后钢板弹簧吊耳工艺课程设计说明书(831010)

课程设计报告

(2011-- 2012年度第1学期)

名 称： 制造技术课程设计 题 目： 院 系： 机械工程系 班 级： 机械090 班 学 号： 学生姓名： 指导教师： *** 设计周数： 2周

成 绩：

日 期：2012年01月 13日

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目 录

一、《制造技术》课程设计的任务书-------------------------------------------------------------2 二、设计正文------------------------------------------------------------------------------------------5 1、零件的分析-------------------------------------------------------------------------------------5 2、工艺规程设计----------------------------------------------------------------------------------6 3、制定工艺路线----------------------------------------------------------------------------------7 4、机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定-------------------------------------------7 5、确定切削用量及基本工时（机动时间）------------------------------------------------10 6、夹具设计计算及结构参数确定------------------------------------------------------------11 三、课程设计总结及心得--------------------------------------------------------------------------13 四、参考资料及文献--------------------------------------------------------------------------------13 五、附图

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一、《制造技术》课程设计

任 务 书

一、 目的与要求

制造技术课程设计是在进行了认识实习和学完了《机械制造技术基础》课程之后进行的一个设计性和实践性教学环节。通过本课程设计学生能得到综合运用所学过的课程知识进行机械加工工艺规程编制及机床夹具结构设计的基本训练，提高学生的设计能力；同时也为学生今后作好毕业设计进行一次综合训练和准备。学生通过制造技术课程设计，应该在下述几个方面得到锻炼：

1. 能熟练运用机械制造技术基础课程以及先修课程中的基本理论知识和在认识实习

中学到的实践知识，正确地解决一个零件在加工中的定位、夹紧以及工艺路线的安排、工艺尺寸确定等问题，保证零件的加工质量。 2. 提高结构设计能力。通过机床夹具设计的训练，使学生能应当获得根据被加工零件

的加工要求，在确保加工质量的前提下设计出高效、省力、经济合理的机床夹具的能力。

3. 学会使用手册及图表资料。掌握与本设计有关的各种参考资料的名称、出处，做到

能熟练运用。

二、 主要内容

前提：在通用机床上使用专用夹具进行大批量生产。 内容：

⑴ 编制某零件的机械加工工艺规程； ⑵ 设计该零件某指定工序使用的专用夹具。 具体要求：

⑴ 编制机械加工工艺卡片

内容包括确定工序、切削用量、设备、刀具、夹具、量具、工时定额。 ⑵ 机床夹具设计

① 完成夹具装配图1张（1#），要求正确标注轮廓尺寸、配合尺寸、调整尺寸及相

关技术要求；

② 完成夹具体零件图1张（1#），要求正确标注尺寸、公差、表面粗糙度及相关技

术要求；

⑶ 撰写设计计算说明书一份，内容包括目录、设计任务、工艺编制说明、工序分析，设计计算与结构参数确定、设计总结、参数资料等。

三、 进度计划

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序号 设计(实验)内容 编制工艺规程； 设计夹具、完成规定的图纸； 撰写设计说明书； 提交已完成的设计、进行答辩 完成时间 第1～3天： 第4～8天： 第9天： 第10天： 备注 1 2 3 4 四、 课程设计成果要求 1、工艺规程设计

机械加工工艺规程卡一张。

2、机床夹具设计

夹具装配图1张（1#）； 夹具体零件图1张（1#）； 设计计算说明书一份。

五、 考核方式

依据：机械加工工艺规程、设计图纸、设计说明书、平时考勤。 成绩：按五级分制：优、良、中、及格、不及格

学生姓名：

指导教师：

2011年12月30日

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二、设计正文

摘 要

本次设计是对后钢板弹簧吊耳零件的加工工艺规程及一些工序的专用夹具设计。后钢板弹簧吊零件的主要加工表面是平面及孔。由加工工艺原则可知，保证平面的加工精度要比保证孔的加工精度容易。所以本设计遵循先面后孔的原则。并将孔与平面的加工明确划分成粗加工和精加工阶段以保证加工精度。基准选择以后钢板弹簧吊耳大外圆端面作为粗基准，以后钢板弹簧吊耳大外圆端面与两个工艺孔作为精基准。主要加工工序安排是先以后钢板弹簧吊耳大外圆端面互为基准加工出端面，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。整个加工过程选用不同类型的加工机床。

1、零件的分析

1.1零件的作用

题目给出的零件是牌汽车后钢板弹簧吊耳，其图号为831010。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用是减震功能、阻尼缓冲部分功能、导向功能。两端的卷耳用销子铰接在车架的支架上。这样，通过钢板弹簧将车桥与车身连接起来，起到缓冲、减振、传力的作用。

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0.05mm的孔，其中两外圆端面表面粗糙度要求为Ra6.3um，

0.05370mm的孔表面粗糙度要求为Ra1.6um

（2）以3000.045mm孔为主要加工表面的加工面。这一组加工表面包括：2个

0.0450.045300mm的孔，2个的10.5mm孔、2个300mm孔的内外两侧面的铣削，宽

度为4的开口槽的铣削，2个孔在同一中心线上数值为0.01mm的同轴度要求。其中2个的3000.045mm孔表面粗糙度要求为Ra12.5um，2个的孔表面粗糙度要求为，2个

0.0450.045300mm的孔的内侧面表面粗糙度要求为Ra12.5um，2个300mm的孔外侧面

表面粗糙度要求为Ra50um，宽度为4的开口槽的表面粗糙度要求为Ra50um。

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在两组加工表面之间没有一定的位置要求，先加工哪一组表面都可以，现计划是加工第一组表面，再以第一组为基准加工第二组表面。

2、工艺规程设计

2.1确定毛坯的制造形式

零件材料为35钢。考虑零件在工作中的情况，零件在汽车后后钢板中支架钢板，受到各种不同的振荡，有减震功能、阻尼缓冲部分功能、导向功能作用，因此应该选择锻件，以使金属纤维尽量不被切断，保证零件工作可靠。在初定义，本零件为大批量生产，而且零件的轮廓尺寸不大，在造型中可采用模锻成型。

2.2基准的选择

基准选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基准选择得正确与合理，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。

2.2.1 粗基准选择应当满足以下要求：

（1） 粗基准的选择应以加工表面为粗基准。目的是为了保证加工面与不加工面的相互位置关系精度。如果工件上表面上有好几个不需加工的表面，则应选择其中与加工表面的相互位置精度要求较高的表面作为粗基准。以求壁厚均匀、外形对称、少装夹等。 （2） 选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。例如：机床床身导轨面是其余量要求均匀的重要表面。因而在加工时选择导轨面作为粗基准，加工床身的底面，再以底面作为精基准加工导轨面。这样就能保证均匀地去掉较少的余量，使表层保留而细致的组织，以增加耐磨性。

（3） 应选择加工余量最小的表面作为粗基准。这样可以保证该面有足够的加工余量。 （4） 应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗基准，以保证定位准确夹紧可靠。有浇口、冒口、飞边、毛刺的表面不宜选作粗基准，必要时需经初加工。 （5） 粗基准应避免重复使用，因为粗基准的表面大多数是粗糙不规则的。多次使用难以保证表面间的位置精度。

为了满足上述要求，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。

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2.2.2精基准的选择

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。

3、制定工艺路线

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。在生产纲领已确定为大批量生产的条件下，可以考虑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，还考率经济效果，以便使生产成本尽量降低。

经过小组讨论，总结出了两种工艺路线，两种工艺路线如下表：

工艺路线方案一： 工序号 13 4 5 6 7 8 9 11111

工序 名称 工序内容 铣端面 铣端面 钻孔 扩孔 倒角 铣端面 铣端面 钻孔 扩孔 倒角 钻孔 铣开口槽 去毛刺 终检 粗铣Φ60mmA端面 粗铣Φ60mmB端面 钻Φ37mm孔 扩Φ37mm孔 倒角1.5×30° 铣Φ30mm内端面 铣Φ30mm外端面 钻Φ30mm孔 扩Φ30mm孔 倒角1×45° 钻Φ10.5mm孔 铣宽为4mm开口槽 去毛刺 终检 《机械制造》课程设计 [键入文字] 第8页 共14页

工艺路线方案二： 工序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 11111工序 名称 工序内容 铣端面 铣端面 钻孔 扩孔 倒角 铣端面 铣端面 钻孔 扩孔 倒角 钻孔 铣开口槽 去毛刺 终检 粗铣Φ60mm端面 精铣Φ60mm端面 钻Φ37mm孔 扩Φ37mm孔 倒角1.5×30° 铣Φ30mm内端面 铣Φ30mm外端面 钻Φ30mm孔 扩Φ30mm孔 倒角1×45° 钻Φ10.5mm孔 铣宽为4mm开口槽 去毛刺 终检 经比较，两方案的区别在于第一步铣Φ60端面的区别，方案一是粗铣，而方案二是先粗铣再精铣。而我们又注意到，对Φ60端面的粗糙度要求为Ra=6.3，因此该端面不需要精铣。而即使需要精铣，精铣的工序也要在孔加工之后，因为精铣的定位必须依靠Φ37孔，故工艺路线方案二被否定，确定工艺路线方案为方案一

4、机械加工余量、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号钢，属于中碳钢， 硬度HBS为149～187，生产类型为大批量生产，采用锻造毛坯。

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：

（1）

铣60mm端A平面(以B平面作为粗基准)：

基本尺寸

粗铣

名称 加工余量

加工经济精度 IT12

工序尺寸及公差 77.50−0.3

表面粗糙度 Ra6.3

1.5 77.5

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毛胚尺寸

-

79

1

79

-

（2） 铣60mm端B平面(以A平面作为精基准)：

基本

加工经济精度 IT12

工序尺寸及公差 76−0.2−0.6

表面粗糙度 Ra6.3

名称 加工余量

尺寸 76

粗铣

（3）加工3701.5

0.05mm孔：

基本尺寸 Φ37

加工经济精度 IT11 IT13

工序尺寸及公差 ∅37+0.05 0

0.39350

名称

加工余量（双）

2 4

表面粗糙度 Ra6.3 -

扩孔 钻孔

（4）铣30035

0.045mm孔的内侧端面：

基本尺寸 77

加工经济精度

-

工序尺寸及公差

0.074770

名称

加工余量（双）

表面粗糙度 Ra12.5

粗铣 毛胚尺寸

（5）铣3002

- 75 1 751

-

0.045mm孔的外侧两端面：

基本

加工经济精度 IT12

工序尺寸及公差 22

表面粗糙度 Ra50

名称 加工余量

尺寸 22

粗铣

1

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（6）加工3000.045mm孔：

基本尺寸 Φ30

加工经济精度 IT11 IT13

工序尺寸及公差 30+0.045 0

0.33280

名称

加工余量（双）

2 28

表面粗糙度 Ra6.3 -

扩孔 钻孔

28

（7）加工10.5mm孔：

加工余量（双） 10.5

基本 尺寸 Φ10.5

加工经济精度 IT12

工序尺寸及公差 ∅10.5

表面粗糙度

-

名称

钻孔

（8）铣宽度为4mm的开口槽：

基本

名称

加工余量

尺寸 4

加工经济精度 IT12

工序尺寸及公差

4

表面粗糙度 Ra6.3

粗铣 4

5、确定切削用量及基本工时（机动时间）

工序12：铣宽为4mm开口槽至符合标准。 工步：粗铣 机床：立式铣床X51

刀具：高速钢锯片铣刀d=80mm 粗齿数Z=20 L=4 铣削深度：ap=22mm

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每齿进给量af：根据《切削手册》表3.29，取af=0.05mm/Z 铣削速度V：根据《切削手册》表8.99，取V=(20～40)m/min， 取V=30m/min 机床主轴转速n：n=

1000Vπd0

=

1000×303.14×80

≈120r/min，根据《切削手册》，取n=118r/min

≈28.8m/min

实际铣削速度V＇：V＇=

πd0n1000

=

3.14×80×115

1000

工作台每分进给量fm：fm=fzznw=0.05×20×118=118mm/min 根据《机械加工工艺手册》 表15-8 被切削层长度l：由毛坯尺寸可知l=20mm 刀具切入长度l1，刀具切出长度l2:l1+l2=5mm 走刀次数为1 机动时间：t1=

l+l1+l2fm

=

20+5118

=0.21min

6、夹具设计计算及结构参数确定

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。经过小组成员讨论，并与指导老师沟通，确定铣4mm槽为最后一道工序。本说明书仅包含此工序（工序12）的夹具设计。所选铣床为X51系列立铣床，刀具为锯盘铣刀，对零件进行粗铣加工。本夹具设计结构简单，方便操作，并且定位元件可拆卸，磨损后可予以更换，以保证加工精度。

6. 1定位基准的选择

本工序为零件的最后一道工序，其余设计基准都已加工，因此应该选择设计基准为定位基准，实现基准重合。因此选择Φ60mm孔的一个端面与Φ37mm孔作为定位基准，使用一个平面一个短销，其5自由度，再加一个支撑钉，一共工件的六个自由度，符合六点定位原理。综上，本夹具采用了一面一孔一支撑钉的定位方式。

6. 2切削力及夹紧力的计算

刀具：硬质合金钢锯盘铣刀，直径Φ80mm，z=20。 根据《金属切削机床夹具设计手册》表3-56，

0.72−0.86

P=𝐶𝑝𝑡0.86𝑠𝑧𝐷𝐵𝑧𝐾𝑝

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其中：𝐶𝑝=52,t=22mm,𝑠𝑧=0.05𝑚𝑚/𝑍,D=80mm,B=4mm,z=20,𝐾𝑝=1.4 因此P=52×220.86×0.050.72×80−0.86×4×20×1.4=143𝑁 水平分力：F𝐻=1.1F=1.1×143=157.3N

在计算切削力的时候，必须把安全系数考虑在内。安全系数K=K1K2K3K4K5K6。 其中 K1为基本安全系数1.5 K2为加工状态系数1.2 K3为切削特点系数1.2； K4为夹紧动力稳定性系数1.3 K5为手动夹紧是手柄位置系数1.2

K6为力矩使工件旋转时，考虑的支撑面接触情况系数1.5。 所以F′=KFH=1.5×1.2×1.2×1.3×1.5×157.3=662.5N

查《金属切削机床夹具设计手册》中表3-19，工件与压紧元件之间的摩擦系数为f=0.7，所以所需压紧力F0=F’/f=946.4N。

夹具采用梯形螺纹旋转压紧机构，所需夹紧扭矩的计算公式为：

M=Q[rtan(ψ+Φ)+τf1](kg∙mm)

其中Q为夹紧力946.4N

r为螺纹的平均半径13.86mm ψ为螺纹升角2°18’

n为螺纹线数1 P为螺纹螺距3.5 Φ螺纹摩擦角10°

f1支撑表面的摩擦系数，一般取0.15~0.3，此处取0.2 τ支撑表面的计算力臂，根据支撑面的形式，这里取0 所以M=946.4[13.86tan(2°18’+10°)]=2788.1(kg∙mm)

当螺纹公称直径d=30时，按《金属切削机床夹具设计手册》中表3-26，许用夹紧力 Q许=3619kg∙mm，所以M6.3定位误差的分析

本工序选用的工件以圆孔在间隙心轴上定位，心轴为水平放置，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。这时的径向定位误差只是单向的，在垂直面内发生。

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见下图。

∆𝑦=𝜀+𝑇𝐷+𝑇𝑑=0.031+0.05+0.024=0.105

式中ε——定位副间的最小配合间隙（mm）； 𝑇𝐷——工件圆孔直径公差（mm）； 𝑇𝑑——心轴外圆直径公差（mm）

心轴水平放置时定位分析图

6.6夹具设计及操作的简要说明

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。这些主要元件设计好后即可画出夹具的设计装配草图。整个夹具的结构见夹具装配图所示。

本夹具装配时将零件套在定位轴上即可，夹紧用带肩六角螺母夹紧，定位元件可更换，以避免磨损影响定位精度。操作简单，成本低廉，提高了生产效率。

三、课程设计总结及心得

1、总结

后钢板弹簧吊耳的加工工艺及夹具设计，主要是对后钢板弹簧吊耳的加工工艺和夹具进行设计。后钢板弹簧吊耳的加工工艺设计主要是确定加工工艺路线，机械加工余量和切削用量、基本工时的确定，夹具的设计主要是要设计出正确的定位夹紧机构。在本设计中工件的加工工艺路线正确合理，夹具的定位夹紧机构也能达到定位夹紧的目的，能保证加工工件的精度。在设计中遇到了很多问题，如出现工艺路线的不合理，甚至出现不能保证加工所要求达到的精度。在进行夹具设计时，因定位基准选择不合理，出现过定位或欠定位造成加工的

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零件的精度得不到保证。在选择夹紧机构时由于机构的大小，尺寸等不合理，而达不到夹紧的目的，也可能因夹紧力作用点或作用面的位置不合理而使工件产生翻转。不过在指导老师的悉心认真的指导下，经过三个多星期的不断努力，这些问题都一一解决。在这个过程中，对机械加工工艺和夹具设计有关的知识有了更深的理解，增强了对本专业综合知识运用的能力，使我们对专业知识、技能有了进一步的提高，为以后从事专业技术的工作打下基础。

2、心得体会

两周时间转瞬即逝，不知不觉，我们的课程设计已经接近尾声。本次课程设计我们在指定时间内完成了任务，每天都繁忙地工作。虽然这两周非常繁忙，但却不是很累，因为课程设计是一件有趣以及有意义的事情，两周来每天我们都过得很充实，在此首先感谢学校给我们提供这次课程设计的机会！

本次课程设计我们小组先从设计工艺过程开始，我们一起讨论，确定了工序过程，分配了每个人的任务，以及加工余量等，之后，我们小组分工合作，各自设计自己的工序的夹具，直到最后我们拿着每个人的成果再次在小组内汇总，讨论。整个过程充实了我们的两周时间。设计过程中我们遇到了很多很多问题，在指导老师范孝良老师的指导下，我们把这些问题一一解决，并自主查阅很多资料，完成了此次设计。范老师说：“遇到问题没关系，我们在设计中会遇到很多细节问题，你们把这些细节问题搞明白了，才能真正学到东西。”

通过此次设计，我们确实学到了很多知识，很多书本中没有的知识，比如设计的时候要想到所设计的夹具体是不是便于加工，给生产带来方便；还有对刀块，定位键的使用等等…也更加锻炼了我们查阅资料的本领。

总之，这次课程设计是一次成功而有意义的课程设计，达到了课程设计的目的，也学到了很多知识。在此再次感谢学校给我们提供这次课程设计的机会，以及每天都来教室辛勤指导我们的范老师！

四、参考资料及文献

[1] 范孝良等编著.制造技术课程设计指导书.华北电力大学校内讲义，2005年 [2] 范孝良.机械制造技术基础.第一版.北京：电子工业出版社，2008.1 [3] 邹青.机械制造技术基础课程设计指导教程.北京：机械工业出版社，2004.9 [4] 艾兴，肖诗纲.切削用量简明手册.（第3版）.北京：机械工业出版社，2004.2 [5] 刘华明.金属切削刀具设计简明手册.北京：机械工业出版社，2005.2 [6] 赵家齐.机械制造工艺学课程设计指导书.北京：机械工业出版社，1999

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[7] 机械工程手册，电机工程手册编委会. 机械工程手册.第9卷.北京：机械工业出版社，1982

[8] 哈尔滨工业大学，上海工业大学编.机床夹具设计.第2版.上海：上海科学技术出版社，1994

[9] 东北重型机械学院，洛阳工学院，第一汽车制造厂职工大学编.机床夹具设计手册.上海：上海科学技术出版社，1990

[10] 李益民.机械制造工艺设计简明手册.北京：机械工业出版社，1994

[11] 徐知行，刘毓英.汽车拖拉机制造工艺设计手册.北京：北京理工大学出版社，1998 [12] 李旦，邵东向，王杰.机床专用夹具图册.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1998 [13] 王光斗，王春福.机床夹具设计手册.上海：上海科技出版社，2000