转向臂机械加工工艺规程及专用夹具设计.doc

目 录一、生产类型的确定1二、零件的分析11、零件的作用22、零件的工艺分析221、以16mm孔的中心线加工表面222、 以9.3mm孔的中心线加工表面22.3、 转向臂技术零件要求表2三、选择毛坯、确定毛坯尺寸、设计毛坯图21、求最大轮廓尺寸32、选取公差等级CT33、求铸件尺寸公差34、求机械加工余量等级35、求RMA（要求的机械加工余量）36、求毛坯基本尺寸37、画毛坯图（见A3图纸）4四、工艺路线拟定41、定位基准的选择42、拟定加工方法和加工方案421、工艺路线：4五、选择加工设备及刀具、量具51、选择加工设备与工艺设备511、选择机床，根据不同的工序选择机床512、选择刀具，根据不同的工序选择刀具513选择量具52、确定工序尺寸721、面的加工（所有面）722、孔的加工7六、确定切削用量及基本时间7工序号04：7七、夹具设计117.1 夹具设计的基本要求和步骤117.1.1 基本要求117.1.2 设计步骤127.2夹具设计127.2.1选择夹具127.2.2问题的提出127.2.3定位基准的选择137.2.4 定位元件的选择137.2.5 导向元件147.2.6 夹紧装置147.2.7定位误差分析157.2.8夹具设计及操作的简要说明157.2.9夹具体图157.3.0夹具体装配图17八、鸣谢17九、参考文献17一、零件生产类型的确定由原始资料可知：年产量Q=5000台/年零件数量n=1件/台备品率=3%废品率=0.5%N=Qn（1+）（1+）=5000*1*（1+3%）（1+0.5%）=5176件/年所以是大批量生产。二、零件的分析1、零件的作用 据资料所示，该转向臂的作用和方向盘、转向拉杆一起配合使用，从而达到控制转向轮的转向角度。2、零件的工艺分析 由零件图可知：16、9.3的孔中心线是主要的设计基准和加工基准。该零件的主要加工面可分为两组：21、以16mm孔的中心线加工表面 这一组加工表面包括：铣26mm单侧端面、钻16mm的孔、倒角145、钻8.5mm的孔。22、 以9.3mm孔的中心线加工表面 这一组加工表面包括：铣20mm两端面、钻9.3mm的孔、锪16mm的头。 概括：由于16、9.3的孔中心线位置精度不高，又16mm内孔的精度比9.3mm内孔的精度较高。所以由以上分析可知，对这两组加工表面而言，先加工第一组，再加工第二组。由参考文献中有关面和孔加工精度及机床所能达到的位置精度可知，上述技术要求是可以达到的，零件的结构工艺性也是可行的。2.3、 转向臂技术零件要求表加工表面尺寸及偏差/mm公差及精度表面粗糙度Ra/um形位公差/mm尺寸32mm中A端面32IT1212.5尺寸26mm中前端面B26IT1212.5尺寸26mm中后端面C26IT1212.516mm孔IT71.69.3mm孔9.30.1IT1212.58.5mm孔8.5IT1425三、选择毛坯、确定毛坯尺寸、设计毛坯图根据零件材料确定毛坯为可锻铸铁（KT35-10）,大批量生产。按机械制造技术基础课程设计指南第五章第一节可确定：1、求最大轮廓尺寸 长133.5mm、宽48.9mm、高49.15mm，故最大轮廓尺寸为133.5mm。2、选取公差等级CT 由P27表2-1，铸造方法按机械造型、铸件材料按铸铁，得CT范围812级。取为10级。3、求铸件尺寸公差 根据加工表面的基本尺寸和逐渐公差等级CT=10级，查表2-3得：公差带相对于基本尺寸对称分布。4、求机械加工余量等级 查表2-5，得机械加工余量等级范围为EG，取为F级。5、求RMA（要求的机械加工余量） 对所有加工表面取同一个数值，由表2-4查最大轮廓尺寸为133.5mm，机械加工余量等级为F级，得RMA数值为1.5mm。6、求毛坯基本尺寸依零件图可知：16、9.3、8.5孔径较小，铸成实心。 A面属单侧加工，由式（2-1）得 R=F+RMA+CT/2=32+1.5+2.8/2=34.9mm B、C面属两侧加工，由式（2-2）得 R=F+2RMA+CT/2=26+21.5+2.6/2=30.3mm 根据数据可得： 转向臂铸件毛坯尺寸公差与加工余量见下表（3-1）表（3-1）项目A面B、C面16孔9.3孔8.5孔公差等级CT1010加工面基本尺寸3226铸件尺寸公差2.82.6机械加工余量等级FFRMA1.51.5毛坯基本尺寸34.930.3000 画毛坯图（见A3图纸）四、工艺路线拟定 1、定位基准的选择 粗基准：为保证工件重要表面的余量均匀，应选重要表面为粗基准。为互为基准，以20mm端面为粗基准。即B、C面。精基准：精基准的选择主要考虑基准重合的问题。选择加工表面的设计基准为定位基准，称为基准重合的原则。采用基准重合原则可以避免由定位基准与设计基准不重合引起的基准不重合误差，零件的尺寸精度和位置精度能可靠的得以保证。为使两孔互为基准，选16的孔作为精基准。2、 拟定加工方法和加工方案21、工艺路线： 、铣16mm孔的端面，即26mm圆柱A面 、铣9.3mm孔的两端面，即20mm圆柱B、C面 、钻、扩、粗铰、精铰孔16mm，倒角145 、钻8.5mm孔 、钻9.3mm孔 、刮平B、C面16mm，两端入体1mm五、选择加工设备及刀具、量具由于生产类型为大批量，故加工设备以通用机床为主，辅以少量专用机床，其生产方式以通用机床专用夹具为主，辅以少量专用机床的流水生产线，工件在各机床上的装卸及各机床间的传送均由人工完成.1、选择加工设备与工艺设备11、选择机床，根据不同的工序选择机床工序号02：铣26mm圆柱A面。因为工序的工步数不多，成批生产要求不高的生产效率。故选用卧铣，选择X62卧铣铣床。 工序号03：铣20mm圆柱B、C面。因为互为基准，工序的工步数不多，成批生产要求不高的生产效率。故选用卧铣，选择X62卧铣铣床。工序号04：钻、扩、粗铰、精铰孔16mm，倒角145。选用Z535立式钻床。 工序号05、06：钻孔8.5mm、9.3mm。由于内孔的粗糙度、精度要求不高，可以一次性钻通孔达到加工要求。故选Z525立式钻床。 工序号07：刮平B、C面16mm，两端入体1mm。粗糙度要求不高，宜采用Z525立式钻床。12、选择刀具，根据不同的工序选择刀具、 铣刀：根据资料查机械制造技术课程设计指导教程表3-31：选择硬质合金 镶齿套式端面铣刀。铣刀直径：d=80mm,齿数Z=10mm。查金属机械加工手册，得铣刀几何参数：Kr=60，=1215、钻、扩、粗、精铰孔16mm，倒角145。选用麻花钻等专用刀具。、刮平面16mm，选用专用锪刀13选择量具本零件属于成批生产，一般情况下尽量采用通用量具。根据零件的表面的精度要求，尺寸和形状特点，参考相关资料，选择如下：、选择加工面的量具根据资料：查表3-48得，用分度值为0.02mm的三用游标长尺测量，测量范围0mm150mm，公称规格为1500.02。 、选择加工孔的量具 根据资料：由于孔的加工精度要求不同，分别有IT7-IT8、IT12-IT13、大于IT13。所以选择分度值0.01mm，测量范围分别为25mm50mm、25mm50mm、5mm30mm的内径千分尺。确定工艺过程方案见下表（4-1）表（4-1）工序号工序内容机床设备刀具量具01正货处理145204HBS02铣26mm圆柱A面X62卧铣铣床端面铣刀三用游标长尺03铣20mm圆柱B、C面X62卧铣铣床端面铣刀三用游标长尺04钻、扩、粗铰、精铰孔16mm，倒角145Z535立式钻床钻头扩孔铰刀内径千分尺05钻孔8.5mmZ525立式钻床麻花钻等专用刀具内径千分尺06钻孔9.3mmZ525立式钻床麻花钻等专用刀具内径千分尺07刮平B、C面16mm，两端入体1mmZ525立式钻床平底锪钻三用游标长尺08去毛刺钳工台锉刀09终检四面组合机床扩孔钻、铰刀卡尺、塞规2、确定工序尺寸21、面的加工（所有面）、A面：根据加工长度为34.9mm，毛坯余量为2.9mm。查表，得：单侧加工的量为1.9mm。经粗加工后的加工余量为1.0mm，再加工的量为1.0mm即可。、B、C面：根据加工长度为30.3mm，毛坯余量为4.3mm。查表，得：两侧加工的量为1.65mm。经粗加工后的加工余量为1.0mm，两侧再加工的量为0.5mm即可。22、孔的加工、16mm的孔毛坯为实心，孔内粗糙度要求介于IT7-IT8之间。查表2-20得： 钻孔：15mm 2Z=0.95mm 扩孔：15.85mm 2Z=0.1mm 粗铰：15.95mm 2Z=0.05mm 精铰：16mm、8.5mm的孔毛坯为实心，孔内粗糙度要求介于IT12-IT13之间。查表，得：钻孔8.5mm即可。、9.3mm的孔 毛坯为实心，孔内粗糙度要求大于IT13。查表，得： 钻孔9.3mm即可。六、确定切削用量及基本时间 工序号04： 本工序为钻16mm深32mm的孔。包括：钻、扩、粗铰、精铰孔、倒角145。根据资料选用Z535立式钻床加工，选标准高速钢直柄机用铰刀：r=0、=15、Kr=45。 、钻孔： 确定进给量f 因为深度为32mm较大，宜采用自动进给。查机械制造技术课程设计指导教程表5-25得：f=0.610.75 mm/r 由表5-27取得f=0.72 mm/r 选择钻头磨损标准及耐用度 查表5-130：钻头后刀面的最大磨损量为0.8mm。钻头直径d=15mm、则T=60min。 确定切削速度V 查表5-27得：C=16.4、z=0.22、x=0、y=0.4、m=0.125、取k=1.0 且d=15mm a=7.5mm 按公式计算： V=22.061 m/min n=22.0611000/3.1415=468.4 r/min根据查表4-10选取Z535立式钻床的主轴转速n=400 r/min=6.67 r/s 则V=3.14156.67/1000=0.314 m/s 钻孔基本时间 T=(l+l+l)/ f 式中l=32mm、取l= l=5mm,f=0.72 mm/r、n=6.67r/s 则T=（32+5+5）/0.726.67=8.75s 取T=9s (5)钻孔的辅助时间 根据课程设计指导教程第五章第二节所诉，辅助时间T与基本时间T的关系为T=（0.150.2）T，取T= 0.15T，得T=0.159s=1.35s （6）钻孔其他时间的计算T+ T+（T/m）=9%（9+1.35）s=0.93s （7）单间时间定额的计算T=（9+1.35+0.93）s=11.28s 、扩孔： 确定进给量f 因为深度为32mm较大，宜采用自动进给。查表5-25得：f=0.91.1 mm/r 由表5-27取得f=0.96 mm/r 选择扩孔钻磨损标准及耐用度 查表5-130：扩孔钻后刀面的最大磨损量为0.8mm。钻头直径d=15mm、则T=30min。 确定切削速度V 查表5-27得：C=27.9、z=0.2、x=0.1、y=0.4、m=0.125、取k=1.0 且d=15.85mm a=0.425mm 按公式计算： V =34.964 m/min n=34.9641000/3.1415.85=702.5 r/min根据查表4-10选取Z535立式钻床的主轴转速n=750 r/min=12.5 r/s 则V=3.1415.8512.5/1000=0.622 m/s 钻孔基本时间 T=(l+l+l)/ f 式中l=32mm、取l= 2mm、l=3mm,f=0.96 mm/r、n=12.5r/s 则T=（32+2+3）/0.9612.5=3.1 s 取T=4s (5)钻孔的辅助时间 根据课程设计指导教程第五章第二节所诉，辅助时间T与基本时间T的关系为T=（0.15-0.2）T，取T= 0.15T，得 T=0.154s=0.60s （6）钻孔其他时间的计算 T+ T+（T/m）=9%（4+0.60）s=0.42s （7）单间时间定额的计算 T=（4+0.6+0.42）s=5.02s 、粗铰： 确定进给量f 因为深度为32mm较大，宜采用自动进给。查表5-32得：f=1.53.0 mm/r 由表取得f=1.60 mm/r 选择铰刀磨损标准及耐用度 查表5-130：铰刀后刀面的最大磨损量为0.8mm。钻头直径d=15mm、则T=60min。 确定切削速度V 查表5-29得：C=23.2、z=0.2、x=0.1、y=0.5、m=0.3、取k=1.0 且d=15.95mm a=0.05mm按公式计算： V=12.611 m/min n=12.6111000/3.1415.95=251.8 r/min根据查表4-10选取Z535立式钻床的主轴转速n=275 r/min=4.58 r/s 则V=3.1415.954.58/1000=0.229 m/s 钻孔基本时间 T=(l+l+l)/ f 式中l=32mm、l= 2mm、查表，取l=13mm,f=1.60 mm/r、n=4.58r/s则T=（32+2+13）/1.604.58=6.4 s 取T=7s (5)钻孔的辅助时间 根据课程设计指导教程第五章第二节所诉，辅助时间T与基本时间T的关系为T=（0.15-0.2）T，取T= 0.15T，得T=0.157s=1.05s （6）钻孔其他时间的计算 T+ T+（T/m）=9%（7+1.05）s=0.72s （7）单间时间定额的计算 T=（7+1.05+0.72）s=8.77s 、精铰： 确定进给量f 因为深度为32mm较大，宜采用自动进给。查表5-32得：f=1.53.0 mm/r 查表，取得f=1.60 mm/r 选择铰刀磨损标准及耐用度 查表5-130：铰刀后刀面的最大磨损量为0.8mm。钻头直径d=15mm、则T=60min。 确定切削速度V 查表5-30得：C=23.2、z=0.2、x=0.1、y=0.5、m=0.3、取k=1.0 且d=16mm a=0.025mm按公式计算： V =13.491 m/min n=13.4911000/3.1416=268.5 r/min根据查表4-10选取Z535立式钻床的主轴转速n=275 r/min=4.58 r/s 则V=3.14164.58/1000=0.230 m/s 钻孔基本时间 T=(l+l+l)/ f 式中l=32mm、取l= 2mm、l=4mm,f=1.60 mm/r、n=4.58r/s 则T=（32+2+4）/1.604.58=5.2 s 取T=6s (5)钻孔的辅助时间根据课程设计指导教程第五章第二节所诉，辅助时间T与基本时间T的关系为T=（0.15-0.2）T，取T= 0.15T，得 T=0.156s=0.90s （6）钻孔其他时间的计算 T+ T+（T/m）=9%（6+0.90）s=0.62s （7）单间时间定额的计算 T=（6+0.90+0.62）s=7.52s 、倒角145 综上所述，工序4的单间计算时间：T=T+T+T+T=11.28s+5.02s+8.77s+7.52s=32.59s七、夹具设计7.1 夹具设计的基本要求和步骤7.1.1 基本要求 对机床夹具的基本要求是保证工件加工工序的精度要求，提高劳动生产率，降低工件的制造成本，保证夹具有良好的工艺性和劳动条件。在这些基本条件中，有一些是有矛盾的，例如，提高工序的精度，夹具的制造成本就要提高，随着工件制造精度的不断提高，对夹具本身也提出更高的精度，那末，工件制造成本也将提高。因此，必须综合考虑零件批量和制造成本。7.1.2 设计步骤 1. 设计准备 首先应分析、研究工件的结构特点、工艺要求、工件的材料生产批量以及本工序的技术要求。然后，了解所使用机床的规格、性能、精度及使用刀具、量具的规格，了解本厂工人的技术要求等。 2. 方案的确定 在经过设计准备阶段后，拟定设计方案。 1）确定夹具类型。 2）确定工件定位方案，选择相应的定位装置。 3）确定夹紧方式，选择夹紧装置。 4）确定刀具调整方案，选择合适的导向元件及对刀元件。 5）考虑各种装置、元件的布局，确定夹具的总体结构。在设计时，同时构思几套方案，绘出草图，经过分析、比较选出最佳方案。 3. 夹具的精度分析 为保证夹具设计的正确性，必须对夹具精度进行分析，验证夹具公差（1/31/5）工件允许公差。 4. 绘制夹具总图 夹具总图应遵循国家制图标准来绘图，总图比例除特殊情况外，一般按11绘制，以保证良好的直观性。主视图应取操作者实际工作时的位置，以作为装配夹具时的依据并供使用时参考。总图中的视图应尽量少，当必须能够清楚地表示出夹具的工作原理和整体结构，表示出各种装置、元件相互位置关系等。绘制总图的顺序一般可采用： 1）用双点划线绘出工件轮廓外形，并显示出加工余量。 2）把工件轮廓线视为“透明体” ，按照工件的形状及位置依次绘出定位、导向、夹紧及其它元件或装置。 3）绘出夹具体，形成一个夹具整体。 4）确定并标注有关尺寸和夹具技术要求。如标注轮廓尺寸，装置、检验尺寸及公差，主要元件、装置之间的相互位置精度要求等。 5）总图上标出夹具名称、零件编号，填写夹具零件明细表和标题栏。 6）绘制夹具零件图 夹具总图中非标准零件都需绘制零件图。零件图上的尺寸、公差和技术要求都必须满足总图的要求。7.2夹具设计7.2.1选择夹具本零件除粗铣及钻孔等工序需要专用夹具外，其他各工序使用通用夹具即可。经过决定，设计第4道工序的工装夹具，工序4的夹具为钻扩铰16孔的钻夹具。7.2.2问题的提出在给定的零件中，对本序加工的主要考虑尺寸，由于公差要求较低，因此，本步的重点应在卡紧的方便与快速性上。7.2.3定位基准的选择出于定位简单和快速的考虑，选择孔20和其端面为基准定位，加一个辅助支撑钉来保住其刚度，为使工件完全定位，再使用活动V形块配合压紧螺钉卡，如下图所示：7.2.4 定位元件的选择 活动V型块固定22外圆柱面，限制一个自由度，夹具体加紧20夹紧两端面，定位元件为活动V型块。 7.2.5导向元件 因为选定的工序4是钻孔，导向元件选择可换钻套。 7.2.6 夹紧装置 由拧紧削、螺杆座以及螺栓M108组成切削力和卡紧力计算:本步加工按钻削估算夹紧力，实际效果可以保证可靠的夹紧。钻削轴向力：=10001.00.280扭矩：T=0.035801.0=1.0110NM卡紧力为:=8.4N取系数:S1=1.5 S2=S3=S4=1.1则实际卡紧力为:F=S1*S2*S3*S4*F=16.77N使用活动V形块快速夹紧，调节卡紧螺钉进行调节，即可指定可靠的夹紧力。7.2.7定位误差分析 本工序采用孔20和端面为基准定位，使加工基准和设计基准统一，能很好的保证定位的精度。7.2.8夹具设计及操作的简要说明 夹具的夹紧力不大，故使用手动夹紧7.2.9夹具体图7.3.0夹具体装配图八、鸣谢在设计夹具时，应该注意提高劳动生产率和降低劳动强度。夹具的设计应力求结构简单，操作方便于，成本较低。这次设计是对已学的专业课程的一次总体检验，对机械原理、机械设计、机械制造技术基础、机械制造装备设计等主干基础专业课的一次总体综合要求。通过这次设计，我对本专业的一些基础课的理解更深刻了，同时还掌握了利用已学专业基础理论知识，对机械加工工艺的选择和机床专用夹具的设计。这次的课程设计不但是对以前学过的专业基础理论知识进行一次有联系的复习，还是对以前学过的专业基础理论知识的一次综合性应用。在设计的过程中，使自己学会了如何去查找相关资料，如何去解决在设计过程中所遇到的问题，并且有解决不了的问题，经过跟老师、同学们的讨论，都找到了较好的解决的办法。所有这些对我以后的学习都起到很好的作用。最后，非常感谢刘德全老师的指导和帮助，还有同学们对我的帮助，使得这次的设计能够顺利的进行。九、参考文献 1 邹青、呼咏机械制造技术基础课程设计指导教程（第二版）机械工业出版社;2 陈宏钧实用机械加工工艺手册（第三版）. 机械工业出版社;3 吕广庶、张远明工程材料及成型技术基础.高等教育出版社. -26-