工艺设计说明书.docx
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工艺设计说明书
燕山大学机械工程学院
叉轴机械加工工艺规程及工艺装备设计
2012/12/31
班级：
10机械卓工试点班
成员：
刘毅100101010246
叶绵庶100101010234
丰宗强100101010216
指导老师：
陈锦江（副教授）
吴风和（教授）
燕山大学课程设计（论文）任务书
院（系）：
机械工程学院基层教学单位：
机械制造及其自动化
学号
100101010246
学生姓名
刘毅
专业（班级）
10卓工机电
设计题目
“叉轴”零件机械加工工艺规程及“钻Φ5孔”工序夹具设计与制造
设
计
技
术
参
数
1.年生产纲领：
5000件
2.加工要求：
见零件图
设
计
要
求
1.工艺规程必须保证加工质量和生产率要求，合理可行。
2.夹具设计要保证加工精度，并定位合理、夹紧可靠、操作简便；
尽量采用机动夹紧、多件夹紧等。
3.夹具实物加工质量应优良，设计图纸及说明书符合规范。
工
作
量
零件图1张（A3/A4）
机械加工工艺过程卡片及工序卡片1套（2张B5）
夹具的制造1套（实物+照片）
课程设计说明书1份（不少于5千字）
工
作
计
划
第1周抄画零件图，完成机械加工工艺规程的设计。
第2周进行夹具方案设计及其相关分析计算，草图设计；夹具二维装配图设计。
基于夹具二维装配图，绘制零件三维图，完成该夹具模型装配，并实现装配过程动态展示。
第3周完成夹具的虚拟装配，夹具实物的制造。
撰写课程设计说明书。
参
考
资
料
《机械制造工艺学课程设计指导书》
《机械制造工艺手册》
《机床夹具设计图册》
《机床夹具设计手册》
《机械零件设计手册》
指导教师签字
基层教学单位主任签字
说明：
此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。
2012年10月29日
燕山大学课程设计评审意见表
指导教师评价：
（1）工艺规程设计及毛坯图优秀，良好，中等，一般，较差
（2）夹具结构设计及分析计算优秀，良好，中等，一般，较差
（3）夹具装配图及说明书优秀，良好，中等，一般，较差
（4）出勤、平时表现及独立设计能力优秀，良好，中等，一般，较差
成绩：
指导教师：
年月日
答辩小组评价：
（1）表达能力：
优秀，良好，中等，一般，较差
（2）回答问题：
优秀，良好，中等，一般，较差
（3）设计质量：
优秀，良好，中等，一般，较差
成绩：
评阅人：
年月日
课程设计总成绩：
答辩小组成员签字：
年月日
目录
一、零件的工艺分析
二.机械加工工艺设计
1、确定生产类型
2、确定毛坯
2.1、确定毛坯种类：
2.2、确定锻件加工余量及形状：
三、工艺规程设计
3.1选择定位基准：
3.2制定工艺路线:
3.3表面加工方法的确定
3.4加工阶段的划分
3.5工序顺序的安排
3.6确定工艺路线
四.机械加工余量、工序尺寸及公差的确定
4.1钻铰φ8丝孔的工序尺寸
4.1.1.钻Φ5丝孔，以φ25轴线为基准。
4.2.2钻孔工步
4.3时间定额的计算：
4.4其它时间计算
五、夹具设计
5.1夹具选择
5.1.1问题的提出
5.1.2夹具设计
5.2、定位误差分析
5.3、夹具设计及操作的简要说明
六.设计小结
七．参考文献
叉轴机械加工工艺规程及工艺装备设计:
序言
机械制造工艺学课程设计是我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业课之后进行的.这是我们在进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习,也是一次理论联系实际的训练,因此,它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。
就我个人而言，我希望能通过这次课程设计，了解并认识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，理论联系实际，对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后的工作打下一个良好的基础，并且为后续课程的学习大好基础。
由于能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指导。
一、零件的工艺分析
零件的材料为45号钢，需要模锻，模锻性能优良，工艺较复杂，但尺寸精确，加工余量少，为此以下是叉轴需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求：
1、两处Φ30、Φ35阶梯轴。
2、上下两个端面。
3、六个Φ5均布通孔，M6×10螺纹孔。
由上面分析可知，可以先上四爪卡盘粗车，然后上弯板采用专用夹具压紧、找正进行加工，并且保证形位公差精度要求。
并且此零件没有复杂的加工曲面，所以根据上述技术要求采用常规的加工工艺均可保证。
二.机械加工工艺设计
1、确定生产类型
已知此十字轴零件的生产纲领为5000件/年，零件的质量是3.1Kg/个，查《机械制造工艺设计简明手册》第2页表1.1-2，可确定该拨叉生产类型为中批生产，所以初步确定工艺安排为：
加工过程划分阶段；工序适当集中；加工设备以通用设备为主，大量采用专用工装。
2、确定毛坯
2.1、确定毛坯种类：
零件结构又比较简单，生产类型为中批生产，故选择锻模锻造毛坯。
查《机械制造工艺设计简明手册》第41页表2.2-5,选用铸锻件尺寸公差等级为CT-10。
2.2、确定锻件加工余量及形状：
查《机械制造工艺设计简明手册》第41页表2.2-5，选用加工余量为MA-H级，并查表2.2-4确定各个加工面的锻件机械加工余量，如下表所示：
简图
基本尺寸
加工余量
说明
30
2.2
双侧加工
35
2.2
双侧加工
40
2.0
双侧加工
M6
/
双侧加工
三、工艺规程设计
3.1选择定位基准：
1粗基准的选择：
作为粗基准的表面应平整，没有飞边、毛刺或其他表面缺欠。
该工件选择φ40外圆面和左端面作为粗基准。
采用左端面作粗基准加工右端面，可以为后续工序准备好精基准
2精基准的选择：
考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合”原则和“基准统一”原则，以粗加工后φ30的轴线为主要的定位精基准，采用小弯板为辅助的定位精基准。
3.2制定工艺路线:
生产过程是指将原材料转变为成品的全过程。
它包括原材料的准备、运输和保存，生产的准备，毛坯的制造，毛坯经过加工、热处理而成为零件，零件、部件经装配成为产品，机械的质量检查及其运行试验、调试，机械的油漆与包装等。
工艺过程是指在生产过程中，通过改变生产对象的形状、相互位置和性质等，使其成为成品或半成品的过程。
机械产品的工艺过程又可分为铸造、锻造、冲压、焊接、机械加工、热处理、装配、涂装等工艺过程。
其中与原材料变为成品直接有关的过程，称为直接生产过程，是生产过程的主要部分。
而与原材料变为产品间接有关的过程，如生产准备、运输、保管、机床与工艺装备的维修等，称为辅助生产。
由于零件加工表面的多样性、生产设备和加工手段的加工范围的局限性、零件精度要求及产量的不同，通常零件的加工过程是由若干个顺次排列的工序组成的。
工序是加工过程的基本组成单元。
每一个工序又可分为一个或若干个安装、工位、工步或走刀。
毛坯依次通过这些工序而变成零件。
工序是一个或一组工人，在相同的工作地对同一个或同时对几个工件连续完成的那一部分工艺过程。
工序是组成工艺过程的基本单元，也是生产计划、成本核算的基本单元。
一个零件的加工过程需要包括哪些工序，由被加工零件的复杂程度、加工精度要求及其产量等因素决定
3.3表面加工方法的确定
根据零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能达到的经济精度，在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用万能性机床配以专用工卡具,并尽量使工序集中来提高生产率。
除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。
查《机械制造课程设计指导书》10页表1-6、1-7、1-8，选择零件的加工方法及工艺路线方案如下：
叉轴零件加工方案
加工项目
尺寸公差等级
粗糙度
加工方案
Φ30外圆
IT8
Ra1.6
粗车-半精车-粗磨
Φ35外圆
IT8
Ra1.6
粗车-半精车-粗磨
上下两端面
IT8
Ra3.2
粗铣-半精铣
Φ62孔
IT8
Ra1.6
粗镗-半精镗-精镗
Φ5孔
IT12
Ra12.5
钻
内螺纹M6
IT8
Ra3.2
攻螺纹
3.4加工阶段的划分
在粗加工阶段。
首先将精基准准备好，使后续工序都可以采用精基准定位加工，保证其他加工表面的精度要求；首先φ40圆面作为粗基准粗车右端面及φ30，然后以此圆轴线及端面为精基准加工其他面和孔。
在采用小弯板加工另一部分，以保证其形位公差之要求。
选用工序集中原则安排十字轴的加工工序。
该零件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，不但可以缩短辅助时间，而且由于与一次装夹中加工了许多表面，有利于保证各种加工表面之间的相对位置精度要求。
3.5工序顺序的安排
机械加工工序
（1）遵循“先基准后其他”原则，首先加工基准——φ30外圆轴线及端面。
（2）遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。
（3）遵循“先主后次”原则，先加工主要表面
（4）遵循“先面后孔”原则，先加工外圆面、端面，再加工孔，确定工艺路
3.6确定工艺路线
工序号
工序名称
机床装备
刀具
量具
1
下料
锻床
游标卡尺
2
粗车阶梯轴及端面
车床
车刀
游标卡尺
3
粗铣上下端面
铣床
面铣刀
游标卡尺
4
半精车阶梯轴及端面
车床
车刀
游标卡尺
5
半精铣上下端面
铣床
面铣刀
游标卡尺
6
钻孔
钻床
钻头
游标卡尺
7
粗镗孔、精镗孔
镗床
镗刀
游标卡尺
8
攻螺纹
丝锥
游标卡尺
10
磨
磨床
12
终检、清洗、入库
塞规、百分表、卡尺等
加工设备和工艺设备
1机床的选择：
采用CA6140普通车床、钻床。
磨床
2选择夹具：
该零件的生产纲领为大批生产，所以采用专用夹具。
3选择量具：
采用塞规.双用游标卡尺。
四.机械加工余量、工序尺寸及公差的确定
4.1钻铰φ8丝孔的工序尺寸
由表2-28课查得，精铰余量Z=0.2mm，加工等级为IT8，公差为0.015钻孔余量为Z钻=4.8mm，加工等级为IT12，公差为0.15。
钻攻M6螺纹孔加工工序的加工余量
项目
内容
精度等级
工序尺寸
粗糙度
工序余量
公差
M8螺纹孔
钻
IT12
Φ5
12.5
5
0.15
攻
IT8
M6
3.2
1
0.015
主轴转速的确定
4.1.1.钻Φ5丝孔，以φ62轴线为基准。
刀具：
钻头直径为5mm的高速钢钻头，丝锥直径为6mm。
机床：
CA6140
4.2.2钻孔工步
⑴背刀吃量аp的选择
粗加工时根据加工余量和工艺系统刚度确定аp=5mm。
⑵进给量的确定由表5-22，选取该工步得进量f=0.1mm/r。
⑶切削速度的计算由表5-31，按工件材料为铸铁的条件选取，切削速度v=20m/min选取。
由公式n=1000v/
d可求得该工序钻头钻速n=1326r/min,参照表4-9
所列CA6140得主轴转速，取转速n=1360r/min。
再将此转速代入公式v=n
d/1000=20.5m/min。
4.3时间定额的计算：
工序6：
钻Φ5光孔
钻孔工步
根据表5-51，钻孔的基本时间可由公式
求得。
;f=0.1mm/r;n=1360r/min。
则该工步的基本时间t=（22+2.4+2）/0.1mm/rx1360r/min=10.8s
攻螺纹工步
根据表5-41，铰孔基本时间可由公式t=L*i/fn=（LP+l1）*i/fn,LP=（D-d）/2*tankr,kr=15°，l1=1mm，f=1mm/r，n=195r/min则该工步的基本时间t=20s。
辅助时间的计算tf
辅助时间tf基本时间t之间的关系为tf=（0.15-0.2）t
钻孔辅助时间tf=0.2×10.8=2.2s
铰孔辅助时间tf=0.2×20=4s
4.4其它时间计算
除了作业时间以外，每道工序的单件时间还包括布置工作时间、休息与生理需要时间和准备与终结时间。
由于该设计的生产类型为大批量生产，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%，休息与生理时间tx是作业时间的2%-4%，本设计均取3%，则工序的其他时间（tb+tx）可按关系式（3%+3%）×（tf+t）计算。
工序6的其他时间：
tb+tx=6%×（10.8s+20s+4s）=2s
单件计算时间td=2s+10.8s+20s+4s=36.8s。
五、夹具设计
为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。
并设计工序7——钻φ5通孔的夹具。
本夹具将用于Z525立式钻床，刀具为高速钢麻花钻。
5.1夹具选择
夹具是一种能够使工件按一定的技术要求准确定位和牢固夹紧的工艺装备，它广泛地运用于机械加工，检测和装配等整个工艺过程中。
在现代化的机械和仪器的制造业中，提高加工精度和生产率，降低制造成本，一直都是生产厂家所追求的目标。
正确地设计并合理的使用夹具，是保证加工质量和提高生产率，从而降低生产成本的重要技术环节之一。
同时也扩大各种机床使用范围必不可少重要手段。
5.1.1问题的提出
本夹具主要用来钻φ5孔，该孔为通孔，没有技术要求，在本工序加工时还应考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度，而其位置尺寸为自由公差，精度不是主要问题。
5.1.2夹具设计
1、定位基准选择
由零件图可知，6×φ6孔，没有技术要求，为使定位误差为零，应该选择轴线为定位基准保证该角度。
为了提高加工效率，现决定采用手动夹紧工件快换装置，
2、切削力及夹紧力计算
刀具：
硬质合金麻花钻，d=5mm。
由实际加工的经验可知,钻削时的主要切削力为钻头的切削方向,即垂直于工作台,查《切削手册》表2.3，切削力计算公式为：
其中：
，
，
，，d=5mm。
，
，
与加工材料有关,取0.94；
与刀具刃磨形状有关,取1.33；
与刀具磨钝标准有关,取1.0，则：
5.2、定位误差分析
（1）定位元件尺寸及公差的确定。
夹具的主要定位元件为两组定位块，这两组定位孔的尺寸与公差规定为与本零件在工作时与其相匹配轴的尺寸与公差相同，。
此外，这六定位销共同保证加工孔，
5.3、夹具设计及操作的简要说明
如前所述，在设计夹具时，应该考虑提高劳动生产率。
为此，设计采用了快换装置。
拆卸时，松开夹紧螺母1~2扣，取下打孔模版，实现工件的快换。
攻螺纹时，松开压紧螺母即可替换可换钻套，进行攻螺纹加工。
夹具图工作原理图:
六．设计小结
在这次的产品典型实训中我受益匪浅，首先我们的指导老师陈锦江知识渊博，同学们也都热情帮助，让我在知识面上得到了极大的丰富，其次，我原来的性格不是很严谨，可是我们的指导老师却是在设计上
一丝不苟，在潜移默化中，我也变得严谨了，想问题更加全面了。
设计的工作是辛苦与快乐共存的，每天早上到晚上繁忙的工作磨练了我们的意志，培养了我们的耐心，在我们的团结协作下，设计工作完成了。
这时候的我们是喜悦的，努力没有白费，成果极大增强了我们的信心，使我们更加的相信自己。
此次产品典型实训是一次重要的实践过程，我们大学所学的知识可以在训练中有效的利用，我们可以用到材料力学、理论力学、机械原理、画法几何、机械制图、互换性原理等等很多的知识。
这是我们大学很重要的一个总结阶段，使我们认识到了大学知识的重要性，也让我们对机械产生了很浓厚的兴趣。
过程是辛苦的，但这次经验是我们宝贵的财富，为我们以后的机械设计加工工作打开了一扇门。
机械也是一门艺术，我们应该认真的思考，以严谨的态度对待。
这次实训让我受益匪浅，老师对我的教诲是正确以及恳切的我应该对以后的学习更加的认真，学好专业知识，为机械的工作做好准备。
我相信此次的训练必将会给我今后的学习工作带来很大的帮助。
燕山大学
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
共页
第页
材料牌号
毛坯种类
毛坯外形尺寸
每毛坯件数
每台件数
备注
序号
工序名称
工序内容
车间
工段
设备
工艺装备
工时（秒）
夹具
刀具
量具
准终
单件
1
下料
2
车
车端面,粗车两端阶梯轴，阶梯轴对应直径分别为
，
机加
CA6140
三爪卡盘，16×25，游标卡尺
34.8
3
铣
粗铣两端端面，端面间厚度为41mm
机加
X5225
专用夹具，面铣刀D=100，d=32，Z=5；游标卡尺
42.0
4
车
半精车两端阶梯轴，对应直径到
，
，长度分别为19mm，17.5mm，对倒角。
砂光
轴
机加
CA6140
三爪卡盘，16×25，游标卡尺
27.6
5
铣
半精铣两端面，端面间的厚度为40mm，保证圆跳动，对称度
机加
X5225
专用夹具，面铣刀D=100，d=32，Z=10；游标卡尺，百分表
140.4
6
钻孔
钻Φ30孔以及6-Φ5通孔
机加
Z525
虎钳
57.0
7
镗
粗镗孔至
，半精镗至Φ61.9精镗至
机加
T616
专用夹具
51.6
8
攻
攻螺纹6-M6
机加
9
磨
粗磨两端
轴段到
精磨两端
轴段到
。
机加
M115W
专用夹具
10.8
10
清洗
检验
入库
设计
日期
审核
日期
会签
日期
燕山大学
机械加工工序卡片
产品型号
零件图号
产品名称
零件名称
共页
第页
车间
工序号
工序名称
材料牌号
机加工
6
钻孔
45
毛坯种类
毛坯外形尺寸
每毛坯件数
每台件数
锻件
1
1
设备名称
设备型号
设备编号
同时加工件数
钻床
Z525
1
夹具编号
夹具名称
切削液
专用夹具
乳化液
工位器具编号
工位器具名称
工序工时（秒）
准终
单件
工步号
工步内容
工艺设备
主轴转速
切削速度
进给量
切削深度
进给次数
工步工时（秒）
r/min
m/min
mm/r
mm
机动
辅助
1
钻Φ5通孔
Z525钻床、游标卡尺、专用夹具
1326
20
0.1
10
100
10.8
24
2
钻Φ5通孔
Z525钻床、游标卡尺、专用夹具
1326
20
0.1
10
100
10.8
24
3
钻Φ5通孔
Z525钻床、游标卡尺、专用夹具
1326
20
0.1
10
100
10.8
24
4
钻Φ5通孔
Z525钻床、游标卡尺、专用夹具
1326
20
0.1
10
100
10.8
24
5
钻Φ5通孔
Z525钻床、游标卡尺、专用夹具
1326
20
0.1
10
100
10.8
24
6
钻Φ5通孔
Z525钻床、游标卡尺、专用夹具
1326
20
0.1
10
100
10.8
24
设计
刘毅
日期
2012/12/31
审核
日期
会签
日期
七.参考文献
1、《机械制造技术基础》,曾志新,吕明主编,武汉理工大学出版社,2001年。
2、《机械制造工艺设计简明手册》,李益明主编,机械工业出版社,1993年。
3、《切削用量手册》,肖诗纲主编,机械工业出版社,1993年。
4、《金属切削机床夹具设计手册》上海柴油机厂工艺设备研究所编,机械工业出版社，1987年。
5、《机械制造工艺学》，王先奎主编，2006年。
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