操纵杆支架机械加工工艺说明书.doc

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”零件的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： 201333265 指 导 教 师： 杨 晨 教研室主任： 2016 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 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3X11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）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，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HT150，零件年产量为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。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2XR20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。精基准选择为底面及3X11孔。2.3选择加工方法（1）平面的加工平面加工的方法很多，有车、刨、铣、磨、拉等。由于本零件对所加工表面粗糙度要求都不高。由表5-11，根据GB/T 1800-2009规定，选用中等级（m），相当于IT13级，故可考虑粗车或粗端铣，根据零件的结构特点，选用端铣加工方式。（2）孔的加工孔的加工方式有钻、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的要求较高，根据手册表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。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 检查2.5 机械加工余量及毛坯尺寸的确定（一）确定加工余量操纵杆支架的材料为HT150，抗拉强度，采用砂型机器造型，且为批量生产。由表5-2知，铸钢件采用砂型机器造型时，铸件的尺寸公差为CT8-CT12级，此处选为CT9级。由表5-3选择加工余量为F级，根据机械加工后铸件的最大轮廓尺寸由表5-4可查得个加工表面余量如下表：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）确定毛坯基本尺寸 加工表面的的毛坯尺寸只需将零件尺寸加上查取得相应加工余量即可，所得毛坯尺寸如表3-2所示：表3-2零件尺寸/mm加工余量/mm毛坯尺寸/mm1211311111120515（三）绘制毛坯简图根据以上内容及砂型铸件的有关标准与规定，绘制毛坯简图，如图3-1：如图3-1 毛坯简图2.6工序设计(一)选择加工设备与工艺设备1.选择加工设备选择加工设备即选择机床类型。由于已经根据零件的形状、精度特点，选择了加工方法，因此机床的类型也随之确定。至于机床的型号，主要取决于现场的设备情况。若零件的加工余量较大，加工材料又硬，有必要校验机床功率。选择加工设备要考虑加工经济精度。最终选择的机床，其经济精度应与零件表面的设计要求相适应，初步选定各工序机床如下：（1） 工序05、10粗铣：X5032A型立式铣床，主要技术参数见表5-13（2） 工序15、20钻孔：Z3025摇臂钻床，主要技术参数见表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的零件，大多采用专用机床夹具。在保证加工质量、操作方便、满足高效的前提下，亦可部分采用通用夹具。本机械加工工艺规程中所有工序均采用了专用机床夹具，需专门设计、制造。3选择刀具（1） 铣刀 工序05、10中底面A、36槽采用面铣刀来进行加工。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。根据表515，选用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，满足加工要求的铣刀直径（2） 钻刀 从零件要求和加工经济性考虑，采用锥柄麻花钻头完成加工工序。工序15中，采用麻花钻，由表5-19知，选用d=11mm,l=94mm,莫氏圆锥号为2的高速钢锥柄麻花钻作为刀具。工序20中，采用麻花钻，由表5-19知，选用，莫氏圆锥号为2号的高速钢锥柄麻花钻作为刀具。（3） 镗刀 在车床上加工的工序，一般都选用硬质合金工具。加工钢质零件可采用YG类硬质合金，此处为精镗孔加工采用YG60，刀具参数为主偏角，杆部直径为8mm的圆形镗刀进行加工。2.7 确定切削用量及基本工时(一) 工序05（粗铣底面A）切削用量及基本时间的确定 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。根据表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 根据表5-13知XA5032型立式铣床的主电机功率为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。由于本工序被吃刀量和铣削宽度较小，故选择最大的每齿进给量。 （2）选择铣刀磨钝标准和耐用时度 根据表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，经插值的端铣刀的合力耐用度T=50min。刀具耐磨用度是指刃磨后的刀具自开始切削直到磨损量达到磨钝的标准所经历的总切削时间。 （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 根据XA5032机床的标准主轴转速，由表5-13选取n=60r/min,则实际铣削速度为 工作台每分钟进给量为 根据表5-13中工作台标准纵向进给量，选取，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如下： 式中。所以，铣削梨为X5023A铣床主电机功率为7.5kW。故选用切削用量合适。最后的切削用量为2.基本时间根据表5-33知，的端铣刀对铣削的基本时间为式中；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查的切入切出行程长度。所以，基本时间为（二）工序10（粗铣36槽）切削用量及基本时间的确定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。根据表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 根据表5-13知XA5032型立式铣床的主电机功率为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。由于本工序被吃刀量和铣削宽度较小，故选择最大的每齿进给量。 （2）选择铣刀磨钝标准和耐用时度 根据表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，经插值的端铣刀的合力耐用度T=50min。刀具耐磨用度是指刃磨后的刀具自开始切削直到磨损量达到磨钝的标准所经历的总切削时间。 （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 根据X5032A机床的标准主轴转速，由表5-13选取n=60r/min,则实际铣削速度为 工作台每分钟进给量为 根据表5-13中工作台标准纵向进给量，选取，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如下： 式中。所以，铣削梨为X5023A铣床主电机功率为7.5kW。故选用切削用量合适。最后的切削用量为2.基本时间根据表5-33知，的端铣刀对铣削的基本时间为式中，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查的切入切出行程长度。所以，基本时间为（三）工序15（钻3x11）切削用量及基本时间的确定 本工序为钻3个11mm的孔，所选用机床为Z3025摇臂钻床。根据表5-19知选取d=11mm,l=94mm,莫氏圆锥号为2的高速钢锥柄麻花钻作为刀具。根据表5-48选择的麻花钻参数由表5-49知，当时，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） 确定进给量按照加工要求决定进给量。钻头直径，工件材料为HT200SH时，根据表5-50，钻头进给范围mm/r.根据表5-51，选取。因为孔的深度与孔的直径相差不多，故无需修正系数来修正。（3） 确定切削速度v 根据表5-52的计算公式式中，。因本例的加工的条件与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：根据刀具耐磨度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 根据Z3025机床标准主轴转速，由表5-54选取n=315m/min,实际转速为：（4）校验机床功率 由表5-55，查的转矩T和切削功率计算公式如下：式中，由表5-56得：与加工材料有关的修正系数灰铸铁无；与刃磨形状有关的修正系数；与刀具磨钝有关的修正系数。因此总的修正系数为所以钻孔时的转矩为切削功率为由表5-14知，Z3025机床主轴的最大转矩，主电机功率。由于 ，故选用的切削用量可以用。最后确定的切削用量为 =5mm 2.基本时间由表5-57的钻孔的基本时间为式中，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个空所用基本时间为=3=3=0.35min（四）工序20（钻通孔）切削用量及基本时间的确定本工序为钻2个通孔，所用机床为Z3025摇臂钻床。根据表5-19知选取，莫氏圆锥号为2号的高速钢锥柄麻花钻作为刀具。根据表5-48选择的麻花钻参数。由表5-49知，当时，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 按照加工要求决定进给量。钻头直径，工件材料为铸钢且时，根据表5-50，进给量取值范围为0.700.86mm/r。由于钻孔后不用丝锥攻螺纹，以及钻孔深度小于直径，不用乘修正系数。根据Z3025机床标准进给量，查表5-51，选取 。（3）确定切削速度 根据表5-52的计算公式确定切削速度式中，。因本例的加工条件与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：根据道具耐用度，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。所以根据Z3025机床标准主轴转速，由表5-54选取，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如下：式中，由表5-56得：与加工材料有关的修正系数;与刃磨形状有关的修正系数；与刀具磨钝有关的修正系数。因此，总的修正系数为所以钻孔时的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。由于，做选择的切削用量可用。最后所确定的切削用量为；。2. 基本时间由表5-57得钻孔的基本时间为式中，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个孔所用的基本时间为（五）工序25（精镗孔）切削用量及基本时间的确定本工序为精镗孔，机床采用最常用的CA6140卧式车床，采用YG60硬质合金刀具，根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，选用杆部直径为8mm的圆形镗刀。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，根据表5-42，按照CA6140机床的进给量值，选取。（3）确定切削速度 根据表5-43的计算公式确定切削速度式中，因本例的加工条件与该公式应用条件不完全相同，故需根据表5-32对镗削速度进行修正：根据刀具耐用度T=60min，得修正系数为；根据工件材料，得修正系数为；根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，根据CA6140机床上的主轴转速选择，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如下：式中，由表5-32得：与刀具耐用度有关的修正系数，与工件材料有关的修正系数，镗孔相对于外圆纵车时的修正系数，与主偏角相关的修正系数；与前角有关的修正系数。因此总的修正系数为所以，切削力为切削功率为根据表5-46知：CA6140机床主电机功率，因，故上述切削用量可用，最后所确定的切削用量为；。2. 基本时间由表5-47得镗孔的基本时间为式中，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，； 单件小批量生产时的试切附加长度，单位为mm； 进给次数。已知，。所以，基本时间为 3、夹具设计3.1 接受设计任务、明确加工要求 本次专用机床夹具设计任务是设计用于操纵杆支架上的三个11的钻孔，是专用的钻床夹具，具体设计应以前文的工艺规程和后文的书籍资料为依据，有关零件的功用、工作条件方面可参照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的本工序加工要求如下：（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 在鉆模的设计中，工件得定位方案和定位基准的选择一般应与该工件的机械加工工艺规程一致。若工艺规程中的定位方案与定位基准的选择确有问题时，可重新进行考虑和确定。前期方案分析过程中，是将36的毛坯槽定位工件的左右及上下，R12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3-11的孔间距及孔径，还要照顾到毛坯36H12槽的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孔于工件的底面和各孔之间有距离要求，表明这3个11孔的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的加工误差。由零件的实际加工情况可知，由于考虑到夹紧方面的因素，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，故必须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，由此可以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。工件的定位是通过定位基准面与定位元件接触来实现的，故定位元件的选择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：36槽及R12圆弧3.3 确定加紧方案、设计夹紧机构 (1)根据工件的形状特点和定位方案，可采用以下两种加紧方案：一种为手动螺旋带V形块夹紧机构，另一种为手动偏心轮带V形块夹紧机构。由于零件批量大，为了节约时间和制造成本，现采用偏心轮夹紧的方案较为合适，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，自锁性好的偏心夹紧机构。为了使夹紧可根据零件毛坯实际情况做出调节，现在夹具上杆与工件接触的面上配V块，并通过偏心轮的转动，可调节夹紧力。（2）夹紧力：在本夹具定位与夹紧方案确定后，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，由于手动偏心轮上杆中偏心轮的压紧，本身可以承受很强的纵向载荷，故没有必要校核扭矩。对于扭矩，由底座上一个与36槽配合的支杆，支杆本身就与夹具底座连接与一起，类比其他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 本次加工需要钻孔，因次采用钻套导向，这样可以起到减少加工过程中的震动的作用，由于可换钻套磨损后，可以迅速更换，适用于大批量生产，故选用可换钻套。可换钻套的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，2000。）镗套中导向孔的孔径以及其偏差应根据所选取的刀具尺寸来确定。由前文可知本工序采用的是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，2010。）中表5-67可知11麻花钻的直径上偏差为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，2000。）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，2010。）中表5-68，钻套与工件的间隙距离为h=（0.71.5）d=7.7-16.5mm，h值可适当减小。3.5 夹具体设计 本夹具主要用来钻工件上3-11的孔成，选用Z3040钻床及专用钻模,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。，保证工艺要求孔的尺寸精度、位置精度以及表面粗糙准。前期方案分析过程中，是将36的毛坯槽定位工件的左右及上下，R12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3-11的位置及孔径，还要照顾到毛坯36H12槽的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，夹具体底面上的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 通过这次课程设计，使我对零件制造过程、加工工艺和夹具设计都有了更进一步的认识，也加深了对大学中所学基础知识的学习和理解。课程设计是理论联系实际的最有效方法。在具体设计过程中，必须考虑到方方面面的问题，在理论上正确无误的设计，在实际中往往存在各种问题。这样，在设计时就必须考虑所设计的机构是否合理，在实际运用中能否正常工作，而不仅仅考虑理论上的可行性，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，考虑到零件的加工难易、材料、成本等问题，所选用的零、部件都是操作简单，通用性较强的标准件，从现时以最低的成本实现最先进的加工。但也有不足之处。无论怎样，这次的课程设计使我获益良多，是我在学校的一次答卷，也是我成功迈向社会的第一步。参考文献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，20102 王先逵. 机械制造工艺学M.2版 北京：机械工业出版社，20063 王先逵. 机械制造工艺学手册M.2版 北京：机械工业出版社，20074 王兰美. 画法几何及工程制图M. 北京：机械工业出版社，20025 成大先. 机械设计手册M.5版 北京：化工工业出版社，2007 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，2008.7 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 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