机械制造工艺学课程设计设计挡环零件的机械加工艺规程（完整图纸）.doc

机械制造工艺学课程设计说明书设计题目 设计“挡环”零件 的机械加工艺规程(小批量生产)CAD图纸，工序卡，联系153893706设计者: 指导教师: 嘉兴学院2012年1月 目 录一、零件的分析11、零件的作用12、零件的形状13、具体尺寸、公差1二、零件的工艺分析2三、毛坯设计41、毛坯的选择42、确定机械加工余量、毛坯尺寸和公差43、确定机械加工余量54、确定毛坯尺寸55、设计毛坯图5四、选择加工方法，拟定工艺路线61、选择粗基准62、选择精基准63、机械加工工艺路线及工序设计7五、切削用量的选择和工时定额计算81、工序号4 粗车82、工序号4 粗车103、工序6及工序7精车124、工序8铣14六、夹具设计19七、设计心得22八、参考文献23序 言 本次课程设计是为了获得综合运用过去所学过的全部课程进行机械制造工艺及结构设计的基本能力，为以后做好毕业设计、走上工作岗位进行一次综合训练和准备。它要求学生全面地综合运用本课程及有关先修课程的理论和实践知识，进行零件加工工艺规程的设计和机床夹具的设计。其目的是：（1）培养学生综合运用机械制造工程原理课程及专业课程的理论知识，结合金工实习、生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决机械加工工艺问题，初步具备设计中等复杂程度零件工艺规程的能力。（2）培养学生能根据被加工零件的技术要求，运用夹具设计的基本原理和方法，学会拟订夹具设计方案，完成夹具结构设计，进一步提高结构设计能力。（3）培养学生熟悉并运用有关手册、图表、规范等有关技术资料的能力，进一步培养学生识图、制图、运算和编写技术文件的基本技能。（4）培养学生独立思考和独立工作的能力，为毕业后走向社会从事相关技术工作打下良好的基础。一、零件的分析1、零件的作用题目给出的零件是挡圈。它的主要作用是用来支撑、固定和传递力矩的。2、零件的形状从零件图上看，该零件是典型的零件，结构比较简单，对其的配合面要求较高。因其在工作中的工作平稳，故无须进行热处理。3、具体尺寸、公差如下图所示二、零件的工艺分析由零件图可知，其材料为HT200，该材料为灰铸铁，具有较高强度，耐磨性，耐热性及减振性，适用于承受较大应力和要求耐磨零件。此挡环共有7个加工表面，1个孔，另有一孔与左端面有公差及位置要求。现分述如下： 分析零件图可知，挡环一定位端车削平端面即可，但另一端有公差要求需进行铣削加工，另外，对于孔Ø6H7有较高要求。要采取必要的专业夹具定位措施以保证其表面精度。但这些加工精度可以在正常的生产条件下采用经济的方法保质保量地加工出来。外圆、端面和孔的加工可以通过通用车床、铣床和钻床保证其加工精度，而不需要使用高精度的机床，通过钻削、铣削、车削的加工就可以达到要求。其具体过程如下表：加工表面表面粗糙度精度等级尺寸/mm形位公差/mm80大端面Ra3.2 IT132470小端面Ra3.2IT1316左端面Ra3.2IT1240右端面Ra3.2IT1235内径50Ra3.2IT131550端面Ra3.2IT1225内径24Ra1.6IT7256孔Ra1.6IT7150.1A综上所述，该挡圈的各项技术要求制定较合理，符合其功用。三、毛坯设计1、毛坯的选择毛坯种类的选择决定与零件的实际作用，材料、形状、生产性质以及在生产中获得可能性，毛坯的制造方法主要有以下几种：1、型材2、铸造3、铸造4、焊接5、其他毛坯。根据零件的材料，推荐用型材或铸件，考虑到该挡圈零件为小尺寸铸件，件重量较轻，另外考虑到节约成本等因素最后查典型零件机械加工生产实例表2-3选择砂型铸造机器造型。 2、确定机械加工余量、毛坯尺寸和公差（1）求最大轮廓尺寸 根据零件图计算轮廓的尺寸，得出铸件尺寸如下： 挡圈（铸件）尺寸 /mm零件尺寸单面加工余量铸件尺寸Ø802.5Ø 85402.545Ø502Ø 4615312Ø242Ø 20（2）选择铸件公差等级查实用机械加工工艺手册，铸造方法按砂型铸造机器造型，铸件材料按灰铸铁，生产类型为中批量生产得铸件公差等级为IT712级取为9级。（3）求机械加工余量等级查手册铸造方法按砂型铸造机器造型、铸件材料为HT200得机械加工余量等级为G级。3、确定机械加工余量 根据铸件质量、零件表面粗糙度、形状复杂程度，取铸件加工表面的单边余量为2.5mm。4、确定毛坯尺寸上面查得的加工余量适用于机械加工表面粗糙度Ra1.6 。分析本零件，加工表面Ra1.6 ，因此这些表面的毛坯尺寸只需将零件的尺寸加上所查的余量即可。（由于有的表面只需粗加工，这时可取所查数据的小值）生产类型为大批量，可采用两箱砂型铸造毛坯。由于所有孔无需铸造出来，故不需要安放型心。此外，为消除残余应力，铸造后应安排人工进行时效处理。5、设计毛坯图四、选择加工方法，拟定工艺路线1、选择粗基准基面选择是工艺规程设计中的重要设计之一，基面的选择正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得到提高。否则，加工工艺过程会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法进行。作为粗基准的表面应平整，无飞边、毛刺等。故可选择挡圈80为粗基准。2、选择精基准精基准的选择主要考虑基准重合的问题。选择加工表面的设计基准为定位基准，称为基准重合的原则。采用基准重合原则可以避免由定位基准与设计基准不重合引起的基准不重合误差，零件的尺寸精度和位置精度能可靠的得以保证。分析挡圈零件的零件图可得，零件的设计基准为挡圈左端面和24H7孔。为了遵循“基准统一”原则，故选用挡圈左端面和24H7孔作为精基准。3、机械加工工艺路线及工序设计：机械加工工艺路线及工序表工序号工序名称工序内容工艺装备刀具1铸造铸造2清砂清砂专用设备3热处理人工时效处理4粗车夹工件右端外圆，车端面，保证总长为43；照顾铸件壁厚均匀，车内径50为48，深至14.5；车24H7为23.5。CA6140三爪自定心卡盘YG65粗车调头，以内径定位装夹工件，外圆找正，车外工件外圆为80，再车外圆70至71，保证80长至25.5。CA6140三爪自定心卡盘YG66精车夹工件右端外圆，车内径至尺寸50mm，深至尺寸15+0.1/0，车内径至尺寸24H7。CA6140三爪自定心卡盘YG37精车精车 调头，以内径定位装夹工件，车外圆70，尺寸80，长至。CA6140三爪自定心卡盘YG38铣以左端面及80为定位粗铣右端面至40.5，再精铣至尺寸。X6132专用工装圆柱形铣刀YT159钻用专业夹具钻孔6H7使尺寸达到5.6，再精铰孔6H7使尺寸达到6H7保证孔线距左端为±10mm。 Z525专用夹具莫氏直柄麻花钻、直柄机用铰刀10钳倒尖角，去毛刺。锉刀11检验按图样检验工件各部尺寸精度。12入库涂油入库。五、切削用量的选择和工时定额计算切削速度、进给量和切削深度三者称为切削用量。它们是影响工件加工质量和生产效率的重要因素。1、工序号4 粗车（1） 选择机床 CA6140，三爪自定心卡盘（2）选择刀具 选择YG6车刀 根据书目【4】表1.1，由于CA6140车床的中心高200（表1.31），故选刀杆尺寸BH=1625，刀片厚度4.5 根据书目【4】表1.2，粗车带外皮的铸件毛坯，选择YG6牌号硬质合金车刀 车刀几何形状 根据书目【4】 表1.3，选择选择卷屑槽带倒棱前刀面，（3）选择切削用量 确定切削深度 粗车车端面由于粗加工余量仅为2，可在一次走刀内切完，故=2粗车内径50为48，可在一次走刀内切完，故粗车车端面=2粗车24H7为23.5，可在一次走刀内切完，故=1.75 确定进给量f 根据书目【4】表1.4，f=0.50.9 /r,按CA6140车床说明书，选择f=0.6/r 确定的进给量尚需满足车床进给机构强度的要求，故需进行校验。根据CA6140车床说明书， CA6140 机床进给机构允许的进给力粗车车端面max = 1286N 、粗车内径50为48max = 1286N、粗车24H7为1125N。根据书目【4】表1.21，当铸铁的强度 ， 2.4，f1.8 /r，m/min（预计）时，进给力为粗车车端面、粗车内径50为48、粗车24H7为23.5。 根据表1.29-2，切削时的修正系数为，故实际进给力为 粗车车端面、粗车内径50为48、粗车24H7为，由于 F f Fmax，故所选的f=0.6/r可用。 选择车刀磨钝标准及寿命 由书目【4】表1.9，车刀后刀面最大磨损量取为 1mm，可转位车刀耐用度 T = 60 min 确定切削速度 根据书目【6】表5-2，则粗车端面、粗车内径50为48、粗车24H7为， 根据 CA6140车床说明书，选择粗车端面、粗车内径50为48 、粗车24H7为，则实际切削速度为粗车端面、，车内径50为48、粗车24H7为 校验机床功率 切削功率的修正系数为，故 粗车端面kW、车内径50为48、粗车24H7为,根据CA6140车床说明书， 车床主电动机功率，故所选 之切削用量可在CA6140车床上进行（4）计算基本工时 ，式中，粗车车端面粗车内径50 粗车24H7为根据书目【4】表1.26，车削时的入切量及超切量，粗车车端面 、粗车内径50为48 、粗车24H7为综上：粗车车端面 =2，f=0.6/r，=57/min，n=200r/min 粗车内径50为48 =2，f=0.6/r，=60/min，n=400r/min 粗车24H7为=1.75，f=0.6/r，=57/min，n=770r/min2、工序号4 粗车（2） 选择机床 CA6140，三爪自定心卡盘（2）选择刀具 选择YG6车刀 根据书目【4】表1.1，由于CA6140车床的中心高200（表1.31），故选刀杆尺寸BH=1625，刀片厚度4.5 根据书目【4】表1.2，粗车带外皮的铸件毛坯，选择YG6牌号硬质合金车刀 车刀几何形状 根据书目【4】 表1.3，选择选择卷屑槽带倒棱前刀面，（3）选择切削用量 确定切削深度 粗车车外工件外圆为80，可在一次走刀内切完，故F =2.5。粗车外圆70，可在一次走刀内切完，故粗车车端面 F=2.5。 确定进给量f 根据书目【4】表1.4，f=0.50.9 /r,按CA6140车床说明书，选择f=0.6/r 确定的进给量尚需满足车床进给机构强度的要求，故需进行校验。根据CA6140车床说明书， CA6140 机床进给机构允许的进给力粗车车外工件外圆为80max = 1608N 、粗车外圆70 max = 1608N。根据书目【4】表1.21，当铸铁的强度 ， 2.4，f1.8 /r，m/min（预计）时，进给力为粗车车外工件外圆为80、粗车外圆70为48。 根据表1.29-2，切削时的修正系数为，故实际进给力为 粗车车外工件外圆为80 、粗车外圆70，由于 F f Fmax，故所选的f=0.6/r可用。 选择车刀磨钝标准及寿命 由书目【4】表1.9，车刀后刀面最大磨损量取为 1mm，可转位车刀耐用度 T = 60 min 确定切削速度 根据书目【6】表5-2，则粗车车外工件外圆为80、粗车外圆70 根据 CA6140车床说明书，选择粗车外工件外圆为80、粗车外圆70 ，则实际切削速度为粗车车外工件外圆为80，粗车外圆70 校验机床功率 切削功率的修正系数为，故 粗车外工件外圆为80kW、粗车外圆70,根据CA6140车床说明书， 车床主电动机功率，故所选 之切削用量可在CA6140车床上进行（4）计算基本工时 ，式中，粗车外工件外圆为80粗车外圆70 根据书目【4】表1.26，车削时的入切量及超切量，粗车外工件外圆为80 、粗车外圆70 、结果：粗车车外工件外圆为80 =2.5，f=0.6/r，=63/min，n=250r/min 粗车外圆70 =2.5，f=0.6/r，=55/min，n=250r/min 3、工序6及工序7精车 （1） 选择刀具 车道形状、刀杆尺寸及刀片厚度均与粗车相同。半精车的刀片牌号为YG3，车刀几何形状为 ， ，（2） 选择切削用量 确定切削深度 车内径至尺寸50mm =1车内径至尺寸24H7 =0.25车外圆70 =0.5 确定进给量f 半精加工进给量主要受加工表面粗糙度的限制。根据书目【4】表1.6，当表面的粗糙度为 。根据CA6140车床说明书， 选择 选择车刀磨钝标准及寿命 由书目【4】表1.9，车刀后刀面最大磨损量取为 0.4mm，可转位车刀耐用度 T = 60 min 确定切削速度 根据书目【4】表1.10，YG3牌号硬质合金车刀加工钢材，1.4， f0.38/r，m/min.切削速度的修正系数均为1.0，故=86m/min.则 车内径至尺寸50mm n=547 r/min，根据CA6140车床说明书，选择n=560r/min、车内径至尺寸24H7 n=1141 r/min、，根据CA6140车床说明书，选择n=1140r/min、车外圆70 n=391 r/min，根据CA6140车床说明书，选择n=400r/min. 实际切削速度为 车内径至尺寸50mm 、车内径至尺寸24H7 、车外圆70 校验机床功率 根据书目【4】表1.24， 2.0，f0.3/r， 86m/min，车内径至尺寸50mm kW、车内径至尺寸24H7 kW、车外圆70 kW. 根据CA6140车床说明书，车床主电动机功率，故所选之切削用量可在CA6140车床上进行综上: 车内径至尺寸50mm =1，f=0.3/r，=88m/min，n=560r/min 车内径至尺寸24H7 =0.25，f=0.3/r，=86m/min，n=1140r/min 车外圆70 =0.5，f=0.3/r，=88m/min，n=400r/min（3） 计算基本工时 ，式中，车内径至尺寸50mm 、车内径至尺寸24H7、根据书目【4】表1.26，车内径至尺寸50mm 、车内径至尺寸24H7、车外圆704、工序8铣粗铣40.5（选择机床X6132, =14kw, ）1.选择刀具（1）根据切削用量简明手册表1.2选择YT15硬质合金刀片。根据切削用量简明手手册表3.1 时，端铣刀直径，但YT15最小直径为100mm，所以取，查切削用量简明手册表3.15知z=5（2）铣刀形状 查切削用量简明手册表3.2，由于，故选择2.选择切削用量（1）铣削深度 （2）决定每齿进给量 采用对称端铣以提高效率。查切削用量简明手册表3.5，=0.120.18mm/z,因采用不对称端铣，=0.18mm/z。（3）选择铣刀磨钝标准及刀具寿命查切削用量简明手册表3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为1.01.2，取1.2，查切削用量简明手册表3.8，由于，故刀具寿命T=180min。（4）决定切削速度及每分钟进给量查切削用量简明手册表3.15，当，z=5，0.18mm/z时，。各修正系数，故查机械制造工艺设计简明手册表4-2-47，取n=378r/min, =300mm/min(5)校验机床功率查切削用量简明手册表3.23，当时，故所选之切削用量可在XZ21.4铣床上进行。综上，=300mm/min，n=378r/min， ，（6）计算基本工时，式中，查切削用量简明手册表3.26，当，时，入切量及超切量，则， 精铣（选择机床X6132, =14kw, ）1.选择刀具（1）根据切削用量简明手册表1.2选择YT15硬质合金刀片。根据切削用量简明手手册表3.1 时，端铣刀直径，但YT15最小直径为100mm，所以取 ，查切削用量简明手册表3.15知z=5（2）铣刀形状 查切削用量简明手册表3.2，由于，故选择2.选择切削用量（1）铣削深度 （2）决定每齿进给量 采用对称端铣以提高效率。查切削用量简明手册表3.5，=0.120.18mm/z,因采用不对称端铣，=0.18mm/z。（3）选择铣刀磨钝标准及刀具寿命查切削用量简明手册表3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为0.30.5，取0.5，查切削用量简明手册表3.8，由于，故刀具寿命T=180min。（4）决定切削速度及每分钟进给量查切削用量简明手册表3.15，当，z=5，0.18mm/z时，。各修正系数，故查机械制造工艺设计简明手册表4-2-47，取n=378r/min, =300mm/min(5)校验机床功率查切削用量简明手册表3.23，当时，故所选之 切削用量可在X6132铣床上进行。综上，=300mm/min，n=378r/min， ，（6）计算基本工时 ，式中，l=2.5查切削用量简明手册表3.26，当，时，入切量及超切量， 则，工序5 加工通孔6H7机床：选用立式钻床Z525(1)钻孔刀具：高速钢莫氏锥柄麻花钻 直径51)背吃刀量的确定 取ap=0.32)进给量的确定 由典型零件机械加工生产实例表5-22，选取该工步的每转进给量f=0.2/r3)切削速度的计算 由典型零件机械加工生产实例表5-22，工件材料为45钢，切削速度v=18m/min。由公式（5-1）n=1000v/d=1000×18/(×18)=318.5r/min参照表4-9所列Z535型立式钻床的主轴转速，取转速n=400 r/min，由公式（5-1）可求得该工序的实际钻削速度v=nd/1000=400××18/1000=22.6m/min4)校核功率 由机械制造技术基础公式（2-4）Pc=Kc×ap×f×v/60000=2000×0.2×9×22.6/60000=1.36kw由典型零件机械加工生产实例表4-8可知Z535型立式钻床功率为4.5kw，取效率为0.8，则机床实际功率Pn=4.5×0.8=3.6kw>Pc5)单件时间定额的计算 时间定额=基本时间辅助时间布置工作地时间休息与生理需要时间准备与终结时间由于输出轴的生产类型为大批生产，分摊到每个工件上的准备与终结时间甚微，可忽略不计；辅助时间取基本时间的18%；布置工作地时间tb取作业时间的5%；休息与生理需要时间取作业时间的3%,则Tdj=tjtj×18%(tjtj×18%)×(3%5%)基本时间的计算由表5-41，基本时间tj=L/fn=(l+l1+l2)/fn，其中l=30，l2=0,l1=D/2×cotkr+1= 18/2×cot54+1=7.54；f=0.2/r；n=400 r/min。则tj=(30+7.54+2)/(0.2×400)=0.47min=28.16 sTdj=28.1628.16×18%(28.1628.16×18%)×(3%5%)=35.89s精铰孔刀具：硬质合金锥柄机用铰刀 材料YT15 直径51)背吃刀量的确定 取ap=0.06/2=0.022)进给量的确定 由机械制造技术基础课程设计指导课程表5-31，选取该工步的每转进给量f=0.4/r,参照表4-9所列Z535型立式钻床的实际进给量，取f=0.43/r.3)切削速度的计算 由机械制造技术基础课程设计指导课程表5-31，工件材料为45钢，切削速度v=6m/min。由公式（5-1）n=1000v/d=1000×6/(×19.94)=95.8r/min参照表4-9所列Z535型立式钻床的主轴转速，取转速n=100 r/min，由公式（5-1）可求得该工序的实际钻削速度v=nd/1000=100××20/1000=6.3m/min4)校核功率 由机械制造技术基础公式（2-4）Pc=Kc×ap×f×v/60000=2000×0.43×0.03×6.3/60000=0.02kw<Pn5)单件时间定额的计算Tdj=tjtj×18%(tjtj×18%)×(3%5%)基本时间的计算由表5-41，基本时间tj=L/fn=(l+l1+l2)/fn，其中l=30，取kr=15。查表5-42则l2=13,l1=0.19；f=0.43/r；n=100 r/min。则tj=(30+0.19+13)/(0.43×100)=1.00min=60.27 sTdj=60.2760.27×18%(60.2760.27×18%)×(3%5%)=76.81s六、夹具设计定位夹紧方案的确定：选择对孔的加工来设计专用夹具专用夹具定位元件为一个固定V形块和一个支撑板，共限制了5个自由度，定位面为75轴颈外圆和小头端面，定位基准即为轴心线；夹紧元件为一个活动V形块，采用螺柱螺母来提供夹紧力。定位误差分析：确定设计基准与定位基准 工件以外圆的圆柱面为定位面，在V形块上定位此时定位基准是外圆轴线。由零件图可知孔的设计基准亦为外圆轴线。确定定位误差 ，由于定位基准与设计基准重合，故，根据书目6表3-1，基准位移误差为 ，式中 一次同时加工5个孔，与5个孔相对应的角分别为 ，其定位误差分别为 切削力和夹紧力的计算：由机械加工工艺手册钻削、扩削、铰削加工表3.4-10，钻孔时，轴向力：；转矩：由机械加工工艺手册钻削、扩削、铰削加工表3.4-10：；由机械加工工艺手册钻削、扩削、铰削加工表3.4-11：所以 = =查金属切削机床夹具设计手册表3-21：为防止工件在切削扭矩的作用 下大打滑而转动所需的夹紧力 ，为防止工件在轴向力作用下打滑而轴向移动所需的夹紧力对：查金属切削机床夹具设计手册表3-19：取工件与V形块在圆周方向的摩擦系数：； 故 安全系数 K=,因一次同时加工2个孔，故所需 总夹紧力为，故单个螺母需要提供的夹紧力为单个螺栓所受拉力为： 查金属切削机床夹具设计手册表3-25，选择六角螺母，其尺寸规格为：GB/T 897-1988 M24，提供的夹紧力为，满足要求。查机械制图表，选取配套双头螺栓的代号为：GB/T 897-1988 M24X110.对于夹具轴向受力，由于工件底下有垫块支承，故V形块沿轴向方向受力（即）可忽略不计。校验螺栓许用夹紧力及夹紧扭矩：根据金属切削机床夹具设计手册表3-26，故符合要求校核螺钉强度：查机械设计表5-8：所以，。挤压强度条件为，故单个螺钉所受载荷为，由剪切条件，故选取螺钉为内六角螺钉，其尺寸规格为：GB/T 70.1-2000 M24X100.七、设计心得通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关机械设计方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。 过而能改，善莫大焉。在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。这次课程设计终于顺利完成了，在老师的指导下，终于顺利完成。在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可！ 我认为，在这学期的课程设计中，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，在设计课上，我们学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。这对于我们的将来也有很大的帮助。以后，不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，找寻有趣的事情，发现其中珍贵的事情。就像中国提倡的艰苦奋斗一样，我们都可以在实验结束之后变的更加成熟，会面对需要面对的事情。同时，再次感谢老师在本次课程设计过程中对我们遇到的各种问题的不耐其烦的指导和解答。八、参考文献主要参考资料：机械制造工艺学课程设计指导书赵家齐，哈尔滨工业大学机械制造技术基础倪小丹、杨继雄、雄运昌，清华大学出版社实用机械制造工艺设计手册王凡主编，机械工业出版社切削手册艾兴、诗纲主编，机械工业出版社典型零件机械加工生产实例 陈宏钧 方向明主编，机械工业出版社