摇臂支架课程设计说明书

昆山登云科技职业学院

《机械制造技术》

课程设计

设计题目：

设计“摇臂支架”零件的机械加工 工艺规程及工艺装备(生产纲领：5000件)

班 级： 设 计 者： 指导教师：

设计日期： 年 月 日～ 月 日

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序言

机械制造工艺学课程设计是在学完了机械制造工艺学和大部分专业课，并进行生产实习的基础上进行的一个教学环节。这是我们在学期结束之前对所学课程的一次深入的全面的总复习，也是一次理论联系实际的训练。

这次设计的是摇臂支架。包括零件图、毛坯零件综合图、夹具设计图、夹具总装配图、夹具其他件各一张，机械加工工艺过程卡片和与工序卡片各一张。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。最后拟定工艺路线图，制定该工件的夹紧方案。

就我个人而言，我希望通过这次课程设计，对自己今后从事的工作，进行一次适应性训练，通过设计提升自己，加强分析、解决问题的能力，为以后的工作打下一个良好的基础。同时，我也相信这次课程设计是非常有益的。

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机械制造技术课程设计

机械加工技术课程设计是机械加工技术课程教学的一个不可或缺的辅助环节。它是学生全面综合运用本课程及其有关先修课程的理论和实践知识进行加工工艺及夹具结构设计的一次重要实践。它对于培养学生编制机械加工工艺规程和机床夹具设计的能力，为以后搞好毕业设计和到工厂从事工艺与夹具设计具有十分重要的意义。本课程设计的目的在于：

(1)培养学生综合运用机械制造工艺学及相关专业课程(工程材料与热处理、机械设计、互换性与测量技术、金属切削加工及装备等)的理论知识，结合金工实习、生产实习中学到的实践知识，地分析和解决机械加工工艺问题，初步具备设计中等复杂程度零件的工艺规程的能力。

(2)能根据被加工零件的技术要求，运用夹具设计的基本原理和方法，学会拟定夹具设计方案，完成夹具结构设计，初步具备设计保证加工质量的高效、省力、经济合理的专用夹具的能力。 (3)使学生熟悉和能够应用有关手册、标准、图表等技术资料，指导学生分析零件加工的技术要求和本企业具备的加工条件，掌握从事工艺设计的方法和步骤。

(4)进一步培养学生机械制图、设计计算、结构设计和编写技术文件等的基本技能。

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(5)培养学生耐心细致、科学分析、周密思考、吃苦耐劳的良好习惯。

(6)培养学生解决工艺问题的能力，为学生今后进行毕业设计和去工厂从事工艺与夹具设计打下良好的基础。

摇臂支架

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一、零件的工艺性分析

（一）零件的作用 ：支撑摇臂按正常轨迹动作。 （二）零件的工艺分析

零件图中所有尺寸精度如下：

加工表面 尺寸及偏差(mm) 精度等级 表面粗糙度Ra/μm 形位公差/mm 支架底面 支架双耳端面 20 IT11 IT7 6.3 6.3 与底面的平行支架双耳表面 12 IT8 0.8 度误差为0.1/100 Φ3mm孔 Φ4mm孔 Φ10.5mm孔 Φ6.1mm孔 Φ3 40.0330.015IT12 IT8 IT12 IT12 12.5 6.3 12.5 12.5 与底面的平行Φ10.5 Φ6.1 支架外圆表面 Φ20 IT12 6.3 度误差为0.05 （精度等级查《公差配合与测量技术》P14表1.4而得）

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35钢。 耳朵表面要求高频淬火处理，硬度为52~56HRC。

由列表可知，整个零件对尺寸精度、形位精度要求一般-摇臂支架是形状不规则的支架类零件，尺寸精度、形位精度要求一般，零件的主要技术要求分析如下：

1. Φ4孔的尺寸精度高，主要是保证里面的压入后孔口收口。 2. 锻件要求不能有砂眼、疏松等缺陷，以保证零件的强度、硬度及

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刚度，在外力的作用下，不至于发生意外事故。

3. 两个Φ12的轴是比较重要的，也是以后机械加工各工序的主要

定位基准。因此加工此轴的工序是比较重要的。

（三）审查摇臂支架的工艺性

分析零件图可知，该零件除了主要工作表面外，其余表面加工精度都比较低，不需要高精度的机床加工，通过铣削，车削，钻床的粗加工就可以达到加工要求。主要工作表面加工精度虽然相对较高，但在正常的生产条件下，采用较经济的方法保证质量的加工出来。

由此可见，该零件的工艺性较好。

二、确定生产类型

已知此零件的生产纲领为5000件/年，可确定该生产类型为中批，所以初步确定工艺安排为：加工过程工序适当集中；加工设备以通用设备为主，并大量采用通用夹具和量具。（该零件除了主要工作表面外，其余表面加工精度都比较低，不需要高精度的机床加工，通过铣削，车削，钻床的粗加工就可以达到加工要求）

三 、工艺规程的设计

（一） 确定毛坯的制造形式

由于零件的结构简单，所以采用金属型锻造。工件材料为Q235，毛坯的尺寸精度要求为IT11～IT12级。 （二） 基准的选择

根据零件图纸及零件的使用情况分析，知外圆Φ12、孔Φ4等均应通过正确的定位才能保证，故对基准的选择应予以分析。

定位基准有粗基准和精基准之分。通常先确定精基准，后确定粗基准。

（1）

精基准的选择

在底面加工以后各工序则以该底面为定位精基准，这样就满足了

基准重合与基准统一的原则。摇臂支架的底面是设计基准，选用其做精基准定位加工Φ10.5mm孔和Φ６.１mm孔以及摇臂支架的外圆Φ20mm。摇臂支架耳朵的端面做为精基准，可以钻Φ3mm孔和Φ4mm孔。这样就

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实现了设计基准和工艺基准的重合。同时也保证了被加工表面的平行度要求。在加工某些面时，可能会出现基准不重合，这时需要进行尺寸链的换算。 （2）

粗基准的选择

按照粗基准的选择原则，为保证不加工表面和加工表面的位置要

求，应选择不加工表面为粗基准，故此处选择外圆Φ20mm的外圆面做粗基准。

（三）工艺路线的拟定

由《特种机械加工技术》P109表3-5、3-6、3-7，列出对摇臂支架外圆柱、孔、表面的加工方法如下：

加工部位 精度等级 表面粗糙度Ra/μm 加工方法 支架底面 支架双耳端面 支架双耳表面 Φ3mm孔 Φ4mm孔 Φ10.5mm孔 Φ6.1mm孔 支架外圆表面 IT11 IT7 IT8 IT12 IT8 IT12 IT12 IT12 6.3 6.3 0.8 12.5 6.3 12.5 12.5 6.3 粗车-半精车 粗车-半精车 粗车-半精车-精车 钻 钻-扩-铰 钻 钻 粗车-半精车 粗车-半精车-粗磨支架双耳圆柱 IT8-IT9 0.1 -精磨 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。由于生产纲领为成批生产，所以采用通用机床配以专用的工具、夹具、量具，并考虑工序集中、加工顺序的安排，以提高成产率和减少机床数量，是生产成本下降。

（四）加工阶段的划分

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。

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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。 工序的集中和分散

零件选用工序集中的原则安排摇臂支架的加工工序。该摇臂支架的生产类型为大批生产，可以采用万能型机床配以专用工夹具，以提高生产率；而且运用工序集中原则使工件的装夹次数少，不但可以缩短付诸实践，而且由于在一次装家中加工了许多表面，有利于保证各加工表面之间的相对位置精度要求。 工序顺序的安排

1.机械加工顺序

（1）遵循“先基准后其他”的原则。首先加工精基准——摇臂支架的底面。 （2）遵循“先粗后精”的原则。先安排粗加工工序，然后再安排加工工序。 （3）遵循“先主后次”的原则。先加工主要表面——摇臂支架的底面、摇臂支架耳朵端面、摇臂支架耳朵表面。

（4）遵循“先面后孔”的原则。首先加工各个端面和表面，后加工各个孔。

2.热处理工序

模锻成型后切边，进行调质。调制硬度为241~285HBS，并进行酸洗，喷丸处理。喷丸可以提高表面硬度，增加耐磨性，消除毛坯表面印脱碳而对机械加工带来的不利影响。摇臂支架前臂表面在精加工之前需要进行局部淬火，提高它的耐磨性和在工作中成熟冲击载荷的能力。

3.辅助工序

在半精加工后，安排去毛刺和中间检验工序；精加工后，安排去毛刺、清晰和中检工序。

综上所述，该摇臂支架的安排顺序为：基准加工——主要加工表面粗加工以及一些余量大的表面粗加工——主要表面半精加工和次要表面加工——热处理——主要表面精加工。

工艺路线方案一： 模锻，局部淬火 工序：

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工序010 . 粗车、半精车底面。 工序020. 钻Φ10.5 、Φ6.1

工序030. 粗车与半精车外圆，切槽、倒角 工序040. 钻Φ3 工序050. 钻2×Φ2 工序060. 钻、扩、铰Φ4

工序070. 磨2×Φ12，粗磨与半精磨 工序080. 局部淬火

工艺路线方案二： 模锻，局部淬火 工序：

工序010. 铣底面

工序020. 钻Φ10.5，Φ6.1

工序030. 粗车与半精车外圆，切槽、倒角 工序040. 钻2×Φ2

工序050. 钻Φ3，钻、扩、铰Φ4 工序060. 磨2×Φ12 工序070. 局部淬火

两个工艺方案的比较与分析：

两个工艺方案中除第一道工序不同外，后面的工序都相同，第一道工序是为了获取精基准。方案一、方案二都能满足精度和加工要求，而方案二较方案一，能够更加的节约时间，提高生出效率，增加效益。

后面的工序均以孔和端面定位，故基准是重合的，两方案在这点是相同的。 另外，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：

工序010. 铣底面，顶面

工序020. 粗车与半精车外圆，按要求切槽、倒角、车台阶 工序030. 钻Φ3，Ra=12.5 工序040. 钻Φ10.5 、Φ6.1 两孔

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工序050. 钻2×Φ2 工序060. 钻、扩、铰Φ4 工序070. 去除摇臂支架毛刺

工序080. 精磨2×Φ12的摇臂支架两耳至要求 工序090. 清洗摇臂支架

工序100. 对摇臂支架双耳进行局部淬火 工序110. 清洗油道后，压入钢球 工序120. 检查

根据此工序安排，编出机械加工工艺过程卡及工序卡片，见附表

（四）机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 1.毛坯尺寸的确定，画毛坯图。

摇臂支架材料为Q235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 公差 Φ12的面 高 总长 12 53 3+1 3+2 2+2 16 58 58 1 0.6 0.6 由此，即可绘制出零件的毛坯零件综合图（附图图）

本人加工的是工艺过程卡片上的工序40：

(一)粗车端面 （1）确定切削用量 （a）确定背吃刀量ap

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、

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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：Kv =0.81,则

vccvTamxvpfyvkv29160x0.230.15x0.30.2x0.81111mmin

确定机床主轴转速：

ns1000vcdw1000x111x15.24rmin

按C365L车床转速（《机械加工工艺设计手册》）选择与4r/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ap=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。

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(d)确定切削速度VC：

根据《切削手册》查取： ap=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：Kv=0.86

vccvTamxvpfyvkv29160x0.21.50.15x0.30.2x0.86121mmin

确定机床主轴转速：

ns

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 = nΠ

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ap

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：Kv =0.81,则

vccvTamxvp1000vcdw1000x121x15.2584rmin

fyvkv29160x0.230.15x0.30.2x0.81111mmin

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确定机床主轴转速：

ns1000vcdw1000x111x25401rmin

按C365L车床转速（《机械加工工艺设计手册》）选择与401r/min相近似 的机床转速

n =480r/min,则实际切削速度

V = Πdn

/1000=3.14x25x480/1000=118m/min。

综上，此工步的切削用量为：a =3mm，f =0. 3, n =480r/min, V =118m/min。

（2）计算基本工时：

L=（d－d1）/2+L1+L2+L3 (其中d=25,d1=12,L1=0,L2=L3=0)

=(25－12)/2+3+0+0=9.5mm

T = 9.5×1÷(0.3×480)=0.104min。

（二）倒角1x45o。采用车刀。为缩短辅助时间，取倒角是的主轴转速车削相同：n=480r/min，手动进给。

半精车端面 （1）确定切削用量 （a）确定背吃刀量ap

粗车的余量为0.5, a =0.5mm。 (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 =0.5mm，则进给量为0.1~0.2。再根据《机械加工工艺设计手册》查取横向进给量取f =0.1mm/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 =0.5mm，f =0.1mm/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：Kv =0.81,则

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vccvTamxvpfyvkv29160x0.20.50.15x0.10.2x0.81152mmin

确定机床主轴转速：

ns

按C365L车床转速（《机械加工工艺设计手册》）选择与539r/min相近似 的机床转速

n =600r/min,则实际切削速度

V = Π

dn

/1000=3.14x25x600/1000=170m/min。

综上，此工步的切削用量为：a =0.5mm，f =0. 1, n =600r/min, V =170m/min。

（2）计算基本工时：

L=（d－d1）/2+L1+L2+L3 (其中d=25,d1=12,L1=0,L2=L3=0)

=(25－12)/2+3+0+0=9.5mm

T = 9.5×1÷(0.1×600)=0.158min。

（二）倒角2.5x 2。采用车刀。为缩短辅助时间，取倒角是的主轴转速车削相同：n=600r/min，手动进给。

（三）切槽1.5x0.5。采用切槽刀。为缩短辅助时间，取的主轴转速车削相同：n=480r/min，手动进给。

1000vcdw1000x152x25539rmin

2.专用钻床夹具设计

已知摇臂支架的材料为35钢，毛坯为锻件，所用机床为卧式车床。本夹具主要用来粗车，外援，端面，台阶，切槽，倒角。由于本工序的加工精度不高，在加工本道工序时，主要应考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度。

3.确定夹具的结构方案

由于支架双耳长度较短，三抓卡盘不好固定，故设计才用液性塑料定心夹紧车床夹具为模版。

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四、课程设计心得体会

通过这次的课程设计，使我进一步地理解了所学过的理论知识及具体运用了这些知识。

我也从中学到了许多有关机械加工的知识,主要归纳为以下： 摇臂支架外形较复杂，且其技术要求高，所以适当的选择机械加工中的定位基准,是能否保证摇臂支架技术要求的重要问题之一。对于加工主要表面，按照“先基准后一般”的加工原则。而摇臂支架的机械加工路线是围绕主要加工表面来安排的。摇臂支架的加工路线可以分为三个阶段：划分为粗加工，半精加工和精加工。

在这次夹具设计的课程设计中，我学会了更多专业知识，培养了实际操作和创新的能力。在过去的课程中，我们只是学习了一些重要的理论知识，而没有切合实际的练习与测试。在这次课程设计中我遇到了许多难题和问题，我又重新学习了以往遗漏和没有完全掌握的知识。

通过这次的课程设计，使自己对工艺人员所从事的工作有了亲身的体验，学会了查图表、资料、手册等工具书 。通过实例对工艺规程的编制和切削用量的选择计算等做了一次练习。

总之，通过这次课程设计使我受益匪浅，为我以后的学习和工作打下了一个坚实而良好的基础。在此，感谢王老师的帮助和指导！

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参考文献

1．郭彩芬，王伟麟主编,《机械制造技术》 机械工业出版社

2．刘守勇主编，《械制造工艺与机床夹具(含课程设计与习题)》机械工业出版社 3. 李永敏，葛玉萍主编，《机械制造技术课程设计指导》 机械工业出版社 4. 孟少农主编，《机械加工工艺师手册》 机械工业出版社

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