某端盖零件的机械加工工艺及工艺装备设计 机械设计制造工艺课程设计说明书.docx
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某端盖零件的机械加工工艺及工艺装备设计机械设计制造工艺课程设计说明书
西南交通大学峨眉校区
专业机械设计制造工艺及设备
班级
姓名
学号
指导教师
设计说明书封面
目录
目录1
设计任务书2
设计说明书3
一、零件的分析3
（一）产品的零件图分析3
（二）零件的结构工艺性分析3
二、毛坯的确定4
（一）确定毛坯类型4
（二）确定毛坯制造方法4
（三）确定毛坯表面加工余量及公差4
三、工艺规程的设计5
（一）选择定位基准5
（二）制定工艺路线5
（三）选择加工设备及刀、夹、量具7
（四）加工余量及工序尺寸的确定8
（五）填写工艺文件10
四、工艺装备设计10
附表12
加工工艺过程卡12
加工工序卡13
机械制造工艺课程设计任务书
学生姓名缪强班级08机制二班
一、设计题目：
某端盖零件的机械加工工艺及工艺装备设计
二、给定数据及要求：
1.产品零件图一张
2.生产条件：
3.生产批量：
大量生产
三、应完成任务
1.绘制产品零件图一张
2.绘制产品毛坯图一张
3.编制零件机械加工工艺规程一份
4.工艺装备结构设计装备图一张
5.工艺装备结构设计零件图2-3份
6.课程设计说明书一份
发题时间：
2011年12月16日
完成时间：
2012年2月28日
设计说明书
本次机械设计制造工艺课程设计是在学完了机械制造工艺学理论课和大部分专业课，并进行了金工实训的基础上进行的一个教育环节。
是对所学课程一次深入的综合性的复习，也是一次理论联系实际的适应性训练。
希望通过这次课程设计能锻炼自己的分析能力和解决问题的能力。
为以后的毕业设计及未来的从事的工作打下一个良好的基础。
由于能力所限，设计中尚有许多不足之处，希望各位老师给与指教。
一、零件的分析
零件图上的主要技术要求有：
1）铸件应消除内应力。
2）未注明铸造圆角为R2-R3
3）铸件表面不得有粘砂、裂纹等缺陷
4）允许有非聚集的孔眼存在，直径不大于5mm，深度不大于3mm，相距不小于30mm，整铸件上孔眼数不多于10个。
5）未注明倒角均为0.5*45.
6）所有螺孔90锥孔至螺纹外径。
7）去毛刺，锐边倒钝
8）同一加工平面上允许有直径不大于3mm，深度不大于15mm。
总数不超过5个孔眼，两孔的间距不小于10mm，孔眼边距不小于3mm。
9）涂漆按jb/t5673-1991执行
10）材料45刚.
（一）产品的零件图分析
该零件是某比较普通的端盖类零件。
如图1所示。
图1
零件图上的技术要求有：
1.未注明表面粗糙度Ra12.5
2.硬度要求HB260～300（淬火：
860±5℃，保温60分钟，投入10%的NaCl溶液中冷却到室温高温回火：
615℃保温70分钟，空冷到室温。
）
（二）零件的结构工艺性分析
该零件是列车上运用普遍的一种销钉类零件，其材料是45钢。
表面硬度要求是HB260～300，说明该零件要求耐磨。
零件的主要加工面为外圆面、两端面、C面、D面和2×Φ16孔、2×Φ3孔。
C平面与轴心的平行度为0.1mm，并且与轴心所在水平面有斜度要求，这里需要借助工装达到要求。
退刀槽外端壁对C平面有0.05mm的垂直度要求。
二、毛坯的确定
（一）确定毛坯的类型
根据零件材料及其尺寸确定毛坯为钢锭
（二）确定毛坯的制造方法
零件的外轮廓可完全包容在一个直径50mm高234mm的圆柱内，所以选取一种直径稍微大于50mm的钢筋，然后通过下料切割就可以得到所需要的的毛坯。
（三）查有关手册确定毛坯表面加工余量及公差
根零件图上面的要求最大外圆柱的表面粗糙度为Ra3.2要通过精车才能达到要求，所以要留够足够的单边加工余量。
这里我们选取Φ60的钢筋通过下料得到的毛坯尺寸为：
直径Φ60，长250mm。
如图2所示：
图2
表1各加工表面总余量
加工表面
基本尺寸/mm
加工余量等级
加工余量数值/mm
说明
端面
234
8
单边余量
Φ50外圆柱面
Φ50
5
圆柱单边余量
Φ44外圆柱面
Φ44
3
以Φ50圆柱加工的单边余量
Φ42外圆柱面
Φ42
1
以Φ44圆柱加工的单边余量
Φ20外圆柱面
Φ20
11
以Φ42圆柱加工的单边余量
C面
35
3.5
基本尺寸延直径处的值
D面
35
3.5
三、工艺规程设计
（一）选择定位基准
该零件外圆柱面的加工类似于轴类零件的加工，所以采用车床加工。
由于毛坯选择的是普通的圆柱类，其非常适合于三爪卡盘装夹定位。
在粗加工中任选其中一端装夹，车外圆及其端面。
然后再以端面为基准依次加工不同直径的外圆。
D面用铣床加工，由于D面并没有什么特殊的要求，是非重要表面。
所以在精加工中可将其作为装夹表面而不用担心会在装夹时留下压痕从而影响零件的使用。
（二）制定工艺路线
确定各表面的加工方法主要是根据各表面加工要求和各种加工方法能达到的经济精度而定的。
如下所示。
Φ50外圆柱面：
粗车→精车；
Φ44外圆柱面：
粗车→精车；
Φ42外圆柱面：
粗车；
Φ20外圆柱面：
粗车；
D面：
粗铣；
C面：
粗铣→精铣；
2×Φ16孔：
钻孔；
2×Φ3孔：
钻孔；
在整个零件中Φ16孔的粗糙度要求是Ra25，而一般的钻孔一次性就可达到Ra20→Ra1.25，所以无需精加工，Φ3孔并没有要求也可一次加工成型。
该零件中最难加工的是C面，其不但有对中心轴的平行度要求还有自身的表面粗糙度要求及对轴平面的斜度要求。
要满足该斜度要求需要借助专用的带有类似于分度装置的夹具。
因为Φ16孔与轴线水平面（即C平面所要保持的一定斜度的参照面）在同一平面中，就可以选取Φ16孔作为D面的加工参照。
所以在该零件的加工中先加工Φ16孔，C平面的加工放在最后。
初步拟定加工工艺路线见表2。
表2初拟加工工艺路线
工序号
工序内容
下料
车端面，打中心孔
10
粗车Φ50外圆柱面（尺寸留精车余量）
20
粗车Φ44外圆柱面（尺寸留精车余量）
30
车Φ42外圆柱面
40
铣D平面
50
钻2×Φ16孔
60
钻2×Φ3孔
70
车Φ20外圆柱面
80
精车Φ50外圆柱面
90
精车Φ44外圆柱面
100
车靠中的槽
110
车两端的槽
120
倒角
130
粗铣C平面（尺寸留精铣余量）
140
精铣刀C平面
150
热处理
160
检验
170
入库
上述方案虽然遵循了工艺拟定的一般原则，但是其中某些工序可以经一步讨论。
比如粗车Φ42后直接上铣床铣D平面，然后再钻孔。
避免了机加工中在曲面上钻孔的做法。
但是后面用铣床和钻床加工后又从新回到车床上面进行Φ20外圆柱面的初加工，这样一来就进行了三次装夹，最终还是回到了前面的粗加工的工序上。
必然会因多次装夹增加误差。
然而后面140工序上铣床加工C平面和加工D平面，同样是铣平面。
但是不能像前面一样将两道工序集中起来。
虽然这样看似减少了装夹次数，工序集中了。
为生产节约了时间。
但是C平面是一个比较特殊的面，其参数要求比较复杂，不但有粗糙度要求，要精加工才得到。
还要求保证对轴线与孔的所在水平面有一定数值的斜度。
我们要利用先加工出来的孔作为定位参照。
然后制造专用的夹具来夹持后进行铣削加工。
这样一来就会大大的节约加工时间和方便加工制造，也保证了加工的精度。
其中粗车（精车）Φ50外圆柱面和粗车（精车）Φ40外圆柱面及车Φ42、Φ20都可以用同一把刀完成，可以将其由六道工序变为三道工序。
其中倒角也可合并在精车里面。
修改后的工艺路线见下表3
表3修改后加工工艺路线
工序号
工序内容
说明
下料
车端面，打中心孔
作基准面
10
粗车Φ50外圆柱面、粗车Φ44外圆柱面
尺寸留精车余量
20
车Φ42外圆柱面、车Φ20外圆柱面
Φ20余量较大多次走刀
30
精车Φ50、Φ44外圆柱面、倒角
40
车靠中的槽
优先保证有垂直度要求面
50
车两端的槽
用成型刀具加工
60
铣D平面
70
钻2×Φ16孔
作C面加工参照
80
钻2×Φ3孔
90
粗铣C平面
尺寸留精铣余量
100
精铣C平面
110
热处理
120
检验
130
入库
（三）选择加工设备及刀、夹、量具
由于生产类型大量生产，所以加工设备宜以通用机床为主，辅以少量的专用机床。
其生产方式为通用机床加专用夹具为主，辅以少量专用机床的流水线生产。
工件在各机床上的装卸及各机床间的传送均由人工完成。
1.粗车Φ50圆柱面。
由于是典型的圆柱面加工，我们采用CA6140车床。
夹紧工具用三爪卡盘。
量具用游标卡尺。
2.精车Φ50圆柱面。
任然采用我们采用CA6140车床。
夹紧工具用三爪卡盘。
量具用游标卡尺。
3.粗车Φ44圆柱面。
采用CA6140车床。
夹紧工具用三爪卡盘，量具用游标卡尺。
4.精车Φ40圆柱面。
采用CA6140车床。
夹紧工具用三爪卡盘，量具用游标卡尺。
5.车Φ42圆柱面。
采用CA6140车床。
夹紧工具用三爪卡盘，量具用游标卡尺。
6.车Φ20圆柱面。
采用CA6140车床。
夹紧工具用三爪卡盘，量具用游标卡尺。
7.车靠中的槽。
采用CA6140车床。
夹紧工具用三爪卡盘，量具用游标卡尺。
8.车两端的槽。
采用CA6140车床。
刀具采用专用的成型刀具，夹紧工具用三爪卡盘。
量具用游标卡尺。
9.钻Φ16孔。
选用摇臂钻床Z3025加工。
钻头选用Φ16的麻花钻，夹具用通用夹具，量具用游标卡尺。
10.钻Φ3孔。
任然选用摇臂钻床Z3025加工。
钻头选用Φ3的麻花钻，夹具用通用夹具，量具用游标卡尺。
11.铣D平面。
选用X52K立式铣床，专用铣夹具、专用检测工具。
铣刀直径Φ50㎜。
12.粗铣C平面。
任然选用X52K立式铣床，专用铣夹具、专用检测工具。
铣刀直径Φ50㎜。
13.精铣C平面。
任然选用X52K立式铣床，专用铣夹具、专用检测工具。
铣刀直径Φ50㎜。
（四）加工余量及工序尺寸的确定
1.工序10到工序30（车外圆）
根据车圆柱表面的加工原则，并且该零件的最高要求粗糙度的为Ra3.2。
精加工表面留加工余量0.5mm即可满足。
Φ50圆柱面的单边余量为4.5mm可分两次走刀完成。
在粗加工Φ50后的基础上加工Φ44，其单边余量为3.5mm，同样留0.5mm的精加工余量，粗加工一次走刀切深3mm完成。
在粗加工Φ44后的基础上加工Φ42，其单边余量为1.5mm，该表面没有单独的精度要求按照技术要求中其余Ra12.5加工，粗加工就可以达到该要求，所以一次加工完成。
切削深度即为单边余量1.5mm。
在粗加工Φ42后的基础上加工Φ20，其单边余量为11mm。
本次加工中由于加工余量比较大，要多次走刀才能完成，遵循初次车削切削深度大的原则采用三次完成。
分别切削深度为5mm、3mm、3mm。
2.工序40及工序50
工序40是在前面加工得到的Φ42圆柱面上加工的，单边余量为5mm，分两次走刀完成，第一次3mm，第二次2mm。
值得注意的是该槽才靠端面有垂直度要求。
工序50是在前面加工得到的Φ20圆柱面上加工的，单边余量为2m。
由于这里的槽是一个圆弧形的，所以要使用成型刀具加工。
3.工序60到工序80
D平面的的加工实际上是在两个圆柱面上进行的，分别是Φ44圆柱面和Φ42圆柱面。
在Φ44圆柱面上的单边加工余量要大一些为4.5mm，Φ42圆柱面的单边加工余量为3.5mm。
综上分1次走刀完成加工，以大余量为准切削深度4.5mm。
2×Φ16孔的粗糙度要求为Ra25，一般的钻孔一次性就可达到Ra20→Ra1.25，所以无需精加工，Φ3孔并没有要求也可一次加工成型。
在钻孔中主要是能保证Φ16孔的轴通过整个零件的轴心即可，这里也是为后面保证C平面的斜度做准备。
4.工序90粗铣C平面及工序100精铣C平面
参考《机械制造工艺课程设计指导书》中附表6的平面加工余量，得精加工余量ZC精为1㎜。
已知C平面的总余量为3.5㎜。
故粗加工余量Zc粗=3.5-1=2.5㎜。
如图3所示，精铣面工序中是以Φ16孔定位，空所在平面与C平面的交线距离即为设计尺寸35±0.1，单边即为X2=17.5±0.05㎜,则粗铣C平面的工序尺寸X1=18.5±0.05㎜
图3
参考该书中附表7，得粗加工公差等级为IT11～14。
取IT=11，其公差T=0.16㎜，所以X1=18.5±0.08㎜。
校核精铣余量Z：
Zmin=X1min-X2man
=（18.5-0.16）-（17.5+0.05）
=0.79（㎜）
余量足够。
参考该书附表8，取粗铣的每齿进给量fz=0.2㎜/z；取精铣的每转进给量f=0㎜/r，粗铣走刀1次，ap=2.5㎜；精铣走刀1次，ap=1㎜。
参考该书附表9，取粗铣的主轴转速为300r/min，取精铣的主轴转速为600r/min。
之前已选定的铣刀直径D为Φ50㎜，故相应的切削速度分别为
校核机床功率（一般只校核粗加工工序）：
参考文献，得切削功率P为：
取z=10个齿，n=
ae=35mm，ap=2.5㎜，fz=0.2㎜/z，kpm=1；带入上式得：
≈2.172KW
由文献查得机床的功率为7.5KW，机床的传动效率一般0.75～0.85，若取效率为o.75，则：
7.5×0.75=5.625KW﹥2.172KW
所以功率满足要求!
（五）填写工艺文件
工艺文件详见机械加工工艺过程卡和机械加工工序
四、工艺装备设计
在该零件的加工过程当中，前面的圆柱面、切槽、倒角是在车床上完成的，所用的装夹装备由加工轴类零件常用的三抓卡盘即可。
在后面的D平面和孔的加工使用通用的铣钻夹具即可完成。
只有在铣削C平面的时候，由于其特殊性，需要设计专门的夹具来加工。
1.确定设计方案
本道工序中主要是对C平面的加工，平面的加工一般用铣刀加工即可。
在给定的参数中，过孔Φ16的垂直面上的尺寸要求是35±0.1㎜。
并且对孔Φ16所在的平面有斜度要求。
综上要求来看，基本尺寸要求较容易实现，但是在要满足斜度要求就必须有相应的类似于分度装置。
具体的设计将围绕这方面进行。
将工件放置于两个Φ42的半圆形槽里面，由零件的结构图上可以看出，C平面和D平面并没有在Φ42的圆柱面上相交也就是说Φ42圆柱面任然有部分保持曲面。
在把工件放置在半圆形槽里面的时候有两处是曲面接触的，在自由度上限制了其中部分。
现在工件只剩下在轴方向上的移动和围绕轴的转动。
所以需要加一个装置将其固定。
同时要满足Φ42孔所在平面与水平面成一定角度。
由于C平面是关于轴线对称的两个平面，在设计夹具中解决分度问题成了关键，这里有两个方案供参考。
图4
方案1：
工件放置于Φ42的半圆形槽上，用专用的夹紧装置夹紧，然后把Φ42的半圆形槽固定在一个分度装置上，分度上面设置两个特定的卡位。
当转到其中一个位置时加工一面，加工好了之后再将其转到另外一个位置上加工对称的那一个面。
方案2：
任然是工件放置于Φ42的半圆形槽上，在Φ42半圆形槽的侧面开一个孔，孔的轴线必须和水平面成arctan0.1即C平面加工所要求的斜度。
再用一个螺钉穿过该孔以及工件的Φ16，使其同轴，这样加工其中一个面，当要加工对称的那一个面的时候将工件反转180°即可（工件是对称结构）。
如图4所示。
在以上的两个方案中，方案一的优点是只装夹一次，节省了装夹时间。
缺点是夹持工具太过复杂，还要用到分度装置。
增加了制造的复杂性，同时由于结构复杂，精度难以保证。
方案二中，缺点是加工一个零件需要两次装夹。
优点是起结构简单，制造容易，适合与大批生产。
考虑到，生产成本、操作、保养等诸多因数，所以我们最终决定选择方案二。
2.操作说明
工件放置于半圆槽中，螺钉穿过半圆槽壁上的孔，再穿过工件上Φ16孔，加工上面。
然后拔出螺钉，将工件翻转180°。
同第一次一样将螺钉穿过，加工对称的面。
夹具零件结构图如下图5所示：
图5
附表：
表4机械加工工艺过程卡
西南交大
机械加工工序卡片
产品型号
共1页
产品名称
第1页
零件图号
材料牌号
45钢
毛坯外形尺寸
Φ60×250
零件名称
毛坯种类
每台毛坯件数
工序号
工序名称
工序内容
车间
设备
工艺装备
备注
下料
金工
车端面，打中心孔
金工
CA6140
三爪卡盘
10
车
粗车Φ50外圆柱面
金工
CA6140
三爪卡盘
粗车Φ44外圆柱面
20
车
车Φ42外圆柱面
金工
CA6140
三爪卡盘
车Φ20外圆柱面
30
车
精车Φ50外圆柱面
金工
CA6140
三爪卡盘
精车Φ44外圆柱面
倒角
40
车
车靠中的槽
金工
CA6140
三爪卡盘
50
车
车两端的槽
金工
CA6140
三爪卡盘
60
铣
铣D平面
金工
X52K
专用夹具
70
钻
钻2×Φ16孔
金工
Z3025
专用夹具
80
钻
钻2×Φ3孔
金工
Z3025
专用夹具
90
铣
粗铣C平面
金工
X52K
专用夹具
100
铣
精铣刀C平面
金工
X52K
专用夹具
110
热处理
热处理
120
检验
检验
130
入库
140
设计（日期）
校对（日期）
审核（日期）
处数
更改文件号
签字
日期
表5机械加工工序卡片
（1）
西南交大
机械加工工艺卡片
产品型号
零件图号
共10页
产品名称
零件名称
第1页
车间
工序号
工序名称
材料牌号
金工
10
车外圆
45钢
毛坯种类
毛坯外形尺寸
每台毛坯可制件数
每台件数
钢锭
250×Φ60
1
设备名称
设备型号
设备编号
同时加工件数
车床
CA6140
1
夹具名称
夹具编号
切削液
三爪卡盘
工步号
工步内容
工艺装备
主轴转速/
切削速度/
进给量/
切削深度/mm
走刀次数
工步时间
机动
辅助
1
粗车Φ50
三爪卡盘
2
2.25
2
2
粗车Φ44
三爪卡盘
2
3
1
设计（日期）
校对（日起）
审核（日期）
处数
更改文件号
签字
日期
处数
更改文件号
签字
日期
表6机械加工工序卡片
（2）
西南交大
机械加工工艺卡片
产品型号
零件图号
共10页
产品名称
零件名称
第2页
车间
工序号
工序名称
材料牌号
金工
20
车外圆
45钢
毛坯种类
毛坯外形尺寸
每台毛坯可制件数
每台件数
钢柱
234×Φ51
1
设备名称
设备型号
设备编号
同时加工件数
车床
CA6140
1
夹具名称
夹具编号
切削液
三爪卡盘
工步号
工步内容
工艺装备
主轴转速/
切削速度/
进给量/
切削深度/mm
走刀次数
工步时间
机动
辅助
1
车Φ42
三爪卡盘
2
1.5
1
2
车Φ20
三爪卡盘
2
5/3/3
3
设计（日期）
校对（日起）
审核（日期）
处数
更改文件号
签字
日期
处数
更改文件号
签字
日期
表7机械加工工序卡片（3）
西南交大
机械加工工艺卡片
产品型号
零件图号
共10页
产品名称
零件名称
第3页
车间
工序号
工序名称
材料牌号
金工
30
精车外圆
45钢
毛坯种类
毛坯外形尺寸
每台毛坯可制件数
每台件数
钢柱
234×Φ51
设备名称
设备型号
设备编号
同时加工件数
车床
CA6140
1
夹具名称
夹具编号
切削液
三爪卡盘
工步号
工步内容
工艺装备
主轴转速/
切削速度/
进给量/
切削深度/mm
走刀次数
工步时间
机动
辅助
1
精车Φ50
三爪卡盘
0.5
0.5
1
2
精车Φ44
三爪卡盘
0.5
0.5
1
3
倒角
三爪卡盘
1
设计（日期）
校对（日起）
审核（日期）
处数
更改文件号
签字
日期
处数
更改文件号
签字
日期
表8机械加工工序卡片（4）
西南交大
机械加工工艺卡片
产品型号
零件图号
共10页
产品名称
零件名称
第4页
车间
工序号
工序名称
材料牌号
金工
40
切槽
45钢
毛坯种类
毛坯外形尺寸
每台毛坯可制件数
每台件数
234×Φ50
1
设备名称
升级会员 