机械加工工艺课程设计说明书.doc

目录序言（1）一 零件分析 （2）1 计算生产纲领，确定生产类型 （2）2 零件的作用 （2）3 零件的工艺性分析和零件图的审查 （2）二 工艺过程设计 （2）1. 选择毛坯 （2）2. 定位基准的选择 （3）3. 零件表面加工方法的选择 （3）4.工艺路线的选择（3）5.工艺方案的经济技术比较（5）6.加工设备和工艺装备的选择（5）（1）.机床的选择（5）（2）.选择夹具（5）（3）.选择刀具（5）（4）.选择量具（6）7. 确定工序尺寸 （6）（1）工艺尺寸链的确定 （6）（2）机床切削速度及切削量的计算 （8）（3）时间的定额计算（12）三 专用夹具的设计 (14)1.确定设计方案(14)2.夹紧机构的确定(14)3.计算夹紧力(14)4.定位基准分析(15)5.定位误差的计算(16)四 总结 (17)参考文献(18)序 言机械制造技术基础课程设计是我们学习完大学阶段的机械类基础和技术基础课以及专业课程之后的一个综合课程，它是将设计和制造知识有机的结合，并融合现阶段机械制造业的实际生产情况和较先进成熟的制造技术的应用，而进行的一次理论联系实际的训练，通过本课程的训练，将有助于我们对所学知识的理解，并为后续的课程学习以及今后的工作打下一定的基础。对于我本人来说，希望能通过本次课程设计的学习，学会将所学理论知识和工艺课程实习所得的实践知识结合起来，并应用于解决实际问题之中，从而锻炼自己分析问题和解决问题的能力；同时，又希望能超越目前工厂的实际生产工艺，而将有利于加工质量和劳动生产率提高的新技术和新工艺应用到机器零件的制造中，为改善我国的机器制造业相对落后的局面探索可能的途径。由于所学知识和实践的时间以及深度有限，本设计中会有许多不足，希望各位老师能给予指正。一 零件的分析1 计算生产纲领，确定生产类型所给任务的零件是离心式微电机水泵连接座零件。假定该机器年产量为件，且每台水泵中仅有一件，若取其备品率为5%，机械加工废品率为2%，则该零件的年生产纲领为：N=Qn(1+5%+2% )件/年=件/年。由上式可知，该零件的年产量为件，由零件的特征可知，它属于机体类小零件，因此，可以确定其生产类型为单件大批量生产。2. 零件的作用本设计任务给定的零件是该水泵中的连接座，左端h外圆与水泵壳连接，水泵叶轮在孔内，右端h外圆与电动机机座连接，孔与轴承配合。并保持其他零件正确工作方式，和保持互相之间的正确位置。其对加工平面，平行度，加工孔，垂直度，等有一定的要求。3. 零件的工艺性分析和零件图的审查该零件图的视图正确，完整，尺寸，公差及技术都符合要求。但是，零件的加工过程，需要有较高的平行度与同轴度，某些地方需要较细的表面粗糙度，各装配基面要求有一定的尺寸精度和平行度。否则会影响机器设备的性能和精度。由于零件的结构比较复杂，加工时需要较复杂的夹具才能准确的定位，并保持适当的夹紧力，可以用花盘进行定位加紧，并用垫块进行辅助定位。同时基准面的选择也是很重要的。在加工过程中，应尽量减少安装的次数，以减少安装时带来的安装误差。二 工艺过程设计1. 选择毛坯连接座是一个结构较复杂的零件，要求材料要容易成型，切削性能好，同时要求强度要高，重要表面的表面硬度也要高，故选用铸铁材料HT200，铸铁材料是最常见的材料，其优点是：容易成型，切削性能好，价格低廉，且吸振性好。为了得到较好的强度和表面硬度，可在加工过程中进行调质处理，淬火，同时为了消除内应力对工件的影响，可进行适当的人工时效处理（如果需要的话）。由于零件的结构复杂，用锻件是不太可能的，因此，需要先根据零件图，做出铸模，进行铸造，最好用成型铸造法，以减少加工余量和保证零件的结构准确性。2. 定位基准的选择本零件是有精度较高要求的孔的盘状零件，平面和孔是设计的基准，也是装配和测量的基准，在加工时，应尽量以大平面为基准。例如，先车出下表面，再以下表面为基准，加工出上端各表面，同样，也是以下表面为基准钻出7孔；加工前后端面时，先以下表面为基准，在车床上车出后端面，再以后端面为基准，加工出6个7的孔的前端面。3. 零件表面加工方法的选择本设计任务给的零件需要加工的表面有：端面，内孔，圆角等，其加工方法如下：（1）左端面（大面积表面）：表面粗糙度R6.3是重要的表面，是定位基准面，用铣车进行端铣平面，精铣。（2）右端面：是重要表面，表面粗糙度R6.3，可以进行粗铣后，再进行半精铣或精铣。（3）3个7孔处的上端面：是重要表面，表面粗糙度R6.3，可以进行粗铣后，再进行半精铣或精铣。（4）I孔处的下端面：无表面粗糙度要求，只需进行粗铣即可。（5）后端面：表面粗糙度R12.6，进行粗铣再半精铣。（6）6个7孔的前端面：表面粗糙度R6.3，可以进行粗铣后，再进行半精铣或精铣。（7）40孔的加工：表面粗糙度R3.2，可用镗床进行镗孔，扩孔或精镗均可。（9）17.5,32孔的加工：表面粗糙度R3.2，是要求较高的孔，可进行粗镗半精镗，或者扩孔精扩，既可满足要求。（10）圆角：有R3,R5,R15几种圆角，可用立铣刀周铣出圆角。4.工艺路线的制订由于是单件小批量生产，故加工工艺采用工序集中原则。方案一: 工序1：钳工划线；以左端面为粗基准，划右端面的加工线。工序：以左端面为定位粗基准，粗车出零件右表面；在以右表面为精基准，精车出121的外缘端面.粗车出6个7孔的右端面，以及17.5,32,40,孔的左端面和其他次要表面；倒角。 工序：以右表面为基准，对40这孔的上端面进行精车，使表面粗糙度达到R2.3的要求。工序：以40孔的右表面为基准，粗车40孔的左端面。工序：以右表面为基准，在车床上粗车或半精车出后端面，再以后端面为基准，精车出125的外缘端面,加工出3个7的孔的前端面。工序6：在镗床上进行镗孔，粗镗40孔；倒角。工序7：以右表面为基准，预钻出3个7孔，留出1mm左右的加工余量；再铰孔.工序8：改变装夹方向,钻出6个7的孔.并留出1mm左右的加工余量；再铰孔.换刀具再攻四个M5的镙钉孔. 工序9: 钳工去毛刺。工序10：终检。方案二: 工序：钳工划线；以左端面为粗基准，划右端面的加工线。工序：以左端面为定位粗基准，粗车出零件右表面；精车出121的外缘端面.粗车出6个7孔的右端面，以及17.5,32,40,孔的左端面和其他次要表面；倒角。 工序：以右表面为精基准，对左端面进行粗车，车出左端面及外缘面,粗车内孔.工序：再以40孔的右表面为基准，在镗床上粗镗40孔的左端面及内孔。工序：以右表面为基准，在镗床上粗镗或半精镗出后端面，再精镗出40孔及17.5孔前端面，粗镗出125的外缘端面,加工出3个7的孔的前端面。工序：改变装夹方向,半精镗左端面及内孔.工序：以右表面为基准，在钻床上预钻出3个7孔，留出1mm左右的加工余量；再铰孔. 工序:改变装夹方向,在钻床上钻出6个7孔留出1mm左右的加工余量；再铰孔.换刀具再攻四个M5的镙钉孔.工序：钳工去毛刺。工序：终检。5.工艺方案的经济技术比较 工艺方案一工序不集中,装夹次数多,工序不集中,主要用车床加工,加工精度不高,同轴度也不高.方案二,优化了装夹顺序,工序集中好.采用了镗床加工,提高了加工精度.故选用方案二. 加工时要注意左右两端面的平行度及孔的同轴度.要设计专用镗床夹具,以保证平行度公差和同轴度公差. 工艺过程详见附表1机械加工工艺过程综合卡6. 加工设备和工艺装备的选择（1）机床的选择(a)工序，用的是车床，分别进行粗车，精车。用普通的床型床即可。由于回转半径是大于125.故采用大回转半径车床,C6140适合.（b）工序5用的是镗床进行端面的铣削加工，工序4和工序6是镗孔工序，分别是粗镗和半精镗。使用普通的镗床即可。采用TH6150镗床.（c）工序7,8加工一个.孔，个孔，个孔，采用花盘加紧，在立式钻床即可。可选用Z5120型立式钻床。（2）选择夹具本零件结构比较复杂，不成规则，故加紧定位比较困难，可采用花盘来定位，并可以使用一些垫块来辅助定位加紧。但为了保证平行度和同轴度为此设计了专用夹具.详见专用夹具设计章节.例如，在加工右端面时，需要用一些垫块垫住，然后用花盘加紧，以防零件加紧时发生变形。在加工左端面时，用花盘都可以加紧。（3）选择刀具(a) 在工序 2,3 车平面时，车刀可以选择YG6X外圆车刀。(b) 钻孔有7孔，需要留一定的加工余量，可用6麻花钻直接钻出来。有四个M5镙孔,可用标准攻丝刀具.(c) 镗孔需要镗三种孔17.5 和40，有粗镗和精镗，粗加工可用YG6X,精加工可用YG6X。（4）选择量具本零件是单件小批量生产，故采用的是通用量具。选择量具的方法有两种：一是按计量器具的不确定度选择；二是按计量器具的测量方法的极限误差来选择。在这里选的是第一种方法。（a）选择平面的量具：由零件图上看，各平面的相互位置要求不是非常严格，其最小不确定度为0.2mm，选用分度值为0.02mm，测量范围为0-150mm的游标卡尺就行了，因为其不确度为0.02mm，显然满足要求。（b）选择内孔的量具：此零件对孔的精度要求较高，其中例如I孔的下偏差要求在0.013之内，故可选用分度值为0.01mm，测量范围为0-150mm的内径百分尺，其不确定度为0.008，满足测量精度的要求。工序加工尺寸尺寸公差使用量具690.5分度值为0.02mm，测量范围为0-150mm的游标卡尺1210.2分度值为0.02mm，测量范围为0-150mm的游标卡尺125-分度值为0.02mm，测量范围为0-150mm的游标卡尺417.50.013分度值为0.01mm，测量范围为0-150mm的内径百分尺70.030注：本零件要求测量的尺寸并不是很复杂，故只要这两种量具就足够了。7. 确定工序尺寸和时间（1）工艺尺寸链的确定1)外圆表面125121直径加工余量2z=3mm,毛坯直径为128mm,124mm.因为是铸件,又因为7镙孔的外边缘不用加工,所以7的外边缘不用考虑加余量,按铸造时的尺寸就行了.2)长度方向加工余量查其余量值定为2.02.5mm,故毛坯长度为71mm. 右端面的加工余量:2z=71-69=2mm z=1mm 121外圆面加工量: 毛坯:124mm 粗车后122mm 精车后121mm.3)内孔40H+0.016 毛坯:37 粗车:39 2z=2mm 精车:38.5 2z=0.5mm 粗镗:39 2z=0.5mm 精镗:40 2z=1mm只这一孔精度要求高,其计算公差如下:4)内孔40的外端面的加工余量 毛 坯: 18mm 粗 车: 16.5mm 半精车: 17mm 2z=1.5mm 精 车: 16mm 2z=1mm5)内孔17.5加工尺寸: 毛 坯: 15mm 粗 车: 15mm 精 车: 16mm 2z=1mm 粗 镗: 17mm 2z=1mm 精 镗: 17.5mm 2z=0.5mm6)内孔17.5的深度: 毛 坯: 7mm 粗 车: 6mm 2z=1mm 精 车: 5mm 2z=1mm7)3个7的外端面加工量: 毛 坯: 13mm 粗 车: 11mm 精 车: 10mm z=1mm左端面的加工余量: z=1mm8)125外端面加工量为: 毛 坯: 129mm 粗 车: 127mm 2z=2 精 车: 126mm 2z=1 精 镗: 125mm 2z=19)6个7的外端面加工量: 毛 坯: 10mm 粗 车: 8.4mm z=1.6mm 精 车: 8mm z=0.6mm10)内孔100的加工量: 毛 坯: 98mm 粗 车: 99mm 精 车: 1000+0.35mm 2z=10+0.25mm11) 内孔98的加工量: 毛 坯: 92mm 粗 车 94mm 2z=2mm 精 车 95mm 2z=1mm（2）机床切削速度及切削量的计算1,已知条件：工件材料HT200，铸件，退火火处理，工件形状尺寸如零件图所示，加工要求：外圆及端面车削，表面粗糙度12.5；使用机床C；采用刀具：可转位外圆车刀，刀杆尺寸16x25mm；刀具材料：YG6X；几何参数粗精加工兼顾：r0=20,a0=8,kr=30,kr=10,s=0,r01=-10,br1=0mm,rs=1mm.2、确定粗车外圆表面、端面及圆角时的切削用量（1）工序41粗车外圆尺寸至1221确定切削深度ap2确定进给量f3选取切削速度v4确定主轴转速n5较核机床功率结论因单边总余量为2，不需再加工，故ap2；由简明机械加工工艺手册表11-1可查得f=0.6-0.9，根据机床说明书，初步选定f=0.8mm/r；由简明机械加工工艺手册表11-5可查得v=0.833-1.0，取v=0.9m/s；由公式n=1000v/d=10000.9/3.14220=1.3r/s根据机床说明书取n=1.0r/s=60r/min，此时切削速度v=dn/1000=3.142201.0/1000=0.69m/s；由简明机械加工工艺手册表11-611-9可查得切削力及有关数据Xfz=1.0,Yfz=0.75,Zfz=0,Cfz=204,Kfz=0.92根据公式得主切削力Fz=3115N切削功率Pm=PzV0.001=2.15KW由机床说明书查得机床电机功率PE7.5KW，取机床传动效率为0.9时， Pm=2.15 PE0.9=6.75KW最后选定粗车121外圆的切削用量为：ap=2mm,f=0.8mm/r,v=0.69m/s,n=60r/min（2）工序粗车外圆至尺寸1251确定切削深度ap2确定进给量f3选取切削速度v4确定主轴转速n5较核机床功率结论因单边总余量为2，不需再加工，故ap2；由简明机械加工工艺手册表11-1可查得f=0.6-0.9，根据机床说明书，初步选定f=0.65mm/r；由简明机械加工工艺手册表11-5可查得v=1.0-1.167，取v=1.1m/s；由公式n=1000v/d=10001.1/3.14114=3.07r/s根据机床说明书取n=3.0r/s=180r/min，此时切削速度v=dn/1000=3.141143.0/1000=1.07；由简明机械加工工艺手册表11-611-9可查得切削力及有关数据Xfz=1.0,Yfz=0.75,Zfz=0,Cfz=204,Kfz=0.92根据公式得主切削力Fz=2666N切削功率Pm=PzV0.001=2.85KW由机床说明书查得机床电机功率PE7.5KW，取机床传动效率为0.9时， Pm=2.85 PE0.9=6.75KW最后选定粗车220外圆的切削用量为：ap=2mm,f=65mm/r,v=1.07m/s,n=180r/min（3）工序粗车右端面使总长至尺寸70，并依次粗车外圆50及三倒角面至尺寸，37及6个7的外端面.同上所示方法， 50面切削用量如下所示方法确定：1确定切削深度ap2确定进给量f3选取切削速度v4确定主轴转速n5较核机床功率结论由简明机械加工工艺手册图11-1可知单边总余量为h=，不需再加工，故切削深度ap2；由简明机械加工工艺手册表11-1可查得f=0.60.9，根据机床说明书，初步选定f=0.7mm/r；由简明机械加工工艺手册表11-5可查得v=0.8331.2，取v=1.1m/s；由公式n=1000v/d=10001.2/3.1450=7.56r/s根据机床说明书取n=7.56r/s=458r/min，此时切削速度v=dn/1000=3.14507.56/1000=1.187m/s；由简明机械加工工艺手册表11-611-9可查得切削力及有关数据Xfz=1.0,Yfz=0.75,Zfz=0,Cfz=204,Kfz=0.92根据公式得主切削力Fz=5899N切削功率Pm=PzV0.001=6.5KW由机床说明书查得机床电机功率PE7.5KW，取机床传动效率为0.9时， Pm=6.5 PE0.9=6.75KW最后选定粗车50外圆的切削用量为：ap=7mm,f=0.7mm/r,v=1.2m/s,n=500r/min其余表面的粗精加工可以用相同的方法求出，其具体求得的值在工序卡中标出。半精镗主轴孔时切削用量的确定：1确定切削深度ap2确定进给量f3选取切削速度v4确定主轴转速n5较核机床功率结论由金属机械加工工艺人员手册可知工序余量为1，故切削深度ap1；由机械加工工艺手册可查得f=0.20.8，根据机床说明书，初步选定f=0.3mm/r；由机械加工工艺手册可查得v=80120，取v=90m/s1.5m/min；由公式n=1000v/d=10001.5/3.1440=17.9r/s根据机床说明书取n=17.9r/s=1074r/min，此时切削速度v=dn/1000=3.144017.9/1000=2.248m/s；由金属机械加工工艺人员手册可查得切削力及有关数据Xfz=1.0,Yfz=0.75,Zfz=0,Cfz=204,Kfz=1.0根据公式得主切削力Fz=3455N切削功率Pm=PzV0.001=4.45KW由机床说明书查得机床电机功率PE7.5KW，取机床传动效率为0.8时， Pm=4.45 PE0.8=6KW最后选定粗车220外圆的切削用量为：ap=1mm,f=0.3mm/r,v=1.51m/s,n=1074r/min主轴孔及余各孔的切削余量可通过相同的方法得到，得到的具体结果在工序图中表示。（3） 时间的定额计算（一）工序钻3个孔并沉孔钻7的孔，孔深10，通孔，精度H7，机床-E3040 x 16摇臂钻。1. 选择钻头 根据GB-1435-85,选择直柄短麻花钻钻头， do=7mm. 2.选择切削用量 （1）决定进给量查工艺手册进给量为0.27-0.33mm/r 确定进给量f=0.30mm/r ap=3（2）钻头磨钝标准及寿命后刀面最大磨损限度（查工艺手册）为0.5.mm，寿命（3）切削速度切削条件Cv=8.1 Zv=0.25 Xv=0 Yc=0.55 m=0.125Kwv=1.0 Ktv=1.0 Kmv=1.0 Ksv=0.75 Kxv=0.84 Kv=0.63 查表修正得出：V =10m/minnc =1000*10/(3.14*7)=455r/min查机床转速数据取nc =550r/min实际切削速度V=3.14*7*550/100=12.09m/min.计算工时6个7孔 孔深10，通孔，精度H7，机床-E3040 x 16摇臂钻 ap=3按同样的方法计算出9孔的切削用量V =10m/minnc =1000*10/(3.14*7)=455r/min查机床转速数据取nc =550r/min实际切削速度V=3.14*7*550/100=12.09m/min 一共是3个右端面7孔6个左端面孔7一共用时T=90.25min=2.25min （二）粗镗 ，半精镗40孔镗孔 d=20 1.确定进给量根据加工条件选择进给量0.3-1.0mm/r，受限于工艺要求，选择进给量为：f=0.3mm/r.2.计算切削速度：查表：，v=25-40m/min 选择v=30m/minnc =1000*30/(3.14*40)=207r/min 查钻床参数选择：nc =250r/min 计算工时：tmL/ Vf=1min按同样的方法计算出半精镗17.5孔的切削用量 f= 0.5mm/r v=40m/min nc =650r/min tmL/ Vf=0.3min三 专用夹具的设计 为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。本次设计的夹具为工序道工序，镗孔40的内孔的端面的夹具.适用于TH6150镗床.1确定设计方案.问题的提出本夹具是用来铣两个台阶面,零件图中上面和轴承孔中心线有公差要求,因此这两个平面也有一定的公差要求.另外,上面为该零件的配合面,有一定的粗糙度要求.但此工序只是粗加工,因此本工序加工时主要考虑如何提高劳动生产率,降低劳动强度,而精度则不是主要问题. 上面对孔的中心线有一定的平面度、同轴度公差要求,因此应以地面为主要定位基准.由于铸件的公差要求较大,利用轴承孔的内圆表面作为辅助定位基准时,会产生过定位，只有采用削边销才能保证零件的定位要求.2夹紧机构的确定参考夹具装配图及夹具零件图。3计算夹紧力夹紧力的方向与工件的装夹方式、工件受外力的方向以及工件的刚性等有关，夹紧力方向的确定原则：(1)夹紧力的方向应使定位基面与定位元件接触良好，保证工件定位准确可靠； (2)加紧力的方向应与工件刚度最大的方向一致，以减小工件变形； (3)加紧力的方向应尽量与工件受到的切削力、重力等的方向一致，以减小加紧力。可以从以下三方面考虑：（4）当工件以几个表面作为定位基准时，若工件是大型的，则为了保持工件的正确位置，朝每个定位元件都要有夹紧力；若工件尺寸较小，切销力不大，则往往只要垂直朝向主要定位面有夹紧力，保证主要定位面与定位元件有较大的接触面积，就可以使工件装夹稳定可靠。（5）夹紧力的方向应使工件夹紧后的变形小。工件的夹紧力过大，会引起工件的变形，达不到加工精度要求，而且使夹紧装置结构尺寸过大，造成结构不紧凑；夹紧力过小，会造成工件夹紧不牢，加工时易破坏定位，同样也保证不了加工精度要求，甚至会引起安全事故。由此可见，必须对工件施加大小适当的夹紧力。查金属切削机床夹具设计手册表3-21可知，当工件以一面一孔定位，而夹紧力又与切削力方向一致时，由于主切削力起着帮助夹紧工件的作用，所以当其它切削分力较小时，通常可不必计算，仅需较小的夹紧力来防止工件在加工时产生的振动和转动。而在此夹紧方案中,夹紧力与切削力方向不相同。故应该以，公式 其中F为切削力。 由机械设计工艺手册查处参数。可以计算得出的大小。（1) 加紧力的作用点应正对支撑元件或位于支撑元件所形成的支撑面内；(2) 夹具力的作用点应位于工件刚性较好的部位。(3) 夹具力的作用点应尽量靠近加工表面，以减小切削力对夹紧点的力矩，防止或减小工件的加工振动或弯曲变形。4 定位基准分析(1) 加紧力的作用点应正对支撑元件或位于支撑元件所形成的支撑面内；(2) 夹具力的作用点应位于工件刚性较好的部位。(3) 夹具力的作用点应尽量靠近加工表面，以减小切削力对夹紧点的力矩，防止 或减小工件的加工振动或弯曲变形。所谓定位误差,是指由于工件定位造成的加工面相对工序基准的位置误差。因为对一批工件来说，刀具经调整后位置是不动的，即被加工表面的位置相对于定位基准是不变的，所以定位误差就是工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量。为了保证加工精度要求，我们加工时应满足下列关系式： (2.5)式中，各种因素产生误差的总和； T工件被加工尺寸的公差。在这里，我们只研究有夹具有关的定位方法所引起的定位误差对加工精度的影响，因此上式又可写成： (2.6)式中，定位误差；W除定位误差外，其它因素所引起的误差总和，可按加工经济精度