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说明书定稿
机械制造工艺学
课程设计说明书
姓名:
刘金鹏
班级:
机制94
学号:
3310940８
专业:
机械设计制造及其自动化
同组:
冯贺伟刘波许晓伟许俊青
指导教师:
聂信天朱顺先史立新
2012年6月２０
目录
一序言………………………………………………….3
二零件分析……………………………………………….3
三工艺规程设计………………………………………4
四专用夹具设计..............................14
五设计小结...........................15
六参考文献……………………………16
序言
机械制造工艺学课程设计是在我们学完了大半部分大学基础和专业课，并进行了生产实习的基础上进行的一个教学环节。
它要求我们学生全面地综合地运用本课程及其有关先前修的理论和实践知识，进行零件加工工艺规程的设计，机床夹具设计和刀具、量具的正确运用。
我希望能通过这次课程设计加深一下对先前学过的专业知识的理解和运用，培养独立的分析和解决工程实践问题的能力和熟悉并运用手册、规程及图表资料编写技术文件的基本技能，努力养成创新、严谨的工作态度。
一、零件的分析
（一）、零件的用途介绍。
我们这次题目做的零件是CA10B解放牌汽车“前刹车调整臂外壳”，它的主要作用是对前刹车调整臂进行支撑和保护，它的中心是一个花键孔，外面是蜗轮齿。
侧面有一个蜗杆轴，头上有一个四方，调整刹车用。
最外头有一个孔，装销子连接刹车分泵。
孔及键槽和轴配合传递扭矩达到调整刹车的作用。
（二）、零件的工艺分析。
本零件用于支撑和保护前刹车调整臂，同时也传递力矩，因此对零件有一定强度要求。
选用KT350，抗拉强度达到300Mpa,而且可锻铸铁可以承受震动或冲击，这些铸件如果是大批量生产，则它的底成本优点便更加突出。
本零件有两组主要的加工表面。
它们是：
（1）以φ60mm孔为中心的加工表面。
这一组的加工表面包括φ60mm孔，φ12mm二孔及它们的两个端面，键槽。
φ60mm中心孔和键槽起到定位和传递力矩的作用，所以它们的表面加工要求相对较高。
φ60mm孔，φ12mm二孔的中心轴线和它们的外端面要有一定的垂直度。
键槽靠φ12mm通孔，φ60mm孔及其外端面定位。
（2）、以φ12mm孔为中心的加工表面。
这一组的加工表面包括φ12mm通孔，φ13mm通孔，φ16mm阶梯孔，左右两个端面和M10螺纹。
φ12mm通孔，φ13mm通孔，φ16mm阶梯孔要保证一定的同轴度。
二、工艺规程设计
（一）、确定毛坯的制造形式。
毛坯的选择应根据生产批量的大小，零件的形状和尺寸，零件的受力情况，工厂现有的设备和技术水平及技术经济性等来决定。
我们这个加工“前刹车调整臂外壳”的加工任务为大批量生产，材料为可锻铸铁，为了使铸件的加工余量小，一模多用（模可重复使用，减少造模时间），提高生产效率，所以选用金属型铸造。
（二）、基准的选择。
（1）粗基准的选择：
按照粗基准的选择原则，即当零件有不加工表面时，应当以这些不加工表面作为粗基准，这样可以保证不加工表面相对于加工表面具有一定的相对位置关系。
在这里我们选择了以φ60mm孔，φ12mm二孔的外轮廓为粗基准，选用两个V型块定位，限制五个自由度，加上一个支撑板对φ60mm孔，φ12mm二孔的端面起支撑左右，达到完全定位。
选用这个粗基准一方面便于零件的装夹，另一方面又能达到很好的定位要求。
（2）精基准的选择：
应尽可能选择所加工表面的工序基准为精基准，这样可以避免由于基准不重合引起的定位误差。
但当设计基准和工序基准不重合时，应该进行尺寸换算。
（三）、拟定工艺路线。
拟定工艺路线是设计工艺规程最为关键的一步，它的出发点是保证零件的几何形状、尺寸精度、位置精度和表面质量等技术要求。
同时也要考虑经济和环境效果，努力降低生产成本，实现大批量快速生产，提高生产效率，因此工艺路线拟定要合理，机床和夹具的选择要与工艺路线合理配合。
我们这个小组拟定了两个加工方案，我们通过对加工工艺性，经济性的讨论和分析，最后确定了一种最为合理的工艺路线加工方案。
1.工艺路线方案一：
工序Ⅰ：
铣左侧端面（以φ60mm孔，φ12mm孔外轮廓为基准）
工序Ⅱ：
扩，镗φ60mm孔（以左侧端面为定位基准）
工序Ⅲ：
粗铣，精铣上下端面（以左侧端面和φ60mm中心孔为基准）
工序Ⅳ：
钻φ12mm孔，钻φ7mm孔。
工序Ⅴ：
铣φ30mm的右端面
工序Ⅵ：
钻，扩φ12mm孔钻φM10螺纹孔
工序Ⅶ：
修整R11的端面
工序Ⅷ：
粗插，精插键槽
工序Ⅸ：
攻M10螺纹孔
工序Ⅹ：
检查。
2.工艺路线方案二：
工序Ⅰ:
粗铣，精铣φ60mm孔，φ12mm二孔的两个端面。
工序Ⅱ：
钻，扩，精扩φ60mm孔，φ12mm孔。
工序Ⅲ：
钻φ7mm孔。
工序Ⅳ：
粗铣φ12孔的端面。
工序Ⅴ：
钻，扩φ12mm孔。
工序Ⅵ：
修整R11端面。
工序Ⅶ：
钳工去毛刺，倒角。
工序Ⅷ：
钻M10螺纹内孔。
工序Ⅸ：
粗插，精插键槽。
工序Ⅹ：
攻M10螺纹孔。
工序XI：
检查。
3.工艺路线的分析和比较。
方案一以φ60mm孔的外轮廓为粗基准加工左侧端面，再以左侧端面为精基准加工φ60mm中心孔，再以φ60mm中心孔和端面为定位基准加工其它表面。
选择这种基准定位方式考虑的是互为基准的原则
这种加工方法容易保证加工表面之间的位置精度，但是由于左侧端面面积小，铸造时可能也会存在缺陷，造成支撑面积不够，工件定位不稳，夹紧不可靠等问题。
因此我们废除了这个方案。
方案二基本是合理的，基准的选择和加工顺序也基本能达到生产的要求，但也有些地方要改正。
如工序Ⅰ加工以φ60mm孔的外轮廓为粗基准，不符合粗基准一般不重复使用的原则，因此端面的粗，精铣应分开，以保证端面和其它表面之间的位置要求。
工序Ⅱ将加工两个孔的工位分开，分别成为一个工序，对设备要求就会降低而且生产效率也会提高。
最后方案一和方案二存在的一个共同的问题是先加工Φ１２通孔再铣键槽，由于插键槽时遇到通孔会产生振动，这不公会对机床寿命有影响，还会降低键槽表面质量。
经过以上的分析和讨论确定的最优方案为：
工序Ⅰ：
粗铣半精铣φ60mm孔的一个端面。
以另一端面为粗基准φ60mm，φ12mm二孔的外轮廓为基准，选用XA6132型立式万能铣床。
工序Ⅱ：
粗铣φ60mm孔另一端面。
以φ60mm，φ12mm二孔的外轮廓为基准，以已加工的端面为精基准。
工序Ⅲ：
粗铣半精铣φ12mm两端面，以φ60mm两端面和φ60mm，φ12mm二孔的外轮廓为基准。
工序Ⅳ：
扩，精扩φ60mm孔；以φ60mm孔的外轮廓和端面为基准。
以端面为主要定位基准，限制三个自由度⌒X，⌒Y，→Z，有以φ60mm孔外轮廓为定位基准，限制两个自由度→X，→Y，加上用V型块配合夹紧φ12mm孔外轮廓限制一个自由度⌒Z，从而实现完全定位。
工序Ⅴ：
钻，扩，精扩φ12mm孔。
工序Ⅵ：
钻φ4.3mm孔。
以φ60mm孔的外轮廓和端面为基准，Z2518立式钻床。
工序Ⅶ：
铣左右两个端面。
以φ60mm，φ12mm二孔为基准，保证两端面的对称度，选用X63型卧式铣床。
工序Ⅷ：
钻，扩，精扩通孔φ12mm，以φ60mm，φ12mm二孔和端面（一面两销）为基准，选用Z3025摇臂钻床。
工序Ⅸ：
钳工去毛刺，倒角。
工序Ⅹ：
钻M10螺纹内孔。
以右端面和φ60mm孔端面为基准，选用Z525立式钻床及专用夹具加工。
工序XI：
插键槽。
以φ60mm,φ12mm二孔及端面和φ12孔为基准，大Ｖ型块限制工件Ｘ移动，Ｙ移动方向的两个自由度底面设计三个支撑平台充当面定位，限制工件Ｘ转动，Ｙ转动和Ｚ移动方向活动的小Ｖ型块限制工件Ｚ转动方向的自由度，选用X53型立式插床。
工序XⅡ：
攻M10螺纹孔。
工序XⅢ：
检查。
（四）．机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定。
“前刹车调整臂外壳”的零件材料为KT350，硬度小于150HB,毛坯重量为2.5KG，生产类型为大批量生产，采用金属型浇铸方法铸造该毛坯。
根据上述原始资料和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 加工φ60mm，
mm二个孔的上下两个端面。
加工余量的计算长度为
mm，
mm，表面粗糙度要求为Ra3.2
（1）.按照《机械加工余量手册》表4-1，
的铸件尺寸公差等级为IT7-IT9，取加工余量等级为F级，公差等级为IT9，则φ60mm孔的外端面加工余量为2.0-2.5mm，取Z＝1.5mm。
mm的铸件尺寸公差等级为IT7-IT9，按照《机械加工余量手册》表4-1取加工余量等级为F级，公差等级为IT9，则
mm孔的外端面单边加工余量为2.0-2.5mm，取Z=1.5mm。
（２）铣削余量：
半精铣单边余量查《金属切削手册》Z=0.5-1.0mm，取Z=0.5mm。
公差即为零件公差-0.17mm或-0.24mm。
粗铣余量：
粗铣的单边公称余量为Z=1.5-0.5=1.0mm。
粗铣公差：
现规定本工序的精度等级为IT13，因此可知本工序的加工公差为-0.39mm（
mm端面）和-0.27mm（
mm端面）。
由于本设计规定的零件为大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，应调整加工方式予以确定。
φ60mm，φ12mm二孔的外端面加工余量工序间余量和公差分布如下：
由图1可知φ60mm孔的部分：
毛坯名义尺寸为：
35＋2×1.5＝38mm
毛坯最大尺寸为35+2x1.5+2.6/2=39.3mm
毛坯最小尺寸为35+2x1.5-2.6/2=36.7mm
粗铣后最大尺寸：
35+0.5x2＝36mm
粗铣后最小尺寸：
35+0.5/2-0.39=35.61mm
半精铣后尺寸为
mm
由图2可知φ12mm孔台阶端面部分：
毛坯名义尺寸：
12+2x1.5=15mm
毛坯最大尺寸：
12+2x1.5+2.2/2=16.1mm
毛坯最小尺寸：
12+2x1.5-2.2/2=13.9mm
粗铣后最大尺寸：
12+2x0.5＝13mm
粗铣后最小尺寸：
13-0.27/2=12.865mm
半精铣后尺寸为
mm。
最后将上述计算的工序间尺寸和公差整理成下表：
工序
加工尺寸及公差
φ60mm孔外端面
φ12mm孔外端面
毛坯
粗铣
半精铣
毛坯
粗铣
半精铣
加工前尺寸
最大
39.3
36
16.1
13
最小
36.7
35.61
13.9
12.73
加工后尺寸
最大
39.3
36
35
16.1
13
12
最小
34.84
35.61
34.84
11.89
12.73
11.89
加工余量（单边）
（mm）
1.5
最大
1.0
0.5
1.5
1.0
0.5
最小
0.6
0.39
0.73
0.34
加工公差（单边）（mm）
该“前刹车调整臂外壳”零件的铸件毛坯图见后面附图3。
6.键槽160+0.027mm
.键槽160+0.027mm的精度级为IT10，查《金属机械加工工艺设计手册》表５－２得键槽宽加工余量为2Z＝2.0mm。
（1）精铣余量：
单边0.1mm，公差为00+0.027mm.
（2）粗铣余量：
2Z＝2mm-2x0.1mm＝1.8mm.
工序Ⅹ：
铣160+0.027mm键槽
1:
粗铣，精铣160+0.027mm键槽。
粗铣16mm键槽保证尺寸15.8mm，切削余量为2Z＝1.8mm，选用背吃刀量ap=8mm的。
查《机械切削工艺参数速查手册》表6-18取刀杆截面为１６*２５，根据表6-18取每齿进给量为f1＝0.3mm.dst-1;再查《机械切削工艺参数速查手册》表6-19取插削速度V＝24m/min，
查《金属机械加工工艺设计手册》表5-2知：
插削工时的计算公式为 T0=H/（f*n）
其中Ｈ＝h+1,f为插刀进给量/每双行程,n为每分钟双行程数目
h=46-D/2=14mm.
故该工序加工工时为Ｔ０＝H/f*n=12/f*n
查《机械加工工艺速查手册》知每分钟双行程速为n=1000v/（L*（1+K））
故代入数据求得n=415.6
将n代入工时计算式求得加工工时为T0=0.12min
2:
精插160+0.027mm的键槽何证尺寸160+0.027mm，插削余量为2Z=0.2mm。
查表6-17选用切刀插刀，键槽的两端分两次插削，可以减少夹紧力载荷，对夹具的设计要求有所降低，并且可以提高插削表面精度，查《机械切削工艺手册》表6-18取插削进给量f=0.15mm.dst-1，取背吃刀量ap=8.0mm,则查《机械加工工艺速查手册》表6-19得v=36m/min.
同理查表5-2知
T0=H/f*n
查表知n=1000v/L（1+k）其中L=35mm,k=0.65
故加工工时T0`=0.13min
故该工序总工时为
T=0.12+0.13=0.25min
夹具设计：
为了提高生产效率，我们选用自已设计的夹具，此夹具用来插削160+0.027r键槽，有此较高的公差要求，但同时应考虑提高生产率，因此该夹具设计时，有一定的定位要求，还应装夹方便，降低劳动强度。
1:
定位基准的选择：
对于此零件，我选用Φ62mm孔的外轮廓，Φ12mm孔的外轮郭对基准，对于Φ62mm也轴线方向的自由度没必要限制，故该方向我不设定位基准，为了提高工作效率，我主要利用液动原件来实现对零件的夹紧。
2:
切削力及夹紧力的计算：
工件材料：
可锻铸铁，刀具材料：
高速钢， 加工方式：
插削。
在计算切削力时必须把安全系数考虑进去，安全系数k=k1k2k3k4
其中：
k1=1.5,k2=1.15,k3=1.0,k4=1.0
所以k=k1k2k3k4=1.725
查《机械加工工艺速查手册》知在该进给量f＝0.3mm.dst-1切削速度为v=24m/min情况下的切削力为Ｆf=22304.58N。
夹具操作说明：
夹具可手动螺旋夹紧也可以采用液压推动螺纹推杆夹紧，液压系统推动螺纹推杆旋紧后压在Ｖ型块上，压紧力通过Ｖ型块传动到工件上将工件压坚。
为了使挡板能够承受强大的夹紧力，特在夹具体与推杆之间加了加强肋板，这样更能保证夹具的强度满足夹紧力的要求。
去毛刺，倒角.
该夹具由于设计时注意到精简问题，故在设计时，由于夹具体有些单薄，如果用螺轩将大V型块和夹具体连起来则很难达到强度和刚度要求，经过多次计算，最终决定将大Ｖ型块和平具体制为一体，大Ｖ型块限制工件Ｘ移动，Ｙ移动方向的两个自由度，在夹具体底面，由于工件与夹具体接解面积较大，面它们的接触面积又有比较高的精度要求，故为了降低夹具体的制造加工难度级成本，在底面设计三个支撑平台充当面定位，限制工件Ｘ转动，Ｙ转动和Ｚ移动方向的三个自由度，再用一个活动的小Ｖ型块充当夹紧件，并对工件Ｚ转动方向的自由度进行限制，整套夹具体布局略显紧凑。
参考文献
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