弹簧加工工艺规程及侧面夹具设计

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1、弹簧吊耳”机械加工工艺规程及铣叉口侧面夹具设计目录第 1 章、 零件的分析 11.1. 零件的功用及结构分析 11.2. 零件的工艺分析 1第 2 章、 弹簧吊耳的机械加工工艺规程设计 32.1. 毛坯的选择 32.2. 基准的选择 32.3. 工艺路线的拟定 32.4. 加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 42.5. 切削用量及工时定额的确定 6第 3 章、 铣叉口侧面夹具设计 193.1. 任务的提出 193.2. 定位方案及定位装置的设计计算 193.2.1. 定位方案的确定 193.2.2. 定位元件及装置设计 193.2.3. 定位误差的分析计算 193.3. 对刀或导引元件（装置）

2、设计 203.4. 夹紧方案及装置的设计计算 233.4.1. 夹紧方案的确定 233.4.2. 夹紧力大小的分析计算 233.4.3. 夹紧机构及装置设计 243.5. 连接元件及夹具体设计 253.6. 夹具操作及维护简要说明 25参考文献 27附录I机械加工工艺过程卡片23附录U机械加工工序卡片24评语 25第1章、零件的分析1.1. 零件的功用及结构分析题目给出的零件是CA10B解放牌汽车后钢板弹簧吊耳。后钢板弹簧吊 耳的主要作用是载重后，使钢板能够得到延伸，伸展，能有正常的缓冲作 用。因此汽车后钢板弹簧吊耳零件的加工质量会影响汽车的工作精度、使 用性能和寿命。汽车后钢板弹簧吊耳主要作

3、用是减震功能、阻尼缓冲部分 功能、导向功能。1.2. 零件的工艺分析由后钢板弹簧吊耳零件图知可将其分为两组加工表面。它们相互间有 一定的位置要求。现分析如下：（1）以60mm两外圆端面为主要加工表面的加工面。这一组加工表面包括：。60mm两外圆端面的铣削，加工370.05mm的孔，其中1*60mm两 外圆端面表面粗糙度要求为 Ra6.3m ,3700.05mm的孔表面粗糙度要求为Ra1.6m（2）以$30 mm孔为主要加工表面的加工面。这一组加工表面包括：2个30 00.045mm的孔，2个10.5mm的孔、2个300045 mm孔的内外两侧面 的铣削，宽度为4mm的开口槽的铣削，2个在300

4、0.045 mm同一中心线上数 值为0.01的同轴度要求。其中2个300 0.045mm的孔表面粗糙度要求为Ra1.6m，2个30 00.045 mm孔的内侧面表面粗糙度要求为 Ra12.5m，2个 3000.045mm孔的外侧面表面粗糙度要求为 Ra50m，宽度为4mm的开口槽的表面粗糙度要求为Ra50。第2章、弹簧吊耳的机械加工工艺规程设计2.1.毛坯的选择零件材料为35钢。由于生量已达到中批生产的水平，而且零件的轮廓 尺寸不大，故可以采用铸造成型，这对提高生产效率，保证加工质量也是 有利的。22基准的选择基准选择以后钢板弹簧吊耳大外圆端面作为粗基准，先以后钢板弹簧 吊耳大外圆端面互为基准

5、加工出端面，再以端面定位加工出工艺孔。在后 续工序中除个别工序外均用端面和工艺孔定位加工其他孔与平面。精基准的选择主要考虑基准重合的问题，当设计基准与工序基准不重 合时，应当进行尺寸换算。2.3. 工艺路线的拟定由于生产类型为中批生产，应尽量使工序集中来提高生产率，除此之 外，还应降低生产成本。先加工37mm孔端面，以后位置度较易保证，并且定位及装夹都较方 便，考虑到先面后孔的加工原则，合理具体加工工艺如下：表2.1工艺方案表工序1铳 37 mm孔端面工序2钻，扩，铰37 mm孔工序3*37mm 孔倒角 1.530工序4粗铣叉口侧面工序5精铣叉口内侧面工序6钻，扩30mm孔工序7*30mm 孔

6、倒角 1x45c工序8钻 10.5mm 二孔工序9铣宽度为4mm的开口槽工序10终检24加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定“后钢板弹簧吊耳”零件材料为 35钢，硬度HBS为149187,生产 类型为中批生产，采用铸造毛坯。根据上述原始资料及加工工艺，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：铣37mm孔端面考虑其加工表面粗糙度要求为 Ra6.3m，可以先粗铣，再精铣，根据 机械制造工艺设计简明手册(以下简称工艺手册)表2.3-21 ，取 2Z=5mm已能满足要求。(2) 加工 37oo05mm 孔其表面粗糙度要求较高为Ra1.6m，其加工方式可以分为钻，扩，铰三步，根据工艺手

7、册表2.3-8，确定工序尺寸及余量为：钻孔：35mm2Z=5mm扩孔：36.8mm2Z=1.8mm铰孔：-3700.05 mm2Z=0.2mm(3) 铣3OoO.O45mm孔的内侧面考虑其表面粗糙度要求为Ra12.5m，先粗铣，再半精铣，根据工艺 手册表2.3-21，确定工序尺寸及余量为：粗铣：76mm2Z=3mm半精铣：7700.074mm2Z=1 mm(4) 铣 3Oo.O45mm孔的外侧面考虑其表面粗糙度要求为Ra5Om，只要求粗加工，根据工艺手册表2.3-21，取 2Z=3mm已能满足要求。加工3OOO.O45mm孔其表面粗糙度要求较高为Ra12.5m ,其加工方式可以分为钻，扩两步,

8、 根据工艺手册表2.3-8，确定工序尺寸及余量为：钻孔：28mm扩孔：3OoO.O45 mm2Z=2.Omm(6) 加工 1O.5mm 孑 L其表面粗糙度无特殊要求，其加工方式为钻，根据工艺手册表2.3-8，确定工序尺寸及余量为：钻孔：1O.5mm(7) 铣宽度为4 mm的开口槽考虑其表面粗糙度要求为Ra5Om，只要求粗加工，根据工艺手册表2.3 21,取2Z=2mm已能满足要求。2.5. 切削用量及工时定额的确定工序I：粗、精铣 37mm孔端面机床：专用组合铣床刀具：高速刚三面刃铣刀根据工艺手册表 3.1 28,取d = 225mm根据工艺手册表3.1 39,取铣刀齿数Z =28（1）、粗铣

9、铣削深度aw : aw = 1.5mm每齿进给量af :根据切削用量简明手册（以下简称切削手册） 表 3-3，取 af = 0.08mm/Z铣削速度V :参照切削手册表3-9，取V = 34m/min ,机床主轴转速n : n =1000V 式（2-1 ） 兀d。取V=34, d0=225代入公式（2-1）得:1000 34 n =3.14 225= 48.12r /min根据切削手册表3-29，取n二47.5r/min实际铣削速度 V : V 蝕=3.14 225 47.5 :. 33.56m/min1000 1000工作台每分进给量fm : fm = fzZnw式（2-2 ）取 fz =

10、af =0.08 , Z =28 , nw=n -47.5代入公式（2-2）得:fm = 0.08 28 47.5 = 106.4mm/min取 fm = 106mm/ min根据切削手册被切削层长度I :由毛坯尺寸可知I = 60mm刀具切入长度h ： h =30刀具切出长度J : I2 =2mm走刀次数为1机动时间切:切11丄式（2-3）f m取I =60，h =30 , J =2,你=106 代入公式（2-3）得:j1 二60 30 2106二 0.87min以上为铣一个端面的机动时间，故本工步机动工时为1 =2tj1 =2 0.87 =1.74min（2）、精铣铣削深度aw : aw

11、=1mm每齿进给量af :根据切削手册表 3-3，取af =0.06mm/Z铣削速度V :参照切削手册表3-9，取V = 34m/min，机床主轴转速n : n =1000V兀do取V=34, d=225代入公式（2-1）得:1000 34 n =3.14 225= 48.12r /min根据切削手册表3-29，取n -47.5r/mindn 3.14 225 47.5头际铣削速度 V : V -33.56m/min1000 1000取 fz = af = 0.06mm/Z , Z = 28 , riw=n =47.5代入公式(2-2 )得：工作台每分进给量 fm : fm=0.06 28 4

12、7.5 = 79.8mm/min取 fm = 80mm/min被切削层长度I :由毛坯尺寸可知I = 60mm刀具切入长度h ： h =30刀具切出长度l2 :取l2 = 2mm走刀次数为1取l = 60mm， h =30， l2 =2mm代入公式(2-3)得：机动时间 tj2: tj2 二 一302 =1.15minj 80以上为铣一个端面的机动时间，故本工步机动工时为t2 =2tj2 =2 1.15 =2.3min工序U:钻，扩，铰飞了界”口口孔机床：专用组合钻床刀具：麻花钻、扩孔钻、铰刀(1)、钻35mm 孔切削深度ap: ap -1.25mm进给量f :根据切削手册表2-7，取f =(

13、0.60 0.70)mm/r由于本零件在加工 35mm孔时属于底刚度零件，故进给量应乘系数0.75，则 f =(0.60 0.70) 0.75mm/ r =(0.63 0.525)mm/r根据切削手册表2-9，取f =0.45mm/r取切削速度V = 24m/min取V=24, do =35代入公式(2-1 )得机床主轴转速n ： n = 1000V二1000 24 : 218r/min ,根据切削手册 兀 d03.1435表 2-36，取 n =233r/mind0n 3.14 35 233头际切削速度V : V -25.6m/min1000 1000被切削层长度I : I二76mm刀具切入

14、长度|1 : I = 20mm刀具切出长度l2 : I =3mm走刀次数为1机动时间tj :切二1 11 12式(2-4)fn取 l =60, 1厂30, l2=2, f =0.45, n=233 代入公式(2-4)得：476 20 3t j10.94minj 233 0.45(2)、扩36.8mm孔切削深度ap: ap =1.5mm进给量f :根据切削手册表2-10 ,f -(0.9 1.2) 0.7 =(0.63 0.84) mm/r取 f =0.72 mm/r切削速度V :参照切削手册表2-24，取V =19m/min取V=19, do =36.8代入公式（2-1 ）得二 do机床主轴转

15、速n ： n =鸣=3 ： 164r/min，根据切削手册表 2-36 取 n =174r/min实际切削速度V :V严1000被切削层长度1:l = 76mm刀具切入长度h1 =4mm刀具切出长度12 :l = 3mm走刀次数为1取 1 =74，h =4，12=3, f机动时间tj1 :切l l1 l23.14 36.8 174 .20.1m/min1000= 0.72,n=174代入公式(2-4)得:0.66min174 0.72(3) 铰 3700.05mm 孔切削深度ap: ap = 0.15mm进给量f :根据切削手册表2-11，取f -（0.95 2.1）mm/r取 f =1.2m

16、m/ r取切削速度V =9.1m/min取V=9.1, d0 =37代入公式（2-1 ）得机床主轴转速n : n = 1000V二 一 :78r / min，根据切削手册兀 d03.14 汇 37表 2-36，取 n =72r/min实际切削速度 V : V= 3.14 37 72 8m/min1000 1000被切削层长度I : I二76mm刀具切入长度h : I =5mm刀具切出长度l2 : I = 20mm走刀次数为1取 I =76， |1 = 5， l2 =20, f =1.2, n=72 代入公式（2-4）得:I l1 l276 5 20机动时间 tj : tj11 -1.16min

17、j fn72U2工序川：37mm孔倒角1.5 30：采用150锪钻。为缩短辅助时间，取倒角是的主轴转速与扩孔时相同: n =174r / min，手动进给。工序W:粗铣叉口侧面机床：专用组合铣床刀具：高速刚三面刃铣刀根据工艺手册表 3.1 28,取d = 225mm根据工艺手册表3.1 39,取铣刀齿数Z =28铣削深度aw : aw = 1.5mm每齿进给量af :根据切削手册表 3-3，取af = 0.08mm/Z铣削速度V :参照切削手册表3-9，取V =34m/min，机床主轴转速n : n =1000V 式（2-1 ）兀do取V=34, do =225代入公式（2-1）得:1000

18、34 n 二3.14 225= 48.12r /min根据切削手册表3-29，取n二47.5r/min实际铣削速度 V : Vdon 3.14 225 47.5 : 33.56m/min1000 1000工作台每分进给量fm : fm = fzZnw式（2-2）取 fz = af =0.08，Z =28，nw=n =47.5 代入公式（2-2）得:fm = 0.08 28 47.5 = 106.4mm/min取 fm = 106mm/ min根据切削手册被切削层长度由毛坯尺寸可知I = 60mm刀具切入长度h =30刀具切出长度l2 :l2 = 2mm走刀次数为1机动时间tj1 :tj1l l

19、1 l2式（2-3）取l =60，h =30 , l2 =2, f= 106代入公式（2-3）得:460 30 2tj10.87min106故本工步机动工时为以上为铣一个端面的机动时间,t1 =2 =2 0.87 =1.74 min工序V:精铣叉口内侧面铣削深度aw : aw =1mm每齿进给量af :根据切削手册表 3-3，取af =0.06mm/Z铣削速度V ：参照切削手册表3-9，取V = 34m/min，机床主轴转速n:1000V: d取V=34, d=225代入公式（2-1）得:1000 34 n =3.14 225= 48.12r /min根据切削手册表3-29，取n二47.5r/

20、min实际铣削速度 V : V 蝕=3.14 225 47.5 33.56m/min1000 1000取 fz = af -0.06mm/Z，Z = 28，%= n = 47.5代入公式（2-2 ）得:工作台每分进给量 fm : fm=0.06 28 47.5 = 79.8mm/min取 fm = 80mm/min被切削层长度I :由毛坯尺寸可知I = 60mm刀具切入长度h ： h =30刀具切出长度J :取I? =2mm走刀次数为1取I = 60mm， h =30， l2 =2mm代入公式（2-3）得:60 30 2 机动时间 tj2: tj21.15minj 80以上为铣一个端面的机动时

21、间，故本工步机动工时为t? =2tj2 =2 1.15 =2.3min工序W:钻，扩30o0O45mm孔机床：专用组合钻床刀具：麻花钻、扩孔钻(1)、钻28mm 孔切削深度ap: ap = 1.25mm进给量f :根据切削手册表2-7，取f =(0.45 0.55)mm/r由于本零件属于底刚度零件，故进给量应乘系数 0.75，则f = (0.45 0.55) 0.75mm/r = (0.33 0.41)mm/r根据切削手册表2-9，取f = 0.32mm/ r取切削速度V = 24m/min取V=24, d=28代入公式(2-1、得机床主轴转速n : n 1000V J000 24 : 272

22、r/min，根据切削手册 兀d03.14 汉 28表 2-36，取 n =233r/min实际切削速度 V : V 蝕二 3.14 28 233 20.4m/min1000 1000被切削层长度I : I二22mm刀具切入长度l1 : l = 20mm刀具切出长度l2 : I =3mm取I =22, h =20 , l2=3, f -0.45 ,n -233代入公式(2-4)得：机动时间tj : tj丄上二丝旦卫:0.43minj fn 233 汉 0.45以上为钻一个孔的机动时间，故本工序机动工时为右=2切=2 0.43 =0.86 min(2)、扩*30mm 孔切削深度ap: ap =1.

23、5mm进给量f :根据切削手册表2-10，f =(0.8 -1.0) 0.7 =(0.56 - 0.7) mm/r取 f = 0.6 mm/r切削速度V :取V =19.8m/min取V=19.8, d0 =29.8 代入公式(2-1 )得机床主轴转速n : n 1000V J000 19.8 211r/min，根据切削手 兀 d03.14 汉 29.8册表 2-36 取 n =233r/mind0n 3.14 29.8 233.头际切削速度 V : V -21.8m/min1000 1000被切削层长度I : I二22mm刀具切入长度|1 I =4mm刀具切出长度I2 : I =3mm取 1

24、=22, h =4 , 12=3, f =0.6,n=233代入公式(2-4)得：机动时间tji :切二亠上二经U，o.2Ominj fn233 汇 0.6以上为扩一个孔的机动时间，故本工序机动工时为右=2切=2 0.20 = 0.40 min工序:30mm孔倒角1 45采用90锪钻。为缩短辅助时间，取倒角是的主轴转速与扩孔时相同：n =233r/min，手动进给。工序毗：钻 10.5mm 孔机床：专用组合钻床刀具：麻花钻切削深度ap: ap =0.85mm进给量f :根据切削手册表2-7，取f -(0.22 0.28)mm/r由于本零件在加工35mm孔时属于底刚度零件，故进给量应乘系数0.7

25、5，贝U f =(0.20 0.28) 0.75mm/(0.165 0.21)mm/r根据切削手册表2-9，取f =0.20mm/r取切削速度V = 24m/min取V=24, d=9代入公式(2-1 )得机床主轴转速n : n = 1000V二_24 ： 849r / min，根据切削手册兀d03.14 汉 9表 2-36，取 n =77N/mind0n 3.14 9 772头际切削速度V : V -21.8m/min1000 1000被切削层长度I : I二48mm刀具切入长度h : I =8mm刀具切出长度l2 : I = 3mm走刀次数为1取l=48, h =8 , l2=3, f =

26、0.20,n =772代入公式（2-4）得：机动时间j切二丄上二丝2：0.38minfn 772x0.20以上为钻一个孔的机动时间，故本工序机动工时为右=2切=2 0.38 =0.76 min工序区：粗铣宽度为4mm的开口槽机床：专用组合铣床刀具：高速刚锯片铣刀 d =80mm 粗齿数Z = 20 L = 4铣削深度aw : aw二22mm每齿进给量af :根据切削手册表 3-4，取af = 0.05mm/ Z铣削速度V :参照切削手册表3-13，取V =（2040）m/min ,取V =30, d0=63代入公式（2-1 ）得：机床主轴转速 n : n = 1000V二_30 : 120r

27、/ min ,根据切削手册兀 d03.14江80表 3-30，取 n =118r/mind0n 3.14 80 115头际铣削速度V : V -28.8m/min1000 1000取 fz = af =0.05 , Z =20 , nw = n =118代入公式（2-2）得:工作台每分进给量 fm : fm = fzznw = 0.05 20 118 = 118mm/min被切削层长度I :由毛坯尺寸可知I = 20mm刀具切入长度h ： h =30刀具切出长度J :取l2mm走刀次数为1取I =20，130，l2, fm =118 代入公式（2-3）得：20 30 2118=0.44 min

28、l+l +L机动时间切：切f m第3章、铣叉口侧面夹具设计经过任务分配，决定设计第W道工序一一粗铣叉口侧面的铣床夹具。本夹具将用于X63卧式铣床。刀具为四把高速钢镶齿三面刃铣刀，对工件 叉口的四个侧面同时进行加工。3.1. 任务的提出本夹具主要用来粗铣后钢板弹簧吊耳叉口侧面。本道工序仅是对内侧 端面进行粗加工。在本道工序加工时，应考虑提高劳动生产率，降低劳动 强度。同时应保证加工尺寸精度和表面质量。3.2. 定位方案及定位装置的设计计算定位方案的确定在进行后钢板弹簧吊耳叉口侧面粗铣加工工序时，60mm外圆端面已经精铣，37mm工艺孔已经加工出。故以在带台肩长销为第一定位基准限 制工件的四个自由

29、度，端面限制一个自由度，工件以37mm孔及端面和叉 杆面为定位基准，在带台肩长销和浮动支撑板上实现完全定位。夹紧时， 首先由螺母和开口垫圈夹紧37mm孔两端面，再用汽缸通过铰链杠杆机构带动浮动压块在工件叉杆处夹紧。3.2.2. 定位元件及装置设计在带台肩长销和浮动支承板上实现完全定位。3.2.3. 定位误差的分析计算本工序选用的工件以圆孔在定位销上定位，定位销为水平放置，由于定位副间存在径向间隙，因此必将引起径向基准位移误差。在重力作用下 定位副只存在单边间隙，即工件始终以孔壁与心轴上母线接触，故此时的径向基准位移误差仅存在Z轴方向，且向下，见下图T . Td*z= =0.013 0.007=

30、0.0202式中Td 工件圆孔直径公差（mr）Td定位销外圆直径公差（mm图3.1定位销水平放置时定位分析图3.3. 对刀或导引元件（装置）设计对刀装置由对刀块和塞尺组成，用来确定刀具与夹具的相对位置。由于本道工序是完成后钢板弹簧吊耳叉口侧面的粗铣加工，所以选用 侧装对刀块。侧装对刀块的结构和尺寸如图所示:图3.2 对刀块图塞尺选用平塞尺，其结构如下图所示:图3.3 平塞尺图塞尺尺寸为：表3.1平塞尺尺寸表公称尺寸H允差dC1-0.0060.25定向键安装在夹具底面的纵向槽中，一般使用两个。其距离尽可能布 置的远些。通过定向键与铣床工作台 T形槽的配合，使夹具上定位元件的 工作表面对于工作台的

31、送进方向具有正确的位置。根据GB22080定向键结构如图所示：图3.4夹具体槽形与螺钉图根据T形槽的宽度a=18mm定向键的结构尺寸如下:表3.2 定向键数据表BLHhD夹具体槽形尺寸B2h2公称尺寸偏差d公称尺寸允差D18-0.0112512615618+0.01873.4. 夹紧方案及装置的设计计算夹紧方案的确定夹紧时，首先由螺母和开口垫圈夹紧 37mm孔两端面，再用DQ（型汽 缸通过铰链杠杆机构带动浮动压块在工件叉杆处夹紧。342.夹紧力大小的分析计算刀具：高速钢镶齿三面刃铣刀，225mm，Z = 28根据切削手册表3.28可查得:铣削力计算公式为CFapFfzyFXFZF 二qF jf

32、d n其中：Cf =650，ap = 1.5mm， Xp =1.0， fz 二 0.08mm/ Z， yF 二 0.72，ae = 60mm , Uf = 0.86 , qF = 0.86 , wF =0。故650 1.5 0.080.72 600.86 28F 二0.861421.4( N)225用四把铣刀时，F实=4F = 5686( N )水平分力：Fh=1.1 F实=6255( N )垂直分力：Fv=0.3 F 实=1706(N)考虑安全系数，切削力 F=KFh=2 62512510( N)铣削加工产生的水平分力应由夹紧力产生的摩擦力平衡则夹紧力N应为N( f, f2) = F 其中f

33、i及f2为夹具定位面及加紧面上的摩擦系数，f f 0.25。则N 二二=25020(N) fi 十 f20.25 +0.25343.夹紧机构及装置设计利用气缸活塞的推力通过铰链杠杆机构带动浮动压块在工件叉杆处夹 紧。工作时，连杆与活塞杆成80左右的夹角，使活塞推力放大。受力分析如下图：2Do3.14 0.0846100.9=4522( N)通过夹紧机构产生的夹紧力 N气二Qtan80 -4522 5.671 =25644( N )此时大于所需的25020N的夹紧力，故本夹具可安全工作。3.5 连接元件及夹具体设计夹具体的设计主要考虑零件的形状及将上述各主要元件联成一个整体。3.6. 夹具操作及

34、维护简要说明本夹具用于后钢板弹簧吊耳叉口侧面的粗铣。工件以37mm孔及端面 为定位基准，在带台肩长销和浮动支撑板上实现完全定位。夹紧时，首先 由螺母和开口垫圈夹紧 37mm孔两端面，再用气缸通过铰链杠杆机构带动 浮动压块在工件叉杆处夹紧。其夹紧采用的是气动夹紧，夹紧简单、快速、 可靠。有利于提高生产率。工件在夹具体上安装好后，浮动压块在气缸活 塞的推动下向下移动夹紧工件。当工件加工完成后，压块随即在气缸活塞 的作用下松开工件，即可取下工件。参考文献1 赵家齐机械制造工艺学课程设计指导书 （第 2 版）机械工业出版 社，2000年 10 月。2 王先逵机械制造工艺学（第 2版）机械工业出版社， 2007年 8月。3 李益民机械制造工艺设计简明手册机械工业出版社， 1994。4 艾 兴，肖诗纲切削用量简明手册 （第 3 版）机械工业出版社， 1994。5 东北重型机械学院机床夹具设计手册上海科学技术出版社， 1990