拐臂零件的机械加工工艺及工装设计.docx

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拐臂零件的机械加工工艺及工装设计

网络教育学院

本科生毕业论文（设计）

题目：

拐臂零件的机械加工工艺及工装设计

学习中心：

层次：

专科起点本科

专业：

年级：

年春/秋季

学号：

学生：

指导教师：

完成日期：

年月日

内容摘要

在机械制造批量生产中根据加工零件的工艺要求，（钻床夹具无论在传统机床上还是在数控机床、加工中心上，仍是必不可少的重要工艺装备。

通过钻床夹具设计，不仅可以培养综合运用已学知识的能力而且可以得到工程设计的初步训练），因此，拐臂零件在机械制造行业中占有十分重要的地位。

本设计的内容包括：

一、绪论

二、工艺规程设计，包括：

1.被加工零件的分析；

2.零件毛坯的选择；

3.定位基准的选择；

4.工艺路线的安排；

5.重点工序加工方法说明；

6.切削用量的确定；

7.机动时间的计算和工序时间定额。

三、夹具设计（见详图）

四、总结

五、设计所参考的资料

具体内容，见详细的设计说明书。

关键词：

切削用量；定位基准；重点工序

目录

内容摘要I

引言1

1绪论2

2工艺规程设计3

2.1年生产量和批量的确定3

2.2零件分析3

3确定毛坯4

3.1毛坯的选择4

3.2确定铸件加工余量及形状4

4定位基准的分析与选择5

4.1基准的概念5

4.2基准选择原则5

4.3定位基准的选择6

4.4制定工艺路线7

4.5选择夹具9

4.6选择刀具9

4.7机械加工余量、工序尺寸及公差的确定9

5.夹具设计13

5.1问题的提出14

5.2定位基准的选择14

5.3定位元件选择15

5.4夹紧元件的选择15

5.5夹紧力的计算15

5.6定位误差分析15

6总结17

参考文献18

引言

毕业设计是在我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业之后进行的。

这是我们对学完所有课程的一次深入的综合性的链接，也是一次理论联系实际训练。

因此，它在我们的大学学习生活中占有十分重要的地位。

就我个人而言，我希望能通过这次毕业设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后参加祖国的现代化建设打下一个良好的基础。

我也相信通过毕业设计能将零碎的知识点都联系起来，系统而全面的做好设计。

本次毕业设计是机械制造工艺学这门课程的一个阶段总结，是对课堂中学习的基本理论和在生产实习中学到的实践知识的一个实际应用过程。

由于知识和经验所限，设计会有许多不足之处，所以恳请老师给予指导。

1绪论

本次设计的题目是拐臂零件的机械加工工艺及工装设计。

这个题目是机械设计课题，在做这个设计题目过程中，涉及了很多工艺规程设计方面的知识。

本次的设计任务是：

制定一给定的零件的机械加工工艺及就加工该零件的某一道工序的夹具设计。

设计内容包括：

毛坯零件综合图一张；

夹具装配图1张；

夹具体图1张；

工序卡的编订、绘制；

论文1份；

2工艺规程设计

2.1年生产量和批量的确定

1）已知生产纲领：

2000件/年，

年生产量=生产纲领

每台件数

（1%储备量）

（1%废品率）

＝2000件/年

1件/台

（1+1%）

（1+1%）

=2040件

月产量=年产量/12=170件

日产量=月产量/25.5=170件/25.5=7件

2）生产类型的确定：

查工艺人员手册，年产量2000件的属于中批生产。

3）批量的确定及生产间隔期

在一个零件总的加工时间及最长工序时间确定的情况下，批量和生产间隔期相互制约，批量越大，生产间隔期越长，生产率高，但资金周转慢，批量越小，生产间隔期短，资金周转快，但生产率低，所以要同时兼顾二者。

批量的确定：

除了要考虑生产间隔期外，还要考虑车间毛坯仓库的面积，如批量大，则占用车间面积过大，资金投入大，周转慢，反之，如批量小，则毛坯的供给满足不了加工需要，则出现停工，以至于设备的闲置，工人的浪费。

考虑到以上的种种因素，定的批量时间为2天。

2.2零件分析

（1）零件的作用

题目所给的零件柺臂。

零件上方的Φ10孔，下方的Φ12孔。

（2）零件的工艺分析

零件的材料为45号钢，材料切削性能好，加工前不用进行热处理，且零件外轮廓并不复杂。

但是零件的厚度有60mm厚，不容易切削，故不适宜采用板类毛坯，为此，可以采用锻造毛坯。

下是拐臂需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求：

1、上、下平面粗糙度值为0.8,六边形孔和Φ22孔内表面粗糙度值为1.6；

2、攻螺纹孔M8和M16；

3、铣槽，外轮廓；

4、六边形孔和Φ22孔有中心距要求

。

5、六边形孔有配合要求

由上面分析可知，零件对各加工表面的位置度要求不高，

可以在加工拐臂下端面，和六边形孔内表面后，以此作为基准采用专用夹具加工Φ22孔，从而保证位置精度要求；平面的粗糙度值用一般铣床也能保证；螺纹孔也可用钻床配专用夹具达到加工要求。

（3）计算零件的生产纲领、确定生产类型

A计算生产纲领

所给零件是某机器上的零件，假设该机器的年产量为5500台，每一台机器上只有一个星轮，若取备品率为8%，零件的废品率为0.5%，则该零件的生产纲领为：

N=Qn（1+a）（1+b）=5500×1×（1+8%）×（1+0.5%）

=5970

B确定生产类型及工艺特点

由上面的计算可知该零件的年产量为5970件，且该零件为小型零件，查《机械制造技术基础》表0.1可得该零件的生产方式为大批生产，所以初步的工艺安排为：

加工过程划分阶段，采用工序集中，加工设备广泛采用高效机床，广泛采用高效夹具

3确定毛坯

3.1毛坯的选择

毛坯的选择和拟定毛坯图是制定工艺规程的最初阶段工作之一，也是一个比较重要的阶段，毛坯的形状和特征（硬度，精度，金相组织等）对机械加工的难易，工序数量的多少有直接影响，因此，合理选择毛坯在生产占相当重要的位置，同样毛坯的加工余量的确定也是一个非常重要的问题。

毛坯种类的选择决定与零件的实际作用，材料、形状、生产性质以及在生产中获得可能性，毛坯的制造方法主要有以下几种：

1、型材2、锻造3、铸造4、焊接5、其他毛坯。

根据零件的材料，推荐用型材或锻件，但从经济方面着想，如用型材中的棒料，加工余量太大，这样不仅浪费材料，而且还增加机床，刀具及能源等消耗。

综合考虑最终选用零件材料为45。

零件过厚，不易切割，但外形轮廓并不复杂，故毛坯选用锻造件。

查《机械制造工艺设计简明手册》第41页表2.2-5,选用铸件尺寸公差等级为CT-12。

3.2确定铸件加工余量及形状

根据《机械加工余量手册》第17页表1-8，得锻造件公差（普通级）加工余量，如下表所示：

简图

加工面代号

基本

尺寸

加工余量等级

加工

余量

说

明

T1

20

H

4

单侧加工

T2

50

H

3

单侧加工

T3

30

H

3

单侧加工

D1

12

H

22

加工

孔

D2

12

H

外接于

的正六边形

4定位基准的分析与选择

在制定零件加工工艺规程时，正确选择定位基准对保证加工表面的尺寸精度和相互位置精度的要求以及合理安排加工顺序都有重要的影响。

4.1基准的概念

基准就是在零件上用以确定其他点、线、面的位置所依据的点、线、面。

基准依据其功用不同可分为设计基准和工艺基准两大类。

设计基准在零件图上用以确定其他点、线、面位置的基准，主要用在产品零件的设计图上；而工艺基准主要用在机械制造的工艺过程中。

4.2基准选择原则

精基准的选择

选择精基准主要考虑应可靠地保证主要加工表面间的相互位置精度并使工件装夹方便、准确、稳定、可靠。

因此选择精基准时一般应遵循以下原则：

（1）基准重合原则；

（2）基准统一原则；

（3）保证工件定位稳定准确、夹紧可靠，夹具结构简单，操作方便的原则；

（4）互为基准原则；

（5）自为基准原则。

粗基准的选择

选择粗基准，主要是为了可靠方便地加工出精基准来。

具体选择时主要考虑一下原则：

（1）为了保证不加工表面与加工表面之间的相互位置关系（厚壁均匀、对称，间隙大小等），应首先选择不加工表面作粗基准，若零件上有多个不加工表面，则应选择其中与加工面相对位置关系要求较高的不加工面为粗基准。

（2）为了使定位稳定、可靠、夹具结构简单，操作方便，作为粗基准的表面应不是分型面，应尽可能平整光洁，且有足够大的尺寸，无浇口、冒口或飞边、毛刺等缺陷，必要时，应对毛坯加工提出修光打磨的要求。

（3）对于具有较多加工表面的工件，粗基准选择时，应考虑合理地分配各表面加工余量。

（4）同一方向上的粗基准原则上只允许使用一次。

上述粗、精基准的选择原则，只说明了某一方面的问题，在实际应用中，常常不能同时兼顾，往往会出现相互矛盾的情况，这就要求选择时应根据零件的生产类型及具体生产条件，并结合整个工艺路线进行综合考虑，分清主次，抓住主要矛盾，灵活运用上述原则，正确选择粗、精基准。

4.3定位基准的选择

在选择定位基准时，为了保证零件同轴度公差及各部分的相互位置精度，所有的加工工艺均采用两中心孔定位，符合基准统一原则。

为了保证转子摆杆加工精度的稳定性，在加工的全过程中不允许人工校直。

调质、高频淬火时，螺纹部分等应采取保护装置进行保护。

拐臂承受交变载荷作用，

处有装置往复摩擦其表面，所以该处精度高又耐磨。

表面经调质后，硬度增强，符合既有一定的韧性，又有较好的耐磨性。

2．确定零件的粗、精基准，确定零件各表面的加工顺序

粗基准的选择应能保证加工面与非加工面之间的位置精度，合理分配各加工面的余量，为后续工序提供精基准。

所以为了便于定位、装夹和加工，可选轴的外圆表面为定为基准，或用外圆表面和顶尖孔共同作为定为基准。

用外圆表面定位时，因基准面加工和工作装夹都比较方便，一般用卡盘装夹。

为了保证重要表面的粗加工余量小而均匀，应选该表面为粗基准，并且要保证工件加工面与其他不加工表面之间的位置精度。

粗基准采用锻造后的毛坯外圆。

中心孔加工采用三抓自定心卡盘装夹毛坯外圆，车端面、钻中心孔。

一般不能用毛坯外圆装夹两次钻两端中心孔，而应该以毛坯外圆作粗基准，先加工一个端面，钻中心孔，车一端外圆，然后以已车过的外圆作基准，用三抓自定心卡盘装夹，车另一端面，钻中心孔，才能保证两中心孔同轴。

选择精基准时，主要考虑的问题是如何保证零件的加工精度以及安装可靠。

在进行精加工时，应选用已加工表面作为精加工基准。

根据拐臂的技术要求和装配要求，应选择拐臂的左右端面和两端面的中心孔作为精基准。

零件上的很多表面都可以以两端面作为基准进行加工。

可避免基准转化误差，也遵循基准统一原则。

两端的中心轴线是设计基准。

选用中心轴线为定为基准，可保证表面最后的加工位置精度，实现了设计基准和工艺基准的重合。

由于两轴面的精加工工序要求余量小且均匀，可利用其自身作为基准

4.3.1粗基准的选择：

以零件的小头上端面为主要的定位粗基准，以两个小头孔外圆表面为辅助粗基准。

4.3.2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，以粗加工后的底面和

孔的内表面为主要的定位精基准，以

孔外圆柱表面为辅助的定位精基准。

4.4制定工艺路线

根据零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能达到的经济精度，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。

查《机械制造工艺设计简明手册》第20页表1.4-7、1.4-8、4.4.1选择零件的加工方法及工艺路线方案

本零件的加工表面有外圆、内孔、端面、平面、槽及小孔等，材料为45号钢。

参考《机械制造工艺设计简明手册》表1.4-6、1.4-7、1.4-8，其加工方法选择如下：

（1）Φ50k6外圆面：

公差等级为IT6，表面粗糙度为

1.6μm，需进行粗车、半精车、精车。

（2）Φ20f7外圆面：

公差等级为IT7，表面粗糙度为

1.6μm，需进行粗车、半精车、精车。

（3）Φ22H7内孔：

公差等级为IT7，表面粗糙度为

0.8μm，由于孔径小，故加工方法可采取钻、扩、粗铰、精铰。

（4）Φ480-0.4外圆面：

公差等级为IT12，表面粗糙度为

6.3μm，粗车即可。

（5）Φ50k6外圆面：

公差等级为IT6，表面粗糙度为

1.6μm，需进行粗车、半精车、精车。

（6）端面：

右端面的表面粗糙度均为

3.2μm，进行粗车、半精车即可；左端面的表面粗糙度均为

3.2μm，且左端面有位置精度要求，端面跳动公差等级为7级，需进行粗车、半精车（表1.4-10）；Φ48外圆两端面的断面跳动公差等级为8级，需进行粗车、半精车（表1.4-12）。

（7）平面：

Φ48外圆阶梯轴水平面的公差等级为IT7，表面粗糙度为

6.3μm，需进行粗铣、精铣。

（8）槽：

键槽深度的公差等级为IT11，键槽宽度的公差等级为IT9，表面粗糙度为

3.2μm，用键槽铣刀加工即可达到要求；6个3×0.5的槽粗车即可。

（9）Φ4H9孔及Φ2小孔：

用立式钻床加工。

制定工艺路线的出发点，应当是使零件的加工精度（尺寸精度、形状精度、位置精度）和表面质量等技术要求能得到合理的保证。

在生产纲领已经确定为中批量生产的条件下，可以考虑采用通用机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。

除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。

根据零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能达到的经济精度，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。

查《机械制造工艺设计简明手册》第20页表1.4-6，选择零件的加工方法及工艺路线方案如下：

工序10

（1）粗铣顶面，以两外轮廓圆弧表面和底面为的定位基准，采用X51立式铣床，普通夹具；

（2）粗铣底面，以两外轮廓圆弧表面和顶面为定位基准，采用X51立式铣床，普通夹具；

工序20划线，确定六边形中心位置

工序30在六边形中心位置钻Φ48内孔,以划线和粗铣后的底面为定位基准，采用Z525立式钻床，普通夹具；

工序40精铣顶面、底面，以Φ48内孔和粗铣后的底、顶面为基准，采用X51立式铣床，普通夹具；

工序50粗铣，精铣外轮廓，以Φ48内孔和底面为基准，采用采用X51立式铣床，普通夹具；

工序60插

多边形内孔、倒锐角，以外轮廓圆弧和底面为定位基准，采用B5020插床，普通夹具；

工序70钻

孔，以正多边形内孔和上，下端面为定位基准，Z550型立式钻床，专用夹具；

工序80扩、粗、精铰

孔、倒角，以正多边形内孔和上，下端面为定位基准，采用Z550卧式镗床，专用夹具；

工序90钻M8底孔，以顶、底面及外轮廓面为基准，采用Z4112-2钻床，专用夹具；

工序100攻螺纹M8，以顶、底面及外轮廓面为基准，采用Z525钻床，专用夹具；

工序110钻M16底孔，以顶、底面及外轮廓面为基准，采用Z4112-2钻床，专用夹具；

工序120攻螺纹M16，以顶、底面及外轮廓面为基准，采用Z525钻床，专用夹具；

工序130铣槽，以顶、底面及外轮廓面为定位基准，采用X60卧式铣床加专用夹具；

工序140检验；

工序150调质。

4.5选择夹具

本零件除粗铣及半精铣槽、粗铣及精铣平面、钻、铰孔等工序需要专用夹具外，其他工序使用通用夹具即可。

车床工序采用用三爪自定心卡盘。

4.6选择刀具

（1）在车床上加工的工序，一般都选用硬质合金车刀。

加工钢质零件采用YT，类硬质合金，粗加工用YT5，半精加工用YT15，精加工用Y30.切槽刀宜选用高速钢。

（2）加工Φ22H7孔选用的刀具为高速钢麻花钻头，高速钢扩孔钻，硬质合金铰刀。

（3）铣键槽按表3.1-27选用键槽铣刀，键槽的深度为4.5mm；铣Φ48阶梯轴段的平面选用专用铣刀，铣刀做成105°的形式。

（4）钻Φ4H9孔选用直柄麻花钻。

4.7机械加工余量、工序尺寸及公差的确定

4.7.1圆柱表面工序尺寸：

前面根据资料已初步确定工件各面的总加工余量，现在确定各表面的各个加工工序的加工余量如表二所示：

表二：

加工

表面

加工

内容

加工余量

精度等级

工序

尺寸

表面粗

糙度

工序余量

最小

最大

Φ20IT12

（D1）

钻孔

1.8

IT12

12.5

1.5

1.8

铰孔

0.02

IT9

3.2

0

+0.027

Φ22IT12

（D2）

钻孔

1.8

IT12

12.5

1.5

1.8

铰孔

0.06

IT9

3.2

0

+0.027

4.7.2平面工序尺寸：

表三：

工序

内容

加工

余量

基本

尺寸

经济

精度

工序尺寸

偏差

工序余量

最小

最大

铸件

7.0

CT12

+3.5

粗铣φ20孔下端面

3.5

23.5

12

+1.0

+1.5

粗铣φ22孔下端面

3.5

28

12

+1.0

+1.5

粗铣φ20孔上端面

3.5

23.5

12

+1.0

+1.5

粗铣φ22孔上端面

3.5

28.0

12

+1.0

+1.5

精铣φ20孔下端面

1.5

23.5

11

+0.02

+0.03

精铣φ22孔下端面

1.5

28

11

+0.02

+0.03

精铣φ20孔上端面

1.5

23.5

11

0

+0.027

精铣φ22孔上端面

1.5

28

11

0

+0.027

（1）工艺卡的填写

1．叙述切削用量的概念等相关文字

切削用量是切削时各运动参数的总称，包括切削速度、进给量和背吃刀量（切削深度）。

与某一工序的切削用量有密切关系的刀具寿命，一般分为该工序单件成本最低的经济寿命和最大生产率寿命两类。

按前者选择的切削用量称为最低成本切削用量，这是通常使用的；按后者选择的切削用量称为最大生产率切削用量，一般在生产任务紧迫时使用。

1）切削速度Vc是指刀具切削刃上选定点相对于工件待加工表面在主运动方向的瞬时速度。

2）进给量f在主运动每转一转或每一行程时，刀具与工件之间沿进给运动方向的相对位移。

3）背吃刀量（切削深度）ap指待加工表面与已加工表面之间的垂直距离。

2．在填好的工序卡中，选择工序70钻

孔，以正多边形内孔和上，下端面为定位基准，Z550型立式钻床，专用夹具