弹簧加工工艺规程及侧面夹具设计.doc

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”弹簧吊耳”机械加工工艺规程及铣叉口侧面夹具设计

目 录
第1章、 零件的分析 1
1.1. 零件的功用及结构分析 1
1.2. 零件的工艺分析 1
第2章、 弹簧吊耳的机械加工工艺规程设计 2
2.1. 毛坯的选择 2
2.2. 基准的选择 2
2.3. 工艺路线的拟定 2
2.4. 加工余量、 工序尺寸及毛坯尺寸的确定 3
2.5. 切削用量及工时定额的确定 4
第3章、 铣叉口侧面夹具设计 15
3.1. 任务的提出 15
3.2. 定位方案及定位装置的设计计算 15
3.2.1. 定位方案的确定 15
3.2.2. 定位元件及装置设计 15
3.2.3. 定位误差的分析计算 15
3.3. 对刀或导引元件( 装置) 设计 16
3.4. 夹紧方案及装置的设计计算 19
3.4.1. 夹紧方案的确定 19
3.4.2. 夹紧力大小的分析计算 19
3.4.3. 夹紧机构及装置设计 19
3.5. 连接元件及夹具体设计 20
3.6. 夹具操作及维护简要说明 20
参考文献 22
附录Ⅰ 机械加工工艺过程卡片………………………………………………23
附录Ⅱ 机械加工工序卡片……………………………………………………24
评语…………………………………………………………………………… 25

第1章、 零件的分析
1.1. 零件的功用及结构分析
题目给出的零件是CA10B解放牌汽车后钢板弹簧吊耳。后钢板弹簧吊耳的主要作用是载重后, 使钢板能够得到延伸, 伸展, 能有正常的缓冲作用。因此汽车后钢板弹簧吊耳零件的加工质量会影响汽车的工作精度、 使用性能和寿命。汽车后钢板弹簧吊耳主要作用是减震功能、 阻尼缓冲部分功能、 导向功能。
1.2. 零件的工艺分析
由后钢板弹簧吊耳零件图知可将其分为两组加工表面。它们相互间有一定的位置要求。现分析如下:
( 1) 以两外圆端面为主要加工表面的加工面。这一组加工表面包括: 。两外圆端面的铣削, 加工的孔, 其中两外圆端面表面粗糙度要求为, 的孔表面粗糙度要求为
( 2) 以孔为主要加工表面的加工面。这一组加工表面包括: 2个的孔, 2个的孔、 2个孔的内外两侧面的铣削, 宽度为4的开口槽的铣削, 2个在同一中心线上数值为的同轴度要求。其中2个的孔表面粗糙度要求为, 2个孔的内侧面表面粗糙度要求为, 2个孔的外侧面表面粗糙度要求为, 宽度为4的开口槽的表面粗糙度要求为。

第2章、 弹簧吊耳的机械加工工艺规程设计
2.1. 毛坯的选择
零件材料为35钢。由于生量已达到中批生产的水平, 而且零件的轮廓尺寸不大, 故能够采用铸造成型, 这对提高生产效率, 保证加工质量也是有利的。
2.2. 基准的选择
基准选择以后钢板弹簧吊耳大外圆端面作为粗基准, 先以后钢板弹簧吊耳大外圆端面互为基准加工出端面, 再以端面定位加工出工艺孔。在后续工序中除个别工序外均用端面和工艺孔定位加工其它孔与平面。
精基准的选择主要考虑基准重合的问题, 当设计基准与工序基准不重合时, 应当进行尺寸换算。
2.3. 工艺路线的拟定
由于生产类型为中批生产, 应尽量使工序集中来提高生产率, 除此之外, 还应降低生产成本。
先加工孔端面, 以后位置度较易保证, 而且定位及装夹都较方便, 考虑到先面后孔的加工原则, 合理具体加工工艺如下:

表 2.1 工艺方案表
工序1
铣孔端面
工序2
钻, 扩, 铰孔
工序3
孔倒角
工序4
粗铣叉口侧面
工序5
精铣叉口内侧面
工序6
钻, 扩孔
工序7
孔倒角
工序8
钻二孔
工序9
铣宽度为4的开口槽
工序10
终检

2.4. 加工余量、 工序尺寸及毛坯尺寸的确定
”后钢板弹簧吊耳”零件材料为35钢, 硬度HBS为149～187, 生产类型为中批生产, 采用铸造毛坯。
根据上述原始资料及加工工艺, 分别确定各加工表面的机械加工余量, 工序尺寸及毛坯尺寸如下:
(1) 铣孔端面
考虑其加工表面粗糙度要求为, 能够先粗铣, 再精铣, 根据《机械制造工艺设计简明手册》( 以下简称《工艺手册》) 表2.3-21, 取2Z=5已能满足要求。
(2) 加工孔
其表面粗糙度要求较高为, 其加工方式能够分为钻, 扩, 铰三步, 根据《工艺手册》表2.3-8, 确定工序尺寸及余量为:
钻孔: 2Z=5
扩孔: 2Z=1.8
铰孔: 2Z=0.2
(3) 铣孔的内侧面
考虑其表面粗糙度要求为, 先粗铣, 再半精铣, 根据《工艺手册》表2.3-21, 确定工序尺寸及余量为:
粗铣: 76 2Z=3
半精铣: 2Z=1
(4) 铣孔的外侧面
考虑其表面粗糙度要求为, 只要求粗加工, 根据《工艺手册》表2.3-21, 取2Z=3已能满足要求。
(5) 加工孔
其表面粗糙度要求较高为, 其加工方式能够分为钻, 扩两步, 根据《工艺手册》表2.3-8, 确定工序尺寸及余量为:
钻孔:
扩孔: 2Z=2.0
(6) 加工孔
其表面粗糙度无特殊要求, 其加工方式为钻, 根据《工艺手册》表2.3-8, 确定工序尺寸及余量为:
钻孔:
(7) 铣宽度为4的开口槽
考虑其表面粗糙度要求为, 只要求粗加工, 根据《工艺手册》表2.3—21, 取2Z=2已能满足要求。
2.5. 切削用量及工时定额的确定
工序Ⅰ: 粗、 精铣孔端面
机床: 专用组合铣床
刀具: 高速刚三面刃铣刀
根据《工艺手册》表3.1—28, 取
根据《工艺手册》表3.1—39, 取铣刀齿数
( 1) 、 粗铣
铣削深度:
每齿进给量: 根据《切削用量简明手册》( 以下简称《切削手册》) 表3-3, 取
铣削速度: 参照《切削手册》表3-9, 取,
机床主轴转速: 式( 2-1)
取=34, =225代入公式( 2-1) 得:

根据《切削手册》表3-29, 取
实际铣削速度:
工作台每分进给量: 式( 2-2)
取=, , =代入公式( 2-2) 得:

取
根据《切削手册》
被切削层长度: 由毛坯尺寸可知
刀具切入长度:
刀具切出长度:
走刀次数为1
机动时间: 式( 2-3)
取, , ,106 代入公式( 2-3) 得:

以上为铣一个端面的机动时间, 故本工步机动工时为

( 2) 、 精铣
铣削深度:
每齿进给量: 根据《切削手册》表3-3, 取
铣削速度: 参照《切削手册》表3-9, 取,
机床主轴转速:
取=34, =225代入公式( 2-1) 得:

根据《切削手册》表3-29, 取
实际铣削速度:
取=, , =代入公式( 2-2) 得:
工作台每分进给量:
取
被切削层长度: 由毛坯尺寸可知
刀具切入长度:
刀具切出长度: 取
走刀次数为1
取, , 代入公式( 2-3) 得:
机动时间:
以上为铣一个端面的机动时间, 故本工步机动工时为

工序Ⅱ: 钻, 扩, 铰孔
机床: 专用组合钻床
刀具: 麻花钻、 扩孔钻、 铰刀
( 1) 、 钻孔
切削深度:
进给量: 根据《切削手册》表2-7, 取
由于本零件在加工孔时属于底刚度零件, 故进给量应乘系数0.75, 则
根据《切削手册》表2-9, 取
取切削速度
取=24, =35代入公式( 2-1) 得
机床主轴转速: , 根据《切削手册》表2-36, 取
实际切削速度:
被切削层长度:
刀具切入长度:
刀具切出长度:
走刀次数为1
机动时间: 式 (2-4)
取, , , ,代入公式( 2-4) 得:

( 2) 、 扩孔
切削深度:
进给量: 根据《切削手册》表2-10,

取
切削速度: 参照《切削手册》表2-24, 取
取=19, =36.8代入公式( 2-1) 得
机床主轴转速: , 根据《切削手册》表2-36取
实际切削速度:
被切削层长度:
刀具切入长度
刀具切出长度:
走刀次数为1
取, , , ,代入公式( 2-4) 得:
机动时间:
( 3) 铰孔
切削深度:
进给量: 根据《切削手册》表2-11, 取
取
取切削速度
取=9.1, =37代入公式( 2-1) 得
机床主轴转速: , 根据《切削手册》表2-36, 取
实际切削速度:
被切削层长度:
刀具切入长度:
刀具切出长度:
走刀次数为1
取, , , ,代入公式( 2-4) 得:
机动时间:
工序Ⅲ: 孔倒角
采用锪钻。为缩短辅助时间, 取倒角是的主轴转速与扩孔时相同: , 手动进给。
工序Ⅳ: 粗铣叉口侧面
机床: 专用组合铣床
刀具: 高速刚三面刃铣刀
根据《工艺手册》表3.1—28, 取
根据《工艺手册》表3.1—39, 取铣刀齿数
铣削深度:
每齿进给量: 根据《切削手册》表3-3, 取
铣削速度: 参照《切削手册》表3-9, 取,
机床主轴转速: 式( 2-1)
取=34, =225代入公式( 2-1) 得:

根据《切削手册》表3-29, 取
实际铣削速度:
工作台每分进给量: 式( 2-2)
取=, , =代入公式( 2-2) 得:

取
根据《切削手册》
被切削层长度: 由毛坯尺寸可知
刀具切入长度:
刀具切出长度:
走刀次数为1
机动时间: 式( 2-3)
取, , ,106 代入公式( 2-3) 得:

以上为铣一个端面的机动时间, 故本工步机动工时为

工序Ⅴ: 精铣叉口内侧面
铣削深度:
每齿进给量: 根据《切削手册》表3-3, 取
铣削速度: 参照《切削手册》表3-9, 取,
机床主轴转速:
取=34, =225代入公式( 2-1) 得:

根据《切削手册》表3-29, 取
实际铣削速度:
取=, , =代入公式( 2-2) 得:
工作台每分进给量:
取
被切削层长度: 由毛坯尺寸可知
刀具切入长度:
刀具切出长度: 取
走刀次数为1
取, , 代入公式( 2-3) 得:
机动时间:
以上为铣一个端面的机动时间, 故本工步机动工时为

工序Ⅵ: 钻, 扩孔
机床: 专用组合钻床
刀具: 麻花钻、 扩孔钻
( 1) 、 钻孔
切削深度:
进给量: 根据《切削手册》表2-7, 取
由于本零件属于底刚度零件, 故进给量应乘系数0.75, 则

根据《切削手册》表2-9, 取
取切削速度
取=24, =28代入公式( 2-1) 得
机床主轴转速: , 根据《切削手册》表2-36, 取
实际切削速度:
被切削层长度:
刀具切入长度:
刀具切出长度:
走刀次数为1
取, , , ,代入公式( 2-4) 得:
机动时间:
以上为钻一个孔的机动时间, 故本工序机动工时为

( 2) 、 扩孔
切削深度:
进给量: 根据《切削手册》表2-10,

取
切削速度: 取
取=19.8, =29.8代入公式( 2-1) 得
机床主轴转速: , 根据《切削手册》表2-36取
实际切削速度:
被切削层长度:
刀具切入长度
刀具切出长度:
走刀次数为1
取, , , ,代入公式( 2-4) 得:
机动时间:
以上为扩一个孔的机动时间, 故本工序机动工时为

工序Ⅶ: 孔倒角
采用锪钻。为缩短辅助时间, 取倒角是的主轴转速与扩孔时相同: , 手动进给。
工序Ⅷ: 钻孔
机床: 专用组合钻床
刀具: 麻花钻
切削深度:
进给量: 根据《切削手册》表2-7, 取
由于本零件在加工孔时属于底刚度零件, 故进给量应乘系数0.75, 则
根据《切削手册》表2-9, 取
取切削速度
取=24, =9代入公式( 2-1) 得
机床主轴转速: , 根据《切削手册》表2-36, 取
实际切削速度:
被切削层长度:
刀具切入长度:
刀具切出长度:
走刀次数为1
取, , , ,代入公式( 2-4) 得:
机动时间:
以上为钻一个孔的机动时间, 故本工序机动工时为

工序Ⅸ: 粗铣宽度为4的开口槽
机床: 专用组合铣床
刀具: 高速刚锯片铣刀 粗齿数
铣削深度:
每齿进给量: 根据《切削手册》表3-4, 取
铣削速度: 参照《切削手册》表3-13, 取,
取=30, =63代入公式( 2-1) 得:
机床主轴转速: , 根据《切削手册》表3-30, 取
实际铣削速度:
取=, , =代入公式( 2-2) 得:
工作台每分进给量:
被切削层长度: 由毛坯尺寸可知
刀具切入长度:
刀具切出长度: 取
走刀次数为1
取, , , 代入公式( 2-3) 得:
机动时间:

第3章、 铣叉口侧面夹具设计
经过任务分配, 决定设计第Ⅳ道工序——粗铣叉口侧面的铣床夹具。本夹具将用于X63卧式铣床。刀具为四把高速钢镶齿三面刃铣刀, 对工件叉口的四个侧面同时进行加工。
3.1. 任务的提出
本夹具主要用来粗铣后钢板弹簧吊耳叉口侧面。本道工序仅是对内侧端面进行粗加工。在本道工序加工时, 应考虑提高劳动生产率, 降低劳动强度。同时应保证加工尺寸精度和表面质量。
3.2. 定位方案及定位装置的设计计算
3.2.1. 定位方案的确定
在进行后钢板弹簧吊耳叉口侧面粗铣加工工序时, 外圆端面已经精铣, 工艺孔已经加工出。故以在带台肩长销为第一定位基准限制工件的四个自由度, 端面限制一个自由度, 工件以孔及端面和叉杆面为定位基准, 在带台肩长销和浮动支撑板上实现完全定位。夹紧时, 首先由螺母和开口垫圈夹紧孔两端面, 再用汽缸经过铰链杠杆机构带动浮动压块在工件叉杆处夹紧。
3.2.2. 定位元件及装置设计
在带台肩长销和浮动支承板上实现完全定位。
3.2.3. 定位误差的分析计算
本工序选用的工件以圆孔在定位销上定位, 定位销为水平放置, 由于定位副间存在径向间隙, 因此必将引起径向基准位移误差。在重力作用下定位副只存在单边间隙, 即工件始终以孔壁与心轴上母线接触, 故此时的径向基准位移误差仅存在Z轴方向, 且向下, 见下图。

式中 ——工件圆孔直径公差( mm) ;
——定位销外圆直径公差( mm) 。

图3.1 定位销水平放置时定位分析图
3.3. 对刀或导引元件( 装置) 设计
对刀装置由对刀块和塞尺组成, 用来确定刀具与夹具的相对位置。
由于本道工序是完成后钢板弹簧吊耳叉口侧面的粗铣加工, 因此选用侧装对刀块。
侧装对刀块的结构和尺寸如图所示:

图 3.2 对刀块图

塞尺选用平塞尺, 其结构如下图所示:

图 3.3 平塞尺图
塞尺尺寸为:
表 3.1 平塞尺尺寸表
公称尺寸H
允差d
C
1
-0.006
0.25
定向键安装在夹具底面的纵向槽中, 一般使用两个。其距离尽可能布置的远些。经过定向键与铣床工作台T形槽的配合, 使夹具上定位元件的工作表面对于工作台的送进方向具有正确的位置。
根据GB2207—80定向键结构如图所示:

图 3.4 夹具体槽形与螺钉图
根据T形槽的宽度 a=18mm 定向键的结构尺寸如下:
表 3.2 定向键数据表
B
L
H
h
D

夹具体槽形尺寸

公称尺寸
偏差d
公称尺寸
允差D
18
-0.011
25
12
6
15
6
18
+0.018
7

3.4. 夹紧方案及装置的设计计算
3.4.1. 夹紧方案的确定
夹紧时, 首先由螺母和开口垫圈夹紧孔两端面, 再用DQG型汽缸经过铰链杠杆机构带动浮动压块在工件叉杆处夹紧。
3.4.2. 夹紧力大小的分析计算
刀具: 高速钢镶齿三面刃铣刀, ,
根据《切削手册》表3.28可查得:
铣削力计算公式为
其中: , , , , , , , , 。故

用四把铣刀时,
水平分力:
垂直分力:
考虑安全系数, 切削力
铣削加工产生的水平分力应由夹紧力产生的摩擦力平衡。
则夹紧力应为
其中及为夹具定位面及加紧面上的摩擦系数, 。则

3.4.3. 夹紧机构及装置设计
利用气缸活塞的推力经过铰链杠杆机构带动浮动压块在工件叉杆处夹紧。工作时, 连杆与活塞杆成左右的夹角, 使活塞推力放大。
受力分析如下图:

图3.5 夹紧机构受力分析图
气缸选用。当工作气压时, 气缸推力

经过夹紧机构产生的夹紧力
此时大于所需的的夹紧力, 故本夹具可安全工作。
3.5. 连接元件及夹具体设计
夹具体的设计主要考虑零件的形状及将上述各主要元件联成一个整体。
3.6. 夹具操作及维护简要说明
本夹具用于后钢板弹簧吊耳叉口侧面的粗铣。工件以孔及端面为定位基准, 在带台肩长销和浮动支撑板上实现完全定位。夹紧时, 首先由螺母和开口垫圈夹紧孔两端面, 再用气缸经过铰链杠杆机构带动浮动压块在工件叉杆处夹紧。其夹紧采用的是气动夹紧, 夹紧简单、 快速、 可靠。有利于提高生产率。工件在夹具体上安装好后, 浮动压块在气缸活塞的推动下向下移动夹紧工件。当工件加工完成后, 压块随即在气缸活塞的作用下松开工件, 即可取下工件。

参考文献
[1] 赵家齐．机械制造工艺学课程设计指导书．( 第2版) ．机械工业出版社, 10月。
[2] 王先逵．机械制造工艺学．( 第2版) ．机械工业出版社, 8月。
[3] 李益民．机械制造工艺设计简明手册．机械工业出版社, 1994。
[4] 艾 兴, 肖诗纲．切削用量简明手册．( 第3版) ．机械工业出版社, 1994。
[5] 东北重型机械学院．机床夹具设计手册．上海科学技术出版社, 1990