设计C6163摇杆零件的机械加工工艺规程及工艺装备.docx
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设计C6163摇杆零件的机械加工工艺规程及工艺装备
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。
本次设计的零件是C6163摇杆。
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3个方面：
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。
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。
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。
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。
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。
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
C6163摇杆是C6163卧式车床上变速机构中的一零件，通过Ф16H8孔绕摇杆轴转动使拨叉拨动相应零件从而实现变速。
其功用比较简单，承载较小的间歇性冲击力和一定的滑动摩擦。
1.2零件的工艺分析
由零件图（附图1）知该零件的材料为球墨铸铁，它的力学性能接近与钢，并具有良好的减震性能和耐磨性能。
适宜制造该零件。
该零件上的主要加工表面有Ф32右端面、Ф16H8孔、Ф12H8孔槽
Ф32右端面相对于A基准有0.03mm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。
Ф16H8孔和Ф12H8孔是零件上两个较重要的配合表面，其制造公差为IT8，表面粗糙度值为3.2。
Ф16H8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。
Ф12H8孔较小相对于A基准有0.08mm的平行度公差，可采用钻、绞的加工方法来保证加工要求。
槽要求相对于A基准有0.08mm的对称度公差。
它的内侧为圆弧槽，因此可考虑使用专用圆弧槽铣刀或立铣刀加工。
即可以比较容易的保证加工要求又可以提高加工效率。
由参考文献[1]第2卷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。
2.确定毛胚，画毛胚图（附图2）
零件材料为球墨铸铁，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QT500-7。
零件的生产批量为大批量生产。
通过计算，该零件的质量约为0.42kg。
毛胚的铸造方法选用砂型铸造机器造型。
为消除残余应力，铸造后应安排人工时效处理。
由参考文献[1]第1卷表3.1-24查得该铸件的尺寸公差等级CT为8-12级。
加工余量等级MA为E-G级。
取CT为9级，MA为G级。
根据铸件浇铸位置的选定原则选择该铸件毛胚的分型面通过Ф32轴线和Ф25轴线的平面。
浇、冒口位置分别位于Ф32圆柱右端的上下位置。
根据参考文献[1]第一卷表3.1-33确定铸造拔模斜度为10根据参考文献[1]第一卷表3.1-27确定各加工表面的总余量如表2.1所示，由参考文献[1]第一卷表3.1-21可得铸件的主要尺寸及公差表2.2所示：
表2.1：
各加工表面总余量单位（mm）
加工表面
基本尺寸
加工余量等级
加工余量数值
说明
Ф32圆柱右端
14
G
2.5
侧面，单侧加工
零件左侧二搭子
14
G
2.5
侧面，单侧加工
表2.2：
毛胚主要尺寸及公差单位（mm）
主要面
零件尺寸
总余量
毛胚尺寸
公差值
Ф32圆柱右端到左侧二搭子
14
2.5+2.5
19
1.7
零件总长（最大轮廓尺寸）
160
\
160
2.5
Ф32圆柱与Ф25圆柱中心线的尺寸
62
\
62
2
Ф32圆柱左端到Ф25圆柱右端的尺寸
48
\
48
2
3.工艺规程设计
3.1定位基准的选择
3.1.1精基准的选择
根据零件图可知Ф12H8孔相对于Ф16H8孔轴线A基准有0.08mm的平行度公差要求。
槽相对于Ф16H8孔轴线所在平面有0.08mm的对称度要求，且R13凸台和R5圆弧槽的设计尺寸都是Ф16H8孔轴线。
因此结合精基准的选择原则选定Ф16H8孔轴线即A基准为定位精基准。
3.1.2粗基准的选择
由于A基准为精基准，根据基准先行原则应首先加工Ф32圆柱右端面，再加工Ф16H8孔底孔。
则选择Ф32轴线和左侧搭子平面为粗基准。
但考虑到左侧搭子平面现为待加工的毛胚面，定位误差大，为保证不加工表面与加工表面有正确的位置关系根据粗基准的选择原则改选Ф32轴线和10mm板左侧做为定位粗基准。
3.1.3确定初加工的定位方案
方案1：
用一个V型块卡住Ф32外圆再以两支承板靠住10mm板左侧并向支承板侧夹紧。
V型块限制了Ф32外圆径向的两个移动自由度，两支承板限制了径向的一转动自由度和轴向的移动自由度，与V型块共同作用限制了径向的另一转动自由度。
共限制了五个自由度。
方案2.用一V型块和一压板夹紧Ф32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Ф32径向的两个移动自由度。
两支承板限制Ф32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。
两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一侧多出两块压板。
装夹工件时需两次扳动夹紧螺母。
考虑到Ф25圆柱的存在已给加工造成不便，再加上这样复杂的夹具就更给操作者增加了难度。
方案2夹具结构简单装夹方便快捷只需一次动作。
由于是初加工，Ф32圆柱的刚性足够，可以施加较大的夹紧力，以确保夹紧牢靠。
综合比较两方案，选择方案2。
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
Ф32右端面
端面圆跳动公差0.03mm
粗车——半精车
Ф16H8孔
IT8级公差，表面粗糙度值为3.2
钻——半精镗——精镗
左侧二搭子
表面粗糙度值为6.3
粗车——半精车
Ф12H8孔
IT8级公差，表面粗糙度值为3.2
钻——绞
M6螺纹
螺距为1
钻——攻丝
槽
对称度公差值为0.08mm
铣
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
铸造
人工时效处理
10
车Ф32右端面
20
钻Ф16H8孔至Ф15
30
半精镗——精镗Ф16H8孔
40
车左边二搭子
50
钻——铰Ф12H8孔
60
钻M6螺纹孔底孔
70
攻M6螺纹孔
80
铣槽
90
检验
100
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。
Ф16H8孔的轴线作为重要的精基准，最好能使粗、精加工工序分开。
该工件形状不规则。
在卧式车床上镗孔时适合将工件固定在中托板上，刀具安装在主轴上。
这也要求粗、精加工工序分开进行。
因此把半精镗——精镗Ф16H8孔工序划分为两个工序。
Ф16H8孔和Ф12H8孔左右都要求倒1X45ｏ角。
应在精镗Ф16H8孔工序前和钻——铰Ф12H8孔后设置倒角工序。
一来可以保证后续加工不受毛刺的干扰，能正确定位。
二来可以保证工艺要求。
由于是大批量生产，钻——铰Ф12H8孔、钻M6螺纹孔底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。
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
铸造
人工时效处理
消除内应力
10
粗车、半精车Ф32右端面
保证搭子高度2mm
20
钻Ф16H8孔至Ф15
先面后孔
30
半精镗Ф16H8孔、倒左端孔口角
提高工艺基准精度，留精镗余量
40
Ф16右端孔口倒角、去毛刺
消除不利影响
50
精镗Ф16H8孔至尺寸
进行精加工
60
车左边二搭子
70
钻、铰Ф12H8孔，钻M6底孔
工序集中，提高效率
80
Ф12H8孔口倒角
90
攻M6螺纹孔
100
铣槽
110
检验
120
入库
3.3选择加工设备及刀具、夹具、量具
由于生产类型为大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。
由于该零件的外廓尺寸不大，精度要求也不特别高，故对机床的要求不高。
在选择机床时主要考虑机床的实用性和经济性。
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YG3X。
麻花钻、铣刀等刀具使用高速钢材料的。
由于该零件的生产批量为大批量生产，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。
根据工序内容及要求所选择的加工设备及刀夹量具如表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
10
C616卧式车床
硬质合金右偏端面车刀（纵向进刀，横向走刀）
车右端面夹具夹具（专用）
游标卡尺
20
Z5140A立式钻床
Ф15高速钢麻花钻
（GB/T6135.3-1996）
钻Ф15夹具（专用）
游标卡尺
30
C616卧式车床
硬质合金双刃内孔镗刀
半精镗夹具（专用）
游标卡尺
40
Z525立式钻床
900直柄锥面锪钻d=20
（GB/T4258-2004）
倒角夹具1（专用）
游标卡尺
50
C616卧式车床
硬质合金内孔镗刀
精镗夹具（专用）
游标卡尺、塞规
60
C616卧式车床
硬质合金端面车刀
车左端面夹具（专用）
专用量具
70
组合机床
高速钢钻铰复合刀具
Ф5高速钢麻花钻
（GB/T6135.2-1996）
组合机床夹具（专用）
塞规、游标卡尺
80
Z525立式钻床
90ｏ直柄锥面锪钻d=16
（GB/T4258-2004）
倒角夹具2（专用）
游标卡尺
90
S4006攻丝机
机用丝锥
（GB/T4258-2004）
攻丝夹具（专用）
螺纹塞规
100
XA5032立式升降台铣床
专用立铣刀
铣槽夹具（专用）
游标卡尺、高度游标尺
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：
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：
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
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
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C616卧式车床的实际情况所选进给量可用。
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：
（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C616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。
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。
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
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
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
（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）。
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。
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。
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。
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。
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
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
1/30
0.002
卸下工件
0.05
1
0.05
辅助时间小计
Tf=0.29
（3）作业时间
Tz=Tj+Tf=0.09+0.29=0.38min
（4）布置工作地、休息和生理需要时间
Tq=Tz×15.7%=0.38×21.8%=0.08min
（5）单件时间
Td=Tz+Tq=0.38+0.08=0.46min
4.4工序40：
Ф16右端孔口倒角、去毛刺
4.4.1确定切削用量
根据参考文献[1]第2卷表3.4-14取推荐切削速度V=22m/min,根据公式
得n=389r/min。
根据Z525立式钻床的实际转速取n=392r/min则V=22m/min,该工序采用手动进给，参考推荐值取f不大于0.18mm/r。
该工序消耗的功率很小，机床的输出功率一定能满足其加工要求。
故无须校核机床功率。
4.4.2时间定额计算
（1）机动时间
根据参考文献[3]表6.2-5确定倒角时的机动时间：
式中L1=1mmL2=2mmf=0.18mm/rn=392r/min
则Tj=0.04min。
（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4.4所示：
表4.4：
在立式钻床上加工的辅助时间单位/min
工序40
倒角
操作名称
每次需用时间
操作次数
用时
安装工件
0.02
1
0.02
刀具快速下降接近工件
0.02
1
0.02
刀具快速上升离开工件
0.01
1
0.01
卸下工件
0.01
1
0.01
辅助时间小计
Tf=0.06
（3）作业时间
Tz=Tj+Tf=0.04+0.06=0.1min
（4）布置工作地、休息和生理需要时间
Tq=Tz×15.7%=0.1×15.7%=0.02min
（5）单件时间
Td=Tz+Tq=0.
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