机械工艺设计课程设计汽车零件机械加工工艺规程及专用机床夹具设计.doc

课程设计任务书
设计名称：
汽车零件机械加工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

学 号：

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
姓 名

指导教师

2013
年
6
月
21
日

目 录

序 言 1
一、零 件 的 分 析 1
（一）零件结构功用分析 1
（二）零件的工艺分析 1
二、工艺规程设计 2
（一）确定毛坯类型 2
（二）基面的选择 2
（三）制定工艺路线 2
（四）确定切削用量及基本工时 3
三、夹具设计 8
（一）问题的提出 8
（二）夹具设计 8
四、结论 9
参考文献 11

序 言
机械制造工艺学课程设计是在我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业课之后进行的。这是我们在进行毕业设计之前对所学的各课程的一次深入的综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练，因此。它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。
就我个人而言，我希望能通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后参加工作打下一个良好的基础。
由于能力有限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指教。
一、零 件 的 分 析
（一）零件结构功用分析
踏脚坐零件是机械中常见的一种零件，它在车辆上面应用范围很广。该类零件的结构和尺寸有着很大的差异，但结构上仍有共同特点：零件的主要表面为精度要求较高的孔、零件由内孔、外圆、端面等表面构成。
（二）零件的工艺分析
1.以80×90的平面C为设计基准的加工表面
这组加工表面包括：Φ38的两个端面粗糙度Ra12.5，以及直径为Φ20孔粗糙度要求为Ra6.3，以及相距60mm的两槽粗糙度要求为Ra12.5
2. Φ20孔为基准加工表面
这组加工表面包括直径为Φ16的凸台端面粗糙度要求为Ra12.5与B 基准的平行度公差为0.02m以及Φ8的孔粗糙度要求为Ra12.5两者之间的垂直度要求为0.02mm
二、工艺规程设计
（一）确定毛坯类型
由零件图可知，该零件形状较为复杂，外形尺寸不大，可以采用铸造毛坯，毛坯重量约为6kg，零件材料为45钢，硬度为207~241HBS,生产类型为大批量生产，采用模锻成形。
毛坯余量分析
由机械加工工艺设计手册表1.2-10查的毛坯加工余量为3mm，毛坯尺寸偏差由表1.2-2查得为1.4mm。
（二）基面的选择
基面的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，生产效率得以提高。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。
按照有关粗基准准则选择原则（即当零件有不加工表面时，应以这些不加工表面作粗基准），现选取80×90的平面C的背面作为粗基准。
2)精基准选择
主要应该考虑基准重合的问题。铣Φ38的两端面时，以80×90的大平面C为精基准，钻Φ20的孔时以80×90的大平面ｃ以及其中心平面精基准，在中心平面为基准时由于工序基准与设计基准不重合需进行尺寸换算，铣Φ16的端面时以大平面和Φ20的孔为精基准，钻Φ8的孔时以大平面和Φ20的中心轴线为精基准，需进行尺寸换算。钻Φ8的孔时，采用支撑平面心轴和支承钉来限制六个自由度。
（三）制定工艺路线
制定工艺路线的出发点，应当使零件的几何形状、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，还可以考虑采用万能性机床配以专用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Ⅰ 铣80×90的平面Ｃ，以其背面Ｄ为加工基准。
工序Ⅱ 铣Φ38的两个端面，以平面Ｃ的端面Ｅ为加工基准
工序Ⅲ 钻Φ20的通孔，以大平面的端面Ｅ为加工基准。
工序Ⅳ 铣Φ16的凸台平面，以Φ２０中心轴线为加工基准。
工序Ⅴ 凸台上Φ8的孔，以平面Ｃ的端面Ｅ为工序基准。
工序Ⅵ 先钻后铣大平面Ｃ上的两槽，以平面Ｃ的端面Ｅ为工序基准。
工序Ⅶ 去毛刺
工序Ⅷ 终检

（四）确定切削用量及基本工时
工序Ⅰ：铣80×90的平面C，以其背面Ｄ为加工基准。
1） 加工条件
加工材料：45钢正火，硬度为207~241HBS，模锻。
加工要求：粗铣8090的平面C，粗糙度Ra12.5。
机床： X52K立式铣床。
刀具：圆柱铣刀齿数z=8.
2） 计算加工工时
由《机械制造工艺设计手册》表6.3-2得切削用量为2.3mm。
由表3.5取得铣刀进给量=0.12~0.2mm
根据《切削用量手册》表3.1当切削用量ae<=5mm时选用铣刀直径为90mm，根据表3.7最大磨损限度为0.3~0.5，根据表3.8铣刀寿命T=120min。
由《切削用量手册》表3.25，入切量超切量+y=20mm
根据铣削速度公式

查表=280，d0=90, =0.1, =35,m=0.33, >=0.16
则取=100m/min
由公式：得：
=175.16r/min
切削工时计算：

L=90mm,选择机床=190r/min
得0.459min
工序Ⅱ：铣Φ38的两个端面，以平面Ｃ的端面为工序基准，以平面C的中心平面为设计基准。
1） 加工条件
加工材料：45钢正火，硬度为207~241HBS，模锻。
加工要求：铣Φ38的两个端面，粗糙度Ra12.5。
机床： X52K立式铣床。
刀具：圆柱铣刀。
2） 计算加工工时
由《机械制造工艺设计手册》表6.3-2得切削用量为2.3mm。
由表3.5取得铣刀进给量=0.12~0.2mm
根据《切削用量手册》表3.1当切削用量ae<=5mm时选用铣刀直径为80mm据表3.7最大磨损限度为0.3~0.5，根据表3.8铣刀寿命T=120min。
由《切削用量手册》表3.25，+y=17mm
根据铣削速度公式

查表=280， =80, =0.1, =35,m=0.33, 0.16
则取=100m/min

由公式：得：
=398.09r/min

切削工时计算：

L=60mm,选择机床=475r/min
得0.76min
由于工艺基准与设计基准不重合，故需要进行尺寸换算，加工完毕需要保证两端面度平面的中心平面的距离为30mm
尺寸30mm为终结环，给定尺寸40mm以及30mm，由于基准不重合加工时应保证尺寸A
A=40mm-30mm=10mm
规定尺寸：因终结环公差等于个组成环公差之和，采用等公差分配尺寸30mm按自由尺寸IT12~13，T40=T10=T30/2=0.27mm
工序Ⅲ：钻Φ20的通孔，以大平面Ｃ的中心平面为设计基准，以大平面的端面Ｅ为工序基准。
根据《切削用量手册》表2.7f钻=0.35~0.43mm。
V钻=19m/min。
选用z515钻床。
根据主轴转速的计算公式

得=302.55r/min
机床选取=320r/min
实际切削速度

。得v=19.47r/min
切削工时（选用切入切出量y+ =4.5mm）

得t=0.594min
工序Ⅳ：铣Φ16的凸台平面，以Φ２０中心轴线为工序基准。
1） 加工条件
加工材料：45钢正火，硬度为207~241HBS，模锻。
加工要求：铣16的凸台平面，粗糙度Ra12.5。
机床： X52K立式铣床。
刀具：圆柱铣刀。
2） 计算加工工时
由《机械制造工艺设计手册》表6.3-2得切削用量为2.3mm。
由表3.5取得铣刀进给量=0.12~0.2mm
根据《切削用量手册》表3.1当切削用量ae<=5mm时选用铣刀直径为40mm据表3.7最大磨损限度为0.3~0.5，根据表3.8铣刀寿命T=120min。
由《切削用量手册》表3.25，+y=12m
根据铣削速度公式

查表=280， =80, =0.1, =35,m=0.33, 0.16
则取=100m/min
由公式：
得：
=796.178r/min

切削工时计算：

L=16mm,选择机床=800r/min
得0.34min
工序Ⅵ：钻凸台上Φ8的孔，以平面Ｃ的端面Ｅ为工序基准，以平面Ｃ的中心平面为设计基准。
根据《切削用量手册》表2.7f钻=0.14~0.22mm/r。
V钻= 5m/min。
选用z515钻床。
根据主轴转速的计算公式

得=199.04r/min
机床选取=320r/min
实际切削速度

得v=8.04r/min
切削工时（选用切入切出量y+ =4.5mm ）

得t=0.82min

由于工艺基准与设计基准不重合，故需要进行尺寸换算，加工完毕需要保证两端面度平面的中心平面的距离为0mm
尺寸0mm为终结环，给定尺寸45mm以及45mm，由于基准不重合加工时应保证尺寸A
A=45mm-45mm=0mm
规定尺寸：因终结环公差等于个组成环公差之和，采用等公差分配尺寸0mm按自由尺寸IT12~13，T45=T0/2=0.27mm
工序Ⅶ：先钻后铣大平面C上的两槽，以平面Ｃ的端面Ｅ为工序基准，以平面Ｃ的中心平面为设计基准。
铣刀类型：直柄立铣刀（硬质合金）
槽的半圆形槽的直径为10mm，厚度为15mm
有《机械制造工艺设计简明手册》表3.1-29《直柄立铣刀（GB1110-85）削平型直立铣刀（GB6116-85）》，知d=10mm，选择标准型zz715l标准型72，粗糙度精度低，选择粗齿，z=3.
由《金属切削速查手册》表5-40《硬质合金立铣刀铣削平面和凸台的进给量》带整体刀头的立铣刀，铣刀直径=10mm，=1~3mm, =0.03~0.025mm取fz=0.03mm/z.
选用x52k型铣床
主轴转速V=300.375r/min.
进给量f=Vfz=0.09v,l=20mm
选用v=375r/min
T=l/f=0.59min.
t=2T=1.18min
由于工艺基准与设计基准不重合，故需要进行尺寸换算，加工完毕需要保证两端面度平面的中心平面的距离为30mm
尺寸30mm为终结环，给定尺寸15mm以及45mm，由于基准不重合加工时应保证尺寸A
A=45mm-15mm=30mm
规定尺寸：因终结环公差等于个组成环公差之和，采用等公差分配尺寸30mm按自由尺寸IT12~13，T45=T30/2=T15=0.27mm
最后，将以上各工序切削用量，工时定额的计算结果，连同其他数据，一并填入机械加工工艺过程综合卡片，见表一。
三、夹具设计
为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。
现决定设计工序5—钻凸台上Φ8的孔的夹具，本夹具用于X515型钻床。
（一）问题的提出
本夹具主要用钻孔，这个Φ8孔对于Φ20的孔有一定的技术要求。因此，本道工序加工时，主要考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度。
（二）夹具设计
1）定位基准的选择。由零件图可知，Φ8的孔对Φ20孔的中心线有Φ0.02垂直度要求设计基准为大平面C。为使定位误差为零，应该选择以大平面为定位基准的夹具。
2）夹紧方案的确定。可以选择手动加紧和气动夹紧机构，由于是大批量生产，故选用气动加紧方案，但由于需要加紧的位置不在同一平面内，若采用气动需要专门的分度转换加紧气缸。最终导致加紧方案结构复杂，成本高。所以应采用手动夹紧机构。
3）夹紧力的计算。钻孔时的切削力有两个，一个是主切削力，另一个是轴向进给力，它指向定位轴心。对于扭矩来说，应由夹具体支撑钉和定位平面来平衡，故没有必要校核扭矩。应考虑进给力是心轴弯曲对垂直度的影响。
横向转角的误差：
心轴处的最大间隙为：

因此而引起的零件的最大转角α为：

所以垂直度偏差

计算得：

即最大间隙能够满足零件的精度要求。
4） 夹具设计及操作的简要说明。如前所述，在设计夹具时，为提高劳动生产率，应首先着眼于机动夹紧，本道工序夹具采用手动夹紧方案。钻床夹具的装配图见附表。
四、结论
第一周，指导老师都事先料想会无从下手，所以我们制造专业经验丰富的老师们事先给我们准备了《机械零件手册》、《机械加工工艺手册》和《机床夹具设计手册》在实训指导书的指引下，周一，我们做了零件工艺分析，选择毛坯、确定毛坯形状、尺寸。我们熟悉了被加工零件结构、特点和加工要求，找出了主要加工面、设计基准和主要工艺问题，学会了查毛坯余量表；周二，我们选择定位基准和加工方法，拟定工艺路线，选择设备工装学会灵活运用定位基准选择原则和加工方法选择原则，学会理论联系实际：学会灵活运用工艺路线拟定和原则设备与工装选择原则，学会理论联系实际；学会查阅标准、手册等资料。周三，我们编制零件控制计划，进行分析。学会了编写零件控制计划和方法；周四，我们进行了位方案设计。学会运用定位原理进行定位方案分析，熟悉夹具零部件标准，正确选择与运用，分析与计算定位误差；周五，我们进行了加紧方案的设计。学会了灵活运用确定加紧力方向与作用点的原则，理论联系实际，进行加紧力分析与计算，熟悉夹具零部件标准，学会正确选择运用。 第二周，我们用AUTOCAD画零件图、工序内容设计和编制作业指导书。在这两个星期里，我们较为熟练的运用autocad软件；熟悉自上而下和自下而上的设计方法，定制了夹具的技术要求，如查阅了技术标准、手册等资料。合理的选择材料。确定表面粗糙度、尺寸公差和行为公车等技术要求、正确的标注等。 当我们一件一件设计夹具零部件逐渐露出基本形状时，我们都越来越喜欢这个富有创造力的专业，大家都变得活跃起来了。就这样，一个个不同形状、功能的机床夹具被我们设计出来了，再加上崔老师的讲解，此时我深刻体会到了“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”的内涵——再详细的纸上谈兵也不能保证实践时的得心应手
。
在设计过程中应深人实际，进行调查研究，制定出合理的设计方案，再进行具体的设计。应当掌握下面的一些资料：
(1)工件图纸；详细阅读工件的图纸，了解工件被加工表面是技术要求，该零件在机器中的位置和作用，以及装置中的特殊要求。
(2)工艺文件：了解工件的工艺过程，本工序的加工要求，工件被加工表面及待加工面状况，基准面选择的情况，可用机床设备的主要规格，与夹具连接部分的尺寸及切削用量等。
(3)生产纲领：夹具的结构形式应与工件的批量大小相适应，做到经济合理。 在本次毕业设计的夹具要求是中小批量生产的夹具设计。
(4)制造与使用夹具的情况，有无通用零部件可供选用。工厂有无压缩空气站；制造和使用夹具的工人的技术状况等。 夹具的出现可靠地保证加工精度，提高整体工作效率，减轻劳动强度，充分发挥和扩大机床的工艺性能。
了解夹具总体设计的要求：
1）夹具应满足零件加工工序的精度要求。特别对于精加工工序， 应适当提高夹具的精度，以保证工件的尺寸公差和形状位置公差等。
2）夹具应达到加工生产率的要求。特别对于大批量生产中使用的 夹具，应设法缩短加工的基本时间和辅助时间。
3）夹具的操作要方便、安全。按不同的加工方法，可设置必要的 防护装置、挡屑板以及各种安全器具。
4）能保证夹具一定的使用寿命和较低的夹具制造成本。
5）要适当提高夹具元件的通用化和标准程度。选用标准化元件， 特别应选用商品化的标准元件，以缩短夹具制造周期，从而降低夹具成本。
6）必须具有良好的结构工艺性，以便夹具的制造、使用和维修。
3.1 夹具的夹紧装置和定位装置 夹具中的装夹是由定位和夹紧两个过程紧密联系在一起的。定位问题已在前面研究过，其目的在于解决工件的定位方法和保证必要的定位精度。 仅仅定好位在大多数场合下，还无法进行加工。只有进而在夹具上设置相应的夹紧装置对工件进行夹紧，才能完成工件在夹具中装夹的全部任务。 夹紧装置的基本任务是保持工件在定位中所获得的即定位置，以便在切削力、重力、惯性力等外力作用下，不发生移动和震动，确保加工质量和生产安全。有时工件的定位是在夹紧过程中实现的，正确的夹紧还能纠正工件定位的不正确。 一般夹紧装置由动源即产生原始作用力的部分。夹紧机构即接受和传递原始作用力，使之变为夹紧力，并执行夹紧任务的部分。他包括中间递力机构和夹紧元件。 考虑到机床的性能、生产批量以及加工时的具体切削量决定采用手动夹紧。 螺旋夹紧机构是斜契夹紧的另一种形式，利用螺旋杆直接夹紧元件，或者与其他元件或机构组成复合夹紧机构来夹紧工件。是应用最广泛的一种夹紧机构。 螺旋夹紧机构中所用的螺旋，实际上相当于把契绕在圆柱体上，因此他的作用原理与斜契是一样的。也利用其斜面移动时所产生的压力来夹紧工件的。不过这里上是通过转动螺旋，使绕在圆柱体是的斜契高度发生变化来夹紧的
通过这次完整的课程设计，我们系统地回顾和复习了大学三年所学的相关专业知识，同时也深刻体会到学习的重要性并领会到设计也是一种学习的方式。在设计的过程中，我们综合运用了系统的设计方法和相关设计软件（如AutoCAD），且应用熟悉相关设计资料（包括手册、标准和规范等）以及进行经验估算等方面有了一定程度的提高，深刻的感受到计算机和工具书及手册在设计中带来的便利和帮助。
忆往昔峥嵘岁月稠，还看今朝马不停蹄，展未来前程似锦！

参考文献
【1】简明机械加工工艺手册/陈宏钧主编. –北京：机械工业出版社，2007.11
【2】简明机床夹具设计手册/吴拓编著.-北京：化学工业出版社，2010,2
【3】实用属切削加工工艺手册/陈家芳主编.-2版. 上海：上海科学技术出版社，2005.1
【4】机床夹具设计手册/徐鸿本主编. –沈阳：辽宁科学技术出版社，2004.3
【5】机械加工工艺手册/孟少农主编. –北京：机械工业出版社，1991.3
【6】机械加工工艺学/陈德生主编.-浙江大学出版社，2007