機械制造技術基礎課程設計.doc

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湖 南 科 技 大 學 《機械制造技術基礎》 課 程 設 計 學 生 姓 名： 學 院： 專業(yè)及班級： 學 號： 指 導 教 師： 胡忠舉 年 月 日 目錄 第1章 零件的工藝分析2 （一） 軸類零件的用途2 （二） 導桿的技術要求2 第2章 確定毛坯的種類和制造方法4 （一）確定毛坯的總類4 （二）機械加工余量、工序尺寸以及毛坯尺寸的確定4 第3章 工藝路線設計6 （一）定位基準的選擇6 （二）制定工藝路線7 （三）工序設計8 第4章 選擇機床和工藝設備10 第5章 確定工序的基本余量11 第6章 確定切削用量和時間定額14 第7章 小結16 參考文獻16 第1章 零件的工藝分析 （一）軸類零件的用途 本次課程設計零件為一導桿，屬軸類零件。軸類零件是旋轉體零件，其長度大于直徑，一般由同心軸的外圓柱面、圓錐面、內孔和螺紋及相應的端面所組成。導桿主要用來支承傳動零部件，傳遞扭矩和承受載荷，故其廣泛應用于各類機械產品中。 （二）導桿的技術要求 1. 導桿的技術要求全部技術要求繪制在圖中。其表面要求熱處理30~36HRC； a、 孔?20要滿足以中心軸線E為基準的對稱度要求為0.1mm，垂直度要求為0.05mm； b、軸右端?18要滿足以中心軸線E為基準的同軸度要求為0.03mm； c、軸內螺紋孔4xM6-6H滿足深度為8，以中心軸線D為基準的位置度要求滿足 0.3mm。 2. 通過對該零件圖的重新繪制，知原圖樣的視圖正確，尺寸，公差及技術要求齊全。 零件圖樣分析 （1） 該零件軸段的安排是呈階梯型，其加工精度要求較高，要有較高的形位公差，表面粗糙度最高達到了0.4m。零件的中心軸是設計基準和工藝基準。 （2） mm對公共軸線的對稱度為0.1mm，垂直度為0.05mm。 （3）mm的圓柱面對公共軸線的同軸度為? 0.025mm。 （4）4M6-6H對公共軸線的的位置度為? 0.3mm。 （5）零件的材料為38Cr。 （8）熱處理30~36HRC。 （9）軸大端加工出C3倒角，軸小端加工出C2倒角。 該零件屬于軸類零件，它的所有表面均需要切削加工，各個表面的加工精度和表面粗糙度都不難獲得。該零件除工作表面外，其余表面加工精度較低，通過車削，鉆削等的一次加工就可以達到加工要求，主要工作表面雖然加工精度相對較高，但也在正常的生產條件下，采用較經(jīng)濟的方法保質保量的加工出來，由此可見，該零件的工藝性較好。 3.零件的工藝分析 （1） 零件的毛坯材料為45，是典型的軸用材料，綜合機械性能良好。該材料是優(yōu)質合金鋼，經(jīng)調制處理之后具有良好的力學性能和切削加工性能。經(jīng)淬火加高溫回火后具有良好的綜合力學性能，具有較高的強度、較好的韌性和塑性。 （2） 根據(jù)表面粗糙度要求和生產類型，表面加工根圍粗加工和精加工。加工時應把精加工和粗加工分開，這樣經(jīng)多次加工以后逐漸減少了零件的變形誤差。 （3） 此零件的毛坯為模鍛件，外形不需要加工。 （4） 該軸的加工以車削為主，車削時應保證外圓的同軸度。 （5） 在精車前安排了熱處理工藝，以提高軸的疲勞強度和保證零件的內應力減少，穩(wěn)定尺寸、減少零件變形。并能保證工件變形之后能在半精車時糾正。 （6） 同一軸心線上各軸 孔的同軸度誤差會導致軸承裝置時歪斜，影響導桿的同軸度和使用壽命。所以在車削磨削過程中，要保證其同軸度。 第2章 確定毛坯的種類和制造方法 (一) 確定毛坯的總類：選擇毛坯，確定毛坯，繪制毛坯圖 （1）零件分析 該零件材料為38Cr，考慮到車床在加工過程中要經(jīng)常正反向旋轉，該零件在加工過程中要承受載荷作用，因此選用鍛件，以使金屬纖維盡量不被切斷，保證零件工作可靠。假設為批量生產，零件的輪廓尺寸不大，故采用模鍛成形來制造毛坯。模鍛成形后切邊，進行調質，調質硬度合適，并進行酸洗，噴丸處理。噴丸可以提高表面硬度，增加耐磨性，消除毛坯因脫碳而對機械加工帶來的不利影響。 (2)設計毛坯圖 毛坯圖如圖紙所示。 (二)確定機械加工余量，毛坯尺寸和公差 參照課程設計指導教程第二章第二節(jié)確定模鍛毛坯尺寸的公差和機械加工余量，查表2-6~表2-9，首先確定下列因素。 1＞鍛件公差等級 由于導桿的用途和技術要求，確定該零件的公差等級為普通級。 2＞鍛件質量mf 假設零件成品質量為1.5kg，估算mf=2.5kg。 3＞鍛件形狀復雜系數(shù)S 對導桿零件圖進行分析計算，可大致確定鍛件外擴的長度，寬度，高度。 S=mf/mN 該鍛件為長軸形，其最大直徑為53.4mm，長248mm， 估計該零件的形狀復雜系數(shù)為S2級。 4＞ 鍛件材質系數(shù) 由于該導桿材料為38Cr， 38Cr表示含碳量為0.38%的合金結構鋼，其中Cr平均含量<1.5%，故該鍛件的材質系數(shù)為M1級。 5＞零件表面粗糙度 由零件圖可知，除孔?20，軸中部為0.8um，軸左端?40Ra=0.4um以外，其余加工表面Ra>=1.6um. （1）確定機械加工余量 根據(jù)鍛件質量，零件表面粗糙度，，形狀復雜系數(shù)查表2-9，由此查的單邊余量在厚度方向為1.7~2.2mm，水平方向為1.7~2.2mm,各軸向尺寸的單面余量為1.7~2.2mm，孔的單面加工余量查表2-10為2.0mm。 軸端面加工余量的確定： 根據(jù)軸的尺寸長度與零件直徑，查工藝手冊得端面的加工余量為2。 （2） 毛坯尺寸和公差 加工表面 毛坯尺寸 經(jīng)濟精度 單面加工余量 孔?20 ?24 IT7 2 軸左端?50 ?56 IT7 2及1.7 軸左端面 59 IT10 2及2 軸左端右部 32 IT12 2及2 軸左端?40 ?43.4 IT7 2及1.7 軸右端?18 ?21.4 IT7 2及1.7 軸右端?13.8 ?17 IT6 2及1.7 孔?4 ?8 IT9 2 軸右端 24 IT14 2及2 退刀槽 IT9 2及2 右端螺紋 IT6 軸內螺紋孔 第3章 工藝路線設計 （一）定位基準的選擇 定為基準的選擇：正確的選擇定位基準是設計工藝過程中的一項重要的內容，也是保證加工精度的關鍵，定為基準分為精基準和粗基準，以下為定位基準的選擇。 （1）粗基準的選擇 粗基準的選擇應能保證加工面與非加工面之間的位置精度，合理分配各加工面的余量，為后續(xù)工序提供精基準。所以為了便于定位、裝夾和加工，可選軸的外圓表面為定為基準，或用外圓表面和頂尖孔共同作為定為基準。用外圓表面定位時，因基準面加工和工作裝夾都比較方便，一般用卡盤裝夾。為了保證重要表面的粗加工余量小而均勻，應選該表面為粗基準，并且要保證工件加工面與其他不加工表面之間的位置精度。 （2）精基準的選擇 根據(jù)減速箱輸出軸的技術要求和裝配要求，應選擇軸左端面端面和中間端面為精基準。零件上的很多表面都可以以兩端面作為基準進行加工?？杀苊饣鶞兽D化誤差，也遵循基準統(tǒng)一原則。兩端的中心軸線是設計基準。選用中心軸線為定為基準，可保證表面最后的加工位置精度，實現(xiàn)了設計基準和工藝基準的重合。由于兩軸面的精加工工序要求余量小且均勻，可利用其自身作為基準。 （二）制定工藝路線 本零件加工面由外圓，內孔，外螺紋等，材料為38Cr，參照工藝手冊，并根據(jù)導桿零件圖上個表面的尺寸精度和粗糙度確定其加工方法選擇如下： 1 左端面：公差等級為IT7，表面粗糙度為1.6um，采用粗車——半精車——精車。 2 右端面：公差等級為IT7，表面粗糙度為3.2um，采用粗車——半精車 3 左端50外圓表面：外圓表面粗糙度0.4m的要求，對其加工方案為粗車——半精車——磨削。 4 40的外圓表面：公差等級為IT7，外圓表面粗糙度為1.6m，確定其加工方案為：粗車——半精車——精車。 5 18外圓表面：公差等級為IT7，表面粗糙度為Ra0.8m ,確定其加工法案為：粗車——半精車——磨削。 6 退刀槽：直槽車削 7 右端螺紋：加工方法為粗車——半精車——車螺紋 8 左端20孔：公差等級IT7，內表面粗糙度為0.8um，采用粗鏜——半精鏜——精鏜 9 右端4孔：公差等級為IT7，內表面粗糙度為3.2um，采用粗鏜——半精鏜 10 螺紋孔（4xM6）：加工方法為鉆孔—攻絲 對于軸上孔加工應注意下面兩個問題：1應安排在調質以后加工，以免因調質處理變形較大而導致孔加工產生彎曲變形難以糾正，引起軸轉動時的不平衡。2應安排在外圓粗車或半精加工之后進行，這樣可以有一個較精確的軸頸作為定位基面，從而保證孔與外圓同心，并使軸的壁厚均勻。 加工階段的劃分 該導桿的加工質量較高，可將加工分為粗加工，半精加工，精加工幾個階段 （1） 粗加工階段：這一階段的主要目的是采用大切削用量切除部分加工余量，把毛皮加工至接近工件的最終形狀和尺寸，只留下適當?shù)募庸び嗔俊４送膺€可及早的發(fā)現(xiàn)鍛件裂縫等缺陷，以便及時修補和做報廢處理。主要包括：先粗銑導桿的左右斷面，使后續(xù)工序采用精基準定位加工，保證其他加工表面的精度要求。 （2） 半精加工階段：這一階段主要為了精加工做好準備，尤其是做好基面準備，對于一些要求不高的表面應在這一階段全部完成，達到圖樣規(guī)定的技術要求。 （3） 精加工階段：進行導桿的外表面，內孔的精銑等。 工序的集中與分散 工序的適當集中，以減少設備的實用更換次數(shù)，并盡量采用通用設備，關鍵工序必要時采用專用設備。較多采用夾具，在確保質量的前提下，盡量是生產具備較大的柔性。 （三） 工序設計 <1> 機械加工工藝 （1） 遵循“先加工基準面，再加工其他表面”原則，首先加工基準———將端面先加工，再鉆孔，以定位車表面的外圓。 （2） 遵循“先加工平面后加工孔”原則，先加工左右端面來定位加工各個孔。 （3） 遵循“先加工主要表面，后加工次要表面”先加工———車外圓各個表面及鉆孔，后加工———退刀槽及倒角。由于次要表面和主要表面之間往往有相互位置的精度要求，因此一般應在主要表面達到一定精度后，再以只要表面定位加工次要表面。 （4） 遵循“先安排粗加工工序，后安排精加工工序”原則先安排粗車外圓，粗鏜孔，后安排磨削外圓，精鏜孔。 <2>熱處理工序 鍛造后，在切削加工前宜采用正火，能提高蓋上桿的硬度，消除毛坯的內應力，改善其切削性能。在粗加工后進行調質，調至處理使桿達到30~36HRC，調質處理主要使桿獲得更高的綜合力學性能。在精加工之后，進行表面淬火加低溫回火，提高其耐磨性和工作中承受沖擊載荷的能力。 <3>輔助工序 在粗加工和熱處理之后，安排校直工序：在半精加工之后，安排去毛刺處理和中間檢驗工序，零件表面和內部的毛刺會影響裝配操作和裝配質量，甚至影響整機性能，應予以重視。 精加工之后，安排去毛刺，清晰和終檢工序。 綜合上述，該桿的工序的安排為：基準加工——主要表面加工及鏜孔的在粗加工—— 主要表面的半精加工和槽的加工——熱處理——主要表面的精加工。 6、擬定工藝路線 工藝路線： 下料——鍛造——正火——粗車端面，倒角——粗車各外圓——調質處理（30~36HRC）——切槽，鏜孔——半精車外圓，端面——中間檢驗——車螺紋——磨削外圓——去毛刺——最后檢驗 導桿加工工藝過程 工序 工序名稱 工藝過程 機床設備 刀具 01 下料 02 鍛造 尺寸56x59，50x12，24x184， 03 熱處理 正火 04 粗車左右斷面及45倒角 先粗車左端面，倒角，掉頭車右端面，保證導桿長度251.1mm CA6140 45度刀 05 鉆孔 以左右外圓定位，用麻花鉆20，4通孔 CA6140 麻花鉆 06 粗車外圓 以孔定位，粗車各外圓 CA6140 60度刀 07 調質處理 調質處理（30~36HRC） 08 鏜孔 以外圓定位加工好退刀槽，加工好20，4通孔 鏜床T612 鏜刀 09 半精車外圓 CA6140 60度刀 10 半精車端面 半精車左端面保證尺寸250.1mm，調頭，車右端面保證250mm 臥式機床C616A 11 中間檢驗 檢驗個尺寸是否達到預定要求，以便修正 12 車螺紋 鉆床Z515 鉆頭 13 磨削各外圓面 重新檢查各定位是否準確，用磨床磨削外圓 M1412 砂輪 14 去毛刺 15 最后檢驗 第4章 機床設備的選用 1．機床設備的選用 在本方案中，導桿的生產類型為小批量生產，可以選用較高效率的專用機床和通用機床。根據(jù)該軸尺寸的大小要求，選用車床CA6140，外圓磨M1412，臺式鉆床Z515，銑床XA6132。 2．工藝裝備的選用 在小批量生產的條件下，所用的刀具有通用道具和特殊刀具，量具有游標卡尺、卡尺、塞規(guī)等。另外還要用到夾具。 第5章 工序加工余量的確定，工序尺寸及公差的計算 1 軸左端50外圓表面：外圓表面粗糙度0.4m的要求，對其加工方案為粗車——半精車——磨削。 查工藝手冊得：磨削的加工余量為0.4,半精車的加工余量為1.5，粗車的加工余量為4.5，總得加工余量為6.4，所以去總的加工余量為6，將粗車的加工余量修正為4.1 。 精車后工序的基本尺寸為35mm，其它各工序的基本尺寸為： 磨削：50+0.4=50.4 半精車：50.4+1.5=51.9 粗車：51.9+4.1=56 確定總加工余量為6 確定各工序的加工經(jīng)濟精度和表面粗糙度：由工藝手冊查得：精車后為IT7，Ra為0.4m。半精車后為IT8,Ra為3.2m，粗車后為IT11,Ra為16m。 按照加工方法能達到的經(jīng)濟精度給各工序尺寸確定公差,查工藝手冊可知每道工序的經(jīng)濟精度所對應的值為： 取磨削的經(jīng)濟精度公差等級為IT7，其公差值為T1=0.025mm。 取半精車的經(jīng)濟精度公差等級IT8，其公差值為T2=0.039mm。 取粗車的經(jīng)濟精度公差等級IT11，其公差值為T3=0.16mm。 工序名稱 工序余量（mm） 加工經(jīng)濟精度（mm） 表面粗糙度Ra(m) 工序基本尺寸(mm) 尺寸、公差(mm) 磨削 0.4 IT7 0.4 50 φ500-0.029 半精車 1.5 IT8 1.6 50.4 50.40-0.039 粗車 4.1 IT11 3.2 51.9 51.90-0.16 鍛造 2 56 562 2 對于40的外圓表面：公差等級為IT7，外圓表面粗糙度為1.6m，確定其加工方案為：粗車——半精車——精車。 由工藝手冊查得：精車的加工余量為1.1，半精車的加工余量為1.5，粗車的加工余量為4.5，所以總加工余量為7.1，取加工余量為10，修正粗車余量為7.4 。 精車后工序的基本尺寸為40，其他各工序的基本尺寸為: 精車：40+1.1=41.1 半精車：41.1+1.5=42.6 粗車：42.6+7.4=50 確定各工序的加工經(jīng)濟精度和表面粗糙度：精車后為IT7，Ra1.6m，半精車后為IT8，Ra3.2m ，粗車后為IT11，按照各工序所得到的經(jīng)濟精度所對應的值 精車的經(jīng)濟精度公差等級IT7，其公差值T1=0.025mm。 半精車的經(jīng)濟精度公差等級IT8，其公差值T2=0.039mm。 粗車的經(jīng)濟精度公差等級為IT11，其公差值T3=0.16mm。 工序名稱 工序余量（mm） 加工經(jīng)濟精度（mm） 表面粗糙度Ra(m) 工序基本尺寸(mm) 尺寸、公差(mm) 精車 1.1 IT7 1.6 40 φ400-0.025 半精車 1.5 IT8 3.2 41.1 41.10-0.039 粗車 7.4 IT11 12.5 42.6 42.60-0.16 鍛造 2 50 502 3 18外圓表面的毛坯加工余量的確定：表面粗糙度為Ra0.8m ,確定其加工法案為：粗車——半精車——磨削。 精車后的尺寸為18，其它各工序的基本尺寸為： 磨削：18+0.4=18.4 半精車：18.4+1.5=19.9 粗車：19.9+4.1=24 確定各工序的加工經(jīng)濟精度和表面粗糙度：由工藝手冊查得：磨削后為IT7，Ra為0.8m。半精車后為IT8,Ra為3.2m，粗車后為IT11,Ra為16m。 所以18的總加工余量為24-18=6 工序名稱 工序余量（mm） 加工經(jīng)濟精度（mm） 表面粗糙度Ra(m) 工序基本尺寸(mm) 尺寸、公差(mm) 精車 1.1 IT7 1.6 18 φ180-0.025 半精車 1.5 IT8 3.2 18.4 18.40-0.039 粗車 7.4 IT11 12.5 19.9 19.90-0.16 鍛造 2 24 242 4 孔φ20，采用粗鏜——半精鏜——精鏜，第一次粗加工鏜至15mm，第二次粗鏜加工至18mm，加工余量3mm，半精加工至19.3mm，加工余量為1.3mm，精鏜至20mm，加工余量為0.7mm。 工序名稱 工序余量 加工經(jīng)濟精度 表面粗糙度 工序基本尺寸 精鏜 0.7 IT7 0.8 20 半精鏜 1.3 IT9 6.3 19.3 粗鏜 3 IT11 Rz>=50 18 第6章 確定切削用量和時間定額 確定切削用量 確定切削用量的原則：首先應選去盡可能大的背吃刀量，其次在機床動力和剛度允許的條件下，又滿足以加工表面粗糙度的情況下，選取盡可能大的進給量。最后根據(jù)公式確定最佳切削速度。 1、工序04，粗車軸的左右端面 該工序為兩個工步，工步1是以左邊定位。粗車右端面；工步2是以右邊定位，粗車左端面。由于這兩個工步是在一臺機床上經(jīng)一次走刀加工完成的，故其選用的切削用量相同。 ① 背吃刀量的確定： 根據(jù)加工余量，工步1和工步2的背吃刀量都為2mm ② 進給量的確定： 本設計采用的是硬質合金車刀，工件材料是38Cr，查表取進給量f＝0.86mm/r ③ 切削速度的計算： 硬質合金車刀切削38Cr時，取切削速度V為60m/min，根據(jù)公式n=1000Vc/d， 可得車床轉速n=100060/35r/min，查表CA6140的主軸轉速范偉為10~1400，1400~1580（r/min），符合要求。 2、工序06粗車及工序09半精車 該工序為工步1粗車和工步2半精車，則進給量依次為 ap1=z=1.7mm， ap2=z=0.8mm 查表得 粗車 f1=0.86mm/r 精車，取Vc為90m/min，則n=819r/min (n=1000Vc/d) 粗車，取Vc為60m/min，則n=546r/min 3、工序車槽，倒角 1、背吃刀量的確定： 根據(jù)加工余量，背吃刀量ap=2.0mm 2、進給量的確定： 本設計采用的是硬質合金車刀，工件材料為38Cr，查表取進給量f=0.10mm/r 3、切削速度的計算 硬質合金車刀切削38Cr時，取取切削速度為Vc為1.76m/s (n=1000Vc/d) 所需車床轉速n=1345r/min，取1350r/min 4、精車外圓面 1、背吃刀量的確定： 根據(jù)加工余量，精車背吃刀量ap=0.25mm 2、進給量的確定： 本設計采用的是硬質合金車刀，工件材料為38Cr，查表取進給量f=0.45mm/r 3、切削速度的計算 硬質合金車刀切削38Cr時，取取切削速度為Vc為2.0m/s (n=1000Vc/d) 所需車床轉速n=1494r/min，查表CA6140，主軸轉速范圍10~1400，1400~1580，如何要求，取1500r/min 時間定額 時間定額是在一定的生產條件下，盛產一件產品或完成一道工序所需要的時間，由基本時間Tj，輔助實際Tf，布置工作時間Tw，休息和生理需要時間Tx，準備和終結時間Tz組成。 課程設計小結 經(jīng)過幾天不斷的努力，身體有些疲憊，但看到勞動后的碩果，心中又有幾分喜悅?？偠灾?，感觸良多，收獲頗豐。 通過認真思考和總結，機械設計存在以下一般性問題：機械設計的過程是一個復雜細致的工作過程，不可能有固定不變的程序，設計過程須視具體情況而定，大致可以分為三個主要階段：產品規(guī)劃階段、方案設計階段和技術設計階段。值得注意的是：機械設計過程是一個從抽象概念到具體產品的演化過程，我們在設計過程中不斷豐富和完善產品的設計信息，直到完成整個產品設計；設計過程是一個逐步求精和細化的過程，設計初期，我們對設計對象的結構關系和參數(shù)表達往往是模糊的，許多細節(jié)在一開始不是很清楚，隨著設計過程的深入，這些關系才逐漸清楚起來；機械設計過程是一個不斷完善的過程，各個設計階段并非簡單的安順序進行，為了改進設計結果，經(jīng)常需要在各步驟之間反復、交叉進行，指導獲得滿意的結果為止。 獲得這份擁有是我們團隊共同努力的結果。我們通過默契的配合，精細的分工，精誠的合作，不斷的拼搏，共同完成了這一艱巨而又光榮的任務。 在這里，特別要感謝一下胡老師。經(jīng)過他的精心指導，我們多了幾分激情，少了幾分麻煩，多了幾分靈感，少了幾分憂慮。 參考書籍 一、《機械制造技術基礎》 中南大學出版社 胡忠舉主編 二、《機械制造技術及課程設計指導教程》 機械工業(yè)出版社 鄒青 呼永主編