195柴油机摇臂轴座工艺课程设计说明书.docx

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195柴油机摇臂轴座工艺课程设计说明书

机械制造技术基础

课程设计说明书

设计题目：

设计“摇臂轴座（195柴油机）”零件的加工工艺规程

及“钻φ16的孔”工序的夹具设计

专业班级；机械（4）班

学生姓名：

朱屯

学生学号：

10140439

指导教师：

史红

哈尔滨远东理工学院

2013年3月18日

~1~

机械制造技术基础课程设计任务书

设计题目：

设计“摇臂轴座（195柴油机）”零件的

机械加工工艺规程

及此零件“钻φ16的孔”工序的专用夹具

设计内容：

1．绘制零件图一张。

（要求计算机绘图）

2．编制零件的加工工艺规程，并填写加工工艺过程卡及指

定工序卡各一张。

3．设计指定工序的夹具，绘制夹具装配总图。

4．绘制夹具的非标零件图。

5．编写设计说明书一份。

班级：

机械（4）班

学生：

朱屯

指导教师：

史红

系主任：

~2~

2013年3月4日

序言

机械制造技术基础课程设计是在学完了机械制造基础和大部分专业课，并进行了生产实习的基础上进行的又一个实践教学环节。

这次设计我们能综合运用机械制造基础中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决了零件机械制造工艺问题，在老师和同学的帮助下，我还对夹具，机床，刀具

的的结构和工作原理有了更深的了解，不知不觉中我的图纸分析、结构设计能力都得到了提高，为今后的毕业设计及未来从事的工作打下了良好的基础。

在结束了《机械制造基础》及有关课程的学习后，通过本次的设计使我们所学的知识得到了巩固和加深，并培养了我们学会全面综合地运用所学知识，去分析和解决机械制造中的问题的能力。

由于能力有限，经验不足，设计中还有许多不足之处，希望老师多加指教。

~3~

一、零件的工艺分析及生产类型的确定

1．零件的作用

题目所给的零件是195柴油机摇臂轴支座，是柴油机的一个主要零件,.直径

为16的孔用来装摇臂,孔要求的表面粗糙度和位置精度不是很高，工作时与轴相配合工作，起支撑作用。

2．零件的工艺分析

零件的材料为HT200，灰铸铁生产工艺简单，铸造性能优良，但塑性较差、脆性高，不适合磨削，为此以下是零件需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求：

（1）上下底面粗糙度均为6.3，底面与中心16的孔的平行度为0.1；

（2）前端面粗糙度为3.2，后端面粗糙度6.3，前后端面与中心16的孔的

垂直度为0.08；

（3）中心16孔为10级精度，采用基孔制配合，粗糙度3.2；

（4）10.5的孔的粗糙度12.5。

由上面分析可知，可以半精加工下底面后，然后以此作为基准采用专用夹具进行加工，并且保证位置精度要求。

再根据各加工方法的经济精度及机床所能达到的位置精度，并且此零件没有复杂的加工曲面，所以根据上述技术要求采用常规的加工工艺均可保证。

3.零件的生产类型

依据设计要求Q=5000台/年，n=1件/台；结合生产实际，备品率α和废品率β分别取10%

和1%代入公式得该工件的生产纲领N=50001（110%）（11%）5000件/年零件质量为，查表知其属于轻型，生产类型为中批。

~4~

二、选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯图

1.选择毛坯

本零件选取的材料是HT200，而且此零件外形较为简单，又属于中批生产，

若选砂型手工造型生产，则效率低，铸件质量差，也不宜采用费用高，生产周期

长的铸造复杂形状毛坯的熔模铸造，最后确定采用砂型机器造型，它有较高的生

产效率，也能满足毛坯质量要求。

2.确定机械加工余量、毛坯尺寸和公差

3.确定机械加工余量

4.确定毛坯尺寸及公差等级

零件尺寸

单面加工余量

铸件尺寸

公差等级

58

1.1

60.2

IT8

310

0.2

1.1

33.2

IT8

16H10

1.1

13.8

IT10

10.5

5.25

IT12

5.设计毛坯图

（1）确定拔模斜度

o

根据《机械制造工艺设计手册》查出拔模斜度为7。

由于毛坯形状前后对称，且最大截面在中截面，为了起模及便于发现上下模在铸造过程中的错移所以选前后对称的中截面为分型面。

（3）毛坯的热处理方式

为了去除内应力，改善切削性能，在铸件取出后要做时效处理。

三、选择加工方法，制定工艺路线

1.定位基准的选择

（1）粗基准的选择：

本设计选下底面为主要定位粗基准。

（2）精基准的选择：

考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，根据零件形状结构和要求

可知，1600.01的孔为设计基准，为了避免由于基准不重合而产生的误差，应

选择1600.01的孔为定位基准，即遵循“基准重合”原则。

~5~

2.零件表面加工方法的选择

本零件的加工面有端面、侧面、内孔、小孔及槽等，材料为HT200。

以公差

等级和表面粗糙度要求，参考有关资料，其加工方法选择如下：

（1）上下底面公差等级IT8，表面粗糙度Ra6.3，需要进行粗铣和半精铣；

（2）16孔的前端面公差等级IT8，表面粗糙度Ra3.2，需要进行粗铣和半

精铣；

（3）16孔的后端面公差等级IT8，表面粗糙度Ra6.2，需要进行粗铣和半

精铣；

（4）16内孔公差等级IT10，表面粗糙度Ra3.2，毛坯铸造出预置孔，需

要进行粗镗、半精镗和精镗；

（5）10.5内孔公差等级IT10，表面粗糙度Ra12.5，需一次钻出孔。

3.制定工艺路线

根据零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能达到的经济精度，在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用在镗床上配以夹具,并尽量使工序集中来提高生产率。

除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。

查《机械制造工艺设计简明手册》，选择零件的加工方法及工艺路线方案如下：

方案一：

（1）铸造

（7）粗镗半精镗

16孔

（2）时效热处理

（3）粗铣半精铣下底面

（8）钻10.5孔

（4）粗铣半精铣上底面

（5）粗铣半精铣后端面

（9）铣槽

（6）粗铣半精铣前端面

（10）终检

方案二：

（1）铸造

（10）钻、铰

10.5孔，倒角

（2）时效热处理

（3）粗铣下底面

（11）铣槽

（4）粗铣半精铣上底面

（12）去尖角毛刺

（5）半精铣下底面

（13）终检

（6）粗铣后端面

（14）清洗

（7）粗铣半精铣前端面

（8）半精铣后端面

（9）钻、扩、铰16孔，倒角

两个方案的分析比较：

~6~

方案一工序比较集中，定位基准的精度较低，加工精度不高；方案二定位基准都是前一道工序加工表面，定位基准精度较高，能够符合零件加工精度要求，故选择方案二中的工艺路线作为加工工序。

四、工序设计

1.选择加工设备与工艺装备

（1）选择机床根据不同的工序选择机床

工序（3）至（8）及工序（12）主要进行粗铣、半精铣等铣削加工，零件

成批生产，不要求很高的生产率，表面精度要求不是很高，选用X51型立式钻床；

工序（9）和工序（11）主要进行钻、扩和铰等工步，根据零件外轮廓尺寸、形状等，选用卧式车床CM6125;

工序（10）钻两个10.5的孔，可采用专用夹具在立式钻床上加工，选用

Z525型立式钻床。

（2）选择夹具

本零件加工时均采用专用夹具进行加工

（3）选择刀具

Ⅰ.在铣床上加工的工序，铣削底面和侧面时，选用高速钢三面刃铣刀、高速钢错齿三面刃铣刀、圆柱铣刀及镶齿套式面铣刀；铣削槽时，选用锯

齿铣刀；

Ⅱ.在车床上加工的工序，粗镗时选用YG8硬质合金镗刀，半精镗精镗时选用YG3高速钢镗刀；

Ⅲ.在钻床上加工的工序，选用莫氏锥柄麻花钻

（4）选择量具

本零件为中批量生产，一般尽可能采用通用量具，根据表面精度、尺寸和形状等要求，参考有关手册资料，选择量具如下表：

工序

工序名称

量具

3

粗铣下底面

游标卡尺、粗糙块

4

粗铣、半精铣上底面

游标卡尺、粗糙块

5

半精铣下底面

游标卡尺、粗糙块

6

粗铣后端面

游标卡尺、粗糙块

7

粗铣、半精铣前端面

游标卡尺、粗糙块

8

半精铣后端面

游标卡尺、粗糙块

9

钻、扩、铰

游标卡尺塞规

10

钻、铰

游标卡尺塞规

11

铣槽

游标卡尺

2.确定工序尺寸

~7~

（1）上下底面加工余量

加工表面

工序单边余量

工序尺寸及公差

表面粗糙度

粗铣

半精铣

粗铣

半精铣

粗铣

半精铣

上底面

1.5

1.0

60.50

0.33

590

0.3

Ra6.3

Ra6.3

下底面

1.5

1.0

61.50

0.46

580

0.3

Ra6.3

Ra6.3

（2）前后端面加工余量

加工表面

工序单边余量

工序尺寸及公差

表面粗糙度

粗铣

半精铣

粗铣

半精铣

粗铣

半精铣

前端面

1.0

0.7

32.70

0.33

31.70

0.21

Ra6.3

Ra3.2

后端面

1.0

0.7

33.70

0.33

310

0.2

Ra6.3

Ra6.3

（3）中心孔加工余量

工序

加工余量（单边）

工序尺寸

公差等级

公差及尺寸

钻

3.5

9

IT8

90

0.13

扩

0.5

15

IT9

150

0.18

铰

0

16

T13

160

0.27

五、确定切削用量及基本时间

1.工序（3）切削用量及基本时间的确定

（1）切削用量本工序为粗铣下底面，所选刀具为高速钢三面刃铣刀，铣刀直径d=100mm，宽度L=16mm，齿数12，根据《机械制造技术基础课程设计指南》（一下有关选用表均出自《机械制造技术基础课程设计指南》书中）表5-143

选择铣刀的基本形状。

由于加工材料的

o

，后

HBS在180-200，故选择前角γ=7

0

角α0=16o（周齿），α0=6o（端齿）。

机床选用X51型立式铣床。

Ⅰ.确定每齿进给量fz根据表5-144，X51型立式铣床的功率为4.5kw（表5-74），工艺系统刚性为中等，查得每齿进给量fz=0.20-0.30mm/z。

现取fz=0.30mm/z。

Ⅱ.选择铣刀磨钝标准及耐用度

根据表5-148，铣刀耐用度T=180min（表

5-149）

Ⅲ.确定切削速度和工作台每分钟进给量

fMz

根据表2-17中公式计算：

查得Cv=18.9，qv=0.2

，xv=0.1

，yv=0.4

，uv=0.1，Pv=0.1，m=0.15

T=180min，ap=1.5mm，fz=0.30mm/z，ae=16mm，z=12，d=100mm，kv=1.0

带入公式得V=

18.9

1000.2

0.11.020.016m/min

0.15

0.1

0.4

0.1

180

1.5

0.3

1.6

12

~8~

n=100020.01663.71r/min

π100

根据X51型立式铣床转速表（表

5-72），选择n=65r/min，则实际切削速度

V=20.42m/s，工作台每分钟进给量为

fMz=0.3×12×60=216mm/min

根据X51型立式铣床工作台进给量表（表

5-76），选择fMz=200mm/min，则

实际的每齿进给量为fz=

200

0.28

mm/z。

60

12

Ⅳ.校验机床功率

根据表2-18

计算公式铣削时的功率为

P=

FCV

c

1000

查得CF=30,xF=1.0

，yF=0.65，uF=0.83

，wF=0，qF=0.83，ap=1.5mm，

fz=0.28mm/z，ae=16mm，z=12，d=100mm，n=65r/min,k

Fc=0.63

1.51.0

0.65

0.83

30

0.28

16

12

20.47N

FC=

0.83

0

0.63

100

65

V=20.42m/min=0.34m/s

Pc=20.470.34=6.79×10-3kw

1000

X51型立式钻床主电动机的功率为4.5kw，故所选切削用量可以采用。

所确定的切削用量为fz=0.28mm/z,fMz=200mm/min,n=65r/min,V=0.34m/s

（2）基本时间

根据表2-25，本道工序的基本时间为

Tj

ll1

l2

f

Mz

l10.5（d

d2

ae2）（1~3）

式中

l

=50mm

l1=2mml2=2mma=16mmf=200mm/min

e

Mz

50

2

2

Tj

200

60=16.2s

2.工序（4）切削用量及基本时间的确定

本道工序分为粗铣和半精铣上底面两个工步

a.粗铣上底面

（1）切削用量本工步为粗铣上底面，所选刀具为高速钢三面刃铣刀，所有过程同工序（3）。

fz=0.28mm/zfMz=200mm/minn=65r/minV=0.34m/s

（2）基本时间

20

2

2

60=7.2s

Tj

200

~9~

b.半精铣上底面

（1）切削用量

本工步为半精铣上底面，所选刀具为高速钢错齿三面刃铣

刀，铣刀直径d=100mm，宽度L=16mm，齿数z=16，机床选用

X51型立式铣床。

Ⅰ.确定每齿进给量

fz

本工步要求保证的表面粗糙度

Ra6.3μm,根据表

5-144，每转进给量fr=1.2-2.7mm/r,

取fr=2.0mm/r,则fz=2.0/16=0.125mm/z。

Ⅱ.选择铣刀磨钝标准及耐用度

根据表5-148，铣刀耐用度T=180min（表

5-149）

Ⅲ.确定切削速度和工作台每分钟进给量

fMz

根据表2-17中公式计算：

查得Cv=18.9

，qv=0.2，xv

=0.1

，yv=0.4

，uv=0.1

，Pv=0.1，m=0.15

T=180min，a=1.0mm，f

=0.125mm/z，a=16mm，z=12，d=100mm，k

=1.0

p

z

e

v

18.9

0.2

带入公式得V=

100

0.10.11.029.58m/min=0.49m/s

0.15

0.1

0.4

180

1.0

0.125

1.6

12

n=1000

29.58

94.16

r/min

π100

根据X51型立式铣床转速表（表5-72），选择n=80r/min，则实际切削速度V=25.13m/s，工作台每分钟进给量为

fMz=0.125×12×60=90mm/min

根据X51型立式铣床工作台进给量表（表

5-76），选择fMz=90mm/min，则实

际的每齿进给量为fz=0.125mm/z。

（2）基本时间

根据表2-25，本道工序的基本时间为

Tj

l

l1

l2

f

Mz

l10.5（d

d2

ae2）（1~3）

式中

l

=20mm

l1=2mml2=2mma=16mmf=90mm/min

e

Mz

Tj202

2

60=36s

90

3.工序（5）切削用量及基本时间的确定

（1）切削用量本工序为半精铣下底面，所选刀具为高速钢三面刃铣刀，所有过程同工序（4）中半精铣上底面工步

fz=0.125mm/zfMz=90mm/minn=80r/minV=0.49m/s

（2）基本时间根据表2-25，本道工序的基本时间为

ll1l2

Tj

fMz

~10~

l10.5（d

d2

ae2）（1~3）

式中

l

=50mm

l1=2mml2=2mma=16mmf=90mm/min

e

Mz

50

2

2

60=36s

Tj

90

4.工序（6）切削用量及基本时间的确定

（1）切削用量本工序为粗铣后端面，所选刀具为圆柱铣刀，铣刀直径d=63mm，宽度L=50mm，粗齿6,细齿10，根据表5-143选择铣刀的基本形状，选择前角γ0=7o，后角α0=12o（周齿），α0=8o（端齿）。

机床选用X51型立式铣床。

Ⅰ.确定每齿进给量fz根据表5-144，X51型立式铣床的功率为4.5kw（表5-74），工艺系统刚性为中等，查得每齿进给量fz=0.10-0.15mm/z。

现取

fz=0.12mm/z。

Ⅱ.选择铣刀磨钝标准及耐用度根据表5-148，铣刀耐用度T=180min（表

5-149）

Ⅲ.确定切削速度和工作台每分钟进给量fMz根据表2-17中公式计算：

查得Cv=18，qv=0.45，xv=0.1，yv=0.4，uv=0.3，Pv=0.1，m=0.33T=180min，ap=1.0mm，fz=0.12mm/z，ae=50mm，z=16，d=63mm，kv=1.0

18630.45

带入公式得V=

0.33

0.1

0.40.1

0.11.011.45m/min

180

1.0

0.12

50

16

n=1000

11.45

57.87

r/min

π63

根据X51型立式铣床转速表（表

5-72），选择n=65r/min，则实际切削速度

V=12.86m/s，工作台每分钟进给量为

fMz=0.3×16×60=288mm/min

根据X51型立式铣床工作台进给量表（表

5-76），选择fMz=280mm/min，则

实际的每齿进给量为fz=280

0.29mm/z。

60

12

（2）基本时间

根据表2-25，本道工序的基本时间为

ll1

l2

Tj

f

Mz

l1

ap（dap）（1~3）

取

=30mm

l1=9mml2=3mma=16mmf=280mm/min

l

e

Mz

Tj

309360=9s

280

~11~

5.工序（7）切削用量及基本时间的确定本道工序分为粗铣和半精铣前端面两个工步

a.粗铣前端面

（1）切削用量本工步为粗铣前端面，所选刀具为镶齿套式面铣刀，铣刀直径d=80mm，宽度L=36mm，齿数10，根据表5-143选择铣刀的基本形状，选择前角γ0=7o，后角α0=16o（周齿），α0=8o（端齿）。

机床选用X51型立式铣床。

Ⅰ.确定每齿进给量fz根据表5-144，X51型立式铣床的功率为4.5kw（表5-74），工艺系统刚性为中等，查得每齿进给量fz=0.04-0.06mm/z。

现取

fz=0.05mm/z。

Ⅱ.选择铣刀磨钝标准及耐用度

根据表5-148，铣刀耐用度T=180min（表

5-149）

Ⅲ.确定切削速度和工作台每分钟进给量

fMz

根据表2-17中公式计算：

查得Cv=18.9

，qv=0.2，xv

=0.1，yv=0.4

，uv=0.1

，Pv=0.1，m=0.