机械制造工艺学-课程设计

机械制造工艺学机械制造工艺学 课程设计课程设计 说明书说明书 班级班级 学号学号 姓名姓名 小组成员 小组成员 指导教师指导教师 目目 录录 工艺课程设计任务书工艺课程设计任务书 2 第一章第一章轴类零件机械加工工艺规程的编制轴类零件机械加工工艺规程的编制 3 第一节零件的工艺分析 4 一 零件用途 4 二 零件技术要求 4 三 审查轴零件工艺性 4 第二节 确定零件的生产类型 4 第三节毛坯的种类及制造 5 第四节制造工艺路线 一 定位基面的选择 5 二 轴零件表面加工方法的选择 5 三 制定工艺路线及选择加工设备及工艺装备 5 第五节加工余量及工序尺寸的确定 7 第六节切削用量 时间定额计算 10 第二章第二章 铣平面专用夹具夹具设计铣平面专用夹具夹具设计 12 第一节 轴零件的铣床夹具设计 12 一 零件本工序加工要求的分析 12 二 拟订定位方案和选择定位元件 12 三 确定夹紧方案 13 四 定位误差分析 13 五 绘制夹具总装图 14 设计总结设计总结 14 参考文献参考文献 15 工艺课程设计任务书工艺课程设计任务书 课程名称指导教师汪帮富 专 业机械设计及其自动化班 级机械 0811 设计题目轴的课程设计设计时间 设计技 术条件 及要求 设计条件 1 零件图 设计要求 1 工序图分析 绘制零件图 一张 A4 图 2 确定毛坯 绘制毛坯图 3 选择粗 精基准 4 拟定工艺路线 5 选择机床 夹具 刀具 量具 6 填写工艺过程卡和某道工序的工序卡片 1 套 7 设计铣平面专用夹具 绘制夹具总装图一张 A3 图 8 设计说明书一份 包括零件图分析 工艺设计 定位 方案确定 定位误差计算等内容 技术要求 1 除螺纹表面外 其其他表面均为 45 50HRC 2 表面处理 发蓝 3 24h7 的轴线对 M18 的轴线的同轴度公差为 0 04 第一章第一章 轴类零件机械加工工艺规程编制轴类零件机械加工工艺规程编制 第一节第一节零件的工艺分析零件的工艺分析 一 一 零件的用途零件的用途 题目所给的零件是一阶梯轴零件 如图 1 1 轴类零件是机械结构中最常见的并用于传递运动和动力的重要零件之一 其加工质量直接影响到机械装置的使用性能和运动精度 轴类零件工作的主要 表面是外圆面 车削是外圆加工最普遍且主要的方法 图1 1 轴零件图轴零件图 二 二 零件的技术要求零件的技术要求 该轴 如图 1 1 需加工的表面以及加工表面之间的位置要求如下 1 46 38 32 24h7 18 等一组外圆面及两端面 2 以 38 的轴线对称的平面 3 8 6 的孔 4 M32 M18 的螺纹 5 长 短键槽 具体技术要求见表 2 1 表表 2 1 轴零件技术要求表轴零件技术要求表 加工表面尺寸及偏差 mm 公差 mm 及精 度等级 表面粗糙度 Ra m 形位公差 轴外圆面 46 0 16 IT1112 5 轴外圆面 38 0 16 IT1112 5 轴外圆面 32 0 16 IT1112 5 轴外圆面 24h7 0 021 IT73 2同轴度 0 04 轴外圆面 18 0 11 IT1112 5 割环槽 30 5 0 16 IT1112 5 割环槽 26 5 0 13 IT1112 5 割环槽 22 4 0 084 IT103 2 割环槽 15 4 0 11 IT1112 5 螺纹M320 016 IT66 3 螺纹M180 013 IT66 3 对称平面 26 0 1 0 2 IT1112 5 孔 8 0 09 IT1112 5 孔 6 0 09 IT1112 5 短键槽 4 10 0 074 IT1112 5 长键槽 4 21 0 074 IT1112 5 三 三 审查轴零件的工艺性审查轴零件的工艺性 该零件图样视图正确 但稍有不完整 尺寸 公差也不够详细 故需要先 改正零件图再做后续加工 该零件的加工并不复杂 根据技术要求 零件材料 为 HT200 除螺纹表面 其它表面做热处理达 45 50HRC 零件最后要做发蓝 处理 第二节第二节确定零件的生产类型确定零件的生产类型 零件的生产类型是按零件的年生产纲领和产品特征来确定的 零件的年生产 纲领 N 可按下式计算 N Q m N Q m 1 a1 a 1 b 1 b N 零件的生产纲领 件 年 Q 产品的年产量 台 辆 年 m 每台 辆 产品中该零件的数量 件 台 辆 a 备品率 一般取 2 4 b 废品率 我们取 0 3 0 7 由于未给出技术条件 故试确定技术要求为 1 生产批量 中 大批量生产 2 废品率 0 5 备品率 2 每日一班 现已知该产品属于轻型机械 根据题目设计条件 确定其生产类型为中 大批生产的轻型零件 第三节第三节毛坯的种类及制造毛坯的种类及制造 根据技术要求 毛坯材料采用 HT200 故不适宜采用锻件毛坯 因其外形 简单 直接采用 50 200 的棒料 毛坯简图见图 3 1 图图 3 1 毛坯简图毛坯简图 第四节第四节制定工艺路线制定工艺路线 一 一 基面的选择基面的选择 轴类零件各表面的设计基准一般是轴的中心线 其加工定位基准最常用的 是两中心孔定位 因为该阶梯轴的外圆表面精度要求不高 故采用以下定位方法 1 粗基准的选择 为了提高工件的刚度 采用一夹一顶方式定位 即轴的一端 外圆用三爪卡盘夹紧 一端用尾座顶尖顶住中心孔 这样在一个工序中加工 所有的外圆表面 即能保证该轴类零件的同轴度要求 定位示例如图 4 1 2 精基准的选择 为了避免基准转换所产生的误差 精加工中仍选用一夹一顶 方式定位 图图 4 1 二 二 表面加工方法的选择表面加工方法的选择 该零件主要加工表面有 外圆面 端面 平面 槽 孔和螺纹 参考教材 机械制造技术基础课程设计指导教程 P9 P14 经济精度 的选用 加工选 择如下 表表 4 2 轴零件各表面加工方案轴零件各表面加工方案 加工表面经济精度等级表面粗糙度 Ra m 加工方案备注 46 外圆面 IT1112 5粗车表 1 6 38 外圆面 IT1112 5粗车 半精车表 1 6 32 外圆面 IT1112 5粗车表 1 6 24h7 外圆 面 IT73 2粗车 半精车 精车表 1 6 18 外圆面 IT1112 5粗车 半精车表 1 6 割环槽IT1112 5粗车表 1 6 割环槽IT1112 5粗车表 1 6 割环槽IT103 2粗车 半精车表 1 6 割环槽IT1112 5粗车表 1 6 螺纹 M32IT66 3粗车 半精车 精车 表 1 10 螺纹 M18IT66 3粗车 半精车 精车 表 1 10 对称平面IT1112 5粗铣表 1 8 孔 8IT1112 5钻表 1 7 孔 6IT1112 5钻表 1 7 短键槽IT1112 5粗铣表 1 8 长键槽IT1112 5粗铣表 1 8 三 三 制定工艺路制定工艺路 按照先加工基准面 先面后孔 先粗后精的原则 布置工艺路线如下 工序号工序号工序名称工序名称机床设备机床设备刀具刀具量具量具 1粗车 半精车轴外圆 各个台阶 CA6140 45 外圆 车刀 游标卡尺 2钻 8 孔CA6140 8 直柄麻 花钻 三用游标卡尺 3铣 26 0 1 对称平面卧式铣床 X60 18 高速 钢直柄立 铣刀 塞尺 刀形平尺 4钻 6 孔立式钻床 Z525 6 直柄短 麻花钻 三用游标卡尺 5铣长 短键槽立式铣床 X5012 4 直柄键 槽铣刀 塞规 6热处理 淬火淬火机等 7 精车 24 外圆 车 M32 M18 螺纹 割 槽 CA6140 45 外圆 车刀 螺 纹刀 割 游标卡尺 螺 纹塞规 刀 8倒角 割断CA6140割刀游标卡尺 9发蓝 10检验游标卡尺 螺纹 塞规 表表 4 3 轴工艺路线及设备 工装选用轴工艺路线及设备 工装选用 第五节第五节加工余量和工序尺寸的确定加工余量和工序尺寸的确定 一 工序一 工序 1 粗 半精加工轴的表面至设计尺寸的加工余量 工粗 半精加工轴的表面至设计尺寸的加工余量 工 序尺寸和公差的确定序尺寸和公差的确定 第 1 道工序的加工过程分为 5 个工步 第一个工步 轴件装在三爪卡盘与顶尖间 以中心线定位 粗车圆柱面 公差等级为 IT11 所以保证工序尺寸 P1 460 0 16根据表 2 16 粗车外圆的直径余量为 a1 4mm 直接加工至尺寸 第二个工步 1 轴件装在三爪卡盘与顶尖间 以中心线定位 先粗车圆柱面 保证工序 尺 2 寸 P2 根据表 2 16 粗车外圆直径余量为 a 5mm 然后半精车圆柱面得 到工序尺寸 P3 查表 2 17 加工余量为 a1 3mm 因为公差等级为 IT11 所以 P3 380 0 16 P2 P3 a1 410 0 16 第三个工步 轴件装在三爪卡盘与顶尖间 以中心线定位 粗车圆柱面 表 2 16 粗车外 圆的直径余量为 a1 6mm 公差等级为 IT11 保证工序尺 P4 320 0 16 第四个工步 轴件装在三爪卡盘与顶尖间 以中心线定位 粗车圆柱面 保证工序尺寸 P5 公差精度为 IT11 根据表 2 16 粗车外圆直径余量为 a 7mm 然后半精车圆 柱面得到工序尺寸 P6 加工余量为 a1 3 P5 P6 a1 根据表 2 17 精车外圆直径 余量为 a2 1mm 在后面的工序精车外圆面保证工序尺寸 又因为公差精度等 级为 IT7 所以 P7 240 0 021 半精加工时精度等级也为 IT7 所以 P6 P7 a2 250 0 021则 P5 280 0 16 第五个工步 轴件装在三爪卡盘与顶尖间 以中心线定位 粗车圆柱面 加工直径余量 为 a 5mm 保证工序尺寸 P8 粗车公差精度为 IT11 然后半精车 公差等级 为 IT11 加工直径余量为 a1 2mm 直接得到工序尺寸 P9 180 0 16则 P8 200 0 16 单位 mm 工步工序直径余量工序尺寸工序公差工序尺寸及偏差 半精车2180 16 180 0 16 粗车 18518 2 200 16 200 0 16 半精320 5 250 021 250 0 021 粗车 24425 3 280 16 280 0 16 粗车 32628 4 320 16 320 0 16 半精车332 6 380 16 380 0 16 粗车 38538 3 410 16 410 0 16 粗车 46241 5 460 16 460 0 16 毛坯46 4 50 一 一 工序工序 2 钻钻 8mm 的孔的加工余量 工序尺寸和公差的孔的加工余量 工序尺寸和公差 的确定的确定 由表 2 28 可查得 钻孔余量 Z钻 8mm 查表 1 20 可依次确定个工序尺寸的 加工精度等级 钻 IT11 根据上述结果 再查标准公差数值表可确定该工步 的公差分别为 钻 0 09mm 综上所述 该工序各工步的工序尺寸及公差分别为 钻孔 8 0 090mm 工步工序余量工序尺寸工序公差工序尺寸及偏差 钻孔880 09 80 0 09 其他工序的加工余量 工序尺寸 公差等级的确定 工序 3 工步工序余量工序尺寸工序公差工序尺寸及偏差 粗铣 B 面6260 2 26 0 1 粗铣 A 面6320 2 32 0 1 工序 4 工步工序余量工序尺寸工序公差工序尺寸及偏差 钻孔660 09 60 0 09 工序 5 工步工序余量工序尺寸工序公差工序尺寸及偏差 粗铣 4 10 的槽40 074 粗铣 4 21 的槽40 074 第六节第六节 切削用量 时间定额的计算切削用量 时间定额的计算 一 切削用量的计算一 切削用量的计算 1 工序 1 粗 精车圆柱面 该工序 5 个工步 轴件装在三爪卡盘与顶尖间 以中心线定位 这些工步是 在同一台机床上加工完成 因此它们进给量和切削速度是一样的 只有背吃刀 量不同 1 切削速度的确定 根据公式 Vc d n 1000 d 工件的最大直径 mm n 工件的转速 r min 我们定 n 400r min 所以 Vc 3 14 46 400 1000 57 78m min 2 背吃刀量的确定 根据公式 AP DW DM 2 DW 工件上待加工表面直径 DM 工件上已加工表面直径 工步 1 加工 46 的表面 背吃刀量 ap1取为 a1 a1 2mm 工步 2 加工 38 的表面 背吃刀量 ap2 a1 4mm 工步 3 加工 32 的表面 背吃刀量 ap3 a1 3mm 工步 4 加工 25 的表面 背吃刀量 ap4 a1 3 5mm 工步 5 加工 18 的表面 背吃刀量 ap5 3 5mm 3 进给量的确定 由表 5 1 按工件的材料 该工序的进给量 f 0 8mm r 2 工序 2 钻 8 的孔 1 背吃刀量的确定 取 ap 8mm 2 进给量的确定 由表 5 22 选取该工步的每转进给量 f 0 1mm r 3 切削速度的计算 由表 5 22 按工件材料灰铁 200 的条件选取 切削速度 v 可取 18m min 由公式 n 1000 v d 可求得该工序钻头转速 n 716 6r min 参照表 4 9 所列 Z525 型立式钻床的主轴转速 取 n 960r min 再将此转速代入公式 可求出该工序的实际钻削速度 v n d 1000 24m min 其他的工序在工序卡中给出数据 二 时间定额的计算二 时间定额的计算 1 基本时间 tm的计算 1 工序 4 钻 6 的孔 直接钻孔 根据表 5 41 钻孔的基本时间可由公式 tj l l1 l2 f n 求得 式中 l 8mm l2 1mm l1 D cotkr 2 1 2 3 75mm f 0 1mm r n 960r min 将数据代入公式得 tj 0 13min 7 8s 2 辅助时间 tf的计算 根据第五章第二节所述 辅助时间 tf 0 15 0 2 tj我们取 tf 0 15tj 工序 4 tf 0 15 7 8 1 17s 3 其他时间的计算 除了作业时间 基本时间与辅助时间之和 以外 每道工序的单件时间还 包括布置工作地时间 休息与生理需要时间与终结时间 由于我们是大批量生 产 分摊到每个工件上的准备与终结时间甚微 可忽略不计 布置工作地时间 tb是作业时间的 2 7 生理需要与休息时间 tx是作业时间的 2 4 我们取 3 则工序的其他时间 tb tx 可按 3 3 tj tf 计算 工序 4 的其他时间 tb tx 6 7 8 1 17 0 53s 4 单件时间 tdj的计算 工序 4 的单件时间 tdj 7 8 1 17 0 53 9 5s 其他工序在工序卡中给出数据 第二章第二章 铣平面专用夹具设计铣平面专用夹具设计 轴零件工件图轴零件工件图 一 零件本工序的加工要求分析一 零件本工序的加工要求分析 铣 26 0 1 的对称平面 本工序前已加工的表面如下 1 粗车 半精车轴各外圆表面 2 钻 8 孔 本工序使用机床为卧式铣床 X60 刀具为 18 高速钢直柄立铣刀 二 拟订定位方案和选择定位元件二 拟订定位方案和选择定位元件 1 1 拟订定位方案拟订定位方案 根据工件结构特点 其定位方案如下 以 50 的外圆及 24 的外圆作为定位基准面 再通过夹紧装置的定位作 用 总共限制工件的 6 个自由度 1 50 的外圆及 24 的外圆分别以小 V 型块 V1 V2 定位 限制了 Y Z 方向的移动和转动 2 采用 V 型块做夹紧装置 限制了 X 方向的移动和转动 铣削平面需要限制的自由度有 X Y Z 方向的转动及 X Z 方向移动 所以 这种定位方式可行 2 2 定位元件和定位装置的设计和选择定位元件和定位装置的设计和选择 1 V 形块 材料 20 钢 渗碳深度 0 8 1 2mm 58 64HRC 按 GB T699 1999 查得 2 夹紧用螺母 材料 45 钢 35 40HRC 按 GB T699 1999 查得 3 3 导向方案导向方案 在铣床或刨床夹具中 为保证加工面的位置精度 刀具相对工件的位置需 要调整 因此常设置对刀装置 对刀时移动机床工作台 使刀具靠近对刀块 在刀齿切削刃与对刀块间塞进一规定尺寸的塞尺 让切削刃轻轻靠紧塞尺 抽 动塞尺感觉到有一定的摩擦力存在 这样就确定刀具的最终位置 抽走塞尺 就可以开动机床进行加工 本设计采用的是直角对刀块 20 钢 渗碳深度 0 8 1 2mm 58 64HRC 按 GB T699 1999 查得 如下图所示 三 确定夹紧方案三 确定夹紧方案 由于工件为中等批量生产 产量不大 宜用简单的手动夹紧装置 采用 V 型块夹紧 两端采用螺栓连接 通过拧紧螺母使 V 型快夹紧工件来实现夹紧 V 型块夹紧工件主要是为了防止工件在加工过程中受力的作用产生倾覆和振动 手动夹紧是可靠的 可以免去夹紧力的计算 四 四 定位误差分析定位误差分析 以 v 形块定位 故定位基准为轴中心线 由于工序基准为外圆柱下母线 所以 存在基准不重合误差 B 该加工面的工序尺寸为 380 0 16 所以 B 0 16 2 0 08 又存在基准位移误差 Y Y 0