工艺学课程设计说明书_(自行车右曲柄的机械加工工艺规程.doc

工艺学课程设计说明书_(自行车右曲柄的机械加工工艺规程 机械制造工艺学课程设计 设计计算说明书 设计题目:设计自行车右曲柄的机械加工工艺规程 学生姓名: 学号:09082619 专业: 机械设计制造及其自动化 指导老师: 学校: 2012年9月13日 目录第一节 序 言1第二节 零件分析1一、零件的功用分析1二、零件的工艺分析1第三节 机械加工工艺规程制定2一 、确定生产类型2二、确定毛坯的制造形式3三、选择定位基准31、精基准的选择32、粗基准的选择4四、选择加工方法41、平面的加工42、孔的加工43、加工初步方案5五、制定工艺路线6六、加工余量及毛坯尺寸91、确定加工余量92、确定毛坯基本尺寸93、工序尺寸和公差的确定94、绘制毛坯图11七、工序设计121、选择加工设备与工艺装备121、选择加工设备122、选择夹具143、选择刀具14八、确定切削用量和基本时间141、工序10切削用量及基本时间的确定151、切削用量152、基本时间162、工序20 钻?铰?9mm孔171、切削用量172、基本时间183、工序30 钻?扩孔钻?铰?16mm孔19切削用量19基本时间214、工序40扩?17孔工步22切削用量22基本时间235、工序50钻?扩?铰?14孔23切削用量23基本时间256、工序60攻M14*1.25内螺纹25工艺过程25基本时间26九、零件图及毛坯图26 第一节 序 言 本次课程设计的任务是针对生产实际中的一个零件?自行车右曲柄,制定其机械加工工艺规程。该零件的工艺过程包括了铣平面、铣曲面、钻孔、攻螺纹、电镀等工序。生产纲领为中批或大批生产。设计要求包括以下几个部分: 零件图1张 毛坯图1张 机械加工工艺过程卡片 1份 机械加工工序卡片 1份 课程设计说明书 1份 第二节 零件分析一、零件的功用分析 题目所给定的零件是自行车右曲柄 ,其主要作用是与自行车中轴和脚踏板配合使用。曲柄通过17孔连接自行车中轴,并将销打入9孔,实现中轴与曲柄的安装和定位。曲柄通过M141.25来连接脚踏板,以保证曲柄对脚踏板力的传动,使自行车中轴转动起来。从而使中轴上的链轮带动链条,链条通过飞轮让后轮转动起来,达到自行车前进的目的。二、零件的工艺分析 由曲柄零件可知,其材料为45钢。该材料具有足够的强度、刚度、韧度,适用于承受弯曲应力和冲击载荷作用的工作条件。 从零件图(见附图)上可以看出,标有表面粗糙度符号的表面有面A、面C、底面(K面)、内孔等。其中,表面粗糙度要求最高的是16mm孔,表面粗糙度为Ra1.6m。从表面间的位置精度要求来看,K面(即下端面)应与M141.25和16的孔中心线垂直,且23与16的孔中心线重合,即同轴。 从工艺上看,M141.25螺纹孔和16的孔中心线垂直对K面的垂直度要求为0.5/100,可以通过专用夹具来保证。M141.25螺纹孔和16孔中心线平行度要求为0.5/100,可以通过定位原件跟专用夹具保证。16孔表面粗糙度为Ra1.6m,可以通过精铣保证。 其余表面加工精度较低,不需要高精度的加工机床,通过模锻就能达到加工精度要求,而主要工作表面虽然加工精度较高,但也可以在正常的生产条件下,采用较为经济的加工方法保质保量的加工出来。由此可见,该零件的工艺性较好。该零件的主要工作表面为两端孔16mm和M141.25螺纹孔以6及mm,在设计工艺规程时应重点予以保证。 第三节 机械加工工艺规程制定一 、确定生产类型 以设计题目以及生产实际可知:产品的的年产量为8000件/年,每台产品中该零件数量为1件/台;结合生产实际,备品率和废品率分别为3%和0.5%,零件年产量为 N8000台/年*1件/台*(1+3%)*1+0.5%8281.2件/年 由“机械加工零件生产分类”知,自行车右曲柄为轻型零件,生产类型为大批量生产。二、确定毛坯的制造形式 由该零件的功用及自行车的工作状况可知,该曲柄在工作工程中要承受一定的载荷冲击,为增强曲柄的强度和冲击韧度,获得纤维组织,毛坯选用锻件。由于零件生产类型为大批量生产,零件较为复杂,而锻造生产成本低,成形性高,力学性能好,故宜采用模锻方法制造毛坯。毛坯材料为45钢。根据曲柄的功用和技术要求,确定该零件的公差等级为中等精度。 该零件的形状不是非常复杂,因此毛坯件的形状与零件的形状应尽量接近。由于17mm孔的孔壁较薄,考虑到直接锻造孔可能会影响其力学性能,故采用在后期采用精铣钻孔的方法达到加工尺寸要求。三、选择定位基准 定位基准的选择是工艺规程制定中的重要工作,它是工艺路线是否正确合理的前提。正确与合理地选择定位基准,可以保证加工质量、缩短工艺过程、简化工艺装备结构与种类、提高生产效率。1、精基准的选择 平面K是加工有台阶平面的设计基准曲柄的两个侧面是曲柄上台阶平面在垂直方向上的设计基准,所以在加工台阶平面时选用K平面曲柄的右侧面作为精基准定位,实现了设计基准和工艺基准的重合,保证了被加工表面的相对侧面侧面的垂直度以及相对于K平面的平行度。而且在加工时装夹是在曲柄两端的侧面,不会因为装夹变形而导致工件作废。钻两个空也是同样以K面和曲柄的右侧面作为精基准,同样也起到了设计基准和工艺基准重合的效果,但是保证其对K面的垂直度和对两个侧面的平行度。方便装夹又能保证精度。2、粗基准的选择 选择曲柄大端的外圆面和曲柄左侧面作为粗基准。采用曲柄大端的外圆面作为粗基准可以保证空的壁厚的均匀程度和相对于外圆的平行度,采用曲柄的左端面作为粗基准进行加工,可以保证上平面相对于侧面的垂直度和内孔加工后相对于侧面的平行度。 四、选择加工方法1、平面的加工 平面的加工方法有很多,有车、刨、铣、磨、拉等。由于曲柄表面的精度等级要求不高,其表面的尺寸、粗糙度要求可以通过模锻的方式达到。故可以减少模锻之后对零件毛坯表面的机加工。 2、孔的加工 孔的加工方式有钻、扩、镗、拉、磨、铰等。对于16mm孔的公差等级为IT10级,上偏差为0.07mm,下偏差为0mm,表面粗糙度要求为Ra1.6m。可以在实体上定位后通过钻?扩?粗铰?精铰得到。对于17mm孔,尺寸公差为GB/T1804-m,粗糙要求为Ra12.5m可以在16mm基础上通过扩孔方式得到。对于?9mm孔,公差等级为IT6级,上偏差为0.09mm,下偏差为0,粗糙度要求为Ra6.3m,可以实体上定位后通过钻孔?扩孔的方式得到。对于螺纹孔M14*1.25,在实体上定位后可以通过钻?攻螺纹的方式得到。3、加工初步方案 根据零件图上各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度,查表平面加工方案的经济精度和表面粗糙度;查表孔加工方案的经济精度和表面粗糙度,确定曲柄零件各表面的加工方法,如下表: 曲柄零件各表面加工方案加工表面尺寸及偏差/mm尺寸精度等级表面粗糙度/m加工方案备注曲柄底面30IT9Ra6.3模锻四周的表面18IT9Ra6.3模锻上表面台阶IT9Ra6.3粗铣?半精铣钻孔9IT9Ra6.3钻?粗铰钻孔16IT10Ra12.5钻?粗铰攻M141.25内螺纹M141.25钻?攻M11.25五、制定工艺路线 工艺路线的拟定是制定工艺规程的总体布局,包括确定加工方法、划分加工阶段、决定工序的集中于分散、加工顺序的安排以及安排热处理、检验及其他辅助工序(去毛刺、倒角等)。它不但影响加工的质量和效率,而且影响工人的劳动强度、设备投资、车间面积、生产成本等。 因此,拟定工艺路线是制定工艺规程的关键性一步,必须在充分调查研究的基础上提出工艺方案,并加以分析比较,最终确定一个最经济合理的方案。 因为17和9要保持较高的垂直度,16和M141.25要保持较高的平行度,故他们的加工宜采用工序集中原则,即分别在一次装夹下将孔加工出来,以保证其位置精度。 工艺路线的拟定是制定工艺规程的总体布局,包括确定加工方法、划分加工阶段、决定工序的集中于分散、加工顺序的安排以及安排热处理、检验及其他辅助工序(去毛刺、倒角等)。它不但影响加工的质量和效率,而且影响工人的劳动强度、设备投资、车间面积、生产成本等。 因此,拟定工艺路线是制定工艺规程的关键性一步,必须在充分调查研究的基础上提出工艺方案,并加以分析比较,最终确定一个最经济合理的方案。加工阶段的划分 该曲柄加工质量要求一般,外表面尺寸要求在模锻过程中就可以得到保证。故可以先加工上表面台阶,然后钻孔9、17、14,攻螺纹M141.25,和孔9、17的钻、铰加工。采用工序集中原则 因为17和9要保持较高的垂直度,17和M1.25要保持较高的平行度,故他们的加工宜采用工序集中原则,即分别再一次装夹下将面或孔加工出来,以保证其位置精度。加工顺序的确定机械加工工序遵循“先基准后其他”原则,遵循“先面后孔”原则,先铣曲柄表面,在加工曲柄孔17、9和钻螺纹M141.25。由此初次拟曲柄机械加工工序安排,见表:曲柄机械加工工序安排(初拟)工序号工序内容简要说明10铣上表面台阶先面后孔20钻、铰9mm孔先面后孔30钻、铰16mm孔先面后孔40钻孔14mm孔先面后孔50攻M141.25内螺纹热处理工序模锻成型后切边,进行调质处理,调质硬度为241285HBS,并进行酸洗、喷丸处理。辅助工序 粗加工曲柄热处理后,应安排校正直工序;在半精加工后,安排去毛刺和中间检验;精加工后,安排去毛刺,清洗,最后电镀铬,按轻工业标准QB2002?1994一级件施工。 综合所述,该曲柄工序顺序的安排顺序为:基准加工?主要表面粗加工及一些余量的表面加工?主要表面半精加工和次要表面加工?钻孔?攻螺纹?热处理?主要表面精加工。确定工艺路线在综合考虑上述工序顺序安排原则的基础上,拟订曲柄的机械加工工艺路线,见下表:曲柄机械加工工艺路线(修改)工序号工序内容定位基准10粗铣、半精铣上表面台阶底面K、30mm、2420钻、粗铰9mm孔底面K、16mm、2430钻,粗铰16mm孔底面K、30mm、2440扩17mm底面K、30mm、2450钻,粗铰14mm孔底面、30mm、2460攻M141.25内螺纹底面、30mm、2470去毛刺80镀铬90清洗、检验 六、加工余量及毛坯尺寸1、确定加工余量 该零件材料为45钢,毛坯采用模锻生产,通过模锻保证毛坯表面尺寸、粗糙度精度要求,无需对毛坯外表面再进行机加工,成批大量生产利于节省成本。23mm单边余量为2.5mm,双边余量5mm。零件重量约为0.35kg,算上加工未钻孔余量,经过估算,毛坯重量约为0.4kg。2、确定毛坯基本尺寸 除23mm单边余量为2.5mm,双边余量5mm外,毛坯无其他余量,所以零件外表面尺寸即为毛坯基本尺寸。3、工序尺寸和公差的确定1. 工序10粗铣上表面台阶要求不是很高,所以我们可以只用粗加工来完成。2.工序20?钻?扩孔?9mm孔 ?为IT11级孔 由基孔制7、8、9级孔的加工余量可得,钻孔余量Z钻?7.8mm;扩孔余量Z扩1.2mm。查表孔加工方案的经济度和表面粗糙度,可依次确定各工序尺寸的加工精度等级,扩孔:IT10;钻孔:IT12;根据上述结果,再查标准公差数值表可以确定各工步的公差值,扩孔:0.058mm;钻孔:0.09mm; 综上所述,按入体原则确定工序各工步的工序尺寸及公差,钻孔mm;扩孔:mm。3.工序30?钻?扩?粗铰?精铰?mm为IT10级孔 基孔制7、8、9级孔的加工余量可得,精铰余量Z精0.05mm;c粗铰余量Z粗0.10mm;扩孔余量Z扩0.85mm;钻孔余量Z钻?15mm;查表孔加工方案的经济度和表面粗糙度,可依次确定各工序尺寸的加工精度等级,精铰:IT7;粗铰:IT10;扩孔:IT11;钻孔:IT12;根据上述结果,再查标准公差数值表可以确定各工步的公差值,精铰:0.018mm;粗铰:0.070mm;扩孔:0.110mm;钻孔:0.18mm; 综上所述,按入体原则确定工序各工步的工序尺寸及公差,精铰:mm;粗铰:mm;扩孔:mm;钻孔mm。4.工序40?扩孔?17mm 加工孔17的孔是在工序30的基础上加工的,扩孔余量为1mm;查表孔加工方案的经济度和表面粗糙度,可依次确定各工序尺寸的加工精度等级,扩孔:IT11; 据上述结果,再查标准公差数值表可以确定各工步的公差值,扩孔:0.110mm。 综上所述,按入体原则确定工序各工步的工序尺寸及公差,扩孔:mm。5.工序50钻14mm孔 由表5-20攻螺纹前钻孔用的麻花钻直径,可得,攻螺纹M14*1.25的螺纹用?12.7的钻头。6工序60攻M141.25内螺纹根据表5-21用M14的丝锥攻螺纹。4、绘制毛坯图七、工序设计1、选择加工设备与工艺装备1、选择加工设备 机床和工艺装备的选择应在满足零件的加工工艺的需要和可靠地保证零件加工质量的前提下,与生产批量与生产节拍相适应,并优先考虑采用标准化的工艺装备和充分利用现有条件,以降低生产准备费用。 自行车右曲柄生产类型为大批量生产,可以选用高效的转用设备和组合机床 ,也可以选用通用设备,所选的夹具均为专用夹具。各工序加工设备的选用如下表加工设备及工艺装备内 容加工设备工艺设备锻出零件毛坯空气锤和液压机45钢材料、工件模具去毛刺钳工台平锉中检塞规、百分表、卡尺热处理淬火机铣上表面台阶立式铣床XA6132万能铣床高速钢套式面铣刀、游标卡尺钻、倒角、粗铰、精铰14mm孔立式钻床525锥柄麻花钻头、铰刀、卡尺、塞规钻大端孔、倒角、粗铰、精铰16mm与17mm孔立式钻床525锥柄麻花钻头、铰刀、卡尺、塞规攻内螺纹14mm立式铣床525铰刀、卡尺、塞规电镀喷砂机等清洗清洗机终检塞规、百分表、卡尺等2、选择夹具 对于成批生产的零件,大多采用专用机床夹具。在保证加工质量、操作方便、满足高效的前提下,亦可部分采用通用夹具。本零件属于大批量生产零件,为提高生产效率,故本机械加工工艺规程中所有工序均采用了专用机床夹具。3、选择刀具 在自行车右曲柄的加工中,采用了铣、钻、扩、铰、攻螺纹等多种加工方式,与之相对应,初选刀具的情况如下:(1)、铣刀 工序10中上表面台阶、倒角采用高速钢套式面铣刀来进行加工。工序10中台直径为,为IT12级。要求铣削深度为,铣削宽度为。根据表5-15,选择套式立铣刀。由表5-16知所需铣刀直径为90110mm。(2)、钻头 从零件要求和加工经济性考虑,采用锥柄麻花钻头(GB/T 1438?2008)完成加工工序。八、确定切削用量和基本时间 切削用量包括切削速度、进给量及背吃刀量三项,确定方法是先确定背吃刀量、进给量,而后确定切削速度。不同的加工性质,对切削加工的要求是不一样的,因此在选择切削用量时,考虑的侧重点也应有所区别。 粗加工时,应尽量保证较高的金属切除率和必要的打偶耐用度,故一般优先选择尽可能大的背吃刀量,其次选择较大的进给量,最后根据刀具耐用度要求,确定合适的切削速度。精加工时首先应保证工件的加工精度和表面质量要求,故一般选用较小的进给量和背吃刀量,而尽可能选用较高的切削速度。 为了能更全面的说明切削用量和基本时间的确定方法,与前述零件表面加工方法相对应,下面分别以铣端面、钻孔、粗铰、扩孔、攻螺纹等工序进行说明。1、工序10切削用量及基本时间的确定1、切削用量 (1)背吃刀量 Z2.5mm; (2)进给量XA6132型万能铣床功率为7.5KW,查表5-27高速钢套式面铣刀粗铣平面进给量按机床、工件、夹具系统刚度中等系统选取。取该工序的每步进给量为0.08mm/r。 (3)铣削速度由本工序采用高速镶齿铣刀dw40mm,齿数Z6。查表5-30高速钢套式面铣刀铣刀铣削速度,确定铣削速度Ve48m/min。 则 Ns r/min382.16r/min 由本工序采用XA6132型万能铣床,查表5-13,取转速故实际铣削速度Vc3.14d/1000 3.14*40*375/1000 47.1m/min 当时,工作台的每分钟进给量fm应为 Fmfe *Z *nw 0.08*6*375mm/min 180mm/min 根据表查得机床的进给量为150mm/min.,则实际每齿的进给量为 4校验机床功率由表5-31和表5-32知,铣削力和铣削功率计算公式如下:式中, , , , , , , , , , , , z6 , v47.1m/min , , n375 r/min,所以切削力为切削时的功率为: XA6132型万能铣床主电动机功率为7.5kW,故所选切削用量合适。最后所确定的切削用量为 , ,Vc47.1m/min, Fm 180mm/min2、基本时间 根据表5-33知,的端铣刀对称铣削的基本时间为式中,?工件铣削部分长度,单位为mm; ?切入行程长度,单位为mm; ?切出行程长度,单位mm; ?工作台每分钟进给量,单位为mm/min已知,由表5-34查得切入切出行程长度30mm,所以基本时间为0.787min2、工序20 钻?铰?9mm孔1、切削用量 (1)钻?7.8+0.15孔工步 由工件材料为45钢,孔?7.8+0.15mm,高速钢钻头,查表5.19高速钢麻花钻钻削碳钢的切削用量得:切削速度Vc20m/min,进给量f0.20min/r,取ap7.8mm,则 Ns1000v/3.14dw 1000*20/3.14*7.8 816.2r/min 由本工序采用Z3025型立式钻床,由表3.15得,转速nw630r/min, 故实际切削速度为 Vc m/min15.43m/min 2铰?9+0.09孔工步 取背吃刀量ap0.6mm,由工件材料为45钢,孔?9.0+0.09,查表5.23高速钢铰刀铰削切削用量得:切削速度Vc14m/min,进给量f0.8mm/r,则 Ns r/min 495.46r/min 由本工序采用z3025型立式钻床,取转速nw500r/min,故实际切削速度为 Vc m/min 14.13m/min2、基本时间a、钻孔工步。由表5.39,该工步L1D/2*cotkr+ 12mm7.8/2*cot45+1mm4.9mmL21mm,L30mm;则工序的基本时间为 TjL1+L2+L/Fn 30+4.9+1/0.2*680 0.105min7sb、扩孔工步。由表5.39钻削基本计算时间得,L1D-d1/2*cotkr+ 12mm0.6*1+1mm1.6mm,L22mm,L30mm; 则工序的基本时间为 TjL1+L2+L/Fn 30+1.6+2/0.2*680 0.0988min6s3、工序30 钻?扩孔钻?铰?16mm孔切削用量 (1)钻?15mm的孔加工工步 切削速度vc20m/min,进给量f0.2min/r,背吃刀量ap7.5mm,则 N1000vc/3.14d 1000*20/3.14*15 424.63r/min 由于本工序采用Z3025型钻床,由表3.15得实际转速取n400r/min,则实际切削速度为 Vc 18.84m/min 2扩钻?15.85mm孔工步 高速钢扩孔钻取其切削速度Vc20m/min.进给量f0.2mm/r,背吃刀量ap0.425mm,则 n r/min 401.856r/min 由于本工序采用Z3025型钻床,由表3.15得实际转速取n400r/min,则实际切削速度为 Vcm/min 19.91m/min 3铰?16mm孔工步 查表5.23,取切削速度Vc11.9m/min,进给量取f0.8mm/r,背吃刀量ap0.125mm.则 n r/min 236.86r/min 由于本工序采用Z3025型钻床。由表3.15得实际转速取n200r/min,则实际切削速度为 Vcm/min 10.048m/min基本时间 a、钻孔工步。由表5.39,该工步L1D/2*cotkr+ 12mm 15/2*cot45+1mm 8.5mm L21mm,L34.5;则工序的基本时间为 TjL1+L2+L/Fn 20+3.8+1/0.2*680 0.129min8s b、扩孔工步。由表5.39钻削基本计算时间得,L1D-d1/2*cotkr+ 12mm0.85/2*1+1mm1.425mm,L22mm,L34.5mm; 则工序的基本时间为 TjL1+L2+L/Fn 34.5+1.425+2/0.2*680 0.11min7s c、粗铰孔工步。ApD-d/215.95-15.85/20.05mm;查表5.40铰孔的切入及切出行程得,L10.05mm,L213mm,L34.5mm; 则工序的基本时间为 TjL1+L2+L/Fn 34.5+0.05+13/0.4*545 0.218min13s d、精铰孔的工步。原理同粗叫一样得;L10.02mm,L213mm,L34.5mm; 则工序的基本时间为 TjL1+L2+L/Fn 34.5+0.02+13/0.3*97 1.64min98s4、工序40扩?17孔工步切削用量 由于零件设计对?孔没公差要求,即对?17孔要求不高。可以直接扩到?17。 查表5.23取切削速度Vc10.2m/min,进给取f1mm/r,背吃刀量ap0.5mm,则 n 191/08r/min 由于本工序采用Z3025型钻床,由表3.14实际转速取n200r/min,则实际切削速度为 Vcm/min 10.676m/min基本时间 由表5.39钻削基本计算时间得,L1D