资源描述
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
姓 名：万百川
系 别：机电工程系
专 业：机械设计制造及其自动化
年 级：
学 号：MDA09087
指引教师：李永鲜 职称：专家
07月03日
操纵杆支架加工工艺规程设计及钻孔夹具设计
[摘要]本次设计是对拨叉零件加工工艺和夹具设计，其零件为铸件，外形较小，除2-Φ20孔公差规定较严格外，其他加工面公差规定较低，并且无位置度规定，但是为了满足装配性能，依照现场实际，在加工过程中要制定工艺基准，并制定出工艺公差，运用工艺基准来加工后续工序。
[核心词] 操纵杆支架 加工工艺 专用夹具 设计
目录
第一章 前言 3
第二章 零件分析 4
2.1 零件作用 4
2.2 零件工艺分析 4
第二章 工艺规程设计 5
3.1 拟定生产类型 5
3.2 拟定毛坯制造形式 5
3.3 选取定位基准 5
3.4 选取加工办法 5
3.5 制定工艺路线 6
3.6 拟定加工余量及毛坯尺寸 7
3.7 工序设计 7
3.8 拟定切削用量和基本时间 8
第四章 夹具设计 11
4.1 接受设计任务、明确加工规定 11
4.2 拟定定位方案、选取定位原件 11
4.3 拟定加快方案、设计夹紧机构 12
4.4 拟定导向方案和导向元件 12
4.5 夹详细设计 13
4.6 夹具精度分析 13
4.7 绘制夹具装配图，标注关于尺寸和技术规定 13
结 论 15
致 谢 16
参照文献 17
第一章 前言
机械制造工艺学课程设计是咱们融会大学所学《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综合运用训练，并且为咱们后来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，应当得到下述各方面锻炼：
1、能纯熟运用机械制造工艺学基本理论和夹具设计原理知识，对的地解决一种零件在加工中定位，夹紧以及合理制定工艺规程等问题办法，培养分析问题和解决问题能力。
2、通过对零件某道工序夹具设计，学会工艺装备设计普通办法。通过亲手设计夹具（或量具）训练，提高构造设计能力。
3、课程设计过程也是理论联系实际过程，并学会使用手册、查询有关资料等，增强咱们解决工程实际问题独立工作能力。
第二章 零件分析
2.1 零件作用
题目所给定零件是汽车换挡某些操纵杆支架，它重要作用是固定操纵杆，使其在行驶过程中牢固可靠。零件上3-Φ11孔用螺栓固定在底座上，操纵杆用Φ20定位销固定在支架上，并且在换挡时依托运用36槽轨迹不会引起偏差。
2.2 零件工艺分析
操纵杆支架共有4组加工表面，分析如下：
（1）2-Φ20孔，
（2）支架底面
（3）36槽
（4）3-Φ11孔
此零件外形较小，图中除2-Φ20孔，公差规定较严格外，其他加工面公差规定较低，并且无位置度规定，但是为了满足装配性能，依照现场实际，在加工过程中要制定工艺基准，并制定出工艺公差，运用工艺基准来加工后续工序。
第二章 工艺规程设计
3.1 拟定生产类型
操纵杆支架材料为灰铸铁，牌号HT250，零件年产量为10000件，已达大批生产水平[1]。
3.2 拟定毛坯制造形式
零件轮廓尺寸不大，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当。
3.3 选取定位基准
定位基准选取是工艺规程制定中重要工作，它是工艺路线与否对的合理前提。对的与合理选取定位基准，可以保证加工质量，缩短工艺过程，简化工艺装备构造与种类、提高生产率。
（1）粗基准选取：
对于零件而言，尽量选取不加工表面为粗基准。而对于有若干个不加工表面工件，则应以与加工表面规定相对位置精度较高不加工表面做粗基准。由于铣底面时要保证54±0.5，因此以2-R20外圆表面为粗基准。
（2）精基准选取：
精基准选取有助于保证加工精度，并使工件装夹以便。在选取时，重要应当考虑基准重叠、基准统一等问题。当设计基准与工序基准不重叠时，应当进行尺寸换算。精基准选取为底面及3-Φ11孔。
3.4 选取加工办法
3.4.1 平面加工
平面加工办法诸多，有车、刨、铣、磨、拉等。对于本支架，底端面粗糙度规定Ra25um，精度规定较低。故选取端铣加工方式。
3.4.2 孔加工
孔加工方式有钻、扩、镗、拉、磨等。对于本支架，3-Φ11孔为工艺孔，因此选用钻床加工方式。2-Φ11孔，由于精度规定较为严格，因而选用立式铣床钻铣加工。
3.4.3 槽加工
槽加工方式有铣、磨、电火花等。对于本支架，考虑到经济性规定，选用铣床加工。
3.5 制定工艺路线
制定工艺路线出发点，应当是使零件几何形状、尺寸精度及位置精度等技术规定能得到合理保证。在生产大纲已拟定为大批生产条件下，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Ⅰ 钻铣2-Φ20孔。
工序Ⅱ 粗精铣底面A。
工序Ⅲ 钻底面3-Φ11孔。
工序Ⅳ 铣36槽。
工序Ⅴ 检查
（2）工艺路线方案二
工序Ⅰ 粗精铣底面A。
工序Ⅱ 钻底面3-Φ11孔。
工序Ⅲ 钻铣2-Φ20孔。
工序Ⅳ 铣36槽。
工序Ⅴ 检查
（3）工艺路线方案三
工序Ⅰ 粗精铣底面A。
工序Ⅱ 铣36槽。
工序Ⅲ 钻铣2-Φ20孔。
工序Ⅳ 钻底面3-Φ11孔。
工序Ⅴ 检查
上述三个工艺方案特点在于：方案一是先加工出2-Φ20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-Φ11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-Φ11孔，2-Φ20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-Φ20孔，最后以36槽与Φ20做定位基准加工3-Φ11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-Φ20孔，再以2-Φ20孔为基准加工底面，而后又以底面为基准，加工此外两组尺寸，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弊端。因而，咱们选用方案二做为操纵杆支架加工路线：
工序Ⅰ 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Ⅱ 以底面为基准，侧边采用辅助支撑，加工底面上3-Φ11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Ⅲ 以一面两销定位，钻铣2-Φ20孔。选用X53立式铣床及专用夹具加工。
工序Ⅳ 以底面及2-Φ11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Ⅴ 终检。
3.6 拟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HB163-229HBW[2]，生产类型为大批生产，采用精铸件毛坯。
依照上述资料及加工工艺，分别拟定各加工表面机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：
（1）底面（A面）
依照《金属机械加工工艺人员手册》表5-5[9]，铸件最大尺寸≦120，拟定底面毛坯机械加工余量为3mm。粗精铣一次加工完毕到尺寸。
（2）3-Φ11
为工艺孔，加工时按工艺尺寸加工，直接在零件上钻铰完毕。
（3）36槽
依照手册表5-5，拟定毛坯余量3mm。粗精铣一次完毕。
（4）2-Φ20孔
依照手册表5-58，先用钻头钻孔至Φ19，再用Φ20镗刀加工。
3.7 工序设计
3.7.1 选取加工设备
选取加工设备即选取机床类型。由于已经依照零件形状、精度特点，选取了加工办法，因而机床类型也随之拟定。至于机床型号，重要取决于现场设备状况。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。初步选取各工序机床如下：
1） 工序Ⅰ 铣底面A：XK7150数控铣床
2） 工序Ⅱ 加工底面上3-Φ11工艺孔：机床：Z3040钻床
3） 工序Ⅲ 加工36槽：X63卧式铣床
4） 工序Ⅳ 钻镗2-Φ20孔：X53立式铣床
3.7.2 选取夹具
对于成批生产零件，大多采用专用机床家具。在保证加工质量、操作以便、满足高效前提下，也可某些采用通用家具。本机械加工工艺规程中所有工序均采用了专用机床家具，需专门设计、制造。
3、刀具选取
在操纵杆加工中，采用了铣、钻、镗、等各种加工方式，与之相相应，初选刀具状况如下：
1） 工序Ⅰ 铣底面A：采用成都成量工具备限公司面铣刀刀柄及立装式立铣刀，刀具直径φ160。刀片材料P/K，型号LZ1282，合用加工材料为铸铁等。
2） 工序Ⅱ 加工底面上3-Φ11工艺孔：钻头选用高速钢钻头，直径Φ10.5，铰刀选用高速钢机用铰刀Φ11H9
3） 工序Ⅲ 钻镗2-Φ20孔：采用钻镗形式，先用Φ19高速钢钻头钻出底孔，再用Φ20镗刀精加工。
4） 工序Ⅳ 加工36槽：选用可调式三面刃铣刀，直径Φ120,刀片767，加工铸铁件。
3.8 拟定切削用量和基本时间
工序Ⅰ 铣底面A
（1）加工条件
工件材料：HT200，铸件
加工规定：粗精铣底面A。
机床：XK7150数控铣床。
刀具：采用成都成量工具备限公司面铣刀刀柄及立装式立铣刀，刀具直径φ160。刀片材料P/K，型号LZ1282，合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，依照《组合机床切削用量计算》表9[11]，Vc选60m/min，f=0.3 mm/r。
（3）拟定机床主轴转速
n=VcX1000 πXDc=60x1000 3.14x160=119r/min
按机床阐明书，与119r/min相近机床转速为95r/min
因此实际切削速度v=47.728r/min
（4）计算切削工时
t =4.2min
工序Ⅱ 以底面为基准，侧边采用辅助支撑，加工底面上3-Φ11工艺孔。
（1）加工条件
工件材料：HT200，铸件。
加工规定：钻铰3-Φ11孔。
机床：Z3040钻床。
刀具：钻头选用高速钢钻头，直径Φ10.5，铰刀选用高速钢机用铰刀Φ11H9
（2）计算切削用量
① 先用Φ10.5钻头钻底孔。
依照《组合机床切削用量计算》表1[11]选用f=0.20mm/r,v=20m/min
因此n=1000v πD=1000x20 3.14x10.5=606r/min
按机床选用n=630r/min
实际切削速度v=20.77 m/min
② 用Φ11H9铰刀进行铰孔
依照《组合机床切削用量计算》表6,选用f=0.5 mm/r,v=6m/min
因此n=1000v πD=1000x6 3.14x11.=173.7r/min
按机床选用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：0.72x3+1.8x3=7.5min
工序Ⅳ 以一面两销定位，钻镗2-Φ20孔
（1）加工条件
工件材料：HT250，铸件。
加工规定：钻铣2-Φ20孔。
机床：X53立式铣床。
刀具：采用钻镗形式，先用Φ19高速钢钻头钻出底孔，再用Φ20镗刀精加工。
① 先用Φ18钻头钻底孔
依照《组合机床切削用量计算》表9[11]，选用f=0.2 mm/r,v=40m/min
因此n=1000v πD=1000x40 3.14x19.=670 r/min
按机床选用n=600r/min
实际切削速度v=35.796m/min
② 用Φ20成型镗刀进行镗孔
依照《组合机床切削用量计算》选用f=0.15mm/r,v=70m/min
因此n=1000v πD=1000x70 3.14x20.=581r/min
按机床选用n=600 r/min
实际切削速度v=37.68 m/min
（2）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Ⅲ 以底面及Φ11孔，一面两销定位，加工36槽。
（1）加工条件
工件材料：HT200，铸件。
加工规定：铣36槽。
机床：X63卧式铣床。
刀具：选用可调式三面刃铣刀，直径Φ120,刀片767，加工铸铁件。
（2）计算切削用量
依照《组合机床切削用量计算》表9[11],选用Vc=60m/min,f=0.2 mm/r
拟定机床转速
n=VcX1000 πXDc=60x1000 3.14x120=159.2r/min
按机床阐明书，与212.3 r/min相近机床转速为150 r/min
因此实际切削速度v=56.52 m/min
（3）计算切削工时，
t=4min
工序Ⅴ 检查
第四章 夹具设计
4.1 接受设计任务、明确加工规定
本次专用机床夹具设计任务是设计用于操纵杆支架上两个Φ20孔钻孔，是专用钻床夹具，详细设计应此前文工艺规程和后文工序卡片为根据，关于零件功用、工作条件方面可参照零件图样和工艺规程指定某些。由零件和课程设计任务书中能得到本工序加工规定如下：
（1） 2个Φ20mm孔尺寸公差级别为IT12。
（2） 2个Φ20mm孔表面粗糙度规定为Ra3.2。
（3） 2个Φ20mm孔都为通孔。
（4） 2个Φ20mm孔轴线共线，距工件底面54±0.5mm，距工件后平面19mm。
（5） 零件毛坯材料为HT250
（6） 产品生产大纲：10000件/年。
理解了上述信息之后，针对设计任务，可同步收集另某些设计资料，如相应原则以及关于计算公式、同类产品或近似产品夹具图样，关于机床设备有关尺寸，实现现场中机床设备位置、空间尺寸等。
4.2 拟定定位方案、选取定位原件
在鉆模设计中，工件得定位方案和定位基准选取普通应与该工件机械加工工艺规程一致。若工艺规程中定位方案与定位基准选取确有问题时，可重新进行考虑和拟定。
有零件图样和该图样机械加工工艺规程可知，工件上两个Φ20mm孔于工件底面和后垂直面有距离规定，表白这两个Φ20mm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取上要尽量以底面和后垂直面为定位基准以避免基准不重叠带来加工误差。
由零件实际加工状况可知，由于考虑到夹紧方面因素，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，故必要另选取定位基准以满足定位规定。
经综合分析比较，最后决定选取用3-Φ11孔中两孔作为第二基准，由此可以得到以底面为第一基准限制三个自由度，以3-Φ11孔中两孔作为第二基准限制三个自由度。
工件定位是通过定位基准面与定位元件接触来实现，故定位元件选取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-Φ11孔中两孔
4.3 拟定加快方案、设计夹紧机构
依照工件形状特点和定位方案，可采用如下两种加快方案：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，为了节约时间和制导致本，现采用偏心轮夹紧方案较为适当，螺旋夹紧虽有一定长处，但缺陷是在拆装过程中用时较多。通过以上分析，最后拟定未增力比大，自锁性好偏心夹紧机构。
为了使夹紧可依照零件毛坯实际状况做出调节，当前夹具上盖与工件接触面上挖斜槽，并配备相应斜块，由斜块进一步限度，可调节夹紧力。
在本夹具定位与夹紧方案拟定后，现分析夹紧力。扩孔时切削力有两个，一种是主切削力，它形成扭矩；另一种是轴向进给力，它施加给工件侧移力。对于扭矩来说，由于上盖中斜契块压紧，自身可以承受很强横向载荷，故没有必要校核扭矩。对于轴向进给里，由底座上两个与3-Φ11孔中两孔配合小销，小销自身就与夹具底座刚性连接与一起，类比其她构造可知轴向进给力无法使其发生松动和变形。
4.4 拟定导向方案和导向元件
本次加工不但需要钻孔，还需要对孔进行镗孔进行切削余量为1mm扩孔，故钻孔精度规定不高，因次采用镗套导向，，这样可以起到减少精加工过程中震动作用，由于可换镗套磨损后，可以迅速更换，合用于大批量生产，故选用可换镗套。
可换镗套详细构造可参照机床夹具手册（[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，。）镗套中导向孔孔径以及其偏差应依照所选用刀具尺寸来拟定。由前文可知本工序采用是d=18mm高速钢锥柄麻花钻，由课程设计指引书（[13] 王 栋，李大磊，机械制造工艺学课程设计指引书[M]，机械工业出版社，。）中表5-67可知Φ18高速钢麻花钻直径上偏差为0，下偏差为-0.033，此外在本书表5-39可知Φ20机夹单刃镗刀刃长上偏差为0，下偏差为-0. 25。故导向孔基本尺寸为Φ20，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，筒套中和衬套配合某些应取公差k6。
钻套和工件之间应当有排屑间隙。由课程设计指引书（[13] 王 栋，李大磊，机械制造工艺学课程设计指引书[M]，机械工业出版社，。）中表5-68，镗套与工件间隙距离为h=（0.7~1.5）d=14—30mm，考虑到导向为精镗，单边加工余量仅为1mm，因而h值可恰当减小。
4.5 夹详细设计
本夹具重要用来钻工件上2-φ20孔成，孔加工通，先用Φ19钻头粗钻后再用Φ20H9镗刀加工到尺寸。在本道工序加工时，重要应考虑如何提高劳动生产率，减少劳动强度，保证工艺规定孔尺寸精度、位置精度以及表面粗糙准。
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圆弧定位工件先后，A面紧贴钻模板使其按规定加工，设计出来钻模板要保证2-φ20位置及孔径，还要照顾到毛坯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，应当注意提高劳动生产率。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，因此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加工之前较好地对刀（与塞尺配合使用）；同步，夹详细底面上四个腰形槽可使整个夹具在机床工作台上安全加快，以利于钻削加工。
4.6 夹具精度分析
依照各工序规定，对本工序定位误差、导向误差进行分析。
（1） 2个φ20孔径尺寸精度，本工序尺寸精度有扩孔时镗刀决定其尺寸，此外有镗套进行导正，因而不存在定位误差。
（2） 2个φ20孔深尺寸精度，本工序尺寸因孔为通孔，不存在误差。
4.7 绘制夹具装配图，标注关于尺寸和技术规定
4.7.1 装配图上应标注尺寸和公差
（1）夹具外形最大轮廓尺寸：长215mm，宽180mm。
（2）夹具与机床连接某些尺寸：两耳座中心纵向距离为130mm，横向距离为160mm.
（3）配合尺寸和公差：
镗模板于衬套配合尺寸φ30H7/m6
衬套和钻套配合尺寸φ25F7/k6
φ20轴与底座φ20孔配合公差φ20F8/h7
φ20轴与连杆φ20孔配合公差φ20F8/h7
偏心圆柱外伸出杆与连杆φ12孔配合公差F8/h7
φ12轴与底座φ12孔配合公差φ12K7/h6
φ12轴与压盖φ12孔配合公差φ12 K7/h6
4.7.2 装配图上技术规定
两个φ20镗模孔同轴度公差为0.05/100。
所有零件在装配前应清洗干净，有运动规定处涂润滑油。
有运动规定处应转动灵活，不得浮现卡滞现象。
结 论
通过这次毕业设计，使我对零件制造过程、加工工艺和夹具设计均有了更进一步结识，也加深了对大学中所学基本知识学习和理解。课程设计是理论联系实际最有效办法。在详细设计过程中，必要考虑到方方面面问题，在理论上对的无误设计，在实际中往往存在各种问题。这样，在设计时就必要考虑所设计机构与否合理，在实际运用中能否正常工作，而不但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。
在本次设计中，考虑到零件加工难易、材料、成本等问题，所选用零、部件都是操作简朴，通用性较强原则件，从现时以最低成本实现最先进加工。但也有局限性之处。无论如何，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。
致 谢
一方面，我要感谢指引课程设计李永鲜教师。在课程设计中，她予以了诸多指引性意见，并且勉励咱们通过自己来发现错误并改正，让咱们真正学到了懂得。在她课堂上也使我受益匪浅，得到了不少对我论文有协助知识和想法。
参照文献
[1] 杨叔子，机械加工工艺师手册[M]，北京：机械工业出版社，.
[2] 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，.
[3] 李洪，机械加工工艺手册[M]，北京：机械工业出版社，1990.
[4] 方昆凡，公差与配合手册[M]，北京：机械工业出版社，1999.
[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，.
[6] 东北重型机械学院等，机床夹具设计手册[M]，上海：上海科学技术出版社，1979.
[7] 吴宗泽，机械设计实用手册[M]，北京：化学工业出版社，.
[8] 刘文剑，曹天河，赵维，夹具工程师手册[M]，哈尔滨：黑龙江科学技术出版社，1987.
[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，高等学校毕业设计指引[M]，北京：中华人民共和国建材工业出版社，.
[11] 黄如林，切削加工简要实用手册[M]，北京：化学工业出版社，.
[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] 王 栋，李大磊，机械制造工艺学课程设计指引书[M]，机械工业出版社，.
附录
1． 操纵杆支架零件图
2.操纵杆支架夹具装配图
3.夹具三维图
4. 零件二维图
5. 零件三维图
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