机械制造工艺学课程设计调整臂外壳.docx
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机械制造工艺学课程设计调整臂外壳
课程设计说明书
题目:
机械制造工艺学课程设计
调整臂外壳
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学号:
指导教师:
南京农业大学教务处制
目录
摘要
第一章绪论
第二章概述
2.1夹具夹紧装置及夹具体的基本要求
2.2机床夹具功用.
2.3机床夹具在机械加工中的作用
2.4机床夹具组成
2.5机床夹具的分类
第三章零件的分析
3.1零件的作用
3.2零件的工艺分析
第四章工艺规程设计
4.1确定毛坯的制造形式
4.2基准的选择.
4.3制定工艺路线
4.4机械加工余量及毛坯尺寸的确定
4.5确立切削用量及基本工时
第五章夹具设计
5.1工钻床夹具设计
5.2定位基准的选择
5.3切削力和夹紧力的计算
5.4定位误差分析
5.5夹具设计及操作的简要说明
摘要
调整臂的加工工艺及专用夹具设计，考虑到零件在机床运行过程中所受冲击不大，零件结构又比较简单，故选择铸造。
调整臂的主要加工面是调整臂的几个端面、方槽和孔，由于面的加工精度要比孔的加工精度容易保证。
因此，采用先面后孔的原则，以保证加工精度。
该设计中，应先以大端外圆加工出两端面，再以该基准面加工小段端面和相应的孔。
在其余工序中，均以此孔与端面为定位基准，加工调整臂的孔、槽和一些端面，在整个加工过程中，用到了车床、铣床和钻床。
为了加工精确快速，特别设计了铣侧面、镗孔和铣槽的专用夹具，并对它们的定位都采用了一面两销定位。
由于该零件的尺寸不大，所需的夹紧力不大。
因此，夹紧方式都采用手动夹紧，它的夹紧方式简单，机构的设计更为方便，满足夹紧要求。
关键词：
调整臂零件，毛坯，加工工序，切削用量，专用夹具，装夹
第一章绪论
随着科学技术的进步和生产力的发展，要求机械工业不断提供先进的技术设备，加之市场需求的变化多端，产品更新换代的周期越来越短，多品种、小批量生产的比例在提高。
这样，传统的生产技术准备工作，很不适应新的生产特点。
为了适应机械工业又好又快发展的需要，机床夹具的设计与制造技术也必须与时俱进，要求企业的高级技能人才能不断设计出构思合理、结构准确、工艺精良的夹具。
所以，在大学毕业之前，选择简单的夹具设计，希望通过此次设计，在过程中希望得到以下训练：
（1）运用机械制造工艺学课程中的基本理论以及在生产实习中学到的实践知识，正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及工艺路线安排，工艺尺寸确定等问题，保证零件的加工质量。
（2）提高结构设计能力。
通过设计夹具的训练，获得根据被加工零件的加工要求，设计出高效，省力，经济合理而能保证加工质量的夹具的能力。
（3）学会使用手册以及图表资料。
掌握与本设计有关的各种资料的名称，出处，能够做到熟练的运用。
（4）熟悉零件的工艺制定，和有关计算。
毕业设计是在学完大学的全部课程之后进行的，毕业设计对所学各课程的深入综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练，因此，毕业设计是大学至关重要的一环。
本设计就。
汽车的前调整臂的外壳的工艺规程及其加工过程中的专用夹具进行设计，由于作者的能力有限，设计难免存在不足和错误，恳请各位老师给予指教，在此致谢！
第二章概述
在机床制造企业生产中，机械加工、检验、焊接、热处理和装配等冷热加工工艺，都使用着大量的夹具，用以安装对象，使之占有正确的加工位置。
夹具在保证加工质量，改善劳动条件，提高劳动生产率和降低成本等方面有着极其明显的经济效益。
因此，夹具是企业生产中的一种重要的工艺装备。
2.1夹具夹紧装置及夹具体的基本要求
为了确保工件的加工质量和提高生产率，对夹紧装置提出“正、牢、简、快”的基本要求，如下
1）“正”就是在夹紧过程中应保持工件原有的正确定位。
2）“牢”就是夹紧力要可靠、适当，既要把工件压紧夹牢，保证工件不位移、不抖动；又不因为夹紧力过大而使工件表面损伤或变形。
3）“简”就是结构简单、工艺性能好、容易制造。
只有在生产批量较大的时候，才考虑相应增加夹具夹紧机构的复杂程度和自动化程度。
4）“快”就是夹紧机构的操作应安全、迅速、方便、省力。
设计夹紧装置时，首先要合理选择夹紧力的方向，再确定其着力点和大小，并确定夹紧力的传递方式和相应的机构，最后选用或设计夹紧装置的具体结构，来保证实现上述基本要求。
对于夹具体的基本要求，如下：
1）应有足够的强度和刚度
2）力求结构简单，装卸工件方便
3）要有良好的结构工艺性和实用性
4）结构尺寸大小适当且稳定
5）排除切削问题要解决
6）夹具在机床上安装要稳定、安全
2.2机床夹具功用
机床夹具的主要功能如下：
1）保证加工质量
使用机床夹具的首要任务是保证加工精度，特别是保证被加工工件的加工面与定位面之间以及被加工表面相互之间的位置精度。
2）提高生产率，降低生产成本
使用夹具后可减少划线、找正等辅助时间，且容易实现多件、多工位加工。
3）扩大机床工艺范围
在机床上使用夹具可使加工变得方便，并可扩大机床的工艺范围。
4）减轻工人的劳动强度，保证生产安全
采用专用夹具装卸工件显然比不用夹具方便、省力、安全、迅速。
2.3机床夹具在机械加工中的作用
在机床上应用夹具装夹工件时，其主要功能是使工件定位和夹紧。
1.机床夹具的主要功能
机床夹具的主要功能是装夹工件，使工件装夹中的定位和夹紧。
1）、定位
确定工件在夹具中占有正确的位置的过程，定位是通过工件定位基准而与夹具定位元件的定位面接触成配合实现的，正定位可以保证加工面的尺寸和位置的精度要求。
2）.夹紧
工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的操作。
由于工件在加工时，受到各种力的作用若不将其固定，则工件会松动、脱离，因此夹紧为工件提高了安全和可靠的加工条件。
2．机床夹具的特殊功能
机床夹具的特殊功能主要是对刀与导向。
1）.对刀
调整刀具切削相对工件或夹具的正确位置如铣床夹具中的对刀块，它能迅速地确定铣刀相对于夹具的正确位置。
2）.导向
如铣床夹具中的钻模板与钻套，能迅速的确定钻头的位置，并引导其进行钻削，导向元件制成模板形成故钻床夹具常称为钻模、镗床夹具（镗模）也是具有导向的功能的。
2.4机床夹具组成
一、机床夹具的基本组成部分
虽然各类机床夹具的结构有所不同但按主要功能加以分析。
机床夹具的基本组成部分是定位元件，夹紧装置和夹具体三个部分，这也好似夹具体的主要内容。
1.定位元件
定位元件是夹具的主要功能元件之一，通常当工件定位基准面的形状确定后，定位元件的结构也就确定了。
2.夹紧装置也是夹具的主要元件之一，一般铰链压板、螺钉、夹紧装置等。
3.夹具体
通常夹具作为铸件的结构、锻件结构、焊接结构，形状有回转体形和底座等多种定位元件，夹紧装置等分布在夹具体不同的位置上。
二、夹具的其他组成部分
为满足夹具的其他功能要求，各种夹具好要设计其他的元件的装置。
1.连接元件
根据机床的工作特点，夹具在机床上的安装。
连接常有的两种方式：
一种是安装在机床工作台上，另一种是安装在机床主轴上，连接元件用于确定夹具本身在机床上的位置。
2.对刀与导向装置
对刀装置常见在铣床夹具中，用以对刀块
调铣刀对刀前的位置，对刀时，铣刀不能与对刀块直接相连，以免碰伤铣刀的切削刃和对刀块工作表面。
导向装置钻模板、钻套、镗模的镗模支架。
镗套，它们能确定刀具的位置，并引导刀具进行切削。
3.其他元件和装置
根据加工的需要，有些夹具分别采用分度装夹，例如靠模装置上下料加工工艺机器人等。
2.5机床夹具的分类
1.按夹具的通用特性分类
这是一种基本的分类方法，主要反应夹具在不同生产类型中的通用特性，故也是选择夹具主要依据。
目前，我国常用的夹具有通用夹具、专用夹具和自动化生产夹具等五大类。
1）.通用夹具
通用夹具是指结构、尺寸已规格化，具有一定通用性的夹具、如三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘、台虎钳、万能分度头、顶尖、中心架、电磁吸盘等。
其特点是使用性强，不需调整或稍加调整就可以装夹一定形状和尺寸范围内的各种工件，这类夹具以商品化，且成为机床附件，采用这种夹具可减少生产周期，减少夹具品种从而降低生产成本，其缺点是夹具的精度不高，生产效率也较低，且较难装夹形状复杂的工件，故使用与单件小批量生产中。
2）.专用夹具
专用夹具是针对一个工序的要求而专门设计和制造夹具，其特点是针对性极强，没有通用性，在产品相对稳定批量较大的生产中，常用各种专用夹具，可获得较长，随着现代多品种中小批量的发展专用夹具在专用性和经济性等方面已多生许多问题。
3）.可调夹具
可调夹具是针对通用夹具专用夹具的缺陷而发展起来的异类新型夹具对不同类型和尺寸的工件，只需调整或更换原来夹具上的个别定位元件和夹紧元件便可使用。
它一般又称为通用可调夹具和成组夹具两种，前者的通用范围比通用夹具更大，后者则是一种可调夹具，它按成组原理设计并能加工一组相似零件，故在多品种中，中小批生产中上午有较好的经济效应。
第三章零件的分析
3.1零件的作用
。
汽车前刹车调整臂，主要是对前刹车调整臂进行支撑保护。
3.2零件的工艺分析
零件加工过程中，要保证侧孔φ13.8，φ13，φ16在同一个中心线上，中心轴线距定位基准φ60孔为39.5±0.2的位置精度要求；另外，上端R11孔对右侧凸台端面有70±0.25的位置精度要求；零件大端两侧端面相对中心线有
的尺寸要求等。
主要工序加工面如下示例：
第四章工艺规程设计
4.1确定毛坯的制造形式
零件的材料为KT350,零件承受的冲击载荷不是很大，且零件的轮廓尺寸较大，结构较为复杂，又为大批量生产，而且表面粗糙度质量要求也不是很高，故可采用铸件，以提高生产效率和效益。
4.2基准的选择
基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，对零件的生产是非常重要。
1）粗基准的选择
按照粗基准的选择原则，应选取尽量不加工的表面为粗基准，故选用R41外圆面及大端端面为粗基准。
以V型块定位并进行压紧。
2）精基准的选择
粗加工进行后，以一端端面为精基准，加工另一侧端面。
仍然以外圆用V型块定位，加工一侧端面和内孔。
主要考虑精基准重合的问题，当设计基准与工序基准不重合的时候，应该进行尺寸换算，这在以后还要进行专门的计算，在此不再重复。
4.3制定工艺路线
制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状，尺寸精度及位置精度的技术要求能得到合理的保证，在生产纲领已确定为大批量生产的条件下，可以考虑采用万能机床以及专用夹具，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，以便生产成本尽量降低。
1）工艺路线方案一
工序1粗铣半精铣大端面两端面；
工序2粗铣小端面两端面；
工序3精镗φ60孔；
工序4钻攻M10的螺纹；
工序5钻、扩、铰φ12孔；
工序6铣键槽；
工序7铣φ30的左右端面；
工序8钻铰侧面孔φ12；
工序9攻倒角；
工序10一面两销钻孔5*φ7；
工序11精铣小端面两端面；
工序12去毛刺检验；
按此工艺加工不太合理，我们知道对于一般零件采用基准先行原则应该先加工面后加工孔，才可满足零件的加工要求，因此换方案如下：
2）工艺路线方案二
工序1粗铣半精铣大端面两端面；
工序2粗铣小端面两端面；
工序3铣φ30的左右端面；
工序4钻、扩、铰φ12孔；
工序5攻倒角；
工序6粗精镗φ60孔；
工序7钻、扩、铰φ12孔；
工序8钻孔5*φ7；
工序9钻攻M10的螺纹；
工序10铣键槽；
工序11精铣小端面两端面；
工序12检验；
此工艺路线合理采用了重要表面先加工，次要表面后加工的原则，同时工序比较集中，装夹重复次数少，可以减少工序更换夹具所采用的时间，可以更好的提高加工效率，所以就此采用。
4.4机械加工余量及毛坯尺寸的确定
。
汽车前刹车调整臂的材料为KT350，σb=350MPa，毛坯重量2.5kg，生产类型为中批量，铸造毛坯。
试确定各加工表面的机械加工余量及毛坯尺寸如下：
1）非加工表面
考虑其零件非加工表面，没有粗糙度要求，因此直接铸造可成。
2）大端端面及小端端面沿轴线方向的加工余量
查《机械制造技术基础课程设计指南》（以下称《设计指南》）表5-4，取铸件的机械加工余量等级为F时的机械加工余量RAM均为1.5mm；查表5-1取公差等级为CT11，再查表5-3得出尺寸公差CT为3.6mm。
由《设计指南》表达式5-1,5-2,5-3；则毛坯铸造时，工件两侧总共需要的留出的金属余量（双侧加工）
ΔR=2RAM+CT/2=2
1.5+3.6/2=4.8mm，以单侧为2.4mm余量加工，单侧工序余量如下：
粗车2mm；
半精车0.4mm；
3）内孔φ60（已铸φ50孔），φ12（已铸φ6孔）
仿照2），查《设计指南》，得铸件留出的金属余量（双侧加工）φ60是10mm，φ12是6mm；现制定单侧工序余量如下：
①φ60
粗车3.5mm；
半精车1.5mm；
②φ12
钻2.5mm；
扩0.5mm；
铰0mm；
4）方槽
同上，取方槽端面铸造余量为2.5mm，工序余量
如下：
粗铣2mm；
半精铣0.5mm；
5）三个凸台
同上，取凸台的铸造加工余量均为2mm，
则工序余量如下：
粗铣1.5mm；
半精铣0.5mm；
6）其他尺寸直接铸造得到
由于零件的粗糙度要求不是很高，且为中批量生产，应该采用调整加工。
因此在计算最大、最小加工余量时都应按调整法加工方式予以确认。
4.5确立切削用量及基本工时
工序一以φ60孔和大端端面为精基准，铣小端端面
（1）加工条件
工件材料：
KT350,σb=350MPa,铸造；
加工要求：
铣小端端面，表面粗糙度Ra=6.3um；
机床：
X5012型立式铣床
刀具：
根据《工艺手册》表2.1-40选择高速钢铣刀。
根据表2.1-20，选择刀杆直径d=40mm，长度L=63mm，齿数z=8；选刀具前角
＝15°,后角
＝12°，已知铣削宽度40mm，铣削深度αp=2mm，铣双面。
（2）切削用量
1.确定每齿进给量
根据《设计指南》表5-65，X5012型铣刀功率为1.5kw，工艺系统刚性为中等，根据《工艺手册》表2.1-71，查得进给量f=0.12-0.2mm/z，取f=0.15mm/z。
2.选择铣刀磨钝标准及耐用度。
查《工艺手册》表2.1-75，铣刀最大的磨损量为0.5mm，耐用度90min。
3.确定切削速度和工作台每分钟的进给量
其中
，
，
，
，
，
，
，
，
，
，
，
，d=40
，将以上数据代入公式：
确定机床主轴转速：
。
根据《设计指南》表5-72选择n=130r/min，则实际的切削速度为v=16.2m/min，
所以工作台每分钟的进给量fmz
根据《设计指南》表5-73，X5012立式铣床的工作台进给量选择fmz=100mm/min,
则实际每齿的进给量fz=0.2mm/z。
4.校验机床功率。
根据《工艺手册》2.1-78计算铣削功率的公式为
式中
，
，
，
，
，
，
，
，
，
mm/z，
代入计算得
=930.14N,
kw；
因为X5012型铣床的主电动机的功率为1.5kw，故所选的切削用量可用。
（2）基本工时
根据《工艺手册》表2.1-99，一次进给铣削一端开口槽的基本时间是
由于表面的粗糙度值为6.3，一次铣削基本就可以达到精度要求，为保证精度要求合格，可再快速进给一次，机动时间约为8s。
第5章夹具设计
5.1φ13.8孔和φ16沉孔加工钻床夹具设计
本夹具主要用于立式钻床上加工前刹车调整臂φ13.8孔和φ16沉孔。
工件以φ60及大端端面和φ12孔为定位基准，在一面两销上实现完全定位。
采用气缸带动拉杆和开口垫圈夹紧工件。
因此，在本道工序加工时，我们应首先考虑保证各孔的加工精度，如何提高生产效率，降低劳动强度。
5.2定位基准的选择
拟定加工路线的第一步是选择定位基准。
定位基准的选择必须合理，否则将直接影响所制定的零件加工工艺规程和最终加工出的零件质量。
基准选择不当往往会增加工序或使工艺路线不合理，或是使夹具设计更加困难甚至达不到零件的加工精度（特别是位置精度）要求。
因此我们应该根据零件图的技术要求，从保证零件的加工精度要求出发，合理选择定位基准。
此零件图没有较高的技术要求，也没有较高的平行度和对称度要求，所以我们应考虑如何提高劳动效率，降低劳动强度，提高加工精度。
Φ60的孔和其两端面都已加工好，为了使定位误差减小，选择已加工好的φ60孔和大端端面作为定位精基准，来设计本道工序的夹具，以φ12孔,φ60孔和已加工好的φ60孔的端面，一面两销，作定位夹具。
为了提高加工效率，缩短辅助时间，决定用气缸带动拉杆，进而压紧开口垫圈作为夹紧机构，拉杆和开口垫圈位置如图所示。
5.3切削力和夹紧力的计算
（1）刀具:
高速钢圆柱型钻头
机床：
Z535立式钻床
根据《工艺手册》第一卷，表3.4-10，钻孔时的转矩
查表得，
；
；
；
；所以用Φ13.8钻头加工时，夹具垫圈所受到的切向力
同理，用Φ13钻头加工时，夹具垫圈所受到的切向力
同理，用Φ16钻头加工时，夹具垫圈所受到的切向力
计算切削力时必须考虑安全系数，取安全系数K=1.1，则垫圈受最大作用力Fz=3179
1.3=4132N。
选用气缸-拉杆-开口垫圈夹紧机构，气缸选用Φ108mm。
由表6.3-22，当压缩空气单位压力P=0.5MPa,气缸的作用力4580N。
此时气缸的夹紧力已经大于所需的夹紧力，故本夹具可以安全工作。
5.4定位误差分析
（1）定位元件尺寸及配合公差的确定
夹具的主要定位元件为大端端面和Φ12，Φ60两孔，孔与销间隙配合。
（2）工件的工序基准为两孔心和大端端面。
工件的定位基准为孔心。
当工件孔径为最大，定位销的孔径为最小时，孔心在任意方向上的最大变动量等于孔与销配合的最大间隙量。
本夹具是用来在立式钻床上加工，所以工件上孔与夹具上的定位销保持固定接触。
此时可求出孔心在接触点与销中心连线方向上的最大变动量为孔径公差多一半。
5.5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，本道工序的钻床夹具就选择了气动夹紧方式。
总之，设计夹具时，应使夹具结构简单，便于操作，降低成本。
提高夹具性价比。
本夹具设计的最大优点就是结构简单紧凑。
夹具的夹紧力不大，使用气缸直径不大。
夹具通过气缸作用，当气缸推动拉杆向外时，开口垫圈松开，可以拔出，套上工件后，再放回，然后气缸拉动拉杆夹紧工件，进行加工。
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