操纵杆支架机械加工工艺规程及3φ11孔钻削夹具设计（含全套CAD图纸） .pdf

1 机 械 制 造 技 术 基 础 课 程 设 计 题 目： 操纵杆支架机械加工工艺规程及 3 * 1 1 孔钻削夹具设计 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 完成日期： 2 任 务 书 一、设计题目: 操纵杆支架机械加工工艺规程及 3 * 1 1 孔钻削夹具 设计 二、原始资料 ( 1 ) 被加工零件的零件图 1张 ( 2 ) 生产类型: （中批或大批大量生产） 三、上交材料 1 所加工的零件图 1张 2 毛坯图 1张 3 编制机械加工工艺过程卡片 1套 4 编制所设计夹具对应的那道工序的机械加工工序卡片 1套 5 绘制夹具装配图 （a 0或 a 1 ） 1张 6 绘制夹具中 1个零件图（a 1或 a 2 。装配图出来后，由指导教师 为学生指定需绘制的零件图，一般为夹具体） 。 1张 7 课程设计说明书，包括机械加工工艺规程的编制和机床夹具设 计全部内容。 （约 5 0 0 0 - 8 0 0 0字） 1份 四、进度安排 本课程设计要求在 3周内完成 。 1 第 l 2天查资料，绘制零件图 。 2 第 3 7天，完成零件的工艺性分析, 确定毛坯的类型 、制造方 法，编制机械加工工艺规程和所加工工序的机械加工工序卡片。 3 第 8 1 0天，完成夹具总体方案设计 （画出草图 ，与指导教师 沟通，在其同意的前提下 ，进行课程设计的下一步） 。 4 第 1 1 1 3天，完成夹具装配图的绘制 。 5 第 1 4 1 5天，零件图的绘 制。 6 第 1 6 1 8天，整理并完成设计说明书的编写。 7 第 1 9天2 1天，完成图纸和说明书的输出打印。答辩 五、指导教师评语 该生设计的过程中表现 ， 设计内容反映的基本概念 及计算 ，设计方案 ，图纸表达 ，说 明书撰写 ，答辩表现 。 综合评定成绩： 指导教师 日 期 3 摘 要 机械制造技术基础课程设计是我们融会大学所学的 机械制造技 术基础 、 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。 这次设计的是操纵杆支架，包括工件零件图、夹具体零件图、毛 坯图、夹具装配图各一张，机械加工工艺过程卡片和与工序卡片各一 张。首先我们要熟悉零件和了解其作用。然后，根据零件的性质和零 件图上各端面的粗糙度确定毛坯的尺寸和机械加工余量。 最后拟定支 架的工艺路线图，制定该工件的夹紧方案，画出夹具装配图。 本次的课程设计，决定设计第二道工序钻底面孔系， 夹具通 过一个固定 v 形块、一个摆动压块、四个支承板共同限制 5 个自由 度，靠螺栓螺杆夹紧。钻模板与 a 面之间保持一定间距，设计出来 的钻模板要保证 3- 11 的孔间距及孔径。 由于本人设计水平所限错误和欠妥之处恳请老师批评指正。 4 abstract course design for mechanical manufacture technology is mixed the university manufacturing technology, design of mechanical manufacturing equipment and other knowledge, the combination of theory and practice of the comprehensive use of professional knowledge training, and we will do the graduation design to conduct a comprehensive training and preparation. this design is the joystick support, including the part drawing, assembly drawing blank map, each one, machining process card and process card each one.first of all we should be familiar with and understanding of its role.then, according to parts of nature and map parts of the surface roughness to determine the dimensions of the blank and the machining allowance.the final formulation of stent technology roadmap, the formulation of the workpiece clamping scheme, draw the jig assembly drawing. the curriculum design, decided to design a second step - holes drilled bottom fixture through a fixed v - block, a swing briquetting, four support plate to cap the five degrees of freedom by bolts screw clamping. maintain a certain distance between the drilling template with the a side, drilling template designed to ensure that the 3- f11 hole spacing and aperture as i design is limited by errors and defects to teacher criticism. 5 目录 1.零 件 的 分 析.6 1.1 零件的作用 .6 1.2 零件的工艺分析 .6 2.工 艺 规 程 设 计 .6 2.1 选择毛坯种类并确定制造方法 .6 2.2 基面的选择 .7 2.3 制订工艺路线 .7 2.4 工艺路线的比较与分析 .8 2.5 机械加工余量 、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 .9 2.6 确定切削用量及基本工时 .9 3、夹具的设计 .12 3.1 问题的提出 .12 3.2 夹具设计 .13 4、设计感言 ： .14 参考文献 .15 6 1.零 件 的 分 析 1.1 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。 1.2 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。 2.工 艺 规 程 设 计 2.1 选择毛坯种类并确定制造方法 操纵杆支架材料为灰铁件，牌号 ht150，硬度 hb163- 229，零件年产量为 10000 件，已达大批生产的水平，而且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。 7 2.2 基面的选择 基面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： 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 a 及 3- 11 孔。 2.3 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。 8 工序 铣 36 槽。 工序 钻铣 2- 20 孔。 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 2.4 工艺路线的比较与分析 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， 36 槽，及 2- 20 孔， 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 a 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 z3063 钻床及专用钻模。 工序 以底面 a 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 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 9 工序 终检。 2.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 “操纵杆支架”零件材料为 ht150，硬度 hb163- 229，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- 5，铸件最大尺寸120，确定底面 毛坯机械加工余量为 3mm。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。10.5 高速 钢钻头钻出10.5 的孔，再高速钢机用铰刀铰11 的孔。 （3）36 槽 根据手册表 5- 5，确定毛坯余量 3mm。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。 2.6 确定切削用量及基本工时 工时定额是指完成零件加工的就一个工序的时间定额 td = tj + tf + tb + tx + tz / n 其中： td是指但见时间定额 tj是指基本时间（机动时间） ，通过计算求得 tf是指辅助时间，一般取（1520）%；tj 与 tf 和称为作业时间 tb是指布置工作时间，一般按作业时间的（27）%估算 tx是指休息及生理需要时间，一般按作业时间（24）%估算 tz是准备与终结时间，大量生产时，准备与终结时间忽略不计 10 n是指一批零件的个数 工序 铣底面 a （1）加工条件 工件材料：ht150，铸件 加工要求：粗精铣底面 a。 机床：xk7150 数控铣床。 刀具：采用成都成量工具有限公司的面铣刀刀柄及立装式立铣刀，刀具直径 160。刀片材料 p/k，型号 lz1282，适用加工材料为铸铁等。 （2）计算切削用量 毛坯加工余量为 3mm 左右，根据组合机床切削用量计算表 9，vc 选 60m/min，f=0.3 mm/r。 （3）确定机床主轴转速 n=vc1000 dc=60 x1000 3.14x160=119r/min 按机床说明书，与 119r/min 相近的机床转速为 95r/min 所以实际切削速度 v=47.728r/min （4）计算切削工时 t =4.2min 工序 以底面为基准，侧边采用辅助支撑，加工底面上 3- 11 工艺孔。 （1）加工条件 工件材料：ht150，铸件。 加工要求：钻铰 3- 11 孔。 机床：z3063 钻床。 刀具：钻头选取高速钢钻头，直径10.5，铰刀选取高速钢机用铰刀11h9 （2）计算切削用量 先用10.5 钻头钻底孔。 根据组合机床切削用量计算表 1 选取 f=0.20mm/r,v=20m/min 所以 n=1000v d =1000 x20 3.14x10.5=606r/min 按机床选取 n=630r/min 实际切削速度 v=20.77 m/min 11 用11h9 铰刀进行铰孔 根据组合机床切削用量计算表 6,选取 f=0.5 mm/r,v=6m/min 所以 n=1000v d =1000 x6 3.14x11.=173.7r/min 按机床选取 n=200r/min 实际切削速度 v=6.9 m/min （3）计算切削工时 钻削一孔：t= 0.72min 铰削一孔：t= 1.8min 总切削时间：0.723+1.83=7.5min 工序 以底面及11 孔，一面两销定位，加工 36 槽。 （1）加工条件 工件材料：ht150，铸件。 加工要求：铣 36 槽。 机床：x63 卧式铣床。 刀具：选用可调式三面刃铣刀，直径120,刀片 767，加工铸铁件。 （2）计算切削用量 根据组合机床切削用量计算表 9,选取 vc=60m/min,f=0.2 mm/r 确定机床转速 n=vcx1000 xdc=60 x1000 3.14x120=159.2r/min 按机床说明书，与 212.3 r/min 相近的机床转速为 150 r/min 所以实际切削速度 v=56.52 m/min （3）计算切削工时， t=4min 工序 以一面两销定位，钻镗 2- 20 孔 （1）加工条件 工件材料：ht150，铸件。 加工要求：钻铣 2- 20 孔。 机床：x53 立式铣床。 刀具：采用钻镗的形式，先用19 高速钢钻头钻出底孔，再用20 镗刀精 12 加工。 先用19 钻头钻底孔 根据组合机床切削用量计算表 9，选取 f=0.2 mm/r,v=40m/min 所以 n=1000v d=1000 x40 3.14x19.=670 r/min 按机床选取 n=600r/min 实际切削速度 v=35.796m/min 用20 成型镗刀进行镗孔 根据组合机床切削用量计算选取 f=0.15mm/r,v=70m/min 所以 n=1000v d=1000 x70 3.14x20.=581r/min 按机床选取 n=600 r/min 实际切削速度 v=37.68 m/min （3）计算切削工时 钻削时间：t =2.3 min 铰削时间：t =1.2 min 总切削时间：t=3.5 min 工序 检查 3、夹具的设计 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。 经过与指导老师协商，决定设计第二道工序钻底面孔系。本夹 具将用于 z 3 0 6 3钻床。刀具为一把1 0 . 5的高速钢钻头，1 1 h 9的高 速钢机用铰刀，对工件的 3 - 1 1孔进行加工。采用钻模上面对刀块对 刀。选用 g b / t 8 0 4 5 . 1 1 9 9 9固定钻套通过钻模固定在夹具体上， 保证加工过程中孔的被加工的位置精度。 3.1 问题的提出 本夹具主要用来钻工件上 3 - 1 1 的孔成，孔加工通，先用1 0 . 5 13 的钻头粗钻后再用 1 1 h 9 的绞刀加工到尺寸。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 ，保证工艺要求孔距及 孔径为下到序做基准。 3.2 夹具设计 （1 ）定位基准的选择 前期方案分析过程中，是将3 6 的毛坯槽定位工件的左右及上下， r 1 2 的圆弧定位工件的前后，a 面紧贴钻模板使其按要求加工，设计出 来的钻模板要保证3 - 1 1 的孔间距及孔径， 还要照顾到毛坯3 6 h 1 2 槽的 加工余量不至于后序加工不出来。 （2 ）切削力及夹紧力计算 0 fff ff xyu fpze qw c afa f dn =( 见切削手册表 3 . 2 8 ) 其 中 ， f c = 6 5 0 ， p a= 3 . 1 m m ， f x = 1 . 0 ， z f = 0 . 0 8 m m ， f y = 0 . 7 2 ， e a = 4 0 m m ( 在加工面上近似测量值) ， f u = 0 . 8 6 ， 0 d = 2 2 5 m m ， f q = 0 . 8 6 ， f w = 0 ，z = 2 0 所以 0.720.86 0.86 6503.1 0.084020 1456 225 fn = 由于是垂直铣削，所以水平分力= 0 n 垂直分力= 1 4 5 6 n 在计算切削力时，必须把安全系数考虑在内 。安全系数 k = k1k2k3k4。 其中 k1为基本安全系数 1 . 5 k2为加工性质系数 1 . 1 5 k3为刀具钝化系数 1 . 1 k4为断续切削系数 1 . 1 。 所以 f = k f h = 1 . 5 1 . 1 5 1 . 1 1 . 1 1 4 5 6 = 3 1 9 7 . 5 n w k = ) 2 sin1 ( 2 sin2 +d kt - - - - - - 防止工件绕轴线转动所需夹紧力 （为摩擦系数 ，为9 0?） （4 ）夹具设计及操作的简要说明 14 如前所述，在设计夹具时 ，应该注意提高劳动生产率 。为此，夹 具的实用性及劳动强度也要考虑在内。本零件是精铸件，余量较小， 切削力不是太大，需要的压紧力也不大，所以没有必要使用气动或液 压夹紧，手动压紧就可以满足需要 。 夹具上装有钻模板 ，可使夹具在一批零件的加工之前很好地对刀 （与塞尺配合使用）；同时，夹决定设计第二道工序钻底面孔系。