零件的机械加工工艺及工艺设备设计.doc

机械制造技术基础课程设计

机械制造技术基础

课程设计说明书

设计题目 “×××××××”零件的机械
加工工艺及工艺设备设计

设计者班号 ××××××××
设计者 ×××
指导教师 ×××

五邑大学
机电工程学院
2008.6 —2008.7

五邑大学机电工程学院

机械制造技术基础课程设计任务书

题目: “××××××”零件的机械加工工艺规程及
工艺装备（夹具）设计

内容： 1. 零件图 1张
2. 零件毛坯图 1张
3. 机械加工工艺过程综合卡片 1张
4. 工艺装备（夹具）设计装配图 1张
5. 工艺装备设计零件（夹具体）图 1张
6. 课程设计说明书 1份

班级学号 ×××××××（打印）
学生 ××× （打印）
指导教师 ××× （打印）

2008年6月

目录
序言 …………………………………………………………………………1
工艺规程与夹具设计过程 …………………………………………………2
一、设计题目,计算生产纲领及生产型 …………………………………2
二、零件的分析 ……………………………………………………………2
1．零件的作用 …………………………………………………………2
2．零件的工艺分析 ……………………………………………………2
三、确定毛坯的制造方法,初步确定毛坯的形状…………………………3
四、工艺规程设计 …………………………………………………………3
1．定位基准的选择 ……………………………………………………3
2．零件表面加工方法的选择 …………………………………………4
3．制订工艺路线 ………………………………………………………5
4．确定机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸 ………………………6
5．确定切削用量及基本工时…………………………………………10
5、1 工序Ⅰ端面A铣削用量及基本时间的确定……………………10
5、2工序Ⅱ钻——扩孔Φ22mm………………………………………13
5、3 工序Ⅲ端面D铣削用量及基本时间的确定……………………15
5、4 工序Ⅳ槽8mm的铣削用量及基本时间的确定…………………17
5、5 工序Ⅴ槽18mm的铣削用量及基本时间的确定 ………………19
5、6 工序Ⅶ锪2X15°的倒角切削用量及基本时间的确定…………21
5、7 工序Ⅶ拉花键孔切削用量及基本时间的确定…………………22
五、夹具的设计 ………………………………………………………………21
六、参考资料 …………………………………………………………………23

一、 序言
机械制造工艺学课程设计使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，为今后参加祖国的“四化”建设打下一个良好的基础。
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。

二、零件的分析
（一） 零件的作用
题目所给的零件是×××××××，生产纲领为10万件/每年。它位于车床变速机构中，主要起换档，使主轴回转运动按照工作者的要求工作，获得所需的速度和扭矩的作用。零件上方的φ20孔与操纵机构相连，二下方的φ50半孔则是用于与所控制齿轮所在的轴接触。通过上方的力拨动下方的齿轮变速。两件零件铸为一体，加工时分开。
（二） 零件的工艺分析
CA6140车床共有两处加工表面，其间有一定位置要求。分述如下：
1. 以φ20为中心的加工表面
这一组加工表面包括：φ20的孔，以及其上下端面，上端面与孔有位置要求，孔壁上有一个装配时钻铰的锥孔，一个M8的螺纹孔。下端有一个47°的斜凸台。这三个都没有高的位置度要求。
2. 以φ50为中心的加工表面
这一组加工表面包括：φ50的孔，以及其上下两个端面。
这两组表面有一定的位置度要求，即φ50的孔上下两个端面与φ20的孔有垂直度要求。
由上面分析可知，加工时应先加工一组表面，再以这组加工后表面为基准加工另外一组。

三、工艺规程设计
(一)确定毛坯的制造形式
零件材料为HT200。考虑零件在机床运行过程中所受冲击不大，零件结构又比较简单，故选择铸件毛坯。
（二）基面的选择
基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得正确与合理可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，是生产无法正常进行。
（1）粗基准的选择。对于零件而言，尽可能选择不加工表面为粗基准。而对有若干个不加工表面的工件，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作粗基准。根据这个基准选择原则，现选取φ20孔的不加工外轮廓表面作为粗基准，利用一组共两块V形块支承这两个φ32作主要定位面，限制5个自由度，再以一个销钉限制最后1个自由度，达到完全定位，然后进行铣削。
（2）精基准的选择。主要应该考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门计算，此处不再重复。
（三）制定工艺路线
制定工艺路线得出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证，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。
1.工艺路线方案一
工序一 粗、精铣φ20孔上端面。
工序二 钻、扩、铰、精铰φ20、φ50孔。
工序三 粗、精铣φ50孔上端面
工序四 粗、精铣φ50、φ20孔下端面。
工序五 切断。
工序六 钻φ4孔（装配时钻铰锥孔）。
工序七 钻一个φ4孔，攻M6螺纹。
工序八 铣47°凸台。
工序九 检查。
上面工序加工效率较高，但同时钻三个孔，对设备有一定要求。且看另一个方案。
2.工艺路线方案二
工序一 粗、精铣φ20孔上端面。
工序二 粗、精铣φ20孔下端面。
工序三 钻、扩、铰、精铰φ20孔。
工序四 钻、扩、铰、精铰φ50孔。
工序五 粗、精铣φ50孔上端面
工序六 粗、精铣φ50孔下端面。
工序七 切断。
工序八 钻φ4孔（装配时钻铰锥孔）。
工序九 钻一个φ4孔，攻M6螺纹。
工序十 铣47°凸台。
工序十一 检查。
上面工序可以适合大多数生产，但效率较低。
综合考虑以上步骤，得到我的工艺路线。
3.工艺路线方案三
工序一 以φ32外圆为粗基准，粗铣φ20孔下端面。
工序二 精铣φ20孔上下端面。
工序三 以φ20孔上端面为精基准，钻、扩、铰、精铰φ20孔，保证垂直度误差不超过0.05mm，孔的精度达到IT7。
工序四 以φ20孔为精基准，钻、扩、铰、精铰φ50孔，保证空的精度达到IT7。
工序五 切断。
工序六 以φ20孔为精基准，粗铣φ50孔上下端面。
工序七 以φ20孔为精基准，精铣φ50孔上下端面，保证端面相对孔的垂直度误差不超过0.07。
工序八 以φ20孔为精基准，钻φ4孔（装配时钻铰锥孔）。
工序九 以φ20孔为精基准，钻一个φ4孔，攻M6螺纹。
工序十 以φ20孔为精基准，铣47°凸台。
工序十一 检查。
虽然工序仍然是十一步，但是效率大大提高了。工序一和工序二比起工艺路线方案二快了一倍（实际铣削只有两次，而且刀具不用调整）。多次加工φ50、φ20孔是精度要求所致。
以上工艺过程详见图3。

（四）机械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸的确定
“××××××”；零件材料为HT200，硬度190～210HB，毛皮重量2.2kg，生产类型大批量，铸造毛坯。
据以上原始资料及加工路线，分别确定各家工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：
1. 外圆表面延轴线方向长度方向的加工余量及公差（φ20，φ50端面）。
查《机械制造工艺设计简明手册》（以下称《工艺手册》）表2.2～2.5，取φ20，φ50端面长度余量均为2.5（均为双边加工）
铣削加工余量为：
粗铣 1mm
精铣 0mm
2. 内孔（φ50已铸成孔）
查《工艺手册》表2.2～2.5，取φ50已铸成孔长度余量为3，即铸成孔半径为44mm。
工序尺寸加工余量：
钻孔 2mm
扩孔 0.125mm
铰孔 0.035mm
精铰 0mm
3. 其他尺寸直接铸造得到
由于本设计规定的零件为大批量生产，应该采用调整加工。因此在计算最大、最小加工余量时应按调整法加工方式予以确认。

（五）确立切削用量及基本工时
工序一 以φ32外圆为粗基准，粗铣φ20孔上下端面。
1. 加工条件
工件材料：HT200，σb =0.16GPa HB=190~241，铸造。
加工要求：粗铣φ20孔上下端面。
机床：X6140卧式铣床。
刀具：W18Cr4V硬质合金钢端铣刀，牌号YG6。铣削宽度ae<=60，深度ap<=4，齿数z=10，故据《切削用量简明手册》（后简称《切削手册》）取刀具直径do=80mm。
选择刀具前角γo＝＋5°后角αo＝8°，副后角αo’=8°，刀齿斜角λs=－10°，主刃Kr=60°，过渡刃Krε=30°，副刃Kr’=5°过渡刃宽bε=1mm。
2. 切削用量
1）铣削深度 因为切削量较小，故可以选择ap=1.5mm，一次走刀即可完成所需长度。
2）每齿进给量 机床功率为7.5kw。查《切削手册》f=0.14~0.24mm/z。由于是对称铣，选较小量f=0.14 mm/z。
3）查后刀面最大磨损及寿命
查《切削手册》表3.7，后刀面最大磨损为1.0~1.5mm。
查《切削手册》表3.8，寿命T=180min
4）计算切削速度 按《切削手册》，V c=
算得 Vc＝98mm/s，n=439r/min，Vf=490mm/s
据XA6132铣床参数，选择nc=475r/min，Vfc=475mm/s，
则实际切削速度V c=3.14*80*475/1000=119.3m/min，
实际进给量为f zc=V fc/ncz = 475/(300×10)=0.16mm/z。
5) 校验机床功率 查《切削手册》Pcc=1.1kw，而机床所能提供功率为Pcm>Pcc。故校验合格。
最终确定 ap=1.5mm，nc=475r/min，Vfc=475mm/s，V c=119.3m/min，
f z=0.16mm/z。
6）计算基本工时
tm＝L/ Vf=(32+80)/475=0.09min。

工序二 精铣φ20孔上下端面。
1. 加工条件
工件材料：HT200，σb =0.16GPa HB=190~241，铸造。
加工要求：精铣φ20上下端面。
机床：X6140卧式铣床。
刀具：W18Cr4V硬质合金钢端铣刀，牌号YG6。铣削宽度ae<=60，深度ap<=
齿数z=10，故据《切削用量简明手册》（后简称《切削手册》）取刀具直径do=80mm。选择刀具前角γo＝＋5°后角αo＝8°，副后角αo’=8°，刀齿斜角λs=－10°，主刃Kr=60°，过渡刃Krε=30°，副刃Kr’=5°过渡刃宽bε=1mm。
2. 切削用量
1） 铣削深度 因为切削量较小，故可以选择ap=1.0mm，一次走刀即可完成所需长度。
2） 每齿进给量 机床功率为7.5kw。查《切削手册》f=0.14~0.24mm/z。由于是对称铣，选较小量f=0.14 mm/z。
3） 查后刀面最大磨损及寿命
查《切削手册》表3.7，后刀面最大磨损为1.0~1.5mm。
查《切削手册》表3.8，寿命T=180min
4） 计算切削速度 按《切削手册》，查得 Vc＝98mm/s，n=439r/min，Vf=490mm/s
据XA6132铣床参数，选择nc=475r/min，Vfc=475mm/s，
则实际切削速度V c=3.14×80×475/1000=119.3m/min，实际进给量为f zc=V fc/ncz=475/(300*10)=0.16mm/z。
5) 校验机床功率 查《切削手册》Pcc=1.1kw，而机床所能提供功率为Pcm>Pcc。故校验合格。
最终确定 ap=1.0mm，nc=475r/min，Vfc=475mm/s，V c=119.3m/min，f z=0.16mm/z。
6）计算基本工时
tm＝L/ Vf=(32+80)/475=0.09min。

工序三 以φ20孔上端面为精基准，钻、扩、铰、精铰φ20孔，保证垂直度误差不超过0.05mm，孔的精度达到IT7。
1. 选择钻头
选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=18mm，钻头采用双头刃磨法，后角αo＝12°，二重刃长度bε=2.5mm，横刀长b=1.5mm，宽l=3mm，棱带长度 ° ° °
2.选择切削用量
（1）决定进给量
查《切》
所以，
按钻头强度选择 按机床强度选择
最终决定选择机床已有的进给量 经校验
校验成功。
（2）钻头磨钝标准及寿命　
后刀面最大磨损限度（查《切》）为0.5～０.８mm，寿命．
　（3）切削速度
查《切》 修正系数
故。

查《切》机床实际转速为
故实际的切削速度
（4）校验扭矩功率
所以
故满足条件，校验成立。
３.计算工时

由于所有工步所用工时很短，所以使得切削用量一致，以减少辅助时间。
扩铰和精铰的切削用量如下：
扩钻：
铰孔：
精铰：

工序四 以φ20孔为精基准，钻、扩、铰、精铰φ50孔，保证空的精度达到IT7。
1. 选择钻头 选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=48mm，钻头采用双头刃磨法，后角αo＝11°，二重刃长度bε=11mm，横刀长b=5mm，弧面长l=9mm，棱带长度 ° ° °
2.选择切削用量
（1）决定进给量
查《切》
按钻头强度选择 按机床强度选择
最终决定选择Z550机床已有的进给量 经校验 校验成功。
（2）钻头磨钝标准及寿命　
后刀面最大磨损限度（查《切》）为0.8～1.2mm，寿命
扩孔后刀面最大磨损限度（查《切》）为0.9～１.４mm，寿命
铰和精铰孔后刀面最大磨损限度（查《切》）为０.６～０.９mm，寿命
（3）切削速度
查《切》 修正系数
故。

查《切》机床实际转速为
故实际的切削速度
（4）校验扭矩功率
所以
故满足条件，校验成立。
扩铰和精铰的切削用量同理如下：
扩钻：
铰孔：
精铰：
３.计算工时

所有工步工时相同。

工序五 切断。

工序六 以φ20孔为精基准，粗铣φ50孔上下端面。
1. 加工条件
工件材料：HT200，σb =0.16GPa HB=190~241，铸造。
机床：XA5032卧式铣床。
刀具：W18Cr4V硬质合金钢端铣刀，牌号YG6。铣削宽度ae>60，深度ap<=4，齿数z=1２，故据《切削手册》取刀具直径do=125mm。
2. 切削用量
1） 铣削深度 因为切削量较小，故可以选择ap=1.5mm，一次走刀即可完成所需长度。
2） 每齿进给量 机床功率为7.5kw。查《切削手册》f=0.14~0.24mm/z。由于是对称铣，选较小量f=0.14 mm/z。
3） 查后刀面最大磨损及寿命
查《切削手册》表3.7，后刀面最大磨损为1.0~1.5mm。
查《切削手册》表3.8，寿命T=180min
4） 计算切削速度 按《切削手册》，查得 Vc＝110mm/s，n=281r/min，Vf=378mm/s
据XA6132铣床参数，选择nc=300r/min，Vfc=375mm/s，则实际切削速度V c=3.14*80*475/1000=117.8m/min，实际进给量为fzc=V fc/ncz=0.10mm/z。
5) 校验机床功率 查《切削手册》，而机床所能提供功率为Pcm=56.3kw>Pcc=2.7kw。故校验合格。
6）计算基本工时
tm＝L/ Vf=(72+9)/375=0.216min.

工序七 以φ20孔为精基准，精铣φ50孔上下端面，保证端面相对孔的垂直度误差不超过0.07。
1. 加工条件
工件材料：HT200，σb =0.16GPa HB=190~241，铸造。
机床：XA5032卧式铣床。
刀具：W18Cr4V硬质合金钢端铣刀，牌号YG6。铣削宽度ae>60，深度ap<=4，齿数z=1２，故据《切削手册》取刀具直径do=125mm。
2. 切削用量
1） 铣削深度 因为切削量较小，故可以选择ap=1.0mm，一次走刀即可完成所需长度。
2） 每齿进给量 机床功率为7.5kw。查《切削手册》选f=0.5 mm/z。
3） 查后刀面最大磨损及寿命
查《切削手册》表3.7，后刀面最大磨损为1.0~1.5mm。
查《切削手册》表3.8，寿命T=180min
4） 计算切削速度 按《切削手册》，将f降一级为f=0.5 mm/z。查得 Vc＝110mm/s，n=252r/min，Vf=577mm/s
据XA6132铣床参数，选择nc=235r/min，Vfc=600mm/s，
则实际切削速度V c=600.4，实际进给量为fzc=V fc/ncz=0.21mm/z。
5) 校验机床功率 查《切削手册》，而机床所能提供功率为Pcm=56.3kw>Pcc=2.7kw。故校验合格。
6）计算基本工时
tm＝L/ Vf=(72+9)/375=0.216min.
结果ap=1.0mm， f=0.21 mm/z， nc=235r/min，Vfc=600.4mm/s.

工序八 以φ20孔为精基准，钻φ4孔（装配时钻铰锥孔）。
1. 选择钻头
选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=4mm，后角αo＝16°，二重刃长度 ° °， ° 。
2.选择切削用量
（1）决定进给量
查《切》
按钻头强度选择 按机床强度选择
最终决定选择机床已有的进给量 经校验校验成功。
（2）钻头磨钝标准及寿命　
后刀面最大磨损限度（查《切》）为0.5～0.8mm，寿命．
　（3）切削速度
查《切》 修正系数
故。

查《切》机床实际转速为
故实际的切削速度
（4）校验扭矩功率
故满足条件，校验成立。
３.计算工时

工序九 以φ20孔为精基准，钻一个φ4孔，攻M6螺纹。
1. 选择钻头
选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=4mm，后角αo＝16°，二重刃长度 ° ° °
2.选择切削用量
（1）决定进给量
查《切》
按钻头强度选择 按机床强度选择
最终决定选择机床已有的进给量 经校验校验成功。
（2）钻头磨钝标准及寿命　
后刀面最大磨损限度（查《切》）为0.5～0.8mm，寿命．
　（3）切削速度
查《切》 修正系数
故。

查《切》机床实际转速为
故实际的切削速度
（4）校验扭矩功率
故满足条件，校验成立。
３.计算工时

螺纹钻削由于没有手册可查，故以钻削切削用量及其他钻螺纹工序估算。祥见工艺卡片。

工序十 以φ20孔为精基准，铣47°凸台。

工序十一 检查。

其余几步数据见工艺卡片。

四、夹具设计
经过讨论，决定设计第IX道工序——钻M6孔的钻床卡具。本卡具将用于Z525立式钻床。刀具为M6丝锥，以及∮4的高速钢麻花钻。
（一） 问题的提出
在给定的零件中，对本步加工的定位并未提出具体的要求，是自由公差，定位要求较低。因此，本步的重点应在卡紧的方便与快速性上。
（二） 夹具设计
1.定位基准的选择
出于定位简单和快速的考虑，选择∮20孔为基准，即以一面上一长销（自由度限制数：5）配合以一挡销（自由度限制数：1）使工件完全定位。再使用快速螺旋卡紧机构进行卡紧。
2.切削力和卡紧力计算
本步加工可按钻削估算卡紧力。实际效果可以保证可靠的卡紧。
轴向力
扭矩
由于扭矩很小，计算时可忽略。
卡紧力为
取系数 S1=1.5 S2=S3=S4=1.1
则实际卡紧力为 F’=S1×S2×S3×S4×F=10.06N
使用快速螺旋定位机构快速人工卡紧，调节卡紧力调节装置，即可指定可靠的卡紧力。
3. 定位误差分析
本工序采用一定位销，一挡销定位，工件始终靠近定位销的一面，而挡销的偏角会使工件自重带来一定的平行于卡具体底版的水平力，因此，工件不在在定位销正上方，进而使加工位置有一定转角误差。但是，由于加工是自由公差，故应当能满足定位要求。
4. 夹具设计及操作的简要说明
夹具的卡紧力不大，故使用手动卡紧。为了提高生产力，使用快速螺旋卡紧机构。
夹具上设置有钻套，用于确定的钻头位置。
17