机械制造基础课程设计
题目：设计CA10B解放汽车中间轴轴承支架的机械加工工艺规程及工艺装备（中批量生产）
班级：08机制本科
学生：XXX
学号：XXXX
指导教师：
XXXXX学院
2009-7-10
目录
前言 (1)
课程任务 (1)
零件的分析 (2)
工艺规程的设计 (3)
夹具的设计 (13)
设计小节 (17)
参考文献 (18)
前言
通过机床工艺及夹具设计，汇总所学专业知识如一体(如《机械制造技术基础》、《机械零件设计》、《金属工艺学》、《机械制图》、《公差于配合》、等)。让我们对所学的专业课得以巩固、复习及实用，在理论与实践上有机结合；使我们对各科的作用更加深刻的熟悉与理解，并为以后的实际工作奠定坚实的基础！
在些次设计中我主要是设计CA6140拨叉的磨床夹具。在此次课程设计过程中，我小组成员齐心协力、共同努力完成了此项设计。
题目设计CA10B解放汽车中间轴轴承支架的机械加工工艺规程及工艺装备（中批量生产）
内容
1.零件图一张2．毛坯图一张3．机械制造加工工艺过程综合卡片一张4．夹具设计装配图一张5．夹具设计零件图一张6．课程设计说明书一份
一、零件的分析
（一）零件的作用
题目所给的零件是CA10B汽车中间轴的轴承。它主要起到稳固滚子的作用，在安装时起到固定滚珠的作用，利于安装。
零件上方的φ13孔起固定作用，下方的φ70斜孔则是用于装轴承。支撑中间轴。零件为铸件，铸造时起模度2°
（二）零件的工艺分析
CA10B中间轴轴承支架共有两处加工表面，其间有一定斜
度要求，φ140孔有一定的斜度为5.5°，两个φ13斜孔与
中间的φ13斜孔角度为30°。分述如下：
1. 顶端φ13
这一孔加工包括：φ13的孔，以及其内端面，与外圆有位置要求，这个孔有高的位置度要求，与外圆中心2mm, 与突台R5圆中心距离25mm，与两端φ13的孔的垂直距离72mm。
2. φ140孔及两端表面
这一孔加工包括：φ140的孔公差带0.26～0，以及其前后两个端面。这两表面及孔有一定的位置度要求,即φ140的孔前后两个端面与顶端φ13的孔上表面有斜度要求，φ140的孔与支撑架中心有斜度5.5°及宽度为50mm。由上面分析可知，加工时应先加工一组表面，再以这组加工后表面为基准加工另外一组。
3. 两端φ13的孔及端平面
两φ13的孔有位置要求232mm,与端面内侧为4mm，与突台垂直。突台要求高12mm且有斜度30°
二工艺规程设计
(一)确定毛坯的制造形式
零件材料为HT200。考虑零件在运行过程中所受冲击不大，零件结构又比较简单，故选择铸件毛坯。
（二）基面的选择
基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得正确与合理可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中问题百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，使生产无法正常进行。
（1）粗基准的选择。对于零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准。而对有若干个不加工表面的工件，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作粗基准。根据这个基准选择原则，加工φ140孔以外圆面为基准镗孔，加工前后端面相互为基准进行铣削加工。加工两个φ13孔的突台以突台下表面及φ140孔做为基准加工。
（2）精基准的选择。主要应该考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门计算，此处不再重复。
（三）制定工艺路线
制定工艺路线得出发点,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,在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用万能性机床配以专用工卡具,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，以便使生产成本尽量下降。
1. 工艺路线方案一
工序一粗铣φ140孔前端面。
工序二粗铣φ140孔后端面。
工序三扩φ140孔
工序四粗铣φ13孔上端面。
工序五钻φ13孔。
工序六粗铣两侧φ13孔端面。
工序七钻两侧φ13孔。
工序八检查
2 工艺路线方案二
工序一粗铣φ140孔前端面。
工序二粗铣φ140孔后端面。
工序三扩φ140孔
工序四粗铣φ13孔上端面。
工序五粗铣两侧φ13孔端面。
工序六钻φ13孔。
工序七钻两侧φ13孔。
工序八检查
上面工序可以适合大多数生产。通过方案一和二的比较，选择方案一。工序八和工序九可设计用同一组专用夹具进行加工，减少了装夹误差。
以上工艺过程详见工艺卡片。
（四）机械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸的确定CA10B解放汽车中间轴轴承支架零件材料为HT200，硬度170~220HB，毛皮重量3kg，生产类型中批量，铸造毛坯。
据以上原始资料及加工路线，分别确定各家工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：
1. 外圆表面延轴线方向长度方向的加工余量及公差（φ140前后端面）。
查《机械制造工艺设计简明手册》（以下称《工艺手册》）表2.2～2.5，取φ140前后端面长度余量均分别为1.75,3（均为双边加工）
铣削加工余量分别为：
粗铣 1mm 2mm
2. 内孔（φ140已铸成孔）
查《工艺手册》表2.2～2.5，取φ140已铸成孔长度余量为4，即铸成孔半径为66mm。
3.其他端面加工余量（三个φ3孔端面）
查《工艺手册》表2.2～2.5，取长度余量为3,
铣削加工余量分别为：
粗铣：2mm
3. 其他尺寸直接铸造得到
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、最小加工余量时应按调整法加工方式予以确认。（五）确立切削用量及基本工时
工序Ⅰ以φ140圆前后为相互基准，粗铣φ140孔前后端面。
1. 加工条件
工件材料：HT200,σ b =0.16GPa, HBS=170~220,铸造。
加工要求：粗铣φ140孔前后端面。
机床：X5012立式铣床。
刀具：硬质合金端铣刀,牌号YG8合金钢。铣削宽度a w<=60,深度
a p<=4,齿数z=6,故据《机械加工工艺师手册》（后简称《工艺手册》）取刀具直径d o=80mm。查表21-18选择刀具前角γo＝＋5°,后角αo＝14°，副后角αo=8°,刃倾角λs＝-15°,主偏角Kr=50°,副偏角Kr’=5°,Krε=25°,过渡刃宽bε=1mm。
2. 铣削用量
1）铣削深度
因为切削量较小，故可以选择a p=1.5mm，一次走刀即可完成所需长度。
2）每齿进给量机床功率为 1.5kw。查《工艺手册》a f=0.15~0.30mm/z。选择较小量a f=0.15 mm/z。
3）查后刀面最大磨损及寿命
查《工艺手册》表30-11，后刀面最大磨损为1.5~2.0mm。
查《工艺手册》表30-25，寿命T=180min
4）计算切削速度按《工艺手册》表30-23，切削速度范围为60~110m/min,现选用V c＝72m/min，n=125r/min,a f=0.2mm/z,V f＝a f zn=150mm/min.据X5012铣床参数，选择n c=125r/min,V fc=125mm/s,则实际切削速度V
=3.14*80*125/1000=31.4m/min,实际进给量为 f zc=V c
/n c z=125/(125*10)=0.1mm/z。
fc
5)校验机床功率查《工艺手册》表30-25得Pcc=1.16kw,而机床所能提供功率为Pcm>Pcc。故校验合格。
最终确定a p=1.5mm，n c=125r/min,V fc=125mm/s，V c=31.4m/min，f z=0.1mm/z。
6）计算基本工时
min
39.0150
5
.45.13402
1
=++=
+
+
=
v
l
l l
f
w
m t
工序Ⅱ 以φ140孔外圆为基准，扩φ140孔，保证孔的精度
达到IT7。
选择钻床：Z535立式钻床。加工刀具分别为： 扩孔——?140mm 标准高速钢扩孔钻； 1.选择扩孔切削用量
1)确定进给量f 根据表28-31:f=1.6-2.0mm/r. 根据Z535机床说明书,取f=1.8mm/r. 2)确定切削速度v 及n 根据表28-33: 取v 表=10m/min 修正系数: k mv =1.0, k apv =1.0,故 V ＇表=10m/min*1.0*1.0=10 m/min ,
N ＇=1000v ’表/(∏d 0)=5.9r/min,查机床说明书得:n=10r/min,实际切削速度为
v=∏d 0n*103
-=1.7m/min. 3)计算工时
min 86.18
.1105.3301=?+=
++=
nf
t l l l f w
m
由于所有工步所用工时很短，所以使得切削用量一致，以减少辅助时间。
6 各工序实际切削用量
根据以上计算，该工序切削用量如下： 扩孔：d 0=139mm,f=1.8mm/r,n=10r/min,v=1.7m/min
7 钻头磨钝标准及寿命
扩孔后刀面最大磨损限度（查《工艺手册》）为0.9～１.４mm ，寿命min 60=T 8.计算工时
min 67.05
.230205.0301
=?++=
++
=
nf
t l
l l
f
w
m
由于所有工步所用工时很短，所以使得切削用量一致，以减少辅助时间。
工序Ⅲ 粗铣φ13孔上端面 1. 加工条件
工件材料：HT200,σ b =0.16GPa HB=170~220,铸造。 加工要求：粗铣φ140前后端面。 机床：X5012立式铣床。
刀具： 硬质合金端铣刀,牌号YG8合金钢。铣削宽度a w <=60,深度a p <=4,齿数z=6,故据《机械加工工艺师手册》（后简称《工艺手册》）取刀具直径d o =80mm 。查表21-18选择刀具前角γo ＝＋5°,后角αo ＝14°，副后角αo =8°,刃倾角λ
s ＝-12°,主偏角
Kr=50°,副偏角Kr ’=5°,Kr ε=25°,过渡刃宽b ε=1mm 。 2. 切削用量
1） 铣削深度 查表30-43因为切削量较小，故可以选择a p =0.5mm ，一次走刀即可完成所需长度。
2） 每齿进给量 机床功率为 1.5kw 。查《工艺手册》a f =0.15~0.30mm/z 。由于是对称铣，选较小量a f =0.15 mm/z 。
3） 查后刀面最大磨损及寿命
工序Ⅳ 以φ140孔及后端面为精基准，钻φ13孔，保证垂直度
误差不超过0.05mm,孔的精度达IT7。
1．选择钻床：Z535立式钻床。加工刀具分别为： 钻孔——?13mm 标准高速钢麻花钻； 2.确定钻削用量 （1）确定进给量
查《工艺手册》表28-10得：r mm f /86.0~70.0=
取f=0.8mm/r ， 根据表28-8，按钻头强度所允许的进给量f ＇>1.75mm/r, 由于机床进给机构允许的轴向力F max =15690N(由机床说明书查出),根据表28-9允许的进给量f ＇＇>1.8mm/r 。 由于所选进给量f 远小于f ＇及f ＇＇，故所选f 可用。 （2）．确定切削速度V ，轴向力F ，转矩T 及切削功率P M 根据《工艺手册》表28-15，由插入法得：
V 表 =13.5m/min, F 表=6460N, T 表=58N ·m, P M 表=1.34KW 由于实际加工条件与上表所给条件不完全相同,故应对所的结果进行修正.
由表28-3得: k Mv =1.0, k lv =1.0,故V ＇表=13.5 m/min ×1.0×1.0=13.5 m/min.min /9.238'1000'0
r d v n ==
π表
查Z535机床说明书，取n=245r/min.实际切削速度为
min
/9.131000
0m n
d v ==
π
由表28-5得：
k MT = k MF =0.94,故F=6460*0.94=6072N ， T=58*0.94=54.5 N ·m
（3）校验机床功率
切削功率P M =P M 表（n/n ’）k MM =1.32KW,
机床有效功率P ’E =P E η=3.65KW>P M, 故选择的钻削用量可用.即 d 0=18mm,f=0.8mm/r,n=245r/min,v=13.9m/min
相应的
F=6072N,T=54.5 N ·m, P M=1.32KW,
３.计算工时
min 31.08
.024592501=?++=
++=
nf
t l l l f w
m
由于所有工步所用工时很短，所以使得切削用量一致，以减少辅助时间。
工序Ⅴ粗铣两侧φ13孔上端面 1. 加工条件
工件材料：HT200,σ b =0.16GPa HB=170~220,铸造。 加工要求：精铣φ140前后端面。 机床：X5012立式铣床。
刀具： 硬质合金端铣刀,牌号YG8合金钢。铣削宽度a w <=60,深度a p <=4,齿数z=6,故据《机械加工工艺师手册》（后简称《工艺手册》）取刀具直径d o =80mm 。查表21-18选择刀具前角γo ＝＋5°,后角αo ＝14°，副后角αo =8°,刃倾角λ
s ＝-12°,主偏角
Kr=50°,副偏角Kr ’=5°,Kr ε=25°,过渡刃宽b ε=1mm 。 2. 切削用量
1） 铣削深度 查表30-43因为切削量较小，故可以选择a p =0.5mm ，一次走刀即可完成所需长度。
2） 每齿进给量 机床功率为 1.5kw 。查《工艺手册》
a f =0.15~0.30mm/z 。由于是对称铣，选较小量a f =0.15 mm/z 。
3） 查后刀面最大磨损及寿命
查《工艺手册》表30-11，后刀面最大磨损为0.4mm 。 查《工艺手册》表30-25，寿命T=180min
4） 计算切削速度 按《工艺手册》，查得V c ＝72m/min ，n=125r/min,a f =0.2mm/z,V f ＝a f zn=150mm/min.据X5012铣床参数，选择
n c =125r/min,V fc =125mm/s,则实际切削速度
V
c =3.14*80*125/1000=31.4m/min,实际进给量为
f
zc =V
fc /n c z=125/(125*10)=0.1mm/z 。
5)校验机床功率 查《工艺手册》Pcc=1.5kw,而机床所能提供功率为Pcm>Pcc 。故校验合格。
最终确定a p =1.5mm ，n c =125r/min,V fc =125mm/s ，V c =31.4m/min ，f
z =0.1mm/z 。
6）计算基本工时
min
39.0150
5
.45.13402
1=++=
++=
v
l l l
f
w
m t
工序Ⅳ 以φ140孔，端面，及顶端φ3孔为精基准，钻φ3孔（两侧）
1. 选择钻头及钻床
选择高速钢麻花钻钻头，钻床为Z512-A.粗钻时d o =6mm ，横刃斜角ψ=40-60°锋角 1182=?° 后角16=f
α
° 螺旋角
28=β°
2.确定切削用量 1）确定进给量
查《工艺手册》r mm f /33.0~27.0=,选f ＝０.３按钻头强度选择
根据表28-8，按钻头强度所允许的进给量f ＇ =0.6-0.72mm/r ． 按钻头强度选择r mm f /70.0=
最终决定选择机床已有的进给量r mm f /3.0= 经校验校验成功。 2）钻头磨钝标准及寿命
后刀面最大磨损限度（查《工艺手册》表２８－１）为0.４～0.8mm ，寿命min 35=T ．
３）．确定切削速度V ，轴向力F ，转矩T 及切削功率P M 根据《工艺手册》表28-15，由插入法得：
V 表 =１４m/min, F 表=1295N, T 表=2.88N ·m, P M 表=0.21KW 由于实际加工条件与上表所给条件不完全相同,故应对所的结果进行修正. 由表28-3得: k Mv =1.0, k lv =0.65,故V ＇表
=14m/min*0.65*1.0=9.1 m/min ,
min /483'1000'0
r d v n ==
π表
查Z535机床说明书，取n=500r/min.实际切削速度为
min
/42.91000
0m n
d v ==
π
由表28-5得：
k MT = k MF =1.1,故F=1295*1.1=1424N ，
T=2.88*1.1=3.16 N ·m 4）校验机床功率
切削功率P M =P M 表（n/n ＇）k MM =0.24KW,
机床有效功率P ＇E =P E η=0.37KW>P M, 故选择的钻削用量可用.即
d 0=6mm,f=0.3mm/r,n=500r/min,v=9.42m/min
相应的
F=1424N,T=3.16 N ·m, P M=0.24KW,
３.计算工时
min 3.03
.050032401
=?++=
++
=
nf
t l
l l
f
w
m
由于所有工步所用工时很短，所以使得切削用量一致，以减少辅助时间。
工序Ⅵ 检查
其余几步数据见工艺卡片。
三 卡具设计
经过与老师协商，决定设计第Ⅲ道工序——铣φ13孔端面的铣床卡具。本卡具将用于Z535立式钻床。刀具选用 ?13mm 标准高速钢麻花钻。
（一） 问题的提出
在给定的零件中，对本步加工的定位有较高的要求，是自由公差，定位要求较高。因此，本步的重点应在卡紧的方便与快速性上，保证加工面的平整。
（二） 卡具设计 定位基准
在选择定位方案时，由于定位方式多种多样，对定位基准、
限位基准的确定也有几种不同方法，此处采用以下观点:当工件中φ140的侧面作为定位基面时，其本身为定位基准。当工件以平面与定位元件接触，此平面就是定位基面，它的理想状态(平面度误差为零)是定位基准。但对于已经加工过的平面，通常忽略其平面度误差，所以认为，定位基面就是定位基准，二者重合。
定位元件的确定
选择φ140孔的内侧面为基准，再配以其上的一大圆销（自由度限制数：5）来定位。夹紧装置是采用带固定手柄压紧螺钉和螺旋压板压紧装置。操作时只需拧动螺母就可将工件夹紧。夹具上还设有对刀块，用来确定铣刀的位置。此夹具定位元件采用一面和一销定位,两个辅助支撑钉做辅助支撑，拟用不完全限位方式定位。
夹紧装置
夹紧基本原理理论
夹紧的目的是保证工件在夹具中的定位，不致因工时受切削力，重力或伴生离心力，惯性力，热应力等的作用产生移动或振动。夹紧装置是夹具完成夹紧作用的一个重要的而不可以缺少的组成部分，除非工件在加工过程中所受到的各种力不会使它离开定位时所需确定的位置，才可以设有夹紧装置。夹紧装置设计的优劣，对于提高夹紧的精度和加工作效率，减轻劳动强度都有很大的影响。该夹紧装置是采用螺旋压斑的联动夹紧机构。操作时
只需拧动螺母就可将工件夹紧。夹具上还设有对刀块，用来确定铣刀的位置
1．切削力和卡紧力计算
刀具：高速钢直齿三面刃铣刀，?63mm, Z=14
Fz=CP·t0.83·Sz0.65·D-O.83·B·Z·kP (见《切削手册》3-56表)
解得 Fz =200 (N)
其中CP=52，t=8mm, Sz=0.08mm/s, B=8mm, D=63mm, Z=14, kP=(HB/198)0.55
在计算切削力时，必须考虑安全系数。安全系数K= k1 k2 k3 k4
水平切削分力FH=1.1 Fz =220 (N)
垂直切削分力Fv=0.3 Fz=60 (N)
其中： k1为基本安全系数1.5
k1为加工性质系数1.1
k1为刀具钝化系数1.1
k1为断续切削系数1.1
F,=KFH =1.5×1.1×1.1×1.1×200=400 (N)
实际加紧力为WK= KFH/U1U2=400/0.5=800 (N)
其中U1和U2为夹具定位面及加紧面上的磨擦系数，U1=U2=0.025
螺母选用M16X1.5细牙三角螺纹，产生的加紧力为
W=2M/D2tg(a+6’55)+0.66(D3- d3/ D2- d2)
解得： W=1O405 (N)
其中：M=19000 N.M D2=14.8mm a=2029, D=23mm d=16mm
此时螺母的加紧力W已大于所需的800(N)的加紧力，故本夹具可安全工作。
设计小结
为期两周的夹具课程设计已经接近尾声，回顾整个过程，我组三名同学在赵彤涌老师的指导下，取得了可喜的成绩，课程设计作为《机械制造技术基础》、《金属工艺学》等课程的重要环节，使理论与实践更加接近，加深了理论知识的理解，强化了生产实习中的感性认识。
本次课程设计主要经历了两个阶段：第一阶段是机械加工工艺规程设计，第二阶段是专用夹具设计。第一阶段我们运用了基准选择、切削用量选择计算、机床选用、时间定额计算等方面的知识；夹具设计的阶段运用了工件定位、夹紧机构及零件结构设计等方面的知识。
通过此次设计，使我们基本掌握了零件的加工过程分析、工艺文件的编制、专用夹具设计的方法和步骤等。学会了查相关手册、选择使用工艺装备等等。
总的来说，这次设计，使我们在基本理论的综合运用及正确解决实际问题等方面得到了一次较好的训练。提高了我们的思考、解决问题创新设计的能力，为以后的设计工作打下了较好的基础。
由于能力所限，设计中还有许多不足之处，恳请各位老师、同学们批评指正！
参考文献
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[2] 邓文英．金属工艺学．高等教育出版社．2005
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[4] 王世刚，张秀亲．机械设计实践（修订版）．哈尔滨工业大学出版社．2003
[5] 艾兴，肖诗纲．切削用量简明手册（第3版）．机械工业出版社．1994
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[7] 薛源顺．机床夹具图册．机械工业出版社．1999
[8] 杨叔子．机械加工工艺师手册．机械工业出版社．1997
[9] 王光斗．王春福．机床夹具设计手册（第三版）．上海科学技术出版社．2000