刹车支架的加工工艺设计大学学位论文.docx
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刹车支架的加工工艺设计大学学位论文
毕业设计说明书
班 级：
数控3124
学 号：
41312424
姓 名：
刘飞
设计题目：
刹车支架的加工工艺设计
指导老师：
郭力
成绩：
序言„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3
一、零件的工艺分析及生产类型的确定„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3
1.零件的工艺分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„3
2.零件的生产类型„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4
二、选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯图„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4
1.选择毛坯„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„4
2.确定机械加工余量„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5
3.确定毛坯尺寸„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5
4.设计毛坯„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5
三、选择加工方法，制定工艺路线„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5
1.定位基准的选择„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5
2.零件表面加工方法的选择„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6
3.制定工艺路线„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6
四、工序设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6
1.选择加工设备与工艺装备„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6
2.确定工序尺寸„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7
五、确定切削用量及基本时间„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7
1.切削用量的计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„7
2.基本时间tm的计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8
3.辅助时间ft的计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8
4其他时间的计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8
六、夹具设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9
1.定位方案„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9
2.夹紧机构„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„14
3.导向装置„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„18
4问题的提出„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„19
5定位基准的选择„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„20
6定位元件的设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„21
7切削力及夹紧力计算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„22
8夹具设计及操作简要说明„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„23
六、数控编程设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„24
1零件数控加工工艺分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„24
2填写加工程序单、零件加工工序卡、零件装夹示意图„„„„„„„„„„„„„„„25
2.1加工程序单„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„25
2.2零件加工工序卡„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„26
2.3零件装夹示意„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„27
3数控加工过程综述„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„28
3.1机床坐标系、工件坐标系的建立„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„29
3.2刀具及切削用量的选择„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„29
3.3各工步的加工操作要求„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„30
4检测加工零件、分析超差原因„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„31
七、设计体会„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„31
八、参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„32
序言
机械制造技术基础课程设计是在学完了机械制造技术机车和大部分专业课，并进行了生产实习的基础上进行的又一个实践性教学环节。
这次设计使我们能综合运用机械制造技术基础中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决了零件机械制造工艺问题，设计了机床专用夹具这一典型的工艺装备，提高了结构设计能力，为今后的毕业设计及未来从事的工作打下了良好的基础。
由于能力所限，经验不足，设计中还有许多不足之处，希望各位老师多加指教。
刹车支架钻孔的夹具设计：
零件的作用及结构分析
a零件的作用
刹车支架主要用于对于两个刹车盘得支撑，承受较大的压力。
b零件的结构
零件对粗糙度的要求不高，有两H9级的孔，最高精度的平面的粗糙度为Ra6.3.零件形状不规则。
故多采用专用夹具，可调夹具。
一、零件的工艺分析及生产类型的确定
1.零件的工艺分析
生产批量为批量生产，由生产批量可得到相关信息为：
毛坯精度、加工
余量要求不高。
加工机床采用通用机床，按零件分类，部分布置成流水线，部分布置成机群式；广泛采用专用夹具，可调夹具；按零件产量和精度，部分采用通用刀具和量具，部分采用专用刀具和量具；广泛采用通用或专用夹具装夹；有较详细的工艺规程，用工艺卡管理生产。
根据零件图可得到:
零件整体要求精度不是很高，最高的平面表面粗糙
度为Ra6.3，采用粗铣和精铣就可以达到。
两个凸台的粗糙度为Ra12.5，采用精密铸造就可以达到。
两个精度等级为H9的采用钻孔、扩孔、铰孔可以。
左端面的两个通槽采用精铣可以达到Ra2.5的要求。
零件图
加工两个孔：
孔一直径D=14mm深H=22mm；孔二直径D=16mm深H=32mm。
。
2.零件的生产类型
大批量生产。
二、选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯图
1.选择毛坯
该零件材料为HT200，零件结构比较简单，生产类型为大批生产，为使零件有较好的力学性能，保证零件工作可靠，故采用铸造成形。
这从提高生产效率保证加工精度上考虑也是应该的。
2.确定机械加工余量
根据工艺手册中的铸件质量、零件表面粗糙度、形状复杂系数查表得，单边余量在厚度方向为1.0-2.0mm，水平方向亦为1.0-2.0mm。
铸件孔的单面余量查表得0.7mm.
3.确定毛坯尺寸
毛坯尺寸只需将零件的尺寸加上所查得的余量值即可，毛坯余量确定为1.7~2.2mm。
4.设计毛坯图
三、选择加工方法，制定工艺路线
1.定位基准的选择
粗基准的选择：
按有关基准的选择原则，即当零件有不加工表面时，应以这些不加工表面作粗基准；若零件有若干不加工表面时，则应以与加工表面要求相对位置精度高的不加工表面作粗基准。
现以零件的侧面为主要的定位粗基准。
精基准的选择：
考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合”原则和“基准统一”原则，选择以零件主视图左侧面A为精基准。
2.零件表面加工方法的选择
（1）D外圆面等级为IT10，表面粗糙度为Ra6.3，精密铸造就能达到。
（2）为未注公差尺寸，根据GB1800-79规定起公差等级按IT14，需进行粗铣。
（3）C外圆面为未注公差尺寸，根据GB1800-79规定起公差等级按IT14，需进行粗铣。
。
（4）E外圆面等级为IT10，表面粗糙度为Ra6.3，精密铸造就能达到。
（5）B外圆面等级为IT10，表面粗糙度为Ra6.3，精密铸造就能达到。
（6）F外圆面等级为IT10，表面粗糙度为Ra6.3，精密铸造就能达到。
（8）通槽公差等级为IT10，表面粗糙度为Ra2.5，粗铣—半精铣—精铣。
（9）通孔φ16H9，表面粗糙度为1.6需钻-扩-铰
（10）通孔φ14H9，表面粗糙度为1.6需钻-扩-铰。
3.制定工艺路线
工序1：
精铣A基准面。
工序2：
粗铣—半精铣—精铣型面
工序3：
钻-扩-铰孔至Ø16H9,Ø14H9,孔口倒角1×45°。
工序4：
铣通槽。
工序:
5：
清洗。
工序6：
终检。
最后入库按标号摆放，以便下次取用方便
四、工序设计
1.选择加工设备与工艺装备如表格图
工序号
设备
工艺装备
工序1
卧式铣床
高速钢套式面铣刀，游标卡尺，专用夹具
工序2
卧式铣床
高速钢套式面铣刀，游标卡尺，专用夹具
工序3
卧式铣床
莫氏直柄麻花钻，扩孔钻，铰刀，卡尺，塞规，
工序4
工序5
钳工
终检
卡尺，塞规，百分表。
2.确定工序尺寸
钻Φ=16。
查表可依次确定各工步尺寸的加工精度等级为，精铰：
IT9；钻：
IT12；根据上述结果，再由表可查得，Φ16的孔精铰余量Z精铰=0.2mm；钻孔余量Z查标准公差数值表可确定各工步的公差值分别为，精铰：
0.030mm；钻：
0.120mm。
钻Φ=14。
查表可依次确定各工步尺寸的加工精度等级为，精铰：
IT9；钻：
IT12；根据上述结果，再由表可查得，Φ14的孔精铰余量Z精铰=0.2mm；钻孔余量Z查标准公差数值表可确定各工步的公差值分别为，精铰：
0.030mm；钻：
0.120mm。
综上所述，该工序各工步的工序尺寸及公差分别为IT7，精铰：
Φ16+0.03，Φ14+0.03
五.确定切削用量及基本时间
5.1切削用量的计算
（1）钻孔工步
①背吃刀量的确定取ap=5.8mm。
②进给量的确定由表，选取该工步的每转进给量f=0.4mm/r。
③切削速度的计算由表，按工件材料为HT200的条件选取，切削速度v可取为25m/min。
由公式n=1000v/Πd可求得该工序钻头转速n=265r/min,参照表所列Z550型立式钻床的主轴转速，取转速n=351/min.再将此转速代入公式，可求出该工序的实际钻削速度v=nΠd/1000=33.06m/min.
（2）精铰工步
①背吃刀量的确定取ap=0.10mm。
②进给量的确定由表，选取该工步的每转进给量f=0.40mm/r。
③切削速度的计算由表，切削速度v可取为4m/min。
由公式n=1000v/Πd可求得该工序铰刀转速n=42.4r/min,参照表所列Z550型立式钻床的主轴转速，取转速n=47r/min.再将此转速代入公式，可求出该工序的实际切削速度v=nΠd/1000=4.42m/min.
5.2基本时间tm的计算
（1）钻孔工步根据表，钻孔的基本时间可由公式tj=L/fn=（l+l1+l2）/fn求得。
式中l=53mm;l2=1mm;l1=（D/2）×
+（1～2）=（15mm/2）×cot54°+1mm=11.89mm;f=0.4mm/r;n=351r/min.将上述结果代入公式，则该工序的基本时间tj=（53mm+1mm+11.89mm）/（0.4mm/r×351r/min）=0.46min=28.1s。
5.3辅助时间ft的计算
精铰工步根据表，可由公式tj=L/fn=（l+l1+l2）/fn求得该工序的基本时间。
l1、l2由表按
=15°、
=（D-d）/2=（30mm-29.8mm）/2=0.10mm的条件查得l1=0.37mm；l2=15mm；而l=53mm；f=0.4mm/r;n=47r/min.将上述结果代入公式，则该工序基本时间
=（53mm+0.37mm+15mm）/（0.4mm/r×47r/min）=3.63min=218s。
5.4其他时间的计算
除了作业时间以外，每道工序的单件时间还包括布置工作的时间、休息与生理需要时间和准备与终结时间。
由于右端盖的生产类型为大批生产，分摊到每个工件上的准备与终结时间甚微，可忽略不计；布置工作的时间bt是作业时间的2%-7%，休息与生理需要时间tx是作业时间的2%~4%，本工件均取3%，则各工序的其他时间（tbtx）可按关系式（3%+3%）*（tjtf）计算，分别为：
钻孔工步的其他时间：
tbtx=%6（3.2/28.1）*5.1。
精铰孔工步的其他时间：
bxtt=%6（32.7/218）X15.04
六、夹具设计
定位和夹紧方案选择：
刹车支架钻孔的夹具设计：
1零件的作用及结构分析
a零件的作用刹车支架主要用于对于两个刹车盘得支撑，承受较大的压力。
b零件的结构零件对粗糙度的要求不高，有两H9级的孔，最高精度的平面的粗糙度为Ra6.3.零件形状不规则。
故多采用专用夹具，可调夹具。
6.1.定位方案
定位板、导板、定位销、定料销，是分别用于单个毛坯料的各种定位而设计，它们既可用于毛坯料的外轮廓定位，也可以用于内孔定位。
有时为了提高定位精度，还可在模具上增设侧压装置，使条料紧靠一侧的导尺定位，工件上的定位基准面与相应的定位元件合称为定位副。
定位副的选择及其制造精度直接影响工件的定位精度和夹具的工作效率以及制造使用性能等
a.方案一：
卧式钻：
左侧面定位控制3个自由度（俯视图），右侧V型块定位控制2个自由度、并夹紧，后方使用支撑钉定位、控制1个自由度，如图：
b.方案二：
卧式钻：
左侧面定位控制3个自由度（俯视图），右侧V型块定位控制2个自由度、并夹紧，后方使用支撑钉定位、控制1个自由度，如图：
（2）.确定定位方案
方案分析：
方案1与方案2选用卧式钻床，定位方式相同，但夹紧方式不同，方案一中夹紧面选择直径16mm的孔外圆夹紧，可以保证在夹紧过程中不影响零件形状，刚性较好；方案二中加紧面选择零件底座夹紧，夹紧力可能使零件收到弯矩而影响加工孔的垂直度。
综合考虑后，选择方案一种的定位夹紧方式，定位元件为支撑钉。
因工件尺寸大，需要对加工增加辅助支撑。
辅助支承是为了提高平面支承定位刚度的办法之一。
具体操作辅助支承时，先让定位元件定位好之后再辅助支承与工件接触，所以不起定位作用。
常用的辅助支承有（任写两种）：
旋转式辅助支承、自位式辅助支承、推引式辅助支承、液压锁紧的辅助支承。
（3）最终定位方式如图：
（4）夹紧力位置如图
（5）工件工装方式如图：
6.2夹紧机构选择
此零件需六点定位，一个方向需要夹紧，若分别设置夹紧机构，则夹具复杂，且操作不便，为简化操作，设置一个螺旋夹紧机构和一单独工作的支撑机构完成支撑工作。
夹具类型：
根据夹具在不同生产类型中的通用特性，机床夹具可分为通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合夹具和拼装夹具五大类。
此工序要求在同一直线上钻两个孔，采用移动式钻头即可完成加工一个孔后，钻头沿导轨运动至另一个工作位置，加工第二个孔。
这样可以快速经济型加工零件。
组合夹具采用标准的组合元件、部件，专为某一工件的某道工序组装的夹具，称为组合夹具。
组合夹具是一种模块化的夹具。
标准的模块元件具有较高精度和耐磨性，可组装成各种夹具。
夹具用毕可拆卸，清洗后留待组装新的夹具。
由于使用组合夹具可缩短生产准备周期，元件能重复多次使用，并具有减少专用夹具数量等优点，因此组合夹具在单件，中、小批量多品种生产和数控加工中，是一种较经济的夹具
（1）.绘制夹具结构方案草图
如图所示：
顶端采用螺旋夹紧机构，侧面采用辅助支撑装置，当选入螺旋夹紧装置时（螺旋机构中，选入方向有坡度），铰链机构向下移动，使上下方向夹紧。
由于此工件只需实现六点定位后夹紧一个方向，选用螺旋夹紧方式即可实现加紧。
由此确定加紧方式。
钻模套采用带肩式固定钻套。
（2）总装图
标注后，总装配图如图所示：
（3）定位误差分析
（a）定位元件尺寸及公差的确定：
本夹具的主要定位元件为两个阶梯定位销，结构简单且便于更换。
该定位销的主要定位尺寸与公差规定为与本零件在工作时与其相配孔的尺寸公差相同，即为φ8。
由于阶梯定位销的下端通过过盈配合与钻模体连接在一起，并且保证上端定位销的高度尺寸，因此阶梯型定位销较小圆柱体的直径取为φ6。
（b）定位误差的计算：
因为零件图上不要求两孔之间的定位尺寸精度要求，故在此不做计算。
只要钻模板上两空的定位尺寸与零件两空定位尺寸间尺寸相同即可
（4）夹紧力的计算
由于本工序主要是钻表面的两个孔，所以只对夹具的定位稳定性进行计算，及夹紧力和钻削力的计算。
钻孔时的切削力计算：
粗钻：
根据（《机械加工工艺手册》李洪主编）表2.4-69
钻孔时的切削力为：
半精钻：
钻孔时的切削力为:
夹紧力的计算：
粗钻：
根据（《机床夹具设计手册》第三版王光斗王春福主编）表1-3-11
在计算切削力时，必须考虑安全系数。
安全系数
式中：
—基本安全系数；取1.2
—加工性质系数；取1.1
—刀具钝化系数；取1.1
—断续切削系数；取1.1
则
钻削力
小于夹紧力
，所以该夹紧装置可靠
半精钻：
根据（《机床夹具设计手册》第三版王光斗王春福主编）表1-3-11
在计算切削力时，必须考虑安全系数。
安全系数
式中：
—基本安全系数；取1.2
—加工性质系数；取1.1
—刀具钝化系数；取1.1
—断续切削系数；取1.1
则
钻削力
小于夹紧力
，所以该夹紧装置可靠
综上所述，本工序粗钻和半精钻的切削力都比夹紧力要小得多，所以该夹紧装置可靠。
6.3导向装置、
夹具一般由夹具体、定位元件、夹紧装置、对刀或导向装置、接元件等组成。
夹具体是机床夹具的基础；定位元件保证工件在夹具中处于正确的位置；夹紧装置的作用是将工件压紧夹牢；工件对刀或导向装置用于确定刀具相于定位元件的正确位置；连接元件是确夹具在机床上正确位置的元件
（1）工艺性分析
在夹具体转配过程中，主要定位销与钻模板上的孔通过过盈配合连接在一起。
由于工件较小，钻模板与夹具体间一般不拆卸，一次性装就可满足生产要求，且有螺钉旋紧固定钻模板和夹具体。
如图所示：
（2）主要零件的选择
钻模体：
由于工件尺寸相对较小，采用固定式。
钻模体的形状较为复杂，因此采用铸造而不采用锻造。
又因为钻模体的便面需要与工件进行配合，所以与工件配合的断面经过粗铣-半精铣-精铣达到所要求的加工精度，而导向孔要与滑柱和导柱配合，且为了加工方便，做成通孔，并进行精加工。
钻模板：
采用铸造方式成型。
对于与其他零件进行配合的断面和孔采用机加工，以达到所需要的精度。
定位销：
采用机加工成型。
由于定位销是保证工件加工符合所要求技术的关键性零件，因此定位销需要精加工，并测量轴径，使其加工尺寸及加工精度符合技术要求。
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。
有老师分配的任务，我被要求设计工序60：
铣A向面的夹具设计，选用机床：
X51立式铣床。
4问题的提出
本夹具主要用于铣基A向面，属于工序60，主要应考虑如何提高生产率、降低劳动强度。
5定位基准的选择
拟定加工路线的第一步是选择定位基准。
定位基准的选择必须合理，否则将直接影响所制定的零件加工工艺规程和最终加工出的零件质量。
基准选择不当往往会增加工序或使工艺路线不合理，或是使夹具设计更加困难甚至达不到零件的加工精度（特别是位置精度）要求。
因此我们应该根据零件图的技术要求，从保证零件的加工精度要求出发，合理选择定位基准。
此零件图没有较高的技术要求，也没有较高的平行度和对称度要求，所以我们应考虑如何提高劳动效率，降低劳动强度，提高加工精度。
Φ14H9孔与Φ16H9孔已加工好，为了使定位误差减小，选择已加工好的Φ14H9孔与Φ16H9孔作为定位基准，采用一圆柱销、一削边销来定位，即经典的“一面两销”。
6切削力及夹紧力计算
（1）刀具：
采用立铣刀φ20mm
机床：
X51立式铣床
由[3]所列公式得
查表9.4—8得其中：
修正系数
z=24
代入上式，可得F=928.5N
因在计算切削力时，须把安全系数考虑在内。
安全系数K=
其中：
为基本安全系数1.5
为加工性质系数1.1
为刀具钝化系数1.1
为断续切削系数1.1
所以
（2）夹紧力的计算
选用夹紧螺钉夹紧机由
其中f为夹紧面上的摩擦系数，取
F=
+GG为工件自重
夹紧螺钉：
公称直径d=8mm，材料45钢性能级数为6.8级
螺钉疲劳极限：
极限应力幅：
许用应力
螺钉的强度校核：
螺钉的许用切应力为
[s]=3.5~4取[s]=4
得
满足要求
经校核：
满足强度要求，夹具安全可靠，
使用快速螺旋定位机构快速人工夹紧，调节夹紧力调节装置，即可指定可靠的夹紧力
7定向键与对刀装置设计
定向键安装在夹具底面的纵向槽中，一般使用两个。
其距离尽可能布置的远些。
通过定向键与铣床工作台T形槽的配合，使夹具上定位元件的工作表面对于工作台的送进方向具有正确的位置。
根据GB2207—80定向键结构如图所示：
图3.3夹具体槽形与螺钉图
根据T形槽的宽度a=18mm定向键的结构尺寸如下：
表3.1定向键数据表
B
L
H
h
D
夹具体槽形尺寸
公称尺寸
允差d
允差
公称尺寸
允差D
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