汽车制造工艺课程设计说明书

汽车制造工艺学设计指导书

年级专业及班级 08 车 辆 一 班 姓 名 曾佳彬、黄凌、巫继龙、吴艺军、张志鹏 学 号 0808032151、0808032148、0808032108、

0808032131、0808032114

指 导 老 师 盛精、易了

机械工程系

材料成型及控制工程教研室

2011年 6月

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毕业论文（设计）诚信声明书

本人声明：本人所提交的课程设计《 》是本人在指导教师指导下独立研究、写作的成果，论文中所引用他人的无论以何种方式发布的文字、研究成果，均在论文中加以说明；有关教师、同学和其他人员对本文的写作、修订提出过并为我在论文中加以采纳的意见、建议，均已在我的致谢辞中加以说明并深致谢意。

论文作者： （签字） 时间： 2007年 月 日

指导教师： （签字） 时间： 2007年 月 日

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【题 目】选用汽车中的零件，设计其机械加工工艺规程以及其中某一道工具的专用夹具

【摘 要】

一、机械制造工艺与机械制造工艺学

（一）机械制造工艺与机械制造工艺学的概念

机械制造工艺是指机械制造过程和方法的总称。机械制造工艺学则是研究机械制造过程和方法的科学。机械制造工艺学是机械工程科学的一个分支；是一门应用科学；是机械类专业的专业课或专业基础课。

二、本课程主要任务、内容、特点和学习方法 （一）本课程的主要任务

1、掌握机械加工和装配方面的基本知识，如定位理论、工艺和装配 尺寸链理论、加工精度理论以及结构工艺性原理等；

2、了解影响加工质量各项因素，学会分析研究加工质量的基本方 法；

3、学会制定机械加工工艺规程和部件、产品装配工艺规程的方法； 4、掌握机床夹具设计的基本原理、方法和技能；

5、了解制造技术的发展，认识制造技术的作用和重要性。 （二）本课程的主要内容：

1、零件机械加工工艺规程的制定； 2、机床夹具设计原理和方法； 3、加工质量；

4、尺寸链原理与应用； 5、装配精度与装配尺寸链； 6、结构工艺性；

7、机械制造技术的发展。 （三）本课程的特点：

1、课程内容涉及面广，需要多门学科知识的支持；

2、课程具有工程性，实践性很强；掌握课程内容要有教学各环节

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目录

第1章 绪论 ...................................................... 6 第2章 零件的工艺分析 ........................................... 7 2.1 零件的功用、结构及特点 .................................... 7 第3章 毛胚的选择 ............................................... 7 3.1确定毛坯的类型、制造方法和尺寸及其公差..................... 7 3.1.2确定铸件加工余量及形状： ............................. 7 3.1.3.绘制铸件零件图：（附零件图） .......................... 7 第4章 基准的选择 ............................................... 8 第5章 拟定机械加工工艺路线 ..................................... 8 5.1确定各表面的加工方法 ...................................... 8 5.2拟定加工工艺路线 .......................................... 8 第6章 确定机械加工余量、工序尺寸及公差 ......................... 9 第7章 选择机床及其工艺装备 ..................................... 9 7.1选择机床设备 .............................................. 9 7.2选择刀具 .................................................. 9 7.3选择夹具 ................................................. 10 第8章 确定切削用量及其基本工时 ................................ 10 8.1钻孔 ..................................................... 10 8.1.1选择切削用量 ........................................ 10 8.2计算基本工时 ............................................. 12 第九章 夹具的设计 ............................................... 12

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9.1夹具分析 ................................................. 12 9.2定位基准的选择 ........................................... 12 9.3切削力及夹紧力计算 ....................................... 12 9.4定位误差分析 ............................................. 13 9.5夹紧元件及动力装置确定 ................................... 13 9.6钻套、衬套、钻模板及夹具体设计 ........................... 14 9.7夹具设计及操作的简要说明 ................................. 16 第10章 填写工艺文件 ............................................ 17 见附图 .......................................................... 17 结束语 .......................................................... 17 参考资料 ........................................................ 18

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第1章 绪论

机械的加工工艺及其夹具的设计是在完成大学的全部课程之后，进行的一次理论

联系实际的综合运用，使我对专业知识、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。机械加工工艺是实现产品设计，保证产品质量、节约能源、降低成本的重要手段，是企业进行生产设备，计划调度、加工操作、生产安全、技术检测和健全的劳动组织的重要依据，也是企业上品种、上质量上水平，加速产品更新，提高经济效益的技术保证同时，好的夹具设计可以提高产品劳动生产率，保证和提高加工精度，降低生产成本，还可以扩大机床的使用范围，从而使产品在保证精度的前提下高效率、降低成本。当今激烈的市场竞争和企业信息化的要求，企业对夹具的设计及制造提出了更高的要求。所以机械的加工工艺及夹具设计对即将进入工厂的机械类毕业生来说有必要。

在夹具设计过程中，通常是解决如下问题：表面加工方法的确定、定位基准及定位方法的选择、夹紧机构的选择、夹具各零件的布置、加工加工精度的保证等。一个好的夹具是将这些问题很好的协调好的一个统一整体，在此次的夹具设计也正是向着这个目标靠近的。

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第2章 零件的工艺分析

2.1 零件的功用、结构及特点

零件的名称为杠杆。零件材料：HT200

2.1.2 主要加工表面及其要求

1. 底端面的厚度为20mm，表面粗糙度Ra为3.2um。

2. 50端面：对底端面的距离为70mm，表面粗糙度为3.2um 3. 25端面；对底端面的距离为26mm，表面粗糙度为3.2um

4. 36mm的孔：对底端面的垂直度公差为0.05mm，表面粗糙度为1.6um 5. 10mm的键槽：表面粗糙度为6.3和3.2um，长10mm，宽3.6mm 6. 15孔：表面粗糙度为1.6um

第3章 毛胚的选择

3.1确定毛坯的类型、制造方法和尺寸及其公差

3.1.1.确定毛坯种类：零件材料为HT200.考虑零件在机床运行过程中所受冲击不打，零件结构又比较简单，生产类型为大批生产，故选择铸件毛坯。查《机械制造工艺及设备设计指导手册》324页表15-5选用铸件尺寸公差等级为CT9级。

3.1.2确定铸件加工余量及形状：

《机械制造工艺及设备设计指导手册》325页表15-7，选用加工余量MA-G级，并查表15-8确定各个加工面的铸件机械加工余量，铸件的分型面的选择及加工余量如下表所示：（附毛坯图）

3.1.3.绘制铸件零件图：（附零件图）

B A

7

第4章 基准的选择

序号 1 2 3 4 5 6

加工部位 底端面

基准选择 零件表面B 底端面A 底端面A

表面A及大头孔外形轮廓 底端面A及36孔 底端面A、15孔

50端面 25端面 36孔 15孔 10mm的键槽

第5章 拟定机械加工工艺路线

5.1确定各表面的加工方法

根据各加工表面的加工精度和表面粗糙度要求，选定如下加工方法：

端面A、50端面及25端面的加工方法为铣削；36孔、15孔的加工方法为钻、扩、铰；键槽的加工方法为插削。 5.2拟定加工工艺路线 工序号 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

工序内容 粗铣底端面 半精铣底端面 粗铣端面 半精铣端面 粗铣端面 半精铣端面

设备 铣床 铣床 铣床 铣床 铣床 铣床 钻床 钻床 钻床 钻床

8

36钻孔 36扩孔钻 36粗铰 36精铰

110 120 130 140

15钻孔 15扩孔钻 15粗铰 15精铰

钻床 钻床 钻床 钻床

第6章 确定机械加工余量、工序尺寸及公差

工序号 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140

工序内容 粗铣底端面 半精铣底端面 粗铣端面 半精铣端面 粗铣端面 半精铣端面

单边余量（mm） 工序尺寸（mm) 表面粗糙度(um)

3 1 3 1 3 1 0.5 0.3 0.16 0.04 0.75 0.65 0.075 0.05

21 20 71 70 27 26

3.2 3.2 3.2 1.6 3.2

36钻孔 36扩孔钻 36粗铰 36精铰 15钻孔 15扩孔钻 15粗铰 15精铰

35 35.6 35.92 36 13.5 14.75 14.9 15

第7章 选择机床及其工艺装备

7.1选择机床设备 1）工序10、20、30

考虑到该零件是大批量生产，所以选用机床使用范围较广为宜，因此选用X62W型卧式铣床能满足加工要求。 2)工序40、50

Z3040钻床，该钻床的最大钻孔直径为40mm，可加工零件36和15的两个通孔 7.2选择刀具

9

该零件无特型表面，成批生产，一般采用通用或标准刀具 铣各个端面可选高速钢错齿三面刃铣刀加工。

钻、扩、铰36孔可选标准刀具：35直柄麻花钻、35.6扩孔钻、35.92可调尺寸式圆柱铰刀铰刀、36可调尺寸式圆柱铰刀铰刀。

钻、扩、铰15孔可选标准刀具：13.5直柄麻花钻、14.75扩孔钻、14.9可调尺寸式圆柱铰刀铰刀、15可调尺寸式圆柱铰刀铰刀。 7.3选择夹具

各个工序均需使用专用夹具。

第8章 确定切削用量及其基本工时

工序70： 8.1钻孔

选择高速麻花钻钻头，粗钻时35mm，钻头采用双头刀磨法，后脚0=12，二重刃长度b=7mm，横刃长b=3.5,宽I=7mm，棱带长度l1=3mm，2120，010，30。 8.1.1选择切削用量 1)按加工要求决定进给量：

查《切削用量简明手册》f=0.70~0.80mm/r由于l/d70/361.94，不满足条件孔深修正系数条件

f=0.70~0.80mm/r

2）按钻头强度决定进给量：

查表可得b= 690MPa,d0=35,钻头强度允许进给量f2mm/r.

3)按机床进给结构刚度决定进给量：查表可得b690MPa,d035mm，机床进给结构允许的轴向力为11760N（Z3040允许的轴向力为16000N）时，进给量f0.42mm/r。 从以上三个进给量比较可以看出，受限制的进给量是公益要求f=0.70~0.80mm/r。根据Z3040钻床说明书，选择f0.80mm/r。

由于是加工通孔，为了避免孔即将钻穿时钻头容易折断，故宜在孔即将钻穿时停止自动进给而采用手动进给。

机床进给机构强度也可根据初步确定的近给量查出轴向力再进行比较校验。

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由表可查出钻孔时的轴向力，当f0.80mm/r，d035mm，轴向力Ff=12260N。Ff4）决定钻头磨钝标准及寿命 由表查得，当d0=35mm时，钻头后刀面最大磨损量取为0.8mm，寿T=110min

5）决定切削速度 由表查得，b690MPa的40钢加工性属于5类。当加工性为第五类

f0.80mm/r,双横刃磨的钻头，d0=35mm时，vt=15m/min.

切削速度的修正系数为：ktv1.0，kcv1.0，klv0.85，kcv1.0，故

vvlkv=15*1.0*1.0*1.0*0.85=12.75m/min n1000v1000*12.75r/min=116.01r/min d0*35根据Z3040钻床说明书，可考虑选择nc=125r/min,但因所选转速较计算转速为高，会使刀具寿命下降，故可将进给量降低一级，即取f0.70mm/r，也可以选用较低一级转速

nc=100r/min，仍用f0.80mm/r，比较这两种选择方案：

1）第一方案 f0.70mm/r,nc=125r/min ncf=125*0.7mm/min=87.5mm/min 2）第二方案 f0.80mm/r，nc=100r/min ncf=100*0.80mm/min=80mm/min 因为第二方案ncf的乘积较大，基本工时较少，故第二方案比较好。这时

vc=15m/min,f=0.80mm/r.

6）检验机床扭矩及功率

根据表可查，当f=0.80mm/r，d0=35mm时，Mt=317.8N.m扭矩的修正系数均为1.0，故Mc=53.86.根据Z3040钻床说明书，当nc=100r/min，MC=1960N.m.

根据表查询可等，当b=690MPa，d0=35mm,f0.80mm/r,vc12.75m/min,pc=2.4KW. 根据Z3040钻床说明书，pE=3*0.81=2.43KW 由于Mt11

f0.80mm/r,n=nc=100r/min,vc15m/min.

8.2计算基本工时

tmL公式中，Lly，l70mm,入切量及超切量由表可查得y=16.5mm nf tmL7016.51.08min nf100*0.8第九章 夹具的设计

9.1夹具分析

本夹具主要用来钻35mm的大孔，其中35mm尺寸精度0.027，表面粗糙度1.6, 9.2定位基准的选择

为了保证所钻的空与侧面垂直并保证孔能在后续的空加工工序中使各孔的加工余量均匀，根据基准重合、基准统一原则。在选择加工定位基准时，应尽量选择上一道工序即粗、精铣顶面工序的定位基准，以及设计基准为其定位基准。因此加工35mm的孔的定位基准应选择表面A及大头孔外形轮廓为主要定位基准，用活动V形块、短V形块、支撑环限制实现完全定位。 9.3切削力及夹紧力计算

1）钻头：选择高速麻花钻钻头，粗钻时35mm，钻头采用双头刀磨法，后脚0=12，

30。2120，二重刃长度b=7mm，横刃长b=3.5,宽I=7mm，棱带长度l1=3mm， 010，2）最大切削力：加工35mm孔轴向力最大 由参考文献可查得FCFdZF0fyFKF

其中：CF取决于工件材料和切削条件的系数CF,=420

ZF1,yF0.8,KF当时机的加工条件与求得的经验公式的实验条件不相符合时，各种因素对轴向力的修正系数

HBnFKK()1.06 由参考文献可得FM190FCFdZF0fyFKF42*35*0.80.8*1.061246N

3)最大转矩：加工35mm孔时转矩最大

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ZM由参考资料可得MCMd0fyMKM

其中：CM取决于工件材料和切削条件的系数CM0.208

ZM2，yM0.8，KM当实际的加工条件与求得的经验公式的实验条件不相符时，各种因

HBnFKK()1.06 素对转矩的修正系数，由参考文献可得FM190MCMd0ZMfyMKM0.208*352*0.80.8*1.06216N.M

4）切削功率 由参考文献可得 切削功率：pMvc216*12.752.6kw 30d030*355）夹紧力计算本道工序加工工艺孔时，工件的Φ50外圆面与V形块靠紧。采用带光面压块的压紧螺钉夹紧机构夹紧，该机构主要靠压紧螺钉夹紧，属于单个普通螺旋夹紧。根据参考文献[11]可查得夹紧力计算公式：

W0QL 式（3.1） 'r'tg1rZtg(2)式中： W0—单个螺旋夹紧产生的夹紧力（N）； Q—原始作用力（N）； L—作用力臂（mm）；

r'—螺杆端部与工件间的当量摩擦半径（mm）； 1—螺杆端部与工件间的摩擦角（°）； rZ—螺纹中径之半（mm）； —螺纹升角（°）；

' 2—螺旋副的当量摩擦角（°）。

由式（3.1）根据参考文献[11]表1-2-23可查得点接触的单个普通螺旋夹紧力：

W035501895N

4(310'950')9.4定位误差分析

1、定位基准与设计基准重合，所以基准不重合误差为0,又采用A面为主要定位基面，故定位误差很小可以忽略不计。 9.5夹紧元件及动力装置确定

由于杠杆的生产量很大，采用手动夹紧的夹具结构简单，在生产中的应用也比较广泛。因此本道工序夹具的夹紧动力装置采用手动夹紧。采用手动夹紧，夹紧可靠，机构可以不

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必自锁。

本道工序夹具的夹紧元件选用带光面压块的压紧螺钉。旋紧螺钉使其产生的力通过光面压块将工件压紧。带光面压块的压紧螺钉的结构如图所示。

带光面压块的压紧螺钉

9.6钻套、衬套、钻模板及夹具体设计

工艺孔的加工需钻、扩、铰三次切削才能满足加工要求。故选用快换钻套（其结构如下图所示）以减少更换钻套的辅助时间。根据工艺要求：工艺孔Φ25mm分钻、扩、铰三个工序完成加工。钻、扩、铰，加工刀具分别为：36孔可选标准刀具：35直柄麻花钻、35.6扩孔钻、35.92可调尺寸式圆柱铰刀铰刀、36可调尺寸式圆柱铰刀铰刀。 根据参考文献可查得钻套孔径结构尺寸如图3.2及表3.1所示。

图3.2 快换钻套

钻套结构参数如下表：

d

H

D

公称尺寸 公差 48

+0.025

D1 66

D2 60

h 12

h1

m

m1 28

r



65°

14

35 30

5.5 27 41

+0.009

衬套选用固定衬套其结构如图3.3所示。

图3.3 固定衬套

衬套选用固定衬套其结构参数如表3.2所示。

表3.2 固定衬套的结构尺寸 d

H

D

C C1 C2

公称尺寸

允差 公称尺寸

允差 +0.03

48

+0.050 +0.025

30

62

3 +0.011

3

3.5

7

根据参考文献固定V型块的结构及主要尺寸如图3.4及表3.3所示。

15

图3.4 V型块

表3.3 V型块的主要尺寸

N 55

D 50

B 65

H 20

L 80

l 25

L1 15

A 35

A1 28

d 10

d1 11

d2 18

h 10

b 12

r 1.5

注：T=L+0.707D-0.5N

钻模板选用固定式钻模板，工件以底面及Φ45外圆面分别靠在夹具支架的定位快及V型块上定位，用带光面压块的压紧螺钉将工件夹紧。

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ZJZ-01所示。

根据参考文献活动V形块的结构及其主要尺寸如图和表

活动V形块的规格及主要尺寸 N 24

9.7夹具设计及操作的简要说明

本夹具用于杠杆的大批量生产的工艺的工序70，是35孔的专用固定式钻床，本工序前已经加工的表面有底端面、50端面、25端面等。

工件以端面A及大头孔外形轮廓作为粗基准，以固定V形块限制两个自由度，以移动V形块限制一个自由度，支撑环限制平面三个自由度，实现完全定位。

夹具通过手柄转动使活动V形块夹紧工件，与固定V形块共同夹紧工件。安装工件时，先转动手柄，松开活动V形块，将工件从夹具的前方推入夹具并靠紧各定位元件，然后转动手柄夹紧工件，即可进行加工。

16

D 25

B 34

H 16

L 45

l 12

L1 12

b 8

B1 10

B2 18

B3 8

r 1

d M12

性能尺寸，配合尺寸，安装尺寸，总体尺寸

第10章 填写工艺文件

见附图

结束语

通过这次汽车制造工艺设计，我们小组在多方面都有所提高。综合运用本专业所学课程的理论和生产实际知识进行一次汽车制造工艺设计工作的实际训练从而培养和提高学生独立工作能力，巩固与扩充了《汽车制造工艺学》等课程所学的内容，掌握汽车制造工艺设计的方法和步骤，掌握汽车制造工艺学的基本的模具技能懂得了怎样分析零件的工艺性，怎样确定工艺方案，了解了模具的基本结构，提高了计算能力，绘图能力，熟悉了规范和标准，同时各科相关的程都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。

在这次设计过程中，体现出自己单独设计模具的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。

在此感谢我的导师,盛精、易了老师. 他严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；他们循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。

同时感谢对我帮助过的同学们.

由于本人的设计能力有限，在设计过程中难免出现错误，恳请老师们多多指 教,我十分的乐意接受你们的批评与指正，本人将万分感谢。

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参考资料

[1] 王宝玺. 汽车制造工艺学 [M].北京：机械工业出版社，2010

[2] 李益民. 机械制造工艺设计简明手册 [M].北京：机械工业出版社，1994

[3] 龚定安，蔡建国. 机床夹具设计原理 [M]. 陕西：陕西科学技术出版社，1999 [4] 东北重型机械学院. 机床夹具设计手册[M]. 上海：上海科学技术出版社,1998 [5]Hiram E. Grant. 夹具--非标准夹紧装置 [M].北京：机械工业出版社,1975 [6]浦林祥 . 金属切削机床夹具设计手册 [M].北京：机械工业出版社,1995 [7] 丁松聚主编. 冷冲压模具设计手册 [M].北京：机械工业出版社，1995 [8]吴增泽. 机械设计师手册[M]. 北京：机械工业出版社，1995

致谢

近两个礼拜来，我们取得的每一点成绩都离不开许多人的关心和帮助，在论文完成之际，谨向他们表示衷诚的感谢！

本文是在指导老师盛精教授和易了老师的指导和监督下完成的，从盛精和

易了渊博的知识、严谨的工作作风以及乐观的生活方式上，我看到了一位真正学者的风采。

老师的教诲和鼓励，以及在学术上一丝不苟的精神将会成为我的人生指南。

感谢大学期间对我谆谆教导的老师和领导们，让我顺利地完成了自己的学业。

感谢审稿人员在百忙之中审阅我的论文。

感谢同学、朋友以及师弟师妹们对我的帮助。 谨以此文，献给所有关心我和爱护我的人！

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