套筒——课程设计说明书机械制造工艺学课程设计

共 24 页 第 0 页机械制造工艺学课程设计设 计 说 明 书题目： 车床尾座套筒学校： 湖南工业大学学院： 机械工程学院专业： 机械工程及其自动化班级：姓名： 学号：指导老师： 设计时间：2011 年 12 月 19 日至 2011 年 12 月 25 日机械工程学院2011 年 12 月共 24 页 第 1 页序 言车 床 尾 座 套 筒 是 车 床 的 主 要 零 件 ， 其 结 构 合 理 与 否 、 质 量 的 好 坏 对 加 工过 程 、 加 工 精 度 等 有 很 大 的 影 响 ， 因 此 ， 在 机 床 零 件 设 计 的 过 程 中 为 主 要 考虑 对 象 。 车床尾座在轴类工件的加工、端面钻孔、铰孔等工序中经常应用，其工作状况好坏对工件加工质量有着较大的影响。车床尾座的主要作用是为轴类零件定心，同时具有辅助支撑和夹紧的功能。尾座顶尖的定位精度直接影响机床加工工件的径向尺寸精度，以及圆度、圆柱度、同轴度等形位精度。而套筒是直接用来装夹顶尖的，由此可见，车床套筒的加工质量将直接影响到机床的工作精度和使用寿命。这次设计使我们能够综合机械制造学中的理论基础，并综合生产学习中学到的实践知识，独立的分析和解决工艺问题，初步具备设计一个中等复杂程度零件的工艺规程的能力，也是熟悉和运用有关手册、图表等技术资料及编写技术文件等基本技能的一次实践，可为今后的毕业设计及未来从事的工作打下良好的基础。由于能力所限，经验不足，设计中还有许多不足之处，希望各位老师多加指导。共 24 页 第 2 页目录1 零件的工艺分析-41.1 零件的功用、结构及特点- 41.2 主要表面及其要求-42 毛坯的选择- -52.1 确定毛坯的类型、制造方法和尺寸公差-52.2 确定毛坯的技术要求-52.3 绘制毛坯图-53 基准的选择-64 确定机械加工余量、工序尺寸及公差-75 拟定加工工艺路线- 105.1 确定各表面的加工方法- 105.2 拟定加工工艺路线-106 选择机床及工艺装备-136.1 选择机床-136.2 选择刀具- - 146.3 选择夹具- - 156.4 选择量具- 157 确定切削用量及基本工时- 17 8 填写工艺文件- 229 总结- -23参考文献- -24共 24 页 第 3 页1 零件的工艺分析1.1 零件的功用、结构及特点车 床 尾 座 套 筒 是 车 床 的 主 要 零 件 ， 其 结 构 合 理 与 否 、 质 量 的 好 坏 对 加 工 过程 、 加 工 精 度 等 有 很 大 的 影 响 ， 其主要作用是为轴类零件定心，同时具有辅助支撑和夹紧的功能。尾座顶尖的定位精度直接影响机床加工工件的径向尺寸精度，以及圆度、圆柱度、同轴度等形位精度。而套筒是直接用来装夹顶尖的，由此可见，车床套筒的加工质量将直接影响到机床的工作精度和使用寿命。是一个运动频繁技术要求高的运动部件，对同轴度、耐磨性要求严格。1.2 主要表面及其技术要求1.550-0.013mm276mm 自身圆柱度公差为 0.005mm。2.Morse No.4 的外圆对 550-0.013mm 外圆的中心轴线对的圆跳动公差为0.01。3.键槽 8 mm 相对于 55 mm 外圆轴心线的平行度公差为035.2013.0.025mm，对称度公差为 0.1mm。4.局部外圆及锥孔淬火 4550HRC。5.莫氏四号锥孔涂色检查,母线在全长接触大于 75%。6.调质硬度 197220HBS共 24 页 第 4 页2 毛坯的选择2.1 确定毛坯的类型、制造方法和尺寸及公差因尾座套筒对耐磨性和强度要求较高，其精度对车床的加工精度有很大影响，所以要选用材料为 45 钢，锻造成型，毛坯的尺寸为60282mm。2.2 确定毛坯的技术要求调质处理硬度为 197220HBS，以改善切削加工性能，为切削加工做准备。2.3 绘制毛坯图共 24 页 第 5 页3 基准的选择该零件图中重要的表面是莫氏四号锥孔以及外圆表面。根据各加工表面的基准如下表所示：1.选择外圆表面作为粗基准定位加工孔，为后续工序加工出精基准，这样使外圆加工时的余量均匀，避免后续加工精度受到基准选择错误的影响。2.选择孔作为精基准，这样能保证重要表面莫氏四号锥孔和外圆表面的精度，有利于保证加工面间相互位置精度。 表 3-1 加工表面的基准序号 加工部位 基准选择1 端面 外圆毛坯表面2 粗车外圆 外圆毛坯表面3 28 的内孔 粗车后外圆表面4 精车外圆 粗车后外圆表面5 Morse No.4 内锥面 精车后外圆表面 6 铣 R2163mm 油槽 精车后外圆及端面7 铣 mm203mm 键085.31槽精车后外圆及端面8 6 孔 精车后外圆表面9 磨内孔 精车后外圆表面10 磨外圆 60内锥面共 24 页 第 6 页4 确定机械加工余量、工序尺寸的公差1.加工余量可采用查表修正法确定，确定工序尺寸的一般加工方法是，由加工表面的最后工序往前一步推算，最后工序的工序尺寸按零件图样的要求标注。尾座套筒车 内孔（工序 20、40）的加工余量、工序尺寸及其公差的确定30按照钻扩精车加工方案，根据文献 3 可知精车余量 Zjc=2mm；扩孔余量 Zk=3mm；钻孔余量 Zz=25mm。根据文献 5 查表 3-2 确定各工序尺寸的加工精度等级为精车：IT8 ；扩孔： IT12；钻孔：IT13。根据上述结果确定各工步的公差值分别为，精车：0.025mm；扩孔：0.18mm；钻孔：0.27mm。综上所述，该工序加工该定位孔各工步的工序尺寸及公差分别为，精车：mm；扩孔： ；钻孔： mm；它们的相互关系如表 4-1025.318.0227.05所示。表 4-1 机械加工余量及工序尺寸工序名称工序基本余量工序精度 IT标准公差值 T工序基本尺寸 工序尺寸及偏差+0.025精车 2 IT8 T=0.025 30.00 30.00+0.180扩孔 3 IT12 T=0.18030.00-2=28.0 28.00+0.270钻孔 25 IT13 T=0.27028-3=25.0 25.00共 24 页 第 7 页毛坯2.套筒外圆表面（工序 10、50、140 和 150）的加工余量、工序尺寸及公差的确定按照粗车精车粗磨精磨的加工方案，文献 3 表 5-14，有工序间的余量：精磨余量 Zjm=0.05mm；粗磨余量 Zcm=0.3mm；精车余量 Zbjc=1.2mm；粗车余量 Zcc=3.5mm。根据文献 5 查表 3-2 选定各工序尺寸的加工精度等级为，精磨：IT6；粗磨： IT8；精车： IT10；粗车：IT12。根据上述查询到的结果，再查对文献 4 可以确定各工步的公差值分别为，精磨：0.013mm；粗磨：0.03mm；精车：0.1mm；粗车：0.28mm。综上所述，各工序的工序尺寸及公差分别为，精磨： mm；粗磨：013.5mm；精车： mm；粗车： mm。它们的相互关系03.501.35028.6如表 4-2 所示。表 4-2 工序尺寸及公差计算 （单位：mm）工序名称工序基本余量工序精度 IT 标冷公差值 T工序基本尺寸 工序尺寸及偏差0精磨 0.05 IT6 T=0.013 55.00 55.0-0.0130粗磨 0.3 IT8 T=0.050 55+0. 05=55.05 55.05 -0.03+0.050精车 1.2 IT9 T=0.100 55.05+0.3=55.35 55.35-0.0500粗车 3.5 IT12 T=0.280 55.35+1.2=56.5 56.5-0.280共 24 页 第 8 页毛坯 3.5 IT14 T=0.580 56.5+3.5=60.00 600.2903.莫氏四号锥孔（工序 20、60、120、130）的加工余量、工序尺寸及公差莫氏四号锥孔因为是锥孔所以一般以大锥面直径作为测量标准，根据钻孔精车热处理粗磨精磨的加工方案，根据文献 3，有工序间的余量：精磨余量 Zj=0.05mm；粗磨余量 Zcm=0.3mm；精车余量 Zbjc=5.9mm；钻孔余量Zcc=25mm。根据文献 5 查表 3-2 选定各工序尺寸的加工精度等级为，精磨：IT7；粗磨：IT8；精车：IT10；钻孔：IT11。根据上述查询到的结果，再查对文献 4 可以确定各工步的公差值分别为，精磨：0.020mm；粗磨：0.05mm；精车：0.1mm；钻孔：0.20mm。综上所述，各工序的工序尺寸及公差分别为，精磨： mm；粗02.69.31磨： mm；精车： mm；钻孔： mm。它们的相互关系如05.23101.9302.5表 4-3 所示。表 4-3工序尺寸及公差计算 （单位：mm）工序名称工序基本余量工序精度 IT 标冷公差值 T工序基本尺寸 工序尺寸及偏差+0.02精磨 0.05 IT7 T=0.20 31.269 31.269 -0.02+0.05粗磨 0.3 IT8 T=0.050 31.269-0.05=31.2 31.2 0+0.05精车 5.9 IT10 T=0.100 31.2-0.3=30.9 30.9 0+0.20钻孔 25 IT11 T=0.280 30.9-5.9=25 25.0 0毛坯共 24 页 第 9 页5 拟定机械加工工艺一路线5.1 确定各表面的加工方法根据各表面的加工精度和表面的粗糙度的要求，选定如下加工方法：套筒的端面、倒角倒圆弧用车削,套筒外圆面采用粗车精车粗磨精磨，键槽及油槽采用铣削, 30mm 的内孔采用钻铰精车，Morse No.4 内锥面采用钻车粗磨精磨， mm 孔采用钻扩，60 内锥面采用025.8车粗磨精磨。各部分加工方法如下：加工表面经济精度表面粗糙度Ra/m加工方案套筒外圆面 IT6 0.4 粗车精车粗磨精磨莫氏 4 号锥面 IT6 0.4 钻精车粗磨精磨套筒内孔表面 IT7 1.6 钻精车键槽 IT7 0.8 粗铣半精铣精铣R2 油槽 IT8 3.2 粗铣半精铣精铣5.2 拟定加工工艺路线工序号 工序名称工序内容 定位基准 工装共 24 页 第 10 页00 毛坯正火正火10 粗车外圆，平端面粗车外圆至 56.5mm，平两端面，定总长为 279mm 毛坯外圆表面三爪卡盘中心架20 钻 25通孔、扩 28孔钻 25孔至全通，扩 28孔至189mm 处外圆表面 三爪卡盘30 热处理 调质 197220HBS40 精车30孔精车 30内孔，平 1mm 右端面，至图纸要求外圆表面 三爪卡盘中心架50 精车外圆精车外圆至 mm，右端05.3倒角 245，左端倒 R3 圆角外圆表面 三爪卡盘中心架60 精车内锥孔精车内锥孔，留 0.3 余量，定总长为 276mm外圆表面 三爪卡盘中心架70 铣 R2油槽以 外圆定位装夹铣 R201.35油槽至 160mm 处外圆表面 专用夹具80 铣键槽 铣键槽，并保证平行度及对称度 外圆表面 专用夹具90 钻 6孔钻 5.7mm 孔，后铰孔至6mm孔，外圆表面 钻孔夹具100 去毛刺 倒棱去毛刺 毛刺机110 渗碳处理左端 Morse No.4 锥孔及 160mm 长的外圆部01.35分，加热淬火 4550HRC120 粗磨 夹右端外圆，中心架左托外圆， 外圆表面 两顶尖，中共 24 页 第 11 页找正外圆，粗磨 Morse No.4 锥孔及 60 内锥面，留余量0.05mm心架，内圆磨床130 精磨 夹右端外圆，中心架托左端外圆，找正外圆，精磨 Morse No.4 锥孔及 60 内锥面至设计要求，大端为 0.02mm，涂色269.31检查，母线在全长上接触大于75%外圆表面两顶尖，中心架，内圆磨床140 粗磨外圆采用两顶尖定位装夹工件，粗磨外圆到 ，留余量 0.05mm06.560内锥面两顶尖，外圆磨床150 精磨外圆采用两顶尖装夹，精磨外圆至图样尺寸 mm,并保证同轴013.度60内锥面两顶尖，外圆磨床160 检查 检查零件尺寸、粗糙度、精度是否合格170 入库 清洗涂油入库检验零件尺寸、粗糙度、有共 24 页 第 12 页6 选择机床及工艺设备6.1 选择机床1）工序 10由于该加工零件是一根细长套筒，该工序又包含了 2 个工步，故选用 C6140型卧式车床及中心架。2）工序 20钻 25通孔，为保证同轴度需保证钻床刚度，故选用 Z5140 钻床。3）工序 40此工序为精车 28mm内孔，由于该孔较复杂选择 CA6140 型数控车床及中心架。4）工序 50此工序为精车外圆，由于工序内容包括 R3 圆弧角，故选择 CA6140 数控车床及中心架。共 24 页 第 13 页5) 工序 60该工序为精车内锥孔及 60 锥面，工序要求精度较高，故选择 CA6140 数控车床及中心架。6）工序 70该工序加工 R2 油槽，要求不高，选择 X6132 铣床即可满足要求。7）工序 80该工序加工键槽，由于精度要求较高，故在选择 X6132 铣床的基础上还需选用专用夹具。8）工序 90该工序加工 6孔，要求不高，故选用 Z512 钻床。9）工序 120该工序为粗磨 Morse No.4,同时需要用到中心架，所以选择 M2110A 内圆磨床及中心架即可满足要求。10）工序 130该工序包括 3 个工步，精磨 Morse No.4，并且检查，同时要修研 60内锥面，选择 M2110A 及莫氏四号锥度塞规即可满足设计要求。11）工序 140该工序为粗磨 55 0-0.013mm 的外圆，为了保证同轴度，所以需要用两顶尖装夹，所以选用 M1432 磨床、专用夹具及中心架即可。12）工序 150该工序只有一个工步，精磨 55 0-0.013mm 的外圆，选择 M1432 即可。6.2 选择刀具工序 10：该零件不需要加工特性表面，小批量生产，故选用通用或标准刀具即可，选用 45端面刀和 90外圆车刀。工序 20：共 24 页 第 14 页该工序不需要加工特性表面，单件小批量生产，由于加工孔较深选用直柄长麻花钻及整体高速钢扩孔钻。工序 40：此工序不需要加工特性表面，只车内孔，故选用内孔车刀即可。 工序 50：此工序主要内容是精车外圆，选择高速钢车刀即可满足要求。工序 60：此工序主要内容是精车内锥孔，故选用内孔车刀即可。工序 70：此工序主要是铣 R2 油槽，选用成形铣刀即可。工序 80：此工序主要是铣键槽，选用成型铣刀即可。工序 90：此工序主要是钻并铰 6 孔，选用直柄短麻花钻即可满足要求。工序 120：该工序主要是粗磨 Morse No.4 锥孔，选择 Morse No.4 砂轮即可。工序 130：该工序主要是精磨 Morse No.4 锥孔，选择 Morse No.4 砂轮即可。工序 150：此工序主要是粗磨 55 0-0.013mm 的外圆，选择外圆砂轮即可满足要求。工序 160：此工序主要内容是精磨外圆，所以选择外圆砂轮即可满足精加工要求。6.3 选择夹具该零件无特形加工表面，选用通用夹具，三爪卡盘，中心架，两顶尖。铣键槽和油槽时，选用铣床专用夹具，也可以用铣槽夹具，主要保证键槽形状位置精度。共 24 页 第 15 页6.4 选择量具工序 10，20：工序 10，20 属于粗加工阶段，对尺寸精度要求不高，故可选用测量范围在 0300mm 量程的游标卡尺。工序 40，50：工序 40,50 属于精加工阶段，选择故可选用测量范围在 0150mm 量程的游标卡尺。工序 60：工序 60 属于精加工阶段，选择故可选用测量范围在 0150mm 量程的游标卡尺及锥度塞规。工序 70，80，90：工序 70,80,90 属于精加工阶段，选择故可选用测量范围在 0150mm 量程的游标卡尺。工序 120：此工序加工的是 Morse No.4 锥孔，选择 0150mm 量程的游标卡尺。工序 130：此工序是 Morse No.4 锥孔的精加工，选择 Morse No.4 塞规。工序 140：此工序是 Morse No.4 锥孔的精加工，选择 Morse No.4 塞规。工序 150，160：此工序是外圆的精加工，此外圆要与其他孔配合，精度要求高，选择千分尺测量。工序 150，160：此工序主要检验各部分的尺寸精度要求，需要用到游标卡尺，千分尺，锥度塞规。共 24 页 第 16 页7 确定切削用量1.工序 10步骤如下：(1)工步 1粗车外圆1)确定背吃刀量：a p=3.5mm。2)确定进给量 f：根据文献 2 表 27-2 查得 f=0.40.6mm/r；取 f=0.6mm/r。3)确定切削速度 Vc:根据文献 2 表 27-12 查得 Vc= 1.1671.5m/s;取 Vc=1.4m/s 4)确定机床转速 n：共 24 页 第 17 页n=1000Vc/d w=6010001.4/（3.1460）=445.86r/min查表 5-5 得相近的机床转速为 450r/min,所以实际切削速度为 1.3m/s。(2)工步 2车端面切削用量与工步 1 一样2.工序 20(1)工步 1钻孔1)选取 25的高速钢钻头；进给量参照文献 2 表 28-10f=0.390.47 取f=.4mm/r；根据参照文献 2 表 28-2 切削速度 =0.33m/s。Vc2)根据公式 n=60 1000Vc/d w=60 10000.33/3.1425=252.2r/min3)参照 Z5140 钻床的主轴转速，取转速 。则可求得该工步的实min/250r际切削速度 sdnVc /3.61/4.325061/(2)工步 2扩孔 1)选取扩孔钻直径 28,ap=3mm，根据文献 2 表 8-79 进给量 f=0.81.0mm/r,取 f=0.9mm/r,根据文献 2 表 8-82 可知切削速度 =0.31m/s;Vc2)根据公式 n=60 1000Vc/d w=60 10000.31/（3.1428）=211.56r/min3)参照 Z5140 钻床的主轴转速 ,取转速 。则可求得该工步的实min/20r际切削速度 sdnVc /29.61/84.32061/ 3.工序 40 车套筒右端面，车内锥面、右端 60内锥面(1)工步 1车套筒右端面1)背吃刀量的确定 背吃刀量直接取为加工余量，故有背吃刀量 ap1=1mm；2)进给量的确定 车端面没有进给量3)切削速度的计算 切削速度对车断面没明显影响，去一般值即可。(2) 工步 2车内锥面共 24 页 第 18 页车内锥面对切削用量没多大要求。(3) 工步 3车 30内孔1） 确定被吃刀量 ap1=0.7mm；走刀 3 次2）确定进给量 f：f=1.14mm/r。3)确定切削速度 Vc4.工序 50精车1)确定背吃刀量：取 ap=1.2mm。2)确定进给量 f：选取硬质合金车刀，取刀尖半径为 1mm,根据文献 2 表 27-2 查得f=0.70.8mm/r；取 f=0.75mm/r.3)确定切削速度 Vc:根据文献 2 表 27-12 可知 =0.8331.666，取 m/s6.1Vc4)确定机床转速 n：n=60 1000Vc/d w=60 10001.6/（3.1456.5） =541.1r/min查表 5-5 得相近的机床转速为 550r/min,所以实际切削速度为smmdnVc /63.1)0/(5.614.350610/ 5.工序 601）确定背吃刀量 ap 单面加工余量为 5.9mm，2 次走刀加工，a p 3mm。：2）确定进给量 f：根据文献 2 表 27-2 查的 f=0.10 0.12mm/r 取f=0.11mm/r6.工序 70铣键槽1）确定背吃刀量 ap1=5mm 走刀两次； 走刀 2 次。5.3ea2）进给量的确定 选铣床功率为 8KW,根据文献 2 表 30-13 可知每齿进给共 24 页 第 19 页量为 0.060.10mm/z 取 mm/z.zf 08.zf3）确定切削速度 Vc 根据文献 2 表 8-99 可知， =0.352.67m/s，取Vc=1m/sVc4）确定机床主轴转速 n=60 1000Vc/d w=60 10001/3.1480=238r/min根据铣床转速实际转速应为 200r/min，故实际切削速度smmnV /83.061/804.32601/ 7.工序 80油槽1）确定背吃刀量 ap1=2mm2）进给量的确定 和切削速度和工序 70 相同。 8.工序 90钻孔1）钻孔 选取 6的高速钢钻头；2）进给量的确定 根据文献 2 表 28-9 可知进给量为 0.100.14mm/r 取fmm/r.0f3）确定切削速度 Vc 根据文献 2 表 28-2 可知， =0.33m/s，Vc4）确定机床主轴转速 根据公式n=60 1000Vc/d w=60 10000.33/3.1425=252.2r/min参照 Z512 车床的主轴转速，取转速 。则可求得该工步的实际min/250r切削速度 sdnVc /32.61/4.325061/ 9.工序 120粗磨 Morse No.41)背吃刀量的确定 依据工序尺寸及工序余量，取轴径方向 ap1=0.25mm共 24 页 第 20 页10.工序 130精磨 Morse No.41)背吃刀量的确定 依据工序尺寸及工序余量，取轴径方向 ap1=0.1mm2)进给量的确定 参照文献 2 表 33-51，工件磨削表面直径按 31mm 选取，工件回转的圆周速度取为 2m/min，则取工件每转的纵进给量 f=0.5mm/r；采用切入的磨削方法。3)磨削速度的计算 参照金属机械加工工艺人员手册 13的表 10-213，取切削速度 v 为 30m/min。求得转速为，查找机械制造装备设计书中min/28134min/301rn图 2-6（机床主传动系统转速图） ，取转速 n=200r/min。再将此转速代入上面的公式，可以反求得该工序的实际磨削速度为。in/15.90in/25.