河南科技大学
课程设计说明书
题目：设计“操纵杆支架”零件的机械加工工艺规程及工艺装备（年产量为10000件）
类别：业余类
年级专业： 09级机械设计制造及其自动化
姓名：
河南科技大学
课程设计任务书
一、题目：操纵杆支架加工工艺及铣床夹具设计（铣底面）
二、时间：自 2010 年 11月 3 日至 2010 年 11月 21 日止
三、要求：正确解决该零件在加工中的定位、加紧及工艺路线等问题；设计出高效、省力，既经济合理又能保证加工质量的夹具；学会使用有关手册及图表资料。
设计条件：通用设备与工装齐全；零件年产量：10000件。
具体设计要求：设计该零件的机械加工工艺规程及该加工工序夹具。设计完成后提交：课程设计说明书一本；工艺过程综合卡一份；夹具结构设计图纸总图、夹具体零件图、待加工零件图各一张。格式符合学校有关要求。
指导教师：姬爱玲
下达时间： 2010 年 11 月 20 日
目录序言
1、零件的分析
1.1 零件的作用
1.2 零件的工艺分析
2、工艺规程设计
2.1 选择毛坯种类并确定制造方法
2.2 基面的选择
2.3 制订定工艺路线
2.4 工艺路线的比较与分析
2.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定
2.6 确定切削用量及基本工时
3、夹具设计
3.1问题的提出
3.2夹具设计
序言
机械制造工艺学课程设计是我们融会大学所学的《机械制造工艺学》、《机械制造装备设计》等知识后，将理论与实践相结合对专业知识的综合运用训练，并且为我们以后做好毕业设计进行一次综合训练和准备。通过机械制造工艺学课程设计，应该得到下述各方面锻炼：
1、能熟练的运用机械制造工艺学的基本理论和夹具设计原理的知识，正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及合理制订工艺规程等问题的方法，培养分析问题和解决问题的能力。
2、通过对零件某道工序的夹具设计，学会工艺装备设计的一般方法。通过亲手设计夹具（或量具）的训练，提高结构设计的能力。
3、课程设计过程也是理论联系实际的过程，并学会使用手册、查询相关资料等，增强我们解决工程实际问题的独立工作能力。
1、零件的分析
1.1 零件的作用
题目所给定的零件是汽车换挡部分的操纵杆支架，它的主要作用是固定操纵杆，使其在行驶过程中牢固可靠。零件上的3-Φ11孔用螺栓固定在底座上，操纵杆用Φ20的定位销固定在支架上，并且在换挡时依靠利用36槽轨迹不会引起偏差。
1.2 零件的工艺分析
操纵杆支架共有4组加工表面，分析如下：
（1）2-Φ20孔，
（2）支架底面
（3）36槽
（4）3-Φ11孔
此零件外形较小，图中除2-Φ20孔，公差要求较严格外，其它加工面公差要求较低，并且无位置度要求，但是为了满足装配性能，根据现场实际，在加工过程中要制定工艺基准，并制定出工艺公差，利用工艺基准来加工后续工序。
2、工艺规程设计
2.1 选择毛坯种类并确定制造方法
操纵杆支架材料为灰铁件，牌号HT150，零件年产量为10000件，已达大批生产的水平，而且零件的轮廓尺寸不大，故可采用精铸件，这从提高生产率、保证加工精度上考虑也是应该的。
2.2 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。
（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。而对于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做粗基准。因为铣底面时要保证54±0.5，所以以2-R20外圆表面为粗基准。
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（2）精基准的选择：
精基准的选择有利于保证加工精度，并使工件装夹方便。在选择时，主要应该考虑基准重合、基准统一等问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算。精基准选择为底面及3-Φ11孔。
2.3 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能得到合理的保证。在生产纲领已确定为大批生产的条件下，可以考虑采用万能性机床配以专用工夹具，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，以便使生产成本尽量下降。
（1）工艺路线方案一
工序Ⅰ钻铣2-Φ20孔。
工序Ⅱ粗精铣底面A。
工序Ⅲ钻底面3-Φ11孔。
工序Ⅳ铣36槽。
工序Ⅴ检查
（2）工艺路线方案二
工序Ⅰ粗精铣底面A。
工序Ⅱ钻底面3-Φ11孔。
工序Ⅲ铣36槽。
工序Ⅳ钻铣2-Φ20孔。
工序Ⅴ检查
（3）工艺路线方案三
工序Ⅰ粗精铣底面A。
工序Ⅱ铣36槽。
工序Ⅲ钻铣2-Φ20孔。
工序Ⅳ钻底面3-Φ11孔。
工序Ⅴ检查
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2.4 工艺路线的比较与分析
上述三个工艺方案的特点在于：方案一是先加工出2-Φ20孔，再以其为基准，加工出底面，而后以底面为基准，加工底面3-Φ11孔及36槽。方案二是先加工出底面，再以底面为基准，加工出底面3-Φ11孔， 36槽，及2-Φ20孔，这种方案基准统一。方案三是先加工出底面，再以底面为基准，加工出36槽及2-Φ20孔，最后以36槽与Φ20做定位基准加工3-Φ11孔。三种方案相比较，可以看出，方案一中，先以毛坯底面为粗基准，加工出2-Φ20孔，再以2-Φ20孔为基准加工底面，而后又以底面为基准，加工另外两组尺寸，由于中间变换了定位基准，不利于基准统一原则。方案二，先加工出底面，后续加工都已底面定位，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。而方案三也存在与方案一同样的弊端。因此，我们选用方案二做为操纵杆支架的加工路线：工序Ⅰ以两个R20外毛坯面做为粗基准，粗精铣底面A。选用X53立式铣床及专用夹具加工。
工序Ⅱ以底面为基准，侧边采用辅助支撑，加工底面上3-Φ11孔，其中2个孔做为后续工艺定位孔，按工艺尺寸加工。选用Z3040钻床及专用钻模。
工序Ⅲ以底面及2-Φ11孔，一面两销定位，加工36槽。选用X63卧式铣床及专用夹具加工。
工序Ⅳ以一面两销定位，钻铣2-Φ20孔。选用X53立式铣床及专用夹具加工
工序Ⅴ终检。
2.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定
“操纵杆支架”零件材料为45钢，硬度HB163-229，生产类型为大批生产，采用精铸件毛坯。
根据上述资料及加工工艺，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）底面（A面）
根据《金属机械加工工艺人员手册》表5-5，铸件最大尺寸≦120，确定底面毛坯机械加工余量为3mm。粗精铣一次加工完成到尺寸。
（2）3-Φ11
为工艺孔，加工时按工艺尺寸加工，直接在零件上钻铰完成。
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（3）36槽
根据手册表5-5，确定毛坯余量3mm。粗精铣一次完成。
（4）2-Φ20孔
根据手册表5-58，先用钻头钻孔至Φ19，再用Φ20镗刀加工。
2.6 确定切削用量及基本工时
工序Ⅰ铣底面A
（1）加工条件
工件材料：HT150，铸件
加工要求：粗精铣底面A。
机床：XK7150数控铣床。
刀具：采用成都成量工具有限公司的面铣刀刀柄及立装式立铣刀，刀具直径φ160。刀片材料P/K，型号LZ1282，适用加工材料为铸铁等。
（2）计算切削用量
毛坯加工余量为3mm左右，根据《组合机床切削用量计算》表9，Vc选60m/min，f=0.3 mm/r。
（3）确定机床主轴转速
n=VcX1000
πXDc =60x1000
3.14x160
=119r/min
按机床说明书，与119r/min相近的机床转速为95r/min
所以实际切削速度v=47.728r/min
（4）计算切削工时
t =4.2min
工序Ⅱ以底面为基准，侧边采用辅助支撑，加工底面上3-Φ11工艺孔。
（1）加工条件
工件材料：HT150，铸件。
加工要求：钻铰3-Φ11孔。
机床：Z3040钻床。
刀具：钻头选取高速钢钻头，直径Φ10.5，铰刀选取高速钢机用铰刀Φ11H9
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（2）计算切削用量
①先用Φ10.5钻头钻底孔。
根据《组合机床切削用量计算》表1选取f=0.20mm/r,v=20m/min
所以n=1000v
πD =1000x20
3.14x10.5
=606r/min
按机床选取n=630r/min
实际切削速度v=20.77 m/min
②用Φ11H9铰刀进行铰孔
根据《组合机床切削用量计算》表6,选取f=0.5 mm/r,v=6m/min
所以n=1000v
πD =1000x6
3.14x11.
=173.7r/min
按机床选取n=200r/min
实际切削速度v=6.9 m/min
（3）计算切削工时
钻削一孔：t= 0.72min
铰削一孔：t= 1.8min
总切削时间：0.72x3+1.8x3=7.5min
工序Ⅲ以底面及Φ11孔，一面两销定位，加工36槽。
（1）加工条件
工件材料：HT150，铸件。
加工要求：铣36槽。
机床：X63卧式铣床。
刀具：选用可调式三面刃铣刀，直径Φ120,刀片767，加工铸铁件。（2）计算切削用量
根据《组合机床切削用量计算》表9,选取Vc=60m/min,f=0.2 mm/r 确定机床转速
n=VcX1000
πXDc =60x1000
3.14x120
=159.2r/min
按机床说明书，与212.3 r/min相近的机床转速为150 r/min
所以实际切削速度v=56.52 m/min
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（3）计算切削工时，
t=4min
工序Ⅳ以一面两销定位，钻镗2-Φ20孔
（1）加工条件
工件材料：HT150，铸件。
加工要求：钻铣2-Φ20孔。
机床：X53立式铣床。
刀具：采用钻镗的形式，先用Φ19高速钢钻头钻出底孔，再用Φ20镗刀精加工。
①先用Φ19钻头钻底孔
根据《组合机床切削用量计算》表9，选取f=0.2 mm/r,v=40m/min
所以n=1000v
πD =1000x40
3.14x19.
=670 r/min
按机床选取n=600r/min
实际切削速度v=35.796m/min
②用Φ20成型镗刀进行镗孔
根据《组合机床切削用量计算》选取f=0.15mm/r,v=70m/min
所以n=1000v
πD =1000x70
3.14x20.
=581r/min
按机床选取n=600 r/min
实际切削速度v=37.68 m/min
（3）计算切削工时
钻削时间：t =2.3 min
铰削时间：t =1.2 min
总切削时间：t=3.5 min
工序Ⅴ检查
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3、夹具设计
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。
经过与指导老师协商，决定设计第一道工序——铣底面A的铣床夹具。本夹具将用于X52立式铣床。刀具采用成都成量工具有限公司的面铣刀刀柄及立装式立铣刀，刀具直径φ160。刀片材料P/K，型号LZ1282，适用加工材料为铸铁等。
3.1问题的提出
本夹具主要用来铣工件底面A，粗精铣一次完成。在本道工序加工时，主要应考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度，而精度则不是主要问题。
3.2夹具设计
（1）定位基准的选择
前期方案分析过程中，是将2-Φ20孔圆弧面为粗基准，因此本工序可以2-Φ20孔圆弧面以及辅助支撑定位进行加工，主要的是设计出的夹具需要定位迅速可靠。
（2）切削力及夹紧力计算
（3）定位误差分析
（A）定位元件尺寸及公差的确定：夹具的主要定位元件为一面及两销。圆柱销产生的X（Y）方向定位误差△=0.043+0.043+0.046=0.132mm，能满足加工要求。由于是通孔（槽），Y（X）向可不考虑。底面定位基准重合，不存在基准不重合误差和位移误差。
两孔中心连线对两销中心连线的最大转角误差为：△=2α=2cot（（0.092+0.092）/2l）=0.063。即α=0.031。满足加工要求。
（4）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，夹具的实用性及劳动强度也要考虑在内。本零件是精铸件，余量较小，切削力不是太大，需要的压紧力也不大，所以没有必要使用气动或液压夹紧，手动压紧就可以满足需要。
夹具上装有对刀块，可使夹具在一批零件的加工之前很好地对刀（与塞尺配合使用）；同时，夹具体底面上的一对定位键可使整个夹具在机床工作台上有一正确的安装位置，以利于铣削加工。铣床夹具的装配图及夹具体零件图见附图。
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参考文献
《金属机械加工工艺人员手册》《金属机械加工工艺人员手册》修订组
《机械工人切削手册》北京第一通用机械厂编
《机床夹具零件及部件》中国第一拖拉机工程机械公司技术标准化办公室《组合机床设计》大连组合机床研究所1973年编
《机械设计师实用手册》天津科学技术出版社
《机械设计手册》化学工业出版社
《机械零件设计手册》东北大学《机械零件设计手册》编写组编《中国机械设计大典》中国机械工程协会编委会
《金属切削手册》上海市金属切削技术协会编
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说明
1、要求学生按上述格式用A4纸打印，正文原则要求宋体或楷体打印,大标题用二号,小标题用三号字,正文用小四号.不便打印的，应用正楷书写整齐。（封皮要求打印）
2、装订顺序为《封皮》→《课程设计任务书》→《目录》→《正文》→《指导教师评语、答辩评语》。
3、具体程序：
（1）填写任务书，交给学生。
（2）学生课程设计完成后打印成稿交给指导教师，由指导教师填写评语。
（3）答辩完毕后由答辩小组教师填写答辩评语
（4）课程设计领导小组向教务科报答辩成绩。
（5）课程设计全部档案资料在答辩完成以后，要整理核对并使用成人教育学院统一印制的档案袋装好，缴给该院教务科集中存档。保存期三年，满三年后方可处理。
课程设计指导教师评语
课程设计答辩评语