设计支柱零件机械加工工艺规程附工艺装备.docx
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设计支柱零件机械加工工艺规程附工艺装备
3.3.1加工余量的计算
3.3.2加工余量举例表格形式
5.1孔加工的夹具设计
小结
前言
纵观历史，制造技术是一个永恒的主题，是设想、概念、科学技术物化的基础和手段，是国家经济实力的体现，是国家工业化和支柱产业的关键。
工艺技术是制造技术的重要组成部分，提高工艺技术水平是提升机械产品质量增强市场竞争力的有力措施。
同样的设计可以通过不同的工艺方法来实现，不同的工艺所使用的加工设备、工艺装备也就不同，其质量和生产率也会有差别。
工艺是生产中最活跃的因素。
通常有了某种工艺方法才有相应的工具和设备出现。
反过来这些工具和设备的发展又提高了该工艺方法的技术性能和水平，扩大了其应用范围。
本次毕业设计我的设计题目正是解决一个中等复杂程度零件的机械加工的工艺问题。
籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。
本次设计的零件是支柱。
该零件的机械加工综合运用了车、铣、镗、钻、绞、攻丝等常用手段。
能够很好的对我们所学过的知识进行概括和总结。
本次设计的内容主要分4个方面：
預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。
1..零件的机械加工工艺分析，确定最终加工方案；合理的选择机床，确定各工序的定位方式；选择或设计相应的工装，合理选择刀具、量具；确定各工步的切削用量，并拟定机械加工工艺过程卡片和机械加工工序卡片。
渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。
2.设计专用夹具并绘制夹具装配图和重要的夹具零件图。
合理限制自由度，正确计算夹紧力。
恰当的设计选用合适的零件。
准确的绘制夹具装配图和零件图。
本次设计的零件图和夹具装配图通过在AutoCAD绘制，使零件的结构形状表达得更为清楚明了。
铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。
4.篇写路程卡和工序卡，在篇写过程中要每个工序明了考虑周到，并配有相关的图。
让其表达的更加清晰明了，在篇写工序时要遵守先粗后精，先面后孔等原则。
擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。
3.编写设计说明书，整个设计过程有一个明确的主线，结构充实而明确。
内容翔实，标准符合国家最新，参考文献权威实用。
贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。
由于近年来制造工艺技术的发展，工艺内容有了很大的扩展，工艺技术水平也有了很大的提高。
加上计算机技术、数控技术的发展更给制造工艺技术提出了新的要求，也给传统的机械，机电专业的人才带来新的机遇和挑战。
坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。
本次设计能使我更好的掌握“机械制造工艺学”“金属切削机床”“金属切削原理与刀具”“机床夹具设计”等各门学科的重点内容。
把它们综合的运用来，解决生产实际中的问题并使这些理论知识得到升华。
为学习和研究更先进的加工工艺手段打下良好的基础。
也为走上工作岗位，为社会主义现代化建设做出应有的贡献做好准备。
蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。
由于能力有限，经验不足，设计中不足之处在所难免。
恳请各位老师、同行给予指正。
1.零件的分析
1.1零件的作用
支柱是属于轴中的一类而轴是组成机器的主要零件之一，一切做回转运动的传动零件（例如齿轮涡轮等）都必须安装轴才能运动因此轴的主要主要作用是支撑回转零件及传递运动和动力。
轴分为三类转轴心轴传动轴三类。
工作中既承受弯矩又承受扭矩的轴称为转轴，只承受弯矩而不承受扭矩的轴的称为转动心轴。
心轴又分为转动心轴和固定心轴。
只承受扭矩而不承受弯矩的轴称为传动轴。
而我在此设计是心轴中的固定心轴。
而且属于直轴固定心轴。
買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。
1.2零件的工艺分析
由零件图（附图1）知该零件的材料为45号钢所以可以选择热轧圆钢，热处理工艺为整体调质，硬度为220HBS-230HBS.回火硬度为28HRC-32HRC綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。
。
由于该零件加工属于中量生产，精度高所以需要打中心孔来定位。
需要设计一套组合机床来实现。
该零件上的主要加工表面有Ф66的圆柱、左右各加工一个Ф42圆柱，在左右距端面10cm各钻一个Ф8的孔，在两个Ф42的端面上各钻一个M42×1.5螺纹孔，在Ф66的圆柱上有个三个齿加工，下面有个8，然后给圆柱与圆柱连接处倒一个R3的倒角。
槽Ф66右端面相对于基准线有0.05mm的端面圆跳动公差要求。
该端面可采用卧式车床粗车、半精车。
Ф8孔其制造公差为IT8，表面粗糙度值为3.2。
Ф8孔采用钻、半精镗、精镗的加工方法，各工序都可以在车床上加工。
槽要求相对于A基准有0.02mm的对称度公差。
它的内侧为平面，因此可考虑使用专用平面铣刀或立铣刀加工。
即可以比较容易的保证加工要求又可以提高加工效率。
驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。
由参考文献机械制造装配中有关孔和面的加工经济度等级及机床能达到的位置精度可知上述技术要求是可以达到的。
零件的结构工艺性也是可行的。
猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。
2.确定毛胚，画毛胚图（附图2）
零件材料为热轧圆钢，确定其毛胚为铸件。
根据零件的用途结合参考文献[4]表7.2，确定其牌号为45号钢。
零件的生产批量为中批量生产。
通过计算，该零件的质量约为0.54kg。
毛胚的铸造方法选用模锻。
为消除残余应力，模锻后应安排人工时效处理。
锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。
由实用车工计算手册根据图形可以计算出起加工余量。
如下图
表2.1：
各加工表面总余量单位（mm）
加工表面
基本尺寸
加工余量数值
说明
Ф66圆柱
66
2.5
表面
零件左右Ф42圆柱
42
1.5
表面
表2.2：
毛胚主要尺寸余量单位（mm）
主要面
零件尺寸
余量
零件总长（最大轮廓尺寸）
1980
2.3
齿轮加工图
模数
齿数
压力角
齿节
3
176
20
9.4248
齿槽宽
齿高
齿顶高
齿根高
4.71
9.6
3
3.6
查机械设计手册表4.10-32
槽
槽宽
槽深
刀具
8
4
D8×28
圆柱内螺纹孔M42×1.5专用螺纹刀
3.工艺规程设计
3.1定位基准的选择
在基准选择时需要遵守应先精基准，再粗基准
v3.1.1精基准的选择需要遵守
v
（1）基准重合原则
v
（2）基准统一原则
v（3）自为基准原则
v（4）互为基准原则
v（5）便于装夹原则
由于我加工的是支柱，三个外圆柱在同一个轴线A上，所以就以该轴线为基准，所以需要打中心孔。
（由于毛坯件是没有轴线A的）構氽頑黉碩饨荠龈话骛。
由于A基准为精基准，根据基准先行原则应首先加工Ф42圆柱右端面。
又由于该图是有三个圆柱组成，所以粗基准也使用A线，所以精粗共基准。
輒峄陽檉簖疖網儂號泶。
3.1.3确定初加工的定位方案
方案1：
由于是中批量生产，又需要打中心孔，所以我们需要制造组合机床来打中心孔。
先用V型板夹紧三个零件的三个圆柱，使起保持水平平行，然后通过组合机床同时两边打中心孔这样就可以使其同轴，这种方法属于中心定位。
方案2.用一V型块和一压板夹紧Ф42外圆在10mm板左侧上下各设一支承板并设置防转销钉。
V型块限制Ф42径向的两个移动自由度。
两支承板限制Ф42轴向的移动自由度和一个转动自由度，与V型块共同作用限制了径向的另一转动自由度。
防转销钉可限制轴向的转动自由度。
该自由度从定位原理上来讲是可以不限制的。
但零件的形状不规则为提高零件装夹刚性限制了这个自由度。
该方案的定为属于完全定位。
方案3.以毛坯外圆作粗基准，先加工一个端面，钻中心孔，车出一端外圆；然后以已车过的外圆作基准，用三爪自定心卡盘装夹（有时在上工步已车外圆处搭中心架），车另一端面，钻中心孔。
如此加工中心孔，才能保证两中心孔同轴。
尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。
三个方案在定位上都可以达到要求。
定位原理也基本一致，主要区别在夹紧力的施加方向和夹具结构的复杂程度。
方案1，定位夹紧可靠，要向支承板方向夹紧就要在靠近加工表面的两侧多出两个顶针。
装夹时只需用顶针就可以。
方案2夹具结构简单装夹方便快捷只需一次动作。
但由于要先后粗加工三个圆柱，加工不便，装夹复杂。
方案3，虽然跟方案1差不多，但我是中批量生产，所以方案一更节时，更经济性，综合比较三方案，选择方案1。
识饒鎂錕缢灩筧嚌俨淒。
3.2制定工艺路线
根据各表面的加工要求和各种加工方法能够达到的经济度，确定各表面加工方法如表3.2.1所示：
表3.2.1：
各加工表面的加工方法
加工表面
加工要求
加工方法
打中心孔
同轴
略
Ф66圆柱表面
圆柱加工及其公差0.03，表面粗糙度0.8
粗车——半精车
两个Ф42的圆柱表面
圆柱加工及其公差0.017表面粗糙度0.8
粗车——半精车
2×Ф8孔
IT8级公差，
钻——半精镗——精镗
2×M42×1.5螺纹孔
螺距为2.3
钻——攻丝
槽
对称度公差值0.02mm表面粗糙度1.6
铣
齿条
齿宽4.71齿高9.6齿节9.4248压力角20
铣
倒圆
R3
车
倒角
C1.5
车或洗
根据先面后孔，先粗后精先主要表面后次要表面的加工原则初步拟定加工工艺艺路线如表3.2.2所示：
表3.2.2：
加工工艺路线
工序号
工序内容
00
模锻
05
人工时效处理
10
打中心孔
20
车Ф66圆柱和Ф42圆柱
30
钻Ф8孔
40
钻M42螺纹孔
50
铣槽
60
铣齿条
70
倒圆角
80
铣倒角
90
调质
100
检验
110
入库
上述方案遵循了工艺路线制定的一般原则，但有些问题值得近一步讨论。
例如加工后一些修正工序。
两个螺纹孔都需要倒角，圆柱之间还要倒圆角，这两道工序可以分开跟其他工序一起来做这样就不会相互影响起精度。
凍鈹鋨劳臘锴痫婦胫籴。
由于是中批量生产，钻——铰Ф8孔、钻M42螺纹孔这两个工序若采用组合机床一次加工完成，将较大程度提高生产效率。
故可考虑将这两个工序合并，并采用组合机床加工。
大圆柱有齿条又有槽这两个工序可以一起在组合机床上加工，这样也能保证相互之间的精度，也节约时间，效率更提高有节时。
在这个加工零件中还需要在粗加工后进行调质，而调质后表面硬度提高后需要磨削加工保证精度等，如果最后调质的话，那么就不能保证其精度了。
恥諤銪灭萦欢煬鞏鹜錦。
故修改后的工艺路线如表3.2.3所示：
表3.2.3：
最终确定的加工工艺路线
工序号
工序内容
简要说明
05
模锻
中批量生产也可以用其他的我选择模锻
10
人工时效处理
消除内应力
20
打中心孔
定位
30
粗车、三个圆柱表面
保证加工余量
40
半精车三个圆柱表面
50
检验
60
倒圆角R3
70
调质
80
修中心孔
90
铣直齿轮和槽
工序集中提高效率
100
钻Ф8孔钻螺纹孔Ф42并倒角去毛刺
在加工中工序集中，提高效率
110
磨削
提高精度
120
检验
130
入库
3.3选择加工设备及工艺，选择分析
由于生产类型为中批量生产故加工设备宜选用专用机床，以及使用通用机床辅以专用夹具和专用刀具。
故生产方式以通用机床辅以专用夹具或专用刀具为主，重点工序采用专用机床的流水线式生产。
工件在各机床上的装卸及机床间的传递均由人工完成。
鯊腎鑰诎褳鉀沩懼統庫。
由于该零件的外廓尺寸大。
精度要求特别高，故对机床的要求高。
在选择机床时主要考虑机床的实用性和准确性。
选择刀具时尽量使用标准刀具。
在车床上加工的工序都使用YG类硬质合金的刀具，粗加工和半精加工时使用YG6，精加工时使用车刀。
钻刀、铣刀等刀具使用高速钢材料的。
由于该零件的生产批量为中批量生产，为提高生产率大量采用专用夹具以配合通用机床。
部分工序采用专用机床和专用刀具。
根据各工序的尺寸及公差要求，一般工序都采用通用量具。
部分尺寸精度要求较高和不便使用通用量具的工序都采用专用量具。
硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹。
根据工序内容及要求所选择的加工设备及工艺如表3.3所示：
表3.3：
各工序加工设备及刀、夹、量具
工序
加工设备
刀具
夹具
量具
20
组合机床
中心钻和车端面刀
定位夹具
30
C6150卧式车床
硬质合金车刀
中心孔顶针
游标卡尺
60
C6150卧式车床
硬质合金车刀
倒角夹具
游标卡尺，千分尺
90
XA5032立式升降台铣床
槽铣刀或立铣刀
螺旋定心夹紧铣床夹具
游标卡尺
90
卧式升降台铣床
插齿刀（GB\T6083_2001）
铣齿轮夹具
塞规。
量角器游标卡尺
100
组合机床
硬质合金锪钻d=42
（GB/T4258-2004）
组合机床夹具（专用）
塞规、游标卡尺
100
Z525立式钻床
硬质合金锪钻d=16
（GB/T4258-2004）
倒角夹具2（专用）
游标卡尺
100
S4006攻丝机
机用丝锥
（GB/T4258-2004）
攻丝夹具（专用）
螺纹塞规
110
M1432B型磨床
专用磨具
磨床专用夹具
游标卡尺，塞规
3.3.1加工余量计算
车Ф66的圆柱表面
有实用车工计算手册查的其加工余量为2.5，要求达到表面粗糙度值0.8。
分两次走刀。
粗车加工余量为2mm，半精车加工余量为0.5mm，磨削则粗=2mm精=0.5mm.阌擻輳嬪諫迁择楨秘騖。
根据参考文献[2]表1.4取粗车时进给量f粗=0.4mm/r,根据参考文献[2]表1.6取半精车时的进给量f精=0.25mm/r。
根据C6150卧式车床的实际情况所选进给量可用。
氬嚕躑竄贸恳彈瀘颔澩。
根据参考文献[1]表1.1-46取粗车时切削速度为V粗=15m/min取半精车时切削速度为V精=20m/min则根据公式：
釷鹆資贏車贖孙滅獅赘。
得粗车时机床主轴转速n粗=149r/min，半精车时机床主轴转速n精=199r/min。
根据C6150卧式车床的实际情况取n粗=173r/minn精=248r/min。
则实际切削速度V粗=17.4m/min，V精=24.9m/min。
所以该方案可用。
怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉。
列表形式
工件名
工件尺寸
加工余量
毛坯
68.5
2.5
粗加工
66.5
2
半精加工
66
0.5
磨削
66
0
4.夹具设计
4.加工工序设计
4.1工序10：
车Ф32右端面
图4.1
4.1.1工艺尺寸链换算
该工序尺寸设计基准为左边二搭子，但基准面现属欲加工的毛胚面，定位误差过大，不宜用做该工序的定位基准。
改用10 mm板左侧定位.则定位基准与设计基准不重合.为保证加工表面与不加工表面的正确的位置关系需进行尺寸链换算.尺寸链简图如图4.1所示：
谚辞調担鈧谄动禪泻類。
因A0设计公差为自由公差，取IT14。
则A0=2±0.125，A2为设计尺寸。
A1为所求尺寸。
其中A0为封闭环。
计算如下：
嘰觐詿缧铴嗫偽純铪锩。
A0=A2-A1
则根据工艺尺寸链换算公式得ESA0）=ESA2）-EI（A1）
EIA0）=EIA2）-ESA1）
2=14-A1
代入数据得0.125=0-EI（A1）
-0.125=-0.1-ES（A1）
经计算得A1=12，EI（A1）=-0.125，ES（A1）=+0.025熒绐譏钲鏌觶鷹緇機库。
则该工序工序尺寸A1=mm
4.1.2确定切削用量
该工序的加工余量为2.5mm。
要求达到表面粗糙度值6.3。
分两次走刀。
粗车加工余量为2mm，半精车加工余量为0.5mm则粗=2mm精=0.5mm鶼渍螻偉阅劍鲰腎邏蘞。
根据参考文献[2]表1.4取粗车时进给量f粗=0.4mm/r,根据参考文献[2]表1.6取半精车时的进给量f精=0.25mm/r。
根据C6150卧式车床的实际情况所选进给量可用。
纣忧蔣氳頑莶驅藥悯骛。
根据参考文献[1]表1.1-46取粗车时切削速度为V粗=15m/min取半精车时切削速度为V精=20m/min则根据公式：
颖刍莖蛺饽亿顿裊赔泷。
（再次出现将简称“转速公式”）
得粗车时机床主轴转速n粗=149r/min，半精车时机床主轴转速n精=199r/min。
根据C6150卧式车床的实际情况取n粗=173r/minn精=248r/min。
则实际切削速度V粗=17.4m/min，V精=24.9m/min。
濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。
4.1.3校核机床功率
根据参考文献[1]第2卷表1.1-57并通过计算得粗车时消耗的功率Pm=0.33kw根据C616卧式车床说明书知主电机功率为4.5KW。
若取效率为0.8，则机床最大输出功率为3.6kw（后续工序不再计算此值）。
故机床功率足够，所选切削用量可用。
銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼。
4.1.4时间定额计算
（1）机动时间
根据参考文献[3]表6.2-1确定粗车端面的机动时间：
式中d=32mmd1=0L1=4mmL2=3mmL3=0f=0.4mm/rn=173r/mini=1挤貼綬电麥结鈺贖哓类。
则Tj粗=0.33min
确定半精车端面时的机动时间：
式中d=32mmd1=0L1=3mmL2=3mmL3=0f=0.25mm/rn=248r/mini=1赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈。
则Tj精=0.35min
（2）辅助时间
根据参考文献[3]表6.3-1、至表6.3-4确定本工序辅助时间如表4.1所示：
表4.1：
在车床上加工的辅助时间单位（min）
工序10
粗车端面
半精车端面
操作名称
每次需用时间
操作次数
用时
操作次数
用时
装夹工件
0.07
1
0.07
0
0
启动主轴
0.02
1
0.02
1
0.02
纵向移动床鞍靠近工件
0.03
1
0.03
0
0
对刀
0.02
1
0.02
1
0.02
接通走刀
0.01
1
0.01
1
0.01
停止走刀
0.01
1
0.01
1
0.01
主轴制动
0.01
1
0.01
1
0.01
纵向移动床鞍离开工件
0.02
0
0
1
0.02
横向移动中滑板离开工件
0.02
1
0.02
1
0.02
卸下工件
0.05
0
0
1
0.05
测量工件
0.08
0
0
1/10
0.008
转动刀架900
0.02
1
0.02
3
0.06
变换进给量
0.03
1
0.03
1
0.03
主轴变速
0.04
1
0.04
1
0.04
辅助时间小计
Tf粗=0.28
Tf精=0.30
（3）作业时间
Tz=Tj粗+Tj精+Tf粗+Tf精=0.33+0.35+0.28+0.30=1.26min塤礙籟馐决穩賽釙冊庫。
（4）布置工作地、休息和生理需要时间
根据参考文献[3]表6.3-36确定布置工作地休息和生理需要时间（其他各工序该项时间的计算均依据此表）。
裊樣祕廬廂颤谚鍘羋蔺。
Tq=Tz×21.8%=1.26×21.8%=0.27min
（5）单件时间
Td=Tz+Tq=1.26+0.27=1.53min
4.2工序20：
钻Ф16H8孔至Ф15
4.2.1确定切削用量
根据参考文献[1]第1卷表3.4-13取钻削速度为18m/min,进给量f=0.26mm/r。
由于该孔一次钻出则=7.5mm。
由“转速公式”得机床主轴转速为382r/min。
根据Z5140A立式钻床的实际情况取实际转速为355r/min。
此时实际切削速度为V=16.7m/min。
仓嫗盤紲嘱珑詁鍬齊驁。
4.2.2校核机床功率
根据参考文献[1]第2卷表3.4-10并经计算得钻孔时的轴向力F=3890N，转矩M=26N.m,功率Pm=0.96kw。
根据Z5140A立式钻床说明书知主轴最大进给力为16000N，主轴最大转矩350N.m。
机床功率为3kw，若取效率为0.85则最大输出功率为2.55kw。
故机床功率足够，所选切削用量可用。
绽萬璉轆娛閬蛏鬮绾瀧。
4.2.3时间定额计算
（1）机动时间
根据参考文献[3]表6.2-5确定钻孔时的机动时间：
式中L1=30mmL2=8mmL3=4mmf=0.26mm/rn=355r/min
则Tj=0.46min。
（2）辅助时间
根据参考文献[3]表6.3-10、表6.3-11确定本工序辅助时间如表4.2所示：
表4.2：
在立式钻床上加工的辅助时间单位（min）
工序20
钻Ф15孔
操作名称
每次需用时间
操作次数
用时
装夹工件
0.05
1
0.05
启动主轴
0.02
1
0.02
刀具快速下降接近工件
0.02
1
0.02
退钻清屑
0.03
1
0.03
刀具快速上升离开工件
0.01
1
0.01
主轴制动
0.02
1
0.02
卸下工件
0.04
1
0.04
辅助时间小计
Tf=0.19
（3）作业时间
Tz=Tj+Tf=0.46+0.19=0.65min
（4）布置工作地、休息和生理需要时间
Tq=Tz×15.7%=0.65×15.7%=0.1min
（5）单件时间
Td=Tz+Tq=0.65+0.1=0.75min
4.3工序30半精镗Ф16H8孔、倒左端孔口角
该工序采用双刃内孔镗刀加工，在镗孔行程末倒孔口角。
4.3.1确定切削用量
由于Ф16H8孔已钻至Ф15，故镗孔加工总余量Z总=（16-15）/2=0.5mm，该工序加工精度等级取IT11，工序尺寸为Ф。
根据参考文献[1]第2卷表1.2-33留精镗余量Z精=0.2mm，故半精镗加工余量Z粗=0.3mm。
半精镗一次走刀完成，取切削用量V=60m/minf=0.3mm/r。
由“转速公式”得机床转速n=1224r/min。
根据C616卧式车床的实际情况可知该进给量可用，机床转速取n=1380r/min。
则实际切削速度为V1=65m/min，倒角45°角时的切削速度为V2=78m/min。
骁顾燁鶚巯瀆蕪領鲡赙。
4.3.2校核机床功率
根据参考文献[1]第2卷表1.1-57并经计算得半精镗Ф16H8孔时消耗的功率Pm=0.14kw。
已知C616卧式车床的最大输出功率为3.6kw。
则机床功率足够，所选切削用量可用。
瑣钋濺暧惲锟缟馭篩凉。
4.3.3时间定额计算
（1）机动时间
根据参考文献[3]表6.2-1确定镗孔和倒角时的机动时间：
式中L1=30mmL2=3mmL3=3mmL4=0mmf=0.3mm/rn=1380r/mini=1鎦诗涇艳损楼紲鯗餳類。
则Tj=0.09min。
（2）辅助时间
根据参考文献[3]表6.3-1、至表6.3-4确定本工序辅助时间，如表4.3所示：
表4.3：
在车床上加工的辅助时间单位（min）
工序30
半精镗
操作名称
每次需用时间
操作次数
用时
装夹工件
0.14
1
0.14
启动主轴
0.02
1
0.02
纵向移动床鞍靠近刀具
0.03
1
0.03
接通走刀
0.01
1
0.01
停止走刀
0.01
1
0.01
纵向移动床鞍离开刀具
0.02
1
0.02
主轴制动
0.01
1
0.01
测量工件
0.06
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