操纵杆支架机械加工基础工艺新版说明书.docx

郑 州 科 技 学 院机械制造工艺学课程设计任务书题目：设计“操纵杆支架”零件机械加工工艺规程及夹具设计内容： 1.零件图 1张2.毛坯图 1张3.机械加工工艺过程卡 1份4.机械加工工序卡 1份5.夹具设计装配图 1张6.夹具体零件图 1张7.课程设计说明书 1份班 级： 机制本9班 姓 名： 张 飞 腾 学 号： 33265 指 导 教 师： 杨 晨 教研室主任： 年 4 月 13 日目录1、零 件 的 分 析31.1 零件的作用31.2 零件的工艺分析32、工 艺 规 程 设 计32.1 选择毛坯种类并确定制造方法32.2 基面的选择32.3选择加工方法42.4 制订工艺路线42.5 机械加工余量及毛坯尺寸的确定5（一）确定加工余量5（二）确定毛坯基本尺寸5（三）绘制毛坯简图52.6工序设计6(一)选择加工设备与工艺设备62.7 确定切削用量及基本工时7(一) 工序05（粗铣底面A）切削用量及基本时间的确定7（二）工序10（粗铣36槽）切削用量及基本时间的确定9（三）工序15（钻3x11）切削用量及基本时间的确定11（四）工序20（钻通孔）切削用量及基本时间的确定14（五）工序25（精镗孔）切削用量及基本时间的确定163、夹具设计193.1 接受设计任务、明确加工要求193.2 确定定位方案、选择定位元件193.3 确定加紧方案、设计夹紧机构203.4 确定导向方案和导向元件203.5 夹具体设计21设计心得22参考文献231、零 件 分 析1.1 零件作用题目所给定零件是汽车换挡部分操纵杆支架，它关键作用是固定操纵杆，使其在行驶过程中牢靠可靠。零件上3X11孔用螺栓固定在底座上，操纵杆用20定位销固定在支架上，而且在换挡时依靠利用36槽轨迹不会引发偏差。1.2 零件工艺分析操纵杆支架共有4组加工表面，分析以下：（1）2X20孔，（2）支架底面（3）36槽（4）3X11孔此零件外形较小，图中除2X20孔，公差要求较严格外，其它加工面公差要求较低，而且无位置度要求，不过为了满足装配性能，依据现场实际，在加工过程中要制订工艺基准，并制订出工艺公差，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HT150，零件年产量为10000件，已达大批生产水平，而且零件轮廓尺寸不大，故可采取精铸件，这从提升生产率、确保加工精度上考虑也是应该。2.2 基面选择基面选择是工艺规程设计中关键工作之一。基面选择得正确和合理，能够使加工质量得到确保，生产率得以提升。不然，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工件，则应以和加工表面要求相对位置精度较高不加工表面做粗基准。因为铣底面时要确保540.5，所以以2XR20外圆表面为粗基准。（2）精基准选择：精基准选择有利于确保加工精度，并使工件装夹方便。在选择时，关键应该考虑基准重合、基准统一等问题。当设计基准和工序基准不重合时，应该进行尺寸换算。精基准选择为底面及3X11孔。2.3选择加工方法（1）平面加工平面加工方法很多，有车、刨、铣、磨、拉等。因为本零件对所加工表面粗糙度要求全部不高。由表5-11，依据GB/T 1800-要求，选择中等级（m），相当于IT13级，故可考虑粗车或粗端铣，依据零件结构特点，选择端铣加工方法。（2）孔加工孔加工方法有钻、扩、镗、拉、磨等。3X11为工艺孔，加工时按工艺尺寸加工，直接在零件上钻铰完成。2X20要求较高，依据手册表5-49，先用钻头钻孔至19，再用20镗刀加工。2.4 制订工艺路线制订工艺路线出发点，应该是使零件几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理确保。在生产纲领已确定为大批生产条件下，能够考虑采取万能性机床配以专用工夹具，并尽可能使工序集中来提升生产率。除此之外，还应该考虑经济效果，方便使生产成本尽可能下降。工艺路线方案工序05 粗铣底面。工序10 粗铣36槽。工序15 钻底面311孔。工序20 钻219孔。工序25 精镗220孔工序30 去毛刺工序35 检验2.5 机械加工余量及毛坯尺寸确实定（一）确定加工余量操纵杆支架材料为HT150，抗拉强度，采取砂型机器造型，且为批量生产。由表5-2知，铸钢件采取砂型机器造型时，铸件尺寸公差为CT8-CT12级，此处选为CT9级。由表5-3选择加工余量为F级，依据机械加工后铸件最大轮廓尺寸由表5-4可查得个加工表面余量以下表：表1-1加工表面参考加工余量/mm备注底面（A面）表5-4 1粗铣一次完成3X11表5-19 11钻铰完成2X20孔表5-19 5先用钻头钻孔至19，再用20镗刀加工36槽表5-4 1粗铣一次完成（二）确定毛坯基础尺寸 加工表面毛坯尺寸只需将零件尺寸加上查取得对应加工余量即可，所得毛坯尺寸如表3-2所表示：表3-2零件尺寸/mm加工余量/mm毛坯尺寸/mm1211311111120515（三）绘制毛坯简图依据以上内容及砂型铸件相关标准和要求，绘制毛坯简图，图3-1：图3-1 毛坯简图2.6工序设计(一)选择加工设备和工艺设备1.选择加工设备选择加工设备即选择机床类型。因为已经依据零件形状、精度特点，选择了加工方法，所以机床类型也随之确定。至于机床型号，关键取决于现场设备情况。若零件加工余量较大，加工材料又硬，有必需校验机床功率。选择加工设备要考虑加工经济精度。最终选择机床，其经济精度应和零件表面设计要求相适应，初步选定各工序机床以下：（1） 工序05、10粗铣：X5032A型立式铣床，关键技术参数见表5-13（2） 工序15、20钻孔：Z3025摇臂钻床，关键技术参数见表5-14、（3） 工序25精镗：用CA6140卧式车床。2.选择夹具对于成批生产零件，大多采取专用机床夹具。在确保加工质量、操作方便、满足高效前提下，亦可部分采取通用夹具。本机械加工工艺规程中全部工序均采取了专用机床夹具，需专门设计、制造。3选择刀具（1） 铣刀 工序05、10中底面A、36槽采取面铣刀来进行加工。工序05中要求铣削深度为，工序10要求铣削深度为，铣削宽度均为。依据表515，选择高速钢镶齿套式面铣刀。由表5-16知所需铣刀直径75-90mm。查表5-17知，满足加工要求铣刀直径（2） 钻刀 从零件要求和加工经济性考虑，采取锥柄麻花钻头完成加工工序。工序15中，采取麻花钻，由表5-19知，选择d=11mm,l=94mm,莫氏圆锥号为2高速钢锥柄麻花钻作为刀具。工序20中，采取麻花钻，由表5-19知，选择，莫氏圆锥号为2号高速钢锥柄麻花钻作为刀具。（3） 镗刀 在车床上加工工序，通常全部选择硬质合金工具。加工钢质零件可采取YG类硬质合金，此处为精镗孔加工采取YG60，刀具参数为主偏角，杆部直径为8mm圆形镗刀进行加工。2.7 确定切削用量及基础工时(一) 工序05（粗铣底面A）切削用量及基础时间确实定 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X5032A型立式铣床，所选刀具为高速钢镶齿套式面铣刀，其参数。依据表5-26确定铣刀角度，选择前角。已知铣削宽度铣削背吃刀量。 （1）确定每齿进给量 依据表5-13知XA5032型立式铣床主电机功率为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。因为本工序被吃刀量和铣削宽度较小，故选择最大每齿进给量。 （2）选择铣刀磨钝标准和耐用时度 依据表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，经插值端铣刀协力耐用度T=50min。刀具耐磨用度是指刃磨后刀具自开始切削直到磨损量达成磨钝标准所经历总切削时间。 （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 依据XA5032机床标准主轴转速，由表5-13选择n=60r/min,则实际铣削速度为 工作台每分钟进给量为 依据表5-13中工作台标准纵向进给量，选择，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以下： 式中。所以，铣削梨为X5023A铣床主电机功率为7.5kW。故选择切削用量适宜。最终切削用量为2.基础时间依据表5-33知，端铣刀对铣削基础时间为式中；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查切入切出行程长度。所以，基础时间为（二）工序10（粗铣36槽）切削用量及基础时间确实定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X5032A型立式铣床，所选刀具为高速钢镶齿套式面铣刀，其参数。依据表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 依据表5-13知XA5032型立式铣床主电机功率为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。因为本工序被吃刀量和铣削宽度较小，故选择最大每齿进给量。 （2）选择铣刀磨钝标准和耐用时度 依据表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，经插值端铣刀协力耐用度T=50min。刀具耐磨用度是指刃磨后刀具自开始切削直到磨损量达成磨钝标准所经历总切削时间。 （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 依据X5032A机床标准主轴转速，由表5-13选择n=60r/min,则实际铣削速度为 工作台每分钟进给量为 依据表5-13中工作台标准纵向进给量，选择，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以下： 式中。所以，铣削梨为X5023A铣床主电机功率为7.5kW。故选择切削用量适宜。最终切削用量为2.基础时间依据表5-33知，端铣刀对铣削基础时间为式中，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查切入切出行程长度。所以，基础时间为（三）工序15（钻3x11）切削用量及基础时间确实定 本工序为钻3个11mm孔，所选择机床为Z3025摇臂钻床。依据表5-19知选择d=11mm,l=94mm,莫氏圆锥号为2高速钢锥柄麻花钻作为刀具。依据表5-48选择麻花钻参数由表5-49知，当初，选择钻头后刀面磨损极限值为0.8mm，耐用度T=45min。1. 切削用量（1） 确定背吃刀梁钻孔时，故可取=5mm。（2） 确定进给量根据加工要求决定进给量。钻头直径，工件材料为HT200SH时，依据表5-50，钻头进给范围mm/r.依据表5-51，选择。因为孔深度和孔直径相差不多，故无需修正系数来修正。（3） 确定切削速度v 依据表5-52计算公式式中，。因本例加工条件和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：依据刀具耐磨度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 依据Z3025机床标准主轴转速，由表5-54选择n=315m/min,实际转速为：（4）校验机床功率 由表5-55，查转矩T和切削功率计算公式以下：式中，由表5-56得：和加工材料相关修正系数灰铸铁无；和刃磨形状相关修正系数；和刀具磨钝相关修正系数。所以总修正系数为所以钻孔时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。因为 ，故选择切削用量能够用。最终确定切削用量为 =5mm 2.基础时间由表5-57钻孔基础时间为式中，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个空所用基础时间为=3=3=0.35min（四）工序20（钻通孔）切削用量及基础时间确实定本工序为钻2个通孔，所用机床为Z3025摇臂钻床。依据表5-19知选择，莫氏圆锥号为2号高速钢锥柄麻花钻作为刀具。依据表5-48选择麻花钻参数。由表5-49知，当初，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 根据加工要求决定进给量。钻头直径，工件材料为铸钢且时，依据表5-50，进给量取值范围为0.700.86mm/r。因为钻孔后不用丝锥攻螺纹，和钻孔深度小于直径，不用乘修正系数。依据Z3025机床标准进给量，查表5-51，选择 。（3）确定切削速度 依据表5-52计算公式确定切削速度式中，。因本例加工条件和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：依据道具耐用度，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。所以依据Z3025机床标准主轴转速，由表5-54选择，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以下：式中，由表5-56得：和加工材料相关修正系数;和刃磨形状相关修正系数；和刀具磨钝相关修正系数。所以，总修正系数为所以钻孔时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。因为，做选择切削用量可用。最终所确定切削用量为；。2. 基础时间由表5-57得钻孔基础时间为式中，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个孔所用基础时间为（五）工序25（精镗孔）切削用量及基础时间确实定本工序为精镗孔，机床采取最常见CA6140卧式车床，采取YG60硬质合金刀具，依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，选择杆部直径为8mm圆形镗刀。由表5-40知，镗刀合理耐用度为。1. 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，依据表5-42，根据CA6140机床进给量值，选择。（3）确定切削速度 依据表5-43计算公式确定切削速度式中，因本例加工条件和该公式应用条件不完全相同，故需依据表5-32对镗削速度进行修正：依据刀具耐用度T=60min，得修正系数为；依据工件材料，得修正系数为；依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，依据CA6140机床上主轴转速选择，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以下：式中，由表5-32得：和刀具耐用度相关修正系数，和工件材料相关修正系数，镗孔相对于外圆纵车时修正系数，和主偏角相关修正系数；和前角相关修正系数。所以总修正系数为所以，切削力为切削功率为依据表5-46知：CA6140机床主电机功率，因，故上述切削用量可用，最终所确定切削用量为；。2. 基础时间由表5-47得镗孔基础时间为式中，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，； 单件小批量生产时试切附加长度，单位为mm； 进给次数。已知，。所以，基础时间为 3、夹具设计3.1 接收设计任务、明确加工要求 此次专用机床夹具设计任务是设计用于操纵杆支架上三个11钻孔，是专用钻床夹具，具体设计应以前文工艺规程和后文书籍资料为依据，相关零件功用、工作条件方面可参考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本工序加工要求以下：（1）3个11mm寸公差等级要求不高。（2）3个11mm面粗糙度要求为Ra12.5（3）3个11mm为通孔。（4）3个11孔，从工件底面高12mm，后两孔相距96mm，前后孔距68mm。（5）零件毛坯材料为HT250（6）产品生产纲领：10000件/年。3.2 确定定位方案、选择定位元件 在鉆模设计中，工件得定位方案和定位基准选择通常应和该工件机械加工工艺规程一致。若工艺规程中定位方案和定位基准选择确有问题时，可重新进行考虑和确定。前期方案分析过程中，是将36毛坯槽定位工件左右及上下，R12圆弧定位工件前后，A面紧贴钻模板使其按要求加工，设计出来钻模板要确保3-11孔间距及孔径，还要照料到毛坯36H12槽加工余量不至于后序加工不出来。有零件图样可知，工件上3个11孔于工件底面和各孔之间有距离要求，表明这3个11孔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加工误差。由零件实际加工情况可知，因为考虑到夹紧方面原因，工件后垂直面极难用于夹紧。若单独以底面为定位基准只能限制三个自由度，故必需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36槽及R12圆弧作为第二基准，由此能够得到以底面为第一基准限制三个自由度，以36槽及R12圆弧作为第二基准限制三个自由度。工件定位是经过定位基准面和定位元件接触来实现，故定位元件选择应和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：36槽及R12圆弧3.3 确定加紧方案、设计夹紧机构 (1)依据工件形状特点和定位方案，可采取以下两种加紧方案：一个为手动螺旋带V形块夹紧机构，另一个为手动偏心轮带V形块夹紧机构。因为零件批量大，为了节省时间和制造成本，现采取偏心轮夹紧方案较为适宜，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，自锁性好偏心夹紧机构。为了使夹紧可依据零件毛坯实际情况做出调整，现在夹具上杆和工件接触面上配V块，并经过偏心轮转动，可调整夹紧力。（2）夹紧力：在本夹具定位和夹紧方案确定后，现分析夹紧力。本零件是精铸件，余量较小，切削力不大，要求夹紧力也不大，手动夹紧满足要求，手动夹紧系数K=1.5-2.5，摩擦因数：u=0.16-0.25.。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。对于轴向进给力来说，因为手动偏心轮上杆中偏心轮压紧，本身能够承受很强纵向载荷，故没有必需校核扭矩。对于扭矩，由底座上一个和36槽配合支杆，支杆本身就和夹具底座连接和一起，类比其它结构可知扭矩无法使其发生松动和变形。3.4 确定导向方案和导向元件 此次加工需要钻孔，因次采取钻套导向，这么能够起到降低加工过程中震动作用，因为可换钻套磨损后，能够快速更换，适适用于大批量生产，故选择可换钻套。可换钻套具体结构可参考机床夹具手册（5王光斗，王春福，机床夹具设计手册M，上海科学技术出版社，。）镗套中导向孔孔径和其偏差应依据所选择刀具尺寸来确定。由前文可知本工序采取是d=11麻花钻，由课程设计指导书（13王栋，李大磊，机械制造工艺学课程设计指导书M，机械工业出版社，。）中表5-67可知11麻花钻直径上偏差为0，下偏差为-0.033，由机床夹具手册（5王光斗，王春福，机床夹具设计手册M，上海科学技术出版社，。）导向孔偏差应取F7，筒套中和衬套配合部分应取公差k6。钻套和工件之间应该有排屑间隙。由课程设计指导书（13王栋，李大磊，机械制造工艺学课程设计指导书M，机械工业出版社，。）中表5-68，钻套和工件间隙距离为h=（0.71.5）d=7.7-16.5mm，h值可合适减小。3.5 夹具体设计 本夹具关键用来钻工件上3-11孔成，选择Z3040钻床及专用钻模,在本道工序加工时，关键应考虑怎样提升劳动生产率，降低劳动强度，确保工艺要求孔距及孔径为下到序做基准。，确保工艺要求孔尺寸精度、位置精度和表面粗糙准。前期方案分析过程中，是将36毛坯槽定位工件左右及上下，R12圆弧定位工件前后，A面紧贴钻模板使其按要求加工，设计出来钻模板要确保3-11位置及孔径，还要照料到毛坯36H12槽加工余量不至于后序加工不出来。如前所述，在设计夹具时，应该注意提升劳动生产率。为此，夹具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，需要压紧力也不大，所以没有必需使用气动或液压夹紧，手动压紧就能够满足需要。夹具上装有钻模板，可使夹具在一批零件加工之前很好地对刀和塞尺配合使用）；同时，夹具体底面上四个腰形槽可使整个夹具在机床工作台上安全加紧，以利于钻削加工。设计心得 经过这次课程设计，使我对零件制造过程、加工工艺和夹具设计全部有了更深入认识，也加深了对大学中所学基础知识学习和了解。课程设计是理论联络实际最有效方法。在具体设计过程中，必需考虑到方方面面问题，在理论上正确无误设计，在实际中往往存在多种问题。这么，在设计时就必需考虑所设计机构是否合理，在实际利用中能否正常工作，而不仅仅考虑理论上可行性，课程设计使我学会了从实际出发加工零件和设计夹具。 在此次设计中，考虑到零件加工难易、材料、成本等问题，所选择零、部件全部是操作简单，通用性较强标准件，从现时以最低成本实现最优异加工。但也有不足之处。不管怎样，这次课程设计使我获益良多，是我在学校一次答卷，也是我成功迈向社会第一步。参考文件1 王栋. 机械制造工艺学课程设计指导书M. 北京：机械工业出版社，2 王先逵. 机械制造工艺学M.2版 北京：机械工业出版社，3 王先逵. 机械制造工艺学手册M.2版 北京：机械工业出版社，4 王兰美. 画法几何及工程制图M. 北京：机械工业出版社，5 成大先. 机械设计手册M.5版 北京：化工工业出版社， 6 柯建宏. 机械制造技术基础课程设计M.武汉：华中科技大学出版社，.7 孟少龙. 机械加工工艺手册M.北京：机械工业出版社，1991. 8 蔡兰. 机械零件工艺性手册M.2版 北京：机械工业出版社，.9 黄如林. 金属加工工艺及工装设计M.北京：化学工业出版社，.10 李庆寿. 机床夹具设计 M. 北京：机械工业出版社，1984.11 荆长生. 机械制造工艺学 M. 西安：西北工艺大学出版社，1997.