后钢板弹簧吊耳工艺标准及夹具设计使用说明

课程设计说明书

题目：批量生产“后钢板弹簧吊耳”机加工工艺规程及专用夹具设计学院：机电工程学院

专业班级：

学生姓名：

学号：

指导教师：

绪论

机械的加工工艺及夹具设计是在完成了大三的全部课程之后，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，是企业进行生产准备，计划调度、加工操作、生产安全、技术检测和健全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。夹具又是制造系统的重要组成部分，不论是传统制造，还是现代制造系统，夹具都是十分重要的。因此，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，降低生产成本等，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提高效率、降低成本。所以对机械的加工工艺及夹具设计具有十分重要的意义。

通过这次课程设计，可对以前学过的课程进行一次综合的深入的总复习，把学习到的理论知识和实际结合起来，从而提高自己分析问题，解决问题的能力。

目录

1 课程设计任务书 (1)

1.1设计题目 (1)

1.2设计任务 (1)

1.3设计要求 (1)

2 后钢板弹簧吊耳加工工艺规程设计 (2)

2.1零件分析及毛坯设计 (2)

2.1.1零件功用 (2)

2.1.2零件的结构和技术要求分析 (3)

2.2工艺过程设计所应采取的相应措施 (4)

2.3后钢板弹簧吊耳加工定位基准的选择 (5)

2.3.1 确定毛坯的制造形式 (5)

2.3.2粗基准的选择 (5)

2.3.3精基准的选择 (6)

2.3.4零件表面加工方法的确定，吊耳各表面加工方案 (6)

2.4 工艺路线的制定 (7)

2.4.1 工艺方案一 (7)

表2.1 工艺方案一表 (7)

2.4.2 工艺方案二 (7)

表2.2 工艺方案二表 (8)

2.4.3 工艺方案的比较与分析 (8)

2.5机床设备及工艺装备的选用 (9)

2.5.1机床设备的选用 (9)

2.5.2工艺装备的选用 (9)

2.6机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 (9)

φ孔 (12)

2.7 工序6 加工10.5mm

2.7.1切削用量的确定 (12)

2.7.2加工余量，工序尺寸及公差的确定 (14)

2.8本章小结 (15)

φ工艺孔夹具设计 (16)

3 加工10.5mm

φ工艺孔夹具设计 (16)

3.1加工10.5mm

3.2定位方案的分析和定位基准的选择 (16)

3.3定位元件的设计 (17)

3.4定位误差分析 (18)

3.5切削力的计算与夹紧力分析 (19)

3.6钻套、衬套、钻模板及夹具体设计 (19)

3.7夹具精度分析 (22)

3.8夹具设计及操作的简要说明 (23)

3.9本章小结 (23)

心得 (23)

1 课程设计任务书

1.1设计题目

①设计某个零件的制造工艺和某道工序的专用夹具。

②生产纲领：大批量。

1.2设计任务

①零件：后钢板弹簧吊耳夹具工序：钻Φ10.5孔

1.3设计要求

所设计的零件加工工艺切实可行；专用夹具简单实用，能够满足大批量加工要求；所绘图纸符合工程要求。

①完成的任务包括：

②零件图（一份）

③毛坯图（一份）

④工艺综合卡片（一份）

⑤专用夹具装配图（一份）

⑥课程设计说明书（一份）

2 后钢板弹簧吊耳加工工艺规程设计

2.1零件分析及毛坯设计

2.1.1零件功用

题目给出的零件是CA10B解放牌汽车后钢板弹簧吊耳。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。

图2.1 后钢板弹簧吊耳零件图

2.1.2零件的结构和技术要求分析

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 φ外圆端面为主要加工表面的加工面。这一组加工面

包括：60mm φ外圆端面的铣削，加工0.03037mm φ+孔，其中60mm φ外圆端

面粗糙度要求为 6.3Ra m μ，0.03037mm φ+的孔表面粗糙度要求为 1.6Ra m μ。

（2）以mm 045.0030+φ孔为主要加工表面的加工面。

这一组加工表面包括：2个mm 045.0030+φ的孔，2个10.5mm φ的孔、2个mm 045.0030+φ孔的内

外两侧面的铣削，宽度为4mm 开口槽的铣削，2个mm 045.0030+φ数值为

0.01φ的同轴度要求。其中mm 045.0030+φ的孔表面粗糙度要求为 1.6Ra m μ，

2个10.5mm φ的孔表面粗糙度要求为12.5Ra m μ，2个mm 045.0030+φ孔的内

侧面表面粗糙度要求为12.5Ra m μ，2个mm 045.0030+φ孔的外侧面表面粗糙

度要求为50Ra m μ，宽度为4mm 的开口槽的表面粗糙度要求为

50Ra m μ。 加工表面 技术要求

/mm 公差及精度等级 Ra/μm 形位公差/mm

Φ60mm 两外圆端

面

60mm IT12 6.3 Φ37 孔

IT9 1.6 Φ 30孔内侧面 54mm IT12 12.5

Φ30孔外侧面54mm IT12 50

A Φ30孔IT9 1.6 ◎Φ

0.01

Φ10.5孔10.5 IT12 12.5

开口槽4mm IT12 50

2.2工艺过程设计所应采取的相应措施

由以上分析可知，该零件的主要加工表面是平面及孔系。一般来

说，保证平面的加工精度要比保证孔系的加工精度容易。因此，对于

该零件来说，加工过程中的主要问题是保证平面的尺寸精度以及孔的

尺寸精度及位置精度，处理好孔和平面之间的相互关系。

该类零件的加工应遵循先面后孔的原则：即先加工零件的基准平

面，以基准平面定位加工其他平面。然后再加工孔系。后钢板弹簧吊

耳的加工应遵循这个原则。这是因为平面的面积大，用平面定位可以

确保定位可靠夹紧牢固，因而容易保证孔的加工精度。其次，先加工

平面可以先切去铸件表面的凹凸不平。为提高孔的加工精度创造条

件，便于对刀及调整，也有利于保护刀具。

后钢板弹簧吊耳零件的加工工艺应遵循粗精加工分开的原则，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孔系加工精

度。

由于后钢板弹簧吊耳的生产量很大。怎样满足后钢板弹簧吊耳生

产率要求也是过程中的主要考虑因素。

2.3后钢板弹簧吊耳加工定位基准的选择

2.3.1 确定毛坯的制造形式

“后钢板弹簧吊耳”零件材料为35钢，硬度HBS 为149～187，

生产类型为大批量生产。

考虑到该弹簧吊耳零件在工作过程中要承受压力冲级载荷，为增

强弹簧吊耳零件的强度和冲级韧度，故毛坯选用铸造件，零件材料为

35号钢。

2.3.2粗基准的选择

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。

（2） 选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。

（3） 应选择加工余量最小的表面作为粗基准。

（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。

（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60mm φ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mm 5.0037+φ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。（具体请见工序卡片）2.3.3精基准的选择

1.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。

2.精基准的选择

精基准的选择主要考虑基准重合的问题，根据该弹簧吊耳零件的

φ两外圆端面作为精基准。技术要求和装配要求，选择加工后的60mm

2.3.4零件表面加工方法的确定，吊耳各表面加工方案

根据弹簧吊耳零件图上各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，确定加工工件各表面的加工方法，如表2-3-2所示。

表2-3-2

2.4 工艺路线的制定

由于生产类型为大批生产，应尽量使工序集中来提高生产率，除此之外，还应降低生产成本。

2.4.1 工艺方案一

表2.1 工艺方案一表

2.4.2 工艺方案二

表 2.2 工艺方案二表

2.4.3 工艺方案的比较与分析

上述两个工艺方案的特点在于：方案一是先加工60mm φ两外圆端

面，然后再以此为基面加工0.03037mm φ+孔，

再加工10.5mm φ孔，mm 045.0030+φ孔，最后加工mm 045.0030+φ孔的内外侧面以及宽度为4mm 的开口槽铣，

则与方案二相反，先加工mm 045.0030+φ孔的内外侧面，再以此为基面加

工10.5mm φ孔，mm 045.0030+φ孔，宽度为4mm 的开口槽，最后加工60mm

φ两外圆端面，0.03037mm φ+孔，

经比较可见，先加工60mm φ两外圆端面，以后位置度较易保证，

并且定位及装夹都较方便，但方案一中先加工10.5mm φ孔，mm

045.0030+φ孔，再加工mm 045.0030+φ孔的内外侧面，不符合先面后孔的加工原则，

加工余量更大，所用加工时间更多，这样加工路线就不合理，同理，

宽度为4mm 的开口槽应放在最后一个工序加工。所以合理具体加工

表2.3 工艺方案表

2.5机床设备及工艺装备的选用

2.5.1机床设备的选用

在大批生产的条件下，可选用高效的专用设备和组合机床，也可选用通用设备。所选用的通用设备应提出机床型号，如该弹簧吊耳零件选用的通用设备“立式铣床X51”。

2.5.2工艺装备的选用

工艺装备主要包括刀具，夹具和量具。该弹簧吊耳零件的工艺装备在工序卡中都有说明，其中由于生产类型为大批量生产，故夹具选用的是专用夹具。

2.6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钢，硬度HBS为149～187，生产类型为大批量生产，采用铸造毛坯。

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

φ两外圆端面：

考虑其加工表面粗糙度要求为 6.3

μ，可以先粗铣，再精铣，

Ra m

根据《实用机械制造工艺设计手册》（以下简称《工艺手册1》）表

2-3、2-4、7-25，工艺方法为砂型机器造型，加工余量精度为H ，

取公差代号CT 为8.基本尺寸为100762.0-6.0-<，

取2Z=5mm 已能满足要求。

(2) 加工

0.03037mm φ+孔 其表面粗糙度要求较高为 1.6Ra m μ，其加工方式可以分为粗，粗

拉两步，根据《机械加工工艺手册》（以下简称《工艺手册2》）表

2.3-48，确定工序尺寸及余量为：

毛坯孔：35mm φ

粗镗孔：mm 5.36φ 2Z=1.5mm

粗拉孔：

0.03037mm φ+ 2Z=0.5mm (3) 铣mm 045.0030+φ孔的内侧面

考虑其表面粗糙度要求为12.5Ra m μ，只要求粗加工，根据《工艺

手册1》表7-25，取2Z=2mm 已能满足要求。

(4) 铣mm 045.0030+φ孔的外侧面

考虑其表面粗糙度要求为50Ra m μ，只要求粗加工，根据《工艺

手册1》

表7-25，取2Z=2mm 已能满足要求。

(5) 加工mm 045.0030+φ孔（基轴制）

其表面粗糙度要求较高为 1.6Ra m μ，其加工方式可以分为钻，扩，

铰三步，根据《工艺手册1》表7-11，确定工序尺寸及余量为：

毛坯孔：28mm φ

粗镗孔：mm 2.29φ 2Z=1.2mm

粗拉孔：mm 045.0030+φ 2Z=0.8mm

(6) 加工10.5mm φ孔

其表面粗糙度要求较高为12.5Ra m μ，其加工方式可以分为钻，扩，

两步，根据《机械加工工艺手册》表7-13，确定工序尺寸及余量为：

钻孔：9mm φ

扩孔：10.5mm φ 2Z=1.5mm

(7) 铣宽度为4mm 的开口槽

考虑其表面粗糙度要求为50Ra m μ，只要求粗加工，根据《工艺手

册1》表7-25，取2Z=2mm 已能满足要求。

图2.2后钢板弹簧吊耳毛坯图

2.7 工序6 加工10.5mm φ孔

2.7.1切削用量的确定

机床：立式铣床X51

刀具：麻花钻、扩孔钻

（1）、钻Φ9.8㎜孔

① 切削深度p a ：p a =4.9mm

② 进给量f ：根据《机械制造技术基础课程设计指导教程》表

5-21，取r mm f /2.0=。由于本零件在加工mm 5.10φ孔时属于低刚度零

件，故进给量应乘系数0.75，则

r mm f /15.075.02.0=?=

③ 主轴转速：根据《机械制造技术基础课程设计指导教程》表

5-21，取切削速度min /20m V =，取V =20, 0d =9代入以下公式得：

机床主轴转速n ：min /7.7079

14.320100010000r d V n =??==π，根据《机械制造技术基础课程设计指导教程》表4-15，取min /725r n =

实际切削速度V '：min /5.201000

725914.310000m n d V ≈??==

'π ④ 机动时间：

根据《机械制造技术基础课程设计指导教程》表5-41

被切削层长度l ：48l mm =；刀具切入长度1l ：8l mm =

刀具切出长度2l ：3l mm = ；走刀次数为1

取48l =，18l =，23l =, 15.0=f ,725=n 代入以下公式得：

机动时间j t ：

min 54.0725

15.03848211≈?++=++=fn l l l t j 以上为钻一个孔的机动时间，故本工序机动工时为 min 08.154.02211=?==j t t

（2）扩10.5mm φ孔

① 切削深度p a ：p a =0.35㎜

② 进给量f ：

根据《机械制造技术基础课程设计指导教程》表5-23，

r mm f /)49.0~42.0(7.0)7.0~6.0(=?=

参照《机械制造技术基础课程设计指导教程》表5-23，取r mm f /45.0=

③ 主轴转速

切削速度V ：参照《机械制造技术基础课程设计指导教程》表5-24，

取min /5.56m V =，取V =56.5, 0d =10.5代入以下公式得

机床主轴转速n ：min /17145

.1014.35.56100010000r d V n ≈??==π， 根据《机械制造技术基础课程设计指导教程》表4-15取

min /1800r n =，实际切削速度V '：

min /3.591000

18005.1014.310000m n d V ≈??==

'π ④ 机动时间： 根据《机械制造技术基础课程设计指导教程》表5-41

被切削层长度l ：48l mm =；刀具切入长度1l 8l mm =

刀具切出长度2l ：3l mm = ；走刀次数为1

取48l =，18l =，23l =, 45.0=f ,1800=n 代入以下公式得：

机动时间1j t ：min 07.0180045.03848211≈?++=++=fn l l l t j 以上为扩一个孔的机动时间，故本工序机动工时为

min 14.007.02211=?==j t t

2.7.2加工余量，工序尺寸及公差的确定

由《机械制造技术基础课程设计指导教程》表2-28可查得，钻孔余量mm Z 5.1=；查《工艺手册1》表6-8可依次确定各工序尺寸的加工精度等级为：扩孔：IT11；钻：IT12。根据上述结果，再查《互换性与测量技术基础》表2-4标准公差数值表可确定各工步的公差值分别为：扩孔：0.130mm ；钻：0.210mm 。

综上所述，该工序各工步的工序尺寸及公差分别为，扩孔：mm 13.005.10+φ；钻孔：mm 21.009+φ，它们的相互关系如图2-5-2所示。

图2-5-2

2.8本章小结

本章主要是对后钢板弹簧吊耳的加工工艺进行设计。先要明确零件的作用，本次设计的后钢板弹簧吊耳的主要作用就是载重后，使钢板能够得到延伸，伸展，能有正常的缓冲作用。确定了零件的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸后，就可以对零件的工艺路线进行分析，制定出几套工艺方案，然后对这几套方案进行分析比较，选择最优方案，最后进行时间定额计算及生产安排。优良的加工工艺是能否生产出合格，优质零件的必要前提，所以对加工工艺的设计十分重要，设计时要反复比较，选择最优方案。