转向臂加工工艺及钻φ9.3孔夹具设计（全套含CAD图纸）
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- 1 - 学 课 程 设 计 说 明 书 转向臂 零件的工艺规程及夹具设计 - 1 - 目录 第 1 章 机械加工工艺规程设计 . - 1 - 产类型的确定 . - 1 - 件的分析 . - 1 - 件的作用 . - 1 - 件的工艺分析 . - 1 - 择毛坯、确定毛坯尺寸、设计毛坯图 . - 2 - 艺路线拟定 . - 3 - 位基准的选择 . - 3 - 定加工方法和加工方案 . - 3 - 择加工设备及刀具、夹具、量具 . - 4 - 择加工设备与工艺设备 . - 4 - 定工序尺寸 . - 5 - 定切削用量及基本时间 . - 6 - 第 2 章 钻 夹具设计 . - 14 - 究原始质料 . - 14 - 位、夹紧方案的选择 . - 14 - 削力及夹紧力的计算 . - 14 - 差分析与计算 . - 15 - 套、衬套、钻模板设计与选用 . - 16 - 定夹具体结构尺寸和总体结构 . - 17 - 具设计及操作的简要说明 . - 18 - 结 论 . - 19 - 参考文献 . - 20 - 致 谢 . - 22 - - 1 - 第 1 章 机械加工工艺规程设计 产类型的确定 由原始资料可知是中批量生产类型。 件的分析 件的作用 据资料所示，该转向臂的作用和方向盘、转向拉杆一起配合使用，从而达到控制转向轮的转向角度。 件的工艺分析 由零件图可知： 16、 零件的主要加工面可分为两组： 2 1、 以 16这一组加工表面包括：铣 26侧端面、钻 16孔、倒角1 45 、钻 。 2 2、 以 这一组加工表面包括：铣 20端面、钻 16 - 2 - 概括：由于 16、 16孔的精度比 孔的精度较高。所以由以上分析可知，对这两组加工表面而言，先加工第一组，再加工第二组。由参考文献中有关面和孔加工精度及机床所能达到的位置精度可知，上述技术要求是可以达到的，零件的结构工艺性也是可行的。 择毛坯、确定毛坯尺寸、设计毛坯图 根据零件材料确定毛坯为可锻铸铁（ ,中批量生产。按机械制造技术基础 课程 设计指南第五章第一节可确定： 1、 求最大轮廓尺寸 长 最大轮廓尺寸为 2、 选取公差等级 表 5造方法按机械造型、铸件材料按可锻铸铁，得 12级。取为 10 级。 3、 求铸件尺寸公差 根据加工表面的基本尺寸和逐渐公差等级 0级，查表 5差带相对于基本尺寸对称分布。 4、 求机械加工余量等级 查表 5机械加工余量等级范围 为 E G，取为 5、 求 求的机械加工余量） 对所有加工表面取同一个数值，由表 5械加工余量等级为 6、 求毛坯基本尺寸 依零件图可知： 16、 径较小，铸成实心。 式（ 5 R=F+T/2=32+=、 式（ 5 R=F+2T/2=26+2 =- 3 - 根据数据可得： 转向臂铸件毛坯尺寸公差与加工余量见下表（ 3 表（ 3 项目 A 面 B、 16孔 公差等级 0 10 加工面基本尺寸 32 26 铸件尺寸公差 机械加工余量等级 F F 毛坯基本尺寸 0 0 7、画毛坯图（见 艺路线拟定 位基准的选择 粗基 准：为保证工件重要表面的余量均匀，应选重要表面为粗基准。为互为基准，以 20 B、 精基准： 精基准的选择主要考虑基准重合的问题。选择加工表面的设计基准为定位基准，称为基准重合的原则。采用基准重合原则可以避免由定位基准与设计基准不重合引起的基准不重合误差，零件的尺寸精度和位置精度能可靠的得以保证。为使两孔互为基准，选 16的孔作为精基准。 定加工方法和加工方案 2 1、工艺路线： 、铣 16的端面，即 26面 、铣 的两端面，即 20 柱 B、 、钻、扩、粗铰、精铰孔 16角 1 45 、钻 - 4 - 、钻 、刮平 B、 C 面 16端入体 1 2、确定工艺过程方案见下表（ 4 表（ 4 工序号 工序内容 简要说明 01 正货处理 145 204善材料加工性能 02 粗铣 26 先加工面 03 粗铣 、精铣 两侧端面 04 钻孔 15 铰孔 16 倒角 1 45 后加工孔 05 钻孔 6 钻孔 7 刮平 16 端入体 18 去毛刺 09 终检 择加工设备及刀具、夹具、量具 由于生产类型为中小批量，故加工设备以通用机床为主，辅以少量专用机床，其生产方式以通用机床专用夹具为主，辅以少量专用机床的流水生产线，工件在各机床上的装卸及各机床间的传送均由人工完成 . 择加工设备与工艺设备 1 1、选择机床，根据不同的工序选择机床 工序号 02：铣 26柱 为工序的工步数不多，成批生产要求不高的生产效率。故选用卧铣，选择 - 5 - 工序号 03：铣 20柱 B、 C 面。因为互为基准，工序的工步数不多，成批生产要求不高的生产效率。故选用卧铣，选择 工序号 04：钻、扩、粗铰、精铰孔 16角 1 45。选用 式钻床。 工序号 05、 06：钻孔 于内孔的粗糙度、精度要求不高，可以一次性钻通孔达到加工要求。故选 式钻床。 工序号 07：刮平 B、 C 面 16端入体 1糙度要求不高，宜采用 1 2、选择夹具 本零件除粗铣及钻孔等工序 需要专用夹具外，其他各工序使用通用夹具即可。专用夹具见附图。 1 3、选择刀具，根据不同的工序选择刀具 、铣刀：根据资料查表 5择硬质合金镶齿套式端面铣刀。铣刀直径： d=80数 Z=10金属机械加工手册表 14铣刀几何参数：0， =12 15 、钻、扩、粗、精铰孔 16角 1 45。选用麻花钻等专用刀具。 刮平面 16用专用锪刀。 1 4选择量具 本零件属于成批生产，一般情况下尽量采用通用量具。根据零件的表面的精度要求，尺寸和形状特点，参 考相关资料，选择如下： 、选择加工面的量具 根据资料：查表 5分度值为 量范围 0150称规格为 150 、选择加工孔的量具 根据资料：由于孔的加工精度要求不同，分别有 于以选择分度值 量范围分别为 2550255050 定工序尺寸 2 1、面的加工（所有面） 、 A 面：根据加工长度为 坯余量为 表 5侧加工的量为 粗加工后的加工余量为 加工的量为 可。 、 B、 据加工长度为 坯余量为 表 5侧加工的量为 粗加工后的加工余量为 侧再加工的量为 - 6 - 2 2、孔的加工 、 16毛坯为实心，孔内粗糙度要求介于 表 55 钻孔： 15 2Z=孔： 2Z=铰： 2Z=铰： 16、 毛坯为实心，孔内粗糙度要求介于 表 5 钻孔 、 毛坯为实心，孔内粗糙度要求大于 表 5 钻孔 定切削用量及基本时间 1、 工序号 02： 本工序为铣 26面。已知工件材料为可 锻铸铁（ ，选择硬质合金镶齿套式端面铣刀。铣刀直径： d=80数 Z=100。且已知铣削宽度 6削深度 用机床 式铣床。 、确定每齿进给量 根据已知资料所知： 式铣床功率为 表 5质合金牌号 z。取 、选择铣刀磨损标准及耐用度 查表 5：铣刀后刀面的最大磨损量为 铣刀直径 d=80用度 T=180 、确定切削速度 根据资料所知：取 z z、 Z=10、 d=806mm、T=180 表 548、 0、 m=由表 2m/- 7 - 1000/80=692.4 r/据查表 562卧式铣床的主轴转速 n=750r/s V=80 000=m/s 工作台每分钟进给量为 =10 60=120 mm/表 5 =118 mm/实际的每齿进给量 118/10 60=mm/z 、检查机床功率 根据资料所知： 491、 =10、 6d=80n=750 r/M F C =算 000=W z、 Z=10、 d=806- 8 - T=180 表 548、 0、 m=由表 2m/1000/80=r/据查表 562卧式铣床的主轴转速 n=750r/s V=80 000=m/s 工作台每分钟进给量为 =10 60=120 mm/表 5 =118 mm/实际的每齿进给量 118/10 60=mm/z 、检查机床功率 根据资料所知： 491、 =10、 0d=80n=750 r/M F C =算 000=W W 可知机床功率能够满足要求 、基本时间（两端加工） 查表 2( 2(l+l1+ 0 90 且式中 l=2032 =118 mm/ 2（ 20+13+2） /118=5.4 s 取 36 s 每端走刀 2次： 2 36=72 s 3、 工序号 04： 本工序为钻 16 32孔。包括：钻、扩、粗铰、精铰孔、倒角1 45。根据资料选用 式钻床加工，选标准高速钢直柄机用铰刀： 0、 0 =15、 5。 、钻孔： 确定进给量 f 因为深度为 32宜采用自动进给。查表 5f=- 9 - mm/r 由表 5f=mm/r 选择钻头磨损标准及耐用度 查表 5头后刀面的最大磨损量为 钻头直径 d=15 T=60 确定切削速度 V 查表 2： 0、 m= 且 d=15 公式计算： m/1000/15=468.4 r/据查表 5535立式钻床的主轴转速 n=400 r/r/s 则 V=15 000=m/s 钻孔基本时间 (l+l1+、取 5mm,f=mm/r、 n=s 则 （ 32+5+5） / 取 9s 、扩孔： 确定进给量 f 因为深度为 32采用自动进给。查表 5f=1.1 mm/r 由表 5f=mm/r 选择扩孔钻磨损标准及耐用度 查表 5孔钻后刀面的最大磨损量为 钻头直径 d=15 T=30 确定切削速度 V 查表 2： m= 且 d= 公式计算： m/1000/02.5 r/据查表 5535立式钻床的主轴转速 n=750 r/2.5 r/s 则 V=000=m/s 钻孔基本时间 - 10 - (l+l1+、取 23mm,f=mm/r、 n=s 则 （ 32+2+3） /.1 s 取 4s 、粗铰： 确定进给量 f 因为深度为 32采用自动进给。查表 5f=3.0 mm/r 由表 5f=mm/r 选择铰刀磨损标准及耐用度 查表 5刀后刀面的最大磨损量为 钻头直径 d=15 T=60 确定切削速 度 V 查表 2m= 且 d= 公式计算： m/1000/51.8 r/据查表 5535立式钻床的主轴转速 n=275 r/r/s 则 V=000=m/s 钻孔基本时间 (l+l1+、 2表 2 13mm,f=mm/r、 n=s 则 （ 32+2+13） /.4 s 取 7s 、精铰： 确定进给量 f 因为深度为 32采用自动进给。查表 5f=3.0 mm/r 由表 5f=mm/r 选 择铰刀磨损标准及耐用度 查表 5刀后刀面的最大磨损量为 钻头直径 d=15 T=60 确定切削速度 V 查表 2m= 且 d=16 公式计算： - 11 - m/1000/16=268.5 r/据查表 5535立式钻床的主轴转速 n=275 r/r/s 则 V=16 000=m/s 钻孔基本时间 (l+l1+、取 24mm,f=mm/r、 n=s 则 （ 32+2+4） /.2 s 取 6s 、 倒角 1 45 4、 工序号 05： 本工序为钻 8孔。根据资料选用 式钻床加工，选标准高速钢直柄麻花钻： d=5。 确定进给量 f 由于孔径和深度较小，宜采用手动进给可达到加工要求。参考值取f=mm/r 选择钻头磨损标准及耐用度 查表 5头后刀面的最大磨损量为 钻头直径 d= T=35 确定切削速度 V、 n 查表 220、 m= 且 d=f=r 按公式计算： 29.9 m/1000/120 r/据查表 5525立式钻床的主轴转速 n=960 r/6 r/s 则 V=16/1000=m/s 基本时间 钻 8 (l+l1+、取 4mm,f=mm/r、 n=16r/s （ 8+4+4） /16= 取 4s - 12 - 5、 工序号 06： 本工序为钻 6据资料选用 标准高速钢直柄麻花钻 ,一次加工通孔可以满足加工要求： d=r=45。 确定进给量 f 由于深度较大，宜采用自动进给可达到加工要求。查表 5f=r 。 由 表 5 f=mm/r 选择钻头磨损标准及耐用度 查表 5头后刀面的最大磨损量为 钻头直径 d= T=35 确定切削速度 V、 n 查表 220、 m= 且 d=f=r 按公式计算： m/1000/r/据查表 5525立式钻床的主轴转速 n=680 r/r/s 则 V=000=m/s 基本时间 钻 26 (l+l1+、取 4mm,f=mm/r、 n=s （ 26+5+4） / 取 7s 6、 工序号 07： 本工序为刮平 16据资料选用 式钻床加工，选标准高速钢带导柱直柄平底锪钻 ,一次加工通孔可以满足加工要求： d=5。 确定进给量 f 由于深度较小，采用手动进给。 选择钻头磨损标准及耐用度 查表 5头后刀面的最大磨损量为 钻头直径 d=16 T=60 - 13 - 确定切削速度 V、 n 查表 55 取 f=r 查得 12 25 m/ 18 m/ 8 1000/16=r/据查表 5525立式钻床的主轴转速 n=272 r/r/s 则 V=16 000=m/s 刮平两端基本时间 2(l+ 式中 l=1 f=mm/r、 n=s 2（ 1+1） / 取 7s - 14 - 第 2 章 钻 夹具设计 究原始质料 利用本夹具主要用来加工 钻 ，加工时除了要满足粗糙度要求外，还应满足两孔轴线间公差要求。为了保证技术要求，最关键是找到定位基准。同时，应考虑如何提高劳动生产率和降低劳动强度。 位、夹紧方案的选择 由零件图可知：在对孔进行加工前，底平面进行了粗 进行了加工，利用一面 2 销作为定位基准 等为定位基准来设计夹具，从而保证其尺寸公差要求。 削力及夹紧力的计算 钻该孔时选用：钻床 具用高速钢刀具。 由参考文献 5查表 721 可得： 切削力公式： 1 f K式中 D=0 /f m m r 查表 821 得： 0 ()736其中： 即： 9 5 5 ( )际所需夹紧力： 由 参考文献 5表 1 2 12 得： 12 有：120 . 7 , 0 . 1 6安全 系数 ： 6543210 式中：60 全系数，见 参考文献 5表 121 可得： 1 . 2 1 . 0 1 . 0 1 . 0 1 . 3 1 . 0 1 . 0 1 . 5 6K 所以 9 5 5 . 0 8 1 . 5 6 1 4 8 9 . 9 2 ( ) F N 由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，决定选用手动螺旋夹紧机构。 - 15 - 取 ，1 ，2 查参考文献 51 2 26可知螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算： )( 210 考文献 5可查得： 901 0592 2 29 其中： 33( )L )(80 螺旋夹紧力：0 4 7 4 8 )上述计算易得： 0 因此采用该夹紧机构工作是可靠的。 螺旋夹紧时产生的夹紧力按以下公式计算有： )( 210 考文献 5可查得： 901 0592 2 29 其中： 33( )L )(80 螺旋夹紧力：0 4 7 4 8 )表 2621 得：原动力计算公式 0 01l 即： 00 4 7 4 8 . 2 3 3 0 . 9 8 9 0 3 2 . 7 5 ( )17K 由上述计算易得： W 由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，决定选用手动螺旋夹紧机构。 差分析与计算 该夹具以一个平面和和 2 个定位销定位，要求保证孔轴线间的尺寸公差。为了满足工序的加工要求，必须使工序中误差总和等于或小于该工序所规定的尺寸公差。 由 5和 6可得： 夹紧误差 ： co s)(m a x 其中接触变形位移值： - 16 - a 1 ( 1 c o s 0 . 0 1 3j j y 磨损造成的加工误差：通常不超过 夹具相对刀具位置误差： 取 误差总和： 0 . 0 9 6 0 . 5jw m m m m 从以上的分析可见，所设计的夹具能满足零件的加工精度要求 。 套、衬套、钻模板设计与选用 工艺孔的加工只需钻切削就能满足加工要求。故选用可换钻套（其结构如下图所示）以减少 更换钻套的辅助时间。 尺寸表 - 17 - 钻模板选用固定式钻模板，用 4 个沉头螺 钉和 2 个锥销定位于夹具体上。 定夹具体结构尺寸和总体结构 夹具体的形状和尺寸取决于夹具上各种装置的布置以及夹具与机床的连接，而且在零件的加工过程中，夹具还要承受夹紧力、切削力以及由此产生的冲击和振动，因此夹具体必须具有必要的强度和刚度。切削加工过程中产生的切屑有一部分还会落在夹具体上，切屑积聚过多将影响工件的可靠的定位和夹紧，因此设计夹具体时，必须考虑结构应便于排屑。此外，夹具体结构的工艺性、经济性以及操作和装拆的便捷性等，在设计时也应加以考虑。 夹具体设计的基本要求 （ 1）应有适当的精度和尺寸稳 定性 夹具体上的重要表面，如安装定位元件的表面、安装对刀块或导向元件的表面以及夹具体的安装基面，应有适当的尺寸精度和形状精度，它们之间应有适当的位置精度。 为使夹具体的尺寸保持稳定，铸造夹具体要进行时效处理，焊接和锻造夹具体要进行退火处理。 - 18 - （ 2）应有足够的强度和刚度 为了保证在加工过程中不因夹紧力、切削力等外力的作用而产生不允许的变形和振动，夹具体应有足够的壁厚，刚性不足处可适当增设加强筋。 （ 3）应有良好的结构工艺性和使用性 夹具体一般外形尺寸较大，结构比较复杂，而且各表面间的相互位置精度要求高，因此 应特别注意其结构工艺性，应做到装卸工件方便，夹具维修方便。在满足刚度和强度的前提下，应尽量能减轻重量，缩小体积，力求简单。 （ 4）应便于排除切屑 在机械加工过程中，切屑会不断地积聚在夹具体周围，如不及时排除，切削热量的积聚会破坏夹具的定位精度，切屑的抛甩可能缠绕定位元件，也会破坏定位精度，甚至发生安全事故。因此，对于加工过程中切屑产生不多的情况，可适当加大定位元件工作表面与夹具体之间的距离以增大容屑空间：对于加工过程中切削产生较多的情况，一般应在夹具体上设置排屑槽。 （ 5）在机床上的安装应稳定可靠 夹具在机 床上的安装都是通过夹具体上的安装基面与机床上的相应表面的接触或配合实现的。当夹具在机床工作台上安装时，夹具的重心应尽量低，支承面积应足够大，安装基面应有较高的配合精度，保证安装稳定可靠。夹具底部一般应中空，大型夹具还应设置吊环或起重孔。 确定夹具体的结构尺寸，然后绘制夹具总图。详见绘制的夹具装配图。 具设计及操作的简要说明 如前所述，经过方案的认真分析和比较，选用了手动夹紧方式（螺旋夹紧机构）。这类夹紧机构结构简单、夹紧可靠、通用性大，在机床夹具中很广泛的应用。 此外，当夹具有制造误差，工作过程出 现磨损，以及零件尺寸变化时，影响定位、夹紧的可靠。为防止此现象，选用可换定位销。以便随时根据情况进行调整换取。 - 19 - 结 论 通过这次的 课程 设计，我们系统地回顾了相关专业的大学，也深深意识到学习的重要性，认识到设计是一种学习的方式。在设计过程中，我们使用的系统设计方法和相关设计软件（如 熟悉设计相关的信息（包括手册，标准和规范）和实证估计有了一定程度的提高，在计算机和方便的参考书籍和手册的情感设计和帮助。 通过这次 课程 设计，机械制造过程更系统的了解一般的过程，学习和掌握整个设计过程中，有一个科学 的设计方法是更严格的。 课程 设计的基本理论知识，可以学习使用，定位和夹紧工件加工的正确的解决方案，选择合理的设计方案，进行必要的计算，效率高的项目的设计以满足高质量的要求，基于降低成本基本理论知识，进行必要的计算设计，高质量，高效率夹具，成本低。清晰的过程，了解情况之前，机床刀具和加工， 课程 设计有很大的收获我的。但也有许多地方都在辛苦的工作。 但教师思想教育比平常更多，认为他们的社会责任感的未来，思想在世界上是因为一些小错误，我不提醒自己，要形成良好的习惯的高度负责，一丝不苟。 在设计和分析使我感到更多的设计思 路，提高我们的学习能力，和我们讨论的问题，所以我要了解分析更清晰，使我受益不浅。通过这次的 课程 设计，我深深感到，做任何事都要有耐心，细心。 课程 设计的过程，许多计算有时会让我感到心烦意乱；有时是不小心计算误差，只能被无情地重做。 - 20 - 参考文献 1 刘德荣，组合夹具结构简图的初步探讨，组合夹具， 1982. (1) 2 孙已德，机床夹具图册 M，北京：机械工业出版社， 1984： 20 3 贵州工学院机械制造工艺教研室，机床夹具结构图册 M，贵阳：贵州任命出版社， 1983： 42 4 刘友才，机床夹具设计 ，北京：机械工业出版社， 1992 。 5 孟少龙，机械加工工艺手册第 1 卷 M，北京：机械工业出版社， 1991。 6 金属机械加工工艺人员手册修订组，金属机械加工工艺人员手册 M，上海：上海科学技术出版社， 1979。 7 李洪，机械加工工艺师手册 M，北京：机械工业出版社， 1990。 8 马贤智，机械加工余量与公差手册 M，北京：中国标准出版社， 1994。 9 上海金属切削技术协会，金属切削手册 M，上海：上海科学技术出版社， 1984。 10 周永强，高等学校 课程 设计指导 M，北京：中国建材工业出版社， 2002。 11 薛源顺 ,机床夹具设计 (第二版 ) M,机械工业出版社 ,12 余光国，马俊，张兴发，机床夹具设计 M，重庆：重庆大学出版社，1995。 13 东北重型机械学院，洛阳农业机械学院，长春汽车厂工人大学，机床夹具设计手册 M，上海：上海科学技术出版社， 1980。 14 李庆寿，机械制造工艺装备设计适用手
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