机械制造技术基础课程设计.docx
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机械制造技术基础课程设计
一、目录
摘要
1、设计目的及要求
2、零件的工艺分析
3、选择毛坯，设计毛坯
4、制定加工工艺路线
5、工序设计
6、确定切削用量及基本时间
7、机械加工工艺过程卡和机械加工工序卡
8、夹具的设计
9、小结
摘 要
本课程设计主要培养学生综合运用所学的知识来分析处理生产工艺问题的能力，使学生进一步巩固有关理论知识，掌握机械加工工艺规程设计的方法，提高独立工作的能力，为将来从事专业技术工作打好基础。
这次设计的是车床夹具，分别绘制了零件图、毛坯图、夹具体图、装配图各一张，机械加工工艺过程卡片一张。
在熟悉被加工零件的基础上，接下来根据零件的材料性质和零件图上各端面和内部结构的粗糙度确定毛坯的尺寸和机械加工余量。
然后我们再根据定位基准先确定粗基准，后确定精基准，最后拟定工艺路线图，制定该工件的夹紧方案，画出夹具装配图。
通过查阅各种书籍完成本次课程设计任务。
关键词：
工艺路线，工序设计，车床夹具
一、设计目的及要求
掌握编制零件机械加工工艺规程的方法，能正确解决中等复杂程度零件在加工中的工艺问题。
提高结构设计的能力。
通过设计夹具的训练，根据被加工零件要求，设计出能保证加工技术要求、经济、高效的工艺装备。
学会使用与机械加工工艺和工装设计有关的手册及图纸资料
二、零件的工艺分析
原始资料如下：
零件材料：
40Cr
技术要求：
（1）清理毛刺；
（2）调质处理。
生产批量：
大批量生产，2班制
零件图样分析：
尺寸：
如图所示
粗糙度：
下凹面旁边两个支撑脚粗糙度要求为3.2，左端面粗糙度要求为3.2，内孔粗糙度要求为3.2，底部凹面中间的粗糙度保持原供应面，其余表面要求为6.3.
精度要求：
由该零件的功用和技术要求，确定其精度为一般级数。
三、选择毛坯，设计毛坯
1、确定毛坯的种类
机械产品及零件常用毛坯种类有铸件、锻件、焊接件、冲压件以及粉末冶金件和工程塑料等。
根据要求的零件材料，零件对材料组织性能的要求，零件结构及外形尺寸，零件生产纲领，选择合适的毛坯，材料为40Cr，考虑到车床在削螺纹或者其他车削工作中经常要正反向翻转，该零件经常承受冲击负荷以及向下的压力，所以应选择铸件，又考虑到该零件需大量生产，因此，我们选择金属模机器造型，从提高生产率和保证加工精度上讲也是应该的。
2、确定毛坯的形状
从减少机械加工余量和节约金属材料出发，毛坯选择接近零件的形状，各加工表面总余量和毛坯种类。
3、铸件机械加工余量、毛坯尺寸和公差的相关因素
4、要确定毛坯的尺寸公差及机械加工余量，应先确定以下各项因素。
（1）公差等级。
由该零件的功用和技术要求，确定公差为普通级。
（2）质量mf。
（3）零件表面粗糙度。
除底面、左端面和孔的粗糙度为Ra3.2以外，其余各加工表面的粗糙度都为Ra6.3.
主要尺寸面
零件尺寸
单面余量
毛坯尺寸
198的左端面高
198
4
216
28的上端面长
28
2
32
215的底座断面长
215
4
223
78的左右端面的宽
78
4
86
28的底座右端面高
28
3.2
34.4
Φ54的孔
54
3.5
61
5、确定毛坯尺寸公差
表二毛坯尺寸允许偏差（/um）（公差等级为IT14）
铸件尺寸
偏差
96
0.87
48
0.74
26
0.52
208
1.15
83
0.87
30.4
0,62
47
+0.142
-0.08
四、制定加工工艺路线
制定工艺路线的出发点，适应当时零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求得到妥善的保证。
在生产纲领以确定的成批成生产条件下，可以考虑通用机床并配以专用夹具，并尽量使工序集中以提高生产率。
除此以外，还要考虑经济因素，以便使生产成本降低。
1、基准的选择
因为我们要保证孔的加工余量均匀，壁厚并没有保证，因此我们选择孔和左端面为粗基准加工，保证了加工余量均匀。
如零件图示，孔的轴线与底面高140mm，这一设计尺寸的设计基准是底面，选择精基准时，若车孔工序以底面为定位基准，则定位基准和设计基准重合，满足“基准重合”的原则，因此我们可以选择孔和底面作为精基准。
2、零件表面加工的选择
通过查阅《机械制造技术基础与工艺学课程设计教程》表5-3，并判断，得知以下结论：
（1）端面。
本零件的端面为平面，尺寸精度要求不高，表面粗糙度为Ra3.2和Ra6.3两种要求，要求Ra3.2的端面可以选择粗铣和半精铣。
要求Ra6.3的端面可以选择粗铣即可。
（2）孔。
本题要求车孔，粗糙度为Ra3.2，选择IT13，用粗车和半精车
（3）倒角。
倒角曲面的粗糙度为Ra3.2，因此我们选择粗磨。
3、机械加工工艺路线方案：
工序一：
以底面和右端面定位，粗铣上端面和左端面；
工序二：
以左端面和底面定位，粗铣右端面和距离底面高为24的端面；
工序三：
以底面和前端面定位，粗铣后端面；
工序四：
以底面和后端面定位，粗铣前端面；
工序五：
以底面和右端面定位，半精铣左端面；
工序六：
以孔和上端面定位，粗铣底面和距离底面高为5mm的端面；
工序七：
以孔和上端面定位，半精铣底面；
工序八：
磨倒角；
工序九：
以上端面和底面定位，粗车并半精车孔；
工序十：
钳工去毛刺；
工序十一：
终检
4、热处理工序安排
（1）铸造毛坯在加工前，均需安排正火或退火处理，使钢材内部晶粒细化，消除锻造应力，降低材料硬度，改善切削加工性能。
（2）调质处理：
由于所选用的铸造材料是40Cr，我们的调制处理选择在淬火之后进行回火，一般安排在粗车之后、半精车之前，以获得良好的物理力学性能。
5、工序设计
选择加工设备与工艺设备
5.1选择机床
（1）工序一、二、三、四、五七是粗铣和半粗铣，工序步数不多，大量生产，尺寸不大，而且精度不高，故选用卧式铣床X62.
（2）工序六和工序七可采用立式车床C518
（3）工序八考虑零件成批生产，所以采用磨床。
5.2选择夹具
本零件我们决定自己设计夹具，因此选用专用夹具。
5.3选择刀具
（1）车床上加工的工序，一般都选用硬质合金车刀，加工铸件用YG类硬质合金，粗加工用YG5，半精车用YG15，为提高生产率及经济性，应选用可转为车刀。
（2）铣刀选镶齿三面刃铣刀，确定铣刀长30mm。
5.3确定工序尺寸
表三零件工序加工余量和表面粗糙度（mm）
加工表面
工序双边余量
表面粗糙度
粗铣
半精铣
粗铣
半精铣
1
3
1
Ra6.3
Ra3.2
2
2
----
Ra6.3
3
4
----
Ra6.3
4
2
---
Ra6.3
5
1.5
---
Ra6.3
6
1.5
---
Ra6.3
7
4
---
Ra6.3
8
4
---
Ra6.3
9
4
---
Ra6.3
·
10
2
1
Ra6.3
Ra3.2
11（孔）
2
1.5
Ra6.3
Ra3.2
六、确定切削用量及基本时间
6.1工序一切削用量及基本时间的确定
6.2.切削用量
本工序为粗车（上端面和左端面）。
已知材料为40Cr，铸件，有外皮，机床为C620-1型卧式车床。
确定车面1（左端面）的切削用量。
首先选择刀杆尺寸=16mm*25mm，刀片厚度为4.5mm，再查表可知，刀具的前角等于12度，后角等于6度，主偏角等于90度，副偏角等于10度，刃倾角等于0度。
确定背吃刀量ap。
由表三已知我们确定端面1的加工余量为1.5mm。
确定进给量f。
根据每个面的粗糙度的不同，我们通过查阅刘长青的《机械制造技术课程设计指导》表5-104，，可知当粗糙度为6.3时，进给量f等于0.40mm/r~0.50mm/r，当粗糙度为3.2时，进给量f等于0.25mm/r~0.40mm/r，所以该面的进给量为0.30mm/r。
选择车床磨钝标准及耐用度。
根据《切削用量简明手册》中的相关内容，我们确定车刀后刀面最大磨损量为1mm，耐用度T=30min。
确定切削速度v。
根据《切削用量简明手册》。
可知切削速度的计算公式为
查阅刘长青的《机械制造技术课程设计指导》表5-109，
=189.8，
=0.15，
=0.20，m=0.20，
=0.9
0.8
0.65=0.468，T=30，则
按C620-1车床的转速，选择n=260
校验机床功率。
根据《切削用量简明手册》可知，当Ab=580MPa~970MPa时，ap<2mm，f<0.75mm/r,求得切削功率等于1.7KW。
6.3基本时间
6.4计算工序一的基本时间。
6.5当粗铣左端面时，
根据《切削用量简明手册》，得知基本时间的计算公式为，
式中，
所以
。
6.6当粗铣上端面时，
根据《切削用量简明手册》，得知基本时间的计算公式为，
式中，
所以
。
工序一共用时间为
=4.77min+0.72min=5.49min.
6.7计算工序二的基本时间。
6.8当粗铣右端面时，
根据《切削用量简明手册》，得知基本时间的计算公式为，
式中，
所以
6.9当粗铣距离底面高为24的端面时，
根据《切削用量简明手册》，得知基本时间的计算公式为，
式中，
。
工序二共用时间为
=3.91min+4.41min=8.32min.
6.10计算工序三和工序四的基本时间。
式中，
所以工序三和工序四的总时间
=3.29min。
6.11计算工序五的基本时间。
当半精铣左端面时，
根据《切削用量简明手册》，得知基本时间的计算公式为，
式中，
所以工序五的总时间
=6.80min
6.12计算工序六的基本时间。
当粗铣底面和端面时，
所以工序六的总时间
=5.18min
6.13计算工序七的基本时间。
当半精铣底面和端面时，
所以工序七的总时间
=7.77min
6.14计算工序八的基本时间。
8
磨倒角用时1min。
6.15计算工序九的基本时间。
当粗车孔时，
当半精车孔时，
所以工序九的总时间
=0.36+0.26=0.62min
六、机械加工工艺过程卡和机械加工工序卡
1.工艺过程综合卡片
简要写明各道工序，作为生产管理使用。
2.工艺卡片
详细说明整个工艺过程，作为指导工人生产和帮助管理人员、技术人员掌握整个零件加工过程的一种工艺文件，除写明工序内容外，还应填写工序所采用的切削用量和工装设备名称、代号等。
3.工序卡片
用于指导工人进行生产的更为详细的工艺文件，在大批量生产的关键零件的关键工序才使用。
（1）简图可按比例缩小，用尽量少的投影视图表达。
简图也可以只画出与加工部位有关的局部视图，除加工面、定位面夹紧面、主要轮廓面，其余线条可省略，以必需、明了为度。
（2）被加工表面用粗实线（或红线）表示，其余均用细实线。
应标明本工序的工序尺寸，公差及粗糙度要求。
（3）详见工序卡片
三峡大学
机械加工工艺过程卡片
产品型号
零件图号
产品名称
零件名称
共1页
第1页
材料牌号
40Cr
毛坯种类
铸件
毛坯外形尺寸
每毛坯件数
1
每台件数
1
备注
工序号
工序
名称
工序内容
车间
工段
设备
工艺装备
工时/s
准终
单件
1
正火
2
调制处理
3
铣
粗铣上端面和左端面
卧式铣床X51
通用夹具
5.49min
4
铣
粗铣右端面和距离底面高为28的端面
卧式铣床X51
通用夹具
8.32min
5
铣
粗铣后端面
卧式铣床X51
通用夹具
3.29min
6
铣
粗铣前端面
卧式铣床X51
通用夹具
7
铣
半精铣左端面
卧式铣床X51
通用夹具
6.80min
8
铣
粗铣底面和距离底面高为5mm的端面
卧式铣床X51
通用夹具
5.18min
9
铣
半精铣底面
卧式铣床X51
通用夹具
7.77min
10
磨
磨倒角
磨床
通用夹具
1.00min
11
车
粗车并半精车孔Φ54
立式车床C520
专用夹具
0.62min
12
钳
钳工去毛刺
钳
13
终检
设计
（日期）
审核（日期）
标准化（日期）
会签（日期）
2014.11.22
标记
处数
更改文件号
签字
日期
标记
处数
更改文件号
签字
日期
七、夹具的设计
本夹具是用车刀车出一个
40的孔的专用夹具。
7.1定位方案
工件以底面为定位基准，底座平面限制了工件的三个自由度，两个侧面限制了工件的三个自由度，共限制了留个自由度，属于完全定位。
7.2夹紧设计计算
估算夹紧力时，切削力本身在加工过程中由于材质不均匀、刀具磨损等因素是变化的，所以按静力平衡求得夹紧力大小乘以一定的安全系数予以修正，因此，所需的夹紧力为
式中，
------在一定条件下由静力平衡计算出的夹紧力的大小。
------安全系数，通常情况下，取K为1.5~2.5。
当夹紧力与切削力、工件重力同向时，K值可较小，当夹紧力与切削力、工件重力反向时，K值取2.5~3.0.
并查表知，光滑表面所需的摩擦系数为0.1~0.25.
车削力的计算
通过查阅《机械设计制造指导书》刘长青的表7-20，可知，当车孔时的计算公式为
式中，
-------安全系数，取值1.08.
--------背吃刀量，取值1.5mm.
--------进给量，取值0.4mm.
因此
7.3误差分析
由于工件的结构，在夹紧定位的过程中，由于底盘的高速旋转，上面的长方块部分会产生离心力，产生扭矩，所以设计夹具的时候要加上平衡块，
另外，在夹紧力的作用下，工件会产生微小的弹性变形，这是不可避免的误差。
7.4结构设计
该夹具结构简单，操作方便，但孔轴线与底面的不平行度不能避免，适用于加工要求不高的场合。
八、小结
通过这次机械制造技术基础课程设计，我了解并认识了一般机器零件的生产工艺过程，巩固和加深已学过的技术基础课和专业课的知识，增强了理论联系实际的能力，对自己将来的学习和工作是一次适应性训练，锻炼自己分析问题、解决问题的能力，在设计的过程中，我在设计能力上有了一定的提高：
从整体上了解了一套机构由最初构思到最后设计加工过程的一整套设计方案。
通过这次设计，我基本掌握了一个中等复杂零件的加工过程分析、工艺文件的编制、专用夹具的设计的方法和步骤等。
同时也让我熟悉了制图软件AUTOCAD的基本使用方法，为今后的工作打下一个良好的基础，并且为自己毕业后进一步的学习和工作打好基础。
不过这次课程设计也反映了我自己的很多缺陷，首先是对制图软件的不熟悉，虽然曾经学习过，不过由于长时间没有使用过，只是很多基本操作已经忘记，严重拖慢了自己做课程设计的进度；其次是自己对工艺过程机加工方式的不熟悉，很多工序只是凭自己的理解来设计的，错误之处多不胜数，虽然清楚这种状况，但是因为对专业的不熟悉，是自己找不出好的解决方法!
虽然反映了就很多不足，但是学到的知识却是不能否认的，有学到东西就是进步，缺陷会在以后的学习中慢慢弥补！
九、参考文献
【1】于大国.机械制造技术基础与机械制造工艺学课程设计教程[M].北京：
国防工业出版社，2011.
【2】刘登平.机械制造工艺及机床夹具设计[M].北京：
北京理工大学出版社，2008.
【3】宁传华.械制造技术课程设计指导[M].北京：
北京理工大学出版社，2009.
【4】王先奎.机械制造工艺学[M].北京：
机械工业出版社，2006.
【5】王先奎.机械加工工艺过程规定.北京：
机械工业出版社，2008.
【6】艾兴、肖诗纲《切削用量手册》，北京：
机械工业出版社，1985
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