张紧轮支架机械加工工艺规程及机床加工夹具设计

目录
1 零件分析 (2)
1.1 零件的工艺分析 (2)
1.2 确定零件的生产类型 (2)
2 确定毛坯类型绘制毛坯简图 (2)
2.1 零件的生产类型：大批量生产 (2)
2.2 选择毛坯 (2)
2.3 确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量 (2)
2.4 绘制毛坯简图 (3)
3 工艺规程设计 (3)
3.1 定位基准的选择 (3)
3.2 拟定工艺路线 (4)
3.3 加工设备及工艺装备的选用 (5)
3.4 加工余量、工序尺寸和公差的确定 (6)
3.5 切屑用量的计算 (7)
3.6 时间定额的计算 (9)
图索引
图1毛胚简图 (3)
图2零件图 (13)
图3毛胚图 (14)
表索引
表1零件各表面加工方案 (4)
表2张紧轮支架机械加工工序安排（初拟） (5)
表3张紧轮支架机械加工工艺路线（修改） (5)
表4加工设备及工艺装备表 (6)
1零件分析
1.1 零件的工艺分析
由零件图可知，其材料为HT200。

该材料抗拉强度和塑性低，但铸造性能和减震性能好，主要用来铸造汽车发动机汽缸、汽缸套、车床床身等承受压力及振动部件。

1.2 确定零件的生产类型
由设计题目以及生产实际可知：产品的年产量为8000件/年，每台产品中该零件数量为1件/台；结合生产实际，备品率α和废品率β分别为3%和0.5%，零件年产量为：N=8000台/年*1件/台*（1+3%）
*(1+0.5%)=8281.2件/年。

由“机械加工零件生产分类”知，张紧轮支架为轻型零件。

查表可知，张紧轮支架的生产类型为大批量生产。

2确定毛坯类型绘制毛坯简图
2.1 零件的生产类型：大批量生产
2.2 选择毛坯
由于零件生产类型为大批量生产，零件较为复杂，且零件所使用的材料灰铸铁属于脆性材料，不能锻造和冲压，而铸造生产成本低，成形性高，力学性能好，故采用砂型铸造方法制造毛坯。

根据所学的《金属工艺学》可知该毛坯零件的铸造方法选用砂型机器造型，根据相关资料可查得，该零件在铸造过程中的拔模斜度为3°。

由于铸件从开始铸造到铸造出成型零件，该零件存在很多的内应力，为了保证铸件的质量，在铸造后需安排热处理。

在热处理后，要对铸件进行涂料，以免铸件表面被破坏。

2.3 确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量
1.铸件的公差等级
由于该毛胚采用砂型铸造，且材料为灰铸铁，查表确定该铸件的公差等级为CT10~CT13。

2.毛胚的尺寸公差
3.毛胚的加工余量
毛胚加工余量分别如下：长：3mm，高2mm，
4.零件表面粗糙度
由零件图可知，该支架各加工表面的粗糙度Ra均大于等于6.3um。

2.4 绘制毛坯简图
毛坯简图如下图所示
图1毛胚简图
3工艺规程设计
3.1 定位基准的选择
定位基准有粗基准和精基准之分，通常先确定精基准，然后在确定粗基准。

1.精基准的选择
底面是加工有台阶平面的设计基准，张紧轮支架的两个侧面是张紧轮支架上台阶平面在垂直方向上的设计基准，所以在加工台阶平面时选用张紧轮支架的侧面作为精基准定位，实现了设计基准和工艺基准的重合。

而且在加工时装夹是在张紧轮支架两端的底面，不会因为装夹变形而导致工件作废。

钻两个孔也是同样以底面和张紧轮支架的右侧面作为精基准，同样也起到了设计基准和工艺基准重合的效果。

这样，便于装夹又能保证精度。

2.粗基准的选择
选择张紧轮支架底面作为粗基准。

采用张紧轮支架底面作为粗基准可以保证空的壁厚的均匀程度和相
对于外圆的平行度，采用张紧轮支架的左端面作为粗基准进行加工，可以保证上平面相对于侧面的垂直度和内孔加工后相对于侧面的平行度。

3.2 拟定工艺路线
工艺路线的拟定是制定工艺规程的总体布局，包括确定加工方法、划分加工阶段、决定工序的集中于分散、加工顺序的安排以及安排热处理、检验及其他辅助工序（去毛刺、倒角等）。

它不但影响加工的质量和效率，而且影响工人的劳动强度、设备投资、车间面积、生产成本等。

因此，拟定工艺路线是制定工艺规程的关键性一步，必须在充分调查研究的基础上提出工艺方案，并加以分析比较，最终确定一个最经济合理的方案。

1.表面加工方法的确定
根据零件图上各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，查表平面加工方案的经济精度和表面粗糙度；查表孔加工方案的经济精度和表面粗糙度，确定张紧轮支架各表面的加工方法，如表1：
表1零件各表面加工方案
2.加工阶段的划分
根据该张紧轮支架加工质量要求，可将加工阶段划分成粗加工、半精加工和精加工几个阶段。

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，保证其他加工表面和精度要求；然后粗铣张紧轮支架底面、上表面和四周表面，再钻孔Φ13、Φ18。

在半精铣加工阶段，完成表面的精铣加工和孔Φ13、Φ18的加工。

3.加工顺序的确定
1)机械加工工序
遵循“先基准后其他”原则，首先加工精基准，即张紧轮支架的底面；遵循“先粗后精”原则，先安
排粗加工工序，后安排精加工工序；遵循“先主后次”原则，先加工主要表面——张紧轮支架底面，后加工上表面和四周表面；遵循“先面后孔”原则，先铣张紧轮支架表面，后加工张紧轮支架孔Φ13、Φ18。

由此初次拟张紧轮支架机械加工工序安排，见表2：
表2张紧轮支架机械加工工序安排（初拟）
2)辅助工序
粗加工张紧轮支架热处理后，应安排校正直工序；在半精加工后，安排去毛刺和中间检验；精加工后，安排去毛刺，清洗。

综合所述，该张紧轮支架工序顺序的安排顺序为：基准加工——主要表面粗加工及一些余量的表面加工——主要表面半精加工和次要表面加工——钻孔——主要表面精加工。

4.确定工艺路线
在综合考虑上述工序顺序安排原则的基础上，拟订张紧轮支架的机械加工工艺路线，见表3：
表3张紧轮支架机械加工工艺路线（修改）
3.3 加工设备及工艺装备的选用
机床和工艺装备的选择应在满足零件的加工工艺的需要和可靠地保证零件加工质量的前提下，与生产
批量与生产节拍相适应，并优先考虑采用标准化的工艺装备和充分利用现有条件，以降低生产准备费用。

自行车张紧轮支架生产类型为大批量生产，可以选用高效的转用设备和组合机床，也可以选用通用设备，所选的夹具均为专用夹具。

各工序加工设备的选用如表4。

表4加工设备及工艺装备表
3.4 加工余量、工序尺寸和公差的确定
1.工序10：粗铣半精铣支架底面
查表铣平面加工余量表1，粗铣和半精铣的余量分别为1.5mm和1.7mm。

2.工序60：钻——孔——绞ø13mm孔
由一般孔的加工余量2可知，扩孔余量Z扩=0.8mm，半精镗余量0.5，绞孔余量0.3，粗绞孔余量0.2，半精绞孔余量0.1。

查表孔加工方案的经济度和表面粗糙度3，可依次确定各工序尺寸的加工精度等级，半精绞：IT8-IT9,Ra1.25~Ra10扩孔：IT13 Ra1.25~Ra10;钻孔:IT12,Ra20~Ra80;根据上述结果，再查标准公差数值表可以确定各工步的公差值，扩孔：0.058mm；钻孔：0.09mm。

综上所述，按入体原则确定工序各工步的工序尺寸及公差，钻孔ø13+0.09 mm；扩孔：ø13+0.058mm。

1摘自《实用机械制造工艺设计手册》第119页表7-25。

2摘自《实用机械制造工艺设计手册》第114页表7-13。

3. 工序70——钻—扩—粗铰—精铰ø18mm 孔
由表基孔制7、8、9级孔的加工余量可得，精铰余量Z 精=0.05mm;c 粗铰余量Z 粗=0.10mm ；扩孔余量Z 扩=0.85mm;钻孔余量Z 钻=ø15mm；查表2.24孔加工方案的经济度和表面粗糙度，可依次确定各工序尺寸的加工精度等级，精铰：IT7;粗铰：IT10;扩孔：IT11;钻孔:IT12;根据上述结果，再查标准公差数值表可以确定各工步的公差值，精铰:0.018mm;粗铰：0.070mm ；扩孔：0.110mm ；钻孔：0.18mm;
综上所述，按入体原则确定工序各工步的工序尺寸及公差，精铰：ø18+0.018；粗铰：ø17.95+0.07；扩孔：ø17.85+0.110mm；钻孔ø17+0.18mm。

3.5 切屑用量的计算
1. 工序10粗铣张紧轮支架底面 1) 背吃刀量
工步10的背吃刀量ap1取4mm;工序20的背吃刀量取6.5mm 。

2) 进给量
X51型立式铣床功率为4.5KW ，查表高速钢套式面铣刀粗铣平面进给量4
，按机床、工件、夹具系统刚度中等系统选取。

该工序的每步进给量取为0.08mm/r 。

3) 铣削速度
由本工序采用高速镶齿铣刀dw=40mm ，齿数Z=6。

查表高速钢套式面铣刀铣削速度，确定铣削速度Ve=42.7m/min 。

则主轴转速如下： Ns=
d vc 1000=40
*14.37
.42*1000r/min=339.97r/min 由本工序采用X51型立式铣床，查表，取转速nw=300r/min,故实际铣削速度 Vc=3.14dnw/1000 =3.14*40*300/1000=37.68m/min 当nw=300r/min 时，工作台的每分钟进给量fm 应为 Fm=fe *Z *nw=0.08*6*300mm/min =144mm/min 也可根据表查得机床的进给量为125mm/min 。

2. 工序20、30、40、50切削用量计算同工序10，详略。

3. 工序60 钻——铰ø13mm 孔 1) 钻ø12.8+0.15孔工步
由工件材料为HT200，孔ø12.8+0.15mm,高速钢钻头，查表高速钢麻花钻钻削碳钢的切削用量得：切
削速度Vc=20m/min ，进给量f=0.20min/r ，取ap=7.8mm ，则
Ns=1000v/(3.14dw)=1000*20/(3.14*7.8) =816.2r/min 由本工序采用Z3025型立式钻床，由表3.15得，转速nw=630r/min, 故实际切削速度为 Vc=
1000**14.3nw dw =1000
14
.3*630*8.7m/min =15.43m/min
2) 铰ø13+0.09孔工步
取背吃刀量ap=0.6mm ，由工件材料为45钢，孔ø9.0+0.09，查表高速钢铰刀铰削切削用量得：切削速度Vc=14m/min ，进给量f=0.8mm/r ，则 Ns=
d vc ∏1000=9*14.314*1000 r/min=495.46r/min 由本工序采用z3025型立式钻床，取转速nw=500r/min ，故实际切削速度为
Vc=
1000**14.3nw dw =1000
500
*9*14.3m/min=14.13m/min
4. 工序70钻——扩——铰ø18孔
1) 钻ø17mm 孔工序
切削速度Vc=20m/min 进给量f=0.2mm,背吃刀量为ap=6.5mm ，则 n=
d vc ∏1000=13100020∏r/min=489.96r/min 由于本工序采用Z3025型钻床。

由表3.15得实际转速取n=400r/min,则实际切削速度为 Vc=
1000
400
*13*14.3 =16.328m/min
2) 扩孔ø17.85mm 孔工步
高速钢扩孔钻取其切削速度Vc=20m/min 进给量f=0.2mm/r,背吃刀量ap=0.425mm 则
n=
d vc ∏1000=85.13*14.3100020
r/min=459.89m/min 由于本工序采用Z3025型钻床，由表得实际转速为n=400r/min,则实际切削速度
Vc=
1000
400
*85.13*14.3=17.395m/min
3) 铰ø18mm 孔工步
查表5.23，取切削速度Vc=11.4m/min,进给量取f=0.8mm/r,背吃量ap=0.075mm,则
n=
d vc ∏1000 =14*14.34
.11*1000 =259.32r/min 由于本工序采用Z3025型钻床，由表3.15得实际转速n=250r/min 则实际切削速度
Vc=
1000
250
*14*14.3 =10.99m/min
3.6 时间定额的计算
1. 基本时间tj 的计算
1) 工序10——粗铣支架底面
由面铣刀对铣平面、主偏角Kr=90度，查表铣削基本时间计算5
，L1=)(e e a d a -+(1～3)mm ，L2=2～
5mm 。

确定 L1=12mm ，L2=5mm ，L=180；则该工序的基本时间为：
Tj=(L1+L2+L)/fmz=(12+5+180)/125=1.576min 2) 工序20——铣支架上表面
L1=12mm ，L2=5mm,L=180；则该工序的基本时间为
Tj=(L1+L2+L)/fmz=(12+5+180)/125=1.576min 3) 工序30——铣支架四周表面
L1=12mm ，L2=5mm,L=(110+22）*2+3.14*2*(15+10)+4*30=541；则该工序的基本时间为
Tj=(L1+L2+L)/fmz=(12+5+541)/125=4.64min 4) 工序40——铣上表面台阶
L1=12mm ，L2=5mm,L=302⨯=60；则该工序的基本时间为
Tj=(L1+L2+L)/fmz=(12+5+60)/125 =0.616
5) 工序50——铣马蹄形孔
L1=12mm ，L2=5mm,L=211016214.3⨯+⨯⨯=320.48；则该工序的基本时间为
Tj=(L1+L2+L)/fmz=(12+5+320.48)/125=2.700
6) 工序60：钻——扩——铰ø13mm
a
钻孔工步。

查表钻削基本时间的机械算6
，可知该工步中：L1=（D/2）*cot(kr)+ (1～2)mm=(12/2*cot45+1)mm=7mm ，L2=1mm ，L=45;则工序的基本时间为
Tj=(L1+L2+L)/Fn =(7+1+45)/(0.2*680) =0.390min
b
扩孔工步。

钻削基本计算时间得，L1=(D-d1)/2*cot(kr)+ (1～2)mm=0.85/2*1+1mm=1.425mm,L2=2mm,L=45mm; 则工序的基本时间为
Tj=(L1+L2+L)/Fn
5摘自《实用机械制造工艺设计手册》第
155页表8-32.
=(1.425+2+45)/(0.2*680)
=0.356min
c粗铰孔工步。

Ap=(D-d)/2=(12.95-12.85)/2=0.05mm;查表得，L1=0.05mm,L2=13mm,L=45mm;
则工序的基本时间为
Tj=(L1+L2+L)/Fn
=(0.05+13+45)/(0.4*545)
=0.266min
d、精铰孔的工步。

原理同粗叫一样得；L1=0.02mm,L2=13mm,L=45mm; 则工序的基本时间为
Tj=(L1+L2+L)/Fn
=(0.02+13+45)/(0.3*97)
=1.994min
7)工序70——扩孔ø18mm
由表钻削基本计算时间得，L1=(D-d1)/2*cot(kr)+ (1～2)mm=0.5*1+1mm=1.5mm,L2=2mm,L=30-16=14mm; 则工序的基本时间为
Tj=(L1+L2+L)/Fn
=(1.5+2+14)/(0.2*680)
=0.027min
2.辅助时间的计算
辅助时间Tf与基本时间Tj之间的关系为Tf=（0.15～0.2）Tj。

取Tf=0.15Tj，则各工序的辅助时间分别为：
工序10的辅助时间：Tf=0.15*1.576min=0.236min
工序20的辅助时间：Tf=0.15*1.576min=0.236min
工序30的辅助时间：Tf=0.15*4.64=0.696min
工序40的辅助时间：Tf=0.15*0.616=0.0924min
工序50的辅助时间： Tf=0.15*2.7min=1.041min
工序60的辅助时间： Tf=0.15*（0.39+0.266+0.356+1.994）min=4.509min
工序70的辅助时间： Tf=0.15*0.027min=0.041min
3、其他时间的计算各工序的其他时间（Tb+Tx）可以按关系3% * Tj计算，他们分别为：
工序10的其他时间：Tb+Tx=3%*1.576min =0.047min
湖州师范学院
工序20的其他时间：Tb+Tx=3%*1.576min= 0.047min
工序30的其他时间：Tb+Tx=3%*4.64min=0.1392min
工序40的其他时间：Tb+Tx=3%*0.616min=0.0185min
工序50的其他时间：Tb+Tx=3%*2.7min=0.081min
工序60的其他时间：Tb+Tx=3%*（0.39+0.266+0.356+1.994）min=0.920min
工序70的其他时间：Tb+Tx=3%*0.027min=0.008min
4、单件时间Tdj的计算
各工序的单间时间分别为：
工序10的单件时间：Tdj=1.576min +0.236min+0.047min=1.859
工序20的单件时间：Tdj=1.576min +0.236min+0.047min=1.859
工序30的单件时间：Tdj=4.64+0.696min+0.1392min=5.475
工序40的单件时间：Tdj=0.616+0.0924min+0.0185min=0.727
工序50的单件时间：Tdj=2.7min+1.041min+0.081min=3.822
工序60的单件时间：Tdj=（0.39+0.266+0.356+1.994）min+4.509min+0.920min=10.429 工序7的单件时间：Tdj=0.027min+0.041min+0.008min=0.076
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湖州师范学院机械制造工艺学课程设计
主要参考文献
[1]王先逵，机械制造工艺学2版，北京：机械工业出版社，2006。

[2]王栋，机械制造工艺学课程设计指导书，北京：机械工业出版社，2010。

[3]王凡，实用机械制造工艺设计手册，北京：机械工业出版社，2008。

[4]毛平淮，互换性与测量技术基础2版，北京：机械工业出版社，2010。

[5]贾文，零件加工工艺工艺与公装设计，北京：北京理工大学出版社。

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图2零件图
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图3毛胚图
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