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摇臂轴座课程设计说明书
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”零件机械加工工艺规程及工艺装备
设计者：
班级学号：
0401090611
指导教师：
李楠纪小刚
江南大学
2012年6月26日
目录
一、序言
二、零件的工艺分析及生产类型的确定
三、选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯图
四、选择加工方法，制定工艺路线
五、工序设计
六、确定切削用量及基本时间
七、夹具设计
八、设计小结
九．参考文献
一、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《机械制造技术基础》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。
二、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柴油机摇臂轴轴座，是柴油机的一个重要零件,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。
另附零件图图纸（附录一）。
2．零件的工艺分析
通过对该零件图的重新绘制，知道原图样的视图正确、完整，尺寸、公差及技术要求齐全。
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。
以下是该零件需要加工的表面以及加工表面之间的相互位置要求：
（1）上下端面粗糙度均为6.3，底面与中心Ф16的孔的平行度要求为0.1；
（2）左端面粗糙度为3.2，右端面粗糙度6.3，左右端面与中心Ф16的孔的垂直度要求为0.08；
（3）中心Ф16的孔为10级精度，采用基孔制配合，粗糙度3.2；
（4）Ф10.5的孔的粗糙度12.5；
（5）Ф10.5的孔的倒角的粗糙度12.5。
由上面分析可知，可以先半精加工下端面，然后以此作为基准采用专用夹具进行加工上端面，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
依设计题目知：
Q=4000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=4000×1×（1+10%）×（1+1%）=4444件/年
对于零件质量，查《机械制造技术基础课程设计指南》表2-1（生产类型与生产纲领的关系）知其属于轻型零件，生产类型为中批生产。
三、选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯图
1.选择毛坯
该零件选取的材料是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，最后由《机械制造技术基础课程设计指南》表2-3（铸造制造方法）确定采用砂型机器造型，它能满足毛坯质量要求。
2.确定机械加工余量及毛坯尺寸公差
（1）已知铸造方法为砂型铸造机器造型，零件图最大轮廓尺寸为58mm，所以由《机械制造技术基础课程设计指南》表5-5（毛坯铸件典型的机械加工余量等级）取机械加工余量等级为F级，由《机械制造技术基础课程设计指南》表5-4（要求的铸件机械加工余量）查得RMA=0.5mm；
（2）已知毛坯材料是灰铁，且铸造方法为砂型铸造机器造型，所以查《机械制造技术基础课程设计指南》表5-1（大批量生产的毛坯铸件的公差等级），选取毛坯铸件的公差等级为CT11，由《机械制造技术基础课程设计指南》表5-3（铸件尺寸公差）取上下端面CT=4mm，左右端面CT=3.6mm，中心Ф16的孔CT=3.0mm（公差带应相对于基本尺寸对称分布）。
3.确定毛坯尺寸及公差等级（《机械制造技术基础课程设计指南》表5-15）
由《机械制造技术基础课程设计指南》表达式5-3可知：
R=F+RMA+CT/2（RMA与铸件其他尺寸之间的关系）
R=F+2RMA+CT/2（双侧机械加工）
R=F-2RMA-CT/2（内圆面机械加工）（其中F为零件基本尺寸）
得：
项目
上下端面
左右端面
Ф16的孔
Ф10.5的孔
公差等级
11
11
11
—
加工面基本尺寸F/mm
58
31
16
—
铸件尺寸公差CT/mm
4
3.6
3.0
—
机械加工余量等级
F
F
F
—
RMA/mm
0.5
0.5
0.5
—
毛坯基本尺寸R/mm
61
33.8
13.5
—
4.设计毛坯图
（1）确定拔模斜度根据《机械制造工艺设计手册》查出拔模斜度为5°。
（2）确定分型面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，在铸件取出后要做人工时效处理。
另附毛坯图图纸（附录二）
四、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：
本设计选下端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：
Ф16+0.010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Ф16+0.010的孔为定位基准，即遵循“基准重合”原则。
2.零件表面加工方法的选择
本零件的加工表面有上下端面、左右端面、Ф10.5小孔、Ф16的孔及槽等，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）上下底面的公差等级为IT8，表面粗糙度Ra6.3，需要进行粗铣和精铣（表5-16）；
（2）左端面的公差等级为IT8，表面粗糙度Ra3.2，需要进行粗镗、半精镗、精镗（表5-16）；
（3）右端面的公差等级为IT8，表面粗糙度Ra6.3，需要进行粗镗、半精镗（表5-16）；
（4）Ф16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（表5-15）；
（5）Ф10.5内孔公差等级IT12，表面粗糙度Ra12.5，需一次钻出两个孔（表5-15）。
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：
10铸造毛坯
20人工时效热处理
30粗铣、半精铣下端面
40粗铣、半精铣上端面
50粗铣、半精铣右端面
60粗铣、半精铣、精铣左端面
70粗镗、半精镗、精镗Ф16孔
80一次钻出两个Ф10.5孔，并倒角
90铣槽
100去尖角毛刺
110检验合格，入库
方案二：
10铸造毛坯
20人工时效热处理
30粗铣下端面
40粗铣、精铣上端面
50粗镗、半精镗右端面，粗镗、半精镗φ16的孔
60粗镗、半精镗、精镗左端面
70精铣下端面
80一次钻出两个φ10.5的孔，并倒角
90铣槽
100去尖角毛刺
110检验合格，入库
两个方案的分析比较：
方案一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该零件的加工工序。
五、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
Ⅰ、工序30、40、70及工序90主要进行粗铣、半精铣等铣削加工，零件中批生产，不要求很高的生产率，表面精度要求不是很高，选用X51型立式铣床
（《机械制造技术基础课程设计指南》）；
Ⅱ、工序50和工序60主要进行粗镗、半精镗和精镗等工步，根据零件外轮廓尺寸、形状等，选用CA6140卧式车床（《机械制造技术基础课程设计指南》）;
Ⅲ、工序80钻两个Ф10.5的孔，可采用专用夹具在立式钻床上加工，选用Z3025摇臂钻床（《机械制造技术基础课程设计指南》）；
Ⅳ、工序90铣宽度为1.5mm的槽，选用X60卧式铣床（《机械加工工艺师手册》）。
（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，铣削上下端面时，选用镶齿三面刃铣刀（表5-105）；铣削槽时，选用锯齿铣刀（表5-106）；
Ⅱ.在CA6140卧式车床上加工的工序，粗镗时选用YG6硬质合金单刃镗刀，半精镗、精镗时选用YG3高速钢镗刀（《机械加工工艺师手册》表20-78）；
Ⅲ.在Z3025摇臂钻床上加工的工序，选用莫氏锥柄麻花钻（表5-84）；
Ⅳ、在X60卧式铣床上铣槽，选用切口铣刀（《机械加工工艺师手册》表21-8）。
（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
30
粗铣下端面
游标卡尺、粗糙块
40
粗铣、精铣上端面
游标卡尺、粗糙块
50
粗镗、半精镗右端面，粗镗、半精镗φ16的孔
游标卡尺、粗糙块
60
粗镗、半精镗、精镗左端面
游标卡尺、粗糙块
70
精铣下端面
游标卡尺、粗糙块
80
一次钻出两个φ10.5的孔，并倒角
游标卡尺
90
铣槽
游标卡尺
2.确定工序尺寸
加工表面
工序单边余量
工序尺寸及公差
表面粗糙度/um
粗铣
精铣
粗铣
精铣
粗铣
精铣
上端面
1.5
0.2
58.40-0.46
58.20-0.3
12.5
6.3
下端面
1.5
0.2
59.70-0.46
58.00-0.3
12.5
6.3
（1）上下端面加工余量
（2）左右端面加工余量
加工表面
工序单边余量
工序尺寸及公差
表面粗糙度/um
粗镗
半精镗
精镗
粗镗
半精镗
精镗
粗镗
半精镗
精镗
右端面
1.4
0.2
—
32.60-0.33
32.40-0.21
—
12.5
6.3
—
左端面
1.4
0.4
0.1
31.40-0.33
31.10-0.21
31.00-0.1
12.5
6.3
3.2
（3）Ф16的孔加工余量
工序
单边加工余量
工序尺寸及公差
表面粗糙度/um
粗镗
1.25
15.9+0.270
6.3
半精镗
0.05
16+0.010
3.2
（4）Ф10.5的孔加工余量
工序
加工余量
工序尺寸及公差
表面粗糙度/um
钻孔
10.5
10.5
12.5
六、确定切削用量及基本时间
1.工序30：
粗铣下端面的切削用量及基本时间的确定
（1）切削用量：
本工序为粗铣下端面，所选刀具为镶齿套式面铣刀，铣刀材料为高速钢，铣刀直径d=80mm,宽度L=36mm，齿数Z=10，根据《机械制造技术基础课程设计指南》表5-143选择铣刀的基本形状。
由于加工材料的HBS在180-200之间，故选择前角γo=7°，主偏角kr=90°，后角αo=12°（周齿），αo=8°（端齿），刀齿螺旋角β=15°。
加工机床选用X51型立式铣床。
Ⅰ.确定每齿进给量fz
根据表5-71（立式铣床型号与主要技术参数），X51型立式铣床的功率为4.5kw，工艺系统刚性为中等；根据表5-144（高速钢端铣刀、圆柱铣刀和盘铣刀加工时的进给量）查得粗铣下端面时每齿进给fz=0.15-0.30mm/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（铣刀磨钝标准），铣刀粗加工时后刀面磨损限度=1.5-2.0mm；根据表5-149（铣刀平均寿命），铣刀耐用度T=180min
Ⅲ.确定切削速度和工作台每分钟进给量fMz
根据表2-17（铣削时切削速度的计算公式）：
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=1.3mm，fz=0.30mm/z，ae=15mm，z=10，d=80mm，kv=1.0代入公式得
V=
=132.6m/min
n=
=527.6r/min
根据表5-72（立式铣床主轴转速），选择X51型立式铣床主轴n=490r/min，则实际切削速度V=123.2m/min，工作台每分钟进给量为fMz=0.3×10×60=180mm/min根据表5-73（立式铣床工作台进给量），选择X51型立式铣床fMz=200mm/min，则实际的每齿进给量为fz=
=0.30mm/z。
Ⅳ.校验机床功率
根据表2-18（铣削时切削力、转矩和功率的计算公式）求得X51型立式铣床铣削时的功率为Pc=
查得CF=30,xF=1.0，yF=0.65，uF=0.83，wF=0，qF=0.83，ap=1.3mm，fz=0.30mm/z，ae=15mm，z=10，d=80mm，n=490r/min,kFc=0.63
FC=
=28.0N
V=123.2m/min=2.05m/s
Pc=
=0.0574kw
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=0.30mm/z,fMz=200mm/min,n=490r/min,V=2.05m/s
（2）基本时间
根据表2-28（铣削机动时间的计算公式），本道工序的基本时间为
Tf=
）+（1～3）=1.3mm
式中l=52mml1=1.3mml2=1.3mmae=15mmfMz=200mm/min
Tf=
×60×2=32.8s=0.6min
2.工序40：
粗铣、精铣上端面两个工步的切削用量及基本时间的确定
a.粗铣上端面
（1）切削用量：
本工序为粗铣上端面，所选刀具为镶齿套式面铣刀，铣刀材料为高速钢，铣刀直径d=80mm,宽度L=36mm，齿数Z=10，根据《机械制造技术基础课程设计指南》表5-143选择铣刀的基本形状。
由于加工材料的HBS在180-200之间，故选择前角γo=7°，主偏角kr=90°，后角αo=12°（周齿），αo=8°（端齿），刀齿螺旋角β=15°。
机床选用X51型立式铣床。
Ⅰ.确定每齿进给量fz
根据表5-71（立式铣床型号与主要技术参数），X51型立式铣床的功率为4.5kw，工艺系统刚性为中等；根据表5-144（高速钢端铣刀、圆柱铣刀和盘铣刀加工时的进给量）查得粗铣上端面时每齿进给fz=0.15-0.30mm/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（铣刀磨钝标准），铣刀粗加工时后刀面磨损限度=1.5-2.0mm；根据表5-149（铣刀平均寿命），铣刀耐用度T=180min
Ⅲ.确定切削速度和工作台每分钟进给量fMz
根据表2-17（铣削时切削速度的计算公式）：
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=1.3mm，fz=0.30mm/z，ae=24mm，z=10，d=80mm，kv=1.0代入公式得
V=
=126.5m/min
n=
=503.4r/min
根据表5-72（立式铣床主轴转速），选择X51型立式铣床主轴n=490r/min，则实际切削速度V=123.2m/min，工作台每分钟进给量为fMz=0.3×10×60=180mm/min，根据表5-73（立式铣床工作台进给量），选择X51型立式铣床fMz=200mm/min，则实际的每齿进给量为fz=
=0.30mm/z。
Ⅳ.校验机床功率根据表2-18（铣削时切削力、转矩和功率的计算公式）求得X51型立式铣床铣削时的功率为Pc=
查得CF=30,xF=1.0，yF=0.65，uF=0.83，wF=0，qF=0.83，ap=1.3mm，fz=0.30mm/z，ae=24mm，z=10，d=80mm，n=490r/min,kFc=0.63
FC=
=41.4N
V=123.2m/min=2.05m/s
Pc=
=0.085kw
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=0.30mm/z,fMz=200mm/min,n=490r/min,V=2.05m/s
（2）基本时间
根据表2-28（铣削机动时间的计算公式），本道工序的基本时间为
Tf=
）+（1～3）=3.8mm
式中l=52mml1=3.8mml2=3.8mmae=24mmfMz=200mm/min
Tf=
×60=17.9s=0.3min
b.精铣上端面
（1）切削用量：
本工序为精铣上端面，所选刀具为镶齿套式面铣刀，铣刀材料为高速钢，铣刀直径d=80mm,宽度L=36mm，齿数10，根据《机械制造技术基础课程设计指南》表5-143选择铣刀的基本形状。
由于加工材料的HBS在180-200之间，故选择前角γo=7°，主偏角kr=90°，后角αo=12°（周齿），αo=8°（端齿），刀齿螺旋角β=15°。
机床选用X51型立式铣床。
Ⅰ.确定每齿进给量fz
根据表5-71（立式铣床型号与主要技术参数），X51型立式铣床的功率为4.5kw，工艺系统刚性为中等；根据表5-144（高速钢端铣刀、圆柱铣刀和盘铣刀加工时的进给量）查得精铣上端面时每转进给f=1.2-2.7mm/r，现取f=1.5mm/r。
Ⅱ.选择铣刀磨钝标准及耐用度
根据表5-148（铣刀磨钝标准），铣刀粗加工时后刀面磨损限度=0.3-0.5mm；根据表5-149（铣刀平均寿命），铣刀耐用度T=180min
Ⅲ.确定切削速度和工作台每分钟进给量fMz
根据表2-17（铣削时切削速度的计算公式）：
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=0.2mm，fz=0.15mm/z，ae=24mm，z=10，d=80mm，kv=1.0代入公式得
V=
=201.6m/min
n=
=802.1r/min
根据表5-72（立式铣床主轴转速），选择X51型立式铣床主轴n=725r/min，则实际切削速度V=182.2m/min，工作台每分钟进给量为fMz=0.15×10×60=90mm/min根据表5-73（立式铣床工作台进给量），选择X51型立式铣床fMz=95mm/min，则实际的每齿进给量为fz=
=0.16mm/z。
Ⅳ.校验机床功率根据表2-18（铣削时切削力、转矩和功率的计算公式）求得X51型立式铣床铣削时的功率为Pc=
查得CF=30,xF=1.0，yF=0.65，uF=0.83，wF=0，qF=0.83，ap=0.2mm，fz=0.16mm/z，ae=24mm，z=10，d=80mm，n=725r/min,kFc=0.63
FC=
=4.2N
V=182.2m/min=3.04m/s
Pc=
=0.013kw
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=0.16mm/z,fMz=90mm/min,n=725r/min,V=3.04m/s
（2）基本时间
根据表2-28（铣削机动时间的计算公式），本道工序的基本时间为
Tf=
）+（1～3）=3.8mm
式中l=52mml1=3.8mml2=3.8mmae=24mmfMz=290mm/min
Tf=
×60=39.7s=0.7min
3.工序50：
粗镗、半精镗右端面，粗镗、半精镗φ16的孔的切削用量及基本时间的确定
本工序主要进行粗镗、半精镗和精镗等工步，根据零件外轮廓尺寸、形状等，选用CA6140卧式车床。
主轴孔径为48mm，电动机功率为7.5KW。
a.粗镗右端面
（1）切削用量本工序为粗镗右端面
根据《机械加工工艺师手册》，选用刀具为YG6硬质合金单刃镗刀、杆部直径d为10mm，最小镗孔直径D为13mm，总长L为100mm。
Ⅰ.确定背吃刀量ap
双边余量为2.4mm，显然ap为单边余量，大小为2.4/2=1.2mm
Ⅱ、确定进给量f
根据表5-115，当镗刀直径为10mm,ap≤2mm、镗刀伸出长度为50mm时，f=0.08mm/r。
Ⅲ、确定切削速度
按表2-8的计算公式确定。
V=
，其中Cv=189.8
xv=0.15,yv=0.20,m=0.20,T=60min,kv=0.9X0.8X0,65=0.468,则
v=63.2m/min，n=
=268.2r/min,选取n=250r/min.
（2）基本时间
选取镗刀的主偏角为45度。
Tj=（L+l2）/fn=0.9min=54s
b.半精镗右端面
（1）切削用量本工序为半精镗右端面
Ⅰ.确定背吃刀量ap
双边余量为0.4mm，显然ap为单边余量，大小为0.4/2=0.2mm
Ⅱ、确定进给量f
根据表5-115，当镗刀直径为10mm,ap≤2mm、镗刀伸出长度为50mm时，f=0.08mm/r。
Ⅲ、确定切削速度
按表2-8的计算公式确定。
V=
，其中Cv=189.8，xv=0.15,yv=0.20,m=0.20,T=60min,kv=0.9X0.8X0,65=0.468,则
v=82.6m/min，n=
=350.7r/min,选取n=320r/min.
（2）基本时间
选取镗刀的主偏角为45度。
Tj=（L+l2）/fn=0.6min=36s
c.粗镗φ16的孔
（1）切削用量本工序为粗镗φ16的孔
Ⅰ.确定背吃刀量ap
双边余量为2.4mm，显然ap为单边余量，大小为2.4/2=1.2mm
Ⅱ、确定进给量f
根据表5-115，当镗刀直径为10mm,ap≤2mm、镗刀伸出长度为50mm时，f=0.08mm/r。
Ⅲ、确定切削速度
按表2-8的计算公式确定。
V=
，其中Cv=189.8，xv=0.15,yv=0.20,m=0.20,T=60min,kv=0.9X0.8X0,65=0.468,则
v=63.2m/mi
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