操纵杆支架优秀课程设计举例.doc

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
指导老师：李永鲜 职称：教授

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]此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。

[关键词] 操纵杆支架 加工工艺 专用夹具 设计
目录

第一章 序言 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 确定生产类型 5
3.2 确定毛坯制造形式 5
3.3 选择定位基准 5
3.4 选择加工方法 5
3.5 制订工艺路线 6
3.6 确定加工余量及毛坯尺寸 7
3.7 工序设计 7
3.8 确定切削用量和基础时间 8
第四章 夹具设计 11
4.1 接收设计任务、明确加工要求 11
4.2 确定定位方案、选择定位原件 11
4.3 确定加紧方案、设计夹紧机构 12
4.4 确定导向方案和导向元件 12
4.5 夹具体设计 13
4.6 夹具精度分析 13
4.7 绘制夹具装配图，标注相关尺寸和技术要求 13
结 论 15
致 谢 16
参考文件 17

第一章 序言

机械制造工艺学课程设计是我们融会大学所学《机械制造工艺学》、《机械制造装备设计》等知识后，将理论和实践相结合对专业知识综合利用训练，而且为我们以后做好毕业设计进行一次综合训练和准备。经过机械制造工艺学课程设计，应该得到下述各方面锻炼：
1、能熟练利用机械制造工艺学基础理论和夹具设计原理知识，正确地处理一个零件在加工中定位，夹紧和合理制订工艺规程等问题方法，培养分析问题和处理问题能力。
2、经过对零件某道工序夹具设计，学会工艺装备设计通常方法。经过亲手设计夹具（或量具）训练，提升结构设计能力。
3、课程设计过程也是理论联络实际过程，并学会使用手册、查询相关资料等，增强我们处理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，而且在换挡时依靠利用36槽轨迹不会引发偏差。

2.2 零件工艺分析

操纵杆支架共有4组加工表面，分析以下：
（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。
第二章 工艺规程设计

3.1 确定生产类型

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 确定毛坯制造形式

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。

3.3 选择定位基准

定位基准选择是工艺规程制订中关键工作，它是工艺路线是否正确合理前提。正确和合理选择定位基准，能够确保加工质量，缩短工艺过程，简化工艺装备结构和种类、提升生产率。
（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54±0.5，所以以2-R20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3-Φ11孔。

3.4 选择加工方法

3.4.1 平面加工
平面加工方法很多，有车、刨、铣、磨、拉等。对于本支架，底端面粗糙度要求Ra25um，精度要求较低。故选择端铣加工方法。
3.4.2 孔加工
孔加工方法有钻、扩、镗、拉、磨等。对于本支架，3-Φ11孔为工艺孔，所以选择钻床加工方法。2-Φ11孔，因为精度要求较为严格，所以选择立式铣床钻铣加工。
3.4.3 槽加工
槽加工方法有铣、磨、电火花等。对于本支架，考虑到经济性要求，选择铣床加工。

3.5 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。
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 检验
（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 检验
（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 检验
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，以后以底面为基准，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，最终以36槽和Φ20做定位基准加工3-Φ11孔。三种方案相比较，能够看出，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，以后又以底面为基准，加工另外两组尺寸，因为中间变换了定位基准，不利于基准统一标准。方案二，先加工出底面，后续加工全部已底面定位，能够使加工质量得到确保，生产率得以提升。而方案三也存在和方案一一样弊端。所以，我们选择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。选择X53立式铣床及专用夹具加工。
工序Ⅱ 以底面为基准，侧边采取辅助支撑，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。选择Z3040钻床及专用钻模。
工序Ⅲ 以一面两销定位，钻铣2-Φ20孔。选择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。选择X63卧式铣床及专用夹具加工。
工序Ⅴ 终检。

3.6 确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，采取精铸件毛坯。
依据上述资料及加工工艺，分别确定各加工表面机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸以下：
（1）底面（A面）
依据《金属机械加工工艺人员手册》表5-5[9]，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-Φ11
为工艺孔，加工时按工艺尺寸加工，直接在零件上钻铰完成。
（3）36槽
依据手册表5-5，确定毛坯余量3mm。粗精铣一次完成。
（4）2-Φ20孔
依据手册表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，加工材料又较硬，有必需校验机床功率。初步选择各工序机床以下：
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 选择夹具
对于成批生产零件，大多采取专用机床家俱。在确保加工质量、操作方便、满足高效前提下，也可部分采取通用家俱。本机械加工工艺规程中全部工序均采取了专用机床家俱，需专门设计、制造。
3、刀具选择
在操纵杆加工中，采取了铣、钻、镗、等多个加工方法，和之相对应，初选刀具情况以下：
1） 工序Ⅰ 铣底面A：采取成全部成量工具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，适用加工材料为铸铁等。
2） 工序Ⅱ 加工底面上3-Φ11工艺孔：钻头选择高速钢钻头，直径Φ10.5，铰刀选择高速钢机用铰刀Φ11H9
3） 工序Ⅲ 钻镗2-Φ20孔：采取钻镗形式，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：选择可调式三面刃铣刀，直径Φ120,刀片767，加工铸铁件。

3.8 确定切削用量和基础时间

工序Ⅰ 铣底面A
（1）加工条件
工件材料：HT200，铸件
加工要求：粗精铣底面A。
机床：XK7150数控铣床。
刀具：采取成全部成量工具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，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，依据《组合机床切削用量计算》表9[11]，Vc选60m/min，f=0.3 mm/r。
（3）确定机床主轴转速
n=VcX1000 πXDc=60x1000 3.14x160=119r/min
按机床说明书，和119r/min相近机床转速为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Ⅱ 以底面为基准，侧边采取辅助支撑，加工底面上3-Φ11工艺孔。
（1）加工条件
工件材料：HT200，铸件。
加工要求：钻铰3-Φ11孔。
机床：Z3040钻床。
刀具：钻头选择高速钢钻头，直径Φ10.5，铰刀选择高速钢机用铰刀Φ11H9
（2）计算切削用量
① 先用Φ10.5钻头钻底孔。
依据《组合机床切削用量计算》表1[11]选择f=0.20mm/r,v=20m/min
所以n=1000v πD=1000x20 3.14x10.5=606r/min
按机床选择n=630r/min
实际切削速度v=20.77 m/min
② 用Φ11H9铰刀进行铰孔
依据《组合机床切削用量计算》表6,选择f=0.5 mm/r,v=6m/min
所以n=1000v πD=1000x6 3.14x11.=173.7r/min
按机床选择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。
加工要求：钻铣2-Φ20孔。
机床：X53立式铣床。
刀具：采取钻镗形式，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
依据《组合机床切削用量计算》表9[11]，选择f=0.2 mm/r,v=40m/min
所以n=1000v πD=1000x40 3.14x19.=670 r/min
按机床选择n=600r/min
实际切削速度v=35.796m/min
② 用Φ20成型镗刀进行镗孔
依据《组合机床切削用量计算》选择f=0.15mm/r,v=70m/min
所以n=1000v πD=1000x70 3.14x20.=581r/min
按机床选择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。
加工要求：铣36槽。
机床：X63卧式铣床。
刀具：选择可调式三面刃铣刀，直径Φ120,刀片767，加工铸铁件。
（2）计算切削用量
依据《组合机床切削用量计算》表9[11],选择Vc=60m/min,f=0.2 mm/r
确定机床转速
n=VcX1000 πXDc=60x1000 3.14x120=159.2r/min
按机床说明书，和212.3 r/min相近机床转速为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Ⅴ 检验

第四章 夹具设计

4.1 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两个Φ20孔钻孔，是专用钻床夹具，具体设计应以前文工艺规程和后文工序卡片为依据，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） 2个Φ20mm孔尺寸公差等级为IT12。
（2） 2个Φ20mm孔表面粗糙度要求为Ra3.2。
（3） 2个Φ20mm孔全部为通孔。
（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） 产品生产纲领：10000件/年。
了解了上述信息以后，针对设计任务，可同时搜集另部分设计资料，如对应标准和相关计算公式、同类产品或近似产品夹具图样，相关机床设备相关尺寸，实现现场中机床设备位置、空间尺寸等。

4.2 确定定位方案、选择定位原件

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。
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要求，表明这两个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3-Φ11孔中两孔作为第二基准，由此能够得到以底面为第一基准限制三个自由度，以3-Φ11孔中两孔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：3-Φ11孔中两孔

4.3 确定加紧方案、设计夹紧机构

依据工件形状特点和定位方案，可采取以下两种加紧方案：一个为手动螺旋夹紧机构，另一个为手动偏心轮夹紧机构。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，现在夹具上盖和工件接触面上挖斜槽，并配置对应斜块，由斜块深入程度，可调整夹紧力。
在本夹具定位和夹紧方案确定后，现分析夹紧力。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，它施加给工件侧移力。对于扭矩来说，因为上盖中斜契块压紧，本身能够承受很强横向载荷，故没有必需校核扭矩。对于轴向进给里，由底座上两个和3-Φ11孔中两孔配合小销，小销本身就和夹具底座刚性连接和一起，类比其它结构可知轴向进给力无法使其发生松动和变形。

4.4 确定导向方案和导向元件

此次加工不仅需要钻孔，还需要对孔进行镗孔进行切削余量为1mm扩孔，故钻孔精度要求不高，因次采取镗套导向，，这么能够起到降低精加工过程中震动作用，因为可换镗套磨损后，能够快速更换，适适用于大批量生产，故选择可换镗套。
可换镗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=18mm高速钢锥柄麻花钻，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Φ18高速钢麻花钻直径上偏差为0，下偏差为-0.033，另外在本书表5-39可知Φ20机夹单刃镗刀刃长上偏差为0，下偏差为-0. 25。故导向孔基础尺寸为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，镗套和工件间隙距离为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，所以h值可合适减小。

4.5 夹具体设计

本夹具关键用来钻工件上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，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2-φ20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。

4.6 夹具精度分析

依据各工序要求，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，另外有镗套进行导正，所以不存在定位误差。
（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，标注相关尺寸和技术要求

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）夹具和机床连接部分尺寸：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轴和底座φ20孔配合公差φ20F8/h7
φ20轴和连杆φ20孔配合公差φ20F8/h7
偏心圆柱外伸出杆和连杆φ12孔配合公差F8/h7
φ12轴和底座φ12孔配合公差φ12K7/h6
φ12轴和压盖φ12孔配合公差φ12 K7/h6
4.7.2 装配图上技术要求
两个φ20镗模孔同轴度公差为0.05/100。
全部零件在装配前应清洗洁净，有运动要求处涂润滑油。
有运动要求处应转动灵活，不得出现卡滞现象。
结 论

经过这次毕业设计，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。

致 谢

首先，我要感谢指导课程设计李永鲜老师。在课程设计中，她给了很多指导性意见，而且激励我们经过自己来发觉错误并更正，让我们真正学到了知道。在她课堂上也使我受益匪浅，得到了不少对我论文有帮助知识和想法。
参考文件

[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，公差和配合手册[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导[M]，北京：中国建材工业出版社，.
[11] 黄如林，切削加工简明实用手册[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导书[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