以平面的端面为工序基准。工序 去毛刺工序 终检（四）确定切削用量及基本工时工序：铣 8090 的平面 C，以其背面为加工基准。1） 加工条件加工材料：45 钢正火，硬度为 207241HBS，模锻。加工要求：粗铣 80 90 的平面 C，粗糙度 Ra12.5。机床： X52K 立式铣床。刀具：圆柱铣刀齿数 z=8.2） 计算加工工时由机械制造工艺设计手册表 6.3-2 得切削用量为 2.3mm。由表 3.5 取得铣刀进给量 =0.120.2mmzf根据切削用量手册表 3.1 当切削用量 ae=0.16pazf则取 =100m/minF由公式： 得：10svnDp=踏脚座体机械加工工艺规程及专用机床夹具设计5=175.16r/minsn切削工时计算： wzlytf+D=L=90mm,选择机床 =190r/minn得 0.459mint工序：铣 38 的两个端面，以平面的端面为工序基准，以平面 C 的中心平面为设计基准。1） 加工条件加工材料：45 钢正火，硬度为 207241HBS，模锻。加工要求：铣 38 的两个端面，粗糙度 Ra12.5。机床： X52K 立式铣床。刀具：圆柱铣刀。2） 计算加工工时由机械制造工艺设计手册表 6.3-2 得切削用量为 2.3mm。由表 3.5 取得铣刀进给量 =0.120.2mmzf根据切削用量手册表 3.1 当切削用量 ae=5mm 时选用铣刀直径为80mm 据表 3.7 最大磨损限度为 0.30.5，根据表 3.8 铣刀寿命 T=120min。由切削用量手册表 3.25， +y=17mmD根据铣削速度公式 0dpvvvVFyxmpzCqVkTafa=查表 =280， =80, =0.1, =35,m=0.33, 0.16vc0pzf则取 =100m/minF由公式： 得：10svnDp=398.09r/min s切削工时计算：踏脚座体机械加工工艺规程及专用机床夹具设计6wzlytnf+D=L=60mm,选择机床 =475r/min得 0.76mint由于工艺基准与设计基准不重合，故需要进行尺寸换算，加工完毕需要保证两端面度平面的中心平面的距离为 30mm尺寸 30mm 为终结环，给定尺寸 40mm 以及 30mm，由于基准不重合加工时应保证尺寸 AA=40mm-30mm=10mm规定尺寸：因终结环公差等于个组成环公差之和，采用等公差分配尺寸30mm 按自由尺寸 IT1213，T40=T10=T30/2=0.27mm工序：钻 20 的通孔，以大平面的中心平面为设计基准，以大平面的端面为工序基准。根据切削用量手册表 2.7f 钻=0.350.43mm 。V 钻=19m/min 。选用 z515 钻床。根据主轴转速的计算公式 10svnDp=得 =302.55r/mins机床选取 =320r/minw实际切削速度 10sDnvp=。得 v=19.47r/min切削工时（选用切入切出量 y+ =4.5mm）wzlytnf+=得 t=0.594min工序：铣 16 的凸台平面，以 中心轴线为工序基准。1） 加工条件踏脚座体机械加工工艺规程及专用机床夹具设计7加工材料：45 钢正火，硬度为 207241HBS，模锻。加工要求：铣 16 的凸台平面，粗糙度 Ra12.5。f机床： X52K 立式铣床。刀具：圆柱铣刀。2） 计算加工工时由机械制造工艺设计手册表 6.3-2 得切削用量为 2.3mm。由表 3.5 取得铣刀进给量 =0.120.2mmzf根据切削用量手册表 3.1 当切削用量 ae=5mm 时选用铣刀直径为40mm 据表 3.7 最大磨损限度为 0.30.5，根据表 3.8 铣刀寿命 T=120min。由切削用量手册表 3.25， +y=12mD根据铣削速度公式 0dpvvvVFyxmpzCqVkTafa=查表 =280， =80, =0.1, =35,m=0.33, 0.16vc0pzf则取 =100m/minF由公式：得：10svnDp=796.178r/min s切削工时计算： wzlytnf+D=L=16mm,选择机床 =800r/min得 0.34mint工序：钻凸台上 8 的孔，以平面的端面为工序基准，以平面的中心平面为设计基准。根据切削用量手册表 2.7f 钻=0.140.22mm/r。V 钻= 5m/min。选用 z515 钻床。踏脚座体机械加工工艺规程及专用机床夹具设计8根据主轴转速的计算公式 10svnDp=得 =199.04r/mins机床选取 =320r/minw实际切削速度 10sDnvp=得 v=8.04r/min切削工时（选用切入切出量 y+ =4.5mm ）Dwzlytnf+=得 t=0.82min由于工艺基准与设计基准不重合，故需要进行尺寸换算，加工完毕需要保证两端面度平面的中心平面的距离为 0mm尺寸 0mm 为终结环，给定尺寸 45mm 以及 45mm，由于基准不重合加工时应保证尺寸 AA=45mm-45mm=0mm规定尺寸：因终结环公差等于个组成环公差之和，采用等公差分配尺寸0mm 按自由尺寸 IT1213，T45=T0/2=0.27mm工序：先钻后铣大平面 C 上的两槽，以平面的端面为工序基准，以平面的中心平面为设计基准。铣刀类型：直柄立铣刀（硬质合金）槽的半圆形槽的直径为 10mm，厚度为 15mm有机械制造工艺设计简明手册表 3.1-29直柄立铣刀（GB1110-85）削平型直立铣刀（GB6116-85） ，知 d=10mm，选择标准型 zz715l 标准型 72，粗糙度精度低，选择粗齿，z=3.由金属切削速查手册表 5-40硬质合金立铣刀铣削平面和凸台的进给量带整体刀头的立铣刀，铣刀直径 =10mm， =13mm, =0.030.025mm0dwazf取 fz=0.03mm/z.选用 x52k 型铣床主轴转速 V=300.375r/min.踏脚座体机械加工工艺规程及专用机床夹具设计9进给量 f=Vfz=0.09v,l=20mm选用 v=375r/min T=l/f=0.59min.t=2T=1.18min由于工艺基准与设计基准不重合，故需要进行尺寸换算，加工完毕需要保证两端面度平面的中心平面的距离为 30mm尺寸 30mm 为终结环，给定尺寸 15mm 以及 45mm，由于基准不重合加工时应保证尺寸 AA=45mm-15mm=30mm规定尺寸：因终结环公差等于个组成环公差之和，采用等公差分配尺寸30mm 按自由尺寸 IT1213，T45=T30/2=T15=0.27mm最后，将以上各工序切削用量，工时定额的计算结果，连同其他数据，一并填入机械加工工艺过程综合卡片，见表一。三、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。现决定设计工序 5钻凸台上 8 的孔的夹具，本夹具用于 X515 型钻床。（一）问题的提出 本夹具主要用钻孔，这个 8 孔对于 20 的孔有一定的技术要求。因此，本道工序加工时，主要考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度。（二）夹具设计1）定位基准的选择。由零件图可知，8 的孔对 20 孔的中心线有 0.02垂直度要求设计基准为大平面 C。为使定位误差为零，应该选择以大平面为定位基准的夹具。2）夹紧方案的确定。可以选择手动加紧和气动夹紧机构，由于是大批量生产，故选用气动加紧方案，但由于需要加紧的位置不在同一平面内，若采用气动需要专门的分度转换加紧气缸。最终导致加紧方案结构复杂，成本高。所以应采用手动夹紧机构。3）夹紧力的计算。钻孔时的切削力有两个，一个是主切削力，另一个是轴踏脚座体机械加工工艺规程及专用机床夹具设计10向进给力，它指向定位轴心。对于扭矩来说，应由夹具体支撑钉和定位平面来平衡，故没有必要校核扭矩。应考虑进给力是心轴弯曲对垂直度的影响。横向转角的误差：心轴处的最大间隙为： max1axXD=-因此而引起的零件的最大转角 为：ax1maxtn260-所以垂直度偏差 b1tnD=计算得： 0.680.2/3即最大间隙能够满足零件的精度要求。4）夹具设计及操作的简要说明。如前所述，在设计夹具时，为提高劳动生产率，应首先着眼于机动夹紧，本道工序夹具采用手动夹紧方案。钻床夹具的装配图见附表。四、结论第一周，指导老师都事先料想会无从下手，所以我们制造专业经验丰富的老师们事先给我们准备了机械零件手册 、 机械加工工艺手册和机床夹具设计手册在实训指导书的指引下，周一，我们做了零件工艺分析，选择毛坯、确定毛坯形状、尺寸。我们熟悉了被加工零件结构、特点和加工要求，找出了主要加工面、设计基准和主要工艺问题，学会了查毛坯余量表；周二，我们选择定位基准和加工方法，拟定工艺路线，选择设备工装学会灵活运用定位基准选择原则和加工方法选择原则，学会理论联系实际：学会灵活运用工艺路线拟定和原则设备与工装选择原则，学会理论联系实际；学会查阅标准、手册等资料。周三，我们编制零件控制计划，进行分析。学会了编写零件控制计划和方法；周四，我们进行了位方案设计。学会运用定位原理进行定位方案分析，熟悉夹具零部件标准，正确选择与运用，分析与计算定位误差；周五，我们进行了加紧方案的设计。学会了灵活运用确定加紧力方向与作用点的原则，理论联系实际，进行加紧力分析与计算，熟悉夹具零部件标准，学会正确选择运用。第二周，我们用 AUTOCAD 画零件图、工序内容设计和编制作业指导书。在这两个星期里，我们较为熟练的运用 autocad 软件；熟悉自上而下和自下而上的设计方法，定制了夹具的技术要求，如查阅了技术标准、手册等资料。合理的选择材料。确定表面粗糙度、尺寸公差和行为公车等技术要求、正确的标注等。 当我们一件一件设计夹具零部件逐渐露出基本形状时，我们都越来越喜欢踏脚座体机械加工工艺规程及专用机床夹具设计11这个富有创造力的专业，大家都变得活跃起来了。就这样，一个个不同形状、功能的机床夹具被我们设计出来了，再加上崔老师的讲解，此时我深刻体会到了“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”的内涵再详细的纸上谈兵也不能保证实践时的得心应手。在设计过程中应深人实际，进行调查研究，制定出合理的设计方案，再进行具体的设计。应当掌握下面的一些资料：(1)工件图纸；详细阅读工件的图纸，了解工件被加工表面是技术要求，该零件在机器中的位置和作用，以及装置中的特殊要求。(2)工艺文件：了解工件的工艺过程，本工序的加工要求，工件被加工表面及待加工面状况，基准面选择的情况，可用机床设备的主要规格，与夹具连接部分的尺寸及切削用量等。 (3)生产纲领：夹具的结构形式应与工件的批量大小相适应，做到经济合理。在本次毕业设计的夹具要求是中小批量生产的夹具设计。 (4)制造与使用夹具的情况，有无通用零部件可供选用。工厂有无压缩空气站；制造和使用夹具的工人的技术状况等。 夹具的出现可靠地保证加工精度，提高整体工作效率，减轻劳动强度，充分发挥和扩大机床的工艺性能。了解夹具总体设计的要求：1）夹具应满足零件加工工序的精度要求。特别对于精加工工序， 应适当提高夹具的精度，以保证工件的尺寸公差和形状位置公差等。2）夹具应达到加工生产率的要求。特别对于大批量生产中使用的 夹具，应设法缩短加工的基本时间和辅助时间。 3）夹具的操作要方便、安全。按不同的加工方法，可设置必要的 防护装置、挡屑板以及各种安全器具。 4）能保证夹具一定的使用寿命和较低的夹具制造成本。 5）要适当提高夹具元件的通用化和标准程度。选用标准化元件， 特别应选用商品化的标准元件，以缩短夹具制造周期，从而降低夹具成本。 6）必须具有良好的结构工艺性，以便夹具的制造、使用和维修。3.1 夹具的夹紧装置和定位装置 夹具中的装夹是由定位和夹紧两个过程紧密联系在一起的。定位问题已在前面研究过，其目的在于解决工件的定位方法和保证必要的定位精度。 仅仅定好位在大多数场合下，还无法进行加工。只有进而在夹具上设置相应的夹紧装置对工件进行夹紧，才能完成工件在夹具中装夹的全