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1、机械制造工艺学课程设计题目操纵杆支架的夹具设计姓名学号专业班级指导教师成绩中国武汉2016 年 6 月苗一.zfch住士第一节序言本次课程设计的任务之一是针对生产实际中的一个零件：操纵杆支架，制定 其机械加工工艺规程。该零件的工艺过程中包括了铳底平面、钻3X011的孔、 铳两立板的内侧面、钻20的孔等工序。第二节 零件分析2.1 零件的功用分析本次设计的零件，是汽车等车辆的换挡部分的操纵杆支架。顾名思义， 操纵杆支架的主要作用是固定操纵杆，使其在行驶过程中牢固可靠，实现操纵杆 的实际功用。零件的设计要求是，利用3-011孔用螺栓固定在底座上，操纵杆用 020的定位销固定在支架上。2.2 零件的
2、工艺性分析从零件图中可以看出，本零件一共有4个加工的工步。包括铳底平面、钻3X 011的孔、铣两立板的内侧面、钻020的孔。其中，底平面的表面粗糙度的要求 为Ra25，要求很低，一次性可以加工完成。钻11的孔的粗糙度为Ral2.5，同轴 度的要求为0.25mm。钻20的孔的表面粗糙度要求为Ra3.2，粗糙度要求比较 高，与底面的同轴度的要求为土0.5,。内侧两板的粗糙度要求为Ra12.5, 0.25。由此可见，除020孔的公差要求较严格，粗糙度要求严格外，其它加工面公 差要求较低，并且位置度要求也比较低。第三节 机械加工工艺规程制定3.1 确定生产的类型按照设计任务书的要求，本操纵杆支架的设计
3、年产量为5000件，根据查 表可知，由生产纲领和生产类型的关系可确定该零件的生产类型为大批量生产， 其毛坯制造、加工设备以及工艺装备的选择应该呈现大批量生产的工艺的特点。3.2 确定毛坯的制造形式由零件的制造要求可知，零件的主要作用是用来固定操纵杆，承受载荷。 因为所受载荷不大，并且尺寸不大，故可采用一次性铸成的铸件，再通过对铸件 的加工，完成零件的制造。3.3 选择定位基准定位基准的是工艺规程制订中的重要工作，它是工艺路线是否正确合理的前 提。正确与合理的选择定位基准，可以确保加工质量，缩短工艺过程，简化工艺 装备结构与种类、提高生产率。3.3.1 粗基准的选择粗基准，对于加工铳底平面是需要
4、用到。此时应该以20的孔为基准， 方便可靠，同时误差也比较小，精度要求也不高，选孔的表面作为基准即可，可 以尽可能的简化操作并且满足要求。3.3.2 精基准的选择对于加工11的孔，是可以以底面为基准进行加工的。对于加工20的 孔，必须是使用精基准。以底面为基准的话，误差是比较大的，并且不满足基准 重合、基准统一等原则，应该采用以11的孔为基准。3.4. 选择加工的方法3.4.1 平面的加工对于操纵杆支架而言，平面主要是底面和两侧的内面。对于底面的加工，表 面粗糙度要求为Ra25,要求比较低，采用端铳底面的方法加工，加工操作简单省 时省力。对于内侧面的加工，要求为Ra12.5，要求也不高，可采用
5、端铳的加工方 式。3.4.2 孔的加工对于孔而言，11的孔和20的孔的要求都比较高，同轴度要求严格，粗糙 度的控制要求大，并且20的孔的要求最高。所以前者采用选用钻床加工的方式； 后者采用立式铣床钻铣加工。3.5. 制定工艺路线 制定工艺路线，原则是在合理保证零件的几何形状、尺寸精度、位置精度、表 面质量的前提下，尽可能的提高生产率，降低生产成本，取得较好的经济效益。 本零件为操纵杆支架，其生产类型为大批量生产，其工艺特点应该是尽量选用 通用机床并配以专用夹具。工序05车面A铳底平面定位基准：20孔的外圆表面。工序10钻3X11的孔定位基准：底面为基准工序15铣两立版内侧面定位基准：以一面两销
6、定位工序20钻、扩2XQ20的孔定位基准：以底面及2-11孔，一面两销定位工序25清洗 去毛刺，清洗工序30终检 检验零件这样的工艺路线的特点如下：（1）减少机床的种类，尽量节省步骤；（2）加工基准使用得当，避免加工工程大材小用，浪费人力物力。加工底面的要求低，故采用粗基准的加工方式，加工精度满足要求并且省时省力 钻孔是加工要求高，采用底面等精基准的方式，符合加工精度要求。（3）坚持 基准统一基本重合的原则，避免产生基准不重合的现象，影响加工精度。3.6确定加工余量以及毛坯尺寸操纵杆支架采用铸件制造，毛坯的外形尺寸为120X92X78，所以零件尺寸单边加工余量毛坯尺寸74478360.25操纵
7、杆支架的材料为HT150,抗拉强度为150MPa,采用铸造的形式成批生产。毛坯尺寸公差结果110.04311+0.043200.2320 -0.02+0.213.7工序设计3.7.1选择加工设备与工艺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。若零件加工余量较大，加工材料又较硬，有必要校验机床功率。初步 选择各工序机床如下：(1) 工序05铳底平面：采用XA5032立式升降台铳床；(2) 工序10钻孔：本工序的工序II采用Z3040钻床(3) 工序15铳两立版内侧面 X63卧式铳床；(
8、4) 工序20 钻、扩2-0 20孔：X53立式铳床；3.7.2选择夹具对于成批生产的零件，大多采用专用机床家具。在保证加工质量、操作 方便、满足高效的前提下，也可部分采用通用家具。本机械加工工艺规程中 所有工序均采用了专用机床家具，需专门设计、制造。3.7.3 选择刀具(1) 工序05 铣底平面采用端铣刀来进行加工。工序05要求的铣削深度 为ap=4mm，铳削宽度aw=120mm。根据查表可得，选用高速钢镶齿套式面铳刀。定 铳刀的为为d=125mm，孔径为D=40mm，宽L=40mm，齿数z=14。(2) 工序10 加工底面上3-011工艺孔：钻头选取高速钢钻头，直径010.5，铰刀选取高速
9、钢机用铰刀11H9(3) 工序15 钻镗2-020孔：采用钻镗的形式，先用019高速钢钻头钻出 底孔，再用020镗刀精加工。(4) 工序20 加工内测版 选用可调式三面刃铣刀，直径0120，刀片767，加工铸铁件。3.7.4 选择量具根据操纵杆支架的加工要求，工序05101520，都采用游标卡尺进行精度的 定位，操作方便，测量效率高，误差符合要求。3.8 确定切削用量和基本时间切削用量包括切削速度、进给量及背吃刀量量三项，确定方法是先先确定背 吃刀量、进给量，而后确定切削速度。不同的加工性质，对切削加工的要求是不 一样的。粗加工时，应该尽可能保证较高的金属切除率，和必要的刀具耐用度， 故一般的
10、就尽可能大的背吃刀量，其次选择比较大的进给量，最后根据刀具耐用 度的要求，和余下的机床功率，确定合适的切削速度。精加工时，首先应保证弓 箭的加工精度和表面质量要求，故一般选用较小的进给量和背吃刀量，尽可能选 择较高的切削速度。3.8.1：工序05 铣底平面切削用量以及基本时间的确定1. 切削用量：本道工序是铳低平面，已知加工材料为HT150,。=150MPa，铸件无外皮，b机床为XA5032型立式铳床，所选刀具为高速钢镶齿套式面铳刀，其参数为：直 径d=125mm，孔径D=40mm，宽L=40mm,齿数z=14。根据表5-26确定铳刀的角度， 选择前角Y =20，后角a=12，主偏角k 60，
11、螺旋角B=10。铳削宽度为Y =a =120mm，铳削的背吃刀量为ap=4mm。w(1) .确定每个齿的进给量af根据表5-13可知，XA5032型立式铳床的主电动机的功率为7.5KW，查表5-27 可知，当工艺系统的刚度中等、镶齿端铣刀加工钢材时，其每齿的进给量 a =0.2-0.3mm/z。由于本工序的背吃刀量和铳削的宽度比较大，所以选择最小的 f每齿进给量a =0.2mm/z。f(2) 选择铣刀磨钝标准和耐用度根据表5-28可知，用高速钢镶齿端铣刀我甲供材料的时候，选择铣刀后刀 面磨损极限值为0.5mm，查表5-29可知，铳刀的直径为d=125mm时，经插值得 端铳刀的合理耐用度T=15
12、0min。刀具的耐用度指的是刃磨后的刀具自开始切削 直到磨钝标准所经历的总切削时间。(3) 确定切削的速度v和工作台每分钟进给量vf铳削的速度，查表5-30可知，高速钢铳削的速度为15-20m/min，所以所需要的铣床的主转轴的转速范围是N=1000v/ n d=38.2-50.9r/min根据XA5032机床的标准主轴转速，由表可得，应选取转速n=47.5r/min.则实际的铣削速度为 ndn/1000二 n* 125*47.5/1000 m/min=18.65m/min工作台每分钟的进给量为v=fn=azn=0.2*14*47.5=133mm/minff根据表取v =118mm/min,则
13、实际的每齿进给量为fa= v/zn=47,5/14*47.5mm/min=0.177mm/minff(4) 校验机床的功率由表可知，铳削力Fz和铳削功率P计算公式如下所m示F = (C a xf a yfa z/( d qFnwF) )*kF P = Fz v/60/103z f p f w0z m其中，式中的 C=788,x=0.95,y=0.8,u=1.1,w=0,q=1.1,k =0.92，fffff fFza =4mm,a =0.177mm/z, a =120mm, z=14,v=18.65, d =125mm, n=47.5r/min, 所以 pfw0公式为Fz=788*40.95*
14、0.177*120.1 *14*0.92/125.1=9597.50N铳削的功率为P=3.77kWmXA5032铳床的主电动机的功率在7.5kW,故所选用的功率能够满足，所选用 的切削用量比较合适。最后，确定的切削用量为4mm,每齿进给量为 a =0.177mm/min,工作台每分钟的进给量为v =118mm/min,转速n=47.5r/min。 ff2. 基本事件t的确定m根据查表可得,所选用的端铣刀堆成铣削的基本时间为 t=(l+l+l)/vfm w 12代入数据可得l+l =44mm。l =120mm, v =118mm/min,所以，基本12wf的时间为t=(120+44)/60 mi
15、n=2.733minm第四节 专用机床夹具设计4.1接受设计任务、明确加工要求本次专用机床夹具的设计任务是设计专用于操纵杆支架的底面,即是专用的 铣床夹具。(1) 底面的尺寸的长度为120mm；(2) 底面的表面粗糙度要求为Ra25；(3) 高度的公差要求为0.5；(4) 毛坯的高度为78，加工余量为4mm；（5）零件的毛坯材料为 HT150,；（6）产品的生产纲领为：5000 件/年本工序05为操纵杆支架的制作的第一步，以20的一边为粗加工的基准， 材料的表面面粗糙的要求不高。了解了上述信息之后，针对设计任务，可同时搜 集另一些设计资料，如相应的标准以及有关的计算公式、同类产品或近似产品的 夹具图样，有关机床设备的相关尺寸，实现现场中机床设备的位置、空间尺寸等。 4.2. 确定定位方案、选择定位元件在铣床夹具的设计中，工件的定位方案与定位基准面的选择应该与该工件的 机械加工工艺规程一致。由零件的图样和该零件的机械加工工艺规程可知，铣底面的要求
