《汽车制造工艺学》,课程设计

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1、学 号：2010401201xx汽车零件机械加工工艺规程题目及专用机床夹具设计教学机电工程学院院机械设计制造及其自动化专业（车辆工程方向班 级 10 车辆工程姓名指导教2013 年20122013学年第二学期课程设计任务书班级： 10 车辆地 J4-点： 309设计名 汽车零件机械加工艺规称： 程及专用机床夹具设计、课程设计目的车辆制造工艺学课程设计是在完成了车辆制造工艺学课程的理论教学后的实践性教学环 节。其目的是：通过该课程设计，使学生 在理论教学的基础上进一步巩固汽车制造工艺 知识，初步掌握汽车零件机械加工工艺规程的编制方法，学会查阅有关资料；掌握 工件在夹具中的定位夹紧原理专用机床夹具

2、的设计方法，提高结构设计能力。、课程设计内容（含技术指标）制定指定零件的机械加工工艺规程；设计指定工序的专用夹具。具体内容如下：1对零件进行结构工艺性分析，画零件图1）了解零件的性能、用途和工作条件；2）分析零件各项技术要求； 3）分析零件的毛坯、材料、热处理要求及机械加工的工艺性。（4）画零件图 1 张。2制定零件机械加工工艺规程（1）按基准的选择原则确定零件的定位基准；（2）确定零件各表面的加工方法并划分加工阶段；（3）安排加工顺序，拟定工艺路线；（4）初步选择各工序所采用的设备；（5）填写完整的机械加工工艺过程卡 1 份。 3确定工序具体内容（1）确定指定工序的加工余量、工序尺寸和公差；

3、（2）确定指定工序机床的规格、精度及刀、量具；（3）确定指定工序的切削用量；（4）计算指定工序的单件工时；（5）填写完整工序卡片 1 张。4设计指定工序的专用夹具（1）确定工件的定位方案和刀具的对刀、导向方式；（2）确定夹紧方案；（3）确定夹具结构；（4）绘制夹具装配工作图 1 张；（5）绘制夹具零件图 1 张。5整理课程设计说明书 1 份。1对零件进行结构工艺性分析，画零件图（ 1 天）2制定零件机械加工工艺规程（ 2 天）3确定工序具体内容（ 1 天）4设计指定工序的专用夹具（ 57 天）5答辩（ 1天）四、基本要求1设计资料齐全；2工艺方案合理，工艺文件符合规定的工作量；3夹具结构合理，

4、图样数量符合绘图工作量；4图样规范，装配图和零件图内容完整，图面质量好，错误少， 5设计说明书内容完整，书写规范，语句通顺，层次分明。 6答辩时自述清楚，能正确回答老师所提出的问题。 车辆与交通系2013.4.26目录序 言 5一、零件的分析 5（一）零件的功用 5（二）零件的工艺分析 6二、工艺规程设计 6（一）确定毛坯的制造形式 6（二）基面的选择 6（三）制定工艺路线 7四）机械加工余量、工序尺寸及毛胚尺寸的的确定 8（五）确定切屑用量及基本工时 9三、夹具设计 14（一） 对机床夹具设计的要求 14（二） 确定夹具的结构方案 15四、总 结 17参考文献 19序言这次的课程设计是在我们

5、课程结束后进行的，经过几个月的学习也该是进行实 践的时候了，用实践检验自己的的能力，及所学的知识，还有就是通过此次的设计 来学一些课外知识，这是在以后的工作中都要具备的，在学校的课程设计中体验将 来工作的过程，这是很有必要的，能让我们更快的适应社会和工作。 由于能力有限，设计中上有许多不足之处，还望各位老师不吝赐教。一、零件的分析（一）零件的功用机械中的拨叉，一般分为拨叉爪子，拨叉轴和拨叉手柄座。主要是拨动滑移齿轮，改变 其在齿轮轴上的位置，可以上下移动或左右移动，从而实现不同的速度。或则是机械产品中离 合器的控制，比如端面结合齿的结构，内外齿的结构，都需要用拨叉控制其一部分来实现结合 与分离

6、。 由于拨叉在改变档位时是要承受弯曲应力和冲击载荷的作用，因此该零件要具有足 够强度、刚度和韧性，以适应拨叉的工作条件。（二）零件的工艺分析拨叉 2 共有三组加工表面，他们之间有一定的位置要求。现分述如下：1. 以m 孔为中心的加工表面这一组加工表面包括：H9的孔及其倒角和孔的两端面。其中主要加工的面为 H9 的孔。2. 以H 的螺纹孔为中心的加工表面这一组加工表面包括：钻 M10 螺纹底孔、铣 mm外端面和锥 H 的 螺纹孔。其中主要加工面为H 的螺纹。3. 以 R30 的圆弧面为中心的加工表面这一组加工表面包括： R24和 R30的两个圆弧面以及两圆弧面之间的阶梯面。这三 组加工表面有着一

7、定的位置度关系，H9的孔与两端面间的阶梯面见的垂直度公差为 0.05 。由以上分析可知，对于这三组加工表面而言，可以先加工其中一组表面，然后 借助于专用夹具加工另两组表面，并且保证他们之间的位置精度要求。二、工艺规程设计（一）确定毛坯的制造形式零件的材料为灰铸铁 HT200。根据选择毛坯应考虑的因素，外表面采用不去除 材料方法获得粗糙度要求，由于零件生产类型为成批，大批生产，而铸造生产成本低，设备简单，故本零件毛坯采用铸造方法。灰铸铁生产工艺简单，铸造性能优 良，但塑性较差、脆性高，不适合磨削。在制定加工工艺时应考虑这些基本因素。（二）基面的选择基准选择是工艺规划设计中的重要工作之一，基准选择

8、的正确与合理，可以使 加工质量得到保证，生产率得到提高，否则，不但使加工工艺过程中的问题百出， 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 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，（2）精基准的选择。考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基 准重合”原则和“基准统一”原则，（三）制定工艺路线拟定工艺路线的内容除选择定位基准外，还要选择各加工表面的加工方法，安 排工序的先后顺序，确定加工设备，工艺装备等。工艺路线的拟定要考虑使工件的 几何形状精

9、度，尺寸精度及位置精度等技术要求得到合理保证，成批生产还应考虑 采用组合机床，专用夹具，工序集中，以提高效率，还应考虑加工的经济性，以便 使生产成本尽量下降。制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精 度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。1. 工艺路线方案一工序 铣 28mm外圆两端面，粗基准选择以 28mm的外圆。工序 钻铰 19H9mm中心孔并倒角。工序 铣 20mm外圆端面，以 19H9的中心轴为基准工序 钻 M10螺纹底孔工序并攻螺纹。工序 铣 R24mm的圆弧面及侧面，以 19H9的中心轴为基准工序 镗 R30mm 的上下凸出端面。工序 检查。2. 工艺路线方案二工序

10、铣 28mm外圆两端面，粗基准选择以 28mm 的外圆工序 钻 18.85H9mm 中心孔。工序 铰 19H9mm 中心孔并倒角。工序 铣 20mm外圆端面，以 19H9的中心轴为基准。工序 钻 M10 螺纹底孔。工序 攻螺纹 。工序 铣 R24mm的圆弧面及侧面，以 19H9 的中心轴为基准工艺 镗 R30mm 的上下凸出端面。工序 检查。3. 工艺方案的比较及分析上述两个工艺的特点在于：方案一是利用复合式机床，钻、铰19H9mm 的中心孔在同一工艺步骤，减少不同工序拆装工件的时间上浪费，提高了加工工艺的 效率；而方案二则与此相反，采用独立式机床，保证了零件的加工质量。两相比较 可以看出方案

11、一将方案二中的工序和工序、工序和工序进行整合，采用一 个工序两个工位。经过整合后，在加工的时候只要进行一次装夹，这样不仅可以减 少装夹加工时间也可以提高加工精度。因此，最后的加工路线确定如下：工序 铣 28mm外圆两端面，粗基准选择以 28mm 的外圆工序 钻铰 19H9mm 中心孔并倒角。工序 铣 20mm外圆端面，以 19H9的中心轴为基准。工序 钻 M10 螺纹底孔工序并攻螺纹。工序 铣 R24mm的圆弧面及侧面，以 19H9 的中心轴为基准工序 镗 R30mm 的上下凸出端面。工序 检查。以上工艺过程详见附表 1“机械加工工艺制造综合卡片 ”。四）机械加工余量、工序尺寸及毛胚尺寸的的确

12、定“变速叉”零件材料为灰铸铁（ HT200），生产型为大批量生产，采用手工砂 型铸造毛坯。根据上述资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机加工余量、工序尺寸及毛 胚尺寸如下：1. 外圆端面（ 28mm）参考机械加工工艺手册，精度等级 IT12 ，加工余量 Z=3.5-5.0mm。2. 通孔（ 19H9mm ）参考机械加工工艺手册，精度等级 IT11 ，加工余量 Z=3.5-4.5mm，钻孔 18.85+0.045 0mm,铰孔 19+0.045 0mm。3. 外圆端面（ 20mm ）参考机械加工工艺手册，精度等级 IT11 ，加工余量 Z=3.5-4.5mm4. R24圆弧面参考机械加工工艺手册

13、，精度等级IT12 ，粗铣加工，加工余量 Z=3.5-5.0mm。5. R30圆弧面参考机械加工工艺手册，精度等级IT12 ，粗铣加工，加工余量 Z=3.5-5.0mm。由于设计规定的零件为大批量生产，应该采用调整法加工零件。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定。五）确定切屑用量及基本工时第二速及第三速变速叉所使用的材料为灰铸铁 HT200工序 铣 28mm圆端面1.加工条件机床：功率 P=4.5kw 的 X61W型万能铣床（查制造工艺表 3.2） 刀具：立式端铣刀刀片材料：硬质合金，（查切屑用量简明手册查表 3.1 ）2.选择切屑用量查切屑用量表 3.1 铣销宽度 de

14、=2890mm,ap=34mm 查切削用量表 3.1-6 选 YG6硬质合金端铣刀直径 d=80mm 故齿数 Z=10 且每齿进给量 fz=0.1mm/z 由于加工余量不大，故一次铣完。则 ap=5mm选 fz=0.1mm/z故齿数 Z=10 且每齿进给量 fz=0.1mm/z 由于加工余量不大，故一次铣完。则 ap=5mm 铣刀磨钝标准及寿命根据切屑用量简明手册查表 3.7 铣刀刀齿面最大磨损量为 1.5mm 由于铣刀直径 d0=80mm,故刀具寿命 T=180min（简切屑余量表 3.8 决定切削速度 Vc 和每分钟进给量 Vf根据切削用量查表 3.16，当 d0=80mm,z=10,ap

15、5mm,fz0.1mm 时 Vc=98mm/min ,n=388r/min,vf=311mm/min各修正系数为： = =1.42， = = =1.0故 = = mm/min= = r/min= = mm/min 根据 X61W 型万能铣床说明书，由切削用量查表 3.30选择 n=590r/min Vf =510mm/min因此实际切削速度和进给量为：m/min5）校验机床功率由表 3.24 当铸铁硬度在 146 至 173 之间时， =5mm=28 =510mm/min近似 =2.7kw根据 X61w型说明书，表 3.30机床主轴允许功率为 =4.5kwPc 因此所选切削用量可采用，即=5m

16、m， =510mm/min n=590r/min=148.2m/min=0.086mm/z l=28mm L=l+由表 3.26 得 =8 6）计算机基本工时工序 钻铰 19H9mm孔并倒角钻孔 18.85+0.045 0mm查切削用量表 2-35 选取机床 Z525 型立式机床选取刀具 钻刀直径 18.85 的直柄麻花钻（特制刀具）由切削用量表 2.35 得 f 0.3(f=0.28 Zv=0.25 Cv=9.5 Xv=0 Yv=0.55 m=0.125=（ 查工艺手册表 4.2-15 按机床选取 nw=195r/min实际切削速度 V=计算切削加工工时铰孔 19+0.045 0mm查切削用

17、量表 2-35 选取机床 Z525 型立式机床查制造工艺表 3.1-16 选取刀具 绞刀直径 19 的直柄机用铰刀（硬质合 金 特制刀具）、由切削用量表 2.35 得 0.3 f 0.5(f=0.24 Zv=0.25 Cv=9.5 Xv=0 Yv=0.55 m=0.125查切削用量表 2-25 得切削深度 ap=0.06 0.15 =0.15mm切 削速度 Vc =812=10m/minns=（查工艺手册表 4.2-15 按机床选取 nw=195r/min实际切削速度 V=计算切削加工工时工序 铣 20的端面查制造工艺表 3.2 选择 X61W型万能铣床 功率 P=4.5kw 灰铸铁 HT20

18、0 硬度 172182 ）查制造工艺表 3-16 选硬质合金端铣刀选择粗铣加工余量查切削用量表 8-96 加工余量 ap=3.5 4.5=3.5mm 粗铣 铣削宽度 ae=20 90 ap=3.5 5mm直径 d=80mm齿 数 z=10 每齿进给量 fz=0.1mm/z铣刀磨钝加工余量查制造工艺表 3.7 得 铣刀刀齿后刀面最大磨损量为 1.5 由于铣刀直径 d0=80mm查制造工艺表 3.8 得 T=180min查表制造工艺得 Vc=109m/min n=436r/min Vf=349mm/min 采用不对称铣削工序 钻M10 孔并锥螺纹钻孔 9.153mm查切削用量表 2-35 选取机床

19、 Z525 型立式机床选取刀具 钻刀直径 9.153 的直柄麻花钻(特制刀具)、由切削用量表 2.35 得 f 0.3(f=0.19 Zv=0.25 Cv=9.5 Xv=0 Yv=0.55 m=0.125查切削用量 2-12 T=35minns=查切削用量 2-33 kv=1.0( 查工艺手册表 4.2-15 按机床选取 nw=960r/min实际切削速度 V=计算切削加工工时锥 M10x1-6H 螺纹孔 查切削用量表 2-35 选取机床 Z525 型立式机床选取刀具 钻刀直径 10 的粗柄机用丝锥计算切削加工工时查制造工艺表 3.1-4.7 得螺距 p=1，d=8，l=20,L=76,a=6

20、.3 f=1 n=200r/minl1=（12pl2=（0.52pTj= =0.79min工序 铣 R24mm的圆弧面及侧面 。查制造工艺表 3.2 选择 X61W型万能铣床 功率 P=4.5kw（灰铸铁 HT200 硬度 172182 ）查制造工艺表 3-16 选硬质合金端铣刀选择粗铣加工余量查切削手册 表 8-96、8-97 得0.3 fz 1（取 fz=0.5mm/r 20 Vc 35（取 Vc=25m/min dw=48mm（ 查切削手册校验3）计算加工工时工序 镗R30 的圆弧断面粗镗 R30 的圆弧断面查切削手册表 8-86 得背吃刀量 ap=5mm, 进给量 f=0.2 0.3m

21、m/r查切削手册表 8-87 粗镗铸铁件应使用高速钢刀头f=0.3 0.8=0.6mm/r Vc=0.42 0.66=0.5m/s加工工时计算半精镗 R30的圆弧端面查切削手册表 8-86 得 背吃刀量 ap=5mm查切削手册表 8-87 粗镗铸铁件高速钢刀头 f=0.2 0.6=0.4mm/r Vc=0.5 0.66=0.6m/s三、夹具设计按照设计任务要求，设计一钻床夹具。选择钻 的螺纹底孔的专用夹 具设计。根据图纸分析，螺纹孔的位置精度不高，以19H19mm孔中心为设计基准。工件材料为灰铸铁 HT200，毛胚为铸件，生产类型为大批量生产，选用 Z5125 立式机床。 对机床夹具设计的要求

22、保证工件加工的各项技术要求专用机床夹具的结构与其用途和生产类型要适应尽量选用标准化夹具夹具结构应具有足够的刚度，强度和良好的稳定性、保证使用安全和方便具有良好的工艺性 确定夹具的结构方案（1）确定定位元件 定位元件是根据六点定位原理和加工要求来确定的，本 夹具采用定位销与工件 19H19mm的孔相配合；支撑钉与工件 20mm的槽配合； 支撑钉与 R30上或下断面相接触，此组合即限制了 6 个自由度（2）确定导向装置 导向装置是夹具保证加工精度的重要装置，如钻孔导向 套，对刀装置等，由于都是标准件，因此按标准选择。（3）确定夹紧机构由于采用工作工件以外圆定位，机床夹具设计手册，见表 2-28f1

23、,f3 取 0.8 f2,f4 取 0.3f1:工件与压板间的圆周方向摩擦系数f2:工件与 V 型块的间的圆周方向的摩擦系数f3:工件与压板间的轴向摩擦系数f4:工件与 V 型块间的轴向摩擦系数防止工件转动 =防止工件移动 （不考虑）又因为般在粗加工时取 K=2.53 （取 k=2.5经计算解得=966.10=1469.7N钻孔时的轴向力、扭矩，功率的计算查切削用量手册表 2.32轴向力（ N） 扭矩（NM） 功率（ KW ）查切削用量手册表 2.32 得=420 =1.0 =0.8 =0.206 =2.0 =0.8f=0.28 修正系数 k=1.0=4200.09681 0.94=716.6

24、25N=0.2060.09681 0.94=6.59N/m= =2.27kw定位误差的分析28（h11h13） 取即=0.230 mm绘制夹具装配图样绘制夹具装配图，并在其上标注相关尺寸，配合和位置公差等技术要求。四、总 结进行了维期两周的课程设计，就象往年这个时候一样，我们设计的是拔叉II ，以及其夹具的设计，虽说和以往一样按部就班，但如果工艺学没学好，完成这场设计还 真不是一时半会的事，当然也不是两周可以解决的，确实通过这次课程设计，课上 那些没领悟的知识的毕露无疑，因为有时候一个知识点不过关，可能设计的时 候就会卡住，或者突然对设计中的一些疑问感到莫名其妙，茫然无措，设计的内容 包含甚广

25、，像求定位公差，选工艺基准等，这样就只有边进行课程设计，一边恶 补，然后对前面的数据再次进行分析，拔叉的工艺设计花了一周，另一周便花在了 夹具的设计上，其大部分时间都花在了查手册上面，因为工艺有很多，所以其标准 也是非常的多，数据量很大，我们要查的手册就有四本，其中包括课程设计指导 手册，切削用量，加工余量，夹具设计手册而每本的内容多又繁 杂。因此，开始设计的时候查手册感觉就像是大海捞针一样，对着设计的手册就像 面对了一本深奥的理论，自己就是一个初学者，什么也不懂，什么也不会，后来恶 补的多了，查的次数渐渐多了，自己也渐渐的得心应手，在哪个手册上査哪些用 量，这些都可以基本把握住，比如说铣个端

26、面，首先就要确定起加工余量，所以得 查加工余量里的表，然后选择是立铣还是端铣，再在切削用量手册上选择 铣刀的型号，铣床的功率及型号等，之后便是对各种量的及加工时间的计算。本次的课程设计事在酷热的环境中完成，因此此次考验我们的不仅仅是老师，还有上 天，那些天是基本没下过雨，那些天号称有史以来最热的，正应了一首诗“赤日炎炎似火烧， 野田禾稻半枯焦。农夫心内如汤煮，王孙公子把扇摇。”，现在是学生心内如汤煮啊，电扇全 开也无用了，何谈摇扇，对这首诗我现在才算是深有感触，教室成了蒸笼，自己是取经的和 尚，要被妖怪蒸吃的是我们不是唐僧，现在也终于能理解唐僧为何怕蒸吃了，这种感觉确实是 生不如死，由于天气原

27、因，每天做不了多少事，即使晚上也如此，因此效率不高，这次课程设 计确实是一次取经之旅，扛住了取经就有了很大的希望，虽然环境艰苦，但最终大家还是挺过 来了，没人倒下，但不知是不是所有人都取到了经，至于我出了点力，但还是学到了不少，首 先当然是学会了查手册，查表，这也是很重要的，思然没有其他人对所要的数据手到擒来的能 力，至少我自己能独立解决一些工艺问题，至于设计流程，及设计要求以及其中的众多的工序 都是必须要熟悉的，我们的拔叉 II 用的是沙型铸造，在加工过程中用了钻铣攻镗等众多工序 才成型的。这次不仅检测了了我们的理论知识，而且还有团队合作的能力，及耐力等各方面的能力，而且 给了我们下次遇到问

28、题时所应该有的能力，我们前几次也有过几次课程设计，相比这次，真是 小巫见大巫了，这次对设计的领悟也是更多，原来书查百便，其义也会，当时如果因为天气原 因或其他的一些因素，这不仅让我停滞不前，我们组也势必要遭牵连，当然更不会把这次的总 结写得如此顺利。参考文献1 陈宏钧 .简明机械加工工艺手册 .北京：机械工业出 版社， 2007.112 吴拓 .简明机床夹具设计手册 .北京：化学工业出版 社， 2010,23 陈家芳 .实用金属切削加工工艺手册 . 2 版. 上海：上海科学技术出版社， 2005.14 徐鸿本 .机床夹具设计手册 .沈阳：辽宁科学技术出 版社， 2004.35 孟少农 .机械加工工艺手册 . 北京：机械工业出版社， 1991.3机电工程学院课程设计成绩评定表学号机械设计制造及其自动化 （ 车辆工程方向 10 级姓名专业、班级课程设计题目： 汽车零件机械加工艺规 程及专用机床夹具设计课程设计答辩或质疑记录： 成绩评定依据：最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）指导教师签字：年月日