1、全套图纸 2231156838桂林航天工业学院课程设计（论文）任务书系 别 机 械 工 程 学 院 专 业 机械设计制造及其自动化 学生班级 数控 2 班 姓 名 黄高业 学 号 2013030040325 指导老师 吕 勇 职 称 副教授 设计（论文）题目及专题 关于前钢板弹簧吊耳及加工切槽夹具的设计 目录摘要1一零件分析11.1 零件的作用11.2 零件的工艺分析2二机械加工工艺规程设计制定32.1 确定毛坯的制造形式32.2 基准的选择32.3 制定工艺路线42.4 确定加工余量及毛坯尺寸42.5 选择加工设备与加工装备72.6 确定切削用量和基本时间10三加工切槽夹具设计153.1 夹
2、具设计153.2 定位方案的选定163.3 夹具夹紧装置的确定173.4 工件定位自由度分析183.5 工件定位精度分析19四参考文献20 1 摘要本次课程设计是对前钢板弹簧吊耳零件的加工工艺及对其加工时一些夹具的设计。该零件主要是平面的加工、孔的加工。由加工工艺原则可以知道，平面的加工比孔的加工容易，而且精度更容易保证，所以在加工过程中应该遵循先易后难的原则，即先面后孔的原则。在加工前，应该先划分粗加工和精加工以保证达到所需的精度要求，基准选择以前钢板弹簧吊耳两个 40 端面作为粗基准，以前钢板弹簧吊耳加工后的底平面作为精基准。主要加工工序安排是先以前钢板弹簧吊耳两个 40端面作为粗基准加工
3、底平面，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他孔与平面。整个加工过程选用不同类型的加工机床。一零件分析1 零件的作用前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。因此汽车前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。汽车前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 2 前钢板弹簧吊耳零件图2 零件的工艺分析前钢板弹簧吊耳零件图上可以看出，标有表面粗糙度符号的表面有底平面，内孔，孔倒角等。其中，表面粗糙度要求最高的是 25 孔，公差等级达到 IT7 级，表面粗糙度为Ra3.2um。该孔为
4、前钢板弹簧吊耳的主要设计基准。 3 二机械加工工艺规程设计制定1 确定毛坯的制造形式考虑到工件运行时经常受到冲击性载荷，采用铸铁材料 KTH350-10，该有较高的强度、塑性和冲击韧度，零件的强度能保证。因此可以确定毛坯的铸造形式为铸造。2 基准的选择2.1 基准介绍基准是用来确定生产对象上几何要素的几何关系所依据的点、线、面。按照其功用的不同可以分为设计基准和工艺基准。基面的选择是工艺设计的重要工作之一，基面选择合理，可以使加工质量得到保证，减轻劳动强度，提高生产效率。否则会使加工困难，甚至造成零件报废。2.2（1）粗基准的选择原则1）若工件必须首先保证某重要表面的加工余量均匀，则应优先选择
5、该表面为粗基准。2）若工件每个表面都有加工要求，为了保证各表面都有足够的加工余量，应选择加工量少的表面为粗基准。3）若工件必须保证某个加工表面与加工表面之间的尺寸或位置要求，则应选择某个加工面为粗基准。4）选择基准的表面应尽可能平整，没有铸造飞边，浇口，冒泡或者其他缺陷。粗基准一般只允许使用一次。基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，他对零件的生产是非常重要的。先选取 40 外圆端面为粗基准，加工底平面（2）精基准的选择原则1）基准重合原则2）基准同一原则 4 3）自为基准原则4）互为基准原则5）可靠，方便原则以 10.5 孔及其端面为定位精基准，加工其它表面及孔。3 制定工艺路线制订工艺
6、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。在生产纲领已确定为成批生产的条件下，可以考虑采用万能型机床配以专用夹具，并尽量使工序集中在提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量降下来。拟定工艺路线方案如下：工序号 工 名序 称 工 序 内 容 设 备05 铣 铣底平面 XA503210 钻 钻、扩、铰 2x10.5 孔 Z302515 扩 钻、扩、铰 2X25 孔 Z302520 锪 2x25 孔倒角 Z302525 铣 切槽 XA613230 清洗 去毛刺，清洗 清洗机35 终检 检验 检验台4 确定加工余量及毛坯尺寸前钢板弹簧吊耳零
7、件材料为 KTH350-10，属于黑心可锻铸铁的一种。其最小抗拉强度为 350MPa，最低延伸率为 10。生产类型为大批量生产，采用铸造毛坯。查表得铸铁采用砂型铸造机器造型，铸件尺寸公差为 CT8CT12 级，我们选 CT9 级。查表选择加工余量为 H 级，查表分别确定各加工表面的机械加工余量，工序尺寸如下： 5 1 工序 05 铣底平面（以两个 40 的顶端圆作为粗基准)：名称 加工余量 基本尺寸 加工经济精度 表面粗糙度半精铣 1 22 IT9 Ra6.3粗铣 2 23 IT12 Ra50毛胚尺寸 - 25 1-2 工序 10 钻 孔：m043.51名称加工余量（双）基本尺寸 加工经济精度
8、 工序尺寸及公差 表面粗糙度铰孔 0.5 5.10- 043.51Ra6.3扩孔 2 IT11 60Ra12.5钻孔 8 8IT12 5.8-3 工序 15 扩 孔：m03.5名称加工余量（双）基本尺寸 加工经济精度 工序尺寸及公差 表面粗糙度铰孔 0.2 25- 03.25Ra3.2扩孔 1.8 8.4IT11 1084Ra12.5钻孔 23 3IT13 3.-4 工序 20 锪 25 孔倒角名称 加工余量 基本尺寸 加工经济精度 工序尺寸及公差 表面粗糙度粗铣 3 3 IT12 3 Ra505 工序 25 铣宽度为 3mm 的开口槽： 6 名称 加工余量 基本尺寸 加工经济精度 工序尺寸及
9、公差 表面粗糙度粗铣 3 3 IT12 3 Ra50确定毛坯基本尺寸加工表面的毛坯尺寸只需将零件尺寸加上查取的相应加工余量即可，所得毛坯如下 7 5 选择加工设备与加工装备1 选择加工设备由于生产类型为大批量生产，加工设备易以通用机床为主，（1）XA5032 铣床XA5032 主要规格及技术参数工作台工作面尺寸（宽长） mm 3201250 主轴端面至工作台面的距离 mm 45415主轴转速级数 18 主轴转速范围 r/min 301500 工作台纵向（X）进给量范围 mm/min 23.51180工作台横向（Y）进给量范围 mm/min 23.51180 8 工作台垂向（Z）进给量范围 mm
10、/min 8394 工作台纵向（X）快速移动速度 mm/min 2300 工作台横向（Y）快速移动速度 mm/min 2300 工作台垂向（Z）快速移动速度 mm/min 770 主传动电动机功率 KW 7.5 主传动电动机转速 r/min 1440 进给电动机功率 KW 1.5 进给电动机转速 r/min 1400 工作台最大水平拖力 N 15000 工作台最大承载重量 Kg 500 机床外形尺寸（长宽高） mm 227217702094 机床重量 Kg 2800（2）Z3025 钻床主要参数：最大钻孔直径 mm 25最大 mm 800 1000 1300主轴中心线至立柱母线距离最小 mm
11、200主轴箱水平移动距离 mm 800最大 mm 1066主轴端面至底座工作面距离最小 mm 266摇臂升降距离 mm 550摇臂升降速度 m/min 1.13主轴转速范围 r/min 802000主轴转速级数 steps 8主轴进给量范围 mm/r 0.130.54主轴进给量级数 steps 4主轴行程 mm 250 9 刻度盘每转钻孔深度 mm 102主轴允许最大扭转力矩 Nm 200主轴允许最大进给抗力 kN 8主电机功率 kw 1.5机床重量（约） kg 1400 1400 1430机床轮廓尺寸（长宽高） CM 174（204）x75x236（3）XA6132 参数工作台面积 mm 3
12、201325工作台最大纵向行程 手动/机动 mm 700/680工作台最大横向行程 手动/机动 mm 255/240工作台最大垂直行程 手动/机动 mm 320/300工作台最大回转角度 45主轴中心线至工作台面距离 mm 30/350主轴转速级数 18 级主轴转速范围 r.p.m 30-1500工作台进给量级数 18 级主传动电机功率 kw 7.5进给电机功率 kw 1.5机床外形尺寸(长宽高)mm 229417701610机床净/毛重 kg 2650/29502 选择夹具对于成批生产的零件，大多采用专用机床夹具。在保证加工质量，操作方便，满足高效的前提下，也可部分采用通用夹具。本机械加工工
13、艺规程中所有工序均采用了专用机床夹具，需专门设计，制造。3 选择刀具在前钢板弹簧吊耳的加工中，采用铣，钻，扩，铰，锪等加工方式，所有选刀具的情况 10 如下：（1）铣刀 工序 05 铣底平面采用端铣刀来进行。要求铣削深度为 3mm，查表应选高速钢镶齿套式面铣刀，查表可知铣刀直径 110-130mm，满足加工要求的铣刀直径d=125mm,孔径 D=40mm，宽 L=5mm,齿数=48。（2）钻头 从零件要求和加工经济性考虑，采用锥柄麻花钻头（GB1438.1-2008）完成加工工序。工序 10 中选用 8mm 的麻花钻钻 2 个 8mm 孔，再经过麻花钻扩孔，铰孔；工序 15 采用麻花钻扩孔；工
14、序 20，采用锪钻进行倒角；在刀具的选择过程中，应尽量选择通用刀具。4 选择量具选择量具的原则是根据被测量对象的要求，在满足测量精度的前提下，尽量选用操作方便，测量效率高的量具。量具用通用量具（如游标卡尺，千分尺，比较仪，量块）和各种专用高效量具，本零件属于成批生产，一般均采用通用量具，根据零件的尺寸性质，工序 05、工序 20、工序 25 采用游标卡尺，工序 10、工序 15 采用内径千分尺。6 确定切削用量和基本时间1. 工序 05：铣底平面 11 本道工序铣底平面，选择机床 XA5023 型立铣床 ，所选择刀具为高速钢镶齿套式面铣刀，其参数： 直径 d=125mm,孔径 D=40，宽 L
15、=40，齿数=14。 （1）选择切削用量：决定铣削深度 3mm 由于加工余量不大，故可在一次走刀内切完。决定每齿进给量 z 采用不对称端铣以提高进给量。铣床功率为 7.5Kw确定每齿进给量，查表出 z/8.0maf选择铣刀磨钝标准及刀具寿命 铣刀刀齿后刀面最大磨损量为 1.8mm；由于刀具直径d=125mm，故刀具寿命 Y=150min决定切削速度 Vc 和每分钟进给量 V。查表的高速钢铣刀铣削速度为 15-25m/min，机床主轴转速 n：min/7.63-2810rd根据 XA5032 机床的标准主轴转速，查表得 n=60r/min实际铣削速度min/5.2310654.310V工作台的每
16、分钟进给量 fv应为： f=azn=0.081460=67.2mm/min查表，选取 f=60mm/min,则实际的每齿进给量为 f= =0.071mm/z校验机床功率(2)基本时间铣削部分长度 l刀具切入长度 1刀具切出长度 2l机动时间： min02.211nflt 12 2. 工序 15 扩 25 孔机床：立式钻床 Z3025刀具：麻花钻、扩孔钻、铰孔钻（1） 、钻 23 孔切削深度 =22pa进给量 =（0.390.47）0.75=0.290.35mm/rf进给量应乘系数 0.75，则取 rm/19.0取切削速度 in2.V机床主轴转速 ： ，查表，取 n=735r/minmin/84
17、91.320rdv实际切削速度 ： Vi/.075.0n根据金属机械加工工艺人员手册表 15-8被切削层长度 ：l48m刀具切入长度 ： 13.2刀具切出长度 ： 2l走刀次数为 1 13 机动时间： min382.07519.03428211 nflt以上为钻一个孔的机动时间，故本工序机动工时为mi764.0382.12t（2）扩 24.8 孔切削深度 =44 pa进给量 ： f查表，取 (0.56).704/mr切削速度 ：查表，取V2in机床主轴转速 ： ，n01578/in3.41.Vrd查表，取 72/mir实际切削速度 ： V0572.4/min110n基本时间被切削层长度 ：l4
18、8m刀具切入长度 1刀具切出长度 ： 2l3走刀次数为 1 机动时间：min19.0472381nflt以上为扩一个孔的机动时间，故本工序机动工时为 i38.019.212t铰 25 孔： 14 采用刀具：专用铰孔钻。进给量： =（0. 91.2）0.7=0.630.84mm/rf查机床说明书，取 =0.72mm/r。f机床主轴转速：取 n=68r/min，则其切削速度 v=8.26m/min机动工时 l=24mm245.9min680.7mwltnf3. 工序 25，切槽粗铣宽度为 3 的开口槽m机床： XA6132 铣床 15 刀具：高速刚锯片铣刀 粗齿数 80dm20Z4L铣削深度 ：w
19、a2每齿进给量 ：根据机械加工工艺师手册表 30-13，取f .05/famZ铣削速度 ：参照机械加工工艺师手册表 30-23，取 ，V (24)inV取 =30, =63 代入公式（2-1）得：0d机床主轴转速 ： ，根据机械加工工艺师手册n013120/min.48Vrd表 11-5，取 8/mir实际铣削速度 ：V03.152.8/inn取 = ， ， = 代入公式（2-2）得：zf0.5fa2Zw工作台每分进给量 ：mf0.5218/minzfn根据机械加工工艺手册 被切削层长度 ：由毛坯尺寸可知llm刀具切入长度 ：130刀具切出长度 ：取2l走刀次数为 1取 ， ， , 代入公式（
20、2-3）得：0l3l2l18mf机动时间 ：1jt1032.4injf 16 三 加工切槽工艺和夹具设计1 夹具设计本次设计的是加工工序 25 切槽时所采用的夹具。由于是大批量生产，为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需设计专用夹具。专用夹具具有以下的优点：1) 能稳定的保证工件的加工精度 用夹具装夹工件时，工件相对于道具及机床的位置精度由夹具保证，不受工人技术水平的影响，使一批工件的加工极度趋于一致。2) 能提高劳动生产率 使用夹具装夹工件方便、快捷，工件不需要划线找正，可显著的减少辅助工时，提高劳动生产率；工件在夹具中装夹后提高了工件的刚性，因此可加大切屑用量，提高劳动生产率；
21、可使用多件、多工位装夹工件的夹具，并可采用高效夹紧机构，进一步提高劳动生产率。3) 能扩大机床的使用范围 4) 能降低成本 在批量生产中使用夹具后，由于劳动生产率的提高、使用技术等级较低的工人以及废品率下降等原因，明显得降低了生产成本。夹具制造成本分摊在一批工件上。每个工件增加的成本时极少的，远远小于由于提高劳动生产率而降低的成本。工件批量愈大，使用夹具所取得的经济效益就愈显著。夹具上的各种装置和元件通过夹具体连接成一个整体。因此，夹具体的形状及尺寸取决于夹具上各种装置的布置及夹具于机床的连接。对于夹具体有以下几点要求：1) 有适当的精度和尺寸稳定性 夹具体上的重要表面，应有适当的尺寸和形状精
22、度，它们之间应有适当的位置精度。2) 有足够的强度和刚度 加工过程中，夹具体要承受较大的切屑力和夹紧力。为保证夹具体不产生不允许的变形和震动，夹具体应有足够的强度和刚度。3) 结构工艺性好 夹具体应便于制造、装配和检验。铸造夹具体上安装各种元件的表面应铸出凸台，以减少加工面积。夹具体结构形式应便于工件的装卸。在机床上安装稳定可靠 夹具在机床上的安装都是通过夹具体上的安装基面与机床上相应表面的接触或配合实现的。当夹具在机床工作台上安装时，夹具的重心应 17 尽量低，重心越高则支撑面应越大；夹具底面四边应凸台，使夹具体的安装基面与机床的工作台面接触良好。2 定位方案的选定该零件的定位方案我选择的是
23、两孔一面定位方式。这种定位方式在箱体、杠杆、盖板等类零件的加工中用的很广。工件的定位面一般是加工过的精基面，定位方式如下图：3 夹具夹紧装置的确定 18 夹具锁定环零件图3.1 夹紧力的方向和作用点的确定(1) 夹紧力的方向，主要夹紧力的方向一般应垂直于主要定位基准，当夹紧力和切削力，重力同方向时，需要的夹紧力最小；完全利用摩擦力来克服切削力和重力时，所需的夹紧力最大。因此本设计的夹紧力方向应正好和重力方向平行。(2) 夹紧力的作用点，夹紧力的作用点应在支承点上，或在几个支承点所组成的平面内。在多点夹紧时，如果平紧点在支承面之外，应采用联动夹紧机构，以保证各点的夹紧力同时均匀地作用到工件上。夹
24、紧力的作用点应选在工件刚性最好的部位，否则应设置辅助支承，夹紧力的作用点应靠近切削部位。(3)夹紧力的大小，夹紧力的大小应根据所需夹紧力最大时的加工位置来决定，并分析此时受力情况，然后进行计算。为了安全应将计算值的安全系数(一般取23)作为所需要的夹紧力。 19 4 工件定位自由度分析一个尚未定位的工件，其空间位置是不确定的，工件定位的实质就是要限制对加工有不良影响的自由度。无论工件的形状和结构怎么不同，它们的六个自由度都可以用六个支撑点限制，只是六个支撑点的分布不同罢了。支撑点的分布必须合理，否则六个支撑点限制不了工件的六个自由度，或不能有效地限制工件的六个自由度。工件的六个自由度都限制了的
25、定位成为完全定位。工件被限制的自由度少于六个，但能保证加工要求的定位称为不完全定位。工件定位时，影响加工要求的自由度必须限制;不影响加工要求的自由地，有时要限制，有时可不限制，视具体情况而定。按照加工要求确定工件必须限制的自由度，在夹具设计中是首要解决的问题。在工件定位时，一下几种情况允许不完全定位：1）加工通孔或者通槽时，沿贯通轴的位置自由度可不限制。2）毛坯（本工序加工前）是轴堆成的，绕对称轴的角度自由度可以不限制。3）加工贯通平面时，除可不限制沿两个贯通轴的位置自由度外，还可不限制绕垂直加工面的轴的角度自由度。按照加工要求应限制的自由度没有被限制的定位成为欠定位。确定工件在夹具中的定位方
26、案时，欠定位是决不允许发生的。因为欠定位保证不了工件的加工要求。重复定位分两种情况：当工件的一个或几个自由度被重复限制，并对加工产生有害影响的重复定位，称为不可重复定位，不可用重复定位是不允许的；当工件的一个或几个自由度被重复限制，但仍能满足加工要求，即不但不产生有害影响，反而可增加工件装夹刚度的定位，称为可用重复定位。在生产实际中，可用重复定位被大量采用。这次所要加工的零件定位角向分析如图 5.1。加工时前机体零件底面支靠在夹具定位平面上，这样控制了 X、Z、Y 零件三个自由度；此外用圆柱定位销及菱形销对零件定位孔定位时，则控制了零件 Z、Y、X 三个自由度。因此，零件压紧定位后，六个自由度
27、都受到了控制，得到了准确的加工。5 工件定位精度分析 20 一批工件逐个在夹具上定位时，由于工件以及定位原件的公差，使得各个工件所占的位置完全一致，加工后形成加工尺寸的不一致，为加工误差。这种只与工件定位有关的加工误差，称为定位误差。造成定位误差的原因有两个：一个是定位基准与工序基准不重合，由此产生基准不重合误差；二是定位基准与限位基准不重合，由此产生基准的位移误差。五参考文献1韩秋实.王红军.机械制造技术基础 M.3 版.北京：机械工业出版社，2009.2 王先逵.机械制造工艺学 M.2 版.北京：机械工业出版社，2009.3李大磊.王栋.机械制造工艺学课程设计指导书M.2 版.北京：机械工业出版社，2014.4 李益民.机械工艺设计简明手册 M.北京：机械工业出版社，1994.5 艾兴，肖诗纲.切削用量简明手册 M.3 版.北京：机械工业出版社，1994.6 王光斗，王春福.机床夹具设计手册 M.上海：上海科学技术出版社，2000.7杨叔子.机械加工工艺师手册 M. 北京：机械工业出版社，20018 哈尔滨工业大学，上海工业大学.机床夹具设计 M.上海科学技术出版社，1980.9 东北重型机械学院，洛阳工学院，第一汽车制造厂职工大学.机床夹具设计手册 M. 21 2 版.上海：上海科学技术出版社，1994. 22
