毕业设计（论文）-扭杆摇臂的加工工艺及夹具设计（全套图纸）.doc

毕业设计说明书题目：扭杆摇臂的加工工艺及夹具设计 学 生： 学 号： 专 业： 班 级： 指导老师： 摘 要本次设计内容涉及了机械制造工艺及机床夹具设计、金属切削机床、公差配合与测量等多方面的知识。扭杆摇臂加工工艺规程及其钻孔与车孔的夹具设计是包括零件加工的工艺设计、工序设计以及专用夹具的设计三部分。在工艺设计中要首先对零件进行分析，了解零件的工艺再设计出毛坯的结构，并选择好零件的加工基准，设计出零件的工艺路线；接着对零件各个工步的工序进行尺寸计算，关键是决定出各个工序的工艺装备及切削用量；然后进行专用夹具的设计，选择设计出夹具的各个组成部件，如定位元件、夹紧元件、引导元件、夹具体与机床的连接部件以及其它部件；计算出夹具定位时产生的定位误差，分析夹具结构的合理性与不足之处，并在以后设计中注意改进。关键词：工艺、工序、切削用量、夹紧、定位、误差。全套图纸加153893706 目 录序言7一. 零件分析 81.1 零件作用 81.2零件的工艺分析 8二. 工艺规程设计92.1确定毛坯的制造形式 92.2基面的选择92.3制定工艺路线 92.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 112.5确定切削用量及基本工时12三 钻床夹具设计273.1问题的提出273.2定位基准的选择273.3切削力及夹紧力计算273.4定位误差分析283.6夹具设计及操作简要说明28四 车床夹具设计4.1问题的提出284.2定位基准的选择304.3切削力及夹紧力计算304.4定位误差分析324.5夹具设计及操作简要说明32五 总 结33六 致 谢34七 参考文献 3533序言 机械制造工艺学毕业设计是我在大学最后的努力的成果，经过毕业设计，使我们在正式工作之前，对我们所学的专业知识和技术基础有一个更好的理解。在今后的工作中，能积极运用我在学校的学到的知识是我的动力和要求。毕设完成之后，即将毕业，初入社会，经验不足，在工作中难免有各种各样的问题，但凡自己能想到用自己所学的知识来解决实际问题，我觉得这就是一个小小的成就。既增加了自己的知识和能力，其实更深层次的意义在于大学没有虚度青春。由于自己的实际设计经验与生产经验不足，设计过程中，很多关于零部件的生产工艺与加工的方便、结构的合理性有诸多不足之处。恳请老师批评与指导，为学生在今后的工作给予希望，我一定不会辜负老师的期望。当然对于所有给予我们希望的人，都不能辜负。我相信在今后的工作中，此次毕业设计对工作必有积极推动力。一、零件的分析（1） 零件的作用“扭杆摇臂”应用在汽车转向系统。（二）零件的工艺分析该零件形状规则，尺寸精度和位置精度要求不高，以下是“扭杆摇臂”零件需要加工的表面以及加工表面要求：(1) 49mm外圆柱的上下端面这一组加工表面包括：底面和顶面两个平面之间的距离为35mm，表面粗糙度值Ra=12.5m(2) 25mm外圆柱上下端面这一组加工表面包括:底面和顶面两个平面之间的距离为14mm，表面粗糙度为12.5m。 (3) 加工孔2-10.5mm两孔中心距为90mm，内孔表面粗糙度为6.3m。（4）花键孔花键参数如下：三角花键0.8405 GB1145-74模数M=0.8齿数Z=40齿槽宽=84.9分度圆齿槽宽S=花键齿顶和齿底面粗糙度为6.3m花键齿侧面粗糙度为3.2m花键孔中心到10.5mm小孔中心最远为1310.125mm(5) 20mm圆形凹孔与10.5mm小孔同心，深度1mm表面粗糙度为12.5m。（6） 38mm内槽表面槽深5.5mm,所达到的表面粗糙度为12.5m。由以上分析可知，对于这几组加工表面而言，可以先加工其中一组表面，然后借助于专用夹具加工另一组表面，并且保证他们之间的位置要求。根据各加工方法的经济精度及一般机床所能达到的位置精度，该零件没有很难加工的表面，上述各表面的技术要求采用常规加工工艺均可以保证。二、工艺规程设计（一）确定毛坯的制造型式零件才材料为40Cr。零件形状简单，因此毛坯宜用锻件，生产类型为批量生产，为使零件有良好的机械性能，保证零件加工余量，故采用模锻。（二）基面的选择 1.粗基准的选择：按有关基准的选择原则，即当零件有不加工表面时，应以不加工表面做粗基准；若零件有若干不加工表面时，则应与加工表面要求相对位置精度高的不加工表面作粗基准。现以零件的49mm外圆柱面和25mm外圆柱表面为主要的定位粗基准。 2.精基准的选择：考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合”和“基准统一”，选择以底面和10.5mm小孔为精基准。（三）制定工艺路线 制定工艺路线的出发点，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。再生产纲领已确定为批量生产的条件下，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。工序1：锻造工件毛坯工序2：热处理：正火。工序3：热处理：喷丸。工序4：铣底面，以顶面和侧面定位（不完全定位）。工序5：钻2-10.5mm小孔，以底面和25mm、49mm外圆柱表面定位。工序6：划窝，以2-10.5mm小孔和底面定位。工序7：检验工序8：铣大平面，以2-10.5mm小孔和底面定位。工序9：铣小平面，以2-10.5mm小孔和底面定位。工序10：钻大孔，以2-10.5mm小孔和底面定位。工序11：倒角工序12：检验工序13：热处理：调质工序14：喷丸工序15：去氧化皮工序16：车内孔，以2-10.5mm小孔和底面定位。工序17：检验工序18：拉花键，以2-10.5mm小孔和底面定位。工序19：检验工序20：车槽，以2-10.5mm小孔和底面定位。工序21：检验工序22：磷化工序23：涂漆工序24：包装工序25：入库（四）机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定“扭杆摇臂”零件材料为40Cr，硬度为HBS170241，毛坯重量约为1.0kg，生产类型为批量生产，采用锻造。 49mm外圆柱表面沿轴线长度方向（厚度方向）的加工余量及公差查机械制造工艺设计简明手册表2.2-14其中锻件重量约为1kg，锻件复杂形状系数S1，材质系数取M1，锻件轮廓尺寸（厚度方向）30-80mm故厚度方向偏差为。厚度方向余量查工艺手册表2.2-25锻件重量约为1kg，加工精度为一般F1，锻件复杂形状系数为S1，余量1.5-2.0mm，取1.5mm25mm外圆柱表面沿轴线长度方向（厚度方向）的加工余量及公差查机械制造工艺设计简明手册表2.2-14其中锻件重量约为1kg，锻件复杂形状系数S1，材质系数取M1，锻件轮廓尺寸（厚度方向）0-30mm，故厚度方向偏差为。厚度方向余量查工艺手册表2.2-25锻件重量约为1kg，加工精度为一般F1，锻件复杂形状系数为S1，余量1.5-2.0mm，取1.5mm。2-10.5mm小孔毛坯为实心，不冲出孔两内孔精度介于IT7-IT8之间，参考工艺手册表2.3-9，确定余量。由于孔的尺寸小，所以一次即可加工出来。余量2Z=5.25mm。花键孔要求花键孔外径定心，故采用拉削加工，花键参数如下：三角花键0.8405 GB1145-74模数M=0.8齿数Z=40齿槽宽=84.9分度圆齿槽宽S=钻孔26mm车内孔30mm 2Z=4mm拉花键外圆柱表面切槽粗车外圆49mm至45mm ,2Z=4mm表面粗糙度要求不高粗车即可，所以粗车余量2Z=4mm 由于毛坯及以后各道工序，工步和加工都有加工公差，因此所规定的 加工余量其实只是名义上的加工余量，加工余量有最大加工余量和最小加工余量之分。（五）确定切削用量及基本工时工序1：锻造工件毛坯工序2：热处理：正火。工序3：热处理：喷丸。工序4铣底面加工条件：工件材料：40Cr加工要求：粗铣底面，表面粗糙度达到12.5m机床：X52K刀具：硬质合金端铣刀根据切削用量手册表1.2选择YT15硬质合金刀片根据表3.1铣削深度=4mm，端铣刀=80mm，铣削宽度最大为49mm，=60mm,所以最后确定=100mm。铣刀几何形状（表3.2）=800Mpa,故选得Kr=60,=30,=8,=-5,=-10选择切削用量决定铣削深度加工余量Z=1.5mm，加工余量不大，故可在一次走刀内完成。决定每齿进给量根据机械制造工艺设计简明手册表4.2-35铣床资料X52K，当机床功率为7.5Kw=0.09-0.18mm/z为了提高进给量，采用不对称铣，=0.18mm/z决定切削速度和每分钟进给量根据切削用量简明手册表3.15=100mm ,Z=5,=1.5mm,=0.24mm时，=154m/min,=393r/min,=263mm/min当加工条件改变时，各修正系数为=0.79=0.8=154x0.79x0.8=97.3m/min=248.4r/min=166.2mm/min根据X52K立铣床机械制造工艺设计简明手册表4.2-36选得=300r/min=200mm/min因此实际切削速度和每齿进给量：=94.2m/min =0.13mm/Z检验机床功率 据表3.23， =1.5mm，52mm，200mm/min时，=1.1kw根据X52K型铣床说明书，机床主轴允许的功率为 =7.50.75kw=5.63kw故，因此所决定的切削用量可以采用。 =1.5mm =200mm/min n=300r/min =94.2m/min =0.13mm/Z计算基本工时 =式中，L=+y+，=49mm，根据表3.26，入切量级超切量y+=9mm，则 L=49+9=58mm故 =0.29min工序5：钻2-10.5mm小孔加工材料：40Cr =800MPa通孔孔深l=15mm精度：IT7-IT8机床：Z525立式钻床选择刀具：选择高速钢麻花钻钻头，其直径=10.5mm钻头几何形状（表2.1 2.2）双锥修磨横刃，,b=1.5mm,l=3mm切削用量的选择决定进给量根据2.7，加工精度IT7-IT8,=800MPa,=10.5mm,=0.19-0.23mm/r.由于l/d=15/10.5=10/73故应乘孔深系数=1.05=（0.19-0.23）x1.05=0.2-0.24mm/r根据Z525立式钻床说明书，=0.22mm/r切削速度：根据切削手册表2.14，查得切削速度V=12m/min切削速度修正系数：，根据Z525立式钻床说明书 校验机床功率根据表2.22，当，=0.22mm/r，,所以选用的切削用量可以用。=0.22mm/r，计算基本工时： L=15mm，=6mm（切削手册2.29） =0.35minT=2t=0.7min工序6划窝加工材料：40Cr机床：立式升降台铣床X5012刀具：高速钢立铣刀决定铣削深度加工余量Z=1.5mm,在一次走刀内即可完成。决定每齿进给量根据切削用量简明手册表3.4=0.04-0.08mm/z选择=0.08mm/z决定切削速度和每分钟进给量根据表3.13，=0.08mm/z=16m/min,=318r/min,=76mm/min各修正系数：计算基本工时=25+16/54.7=0.75min工序7：检验工序8铣大平面加工条件：工件材料：40Cr加工要求：粗铣底面，表面粗糙度达到12.5m机床：X52K刀具：硬质合金端铣刀根据切削用量手册表1.2选择YT15硬质合金刀片根据表3.1铣削深度=4mm，端铣刀=80mm，铣削宽度最大为49mm，=60mm,所以最后确定=100mm。铣刀几何形状（表3.2）=800Mpa,故选得Kr=60,=30,=8,=-5,=-10选择切削用量决定铣削深度加工余量Z=1.5mm，加工余量不大，故可在一次走刀内完成。决定每齿进给量根据机械制造工艺设计简明手册表4.2-35铣床资料X52K，当机床功率为7.5Kw=0.09-0.18mm/z为了提高进给量，采用不对称铣，=0.18mm/z决定切削速度和每分钟进给量根据切削用量简明手册表3.15=100mm ,Z=5,=1.5mm,=0.24mm时，=154m/min,=393r/min,=263mm/min当加工条件改变时，各修正系数为=0.79=0.8=154x0.79x0.8=97.3m/min=248.4r/min=166.2mm/min根据X52K立铣床机械制造工艺设计简明手册表4.2-36选得=300r/min=200mm/min因此实际切削速度和每齿进给量：=94.2m/min =0.13mm/Z检验机床功率 据表3.23， =1.5mm，52mm，200mm/min时，=1.1kw根据X52K型铣床说明书，机床主轴允许的功率为 =7.50.75kw=5.63kw故，因此所决定的切削用量可以采用。 =1.5mm =200mm/min n=300r/min =94.2m/min =0.13mm/Z计算基本工时 =式中，L=+y+，=49mm，根据表3.26，入切量级超切量y+=9mm，则 L=49+9=58mm故 =0.29min工序9铣小平面加工材料：40Cr机床：立式升降台铣床X5012刀具：高速钢立铣刀决定铣削深度加工余量Z=1.5mm,在一次走刀内即可完成。决定每齿进给量根据切削用量简明手册表3.4=0.04-0.08mm/z选择=0.08mm/z决定切削速度和每分钟进给量根据表3.13，=0.08mm/z=16m/min,=318r/min,=76mm/min各修正系数：计算基本工时=25+16/54.7=0.75min工序10钻大孔26mm加工材料：40Cr =800MPa通孔孔深l=35mm精度：IT7-IT8机床：Z5140A立式钻床选择刀具：选择高速钢麻花钻钻头，其直径=26mm钻头几何形状（表2.1 2.2）双锥修磨横刃，,b=3mm,l=6mm切削用量的选择决定进给量根据2.7，加工精度IT7-IT8,=800MPa,=26mm,=0.32-0.40mm/r.根据Z5140A立式钻床说明书，=0.36mm/r切削速度根据切削手册表2.14，=800MPa,=26mm,=0.36mm/r加工性为7类，切削速度=13m/min查得切削速度V=12m/min切削速度修正系数：，=1000/=134.6r/min根据Z5140A立式钻床说明书 校验机床功率根据表2.22，当，=0.36mm/r，,所以选用的切削用量可以用。=0.36mm/r，计算基本工时： =35mm，=15mm（切削手册2.29） =1.1min工序12：检验工序13：热处理：调质工序14：喷丸工序15：去氧化皮工序16车内孔加工材料：40Cr ，=800MPa工件是锻件，车削余量为2Z=31.52-26=5.52mm加工要求不高，一次走刀即可完成刀具的选择：硬质合金车刀（内孔车刀）进给量的确定：切削速度：选择切削用量确定切削深度，由于加工余量为5.52mm，可在一次走刀内完成，=2.76mmCA6140车床的中心高为200mm，根据切削手册表1.30，选择刀杆尺寸BH1625mm,刀片厚度4.5mm=0.3-0.4mm/r =0.36mm/r 机构允许进给力Fmax=3530N据表1.21 b=800mpa ap2mm f0.75mm/rKr=45 Vc=65m/min (预计) 进给力Ff=650N 切削时 Ff的修正系数 =1.0 Ff=630N确定切削速度Vc根据表1.10 采用YT15硬质合金车刀加b=800mpa的钢料f=0.36mm Vc=109m/min切削修正系数Ktv=0.87Kkrv=0.92Ksv=0.8Ktv=0.88Kkv=0.87Vc=109Kv=53.4m/min根据CA6140车床说明书 n=560r/min 实际切削速度基本工时tm=L/nf根据切削手册表1.26车削时入切量与退切量y+=3.5mmL=l+y+=35+3.5=38.5mmTm=0.19min工序17：检验工序18拉花键 加工材料40cr b=800mpa 锻件 孔尺寸30mm 拉削后达到花键尺寸花键参数如下三角花键0.8405 GB1145-74模数M=0.8齿数Z=40齿槽宽=84.9分度圆齿槽宽S=刀具的选择 : 三角形花键拉刀机床的选择：C5120立式内拉床确定拉削用量：根据有关手册确定拉花键单面齿升量为0.86mm拉削速度V=0.06m/s(3.6m/min)切削工时t=Zb单面余量.1.5mm由30mm到33mmL拉削长度L=35mm 考虑校准部分的长度系数，取1.2k考虑机床返回行程系数，取1.4v拉削速度（m/min）fz拉刀单向齿升量z拉刀同时工作齿数p拉刀齿数P：（1.251.5）根号L=8mm拉刀同时工作齿数Z=l/p=35/8=5所以工序19：检验工序20 车49mm外圆表面的槽1.切削用量 本工序为粗车槽。加工材料：40Cr ，=800MPa,锻件，机床的选择：CA6140型卧式车床。 由于CA6140车床的心高为200mm，故选刀杆尺寸B H= 刀片厚度为4mm。 1.选择车刀，加工材料为合金钢故选用YT15硬质合金，选择车刀几何形状为卷削槽倒棱型前刀面前角=、 后角=6 主偏角=90 副偏角 =12 刃倾角=-2、 刀尖圆弧半径=0.6mm ，倒棱前脚=-12，倒棱宽度0.3mm2.确定切削深度 粗车双边余量为11 mm，显然 为单边余量 =5.5mm3. 确定进给量 根据表1.4，在粗车钢料、刀杆尺寸为 、6mm 工件直径为40mm 时，=0.30.5mm/r ， 按CA6140车床的进给量，选择= 0.48mm/r、确定的进给量上需满足机床进给机构强度的要求，故需进行校验，根据说明书，车床进给机构允许的进给力=3530N根据表1.21，当钢料=800MPa， 5.5mm , 0.48mm/r、=45、=40m/min时进给力= 2600N （切削速度增大时，进给力减小） 的修正系数为= 1.0 故实际进给力为= 2600N 4.确定切削速度 根据表1.10，当用YT15硬质合金车刀加工= 800MPa钢料、 5.5mm 、 0.48mm/r 时 ，切削速度 = 86.4m/min切削速度的修正系数各为 0.8，0.65，0.81，1.15，1.0 故 =m/minn=271r/min按CA6140车床的转速，选择 =320r/min ，则实际切削速度 = 49.2m/min 5.校验机床功率切削时的功率可由表查出，由表1.24，当 800Mpa，5.5mm，f0.6,v106时，Pc=4.1kw。切削功率的修正系数Kkrfc=1,Kropc=1故实际切削功率为2.9kw根据说明书，当n=710r/min,车床主轴允许的功率为Pe=5.9kw PcPe,故所选择的切削用量可在机床上运行最后决定车削用量为 =5.5mm、= 0.48mm/r、 =320r/min 、 =49.2m/min6.计算基本工时=式中，L=+y+，=5mm，根据表1.26，入切量级超切量y+=5mm，则 L=5+5=10mm =10/3200.48=0.065min工序21：检验工序22：磷化工序23：涂漆工序24：包装工序25：入库三、钻床夹具设计为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动生产强度，需要设计专用夹具。本夹具用于Z525立式车床。刀具为麻花钻。（一） 问题的提出 本夹具主要用于钻2-10.5mm孔，两孔中心距需要保证，孔内表面还有粗糙度要求，但要求不高。还有位置要求。故在本工序中主要考虑如何提高定位精度。（二） 夹具设计 1.定位基准的选择 由零件图可知，用底面、49mm外圆柱表面、25mm外圆柱表面完全定位，对上面加紧。 2切削力及夹紧力计算 由切削手册表2.32查得，主切削力其中 Ff=600=2423N在计算切削力时，必须把安全系数考虑在内，安全系数K=K1K2K3K4K1为基本安全系数 1.5K2为加工性质系数 1.1K3为刀具钝化系数 1.1K4为断续切削系数 1.1F=KFf=4838N扭矩 Mc=(表2.32)Mc=10N/m根据表2.35 Z525立式钻床资料，当主轴转速为n=272r/min主轴能传递的扭矩C=144.2N.mCm7138.6，故本夹具可安全工作。（三）定位误差分析 26孔端面是由两个支承板来确定的，定位基面为粗加工平面，且35mm公差为自然公差，故其基准位移误差可不用分析。（四）夹具设计及操作的简要说明 本着简化设计的原则，零件的夹紧机构没有使用联动夹紧。装卡工件时，分别拧紧螺栓使压板压紧工件。 五 、总结 作为一名机械系，机械设计与制造专业的学生，我觉得能做机械制造工艺及夹具设计是十分有重要，而且是十分必要的。 在已度过的大三的时间里我们大多数接触的是专业基础课。我们在课堂上掌握的是专业基础课的理论面，重要的专业课这学期才开设，学会理论，这次课设是锻炼我们的实践，如何把我们所学到的专业