柴油机上体机械制造工艺学课程设计说明书模板.doc

柴油机上体机械制造工艺学课程设计说明书

20
2020年4月19日
文档仅供参考

机电及自动化学院

《机械制造工艺学》课程设计说明书

设计题目：柴油机上体工艺规程
姓 名：朱贺贺
学 号：
班 级：机电（1）班
届 别：
指导教师：蹇崇军

年 7月

前言

《机械制造工艺学》课程设计是我们学完了机械制图、机械制造工艺学、工程材料、机械设计、CAD/CAM等专业基础课和主要专业课，又经过了机械设计课程设计之后，进行的又一次实践性环节，特别强调对机械制造工艺学和工程材料这两门课程的运用，同时也有对刀具和切屑的部分知识的综合，因此这是我们对以前所学各门课程的一次较为深入的综合总复习，同时还要对相关课外知识进行查阅和学习，也是一次对我们实际运用知识解决问题能力的练习。而且，这次课程设计同样也会用到以前的金工实习和认知实习的相关知识，也能够说这是对两次实习效果的一次检验。经过这次课程设计，将会巩固对机械加工工艺规程设计的理论知识，并初步学会自己完成制定简单零件加工工艺规程。
这次的工艺规程课程设计，我的题目是柴油机上体的工艺规程设计。它是一种箱体零件。希望经过对柴油机上体的加工工艺规程的设计，能够进一步学习《机械制造工艺学》并掌握简单零件的加工工艺设计。虽然这是大学以来的第二次课程设计，但毕竟还是第一次接触制造工艺设计，对知识掌握、熟悉程度以及综合运用还会存在问题，因此在设计中难免会有考虑不周全或错误的地方，这些也是第一次设计时常见的问题，希望老师多多批评和指正。

目录
1、任务介绍……………………………………………………1
2、柴油机上体工艺分析……………………………………1
3、柴油机上体工艺规程设计……………………………3
3.1、确定柴油机上体毛坯的制造形式…………………………3
3.2、基准选择……………………………………………………3
3.3、制定工艺路线………………………………………………3
3.4、加工余量、工序尺寸和毛坯尺寸的确定…………………6
3.5、各种机床与刀具选择………………………………………7
3.6、确定切屑用量………………………………………………8
3.7、基本工时的确定……………………………………………8
3.8、计算时间定额和提高生产率的工艺途径简介……………18
3.9、工艺方案的比较与技术经济分析…………………………19
4、小结…………………………………………………………19
5参考文献…………………………………………………… 20
6、附件…………………………………………………………20

1、任务介绍
本次《机械制造工艺学》课程设计我的题目是“柴油机上体工艺规程设计”。材料为合金铸铁，生产批量为中批量生产，其它要求及零件参数见机油泵二维零件图，要求设计该柴油机上体的机械加工工艺规程，具体要求内容为：
（1）根据生产类型，对零件进行工艺分析；
（2）选择毛坯种类及制造方法，绘制毛坯图；
（3）制订零件的机械加工工艺过程，选择工序加工设备及工艺装备，确定各工序切削用量及工序尺寸，并计算工序的工时定额；
（4）填写工艺文件；
（5）撰写设计说明书；

2、柴油机上体工艺分析
柴油机上体的材料是合金铸铁。根据《机械工程材料》等相关资料能够知道：合金铸铁铸造性能好，工艺简单，铸造应力小，易加工，需人工时效；流动性能好、体收缩和线收缩小；综合力学性能较高，耐热性较好；可承受较大的应力；主要用于强度、耐磨性要求较高的重要零件和要求气密性的铸件。用于加工要求较高的强度的重要结构零件。如代替45钢和40cr钢制造柴油机的曲轴、连杆及代替20CrMnTi钢制造变速齿轮等。
因此柴油机上体毛坯可选用铸件。
生产批量为中批量生产，故毛坯精度应为中等，加工余量中等；加工机床部分采用通用机床，部分采用专用机床；按零件分类，部分布置成流水线，部分布置成机群式；广泛采用专用夹具，可调夹具；按零件产量和精度，部分采用通用刀具和量具，部分采用专用刀具和量具；部分采用划线找正装夹，广泛采用通用或专用夹具装夹；有较详细的工艺规程，用工艺卡管理生产。
根据零件图可知，零件整体要求精度较高。其中需要半精镗以达到粗糙度要求（Ra3.2要求），而孔除了粗糙度要求之外还有形位公差要求孔与端面有垂直度要求，而有的孔除了与端面有垂直度要求之外还要求其轴线与其它孔轴线有为同轴度要求；端面粗糙度要求为Ra6.3，粗铣即可达到要求；孔口端面粗糙度也是Ra25，可是采用镗的方式加工；而下端面由于是配合端面且为定位基准，有较高的粗糙度要求（Ra3.2要求）及平面度形位公差。

3、柴油机上体工艺规程设计
3.1、确定柴油机上体毛坯的制造形式
根据柴油机上体材料（合金铸铁）具有铸造性能好，工艺简单，铸造应力小，易加工，需人工时效；流动性能好、体收缩和线收缩小；综合力学性能较高，耐热性较好；可承受较大的应力；主要用于强度、耐磨性要求较高的重要零件和要求气密性的铸件。为提高加工效率，尽量使毛坯和零件图接近，因此选择毛坯的制造形式为铸件形式。但孔较小故不铸出。
3.2、基准选择
根据零件图的要求以及定位基准的选择原则，对零件而言，尽可能选择不加工面为粗基准。而对有若干不加工表面的工件，选用要求相对位置精度较高的不加工表面作为粗基准；同时根据零件毛坯的形式，粗基准选择为下端面，即体盖结合面，加工上端面，再以上端面为基准加工下端面。
精基准的选择根据互为基准原则、基准重合原则和自为基准原则。
3.3、制定工艺路线
工艺路线1
根据零件的具体要求和各种加工方法所能够达到的精度和粗糙度能力，以及各种机床的加工特点，查阅和参考《机械制造工艺学》和《机械制造技术基础课程设计指南》等资料，可得到各加工面的加工方法（表1）和加工工艺工序安排（表2）：

表1 柴油机上体各加工面的加工方法
加工面
尺寸及偏差
精度
粗糙度
加工方案
上端面
54±0.2
11级
Ra6.3
粗铣 半精铣
下端面

无
Ra3.2
粗铣 半精铣 精铣
四周端面
12
无
Ra6.3
粗铣 半精铣
2×Φ6定位销孔
Φ6
H7
Ra3.2
钻 铰
4*Φ6孔
Φ6
无
Ra6.3
钻
6*Φ28孔
Φ28
无
Ra6.3
钻 粗镗
6*Φ25.6孔
Φ25.6
H11
Ra6.3
钻 粗镗 半精镗
6*M22*1.5螺纹

无
Ra6.3
钻 粗镗 半精镗 攻丝
6*Φ20孔
Φ20
无
Ra12.5
钻 粗镗
6*Φ26孔
Φ26
H11
Ra12.5
钻 粗镗
6*Φ16孔
Φ16
H8
Ra6.3
钻 扩 铰
6*Φ10.5孔
Φ10.5
无
Ra25
钻 锪
6*M6螺纹
Φ6
无
Ra6.3
钻 攻丝
Φ16.5孔
Φ16.5
无
Ra12.5
钻
2*M18*1.5螺纹
M18*1.5
无
Ra6.3
钻 攻丝
2*Φ22±0.2孔
Φ22±0.2
12级
Ra25
钻 粗镗
2*Φ11平面
Φ11
无
Ra12.5
锪
2*Φ5孔
Φ5
无
Ra12.5
钻
2*M6螺纹
M6
无
Ra12.5
钻 攻丝

表2 机油泵后盖加工工艺工序安排
工序号
工序内容
定位基准
01
粗铣上端面
下端面
02
粗铣、半精铣下端面
上端面

半精铣上端面
下端面

精铣下端面
上端面

粗铣右端面
下端面及左端面

粗铣、半精铣左端面
下端面及右端面

半精铣右端面
下端面及左端面

粗铣、半精铣前后端面
下端面及左端面

钻2*Φ6定位孔
下端面及左端面
铰2*Φ6定位孔
03
钻4*Φ6的孔

下端面及左端面
钻6*Φ15孔
倒角
04
粗镗孔Φ25 Φ20 Φ28 Φ19
下端面及Φ15孔
05
半精镗孔Φ25.6 Φ20.5 Φ20
下端面及Φ15孔
倒角
06
粗镗孔Φ26 Φ20
下端面及Φ20.5孔位

攻丝M22*1.5
下端面及Φ15孔
07
扩孔Φ15至Φ15.85
下端面及Φ25.6孔
铰孔Φ15.85至Φ16
08
钻Φ5孔
下端面及左端面
钻Φ10.5孔
锪Φ10.5孔
攻丝M6
09
钻Φ16.5孔
下端面及左端面
锪Φ22孔
攻丝M18*1.5
11
锪Φ22孔
下端面及左端面
攻丝M18*1.5
12
锪平面
下端面及左端面
钻Φ5孔
攻丝M6*16
14
清洗及终检

工艺路线2
工序号
工序名称
工 序 内 容
01
铸
铸造
02
清砂
清砂
03
热处理
时效处理（强度硬度提高，应力集中降低）
04
铣
以底面为定位基准，夹紧左右端面，粗铣半精铣顶面，而且保证尺寸mm，保证粗糙度为6.3um。（见图工序1）
05
铣
以顶面定位，夹紧左右俩端面，粗铣、半精铣、精铣底面，保证尺寸mm，保证粗糙度为3.2um。（见图工序2）
06
划线
划出俩定位销孔Φ6mm的加工位置
07
钻、铰
在上述划线位置钻Φ5.2mm的孔，然后铰至Φ6H7mm的精度，保证粗糙度为3.2um。（见图工序3）
08
铣
以底面和俩个销孔定位，夹紧顶面，粗铣、半精铣左右端面以及后端面，左右端面保证尺寸 mm ，后端面保证尺寸 27.5mm,保证粗糙度为6.3um。（见图工序4）
09
钻、锪、攻丝
以底面和俩个销孔定位，夹紧上端面，利用专用夹具夹紧，锪凸台平面，保证中心距底面尺寸为42.6mm，然后钻Φ5.2mm的孔深度20mm，最后攻丝攻出M6mm的螺纹孔，深度为10mm。（见图工序5）
10
钻、锪
以底面和俩个定位销定位，钻6*Φ15mm的通孔，然后一部分扩至螺纹孔M22mm的底孔Φ20.5mm。钻4*Φ9mm的通孔，然后用锪刀锪倒角。（见图工序6）
11
粗镗、半精镗、精镗
以底面和俩个定位销定位，夹紧上端面，粗镗Φ28mm孔，粗镗、半精镗Φ25.6H11mm的孔保证其下端面与底面的尺寸为mm；半精镗、精镗Φ15mm孔至Φmm，保证其孔的下端面和底面之间的距离为4mm；倒角。（见图工序7）
12
粗镗、半精镗、精镗
以底面和俩个定位销定位，夹紧顶面，粗镗半精镗Φmm与Φmm的阶梯孔，保证与底面的尺寸分别为4mm和3mm；粗镗半精镗精镗Φ20.5mm的孔，与底面的尺寸保证为mm。（见图工序8）
13
攻丝
以底面和俩个定位销定位，夹紧顶面，攻丝6*M22的螺纹孔（见图工序9）
14
钻
以底面和俩个定位销定位，夹紧顶面，钻Φ16.5的通孔，保证孔的中心与底面的尺寸为22.5，而且保证孔下面与Φ20.5孔的下端面尺寸为mm。（见图工序10）
15
攻丝、锪
以底面和俩个定位销定位，夹紧顶面，攻丝攻出M18的螺纹孔，锪
Φ22的孔，其与右端面的尺寸应保证为mm。（见图工序11）
16
钻、锪、攻丝
以底面和俩个定位销定位，夹紧顶面，钻6*Φ5.2mm的孔，然后一部分锪为Φ10.5mm，攻丝攻出6*M6mm的螺纹孔。（见图工序12）
17
钻
以底面和俩个定位销定位，夹紧顶面，钻2*Φ2mm深为5mm的孔。（见图工序13）
18
钳
去毛刺
19
清洗
清洗零件
20
检验
按图样检查各部分尺寸及精度。
21
入库
入库

本次设计我选择工艺路线1
3.4、加工余量、工序尺寸和毛坯尺寸的确定
结合柴油机上体尺寸及查阅《机械制造技术基础课程设计指南》等资料得到相关数据可计算得到主要步骤加工余量、工序尺寸和毛坯尺寸如表3：

表3 柴油机上体主要加工余量、工序尺寸和毛坯尺寸等参数表
加工面最终尺寸
公差/粗糙度
单边余量
工序尺寸
毛坯尺寸
54±0.2
上端面：无/Ra6.3
3.0
1.0
粗铣→
半精铣→
60
下端面：无/Ra3.2
3.0
1.5
0.5
粗铣→
半粗铣→
精铣→
63（左右端面）
左端面：无/ Ra6.3
2.5
1.0
2.5
1.0
粗铣→36.5
半精铣→35.5
粗铣→28.5
半精铣→27.5

68
左端面：无/ Ra6.3
216±0.15
前端面：无/ Ra6.3
4
1.5
粗铣→
半精铣→

224
前端面：无/ Ra6.3
4
1.5
粗铣→
半精铣→

Φ25.6孔
H11/ 无
7.5
5.3

钻→15
粗镗→25.6

0
2×Φ6定位销
H7/Ra3.2
2.8
0.2
钻→5.6
铰→6
0
4×Φ6孔
无/Ra6.3
3
钻→6
0
6×Φ10.5孔
无/Ra25
5.25
钻→10.5
0
Φ16.5孔
无
8.25
钻→16.5
0
6×Φ16孔
H8/ Ra3.2
7.5
0.425
0.075
钻→15
扩→15.85
铰→16
0

加工时需要保证留有加工余量,最终尺寸加上各道工序加工余量即得到工序尺寸。

3.5、各种机床与刀具选择
综合考虑所要加工零件的尺寸及要加工表面所要达到的粗糙度
机床与刀具如下：
卧式铣床X61—————硬质合金端面铣刀
镗床T68——————硬质合金镗刀YG8
钻床Z3040———高速钢麻花钻头.高速钢锪刀.高速钢铰刀，高速钢扩孔钻.
根据工件尺寸和相关要求，并参考《实用机械加工工艺手册》等资料，可得工件尺寸和切屑深度的选择为：
粗铣每齿进给量为0.15mm，半精铣每转进给量为1.5mm，精铣每转进给量为0.5mm；
钻孔进给量和速度：Φ5为进给量为0.04mm/r;Φ6为进给量为0.04mm/r；Φ10.5进给量为0.07mm/r；Φ15孔进给量为0.05mm/r; Φ16.5进给量为0.1mm/r锪端面进给量为0.1mm/r。
粗镗Φ25.6、Φ20和Φ26进给量为0.5mm/r, 粗镗Φ28进给量为0.8mm/r;半精镗Φ25.6、Φ20和Φ26进给量为0.3mm/r.
攻丝进给量为0.05 mm/r，速度为20m/s
3.7、基本工时的确定
关于基本工时的的计算：纵观整个零件的加工，此零件用到了卧式铣床、立式钻床、以及卧式镗床，为了熟悉基本工时的计算，我挑了所有13个工序中的8个工序来进行铣削、钻。镗削的工时计算。下面的计算公式和一些进给数据和切削速度全是根据《机械加工实用工艺手册》来进行查询。一下则是基本工时的确定：
（1）：粗铣、半精铣上端面
切屑深度分别为:
1.5mm
=1.5mm
铣平面参数：每齿进给量为af1=0.16mm/z、af2=1.0mm/z，采用高速钢端面铣刀，齿数为Z=10，直径D=100mm.刀具寿命180min,
则每转进给量为:
F1=af1Z=1.5mm/r
F2=af2Z=15mm/r
切屑速度为: （m/min）————（1）
其中=23，d=100，=0.2, =0.1, =0.4, =0.1, =0.1,m=0.15, =80.
求得 V1=35.08(m/min)
V2=16.43（m/min）

转速：
nr/min
代人相关数据可得:
n 1=111.67r/min
n2=52.2r/min
根据机床型号，选择转速n1=110 r/min
n2=60r/min
铣削基本时间i
代人相关数据得：
tj1=74.9s
tj2=13.73s
tj=tj1+tj2=88.63s
（2）：粗铣、半精铣、精铣下端面
切屑深度分别为:
1.5mm
1mm
=0.5mm
铣平面参数：每齿进给量为af=0.15mm/z，采用高速钢端铣刀，齿数为Z=10，直径D=100mm,刀具寿命180min,
则每转进给量为:
F1=af1Z=1.5mm/r
F2=af2 Z=10mm/r
F3=af3Z=5mm/r
切屑速度分别为:根据公式(1)得
V1=35.08m/min,
V2=17.11m/min
V3=24.19m/min
转速：
nr/min
代人相关数据可得:
111.67r/min
54.45r/min
n3=77m/min
根据机床型号，选择转速 110r/min
60r/min
60r/min
基本时间i
代人相关数据得：
tj1=80s
tj2=14.67s
tj3=44s
tj= tj1+tj2+tj3=138.67s

（3）：钻4-Φ9的孔并铰出其中的两个孔当定位孔、钻定位销孔、铰定位销孔
钻头直径分别为：
D1= D2=9mm, D3=5.2mm, D4=6mm
钻头寿命都为35min、铰刀寿命为20min
进给量分别为:
=0.07mm/r ，=0.04mm/r，
切屑速度：查工艺手册取V=20（m/min）

转速：
nr/min
代人相关数据可得:
707.36 r/min
1061.03 r/min
根据机床型号，选择转速 720r/min
1060r/min

基本时间i
代人相关数据得：
tj1=40.48×4=161.92s
tj2=14.15×2=28.3s
（4）锪2-Φ11螺钉凸台，钻M6螺纹孔底孔加上攻丝
采用高速钢端面锪
切屑深度分别为:
3mm
进给量为:
F10.1mm/r
F2=0.07mm/r
F3=0.05mm/r
切屑速度为:
20m/s
转速：
nr/min
代人相关数据可得:
n 1=578.74r/min
n 2=1224.2r/min
n 2=1061.03r/min
根据机床型号，选择转速 n1=630 r/min
n2=1280 r/min
n3=1060 r/min
基本时间i
代人相关数据得：
1tj1=2.85×2=5.71s
tj2=13.39×2=26.78s
tj3=2.85×2=22.64s
（5）钻出M18*1.5螺纹及Φ16的底孔（Φ15）
钻头直径为：
D1=15mm
钻头寿命都为60min
进给量为:
0.05mm/r
切屑速度：
V=20m/min
转速：
nr/min
代人相关数据可得:
424.41r/min
根据机床型号，选择转速 400r/min
基本时间i
代人相关数据得：
tj1=162*6=972s
（6）粗镗、半精镗Φ25.6孔、粗镗Φ28孔
切屑深度为=3.1mm，=2mm，=4mm（3刀）
进给量分别为:
f1=0.5mm/r，f2=0.3mm/r，f3=0.8mm/r
切屑速度
V1 = 60m/min
V2 =55m/min
V3 = 80m/min
转速：
nr/min
代人相关数据可得：
746.04r/min
683.86/min
909.46r/min
根据机床型号，选择转速 700r/min
700r/min
1120r/min

基本时间i
代人相关数据得：
tj1=0.685*6=4.11s
ti2=1.14*6=6.84s
tj3=1.21*6*3=21.66s
（8）倒角
倒角进给量为
f=0.25mm/r
采用高转速
n=1250r/min
基本时间i
代人相关数据得：
tj=1.36s
从上述的计算时间来看，钻Φ16的孔和钻Φ16.5的孔所用的时间相对于其它工序比较长，因此能够布置多张机床同时加工零件来达到能提高整体工作效率的目的。

3.8、计算时间定额和提高生产率的工艺途径简介
单件时间的计算公式为：

由于生产批量为中批量，因此时间定额为：

本次设计没有具体计算辅助时间、布置工作地点时间和休息和生理需要时间，在中批量生产中，辅助时间可按基本时间的百分比进行估算，并在实际中修改，使之趋于合理。基本时间和辅助时间总和称为操作时间，布置工作地点时间一般按操作时间的2%7%来计算，休息和生理需要时间一般按操作时间的2%来计算。另外，由于生产批量为中批量，故忽略了准备与终结时间。
为了提高生产率，必须尽量减少时间定额，由于此处加工工艺已确定，故不能再减少基本时间，应从以下三方面着手来减少时间定额以提高生产效率：
（1）减少辅助时间和辅助时间与基本时间重叠；
（2）减少布置工作地点时间；
（3）减少准备于终结时间。
3.9、工艺方案的比较与技术经济分析
在工艺规程设计最后一般还应该对所设计工艺方案进行比较与技术经济分析，主要评价指标为零件（或工序）的全年工艺成本和单个零件（或单个工序）的工艺成本，其计算公式分别如下：
VN
V
式中V为每件零件的可变费用（元/件），N为零件的年生产纲领（件），为全年不变费用（元）。本文未就对所设计工艺方案进行工艺方案的比较与技术经济分析。
4、小结
本次《机械制造工艺学》课程设计的设计题目是柴油机上体的工艺规程设计，经过本次课程设计，对柴油机上体有了一定的了解，同时对CAD软件、《机械制造工艺学》和《机械工程材料》等相关知识有所复习。这也是对结合课本知识解决实际问题能力的一次锻炼，同时也锻炼了自学能力和查阅资料的能力。感觉颇深的是机械加工工艺的严谨性，每一个数据都比较严格和有相应的规范与出处，以及每一个步骤都不是孤立的，要有全局意识才能做好设计。经过这次设计，让自己大概知道了机械零件是怎样生产出来的，对机械行业也有了更深的认识。
可是由于自己相关专业知识知贫乏以及是第一次做工艺设计，当中出现问题当属正常，希望老师谅解，并多多批评和指正。
5、参考文献
[1] 王先逵.机械制造工艺学（第2版）.北京：机械工业出版社， .1
[2] 崇凯.机械制造技术基础课程设计指南.北京：化学工业出版社， .12
[3] 沈莲.机械工程材料（第2版）.北京：机械工业出版社， .8
[4] 陈宏钧.实用机械加工工艺手册.北京：机械工业出版社，1996.12
6、附件
附件1：机油泵后盖毛坯图
附件2：机油泵后盖加工工艺卡