机械制造技术课程设计-操纵杆支架加工工艺规程设计及钻孔夹具设计.doc

机械制造工艺学课程设计题 目：操纵杆支架加工工艺规程设计及钻孔夹具设计院 系： 机电汽车工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化姓 名： 学 号： 指导老师： 2014年9月25日烟台大学烟台大学课程设计I操纵杆支架加工工艺规程设计及钻孔夹具设计摘要此次设计是对拨叉零件的加工工艺和夹具设计，其零件为铸件，外形较小，除2-20孔公差要求较严格外，其它加工面公差要求较低，并且无位置度要求，但是为了满足装配性能，根据现场实际，在加工过程中要制定工艺基准，并制定出工艺公差，利用工艺基准来加工后续工序。关键词 操纵杆支架 加工工艺 专用夹具 设计目 录第一章 序言4第二章 零件的分析52.1 零件的作用52.2 零件的工艺分析5第三章 工艺规程设计63.1 确定生产类型63.2 确定毛坯制造形式63.3 选择定位基准63.4 选择加工方法63.5 制订工艺路线73.6 确定加工余量及毛坯尺寸83.7 工序设计93.8 确定切削用量和基本时间9第四章 夹具设计204.1 接受设计任务、明确加工要求204.2 确定定位方案、选择定位原件214.3 确定加紧方案、设计夹紧机构214.4 夹具体设计224.5 夹具精度分析224.6 绘制夹具装配图，标注有关尺寸和技术要求22参考文献23 第一章 序言机械制造工艺学课程设计是我们融会大学所学的机械制造工艺学、机械制造装备设计等知识后，将理论与实践相结合对专业知识的综合运用训练，并且为我们以后做好毕业设计进行一次综合训练和准备。通过机械制造工艺学课程设计，应该得到下述各方面锻炼：1、能熟练的运用机械制造工艺学的基本理论和夹具设计原理的知识，正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及合理制订工艺规程等问题的方法，培养分析问题和解决问题的能力。2、通过对零件某道工序的夹具设计，学会工艺装备设计的一般方法。通过亲手设计夹具（或量具）的训练，提高结构设计的能力。3、课程设计过程也是理论联系实际的过程，并学会使用手册、查询相关资料等，增强我们解决工程实际问题的独立工作能力。 第二章 零件的分析 2.1 零件的作用题目所给定的零件是汽车换挡部分的操纵杆支架，它的主要作用是固定操纵杆，使其在行驶过程中牢固可靠。零件上的3-11孔用螺栓固定在底座上，操纵杆用20的定位销固定在支架上，并且在换挡时依靠利用36槽轨迹不会引起偏差。2.2 零件的工艺分析操纵杆支架共有4组加工表面，分析如下：（1）2-20孔，（2）支架底面（3）36槽（4）3-11孔此零件外形较小，图中除2-20孔，公差要求较严格外，其它加工面公差要求较低，并且无位置度要求，但是为了满足装配性能，根据现场实际，在加工过程中要制定工艺基准，并制定出工艺公差，利用工艺基准来加工后续工序。 第三章 工艺规程设计3.1 确定生产类型操纵杆支架材料为灰铸铁，牌号HT200，零件年产量为10000件，已达大批生产的水平1。3.2 确定毛坯制造形式零件的轮廓尺寸不大，故可采用精铸件，这从提高生产率、保证加工精度上考虑也是应该的。3.3 选择定位基准定位基准的选择是工艺规程制订中的重要工作，它是工艺路线是否正确合理的前提。正确与合理的选择定位基准，可以确保加工质量，缩短工艺过程，简化工艺装备结构与种类、提高生产率。（1）粗基准的选择：对于零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准。而对于有若干个不加工表面的工件，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面做粗基准。因为铣底面时要保证540.5，所以以2-R20外圆表面为粗基准。（2）精基准的选择：精基准的选择有利于保证加工精度，并使工件装夹方便。在选择时，主要应该考虑基准重合、基准统一等问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算。精基准选择为底面及3-11孔。3.4 选择加工方法3.4.1 平面的加工平面的加工方法很多，有车、刨、铣、磨、拉等。对于本支架，底端面的粗糙度要求Ra25um，精度要求较低。故选择端铣加工方式。3.4.2 孔的加工孔的加工方式有钻、扩、镗、拉、磨等。对于本支架，3-11的孔为工艺孔，所以选用钻床加工的方式。2-11的孔，由于精度要求较为严格，因此选用立式铣床钻铣加工。3.4.3 槽的加工槽的加工方式有铣、磨、电火花等。对于本支架，考虑到经济性的要求，选用铣床加工。3.5 制订工艺路线制订工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、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，可以考虑采用万能性机床配以专用工夹具，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。1）工艺路线方案一工序 钻铣2-20孔。工序 粗精铣底面A。工序 钻底面3-11孔。工序 铣36槽。工序 检查（2）工艺路线方案二工序 粗精铣底面A。工序 钻底面3-11孔。工序 钻铣2-20孔。工序 铣36槽。工序 检查（3）工艺路线方案三工序 粗精铣底面A。工序 铣36槽。工序 钻铣2-20孔。工序 钻底面3-11孔。工序 检查上述三个工艺方案的特点在于：方案一是先加工出2-20孔，再以其为基准，加工出底面，而后以底面为基准，加工底面3-11孔及36槽。方案二是先加工出底面，再以底面为基准，加工出底面3-11孔，2-20孔及36槽，这种方案基准统一。方案三是先加工出底面，再以底面为基准，加工出36槽及2-20孔，最后以36槽与20做定位基准加工3-11孔。三种方案相比较，可以看出，方案一中，先以毛坯底面为粗基准，加工出2-20孔，再以2-20孔为基准加工底面，而后又以底面为基准，加工另外两组尺寸，由于中间变换了定位基准，不利于基准统一原则。方案二，先加工出底面，后续加工都已底面定位，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。而方案三也存在与方案一同样的弊端。因此，我们选用方案二做为操纵杆支架的加工路线：工序 以两个R20外毛坯面做为粗基准，粗精铣底面A。选用X53立式铣床及专用夹具加工。工序 以底面为基准，侧边采用辅助支撑，加工底面上3-11孔，其中2个孔做为后续工艺定位孔，按工艺尺寸加工。选用Z3040钻床及专用钻模。工序 以一面两销定位，钻铣2-20孔。选用X53立式铣床及专用夹具加工。工序 以底面及2-11孔，一面两销定位，加工36槽。选用X63卧式铣床及专用夹具加工。工序 终检。3.6 确定加工余量及毛坯尺寸 “操纵杆支架”零件材料为灰铸铁，硬度HB163-229HBW2，生产类型为大批生产，采用精铸件毛坯。根据上述资料及加工工艺，分别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）底面（A面）根据金属机械加工工艺人员手册表5-59，铸件最大尺寸120，确定底面毛坯机械加工余量为1.5mm。粗精铣一次加工完成到尺寸。（2）3-11为工艺孔，加工时按工艺尺寸加工，直接在零件上钻铰完成。（3）36槽根据手册表5-5，确定毛坯余量1.5mm。粗精铣一次完成。（4）2-20孔根据手册表5-58，先用钻头钻孔至19，再用20镗刀加工。3.7 工序设计3.7.1 选择加工设备选择加工设备即选择机床类型。由于已经根据零件的形状、精度特点，选择了加工方法，因此机床的类型也随之确定。至于机床的型号，主要取决于现场的设备情况。若零件加工余量较大，加工材料又较硬，有必要校验机床功率。初步选择各工序机床如下：1） 工序 铣底面A：XA5032立式铣床2） 工序 加工底面上3-11工艺孔：Z3025钻床3） 工序 加工36槽：XA5032立式铣床4） 工序 钻镗2-20孔：CA6140卧式车床3.7.2 选择夹具对于成批生产的零件，大多采用专用机床夹具。在保证加工质量、操作方便、满足高效的前提下，也可部分采用通用夹具。本机械加工工艺规程中所有工序均采用了专用机床夹具，需专门设计、制造。3.8 确定切削用量和基本时间 (一) 工序05（粗铣底面A）切削用量及基本时间的确定 1.切削用量 本道工序是粗铣端面，已知加工材料为HT200，机床为XA5032型立式铣床，所选刀具为高速钢镶齿套式面铣刀，其参数。根据表5-26确定铣刀角度，选择前角。已知铣削宽度铣削被吃刀量。 （1）确定每齿进给量 根据表5-13知XA5032型立式铣床的主电机功率为7.5kw,查表5-24知当工艺系统刚性中等、镶齿端铣刀加工铸铁时，其每齿进给量。由于本工序被吃刀量和铣削宽度较小，故选择最大的每齿进给量。 （2）选择铣刀磨钝标准和耐用时度 根据表5-28，用高速钢镶齿端铣刀粗加工铸剑时，选择铣刀后刀面磨损极限值为2.0mm，查表5-29知铣刀直径d=80mm时，经插值的端铣刀的合力耐用度T=50min。刀具耐磨用度是指刃磨后的刀具自开始切削直到磨损量达到磨钝的标准所经历的总切削时间。 （3）确定切削速度和工作台每分钟进给量 查表5-30知，高速钢铣刀铣削速度为，则所需铣床主轴转速范围是 根据XA5032机床的标准主轴转速，由表5-13选取n=60r/min,则实际铣削速度为 工作台每分钟进给量为 根据表5-13中工作台标准纵向进给量，选取，则实际每齿进给量为 （4）校验机床功率 由表5-31和表5-32知，铣削力和铣削功率计算公式如下： 式中。所以，铣削梨为XA5023铣床主电机功率为7.5kW。故选用切削用量合适。最后的切削用量为2.基本时间根据表5-33知，的端铣刀对铣削的基本时间为式中，工件铣削部分长度，单位为mm；切入行程长度，单位为mm，；切出行程长度，单位mm；工作台每分钟进给量，单位为mm/min。已知。由表5-34查的切入切出行程长度。所以，基本时间为（二）工序10（钻3x11）切削用量及基本时间的确定 本工序为钻3个11mm的孔，所选用机床为Z3025摇臂钻床。根据表5-19知选取d=11mm,l=94mm,莫氏圆锥号为2的高速钢锥柄麻花钻作为刀具。根据表5-48选择的麻花钻参数由表5-49知，当时，选择钻头后刀面磨损极限值为0.8mm，耐用度T=45min。切削用量确定背吃刀梁钻孔时，故可取=5mm。确定进给量按照加工要求决定进给量。钻头直径，工件材料为HT200SH时，根据表5-50，钻头进给范围mm/r.根据表5-51，选取。因为孔的深度与孔的直径相差不多，故无需修正系数来修正。确定切削速度v 根据表5-52的计算公式式中，。因本例的加工的条件与该公式应用条件不完全相同，故对切削速度进行修正，由表5-53得：根据刀具耐磨度T=45min，得修正系数k;工件材料=200MPa，得修正系数为；刀具材料为高速钢，得修正系数；钻头为标准刃磨形状，得修正系数。所以 根据Z3025机床标准主轴转速，由表5-54选取n=315m/min,实际转速为：（4）校验机床功率 由表5-55，查的转矩T和切削功率计算公式如下：式中，由表5-56得：与加工材料有关的修正系数灰铸铁无；与刃磨形状有关的修正系数；与刀具磨钝有关的修正系数。因此总的修正系数为所以钻孔时的转矩为切削功率为由表5-14知，Z3025机床主轴的最大转矩，主电机功率。由于 ，故选用的切削用量可以用。最后确定的切削用量为 =5mm 2.基本时间由表5-57的钻孔的基本时间为式中，共建切削部分长度，单位为mm；切入量，单位mm，；超入量，单位mm, :已知=14mm, =5.83mm所以，加工3个空所用基本时间为=3=3=0.35min（三）工序15（钻通孔）切削用量及基本时间的确定本工序为钻2个通孔，所用机床为Z3025摇臂钻床。根据表5-19知选取，莫氏圆锥号为2号的高速钢锥柄麻花钻作为刀具。根据表5-48选择的麻花钻参数。由表5-49知，当时，选择钻头后刀面磨损极限值为,耐用度1. 切削用量（1）确定背吃刀量 钻孔时，。（2）确定进给量 按照加工要求决定进给量。钻头直径，工件材料为铸钢且时，根据表5-50，进给量取值范围为0.700.86mm/r。由于钻孔后不用丝锥攻螺纹，以及钻孔深度小于直径，不用乘修正系数。根据Z3025机床标准进给量，查表5-51，选取 。（3）确定切削速度 根据表5-52的计算公式确定切削速度式中，。因本例的加工条件与该公式应用条件不完全相同，故需对切削速度进行修正，由表5-53得：根据道具耐用度，得修正系数；工件材料，得修正系数为；道具材料为高速钢，得修正系数；钻头为标准刃磨形状，得修正系数。所以根据Z3025机床标准主轴转速，由表5-54选取，实际转速为（4）校验机床功率 由表5-55，查得转矩和切削功率计算公式如下：式中，由表5-56得：与加工材料有关的修正系数;与刃磨形状有关的修正系数；与刀具磨钝有关的修正系数。因此，总的修正系数为所以钻孔时的转矩为切削功率为由表5-14知，Z3025机床主轴最大转矩，主电机功率。由于，做选择的切削用量可用。最后所确定的切削用量为；。2. 基本时间由表5-57得钻孔的基本时间为式中，工件切削部分长度，单位为mm; 切入量，单位为mm，； 超出量，单位为mm，；已知，。所以，加工2个孔所用的基本时间为（四）工序25（精镗孔）切削用量及基本时间的确定本工序为精镗孔，机床采用最常用的CA6140卧式车床，采用YG60硬质合金刀具，根据加工条件和工件材料由表5-35、表5-36、表5-37、表5-38得刀具参数为主偏角、前角、刃倾角、刀尖圆弧半径镗刀加工。由表5-39知，选用杆部直径为8mm的圆形镗刀。由表5-40知，镗刀合理耐用度为。切削用量（1）确定背吃刀量 由前述可知精镗时双边加工余量为1mm,精镗后孔直径为，故单边余量为0.5mm，即。（2）确定进给量 对于精加工，根据表5-42，按照CA6140机床的进给量值，选取。（3）确定切削速度 根据表5-43的计算公式确定切削速度式中，因本例的加工条件与该公式应用条件不完全相同，故需根据表5-32对镗削速度进行修正：根据刀具耐用度T=60min，得修正系数为；根据工件材料，得修正系数为；根据毛坯表面状态得修正系数为，刀具材料为YG60，得修正系数；主偏角，经插值得修正系数。所以查表5-44，根据CA6140机床上的主轴转速选择，则实际切削速度为（4）检验机床功率 由表5-45，查得切削力和切削功率计算公式如下：式中，由表5-32得：与刀具耐用度有关的修正系数，与工件材料有关的修正系数，镗孔相对于外圆纵车时的修正系数，与主偏角相关的修正系数；与前角有关的修正系数。因此总的修正系数为所以，切削力为切削功率为根据表5-46知：CA6140机床主电机功率，因，故上述切削用量可用，最后所确定的切削用量为；。2. 基本时间由表5-47得镗孔的基本时间为式中，切削加工长度，单位为mm； 刀具切人长度，单位为mm，； 刀具切入长度，单位为mm，； 单件小批量生产时的试切附加长度，单位为mm； 进给次数。已知，。所以，基本时间为（五）工序30（粗铣36槽）切削用量及基本时间的确定1.切削用量 本道工序是粗铣端面，已知加工材料为HT200，机床为XA5032型立式铣床，所选刀具为高速钢镶齿套式面铣刀，其参数。根据表5-26确定铣刀角度，选择前角。已知铣削宽度铣削被吃刀量。 （1）确定每吃进给量 根据表5-13知XA5032型立式铣床的主电机功率为7.5kw,查表5-24知当工艺系统刚性中等、镶齿端铣刀加工铸铁时，其每齿进给量。由于本工序被吃刀量和铣削宽度较小，故选择最大的每齿进给量。 （2）选择铣刀磨钝标准和耐用时度 根据表5-28，用高速钢镶齿端铣刀粗加工铸剑时，选择铣刀后刀面磨损极限值为2.0mm，查表5-29知铣刀直径d=80mm时，经插值的端铣刀的合力耐用度T=50min。刀具耐磨用度是指刃磨后的刀具自开始切削直到磨损量达到磨钝的标准所经历的总切削时间。 （3）确定切削速度和工作台每分钟进给量 查表5-30知，高速钢铣刀铣削速度为，则所需铣床主轴转速范围是 根据XA5032机床的标准主轴转速，由表5-13选取n=60r/min,则实际铣削速度为 工作台每分钟进给量为 根据表5-13中工作台标准纵向进给量，选取，则实际每齿进给量为 （4）校验机床功率 由表5-31和表5-32知，铣削力和铣削功率计算公式如下： 式中。所以，铣削梨为XA5023铣床主电机功率为7.5kW。故选用切削用量合适。最后的切削用量为2.基本时间根据表5-33知，的端铣刀对铣削的基本时间为 式中，工件铣削部分长度，单位为mm；切入行程长度，单位为mm，；切出行程长度，单位mm；工作台每分钟进给量，单位为mm/min。已知。由表5-34查的切入切出行程长度。所以，基本时间为 第四章 夹具设计4.1 接受设计任务、明确加工要求本次专用机床夹具设计任务是设计用于操纵杆支架上的两个20孔的钻孔，是专用的钻床夹具，具体设计应以前文的工艺规程和后文的工序卡片为依据，有关零件的功用、工作条件方面可参照零件图样和工艺规程指定部分。由零件和课程设计任务书中能得到的本工序加工要求如下：（1） 2个20mm孔尺寸公差等级为IT12。（2） 2个20mm孔表面粗糙度要求为Ra3.2。（3） 2个20mm孔都为通孔。（4） 2个20mm孔轴线共线，距工件底面540.5mm，距工件后平面19mm。（5） 零件毛坯材料为HT250（6） 产品生产纲领：10000件/年。了解了上述信息之后，针对设计任务，可同时搜集另一些设计资料，如相应的标准以及有关的计算公式、同类产品或近似产品的夹具图样，有关机床设备的相关尺寸，实现现场中机床设备的位置、空间尺寸等。4.2 确定定位方案、选择定位原件在鉆模的设计中，工件得定位方案和定位基准的选择一般应与该工件的机械加工工艺规程一致。若工艺规程中的定位方案与定位基准的选择确有问题时，可重新进行考虑和确定。有零件图样和该图样的机械加工工艺规程可知，工件上两个20mm孔于工件的底面和后垂直面有距离要求，表明这两个20mm孔的工序基准是工件底面和后垂直面，在定位基准面和定位方案选择上要尽可能以底面和后垂直面为定位基准以避免基准不重合带来的加工误差。由零件的实际加工情况可知，由于考虑到夹紧方面的因素，工件后垂直面很难用于夹紧。若单独以底面为定位基准只能限制三个自由度，故必须另选择定位基准以满足定位要求。经综合分析比较，最终决定选择用3-11孔中的两孔作为第二基准，由此可以得到以底面为第一基准限制三个自由度，以3-11孔中的两孔作为第二基准限制三个自由度。工件的定位是通过定位基准面与定位元件接触来实现的，故定位元件的选择应与定位方案和工件定位表面相适应。第一定位基准：工件底面第二定位基准：3-11孔中的两孔4.3 确定加紧方案、设计夹紧机构根据工件的形状特点和定位方案，可采用以下两种加紧方案：一种为手动螺旋夹紧机构，另一种为手动偏心轮夹紧机构。由于零件批量大，为了节约时间和制造成本，现采用偏心轮夹紧的方案较为合适，螺旋夹紧虽有一定优点，但缺点是在拆装过程中用时较多。经过以上分析，最终确定未增力比大，自锁性好的偏心夹紧机构。在本夹具定位与夹紧方案确定后，现分析夹紧力。扩孔时切削力有两个，一个是主切削力，它形成扭矩；另一个是轴向进给力，它施加给工件侧移力。对于扭矩来说，由于上盖中斜契块的压紧，本身可以承受很强的横向载荷，故没有必要校核扭矩。对于轴向进给里，由底座上两个与3-11孔中的两孔配合的小销，小销本身就与夹具底座刚性连接与一起，类比其他结构可知轴向进给力无法使其发生松动和变形。4.4 夹具体设计本夹具主要用来钻工件上2-20的孔成，孔加工通，先用19的钻头粗钻后再用20H9的镗刀加工到尺寸。在本道工序加工时，主要应考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度，保证工艺要求孔的尺寸精度