摇臂支架夹具设计毕业设计

天津职业技术师范大学毕业设计（论文）

题目摇臂支架制造工艺过程及工装设计班级

姓名

指导教师

目录

1 工件零件图 (2)

1.1 零件图 (3)

1.2零件技术要求分析 (3)

2 毛坯 (4)

2.1金属材料的分析 (4)

2.2毛坯加工余量的确定 (5)

3 加工方法的选择 (7)

3.1 选前准备 (7)

3.2 确定加工方法 (8)

4 基准的选择和工艺路线 (9)

4.1 粗基准选择 (9)

4.2 精基准选择 (9)

4.3 加工顺序 (10)

4.4 工艺路线 (11)

5 机床和刀具 (13)

6 加工余量 (14)

6.1 加工余量确定方法 (14)

6.2 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 (14)

6.2.1工序尺寸的确定方法 (14)

6.2.2机械加工余量、毛坯尺寸的确定： (15)

6.3 各工序的切削用量的选择 (16)

7 工装设计 (25)

7.1概述 (25)

7.2工装夹具设计方案的确定 (25)

7.2.1基准面的选择 (25)

7.2.2定位方式及元器件选择 (26)

7.2.3夹紧方式及元器件选择 (26)

7.2.4装配方案 (26)

7.2.5 夹具体总装图 (27)

7.3主要零件设计的说明 (27)

7.4工装夹具的装配要求 (28)

7.5工装夹具的使用说明 (28)

致谢 ............................................................ 错误！未定义书签。参考文献 (29)

摘要：运用所学知识，进行摇臂支架制造工艺过程的设计，达到熟练掌握运用所学课程的目的，为以后进一步深造做准备。首先对零件图进行技术要求分析，并熟悉材料种类和用途，选出各表面的加工方法，确定加工余量和基准，安排加工顺序，选出所用的机床、刀具、夹具、量具，设计工装，并且编写出一套工艺规程和工艺卡片。同时用AutoCAD绘出工程图和工装图。

关键词：摇臂支架工艺 AutoCAD

1 工件零件图

1.1 零件图

叉架类零件包括拨叉、支架、连杆、杠杆等，它们多为铸件或锻件，结

构形状变化较大，也较为复杂，机械加工的工序常不相同。选择主视图时应

根据零件的具体特点，按其工作位置和充分反映零件特征的原则来选择定。

除用基本试图外，常采用局部视图，斜视图、局部放大图等放大图来表示一

些局部结构，而用剖面图来表示需要表达的断面形状。

1.2零件技术要求分析

加工精度包括：

1）尺寸精度；

2）表面几何形状的精度

3）各面相互位置的精度；

4）表面光洁度。

摇臂支架在工作中承受多向交变载荷的作用，要求具有很高的强度。因此，支架材料一般采用高强度碳钢和合金钢；该摇臂支架采用45钢。耳朵表面要求高频淬火处理，硬度为52~56HRC。

2 毛坯

2.1金属材料的分析

2.1.1材料

机械制造中最常用的材料是钢和铸铁，其次是有色金属合金，非金属材料如塑料、橡胶等，在机械制造中也得到广泛的应用。

金属材料主要指铸铁和钢，它们都是铁碳合金，它们的区别主要在于含碳量的不同。含碳量小于2%的铁碳合金称为钢，含碳量大于2%的称为铁。2.1.2 铸铁

常用的铸铁有灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、合金铸铁等。其中灰铸铁和球墨铸铁属脆性材料，不能辗压和锻造，不易焊接，但具有适当的易熔性和良好的液态流动性，因而可铸成形状复杂的零件。灰铸铁的抗压强度高，耐磨性、减振性好，对应力集中的敏感性小，价格便宜，但其抗拉强度较钢差。灰铸铁常用作机架或壳座。球墨铸铁强度较灰铸铁高且具有一定的塑性，球墨铸铁可代替铸钢和锻钢用来制造曲轴、凸轮轴、油泵齿轮、阀体等。2.1.3 灰铸铁性能和热处理

灰铸铁中石墨片数量较多，其抗拉强度和塑性较低，但抗压强度、硬度、耐磨性主要取决于基体，石墨的存在影响不大。灰铸铁的抗压强度，硬度与耐磨性较高，并且灰铸铁具有良好的铸造性能；能吸收振动，阻隔振动传播消振性好；石墨本身是良好的润滑剂，石墨剥落后形成孔洞，又可以储存润滑油，故减摩性好；有较低的缺口敏感性和良好的切削加工性；另外由于灰铸铁成本低廉，所以应用广泛。

为了提高灰铸铁的强度和其它力学性能，生产中常进行孕育处理。孕育处理就是在浇注前向铸铁液中加入少量孕育剂，改善铸铁液的结晶条件，使石墨细化，集体组织细密，从而得到在细珠光体基体上均匀分布着细小的片

状石墨组织。常用的孕育剂是硅的质量分数为75%的硅铁，加入量为铸铁液质量的0.25%~0.6%。孕育铸铁的强度、硬度比普通灰铸铁显著提高。孕育铸铁适用于静载荷下要求有较高强度，高耐磨性或高气密性的铸件，特别是厚大的铸件。HT300和HT350称为孕育铸铁（或称为“高强度灰铸铁”）适用于制造力学性能要求高，截面尺寸变化较大的大型铸件。灰铸铁的性能与壁厚尺寸有关，厚壁件的性能低一些。由于热处理只能改变铸铁的基体组织不能改变石墨的形状、大小和分布，故力学性能变化不大，因此灰铸铁的热处理受到一定局限。对灰铸铁进行热处理仅能消除铸造应力改善可切削性，提高表面硬度和耐磨性。

2.1.4 45钢性能

45号钢广泛用于机械制造，这种钢的机械性能很好。但是这是一种中碳钢，淬火性能并不好， 45号钢可以淬硬至HRC42~46。所以如果需要表面硬度，又希望发挥45#钢优越的机械性能，常将45钢表面淬火(高频淬火或者直接淬火)，这样就能得到需要的表面硬度。

45钢最低抗拉强度为300MPa,适用范围是承受弯曲应力（小于500MPa）及抗拉应力的重要零件，如齿轮、凸轮、车床卡盘，剪床和压力机的机身以及重型机床的床身、机座、高压油压缸、缸套、汽盖缸、泵体、滑阀壳体等。由于铸铁在冷却过程中，由于各部位冷却速度不同，容易产生内应力，可能导致工件变形甚至开裂。为了保证铸件形状尺寸的稳定需进行消除内应力退火。

2.2毛坯加工余量的确定

机械加工中毛坯尺寸与完工零件尺寸之差，称为毛坯的加工余量（零件的表面无需机械加工，则该表面上即无加工余量）加工余量的大小取决于加工过程中各个工步应切除的金属层总和，以及毛坯尺寸与规定的公称尺寸之间的偏差数值。

灰铸铁的毛坯机械加工余量有三种精度等级（JZ67-62）：

1级精度铸件，指尺寸精度和表面光洁度要求很高的铸件，或者大批，

大量生产的铸件。

2级精度铸件，指尺寸精度和表面光洁度要求较高的铸件，或者大批，

中批生产的铸件。

3级精度铸件，指尺寸精度和表面光洁度要求较低的铸件，或者单件，

小批生产的铸件。

摇臂支架材料为#45，由于产品外表面大部分不用加工，所以毛坯选用精密模锻。该种模锻的尺寸公差等级为6～7 级，用查表法确定加工表面的总余量。但由于用查表法所确定的总余量与成产实际情况有些差距，故还应根据工厂具体情况进行适当的调整。

现将调整后的主要毛坯尺寸及公差，如下表所示：

主要面尺寸零件尺寸总余量毛坯尺寸

Φ12的面12 3.2 15.2

高53 2 55

总长54 3 57

Φ20的面25 4 29

毛坯图

3 加工方法的选择

3.1 选前准备

在拟定零件加工工艺路线时，首先要确定各个表面的加工方法和加工方案。零件表面的加工方案，首先取决于加工表面的技术要求。当明确了各加工表面的技术要求后，即可根据这些要求选择能保证该要求的最终加工方法，并同时确定出所需要经过工序（或工步）的加工方法。具体的加工方法可根据经验或参考有关表以及其它有关工艺手册来确定。所选择的加工方法，应满足零件的质量要求，要具有良好的加工经济性和高的生产率。满足同样精度要求的加工方法有若干种，为此，选择加工方法时应考虑下列因素：

1）按经济精度选择加工方法所谓经济精度指的是在正常生产条件（完好的设备，使用必需的刀具和适当质量的夹具，一定熟练程度等级的生产工人，合理的定额工时）下，所能达到的经济精度，相应的粗糙度称为经济粗糙度。

2）工件的材料性质

3）工件的形状尺寸如小孔一般采用钻、扩、铰的方法；大孔常采用镗削的加工方法，当有孔和外圆时宜先加工孔

4）生产类型

5）生产率和经济性对于较大的平面，铣削加工生产率较高；窄长的工件宜采用刨削加工；对于大量生产的低精度孔系，宜采用多轴钻；对批量较大的曲面加工，可采用机械靠模加工，数控加工和特种加工等加工方法。6）具体生产条件使生产符合实际，并充分挖掘现有使用潜力。

7）特殊要求。

3.2 确定加工方法

平面加工方法：粗铣—精铣经济精度为IT8~IT10 表面粗糙度为Ra1.6~Ra3.2

外圆柱面的加工：粗车—半精车—精车，经济精度为IT7~IT8 ，表面粗糙度为Ra1.6~Ra3.2

未铸出孔：钻—铰经济精度为IT8~IT9 表面粗糙度为Ra1.6~Ra3.2

小孔加工：钻

螺纹孔：先钻后攻丝

4 基准的选择和工艺路线

4.1 粗基准选择

粗基准选择时，应重点考虑两个问题：一是保证主要加工面有足够而均匀的加工余量和各待加工表面有足够的加工余量；二是保证加工面与不加工面之间的位置精度。

其选择原则为：

1）为了保证加工面与不加工面之间的位置要求，应选不加工面为粗基准2）合理分配个加工面的加工余量 a 、为了保证各加工面都有足够的加工余量，应选择毛坯余量最小的面为粗基准。b、为了保证重要加工表面的加工余量均匀，应选重要加工面为粗基准。c、粗基准的选择应使工件上各加工表面总的金属切除量最小。

3）粗基准应避免重复使用，在同一尺寸方向上通常只使用一次

4）选作粗基准的表面应光洁，要避开锻造、飞边和铸造浇冒口、分型面、毛刺等缺陷，以保证定位准确，加紧可靠。当使用夹具装夹时，选择的粗基准面最好使夹具结构简单，操作方便。

4.2 精基准选择

精基准的选择，重点是考虑如何减小工件的定位误差，保证工件的加工精度，同时也要考虑工件的装夹方便可靠，夹具结构简单，使零件的制造较为经济、容易。

其选择原则为：

1）基准重合原则以设计基准作为定位基准。

2）基准统一原则加工过程中采用统一的定位基准，这样做可以简化工艺规程的制定工作，减小夹具设计，制造量和成本，缩短生产准备周期。由于减少了基准转换，便于保证各加工表面的相互位置精度。基准重合和基准统一原则是选择精基准的两个重要原则。但有时两者相互矛盾，必

须处理好。当遇有尺寸精度较高的表面时，应以基准重合为主，以免给加工带来困难，这时不宜做到基准统一原则，除此之外，均应考虑基准统一原则。

3）自为基准原则当加工余量小而均匀时选择加工表面本身作为定位基准4）互为基准原则用于两个有相互位置要求的表面，采用反复加工，相互作为基准。

4.3 加工顺序

机械加工工序的安排原则为：

1）基面先行。选为粗基准的表面，应安排在起始工序加工，以便为后续工序的加工提供精基准。

2）先粗后精。对于尺寸精度和表面质量要求较高的零件，应按粗、精加工分阶段原则安排加工顺序。即先安排个表面的粗加工，中间安排半精加工，最后安排只要表面的精加工和光整加工。

3）先主后次。即先安排主要表面的加工。因为主要表面是整个零件上尺寸、形状公差要求严、粗糙度要求细的装配表面、工作表面，它们是整个工件加工中的关键所在。

4）先面后空。对于箱体、支架类零件，应先加工平面去掉孔端黑皮，以便孔加工时刀具的切入、测量和调整。平面的轮廓尺寸大，也易于先加工出来用于定位基准。

5）次要表面可穿插在各阶段进行加工。次要表面是指工件上的键槽、螺纹孔等。次要表面一般加工量都较少，加工比较方便。若把次要表面的加工穿插在各加工阶段之间进行，就能使加工阶段越加明显，又增加了阶段间的间隔时间，便于使工件有足够的时间让参与应力重新分布、充分变形，以便在后续工序中校正其变形。

6）安排加工顺序还要考虑车间设备布置情况。当设备呈机群式分布（即把同类机床布置在同一区域）时，应尽量把相同工种的工序安排在一起，避

免工件在车间内往返流动。

4.4 工艺路线

为保证达到零件的几何形状，尺寸精度、位置精度及各项技术要求，必须制定合理的工艺路线。

该零件加工质量要求较高，可将加工阶段划分为粗加工，半精加工和精加工。

在粗加工阶段，首先将精基准准备好，使后续工序都可采用精基准定位加工。保证其他加工表面的精度要求。然后钻Φ10.5mm孔和Φ6.1mm孔。粗车摇臂支架外圆表面和摇臂支架前臂表面，在半精加工阶段，完成摇臂支架外圆表面和摇臂支架前臂表面的半精车，以及各种孔的钻，扩和铰方案。在精加工阶段，进行摇臂支架前臂表面的磨削加工。

工艺路线方案一：

模锻

工序：

1. 车外圆、端面、倒角至要求,半精车底面，倒角，切槽。

2. 铣底面和顶面

3. 钻Φ10.5 、Φ6.1钻Φ3，铰孔Φ4

4. 电火花加工2×Φ2

5. 局部淬火

6. 磨2×Φ12

7. 终检

工艺路线方案二：

模锻工序：

1. 铣底面和顶面

2. 车外圆、端面、倒角至要求。半精车端面、倒角、切槽。

3. 钻，扩孔Φ10.5 钻、扩Φ6.1，钻、铰Φ3，锪Φ4孔。

4. 电火花加工2xΦ2孔

5. 局部淬火。

6. 磨Φ12外圆。。

7. 终检。

两个方案在开始时加工就出现不同，方案一实现加工面，方案二实现加工轴，根据给定的条件可知，需先加工作为基准的底面，而且方案一端面需精加工，因此需两个圆柱的粗加工都结束后才能实施精加工，选择方案时还应考虑工厂的具体条件等因素，如设备，能否借用工、夹、量具等。本次设计选择工艺路线二。根据供需方案二制定出详细的工序划分如下所示：

毛坯为精锻件，在车间铣去毛刺，达到毛坯的技术要求，然后送到机械加工车间来加工。

工序：

1铣底面和顶面

2车外圆、端面、倒角至要求。半精车端面，倒角，切槽。

3钻扩Φ10.5 ，钻、铰Φ6.1，钻、铰Φ3，锪Φ4。

4电火花加工2xΦ2孔

5局部淬火。

6磨Φ12外圆。

7终检。

5 机床和刀具

加工方案确定后就可以根据零件材料性能，热处理方法，考考虑零件精度要求，零件加工表面的形状尺寸，以及加工余量选取选择机床，刀具，和相应的量具。

刀具和机床的选择:

工序名称机床设备刀具

粗铣摇臂支架底面X6030 直柄立铣刀（GB/T6117.1—1996）

精铣摇臂支架底面X6030 直柄立铣刀（GB/T6117.1—1996）粗铣摇臂支架耳朵端面X6030 直柄立铣刀（GB/T6117.1—1996）粗车外圆表面CA6140 90°外圆车刀

粗车台阶CA6140 45°端面车刀粗车摇臂支架耳朵表面CA6140 90°外圆车刀

车槽刀

粗车各槽倒角CA6140

45°车刀

钻Φ3mm孔Z5040 整体硬质合金直柄麻花钻（GB/T1131—1984）

整体硬质合金直柄麻花钻（GB/T1131—1984）钻、铰Φ4mm孔Z5040

直柄机用铰刀（GB/T1132—1984）钻2-Φ2mm孔、Φ10.5mm

Z5040 整体硬质合金直柄麻花钻（GB/T1131—1984）孔、Φ6.1mm孔

半精车摇臂支架耳朵表面CA6140 90°外圆车刀

精铣摇臂支架耳朵端面X6030 直柄立铣刀（GB/T6117.1—1996）

6 加工余量

6.1 加工余量确定方法

加工余量分为工序余量和加工总余量，加工余量的大小，直接影响工件的加工质量和生产率。加工余量过大，不仅增加机械加工劳动强量，降低生产率，而且增加消耗，提高成本。加工余量过小，可能达不到应有的精度和表面粗糙度，所以，应合理地确定加工余量。确定加工余量的方法有下列三种：

1）经验估计法为防止因加工余量过少而产生废品，估计值往往偏大，属于单件小批量。

2）查表修正法加工余量数值可以在各种机械加工工艺手册中查到。

3）分析计算法比较合理，但由于资料不完善，计算复杂，很少采用。6.2 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定

6.2.1工序尺寸的确定方法

1、引用法

2、余量法

3、查表法4 、工艺尺寸链法。按照工序余量的定义，在确定工序余量的同时同步确定工序尺寸及其公差。在工艺基准与设计基准重合时，多采用此法确定工序尺寸及公差，其计算顺序是由最后一道工序开始向前推算，计算步骤为：

1）确定毛坯总余量和工序余量。

2）确定工序尺寸公差。最终工序尺寸公差等于设计尺寸公差，其余量按经济精度确定。

3）求工序基本尺寸。从零件图上的设计尺寸开始，一直往前推算到毛坯尺寸，其工序基本尺寸等于后道工序基本尺寸加上或减去后道工序余量4）标注工序尺寸公差。最后一道工序的尺寸公差按设计尺寸标准，其余工序尺寸公差按入体原则标注。

6.2.2机械加工余量、毛坯尺寸的确定：

(1) 铣端面

考虑其加工表面粗糙度要求为 6.3Ra m μ，可直接粗铣一次，根据《机械加工工艺设计手册》，取2Z=2mm 已能满足要求

(2) 加工-Φ--mm 016

.0034

.012的外圆表面

可直接粗车，经热处理后在进行磨削。根据《机械加工工艺手册》表，确定工序尺寸及余量为2Z=3mm

(3) 车削Φ12mm 端面

考虑其表面粗糙度要求，只要求粗加工，根据《机械加工工艺手册》，取2Z=4mm 已能满足要求。

(4) 加工Φ10.5mm 孔

其表面粗糙度要求，其加工方式可以分为钻，扩，两步，根据《机械加工工艺手册》，确定工序尺寸及余量为：

钻孔：Φ9.8mm 扩孔：Φ10.5mm 2Z=0.7mm (5) 加工Φ6.1mm 孔 钻孔：Φ5.8

扩孔：Φ6.1 2Z=0.3mm (6) 加工Φ3mm 孔

其加工方式可以分为钻，铰两步，根据《机械加工工艺手册》，确定工序尺寸及余量为：

钻孔：Φ2.9mm

铰孔：Φ3mm 2Z=0.1mm

6.3 各工序的切削用量的选择

工序一： 粗铣

铣削深度a w ： a w =1mm

每齿进给量f z ：根据《切削手册》，取f w =0.08mm/齿 铣削速度V ：参照《切削手册》，取V=0.45m/s ， 机床主轴转速n ：n s =

()min

38225

27

10001000r x x d v

w

==

ππ

现采用X65卧式铣床，根据机床使用说明书，却n w =37.5r/min 故实际切削速度为

()min 5.261000

5

.372251000

m x x n d v w

w ==

=

ππ

工作台每分进给量m f ：m z w f f zn = 式（2-2） 取z f =0.08f a =，z=20，w n =37.5代入公式得：

m f =

60m/min 取f m =60m/min

l+l 1+l 2=50mm 走刀次数为1 机动时间t m ： mm f l l l t m

m 833.02

1=++=

工序二： (一)粗车端面 （1）确定切削用量 （a ）确定背吃刀量a p 粗车的余量为6mm, a =3mm 。 (b)确定进给量

查《切削用量简明手册》：加工材料#45、车刀刀杆尺寸为16 、工件直径12mm 、切削深度a =3mm ，则进给量为0.3~0.4。再根据《机械加工工艺设计手册》查取横向进给量取f =0.3mm/r 。

(c)确定切削速度VC ：

根据《切削手册》当用YG6硬质合金车刀加工，a =3mm ，f =0.3mm/r 。由于实际情况，在车削过程使用条件的改变，根据《切削用量手册》，查得切削速度的修正系数为：K v =0.81,则

()min 11181.03

.03

60291

2

.015

.02

.0m x x x

k f

a

T c v v y x p

m

v

c v

v

==

=

确定机床主轴转速：

()min 5442

.15111

10001000r x x d v n w

c

s ==

=

ππ

按C365L 车床转速（《机械加工工艺设计手册》）选择与544r/min 相近似 的机床转速

n =600r/min,则实际切削速度

V = Πdn

/1000=3.14x15.2x600/1000=122m/min 。

综上，此工步的切削用量为：a =3mm ，f =0. 3, n =600r/min, V =122m/min 。 （2）计算基本工时：

L=（d －d1）/2+L1+L2+L3 (其中d=15.2,d1=0,L1=0,L2=L3=0) =(15.2－0)/2+0+0+0=7.6mm T= ==7.6×1÷(0.3×600)=0.042min 。 (二) 粗车Φ12外圆 （1）确定切削用量 （a ）确定背吃刀量

粗车外圆，加工余量为2Z=3mm,一次走刀，则a p =1.5mm 。 (b)确定进给量

由《切削手册》，刀杆尺寸16 25，工件直径为12mm ，则f=0.3~0.4 f =0.3。 (c)选择刀具磨钝标准及耐用度

由《切削用量手册》表1.9查取后刀面磨损最大限度为0.8~1.0，焊接耐用度T=60mm 。

(d)确定切削速度VC ：

根据《切削手册》查取： a p =1.5、f =0.3mm/r 、车刀为YG 硬质合金),由于实际车削过程使用条件的改变，查取切削速度修正系数：K v =0.86

()min 12186.03

.05

.160291

2

.015

.02

.0m x x x

k f

a

T c v v y x p

m

v

c v

v ==

=

确定机床主轴转速：

()min 5842

.15121

10001000r x x d v n w

c

s ==

=

ππ

按C365L 车床转速（《机械加工工艺设计手册》）选择与584r/min 相近似 的机床转速

n =600r/min,则实际切削速度

V = n Π d

/1000=3.14x15.2x600/1000=122m/min 。

综上，此工步的切削用量为：a =1.5mm ，f =0.3, n =600r/min, V =122m/min 。 (2)计算基本工时：

T=（L+L1+L2+L3）/(f ×n)

=(12.5+2+0+0)×2/(0.3×600)=0.092min 。 (三)粗车端面 （1）确定切削用量 （a ）确定背吃刀量a p 粗车的余量为2Z=25, a =3mm 。 (b)确定进给量

查《切削用量简明手册》：加工材料#45、车刀刀杆尺寸为16 、工件直径25mm 、切削深度a =3mm ，则进给量为0.3~0.4。再根据《机械加工工艺设计手册》查取横向进给量取f =0.3mm/r 。

(c)确定切削速度VC ：

根据《切削手册》当用YG6硬质合金车刀加工，a =2mm ，f =0.3mm/r 。由