机械制造基础课程设计

设计题目：制订分摇臂支座及钻三孔夹具设计

目  录

设计任务书

一 零件的分析………………………………………

二 工艺规程设计……………………………………

（一） 确定毛坯的制造形式……………………

（二） 基面的选择………………………………

(三)  工艺阶段划分

（三） 制订工艺路线……………………………

（四） 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺

寸的确定……………………………………………

（五） 确定切削用量及基本工时………………

三 夹具设计…………………………………………

四 参考文献…………………………………………

一、 零件的分析

（一）零件的工艺分析 

摇臂支座是发动机上一种重要零件，在发动机中，常具有定位，承受压力的作用，这个零件从零件图上可以看出，他的设计基准是基准D面，加工表面包括：Ø12mm，Ø11.5mm圆柱面；Ø4mm，Ø3mm，Ø2mm，Ø6.1mm，Ø10.5mm孔； D,E，F面及端面；

由以上分析可知，对于这些加工表面而言，我们关键是加工出基准D面及Ø6.1mm，Ø10.5mm孔，并以此为其准加工其它表面，并且保证其它表面与孔之间的位置精度要求。

图1 零件图

二、工艺规程设计

（一）确定毛坯的制造形式

零件材料为35，考虑到该零件在机械产品中的受力并保证零件的工作可靠性，零件为小批生产，而且零件的尺寸不大，因此，毛坯可采用手工锻造，对工人技术水平要求比较高。

（二）基面的选择

基准面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择的正确与合理，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。

粗基准的选择：以上下表面和两侧面作为粗基准，以消除，，三个自由度，用以消除，，三个自由度，达到完全定位。

对于精基准而言，根据基准重合原则，选用设计基准作为精基准。

(四)工艺阶段划分

当零件表面精度和粗糙度要求比较高时，往往不可能在一个工序中加工完成，而划分为几个阶段来进行加工。

A ．粗加工阶段 主要切除各表面上的大部分加工余量，使毛坯形状和尺寸接近于成品。该阶段的特点是使用大功率机床，选用较大的切削用量及尽可能提高生产率和降低刀具磨损等。

B ．半精加工阶段 完成次要表面的加工，并为主要表面的精加工作准备。   C ．精加工阶段 保证主要表面达到图样要求。

D ．光整加工阶段 对表面粗糙度及加工精度要求高的表面，还需进行光整加工。这个阶段一般不能用于提高零件的位置精度。

就本零件而言,零件精度要求不是很高,有三组表面需要经过半精加工和精加工,其它加工表面只要粗加工即可.需要经过半精加工和精加工的表面是Ø12mm柱面，及铣D，E表面。

（四）制订工艺路线

制订工艺路线的出发点，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得到合理的保证。在生产纲领为小批生产的条件下，可以考虑采用万能性机床配以部分专用夹具来提高生产效率。除此以外，还应当考虑经济效率，以便使生产成本尽量下降。

由《特种机械加工技术》P109表3-5、3-6、3-7，列出对摇臂支架外圆柱、孔、表面的加工方法如下：

加工部位	精度等级	表面粗糙度Ra/μm	加工方法
支架底面	IT11	6.3	粗车-半精车
支架双耳端面	IT7	6.3	粗车-半精车
支架双耳表面	IT8	0.8	粗车-半精车-精车
Φ3mm孔	IT12	12.5	钻
Φ4mm孔	IT8	6.3	钻-扩-铰
Φ10.5mm孔	IT12	12.5	钻
Φ6.1mm孔	IT12	12.5	钻
支架外圆表面	IT12	6.3	粗车-半精车
支架双耳圆柱	IT8-IT9	0.1	粗车-半精车-粗磨-精磨

工序顺序的安排

1.机械加工顺序

（1）遵循“先基准后其他”的原则。首先加工精基准——摇臂支架的底面。

（2）遵循“先粗后精”的原则。先安排粗加工工序，然后再安排加工工序。

（3）遵循“先主后次”的原则。先加工主要表面——摇臂支架的底面、摇臂支架耳朵端面、摇臂支架耳朵表面。

（4）遵循“先面后孔”的原则。首先加工各个端面和表面，后加工各个孔。

2.热处理工序

模锻成型后切边，进行调质。调制硬度为241~285HBS，并进行酸洗，喷丸处理。喷丸可以提高表面硬度，增加耐磨性，消除毛坯表面印脱碳而对机械加工带来的不利影响。摇臂支架前臂表面在精加工之前需要进行局部淬火，提高它的耐磨性和在工作中成熟冲击载荷的能力。

3.辅助工序

在半精加工后，安排去毛刺和中间检验工序；精加工后，安排去毛刺、清晰和中检工序。

综上所述，该摇臂支架的安排顺序为：基准加工——主要加工表面粗加工以及一些余量大的表面粗加工——主要表面半精加工和次要表面加工——热处理——主要表面精加工。

1．工艺路线方案一

工序Ⅰ  锻造成型。

工序Ⅱ  铣底面D。

工序Ⅲ  铣顶面E

工序Ⅳ  钻Φ10.5，Φ6.1孔。

工序Ⅴ  粗车、精车Φ12外圆及端面，粗车、精车G、F端面，切槽Φ11.5、倒角

工序Ⅵ  钻孔Φ3，钻、铰孔。

工序Ⅶ  钻孔2×Φ2

工序Ⅷ  局部淬火

工序Ⅸ  磨2×Φ12

工序Ⅹ  清洗检验。

2.工艺路线方案二

工序Ⅰ  锻造成型。

工序Ⅱ  铣底面D。

工序Ⅲ  铣顶面E．

工序Ⅳ  钻Φ10.5，Φ6.1孔。

工序Ⅴ 钻孔Φ3，。

工序Ⅵ  粗车、精车Φ12外圆及端面。

工序Ⅶ  钻、铰孔

工序Ⅷ  钻孔2×Φ2

工序Ⅸ 局部淬火，

工序Ⅹ  清洗检验

工艺方案的比较与分析：

上述两个工艺方案的特点在于：

方案一把工件加工工序分得比较集中，能减少设备投资，增加换刀及铺助时间，适合小批量生产。

方案二是加工工序较分散，而且分得有点乱，加工过程中精度得不到保证，适当调整一下顺序，可以适合大中批量生产。

第一种方案的装夹比较多，但是考虑到加工零件的方便性，及加工精度，且是小批量生产，所以采用方案一比较合适。

（五）机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定           

摇臂支座零件材料为35，毛坯重量约为0.3Kg，生产类型为小批生产，

采用手工锻造。

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. 车Φ12外圆及端面

考虑圆柱面的粗糙度Ra为0.8，参照《机械制造工艺设计手册》——以下简称“手册”，表1—43，确定工序尺寸为 Z=2.5mm，其中粗加工的加工余量Z=1.2mm，半精加工的加工余量Z=0.7mm，精加工余量为Z=0.4，光整加工余量为Z=0.2

2. 车Ø12mm端面

考虑端面的粗糙度Ra为3.2，参照《机械制造工艺设计手册》——以下简称“手册”，表1—43，确定工序尺寸为 Z=2mm，其中粗加工的加工余量Z=1.5mm，半精加工余量为0.5mm。

4．铣底面顶面，

考虑端面的粗糙度Ra为3.2，参照《机械制造工艺设计手册》——以下简称“手册”，表1—43，确定工序尺寸为 Z=2mm，其中粗加工的加工余量Z=1.5mm，半精加工余量为0.5mm。

毛坯制造尺寸及技术要求见毛坯图。

图2 毛坯图

（六）确定切削用量及基本工时

工序Ⅱ  铣底面D

机床：X5032型立式铣床

刀具：立式端铣刀，材料：， 。

铣底面D，

因其单边余量：Z=2mm

所以铣削深度：

参照参考文献[3]表2.4-81，取

机床主轴转速：

，

按照参考文献[3]表3.30           

实际铣削速度：      

进给量：           

工作台每分进给量：     

：根据参考文献[3]表2.4-81,

切削工时

被切削层长度：由毛坯尺寸可知，

走刀次数为1，

  

工序Ⅲ 铣顶面E，

机床：X5032型立式铣床

刀具：立式端铣刀，材料：， 。

因其单边余量：Z=2mm

所以铣削深度：

参照参考文献[3]表2.4-81，取

机床主轴转速：

，

按照参考文献[3]表3.30           

实际铣削速度：      

进给量：           

工作台每分进给量：     

：根据参考文献[3]表2.4-81,

切削工时

被切削层长度：由毛坯尺寸可知，

走刀次数为1，

 

工序Ⅳ 钻Φ10.5，Φ6.1孔。

钻孔

机床：Z525

刀具：高速钢麻花钻

确定进给量f=0.57mm/r·K=0.57×0.93=0.52㎜/s  

ν=0.2m/s    （12m/min）    （表3—42）

n===5.9r/s

按机床选取    n=350r/min=5.8r/s

故实际切削速度   ν==0.2m/s

切削工时  l=53mm，l= 5mm，l=2mm

t== =19.6 s=0.33min

钻孔

机床：Z525

刀具：高速钢麻花钻

确定进给量f=0.57mm/r·K=0.57×0.93=0.52㎜/s  

ν=0.2m/s    （12m/min）    （表3—42）

n===10.4r/s

按机床选取    n=570r/min=9.5r/s

故实际切削速度   ν==0.18m/s

切削工时  l=47mm，l= 3mm，l=2mm

t== =10.5 s=0.17min

工序Ⅴ  粗车、精车Φ12外圆及端面，粗车、精车G、F端面，切槽Φ11.5、倒角

机床：C6140车床

刀具：YT15硬质合金车刀

确定切削用量及加工工时

粗车Φ12端面：

确定加工余量为1.5mm，查《切削用量简明手册》，加工切削深度    由表4  ，根据［3］表1  当用YT15硬质合金车刀加工35钢时：   ;

切削修正系数：    

   

故  

由机床  

  

两端     

粗车Φ12外圆：

确定加工余量为1.5mm，查《切削用量简明手册》，加工切削深度    由表4  ，根据［3］表1  当用YT15硬质合金车刀加工35钢时：   ;

切削修正系数：    

   

故  

由机床  

    

两端     

精车Φ12端面：

确定加工余量为0.5mm，查《切削用量简明手册》，加工切削深度    由表4  ，根据［3］表1  当用YT15硬质合金车刀加工35钢时：   ;

切削修正系数：    

   

故  

由机床  

  

两端     

精车Φ12外圆：

确定加工余量为0.5mm，查《切削用量简明手册》，加工切削深度    由表4  ，根据［3］表1  当用YT15硬质合金车刀加工35钢时：   ;

切削修正系数：    

   

故  

由机床  

    

两端     

工序Ⅵ  钻孔Φ3，钻、铰孔。

机床：Z525

刀具：高速钢麻花钻

钻孔Φ3

根据手册选取

f=0.57mm/r·K=0.57×0.93=0.52㎜/s  

ν=0.2m/s    （12m/min）    （表3—42）

n===21.2r/s

按机床选取    n=960r/min=16r/s

故实际切削速度   ν==0.15m/s

切削工时  l=48mm，l= 2mm，l=1mm

t== =6.1s=0.1min 

机床：Z525

刀具：高速钢麻花钻

钻孔Φ4

根据手册选取

f=0.57mm/r·K=0.57×0.93=0.52㎜/s  

ν=0.2m/s    （12m/min）    （表3—42）

n===15.9r/s

按机床选取    n=960r/min=16r/s

故实际切削速度   ν==0.2m/s

切削工时  l=4mm，l= 0mm，l=1mm

t== =0.6s=0.001min 

工序Ⅶ  钻孔2×Φ2

机床：Z525

刀具：高速钢麻花钻

根据手册选取

f=0.57mm/r·K=0.57×0.93=0.52㎜/s  

ν=0.2m/s    （12m/min）    （表3—42）

n===31.8r/s

按机床选取    n=1360r/min=22.7r/s

故实际切削速度   ν==0.14m/s

切削工时  l=6mm，l= 1mm，l=1mm

t== =0.76s=0.12min 

钻两孔 2t=0.24min

三、 专用夹具设计

（一） 问题提出

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。

利用本夹具主要用来加工工序Ⅴ（钻孔Φ3，钻、铰孔）。在加工本工序前，其他重要表面都已加工，因此，在本道工序加工时，主要考虑如何保证中心对齐，如何降低劳动强度、提高劳动生产率，保证精度。

(二) 夹具设计

1.  定位基准的选择

由零件图可知，为了定位误差小，选择零件的底面和孔Ø10.5为主定位基准面，由Ø6.1端面为次要定位基准面，这样，由一个平面，一个定位销限制了工件五个自由度，再以Ø6.1mm配一个菱形销定位，这样便限制了工件6个自由度，达到完全定位。

2．切削力及夹紧力计算 

刀具：高速钢钻头，直径d=3mm，f=0.52mm/r

钻头转速  n=16r/s

工件材料：灰铸铁 HB=210

则：

切屑扭矩   M=10        （表3—36）

=225.63×3×0.52×1.059×10

=1.14（N·m）

轴向力     F==588.60×3×0.52×1.059

=1108（N）

其中    K=K=()=()=1.059

切削功率   P=2Mn×10

=2×3.14×1.14×8.33×10

=0.059 KW

由零件定位、装夹方式可知，只有钻削时产生的轴向力能引起零件的松动。

由夹紧机构产生的实际夹紧力应满足下式：

P=K·F

式中，安全系数

为基本安全系数1.5；

为加工性质系数1.1；

为刀具钝化系数1.2；

为断续切削系数1.2。

所以         （N）

所需的实际夹紧力为2212N是不算很大，为了使得整个夹具结构紧凑，决定选用螺纹夹紧机构。

1．位误差分析

定夹具的主要定位元件为一平面和一定位销一挡销：

定位销是与零件孔相配合的，通过定位销、削边销与零件孔的配合来确定加工孔的中心，最后达到完全定位。因此，定位销与其相配合的孔的公差相同，即公差为h7。

由于是自由公差，因此满足公差要求。

2．夹具设计及操作的简要说明

如前所述，在设计夹具时，应该注意提高劳动生产率。为此，应首先着眼于采用何种夹紧装置以减少更换工件的辅助时间。本夹具设计时，尽量使夹具体简单，紧凑。

图4 夹具设计

四、参考文献

1《机械制造工艺学课程设计指导书》  机械工业出版社  赵家齐 编

2《机械制造工艺设计手册》   机械工业出版社    王绍俊  编

3《机床夹具设计手册》