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机械制造技术课程设计说明书


《机械制造技术课程设计》成果
(说明书、报告、论文) (合适位置打勾确认)

课题名称: 专业年级(班) : 学生姓名(签字) : 时 间:

台钻主轴工艺规程编制

学号 30 日 月 至 7月4日 日

2016 6 月 年

完成时间:

机械工程学院

机械工程学院课程设计成果(说明书、报告、论文)

机械制造技术

课程设计学生成绩评定表

班级:

学生姓名:

学号:

平时表现

优 ( ) (

良 ) (

中 ) (

及格 )

不及格 ( )

答辩成绩

优 ( ) (

良 ) (

中 ) (

及格 )

不及格 ( )

成果评分

优 ( ) (

良 ) (

中 ) (

及格 )

不及格 ( )

综合成绩

优 ( ) (

良 ) (

中 ) (

及格 )

不及格 ( )

1、评分教师在上表中相应成绩下的括号内打勾; 2、成果包括计算书、图纸、报告等; 3、综合成绩按各分项成绩“优=95 分,良=85 分,中=75 分,及格 =60 分,不及格=0~50 分”及规定比例计算得分; 说明 4、建议比例为:平时表现占综合成绩 30%,答辩成绩占综合成绩 20%,成果占综合成绩 50%。指导教师可以根据实际情况做相 应调整。 5、本表中成绩不得涂改,若有涂改,涂改处应有评分教师的 签名。

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1 零件的工艺分析· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 1.1 零件精度 1.2 零件的材料 2 毛坯类型的选择· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 2.1 毛坯类型的确定 2.2 毛坯尺寸与毛坯图 3 工艺路线设计· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 3.1 加工方法的选择· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 3.3 加工路线的确定 3.2 定位基准的选择· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 3.3 工序余量的确定· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 4.机床和工艺设备的选择· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 4.1 机床的选择 4.2 夹具与量具的选择 5.小结· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 参考文献· · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·

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1 零件的分析
1.1 钻床和台钻主轴的作用 钻床是指用钻头在工件上加工孔的机床,是具有广泛用途的通用性机床,可对零件进行钻孔、 扩孔、铰孔和攻螺纹等加工。在钻床上配有工艺装备时,还可以进行镗孔。在钻床上配万能工作 台还能进行分割钻孔、扩孔、铰孔。台钻主轴在台式钻床上起着必不可少的作用,它可以支撑零 件传动,承受载荷,传递扭矩等。 1.2 轴的工艺分析 该零件尺寸精度和形位公差精度要求中等。 主要表面及其精度要求, 外圆Φ 50j7( ? 0.010 ) mm 是 套筒最主要的表面,尺寸精度为 IT7,圆柱度公差为 0.004 mm ,表面粗糙度为 Ra0.4 ?m ,其轴线 是零件各项位置精度要求的基准要素。 孔内结构复杂, 两端Φ 40J7( ? 0.011 ) mm 的阶台孔精度为 IT7, 圆度公差为 0.01 mm ,对外圆轴线的同轴度公差为Φ 0.02 mm ,表面粗糙度为 Ra1.6 ?m ,其阶台 端面对外圆轴线的端面圆跳动公差为 0.01 mm ,表面粗糙度为 Ra 0.8 ?m 。外圆表面上的齿条精 度等级为 8 级,齿面表面粗糙度为 Ra1.6 ?m 。 零件图如图 1-1 所示。
?0.014

?0.015

图 1-1

零件简图

2 工艺规程设计
2.1 确定毛坯的制造形式 台钻主轴材料为 45 钢,要求强度较高,且工件的形状比较简单,毛坯精度低,加工余量大, 因年产 5000 件,所以达到批量生产水平。综上考虑,采用锻件,其锻造方法为模锻,毛坯的尺 寸精度要求为 IT12 以下。 2.2 定位基准的选择 正确的选择定位基准是设计工艺过程中的一项重要的内容,也是保证加工精度的关键,定位 基准分为精基准和粗基准,以下为定位基准的选择。 粗基准的选择。 (1) 粗基准的选择

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应能保证加工面与非加工面之间的位置精度,合理分配各加工面的余量,为后续工序提供精 基准。所以为了便于定位、装夹和加工,可选轴的外圆表面为定位基准,或用外圆表面和顶尖孔 共同作为定位基准。 用外圆表面定位时, 因基准面加工和工作装夹都比较方便, 一般用卡盘装夹。 为了保证重要表面的粗加工余量小而均匀,应选该表面为粗基准,并且要保证工件加工面与其他 不加工表面之间的位置精度。按照粗基准的选择原则,选择次要加工表面为粗基准。又考虑到阶 梯轴的工艺特点,所以选择 Φ50 的外圆及一端面为粗基准。 (2)精基准的选择 根据轴的技术要求, 轴的中心线为设计基准, 也是测量基准, 按照基准重合原则及加工要求, 应选轴心线及一端面为精基准,其他各面都能以此为定位,从而也体现了基准统一的原则。 2.3 拟定轴的工艺路线 2.3.1 表面加工方法的选择 该零件的加工面有外圆、端面、孔等,参考有…资料,加工方法选择如下: (1)Φ 50j7( ? 0.010 ) 外圆:尺寸精度为未注公差,按 IT12;表面粗糙度为 Ra12.5?m,需进行 粗车、半精车。 (2) ? 24 内孔:公差等级为 IT8,表面粗糙度为 Ra1.6?m,需进行粗车、半精车、精车。
0.055 (3)? 22.5? ?0.055 外圆:公差等级为 IT6,表面粗糙度为 Ra1.6?m 需进行粗车、半精车、精车、

?0.015

粗磨、精磨。 …… 2.3.2 工艺顺序的安排 (1)机械加工工序 1)遵循先基准平面后其他的原则:机械加工工艺安排是总是先加工好定位基准面,所以应 先安排为后续工序准备好定为基准。先加工精基准面,钻中心孔及车表面的外圆。 2)遵循先粗后精的原则:先安排粗加工工序,后安排精加工工序。先安排精度要求较高的 各主要表面,后安排精加工。 3)遵循先主后次的原则:先加工主要表面,如车外圆表面,端面等。后加工各个孔。 4)遵循先外后内,先大后小原则:先加工外圆再以外圆定位加工内孔。 5)孔的加工:先加工最小的内孔,再依次加工较大的内孔。 6)按照先面后孔的原则:先加工端面,再钻孔。 (2)热处理工序的安排 在切削加工前宜安排正火处理, 能提高改善轴的硬度, 消除毛坯的内应力, 改善其切削性能。 在粗加工后进行调质处理,能提高轴的综合性能。最终热处理安排在半精车之后磨削加工之前。 其能提高材料强度、表面硬度和耐磨性。在精加工之前安排表面淬火,这样可以纠正因淬火引起

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的局部变形,提高表面耐磨性。 (3)辅助工序的安排 在粗加工和热处理后,安排校直工序。在半精车加工之后安排去毛刺和中间检验工序。在精 加工之后安排去毛刺、清洗和终检工序。 综上所述,该轴的工序安排顺序为: 下料→车端面→车外圆Φ 50j7( ? 0.010 )mm→车内孔→热处理→车台阶孔→半精车→粗磨→铣 齿条→铣槽→热处理→钳→精磨→车倒角→检验。 2.3.3 加工阶段的划分 该轴精度要求较高,其加工阶段可划分为粗加工、半精加工、精加工阶段。 (1)在粗加工阶段,粗车外圆,以高生产效率去除毛坯余量;粗镗内孔。 (2)在半精加工阶段,对外圆进行半精车等,减小粗加工中留下的误差,精镗内孔,使加 工面达到一定的精度,为精加工做好准备。
0.014 (3)精加工阶段, ? 40 、 ? 40 ? m,对其进行精车以达到 ? 0.011 孔面表面粗糙度要求为 Ra1.6?

?0.015

要求。而对于 ? 24 孔面其表面粗糙度要求为 Ra1.6?m,安排粗磨、精磨。 2.3.4 工艺路线的确定 根据以上加工工艺过程的分析,确定零件的工艺路线如表 2-1 所示。 表 2-1 零件的工艺路线 工序号 1 2 3 4 5 工序名称 备料 车端面 粗车 车内孔 热处理 工序内容 45 钢无逢钢管 D ? d ? L :54×22×179 车两端面,保持总长 177 粗车外圆,留直径余量 1.5~2 车Φ 24 内孔至尺寸 调质 210~240HB 右端面, 车Φ 40J7 孔, 留直径余量 0.3~0.4, 车Φ 28 孔, 其余各阶台孔车至尺寸:外圆倒角,Φ 28 孔口倒 60° 中心锥孔,宽 2 调头装夹,车左端面,总长至尺寸:车Φ 40J7 孔,留直 径余量 0.3~0.4,其余各阶台孔车至尺寸:切内槽 Φ 46×2;车螺纹、外圆倒角,Φ 31 孔口倒 60°中心锥 孔,宽 2 半精车外圆,留直径余量 0.3~0.4 粗磨外圆至Φ 50.10?0 0.05 粗、精铣齿条,保证齿型角为 20 度 铣 8×1.5 两处槽 低温时效

6

车台阶孔

7 8 9 10 11

半精车 粗磨 铣齿条 铣槽 热处理

6

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11 12 13 14

钳 精磨 车倒角 检验

修研两端孔口 60°锥面 精磨外圆Φ 50J7 至尺寸 ② 车Φ 40J7 孔及阶台端面至尺寸,孔口倒角 ②调头装夹,精车Φ 40J7 孔及阶台端面至尺寸,孔口倒 角 按零件图样技术要求项目检查

2.4 加工工序的设计 (1)加工余量的确定 查《……手册》 ,确定各工序加工余量如表 2-2 所示。 表 2-2 加工表面 外圆 内孔 ? 24 内孔Φ 28 内孔Φ 31 齿条 工序名称 粗车 精车 精车 精车 精车 半精铣 粗铣 各工序加工余量 工序尺寸

工序余量 2 2 -1.8 -3.8 -2.8 1.5 6

? 52
Φ 50j7( ? 0.010 )
?0.015

精度等级 IT11 IT7 IT8 IT8 IT8 IT7 IT11

? 23.8 ? 27.8 ? 30.8
9
0 ?0.075

7.4

0 ?0.03

(2)毛坯尺寸及公差等级 由工艺人员手册可查得锻件单边余量厚度方向 1.5~2mm, 取 2mm, 水平方向为 2.0~2.7mm, 取 2.5mm.锻件质量小于 1kg,长度等于 120mm,取其上偏差+0.17mm,下偏差-0.08mm。锻件厚 度尺寸小于 40mm,取其上偏差+0.12mm,下偏差-0.04mm。B/H<1,故取起偏角为 5 度。
?0.12 ? 0.18 则锻件毛坯长度尺寸为 124 ? 0.08 mm,直径尺寸为 ? 34?0.04 mm。根据零件图各部分的加工精

度要求,锻件的尺寸公差等级为 8-12 级,加工余量等级为普通级,故取 IT=12 级。 (3)毛坯图的绘制 根据零件图可知该轴各加工表面的粗糙度至少为 12.5?m。 综上,锻件毛坯如图 2-1 所示。

2.5 切削用量的确定

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确定切削用量的原则:首先应选取尽可能大的背吃刀量,其次在机床动力和刚度允许的条件 下,又满足以加工表面粗糙度的情况下,选取尽可能大的进给量。最后根据公式确定最佳切削速 度。 (1)工序 30,粗车轴的左右端面 该工序为两个工步,工步 1 是以左边定位。粗车右端面;工步 2 是以右边定位,粗车左端面。 由于这两个工步是在一台机床上经一次走刀加工完成的,故其选用的切削用量相同。 1)背吃刀量的确定 根据加工余量,工步 1 和工步 2 的背吃刀量都为 0.5mm 2)进给量的确定 本设计采用的是硬质合金车刀,工件材料是 40Cr,查表取进给量 f=0.5mm/r 3)切削速度的计算 硬质合金车刀切削 40Cr 时,取切削速度 v 为 50m/min,根据公式 n ? 1000 v / ?d ,可得车床 转速 n ? 1000? 50 / (? ? 34) =663r/min,查表 CA6140 的主轴转速范围为 10~1400,1400~1580 (r/min) ,符合要求。 (2)工序 40 粗车及工序 60 半精车 1)该工序为工步 1 粗车和工步 2 半精车,则背吃刀量依次为 ? p1 ? 8.2mm, ? p 2 ? 2.2mm。 2)查表得 粗车 f1 ? 0.81mm/r,取 vc ? 60m/min,则 n=796r/min。 3)半精车取 f 2 ? 0.4mm/r, vc ? 90m/min,则 n=1194r/min。 (3)工序 40、60 的过渡面部分 …… (5)工序 120、130 粗磨、精磨加工轴段 1、4 外圆面 查表取粗磨、 精磨深度进给量为分别为 0.032mm, 0.008mm, 工件的运动速度分别为 15m/min, 18m/min,背吃刀量等于磨削余量分别 0.25mm,0.1mm。

…… 3 机床设备与工装的选用
3.1 机床的选择 所选机床设备的尺寸规格应与工件的形体尺寸相适应,精度等级应与本工序加工要求相适 应,电机功率应与本工序加工所需功率相适应,机床设备的自动化程度和生产效率应与工件生产 类型相适应。 根据《……手册》 ,结合零件轴的生产类型为大批量生产,可以选用较高效率的专用机床和 自动机床。根据该轴尺寸的大小要求,选用数控车床 CK6140,外圆磨床 M1432,铣床 X083。 3.2 夹具、刀具和量检具的选择

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(1)夹具的选择 夹具的选择主要有两大要求:一是夹具应具有足够的精度和刚度;二是夹具应有可靠的定位 基准。选用夹具时,尽量选用可调整夹具、组合夹具及其它通用夹具,避免采用专用夹具,以缩 短生产准备时间;在成批生产时才考虑采用专用夹具,并力求结构简单;装卸工件要迅速方便, 以减少机床的停机时间;夹具在机床上安装要准确可靠,以保证工件在正确的位置上加工。 根据零件的功用、 特点及材料, 可选择三爪卡盘进行零件的夹紧, 定位基准选轴的一个端面, 定位元件选择浮动顶尖即可定位。 (2)刀具的选择 因为该传动轴为阶梯轴,所以选用 90 度角外圆车刀(车台阶)材料为 YT15,45° 刀(倒角) 和切槽刀(切槽) 。 (3)量具选择 因为该轴最大长度为 124,所以选用量程 0-200,精度 0.05 游标卡尺。 各工序具体所用工艺设备见表 3-1。 表 3-1 工序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 工序名称 模锻 热处理 车端面 粗车 热处理 半精车 精车 车端面 粗铣键槽 半精铣键 热处理 粗磨 精磨 检验 M1432 M1432 砂轮 砂轮 游标卡尺 游标卡尺 游标卡尺 CK6140 CK6140 CK6140 铣床 X083 铣床 X083 95°外圆车刀,切槽 刀 95°外圆车刀 95°外圆车刀 键槽铣刀 键槽铣刀 游标卡尺 游标卡尺 游标卡尺 游标卡尺 游标卡尺 各工序具体所用工艺设备 刀具 量具

机床设备

CK6140 CK6140

95°外圆车刀 95°外圆车刀

游标卡尺 游标卡尺

4

基本工时的确定( 重点工序)
4.1 粗车???外圆(工序?) (1)切削深度: ? p ? 1.5mm (2)进给量:f=0.6mm/r (3)计算切削速度:根据公式可得 vc =120.21m/min

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(4)确定主轴转速: n ? 1000 v / ?d =670r/min 按机床说明取 n 为 710r/min,所以实际切削速度 vc =127.07m/min (5)切削工时: t ? (l ? l1 ? l 2 ) / nf 粗车左端时 Ф60 的外圆:已知 L=30、L1=4、L2=0,计算得 t=0.096min 4.2 半精车??外圆 (工序?) (1)切削深度 ? p ? 0.75 mm (2)进给量:f=0.2mm/r (3)算切削速度:根据公式可得 vc =180.06m/min (4)确定主轴转速: n ? 1000 v / ?d 971r/min (5)切削工时: t ? (l ? l1 ? l 2 ) / nf 已知 L=30、L1=4、L2=0,计算得 t=0.175min 4.3 精车外圆 (1)切削深度: ? p ? 0.25 mm (2)进给量:f=0.1mm/r (3)计算切削速度:根据公式可得 vc =198.89m/min (4)确定主轴转速: n ? 1000 v / ?d =1106r/min (5)切削工时: t ? (l ? l1 ? l 2 ) / nf 已知 L=30、L1=4、L2=0,计算得 t=0.307min

4 总结
通过此次课程设计,让我受益非浅,不仅培养了我们发现问题、分析问题、解决问题的逻辑 思维能力,更重要的是学会了如何把机械制造技术课程中的基本理论实际知识应用到实际中区, 解决零件在加工保证加工质量的方法。 通过这次工艺规程的设计, 让我们从机械基础到公差配合、 从机械制图、机械设计等课程又有了新的认识,专业知识环环相扣,又是一个有机结合的整体。 这次课程设计,把相关知识与机械制造理论进行了综合整理,又有了更高层次的理解和发现。 在设计中,老师的细心指导,让我们了解了自己在学习过程中的缺陷,使我们进一步熟悉了 机械制造技术课程中的内容,同时也学到技术文章写作乃至 Word 应用等方面的很多知识,培养 了我们一丝不苟、严谨认真的工作作风,让我们为毕业后工作有了信心。在此,感谢老师的认真指 导!同时,在设计的过程中,我们也遇到了很多问题,其中就有不少就是因为自己的知识不足。因 此,我也更加感受到了自己需要进一步的努力,以应对毕业以后实际工作的需要。

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参考文献 [1] 王先逵.机械制造工艺学[M].北京:机械工业出版社,2006. [2] 陈锡渠.金属切削原理与工具[M].北京:北京大学出版社,2006. [3] 葛金印.机械制造技术基础基本常识[M].北京:高等教育出版社,2004. [4] 马永杰. 热处理工艺方法 600 种[M].北京:化学工业出版社,2008. [5] 邓文英.金属工艺学[M].北京:高等教育出版社,2008. [6] 徐学林.互换性与测量技术基础[M].长沙:湖南大学出版社,2009.

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