汽车制造工艺学课程设计精.doc

学 号：
2010401201xx

课 程 设 计
题 目
汽车零件机械加工工艺规程
及专用机床夹具设计
教 学 院
机电工程学院
专 业
机械设计制造及其自动化
(车辆工程方向
班 级
10车辆工程
姓 名

指导教师

2013
年
6
月
20
日

2012～2013学年第二学期
课程设计任务书
设计名称：
汽车零件机械加工艺规程及专用机床夹具设计
班级：
10车辆
地点：
J4-309

一、课程设计目的
车辆制造工艺学课程设计是在完成了车辆制造工艺学课程的理论教学后的实践性教学环节。其目的是：通过该课程设计，使学生在理论教学的基础上进一步巩固汽车制造工艺知识，初步掌握汽车零件机械加工工艺规程的编制方法，学会查阅有关资料；掌握工件在夹具中的定位夹紧原理专用机床夹具的设计方法，提高结构设计能力。
二、课程设计内容（含技术指标）
制定指定零件的机械加工工艺规程；设计指定工序的专用夹具。具体内容如下：
1．对零件进行结构工艺性分析，画零件图
（1）了解零件的性能、用途和工作条件；
（2）分析零件各项技术要求；
（3）分析零件的毛坯、材料、热处理要求及机械加工的工艺性。
（4）画零件图1张。
2．制定零件机械加工工艺规程
（1）按基准的选择原则确定零件的定位基准；
（2）确定零件各表面的加工方法并划分加工阶段；
（3）安排加工顺序，拟定工艺路线；
（4）初步选择各工序所采用的设备；
（5）填写完整的机械加工工艺过程卡1份。
3．确定工序具体内容
（1）确定指定工序的加工余量、工序尺寸和公差；
（2）确定指定工序机床的规格、精度及刀、量具；
（3）确定指定工序的切削用量；
（4）计算指定工序的单件工时；
（5）填写完整工序卡片1张。
4．设计指定工序的专用夹具
（1）确定工件的定位方案和刀具的对刀、导向方式；
（2）确定夹紧方案；
（3）确定夹具结构；
（4）绘制夹具装配工作图1张；
（5）绘制夹具零件图1张。
5．整理课程设计说明书1份。
三、进度安排
1．对零件进行结构工艺性分析，画零件图（1天）
2．制定零件机械加工工艺规程（2天）
3．确定工序具体内容（1天）
4．设计指定工序的专用夹具（5～7天）
5．答辩（1天）
四、基本要求
1．设计资料齐全；
2．工艺方案合理，工艺文件符合规定的工作量；
3．夹具结构合理，图样数量符合绘图工作量；
4．图样规范，装配图和零件图内容完整，图面质量好，错误少，
5．设计说明书内容完整，书写规范，语句通顺，层次分明。
6．答辩时自述清楚，能正确回答老师所提出的问题。
车辆与交通系
2013.4.26

目 录
序 言 5
一、零件的分析 5
（一）零件的功用 5
（二）零件的工艺分析 6
二、工艺规程设计 6
（一）确定毛坯的制造形式 6
（二）基面的选择 6
（三）制定工艺路线 7
（四）机械加工余量、工序尺寸及毛胚尺寸的的确定 8
（五）确定切屑用量及基本工时 9
三、夹具设计 14
（一）对机床夹具设计的要求 14
（二）确定夹具的结构方案 15
四、总 结 17
参考文献 19
序 言
这次的课程设计是在我们课程结束后进行的，经过几个月的学习也该是进行实践的时候了，用实践检验自己的的能力，及所学的知识，还有就是通过此次的设计来学一些课外知识，这是在以后的工作中都要具备的，在学校的课程设计中体验将来工作的过程，这是很有必要的，能让我们更快的适应社会和工作。
由于能力有限，设计中上有许多不足之处，还望各位老师不吝赐教。
一、零件的分析
（一）零件的功用
机械中的拨叉，一般分为拨叉爪子，拨叉轴和拨叉手柄座。主要是拨动滑移齿轮，改变其在齿轮轴上的位置，可以上下移动或左右移动，从而实现不同的速度。或则是机械产品中离合器的控制，比如端面结合齿的结构，内外齿的结构，都需要用拨叉控制其一部分来实现结合与分离。 由于拨叉在改变档位时是要承受弯曲应力和冲击载荷的作用，因此该零件要具有足够强度、刚度和韧性，以适应拨叉的工作条件。
（二）零件的工艺分析
拨叉2共有三组加工表面，他们之间有一定的位置要求。现分述如下：
1.以m孔为中心的加工表面
这一组加工表面包括：H9的孔及其倒角和孔的两端面。其中主要加工的面为H9的孔。
2.以H的螺纹孔为中心的加工表面
这一组加工表面包括：钻M10螺纹底孔、铣mm外端面和锥H的
螺纹孔。其中主要加工面为H的螺纹。
3.以R30的圆弧面为中心的加工表面
这一组加工表面包括：R24和R30的两个圆弧面以及两圆弧面之间的阶梯面。这三组加工表面有着一定的位置度关系，H9的孔与两端面间的阶梯面见的垂直度公差为0.05。
由以上分析可知，对于这三组加工表面而言，可以先加工其中一组表面，然后借助于专用夹具加工另两组表面，并且保证他们之间的位置精度要求。
二、工艺规程设计
（一）确定毛坯的制造形式
零件的材料为灰铸铁HT200。根据选择毛坯应考虑的因素，外表面采用不去除材料方法获得粗糙度要求，由于零件生产类型为成批，大批生产，而铸造生产成本低，设备简单，故本零件毛坯采用铸造方法。灰铸铁生产工艺简单，铸造性能优良，但塑性较差、脆性高，不适合磨削。在制定加工工艺时应考虑这些基本因素。
（二）基面的选择
基准选择是工艺规划设计中的重要工作之一，基准选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得到提高，否则，不但使加工工艺过程中的问题百出，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作粗基准。根据这个基准选择原则，
（2）精基准的选择。考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合”原则和“基准统一”原则，
（三）制定工艺路线
拟定工艺路线的内容除选择定位基准外，还要选择各加工表面的加工方法，安排工序的先后顺序，确定加工设备，工艺装备等。工艺路线的拟定要考虑使工件的几何形状精度，尺寸精度及位置精度等技术要求得到合理保证，成批生产还应考虑采用组合机床，专用夹具，工序集中，以提高效率，还应考虑加工的经济性，以便使生产成本尽量下降。制定工艺路线的出发点，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。
1.工艺路线方案一
工序Ⅰ 铣Φ28mm外圆两端面，粗基准选择以Φ28mm的外圆。
工序Ⅱ 钻铰Φ19H9mm中心孔并倒角。
工序Ⅲ 铣Φ20mm外圆端面，以Φ19H9的中心轴为基准。
工序Ⅳ 钻M10螺纹底孔工序并攻螺纹。
工序Ⅴ 铣R24mm的圆弧面及侧面，以Φ19H9的中心轴为基准。
工序Ⅵ 镗R30mm的上下凸出端面。
工序Ⅶ 检查。
2.工艺路线方案二
工序Ⅰ 铣Φ28mm外圆两端面，粗基准选择以Φ28mm的外圆。
工序Ⅱ 钻Φ18.85H9mm中心孔。
工序Ⅲ 铰Φ19H9mm中心孔并倒角。
工序Ⅳ 铣Φ20mm外圆端面，以Φ19H9的中心轴为基准。
工序Ⅴ 钻M10螺纹底孔。
工序Ⅵ 攻螺纹。
工序Ⅶ 铣R24mm的圆弧面及侧面，以Φ19H9的中心轴为基准。
工艺Ⅷ 镗R30mm的上下凸出端面。
工序Ⅸ 检查。
3.工艺方案的比较及分析
上述两个工艺的特点在于：方案一是利用复合式机床，钻、铰Φ19H9mm的中心孔在同一工艺步骤，减少不同工序拆装工件的时间上浪费，提高了加工工艺的效率；而方案二则与此相反，采用独立式机床，保证了零件的加工质量。两相比较可以看出方案一将方案二中的工序Ⅱ和工序Ⅲ、工序Ⅴ和工序Ⅵ进行整合，采用一个工序两个工位。经过整合后，在加工的时候只要进行一次装夹，这样不仅可以减少装夹加工时间也可以提高加工精度。因此，最后的加工路线确定如下：
工序Ⅰ 铣Φ28mm外圆两端面，粗基准选择以Φ28mm的外圆。
工序Ⅱ 钻铰Φ19H9mm中心孔并倒角。
工序Ⅲ 铣Φ20mm外圆端面，以Φ19H9的中心轴为基准。
工序Ⅳ 钻M10螺纹底孔工序并攻螺纹。
工序Ⅴ 铣R24mm的圆弧面及侧面，以Φ19H9的中心轴为基准。
工序Ⅵ 镗R30mm的上下凸出端面。
工序Ⅶ 检查。
以上工艺过程详见附表1“机械加工工艺制造综合卡片”。
（四）机械加工余量、工序尺寸及毛胚尺寸的的确定
“变速叉”零件材料为灰铸铁（HT200），生产型为大批量生产，采用手工砂型铸造毛坯。
根据上述资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机加工余量、工序尺寸及毛胚尺寸如下：
1.外圆端面（Φ28mm ）
参考《机械加工工艺手册》，精度等级IT12，加工余量Z=3.5-5.0mm。
2.通孔（Φ19H9mm ）
参考《机械加工工艺手册》，精度等级IT11，加工余量Z=3.5-4.5mm，钻孔Φ18.85+0.045 0mm,铰孔Φ19+0.045 0mm。
3.外圆端面（Φ20mm ）
参考《机械加工工艺手册》，精度等级IT11，加工余量Z=3.5-4.5mm。
4.R24圆弧面
参考《机械加工工艺手册》，精度等级IT12，粗铣加工，加工余量Z=3.5-5.0mm。
5.R30圆弧面
参考《机械加工工艺手册》，精度等级IT12，粗铣加工，加工余量Z=3.5-5.0mm。
由于设计规定的零件为大批量生产，应该采用调整法加工零件。因此在计算最大、最小加工余量时，应按调整法加工方式予以确定。
（五）确定切屑用量及基本工时
第二速及第三速变速叉所使用的材料为灰铸铁HT200。
工序Ⅰ 铣Φ28mm圆端面
1.加工条件
机床：功率P=4.5kw 的X61W型万能铣床（查《制造工艺》表3.2）
刀具：立式端铣刀
刀片材料：硬质合金，
（查《切屑用量简明手册》查表3.1 ）
2.选择切屑用量
查《切屑用量》表3.1 铣销宽度de=28＜90mm,ap=3＜4mm
查《切削用量》表3.1-6 选YG6硬质合金端铣刀直径d=80mm
故齿数Z=10 且每齿进给量fz=0.1mm/z
由于加工余量不大，故一次铣完。则ap=5mm
选fz=0.1mm/z
故齿数Z=10 且每齿进给量fz=0.1mm/z
由于加工余量不大，故一次铣完。则ap=5mm
⑶铣刀磨钝标准及寿命
根据《切屑用量简明手册》查表3.7 铣刀刀齿面最大磨损量为1.5mm
由于铣刀直径d0=80mm,故刀具寿命T=180min(简《切屑余量》表3.8
⑷决定切削速度Vc和每分钟进给量Vf
根据《切削用量》查表3.16，当d0=80mm,z=10,ap≤5mm,fz≤0.1mm时Vc=98mm/min ,n=388r/min,vf=311mm/min
各修正系数为：== =1.42， == =1.0
故 = =mm/min
= =r/min
= =mm/min ＇
根据X61W型万能铣床说明书，由《切削用量》查表3.30
选择 n′=590r/min Vf′=510mm/min
因此实际切削速度和进给量为：
=m/min

5）校验机床功率
由表3.24 当铸铁硬度在146至173之间时， =5mm
=28 =510mm/min
近似=2.7kw
根据X61w型说明书，表3.30
机床主轴允许功率为=4.5kw
Pc 因此所选切削用量可采用，即
=5mm，=510mm/min n=590r/min
=148.2m/min
=0.086mm/z
l=28mm L=l+
由表3.26得 =8
6）计算机基本工时
s
工序 Ⅱ 钻铰Φ19H9mm孔并倒角
⑴钻孔Φ18.85+0.045 0mm
查《切削用量》表2-35 选取机床 Z525型立式机床
选取刀具 钻刀直径Φ18.85的直柄麻花钻（特制刀具）
由《切削用量》表2.35 得 f≤0.3(f=0.28 Zv=0.25 Cv=9.5 Xv=0 Yv=0.55 m=0.125
= (查《工艺手册》表4.2-15 按机床选取nw=195r/min
实际切削速度 V=
计算切削加工工时
⑵铰孔Φ19+0.045 0mm
查《切削用量》表2-35 选取机床 Z525型立式机床
查《制造工艺》表3.1-16 选取刀具 绞刀直径Φ19的直柄机用铰刀（硬质合金 特制刀具）、
由《切削用量》表2.35 得 0.3≤ f≤0.5(f=0.24 Zv=0.25 Cv=9.5 Xv=0 Yv=0.55 m=0.125
查《切削用量》表2-25得
切削深度 ap=0.06 ~ 0.15 =0.15mm 切削速度 Vc =8~12=10m/min
ns= (查《工艺手册》表4.2-15 按机床选取nw=195r/min
实际切削速度 V=
计算切削加工工时
工序Ⅲ 铣Φ20的端面
⑴查《制造工艺》表3.2 选择X61W型万能铣床 功率P=4.5kw（灰铸铁HT200 硬度172~182 ）
查《制造工艺》表3-16 选硬质合金端铣刀
⑵选择粗铣加工余量
查《切削用量》表8-96 加工余量ap=3.5 ~ 4.5=3.5mm 粗铣
铣削宽度 ae=20≤90 ap=3.5≤5mm
直径d=80mm 齿数z=10 每齿进给量fz=0.1mm/z
⑶铣刀磨钝加工余量
查《制造工艺》表3.7得 铣刀刀齿后刀面最大磨损量为1.5
由于铣刀直径d0=80mm
查《制造工艺》表3.8 得 T=180min
查表《制造工艺》得 Vc=109m/min n=436r/min Vf=349mm/min
采用不对称铣削
工序Ⅳ 钻M10孔并锥螺纹
⑴钻孔Φ9.153mm
查《切削用量》表2-35 选取机床 Z525型立式机床
选取刀具 钻刀直径Φ9.153的直柄麻花钻（特制刀具）、
由《切削用量》表2.35 得 f≤0.3(f=0.19 Zv=0.25 Cv=9.5 Xv=0 Yv=0.55 m=0.125
查《切削用量》2-12 T=35min
查《切削用量》2-33 kv=1.0
ns= (查《工艺手册》表4.2-15 按机床选取nw=960r/min
实际切削速度 V=
计算切削加工工时
⑵锥M10x1-6H 螺纹孔 查《切削用量》表2-35 选取机床 Z525型立式机床
选取刀具 钻刀直径Φ10的粗柄机用丝锥
计算切削加工工时
查《制造工艺》表3.1-4.7得
螺距p=1，d=8，l=20,L=76,a=6.3 f=1 n=200r/min
l1=(1~2p
l2=(0.5~2p
Tj==0.79min
工序 Ⅴ 铣R24mm的圆弧面及侧面。
⑴查《制造工艺》表3.2 选择X61W型万能铣床 功率P=4.5kw（灰铸铁HT200 硬度172~182 ）
查《制造工艺》表3-16 选硬质合金端铣刀
⑵选择粗铣加工余量
查《切削手册》表8-96、8-97得
0.3≤fz≤1(取fz=0.5mm/r 20≤Vc≤35(取Vc=25m/min dw=48mm

(查《切削手册》校验
（3）计算加工工时

工序 Ⅵ 镗R30的圆弧断面
⑴粗镗R30的圆弧断面
查《切削手册》表8-86得
背吃刀量 ap=5mm, 进给量 f=0.2 ~ 0.3mm/r
查《切削手册》表8-87 粗镗铸铁件应使用高速钢刀头
f=0.3 ~ 0.8=0.6mm/r Vc=0.42 ~ 0.66=0.5m/s

加工工时计算
⑵半精镗R30的圆弧端面
查《切削手册》表8-86得 背吃刀量 ap=5mm
查《切削手册》表8-87粗镗铸铁件
高速钢刀头 f=0.2 ~ 0.6=0.4mm/r Vc=0.5 ~ 0.66=0.6m/s

三、夹具设计
按照设计任务要求，设计一钻床夹具。选择钻的螺纹底孔的专用夹具设计。根据图纸分析，螺纹孔的位置精度不高，以Φ19H19mm孔中心为设计基准。工件材料为灰铸铁HT200，毛胚为铸件，生产类型为大批量生产，选用Z5125立式机床。
㈠ 对机床夹具设计的要求
⑴保证工件加工的各项技术要求
⑵专用机床夹具的结构与其用途和生产类型要适应
⑶尽量选用标准化夹具
⑷夹具结构应具有足够的刚度，强度和良好的稳定性、
⑸保证使用安全和方便
⑹具有良好的工艺性
㈡ 确定夹具的结构方案
（1）确定定位元件 定位元件是根据六点定位原理和加工要求来确定的，本夹具采用定位销与工件Φ19H19mm的孔相配合；支撑钉与工件Φ20mm的槽配合；支撑钉与R30上或下断面相接触，此组合即限制了6个自由度
（2）确定导向装置 导向装置是夹具保证加工精度的重要装置，如钻孔导向套，对刀装置等，由于都是标准件，因此按标准选择。
（3）确定夹紧机构
由于采用工作工件以外圆定位，
《机床夹具设计手册》，见表2-28
f1,f3取0.8 f2,f4取0.3
f1:工件与压板间的圆周方向摩擦系数
f2:工件与V型块的间的圆周方向的摩擦系数
f3:工件与压板间的轴向摩擦系数
f4:工件与V型块间的轴向摩擦系数
防止工件转动 =
防止工件移动 （不考虑）
又因为
一般在粗加工时取K=2.5~3 (取k=2.5
经计算解得
=966.10

=1469.7N
钻孔时的轴向力、扭矩，功率的计算
查《切削用量手册》表2.32
轴向力（N） 扭矩（N·M） 功率（KW）

查《切削用量手册》表2.32得
=420 =1.0 =0.8 =0.206 =2.0 =0.8
f=0.28 修正系数k=1.0
=420··0.09681·0.94
=716.625N
=0.206··0.09681·0.94
=6.59N/m
==2.27kw
定位误差的分析
Φ28（h11~h13） 取 即
=0.230 mm
绘制夹具装配图样
绘制夹具装配图，并在其上标注相关尺寸，配合和位置公差等技术要求。
四、总 结
进行了维期两周的课程设计，就象往年这个时候一样，我们设计的是拔叉II，以及其夹具的设计，虽说和以往一样按部就班，但如果工艺学没学好，完成这场设计还真不是一时半会的事，当然也不是两周可以解决的，确实通过这次课程设计，课上那些没领悟的知识的毕露无疑，，因为有时候一个知识点不过关，，可能设计的时候就会卡住，或者突然对设计中的一些疑问感到莫名其妙，茫然无措，设计的内容包含甚广，像求定位公差，选工艺基准等，这样就只有边进行课程设计，一边恶补，然后对前面的数据再次进行分析，拔叉的工艺设计花了一周，另一周便花在了夹具的设计上，其大部分时间都花在了查手册上面，因为工艺有很多，所以其标准也是非常的多，数据量很大，我们要查的手册就有四本，其中包括《课程设计指导手册》，《切削用量》，《加工余量》，《夹具设计手册》而每本的内容多又繁杂。因此，开始设计的时候查手册感觉就像是大海捞针一样，对着设计的手册就像面对了一本深奥的理论，自己就是一个初学者，什么也不懂，什么也不会，后来恶补的多了，查的次数渐渐多了，自己也渐渐的得心应手，在哪个手册上査哪些用量，这些都可以基本把握住，比如说铣个端面，首先就要确定起加工余量，所以得查《加工余量》里的表，然后选择是立铣还是端铣，再在《切削用量》手册上选择铣刀的型号，铣床的功率及型号等，之后便是对各种量的及加工时间的计算。
本次的课程设计事在酷热的环境中完成，因此此次考验我们的不仅仅是老师，还有上天，那些天是基本没下过雨，那些天号称有史以来最热的，正应了一首诗“赤日炎炎似火烧，野田禾稻半枯焦。农夫心内如汤煮，王孙公子把扇摇。”，现在是学生心内如汤煮啊，电扇全开也无用了，何谈摇扇，对这首诗我现在才算是深有感触，教室成了蒸笼，自己是取经的和尚，要被妖怪蒸吃的是我们不是唐僧，现在也终于能理解唐僧为何怕蒸吃了，这种感觉确实是生不如死，由于天气原因，每天做不了多少事，即使晚上也如此，因此效率不高，这次课程设计确实是一次取经之旅，扛住了取经就有了很大的希望，虽然环境艰苦，但最终大家还是挺过来了，没人倒下，但不知是不是所有人都取到了经，至于我出了点力，但还是学到了不少，首先当然是学会了查手册，查表，这也是很重要的，思然没有其他人对所要的数据手到擒来的能力，至少我自己能独立解决一些工艺问题，至于设计流程，及设计要求以及其中的众多的工序都是必须要熟悉的，我们的拔叉II用的是沙型铸造，在加工过程中用了钻铣攻镗等众多工序才成型的。
这次不仅检测了了我们的理论知识，而且还有团队合作的能力，及耐力等各方面的能力，而且给了我们下次遇到问题时所应该有的能力，我们前几次也有过几次课程设计，相比这次，真是小巫见大巫了，这次对设计的领悟也是更多，原来书查百便，其义也会，当时如果因为天气原因或其他的一些因素，这不仅让我停滞不前，我们组也势必要遭牵连，当然更不会把这次的总结写得如此顺利。

参考文献
[1] 陈宏钧.简明机械加工工艺手册.北京：机械工业出版社，2007.11
[2] 吴拓.简明机床夹具设计手册.北京：化学工业出版社，2010,2
[3] 陈家芳.实用金属切削加工工艺手册. 2版. 上海：上海科学技术出版社，2005.1
[4] 徐鸿本.机床夹具设计手册.沈阳：辽宁科学技术出版社，2004.3
[5] 孟少农.机械加工工艺手册.北京：机械工业出版社，1991.3

机电工程学院课程设计成绩评定表
姓 名

学 号

专业、班级
机械设计制造及其自动化(车辆工程方向10级

课程设计题目： 汽车零件机械加工艺规程及专用机床夹具设计

课程设计答辩或质疑记录：

成绩评定依据：

最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）

指导教师签字：
年 月 日