辽宁工程技术大学
机 械 制 造 技 术 基 础
课 程 设 计
题 目：操纵杆支架机械加工工艺规程及3*φ11孔钻削夹具设计
班 级： 加工09-1
姓 名：
学 号：
指导教师：
完成日期： 2012年9月13日
任 务 书
一、设计题目: 操纵杆支架机械加工工艺规程及3*φ11孔钻削夹具设计
二、原始资料
(1) 被加工零件的零件图 1张
(2) 生产类型:（中批或大批大量生产）
三、上交材料
1．所加工的零件图 1张
2．毛坯图 1张
3．编制机械加工工艺过程卡片 1套
4．编制所设计夹具对应的那道工序的机械加工工序卡片 1套
5．绘制夹具装配图（A0或A1） 1张
6．绘制夹具中1个零件图（A1或A2。装配图出来后，由指导教师为学生指定需绘制的零件图，一般为夹具体）。 1张
7．课程设计说明书，包括机械加工工艺规程的编制和机床夹具设计全部内容。（约5000-8000字） 1份
四、进度安排
本课程设计要求在3周内完成。
1．第l ～2天查资料，绘制零件图。
2．第3～7天，完成零件的工艺性分析, 确定毛坯的类型、制造方法，编制机械加工工艺规程和所加工工序的机械加工工序卡片。
3．第8～10天，完成夹具总体方案设计（画出草图，与指导教师沟通，在其同意的前提下，进行课程设计的下一步）。
4．第11～13天，完成夹具装配图的绘制。
5．第14～15天，零件图的绘制。
6．第16～18天，整理并完成设计说明书的编写。
7．第19天～21天，完成图纸和说明书的输出打印。答辩
五、指导教师评语
该生设计的过程中表现 ，设计内容反映的基本概念及计算 ，设计方案 ，图纸表达 ，说明书撰写 ，答辩表现 。
综合评定成绩：
指导教师
日 期
摘 要
机械制造技术基础课程设计是我们融会大学所学的《机械制造技术基础》、《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。
这次设计的是操纵杆支架，包括工件零件图、夹具体零件图、毛坯图、夹具装配图各一张，机械加工工艺过程卡片和与工序卡片各一张。首先我们要熟悉零件和了解其作用。然后，根据零件的性质和零件图上各端面的粗糙度确定毛坯的尺寸和机械加工余量。最后拟定支架的工艺路线图，制定该工件的夹紧方案，画出夹具装配图。
本次的课程设计，决定设计第二道工序——钻底面孔系，夹具通过一个固定V 形块、一个摆动压块、四个支承板共同限制5个自由度，靠螺栓螺杆夹紧。钻模板与A 面之间保持一定间距，设计出来的钻模板要保证3-Φ11的孔间距及孔径。
由于本人设计水平所限错误和欠妥之处恳请老师批评指正。
Abstract
Course design for mechanical manufacture technology is mixed the University "manufacturing technology", "design of mechanical manufacturing equipment" and other knowledge, the combination of theory and practice of the comprehensive use of professional knowledge training, and we will do the graduation design to conduct a comprehensive training and preparation.
This design is the joystick support, including the part drawing, assembly drawing blank map, each one, machining process card and process card each one.First of all we should be familiar with and understanding of its role.Then, according to parts of nature and map parts of the surface roughness to determine the dimensions of the blank and the machining allowance.The final formulation of stent technology roadmap, the formulation of the workpiece clamping scheme, draw the jig assembly drawing.
The curriculum design, decided to design a second step - Holes drilled bottom fixture through a fixed V-block, a swing briquetting, four support plate to cap the five degrees of freedom by bolts screw clamping. Maintain a certain distance between the drilling template with the A side, drilling template designed to ensure that the 3-Φ11 hole spacing and aperture
As I design is limited by errors and defects to teacher criticism.
目录
1. 零 件 的 分 析 . ......................................................................... 6
1.1 零件的作用 ....................................................................... 6
1.2 零件的工艺分析 ................................................................ 6
2. 工 艺 规 程 设 计 .................................................................... 6
2.1 选择毛坯种类并确定制造方法 ........................................... 6
2.2 基面的选择 ....................................................................... 7
2.3 制订工艺路线 ................................................................... 7
2.4 工艺路线的比较与分析...................................................... 8
2.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 ...................... 9
2.6 确定切削用量及基本工时 .................................................. 9
3、夹具的设计 ..............................................................................12
3.1问题的提出 .......................................................................12
3.2夹具设计 . ..........................................................................13
4、设计感言： ..............................................................................14
参考文献 .......................................................................................15
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，硬度HB163-229，零件年产量为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。
（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A 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
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A 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Z3063钻床及专用钻模。
工序Ⅲ 以底面A 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HT150，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。φ10.5高速钢钻头钻出φ10.5的孔，再高速钢机用铰刀铰φ11的孔。
（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
工时定额是指完成零件加工的就一个工序的时间定额
Td = Tj + Tf + Tb + Tx + Tz / N
其中：
Td —是指但见时间定额
Tj —是指基本时间（机动时间） ，通过计算求得
Tf —是指辅助时间，一般取（15~20）%；Tj 与 Tf 和称为作业时间 Tb —是指布置工作时间，一般按作业时间的（2~7）%估算
Tx —是指休息及生理需要时间，一般按作业时间（2~4）%估算
Tz —是准备与终结时间，大量生产时，准备与终结时间忽略不计
N —是指一批零件的个数
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=Vc⨯
1000 π⨯
Dc=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：Z3063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
（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=1000vπ
=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=1000vπ =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：0.72⨯3+1.8⨯3=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
（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 π
D=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 π
D=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
3、夹具的设计
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，决定设计第二道工序——钻底面孔系。本夹具将用于Z3063钻床。刀具为一把Φ10.5的高速钢钻头，Φ11H9的高速钢机用铰刀，对工件的3-Φ11孔进行加工。采用钻模上面对刀块对刀。选用GB/T 8045.1——1999固定钻套通过钻模固定在夹具体上，保证加工过程中孔的被加工的位置精度。
3.1问题的提出
本夹具主要用来钻工件上3-Φ11的孔成，孔加工通，先用Φ10.5
的钻头粗钻后再用Φ11H9的绞刀加工到尺寸。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，保证工艺要求孔距及孔径为下到序做基准。
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36的毛坯槽定位工件的左右及上下，R12的圆弧定位工件的前后，A 面紧贴钻模板使其按要求加工，设计出来的钻模板要保证3-Φ11的孔间距及孔径，还要照顾到毛坯36H12槽的加工余量不至于后序加工不出来。
（2）切削力及夹紧力计算
F =C F a p x F f z y F a e u F
d 0q F n w F (见《切削手册》表3.28)
其中，C F =650，a p =3.1mm，x F =1.0，f z =0.08mm，y F =0.72，a e =40mm(在加工面上近似测量值) ，u F =0.86，d 0=225mm，q F =0.86，
w F =0，z=20
650⨯3.1⨯0.080. 72⨯40所以 F =2250.860. 86⨯20=1456N
由于是垂直铣削，所以水平分力=0N
垂直分力=1456N
在计算切削力时，必须把安全系数考虑在内。安全系数K=K1K 2K 3K 4。 其中K 1为基本安全系数1.5
K 2为加工性质系数1.15
K 3为刀具钝化系数1.1
K 4为断续切削系数1.1。
所以 F ′=KFH=1.5×1.15×1.1×1.1×1456=3197.5N
2KT sin
Wk =αD μ(1+sin α
2------防止工件绕轴线转动所需夹紧力 )
（μ为摩擦系数，α为90 ）
（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。
夹具上装有钻模板，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，夹决定设计第二道工序——钻底面孔系。钻床夹具的装配图及夹具体零件图见附录。
4、设计感言：
这次的课程设计，我们真正的做了一次设计人员，由方案的出台、查表、计算到夹具的设计，都由我们自己独立思考亲自操作完成的。在这次课设过程中，渐渐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。我们重温了《机械制造技术基础》、制图的课本知识，第一次感受到了运用所学的知识来指导实践所带来的快乐，同时也培养了我们分析问题和解决问题的能力。亲手设计夹具（或量具）的训练，提高我们结构设计的能力，也算是为以后的工作提前进行了适应。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。
更重要的是，在此过程当中，可以总结出许多经验。我们明确了做为一个工程技术人员应该具有的认真、严谨的素养。在以后的工作中，我们不仅仅交出了一份作品，一份作业，更交出了一份安全，一份信任，一份责任。在以后的学习、工作当中，必须重视负责的工作态度和严谨的从业素养的培养；同时，更应重视团队合作，1加1是可以大于2，一次次的对方案进行讨论、修改，使我们的方案逐渐走上成熟，各种疑问都得到了解决，团结合作是我们完成工作的保证。三周的课程设计是如此短暂，但在此过程中所学到的东西将指引我们以后的学习工作。
，
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》
《机械设计师实用手册》
《机械设计手册》
《机械零件设计手册》
组 编
《中国机械设计大典》
《金属切削手册》
《机床夹具设计手册》
大连组合机床研究所1973年编 天津科学技术出版社 化学工业出版社 东北大学《机械零件设计手册》编写 中国机械工程协会 编委会 上海市金属切削技术协会 编 杨黎明 主编