后钢板弹簧吊耳工艺及夹具设计说明书.doc

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课程设计说明书 题目：批量生产“后钢板弹簧吊耳”机加工工艺规程及专用夹具设计 学 院： 机电工程学院 专业班级： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 绪 论 机械的加工工艺及夹具设计是在完成了大三的全部课程之后，进行的一次理论联系实际的综合运用，使我对专业知识、技能有了进一步的提高，为以后从事专业技术的工作打下基础。机械加工工艺是实现产品设计，保证产品质量、节约能源、降低成本的重要手段，是企业进行生产准备，计划调度、加工操作、生产安全、技术检测和健全劳动组织的重要依据，也是企业上品种、上质量、上水平，加速产品更新，提高经济效益的技术保证。夹具又是制造系统的重要组成部分，不论是传统制造，还是现代制造系统，夹具都是十分重要的。因此，好的夹具设计可以提高产品劳动生产率，保证和提高加工精度，降低生产成本等，还可以扩大机床的使用范围，从而使产品在保证精度的前提下提高效率、降低成本。所以对机械的加工工艺及夹具设计具有十分重要的意义。 通过这次课程设计，可对以前学过的课程进行一次综合的深入的总复习，把学习到的理论知识和实际结合起来，从而提高自己分析问题，解决问题的能力。 目录 1 课程设计任务书 1 1.1设计题目 1 1.2设计任务 1 1.3设计要求 1 2 后钢板弹簧吊耳加工工艺规程设计 2 2.1零件分析及毛坯设计 2 2.1.1零件功用 2 2.1.2零件的结构和技术要求分析 3 2.2工艺过程设计所应采取的相应措施 4 2.3后钢板弹簧吊耳加工定位基准的选择 4 2.3.1 确定毛坯的制造形式 4 2.3.2粗基准的选择 5 2.3.3精基准的选择 5 2.3.4零件表面加工方法的确定，吊耳各表面加工方案 6 2.4 工艺路线的制定 6 2.4.1 工艺方案一 6 表 2.1 工艺方案一表 7 2.4.2 工艺方案二 7 表 2.2 工艺方案二表 7 2.4.3 工艺方案的比较与分析 7 2.5机床设备及工艺装备的选用 8 2.5.1机床设备的选用 8 2.5.2工艺装备的选用 8 2.6机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 9 2.7 工序6 加工孔 11 2.7.1切削用量的确定 11 2.7.2加工余量，工序尺寸及公差的确定 13 2.8本章小结 14 3 加工工艺孔夹具设计 15 3.1加工工艺孔夹具设计 15 3.2定位方案的分析和定位基准的选择 15 3.3定位元件的设计 16 3.4定位误差分析 17 3.5切削力的计算与夹紧力分析 18 3.6钻套、衬套、钻模板及夹具体设计 18 3.7夹具精度分析 20 3.8夹具设计及操作的简要说明 21 3.9本章小结 21 心 得 22 1 课程设计任务书 1.1设计题目 1　 设计某个零件的制造工艺和某道工序的专用夹具。 2　 生产纲领：大批量。 1.2设计任务 1　 零件：后钢板弹簧吊耳 夹具工序：钻Φ10.5孔 1.3设计要求 所设计的零件加工工艺切实可行；专用夹具简单实用，能够满足大批量加工要求；所绘图纸符合工程要求。 1　 完成的任务包括： 2　 零件图（一份） 3　 毛坯图（一份） 4　 工艺综合卡片（一份） 5　 专用夹具装配图（一份） 6　 课程设计说明书（一份） 2 后钢板弹簧吊耳加工工艺规程设计 2.1零件分析及毛坯设计 2.1.1零件功用 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。 图2.1 后钢板弹簧吊耳零件图 2.1.2零件的结构和技术要求分析 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）以外圆端面为主要加工表面的加工面。这一组加工面包括：外圆端面的铣削，加工孔，其中外圆端面粗糙度要求为，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开口槽的铣削，2个数值为的同轴度要求。其中的孔表面粗糙度要求为，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。 加工表面 技术要求/mm 公差及精度等级 Ra/μm 形位公差/mm Φ60mm 两外圆端面 60mm IT12 6.3 Φ37 孔 IT9 1.6 Φ 30孔内侧面 54mm IT12 12.5 Φ30孔外侧面 54mm IT12 50 Φ30孔 IT9 1.6 ◎ Φ0.01 A Φ10.5孔 10.5 IT12 12.5 开口槽 4mm IT12 50 2.2工艺过程设计所应采取的相应措施 由以上分析可知，该零件的主要加工表面是平面及孔系。一般来说，保证平面的加工精度要比保证孔系的加工精度容易。因此，对于该零件来说，加工过程中的主要问题是保证平面的尺寸精度以及孔的尺寸精度及位置精度，处理好孔和平面之间的相互关系。 该类零件的加工应遵循先面后孔的原则：即先加工零件的基准平面，以基准平面定位加工其他平面。然后再加工孔系。后钢板弹簧吊耳的加工应遵循这个原则。这是因为平面的面积大，用平面定位可以确保定位可靠夹紧牢固，因而容易保证孔的加工精度。其次，先加工平面可以先切去铸件表面的凹凸不平。为提高孔的加工精度创造条件，便于对刀及调整，也有利于保护刀具。 后钢板弹簧吊耳零件的加工工艺应遵循粗精加工分开的原则，将孔与平面的加工明确划分成粗加工和精加工阶段以保证孔系加工精度。 由于后钢板弹簧吊耳的生产量很大。怎样满足后钢板弹簧吊耳生产率要求也是过程中的主要考虑因素。 2.3后钢板弹簧吊耳加工定位基准的选择 2.3.1 确定毛坯的制造形式 “后钢板弹簧吊耳”零件材料为35钢，硬度HBS为149～187，生产类型为大批量生产。 考虑到该弹簧吊耳零件在工作过程中要承受压力冲级载荷，为增强弹簧吊耳零件的强度和冲级韧度，故毛坯选用铸造件，零件材料为35号钢。 2.3.2粗基准的选择 粗基准选择应当满足以下要求： （1） 粗基准的选择应以加工表面为粗基准。 （2） 选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。 （3） 应选择加工余量最小的表面作为粗基准。 （4） 应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准，以保证定位准确夹紧可靠。 （5） 粗基准应避免重复使用，因为粗基准的表面大多数是粗糙不规则的。多次使用难以保证表面间的位置精度。 为了满足上述要求，基准选择以后钢板弹簧吊耳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他孔与平面。（具体请见工序卡片） 2.3.3精基准的选择 1.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.精基准的选择 精基准的选择主要考虑基准重合的问题，根据该弹簧吊耳零件的技术要求和装配要求，选择加工后的两外圆端面作为精基准。 2.3.4零件表面加工方法的确定，吊耳各表面加工方案 根据弹簧吊耳零件图上各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，确定加工工件各表面的加工方法，如表2-3-2所示。 加工表面 尺寸精度等级 表面粗糙度Ra/ 加工方案 两外圆端面 IT12 6.3 粗铣 孔 IT9 1.6 粗镗-粗拉 孔内侧面 IT12 12.5 粗铣 孔外侧面 IT12 50 粗铣 孔 IT9 1.6 粗镗-粗拉 孔 IT12 12.5 钻 开口槽 IT12 50 粗铣 表2-3-2 2.4 工艺路线的制定 由于生产类型为大批生产，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。 2.4.1 工艺方案一 工序1： 铣两外圆端面 工序2： 粗镗，粗拉 孔，倒角 工序3： 钻，扩孔 工序4： 粗镗，粗拉 孔，倒角 工序5： 铣孔的内侧面 工序6： 铣孔的外侧面 工序7： 铣宽度为4的开口槽 工序8： 终检 表 2.1 工艺方案一表 2.4.2 工艺方案二 工序1： 铣孔的内侧面 工序2： 铣孔的外侧面 工序3： 钻，扩孔 工序4： 粗镗 ，粗拉 孔，倒角 工序5： 铣宽度为4的开口槽 工序6： 铣两外圆端面 工序7： 粗镗，粗拉 孔，倒角 工序8： 终检 表 2.2 工艺方案二表 2.4.3 工艺方案的比较与分析 上述两个工艺方案的特点在于：方案一是先加工两外圆端面，然后再以此为基面加工孔，再加工孔，孔，最后加工孔的内外侧面以及宽度为4的开口槽铣，则与方案二相反，先加工孔的内外侧面，再以此为基面加工孔，孔，宽度为4的开口槽，最后加工两外圆端面，孔， 经比较可见，先加工两外圆端面，以后位置度较易保证，并且定位及装夹都较方便，但方案一中先加工孔，孔，再加工孔的内外侧面，不符合先面后孔的加工原则，加工余量更大，所用加工时间更多，这样加工路线就不合理，同理，宽度为4的开口槽应放在最后一个工序加工。所以合理具体加工艺如下： 工序1： 铣两外圆端面，（粗铣—半精铣） 工序2： 粗镗，粗拉，锪倒角 ，铰孔。 工序3： 铣孔的内侧面。，粗铣。 工序4： 铣孔的外侧面。，粗铣。 工序5： 粗镗，粗拉 孔，倒角。。 工序6： 钻，扩孔， 工序7： 铣宽度为4的开口槽，。 工序8： 终检 表 2.3 工艺方案表 2.5机床设备及工艺装备的选用 2.5.1机床设备的选用 在大批生产的条件下，可选用高效的专用设备和组合机床，也可选用通用设备。所选用的通用设备应提出机床型号，如该弹簧吊耳零件选用的通用设备“立式铣床X51”。 2.5.2工艺装备的选用 工艺装备主要包括刀具，夹具和量具。该弹簧吊耳零件的工艺装备在工序卡中都有说明，其中由于生产类型为大批量生产，故夹具选用的是专用夹具。 2.6机械加工余量、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，生产类型为大批量生产，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） 铣两外圆端面： 考虑其加工表面粗糙度要求为，可以先粗铣，再精铣，根据《实用机械制造工艺设计手册》（以下简称《工艺手册1》）表2-3、2-4、7-25，工艺方法为砂型机器造型，加工余量精度为H，取公差代号CT为8.基本尺寸为，取2Z=5已能满足要求。 (2) 加工孔 其表面粗糙度要求较高为，其加工方式可以分为粗，粗拉两步，根据《机械加工工艺手册》（以下简称《工艺手册2》）表2.3-48，确定工序尺寸及余量为： 毛坯孔： 粗镗孔： 2Z=1.5 粗拉孔： 2Z=0.5 (3) 铣孔的内侧面 考虑其表面粗糙度要求为，只要求粗加工，根据《工艺手册1》表7-25，取2Z=2已能满足要求。 (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1》 表7-25，取2Z=2已能满足要求。 (5) 加工孔（基轴制） 其表面粗糙度要求较高为，其加工方式可以分为钻，扩，铰三步，根据《工艺手册1》表7-11，确定工序尺寸及余量为： 毛坯孔： 粗镗孔： 2Z=1.2 粗拉孔： 2Z=0.8 (6) 加工孔 其表面粗糙度要求较高为，其加工方式可以分为钻，扩，两步，根据《机械加工工艺手册》表7-13，确定工序尺寸及余量为： 钻孔： 扩孔： 2Z=1.5 (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1》表7-25，取2Z=2已能满足要求。 图2.2后钢板弹簧吊耳毛坯图 2.7 工序6 加工孔 2.7.1切削用量的确定 机床：立式铣床X51 刀具：麻花钻、扩孔钻 （1）、钻Φ9.8㎜孔 1　 切削深度：=4.9mm 2　 进给量：根据《机械制造技术基础课程设计指导教程》表5-21，取。由于本零件在加工孔时属于低刚度零件，故进给量应乘系数0.75，则 3　 主轴转速：根据《机械制造技术基础课程设计指导教程》表5-21，取切削速度，取=20, =9代入以下公式得： 机床主轴转速：，根据《机械制造技术基础课程设计指导教程》表4-15，取 实际切削速度： 4　 机动时间： 根据《机械制造技术基础课程设计指导教程》表5-41 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，，, ,代入以下公式得： 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 1　 切削深度：=0.35㎜ 2　 进给量： 根据《机械制造技术基础课程设计指导教程》表5-23， 参照《机械制造技术基础课程设计指导教程》表5-23，取 3　 主轴转速 切削速度：参照《机械制造技术基础课程设计指导教程》表5-24，取，取=56.5, =10.5代入以下公式得 机床主轴转速：， 根据《机械制造技术基础课程设计指导教程》表4-15取，实际切削速度： 4　 机动时间： 根据《机械制造技术基础课程设计指导教程》表5-41 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，，, ,代入以下公式得： 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 2.7.2加工余量，工序尺寸及公差的确定 由《机械制造技术基础课程设计指导教程》表2-28可查得，钻孔余量；查《工艺手册1》表6-8可依次确定各工序尺寸的加工精度等级为：扩孔：IT11；钻：IT12。根据上述结果，再查《互换性与测量技术基础》表2-4标准公差数值表可确定各工步的公差值分别为：扩孔：0.130mm；钻：0.210mm。 综上所述，该工序各工步的工序尺寸及公差分别为，扩孔：；钻孔：，它们的相互关系如图2-5-2所示。 图2-5-2 2.8本章小结 本章主要是对后钢板弹簧吊耳的加工工艺进行设计。先要明确零件的作用 ，本次设计的后钢板弹簧吊耳的主要作用就是载重后，使钢板能够得到延伸，伸展，能有正常的缓冲作用。确定了零件的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸后，就可以对零件的工艺路线进行分析，制定出几套工艺方案，然后对这几套方案进行分析比较，选择最优方案，最后进行时间定额计算及生产安排。优良的加工工艺是能否生产出合格，优质零件的必要前提，所以对加工工艺的设计十分重要，设计时要反复比较，选择最优方案。 3 加工工艺孔夹具设计 3.1加工工艺孔夹具设计 本夹具主要用来钻、扩两个工艺孔。这两个工艺孔均有表面粗糙度要求，表面粗糙度为，与R30mm圆垂直。本道工序为后钢板弹簧吊耳加工的第六道工序，本道工序加工时主要应考虑如何保证其表面粗糙度要求，以及如何提高劳动生产率，降低劳动强度。 3.2定位方案的分析和定位基准的选择 由零件图可知，两工艺孔位于零件R30mm孔上，其有尺寸精度要求和表面粗糙度要求并应与端面垂直。为了保证所钻、扩的孔与侧面垂直，根据基准重合、基准统一原则。在选择两工艺孔的加工定位基准时，应尽量选择上一道工序即钻扩铰工序的定位基准，以及设计基准作为其定位基准。因此加工工艺孔的定位基准应选择孔端面为主要定位基面以限制工件的三个自由度，以孔配和的圆柱销限制工件的两个自由度，以孔配和的削边销限制工件的一个自由度，既采用一面两销定位。再用一个螺旋夹紧机构从孔的另一端面进行夹紧。 图3.1 定位分析图 3.3定位元件的设计 本工序选用的定位基准为一面两孔定位，所以相应的夹具上的定位元件应是一面两销。因此进行定位元件的设计主要是对短圆柱销和短削边销进行设计。 由加工工艺孔工序简图可知两工艺孔中心距。 由于两工艺孔有位置度公差，根据《机械设计制造工艺及专用夹具设计指导》，其尺寸公差为 所以两工艺孔的中心距为 ，而两工艺孔尺寸为，。 根据《机床夹具设计手册》削边销与圆柱销的设计计算过程如下： 图5.2 两销分析图 （1）确定两定位销中心距尺寸及其偏差 == （2）确定圆柱销直径及其公差 （—基准孔最小直径） 取f6，所以圆柱销尺寸为 （3）削边销的宽度b和B （由《机床夹具设计手册》） （4）削边销与基准孔的最小配合间隙 式（5-1） 其中：—基准孔最小直径 —圆柱销与基准孔的配合间隙 代入数据由公式（5-1） （5）削边销直径及其公差 按定位销一般经济制造精度，其直径公差带为，则削边销的定位圆柱部分定位直径尺寸为 。 （6）补偿值 3.4定位误差分析 本夹具选用的定位元件为一面两销定位。其定位误差主要为： （1）移动时基准位移误差 = = (2)转角误差 其中： 3.5切削力的计算与夹紧力分析 由于本道工序主要完成工艺孔的钻、扩、铰加工，而钻削力远远大于扩和铰的切削力。因此切削力应以钻削力为准。由《切削手册》得： 钻削力 式（5-2） 钻削力矩 式（5-3） 式中： 代入公式（5-2）和（5-3）得 本道工序加工工艺孔时，夹紧力方向与钻削力方向相同。因此进行夹紧立计算无太大意义。只需定位夹紧部件的销钉强度、刚度适当即能满足加工要求。 3.6钻套、衬套、钻模板及夹具体设计 工艺孔的加工需钻、扩、两次切削才能满足加工要求。故选用快换钻套（其结构如下图所示）以减少更换钻套的辅助时间。根据工艺要求：工艺孔分钻、扩、两个工步完成加工。即先用的麻花钻钻孔，根据GB1141—84的规定钻头上偏差为零，故钻套孔径为。再用标准扩孔钻扩孔，根据的规定扩孔钻的尺寸为，钻套尺寸为。 图 3.3 快换钻套图 扩工艺孔钻套结构参数如下表： 表 3.1 扩工艺孔钻套数据表 d H D 公称尺寸 允差 10.5 16 16 -0.006 -0.018 26 22 12 4 10 11.5 20.5 衬套选用固定衬套其结构如图3.4，其结构参数如表3.2： d H D C 公称尺寸 允差 公称尺寸 允差 16 +0.019 0 16 22 +0.039 +0.025 1 0.6 图 3.4 固定衬套图 表 3.2 固定衬套数据表 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。这些主要元件设计好后即可画出夹具的设计草图，如图3.5所示。整个夹具的结构见夹具装配图（另附）所示。 图3.5 3.7夹具精度分析 利用夹具在机床上加工时，机床、夹具、工件、刀具等形成一个封闭的加工系统。它们之间相互联系，最后形成工件和刀具之间的正确位置关系。因此在夹具设计中，当结构方案确定后，应对所设计的夹具进行精度分析和误差计算。 本道工序加工中主要保证两工艺孔尺寸及与孔距离要求为粗糙度表面粗糙度。固定衬套采用孔径为，同轴度公差为。 该工艺孔的位置度应用的是最大实体要求。即要求：（1）、各孔的实际轮廓受最大实体实效边界的控制即受直径为的理想圆柱面的控制。（2）、各孔的体外作用尺寸不能小于最大实体实效尺寸。（3）、当各孔的实际轮廓偏离其最大实体状态，即其直径偏离最大实体尺寸时可将偏离量补偿给位置度公差。（4）、如各孔的实际轮廓处于最小实体状态即其实际直径为时，相对于最大实体尺寸的偏离量为，此时轴线的位置度误差可达到其最大值。 工艺孔的尺寸，由选用的铰刀尺寸满足。工艺孔的表面粗糙度，由本工序所选用的加工工步钻、扩、满足。 3.8夹具设计及操作的简要说明 由零件图可知，两工艺孔位于零件Φ30mm孔上，其有尺寸精度要求和表面粗糙度要求并应与端面垂直。为了保证所钻、扩的孔与侧面垂直，根据基准重合、基准统一原则。在选择两工艺孔的加工定位基准时，应尽量选择上一道工序即粗镗、粗拉工序的定位基准，以及设计基准作为其定位基准。因此加工工艺孔的定位基准应选择孔端面为主要定位基面以限制工件的三个自由度，以孔配和的圆柱销限制工件的两个自由度，以孔配和的削边销限制工件的一个自由度，既采用一面两销定位。然后由一个螺旋夹紧机构夹紧就可以开始加工了 3.9本章小结 本夹具主要用来加工后钢板弹簧吊耳工艺孔。首先应明确本夹具中的夹紧定位机构，本工艺孔的定位基准应选择孔端面为主要定位基面以限制工件的三个自由度，以孔配和的圆柱销限制工件的两个自由度，以孔配和的削边销限制工件的一个自由度，既采用一面两销定位。再用一个螺旋夹紧机构从孔的另一端面进行夹紧。然后按照有关公式进行切削力和夹紧力的计算，然后对钻床夹具必不可少的钻套和衬套进行设计，对夹具精度进行分析。夹具是制造系统的重要组成部分，夹具对加工质量、生产率和产品成本都有直接的影响。是能否高效、便捷生产出合格、优质零件的保证。所以对夹具设计也是非常重要的。 心 得 后钢板弹簧吊耳的加工工艺及夹具设计，主要是对后钢板弹簧吊耳的加工工艺和夹具进行设计。后钢板弹簧吊耳的加工工艺设计主要是确定加工工艺路线，机械加工余量和切削用量、基本工时的确定，夹具的设计主要是要设计出正确的定位夹紧机构。在本设计中工件的加工工艺路线正确合理，夹具的定位夹紧机构也能达到定位夹紧的目的，能保证加工工件的精度。在设计中遇到了很多问题，如出现工艺路线的不合理，甚至出现不能保证加工所要求达到的精度。在进行夹具设计时，因定位基准选择不合理，出现过定位或欠定位造成加工的零件的精度得不到保证。在选择夹紧机构时由于机构的大小，尺寸等不合理，而达不到夹紧的目的，也可能因夹紧力作用点或作用面的位置不合理而使工件产生翻转。不过在指导老师的悉心认真的指导下，经过三个多月自身的不断努力，这些问题都一一解决。在这个过程中，对机械加工工艺和夹具设计有关的知识有了更深的理解，增强了对本专业综合知识运用的能力，使我对专业知识、技能有了进一步的提高，为以后从事专业技术的工作打下基础。