机械制造工艺学课程设计.docx
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机械制造工艺学课程设计
《机械制造工艺学》课程设计
说明书
班级:
学号:
姓名:
小组成员：
指导教师:
工艺课程设计任务书————————————————————————2
第一章轴类零件机械加工工艺规程的编制——————————————3
第一节零件的工艺分析—————————————————————4
一、零件用途—————————————————————————4
二、零件技术要求———————————————————————4
三、审查轴零件工艺性—————————————————————4
第二节确定零件的生产类型———————————————————4
第三节毛坯的种类及制造————————————————————5
第四节制造工艺路线
一、定位基面的选择——————————————————————5
二、轴零件表面加工方法的选择—————————————————5
三、制定工艺路线及选择加工设备及工艺装备———————————5
第五节加工余量及工序尺寸的确定————————————————7
第六节切削用量、时间定额计算—————————————————10
第二章铣平面专用夹具夹具设计——————————————————12
第一节轴零件的铣床夹具设计——————————————————12
一、零件本工序加工要求的分析—————————————————12
二、拟订定位方案和选择定位元件————————————————12
三、确定夹紧方案———————————————————————13
四、定位误差分析———————————————————————13
五、绘制夹具总装图——————————————————————14
设计总结—————————————————————————————14
参考文献—————————————————————————————15
工艺课程设计任务书
课程名称
指导教师
汪帮富
专业
机械设计及其自动化
班级
机械0811
设计题目
轴的课程设计
设计时间
设计技术条件及要求
设计条件：
1、零件图
设计要求：
1、工序图分析，绘制零件图（一张A4图）
2、确定毛坯，绘制毛坯图
3、选择粗、精基准
4、拟定工艺路线
5、选择机床、夹具、刀具、量具
6、填写工艺过程卡和某道工序的工序卡片（1套）
7、设计铣平面专用夹具，绘制夹具总装图一张（A3图）
8、设计说明书一份（包括零件图分析、工艺设计、定位方案确定、定位误差计算等内容）；
技术要求：
1.除螺纹表面外，其其他表面均为45-50HRC；
2.表面处理：
发蓝；
3.φ24h7的轴线对M18的轴线的同轴度公差为φ。
第一章轴类零件机械加工工艺规程编制
第一节零件的工艺分析
一、零件的用途
题目所给的零件是一阶梯轴零件（如图1-1）。
轴类零件是机械结构中最常见的并用于传递运动和动力的重要零件之一，其加工质量直接影响到机械装置的使用性能和运动精度。
轴类零件工作的主要表面是外圆面，车削是外圆加工最普遍且主要的方法。
图1-1轴零件图
二、零件的技术要求
该轴（如图1-1）需加工的表面以及加工表面之间的位置要求如下：
1.φ46、φ38、φ32、φ24h7、φ18等一组外圆面及两端面
2. 以φ38的轴线对称的平面
3.φ8、φ6的孔
4.M32、M18的螺纹
5.长、短键槽
具体技术要求见表2-1：
表2-1轴零件技术要求表
加工表面
尺寸及偏差/mm
公差/mm及精度等级
表面粗糙度
Raμm
形位公差
轴外圆面
φ46
IT11
轴外圆面
φ38
IT11
轴外圆面
φ32
IT11
轴外圆面
φ24h7
IT7
同轴度φ
轴外圆面
φ18
IT11
割环槽
φ30×5
IT11
割环槽
φ26×5
IT11
割环槽
φ22×4
IT10
割环槽
φ15×4
IT11
螺纹
M32
IT6
螺纹
M18
IT6
对称平面
26±
IT11
孔
φ8
IT11
孔
φ6
IT11
短键槽
4×10
IT11
长键槽
4×21
IT11
三、审查轴零件的工艺性
该零件图样视图正确，但稍有不完整，尺寸、公差也不够详细，故需要先改正零件图再做后续加工。
该零件的加工并不复杂，根据技术要求：
零件材料为HT200，除螺纹表面，其它表面做热处理达45~50HRC，零件最后要做发蓝处理。
第二节确定零件的生产类型
零件的生产类型是按零件的年生产纲领和产品特征来确定的。
零件的年生产纲领N可按下式计算：
N=Q×m×（1+a﹪）×（1+b﹪）
N——零件的生产纲领（件/年）；
Q——产品的年产量（台、辆/年）；
m——每台（辆）产品中该零件的数量（件/台、辆）；
a﹪——备品率，一般取2﹪～4﹪；
b﹪——废品率，我们取﹪～﹪；
由于未给出技术条件，故试确定技术要求为：
1.生产批量：
中、大批量生产。
2.废品率%，备品率2%，每日一班。
现已知该产品属于轻型机械，根据题目设计条件，确定其生产类型为中、大批生产的轻型零件。
第三节毛坯的种类及制造
根据技术要求，毛坯材料采用HT200，故不适宜采用锻件毛坯。
因其外形简单，直接采用φ50×200的棒料。
毛坯简图见图3-1。
图3-1毛坯简图
第四节制定工艺路线
一、基面的选择
轴类零件各表面的设计基准一般是轴的中心线，其加工定位基准最常用的是两中心孔定位。
因为该阶梯轴的外圆表面精度要求不高，故采用以下定位方法：
1．粗基准的选择。
为了提高工件的刚度，采用一夹一顶方式定位，即轴的一端外圆用三爪卡盘夹紧，一端用尾座顶尖顶住中心孔。
这样在一个工序中加工所有的外圆表面，即能保证该轴类零件的同轴度要求。
（定位示例如图4-1）
2．精基准的选择。
为了避免基准转换所产生的误差，精加工中仍选用一夹一顶方式定位。
图4-1
二、表面加工方法的选择
该零件主要加工表面有：
外圆面、端面、平面、槽、孔和螺纹，参考教材《机械制造技术基础课程设计指导教程》P9-P14“经济精度”的选用，加工选择如下：
表4-2轴零件各表面加工方案
加工表面
经济精度等级
表面粗糙度
Ra/μm
加工方案
备注
φ46外圆面
IT11
粗车
表1-6
φ38外圆面
IT11
粗车-半精车
表1-6
φ32外圆面
IT11
粗车
表1-6
φ24h7外圆面
IT7
粗车-半精车-精车
表1-6
φ18外圆面
IT11
粗车-半精车
表1-6
割环槽
IT11
粗车
表1-6
割环槽
IT11
粗车
表1-6
割环槽
IT10
粗车-半精车
表1-6
割环槽
IT11
粗车
表1-6
螺纹M32
IT6
粗车-半精车-精车
表1-10
螺纹M18
IT6
粗车-半精车-精车
表1-10
对称平面
IT11
粗铣
表1-8
孔φ8
IT11
钻
表1-7
孔φ6
IT11
钻
表1-7
短键槽
IT11
粗铣
表1-8
长键槽
IT11
粗铣
表1-8
三、制定工艺路
按照先加工基准面，先面后孔、先粗后精的原则，布置工艺路线如下：
工序号
工序名称
机床设备
刀具
量具
1
粗车、半精车轴外圆各个台阶
CA6140
45°外圆车刀
游标卡尺
2
钻φ8孔
CA6140
Φ8直柄麻花钻
三用游标卡尺
3
铣26±对称平面
卧式铣床X60
Φ18高速钢直柄立铣刀
塞尺、刀形平尺
4
钻φ6孔
立式钻床Z525
Φ6直柄短麻花钻
三用游标卡尺
5
铣长、短键槽
立式铣床X5012
Φ4直柄键槽铣刀
塞规
6
热处理——淬火
淬火机等
7
精车φ24外圆、车M32、M18螺纹、割槽
CA6140
45°外圆车刀，螺纹刀，割刀
游标卡尺，螺纹塞规
8
倒角、割断
CA6140
割刀
游标卡尺
9
发蓝
10
检验
游标卡尺、螺纹塞规
表4-3轴工艺路线及设备、工装选用
第五节加工余量和工序尺寸的确定
一、工序1——粗，半精加工轴的表面至设计尺寸的加工余量、工序尺寸和公差的确定
第1道工序的加工过程分为5个工步：
第一个工步：
轴件装在三爪卡盘与顶尖间，以中心线定位，粗车圆柱面，公差等级为IT11，所以保证工序尺寸P1=Φ460+根据表2-16粗车外圆的直径余量为a1=4mm，直接加工至尺寸。
第二个工步：
1）轴件装在三爪卡盘与顶尖间，以中心线定位，先粗车圆柱面，保证工序尺
2）寸P2，根据表2-16粗车外圆直径余量为a=5mm。
然后半精车圆柱面得到工序尺寸P3，查表2-17加工余量为a1=3mm因为公差等级为IT11，所以P3=Φ380+，P2=P3+a1=Φ410+。
第三个工步：
轴件装在三爪卡盘与顶尖间，以中心线定位，粗车圆柱面，表2-16粗车外圆的直径余量为a1=6mm，公差等级为IT11，保证工序尺P4=Φ320+。
第四个工步：
轴件装在三爪卡盘与顶尖间，以中心线定位，粗车圆柱面，保证工序尺寸P5公差精度为IT11，根据表2-16粗车外圆直径余量为a=7mm。
然后半精车圆柱面得到工序尺寸P6加工余量为a1=3，P5=P6+a1，根据表2-17精车外圆直径余量为a2=1mm。
在后面的工序精车外圆面保证工序尺寸，又因为公差精度等级为IT7，所以P7=Φ240+，半精加工时精度等级也为IT7，所以P6=P7+a2=Φ250+则P5=Φ280+。
第五个工步：
轴件装在三爪卡盘与顶尖间，以中心线定位，粗车圆柱面，加工直径余量为a=5mm，保证工序尺寸P8，粗车公差精度为IT11，然后半精车，公差等级为IT11，加工直径余量为a1=2mm，直接得到工序尺寸P9=Φ180+则P8=200+
单位（mm）
工步
工序直径余量
工序尺寸
工序公差
工序尺寸及偏差
半精车
2
18
Φ180+
粗车Φ18
5
18+2=20
Φ200+
半精
3
20+5=25
Φ250+
粗车Φ24
4
25+3=28
Φ280+
粗车Φ32
6
28+4=32
Φ320+
半精车
3
32+6=38
Φ380+
粗车Φ38
5
38+3=41
Φ410+
粗车Φ46
2
41+5=46
Φ460+
毛坯
46+4=50
一、工序2——钻Φ8mm的孔的加工余量、工序尺寸和公差的确定
由表2-28可查得，钻孔余量Z钻=8mm。
查表1-20可依次确定个工序尺寸的加工精度等级，钻：
IT11。
.根据上述结果，再查标准公差数值表可确定该工步的公差分别为，钻：
0.09mm。
综上所述，该工序各工步的工序尺寸及公差分别为，钻孔：
Φ8+
工步
工序余量
工序尺寸
工序公差
工序尺寸及偏差
钻孔
8
8
Φ80+
其他工序的加工余量、工序尺寸、公差等级的确定
工序3：
工步
工序余量
工序尺寸
工序公差
工序尺寸及偏差
粗铣B面
6
26
26±
粗铣A面
6
32
32±
工序4：
工步
工序余量
工序尺寸
工序公差
工序尺寸及偏差
钻孔
6
6
Φ60+
工序5：
工步
工序余量
工序尺寸
工序公差
工序尺寸及偏差
粗铣4×10的槽
4
粗铣4×21的槽
4
第六节切削用量、时间定额的计算
一、切削用量的计算
1、工序1——粗，精车圆柱面
该工序5个工步，轴件装在三爪卡盘与顶尖间，以中心线定位，这些工步是在同一台机床上加工完成，因此它们进给量和切削速度是一样的，只有背吃刀量不同。
（1）切削速度的确定根据公式Vc=∏×d×n／1000
d-工件的最大直径（mm）
n-工件的转速（r／min）
我们定n=400r／min所以Vc=×46×400／1000=／min
（2）背吃刀量的确定根据公式AP=（DW-DM）／2
DW——工件上待加工表面直径
DM——工件上已加工表面直径
工步1加工Φ46的表面，背吃刀量ap1取为a1，a1=2mm；工步2加工Φ38的表面，背吃刀量ap2=a1=4mm；工步3加工Φ32的表面，背吃刀量ap3=a1=3mm；工步4加工Φ25的表面，背吃刀量ap4=a1=；工步5加工Φ18的表面，背吃刀量ap5=
（3）进给量的确定由表5-1，按工件的材料，该工序的进给量f=／r
2、工序2——钻Φ8的孔
1）背吃刀量的确定取ap=8mm。
2）进给量的确定由表5-22，选取该工步的每转进给量f=0.1mm／r。
3）切削速度的计算由表5-22，按工件材料灰铁200的条件选取，切削速度v可取18m／min，由公式n=1000×v／∏×d可求得该工序钻头转速n=min，参照表4-9所列Z525型立式钻床的主轴转速，取n=960r/min。
再将此转速代入公式，可求出该工序的实际钻削速度v=n×∏×d／1000=24m/min。
其他的工序在工序卡中给出数据
二、时间定额的计算
1、基本时间tm的计算
（1）工序4——钻Φ6的孔
直接钻孔，根据表5-41，钻孔的基本时间可由公式tj=（l+l1+l2）／f×n求得。
式中l=8mm；l2=1mm，l1=D×cotkr／2+（1～2）≈;f=／r；n=960r／min。
将数据代入公式得tj==
2、辅助时间tf的计算
根据第五章第二节所述，辅助时间tf=（～）tj我们取tf=0。
15tj
工序4——tf=×=
3、其他时间的计算
除了作业时间（基本时间与辅助时间之和）以外，每道工序的单件时间还包括布置工作地时间、休息与生理需要时间与终结时间。
由于我们是大批量生产，分摊到每个工件上的准备与终结时间甚微，可忽略不计；布置工作地时间tb是作业时间的2％～7％，生理需要与休息时间tx是作业时间的2％～4％，我们取3％。
则工序的其他时间（tb+tx）可按（3％+3％）×（tj+tf）计算
工序4的其他时间：
tb+tx=6％×（+）=
4、单件时间tdj的计算
工序4的单件时间：
tdj=++=
其他工序在工序卡中给出数据
第二章铣平面专用夹具设计
轴零件工件图
一、零件本工序的加工要求分析
铣26±的对称平面
本工序前已加工的表面如下：
1.粗车、半精车轴各外圆表面；
2.钻Φ8孔；
本工序使用机床为卧式铣床X60，刀具为Φ18高速钢直柄立铣刀
二、拟订定位方案和选择定位元件
1.拟订定位方案
根据工件结构特点，其定位方案如下：
以Φ50的外圆及Φ24的外圆作为定位基准面，再通过夹紧装置的定位作用，总共限制工件的6个自由度。
1.Φ50的外圆及Φ24的外圆分别以小V型块V1、V2定位，限制了Y、Z方向的移动和转动。
2.采用V型块做夹紧装置，限制了X方向的移动和转动。
铣削平面需要限制的自由度有X、Y、Z方向的转动及X、Z方向移动,所以这种定位方式可行。
2.定位元件和定位装置的设计和选择
1）V形块
材料:
20钢渗碳深度~1.2mm,58~64HRC,按GB/T699-1999查得
2）夹紧用螺母
材料:
45钢35~40HRC,按GB/T699-1999查得
3.导向方案
在铣床或刨床夹具中，为保证加工面的位置精度，刀具相对工件的位置需要调整，因此常设置对刀装置。
对刀时移动机床工作台，使刀具靠近对刀块，在刀齿切削刃与对刀块间塞进一规定尺寸的塞尺，让切削刃轻轻靠紧塞尺，抽动塞尺感觉到有一定的摩擦力存在，这样就确定刀具的最终位置，抽走塞尺，就可以开动机床进行加工。
本设计采用的是直角对刀块：
20钢渗碳深度~1.2mm,58~64HRC,按GB/T699-1999查得。
如下图所示：
三、确定夹紧方案
由于工件为中等批量生产，产量不大，宜用简单的手动夹紧装置。
采用V型块夹紧，两端采用螺栓连接，通过拧紧螺母使V型快夹紧工件来实现夹紧。
V型块夹紧工件主要是为了防止工件在加工过程中受力的作用产生倾覆和振动，手动夹紧是可靠的，可以免去夹紧力的计算。
四、定位误差分析
以v形块定位，故定位基准为轴中心线，由于工序基准为外圆柱下母线,所以存在基准不重合误差△B。
该加工面的工序尺寸为Φ380+，所以△B=2=。
又存在基准位移误差△Y。
△Y=×Td=×=.
则，定位误差为△D=|△B-△Y|=，因为<1/3×T=1/3×=.所以满足加工要求。
五、夹具总装图
铣平面夹具总装图
设计总结
两周的《机械制造技术基础》课程设计已经接近尾声。
时间不长，但使我从中学到了许多在课内根本就学不到的东西，让我受益良多。
在这次设计过程中，使我真正地认识到自己还存在诸多不足之处，知识、能力、经验各方面的欠缺，使我真正感受到了学习和实践重要性。
这次设计将我以前学过的《机械制造装备设计》、《机械制图》、《机械制造技术基础》与《机械设计》等知识很好的联系了起来，而且和实际应用紧密联系了起来，而这对我们以后的发展又是至关重要的。
本次设计主要分两大部分，一是轴零件机械加工工艺规程的编制，二是铣平面专用夹具夹具设计，虽然在很大程度上还是理论性比较强，但其间穿插的查阅手册，实体造型等工作，让自己查阅资料的能力提高很多，理论联系实际的观念也深入己心。
在这次课程设计中，我不但掌握了许多知识，也增加了见识，但我认为更重要一点是，明白了这样一个道理，知识和能力固然重要，但它并不是最重要的，至少不起决定性作用，而一个设计人员的设计思想、责任心、严谨性等才是处于首要地位的因素。
最后，衷心感谢辅导这次设计的汪帮富老师。
参考文献
1.邹青《机械制造技术基础课程设计指导教程》机械工业出版社1991年
2.上海柴油机厂工艺设备研究所《金属切削机床夹具手册》机械工业出版社1984年
3.王先逵《机械制造工艺学》机械工业出版社2009年
4.陈宏钧《机械加工技师综合手册》机械工业出版社2007年
5.赵永福《金属机械加工工艺人员手册》上海科学技术出版社1990年
6.邓文英《金属工艺学》高等教育出版社2000年
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