活塞杆课程设计说明书.docx
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活塞杆课程设计说明书
机械制造工艺学
课程设计说明书
设计题目:
活塞杆机械加工工艺规程设计
学院：
机电工程学院
班级：
机械设计制造及其自动化二班
学生：
王开勇
学号：
20092428
指导教师：
付敏副教授
1零件的分析·······················································1
1.1零件结构工艺性分析··············································1
1.2零件的技术要求分析··············································1
2毛坯的选择·······················································2
2.1毛坯的选择及毛坯制造方法的选择··································2
2.2毛坯形状及尺寸的确定···········································2
3工艺路线的拟定···················································2
3.1定位基准的选择··················································2
3.2零件表面加工方案的选择··········································3
3.3加工顺序的安排··················································3
3.3.1加工阶段的划分················································4
3.3.2工序的集中与分散··············································4
3.3.3机械加工顺序的安排············································4
3.3.4热处理工序的安排··············································4
3.3.5辅助工序的安排···············································5
4工序设计·························································6
4.1机床和工艺装备的选择············································6
4.2工序设计························································6
结论······························································11
参考文献···························································12
1.零件的分析
1.1零件结构的工艺性分析
（1）
mm×770mm自身圆度公差为0.005mm
（2）左端
螺纹与活塞杆
mm中心线的同轴度公差为φ0.05mm
（3）1:
20圆锥面轴心线与活塞杆
mm中心线的同轴度公差为φ0.02mm
（4）1:
20圆锥面自身圆跳动公差为0.005mm
（5）1:
20圆锥面涂色检查，接触面积不小于80%
（6）
mm×770mm表面渗氮，渗氮层深度0.2-0.3表面硬度62一65HRC
1.2零件的技术要求分析
（1）活塞杆在使用过程中，承受交变载荷作用，
mm×770mm处有密封装置往复摩擦表面，所以该处工艺要求硬度高又耐磨。
活塞杆采用38CrMoAlAn材料，
mm×770mm部分经过调质处理和表面渗碳处理，芯部硬度为23-32HRC,表面渗氮层深度0.2-0.3mm,表面硬度62-65HRC，所以活塞杆既有一定的韧性，又具有较好的耐磨性。
（2）活塞杆结构比较简单，长径比大，属于细长轴类零件。
刚性较差，为了保证加工精度，在车削时要粗车、精车分开，而且粗、精车一律使用跟刀架，以减少加加工时工件变形，在加工两端螺纹时使用中心架。
（3）在选择定位基准时，为了保证零件同轴度公差及各部分的相互位置精度，所有的加工工序均采用两中心孔定位，使之符合基准统一原则。
（4）磨削外圆表而时，工件易产生让刀、弹性变形，影响活塞杆的精度。
因此，在加工时应修研中心孔，保证中心孔清洁，中心孔与顶尖间松紧程度要适宜，并保证良好的润滑。
砂轮一般选择:
磨料白刚玉（WA），粒度60#，硬度中软或中、陶瓷结合剂，另外砂轮宽度应选窄些，以减小径向磨削力，加工时注意磨削用量的选择，磨削深度要小。
（5）在磨削中
mm×770mm外圆和1:
20锥度时，两道工序序必须分开进行。
在磨削1:
20锥度时，要先磨削试件，检查试件合格后才能正式磨削工件。
（1:
20圆锥面的检查，是用标准的1:
20环规涂色检查，其接触面应不少于80％）
（6）为了保证活塞杆加工精度的稳定性，在加工的全过程中不允许人工校直。
（7）渗氮处理时，螺纹部分等应采取保护装置进行保护。
1.3审查零件的结构工艺性
（1）给构力求简单、对称，横截面尺寸不应该有突然地变化。
（2）应有合理的模面和圆角半径。
（3）38CrMoAlAn刚具有良好的可锻性和耐磨性。
2.毛坯的选择
2．1毛坯的选择及毛坯制造方法的选择
因为活塞杆的工作方式是往复运动的形式，为了增加活塞杆的寿命，减小活塞杆的磨损晕，因此毛坯选用38CrMoAlAn的合金结构钢。
由于活塞杆选择小批量生产，为了提高生产效率宜采用自由锻制造毛坯。
2.2毛坯形状及尺寸的确定
（1）毛坯形状
根据零件图各个部分的加工精度要求，锻件的尺寸公差等级为8-12级，。
又由于活塞杆选择小批量生产,考虑选择圆柱型毛坯。
（2）毛坯基木尺寸
由于毛坯的制造方式是自由锻造，根据活塞杆零件图的尺寸要求和实际的加工要求，锻造后的尺寸定为:
直径62mm、长度1150mm，查工艺手册，确定毛坯的尺寸为:
直径80mm，长度760mm。
绘制锻造后零件毛坯图如下:
3.工艺路线的拟定
3.1定位基准的选择
正确选择定位基准是制定机械加工工艺规程和进行夹具设计的关键。
基准的选择是工艺规程设计中的重要问题，基准的选择是否合理影响到加工质星、生产率和加工成本。
定位基准的选择合理与否，会直接影响所制定的零件加工工艺规程的质量基准选择不当，会增加工序，或使工艺路线不合理，或使夹具设计团难，甚至达不到工件的加工精度要求。
在设计工艺规程的过程中，当根据零件工件图先选择精基准，后选料精基准。
结合整个工艺过程要进行统一考虑，先行工序序要为后续工序创造条件。
（1）粗基准的选择
粗准的选择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，可选轴的外圆表而面为定为基准，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。
粗基准采用锻造后的毛坯外圆。
中心孔加工采用三爪自定心卡盘装夹毛坯外圆，车端面、钻中心孔。
一般不能用毛坯外圆装夹两次钻两端中心孔，而应该以毛坯外圆作为粗基准，先加工一个端面，钻中心孔，车一端外圆，然后以已车过的外圆作基准，用三爪自定心卡盘装夹另一端面，钻中心孔，才能保证两中心孔同轴。
（2）精基准的选择
根据活塞杆的技术要求和装配要求，应选择活塞杆的左右端面和两端面的中心孔作为精基准。
零件上的很多表面都可以以两端面作为基准进行加工。
可避免基准转化误差，也遵循基准统一原则。
两端的中心轴线是设计基准。
选用中心轴线为定为基准，可保证表面最后的加工位置精度，实现了设计基准和工艺基准的重合。
3.2零件表面加工方案的选择
根据各加工表面的加工精度、表面粗糙度、位置精度等要求，各表面加工方法对应如表3-1：
表3-1加工方法的确定
加工表面
经济精度等级IT
表粗糙度Ra（um）
形状精度
位置精度
加工方法
定位基准
M39外圆表面
IT8
3.2
同轴度0.05
粗车—精车
中心轴线
六方处表面
IT6
3.2
粗车—精车—精铣
中心轴线
左端圆锥表面
IT6
3.2
粗车—精车
中心轴线
φ50外圆表面
IT6
0.4
圆度0.05
粗车—精车—半精磨—精磨
中心轴线
1∶20锥度表面
IT6
0.8
跳动度0.005
同轴度0.02
粗车—精车—半精磨—精磨
中心轴线
3.3加工顺序的安排
制定加工方案的一般原则为:
先粗后精，先近后远，先主后次，程序段最少，走刀路线最短以及特殊情况特殊处理。
制定工艺路线要保证加工质量，提高生产效率，降低成木。
根据生产类型是小批量生产，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，采用通用机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产效率。
除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。
3.3.1划分阶段
对精度要求较高的零件，其粗，精加工应该分开，以保证零件的质量。
活塞杆的加工质量要求较高，其中表而粗糙度要求最高为Ra0.4um，另外几处圆跳动也有较高的位置精度要求。
精加工方案的确定，将该活塞杆的加工划分为五个阶段:
粗车（粗车外圆、端面和钻中心孔）、精车（精车各处外圆、台阶及次要表面等）、粗磨（粗磨各处外圆）、半精磨、精磨。
3.3.2工序的集中与分散
该活塞杆的生产类型为小批量生产，零件的结构复杂程度一般，但有较高的技术要求，可选用工序集中原则安排轴的加工工序。
采用普通机床和部分高生产率专用设备，配用通用夹具，与部分划线法达到精度，以减少工序数目，缩短工艺路线，提高生产效率。
采用工序集中原则，有利于保证各加工面之间的位置精度要求，节省安装工件的时间，减少工件的搬动次数，使生产计划、生产组织工作得到简化，工作装夹次数减少，辅助时间缩短。
3.3.3机械加工工序的安排
①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而，所以应先安排为后续序准备好定为基准。
先加工精基准面，钻中心孔及车表面的外圆。
②按先粗后精的原则:
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，后安排精加工表面。
③按先主后次的原则:
先加工主要表面，先车外圆各个表面，端面，后加工次要表面。
④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，加工阶梯外圆时先加工直径较大的后加工直径小的。
⑤次要表面的加工安排：
切槽等次要表面的加工通常安排在外圆精车或粗磨之后，精磨外圆之前。
⑥对于
mm×770mm和1:
20锥度的加工质量要求较高的表面，安排在后面，并在前几道工序中注意形位公差，在加工过程中不断调整、保证其形位公差。
3.3.4热处理工序的安排
在切削加工前应安排退火处理，提高改善轴的硬度，消除毛坯的内应力，改善其切削性能。
在精加工之前进行调质处理，能提高轴的综合性能。
最终热处理安排在半精磨之后，精磨加工之前，其能提高材料强度、表面硬度和耐磨性。
3.3.5辅助工序的安排
毛坯铸件制造完成后，要对铸件的质量进行初检，避免缺陷零件进入下道工序当中，造成废品。
零件在制造完成后，需要清除毛刺，清洗零件，以便为下一步的静平衡检测做准备，为此在机械加工完成之后，安排一次去毛刺，清洗的过程，去除毛刺和油污。
最后，对零件进行静平衡检测，以保证零件的加工要求，同时可以筛除不合格产品，保证出厂的质量。
有各工艺安排确定活塞杆工艺路线如表3-2所示：
表3-2活塞杆工艺路线
工序号
工序名称
工序内容
设备
1
下料
棒料
2
锻造
自由锻
3
热处理
退火
4
划线
划两端中心孔线
5
钳工
钻两端中心孔B2.5
6
粗车
夹左端，顶尖顶另一端，粗车外圆至φ55mm
倒头装夹工件，顶另一端中心孔，车外圆至φ55mm
CW6163
7
热处理
调质处理28-32HRC
8
粗车
夹左端，中心架支承另一端，切下右端6mm做试片，进行金相组织检查，端面车平，钻中心孔B2.5
倒头装夹工作，中心架支撑另一端，车端面，保证总长1090mm，钻中心孔B2.5
CW6163
9
精车
两顶尖装夹工作，车工件右端M39x2-6g，长60mm,直径方向留加工余量lmm，车
mm×770mm时，要使用跟刀架，保证1:
20的锥度，留留有加工余量1mm
倒头两顶尖装夹工件，车另左端各部及螺纹M39×2-6g，长度100mm,直径方向留加工余量lmm，六方处外径车至φ48mm,并车六方与
连接的锥度
CW6163
10
磨
修研两中心孔
11
粗磨
两顶尖装夹工作，粗磨
mm×770mm，留磨量0.08-0.10mm
粗磨1:
20锥度部分，留磨量为0.1mm
M1432
12
车
两顶尖装夹工作，车右端螺纹M39×2-6g,切槽5mm×φ36mm，倒角1×45º
倒头两顶尖装夹工作，车左端螺纹M39×2-6g，切槽7mmX×φ36mm，倒角2×45º
CW6163
13
磨
修研两中心孔
14
半精磨
两顶尖装夹工件，半精磨
mm×770mm,留精磨量0.04-0.05mm
半精磨1:
20锥度，留精磨余量0.04-0.05mm
M1432
15
热处理
渗氮处理
mm×770mm，深度为0.25-0.35mm，渗氮时，工件应垂直吊挂，防止变形，另外螺纹部分和六方部分均需要安装保护套
16
精铣
铣六方至图样尺寸41mm×41mm
X53K、分度头
17
精磨
两顶尖装夹工作，精磨
mm×770mm至图样尺寸
两顶尖装夹工作，精磨1∶20锥度至图样尺寸
M1432
18
检验入库
按图样检验各部尺寸，涂油包装入库
4工序设计
4.1机床的选择
工序1采用锯床
工序6、8、9、12采用CW6163车床
工序11、14、17采用M1432磨床
工序16采用X53K铣床
工艺设备的选择
（1）选择夹具
该活塞杆的生产纲领是小批量生产，所以采用三抓卡盘、双顶尖和铣床专用夹具。
（2）选择刀具
在车床上加工的各工序，采用复合中心钻端面车刀和外圆车刀;在铣床上加工的工序，采用硬质合金铣刀即可保证加工质量。
（3）选择量具和其他
加工表面均采用游标卡尺。
对角度尺寸利用专用夹具保证，其他尺寸采用通用量具
4.2工序设计
工序加工余量的确定，工序尺寸及公差的计算
（1）活塞杆两端M39×2-6g的外圆表面。
其加工路线为粗车—精车。
由工序06、07、11、12组成，据查到的加工余量得粗车的加工余量为7mm,精车的加工余量为15mm,总的加工余量为22mm
计算其各工序尺
精车:
40+15=55
粗车：
55+7=62
按照加工方法能达到的经济精度给各工序尺寸确定公差，查工艺手册可知每道工序的经济精度所对应的值为:
取精车的经济精度公差等级IT8，其公差值为
取粗车的经济精度公差等级IT12，其公差值为
其数据如表4-1：
表4-1活塞杆两端M39×2-6g的外圆表面工序加工余量的确定
工序名称
加工经济精度（mm）
工序余量（mm）
表粗糙度Ra（um）
工序基本尺寸（mm）
尺寸公差（mm）
精车
IT8
7
3.2
40
粗车
IT12
15
12.5
55
锻造
±2
62
φ62±2
现用计算法对精车径向的工序量进行分析
工序最大余量
工序最小余量
（2）对活塞杆六方处的表面，加工工艺路线为:
粗半-精车-精铣。
由工序序6、9、16组成。
查工艺手册得各加工余量:
精铣的加工余量为0.7，精车的加工余量为7mm,粗车的加工余量为7mm。
精铣:
47.3+0.7=48
精车:
48+7=55
粗车：
55+7=62
取精铣的经济精度等级为IT6,公差值为T1=0.016mm
取半精车的经济精度等级为IT8，公差值为T2=0.039mm
粗车的经济精度等级为IT12，公差值为T3=0.30mm
数据如表4-2：
表4-2活塞杆六方处的表面工序加工余量的确定
工序名称
加工经济精度（mm）
工序余量（mm）
表粗糙度Ra（um）
工序基本尺寸（mm）
尺寸公差（mm）
锻造
±2
62
φ62±2
粗车
IT12
7
12.5
55
精车
IT8
7
3.2
48
精铣
IT6
0.7
0.8
41×41
（3）对活塞杆靠左端的圆锥表面，加工工艺路线为:
粗车—精车。
保证表面糙度Ra3.2um.
（4）对活塞杆
mm×770mm表面，加工艺路线为:
粗车—精车—粗磨—半精磨—精磨。
查工艺手册后计算得其工艺如表4-3：
表4-3活塞杆
mm×770mm表面工序余量的确定
工序名称
加工经济精度（mm）
工序余量（mm）
表粗糙度Ra（um）
工序基本尺寸（mm）
尺寸公差（mm）
精磨
IT6
0.04
0.4
50
半精磨
IT7
0.04
0.8
50.04
粗磨
IT8
0.92
1.6
50.08
精车
IT8
4
3.2
51
粗车
IT12
7
12.5
55
锻造
±2
62
（5）对活塞杆1:
20锥度表面，加工工艺路线为:
粗车—精车—粗磨—半精磨—精磨。
查工艺手册得各加工余量:
精磨的加工余星为0.04mm，半精磨的加工余量为0.06，粗磨车的加工余量为0.9,粗车的加工余量为7mm
取精磨的经济精度等级为IT6，公差值为T1=0.019mm
取半精磨的经济精度等级为IT7，公差值为T2=0.030mm
取粗磨的经济精度等级为IT8，公差值为T1=0.039mm
取精车的经济精度等级为IT8，公差值为T2=0.039mm
取粗车的经济精度等级为IT12，公差值为T1=0.30mm
（6）.确定工序的切削用量和加工工时
确定切削用量的原则：
首先应选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。
计算过程以工序9为例
从上面的工艺过程中可知道该工序包含6个工步。
对于前三个工步：
（1）背吃刀量的确定：
根据加工余量，背刀量为ap1=1.5mm.。
（2）进给量的确定：
查表得f1=0.86mm/r
（3）切削速度的计算：
取Vc为90m/min，
车工件左端M39×2-6g，长60mm的外圆表面时，则n=1000Vc/
d=521r/min
车1:
20的锥度表面时，则n=1000Vc/
d=603r/min
车φ50
mm×770mm表面时，则n=1000Vc/
d=521r/min
（4）计算工时
以上工序采用的是同一进给量f=0.86mm/r
则：
T31=
=
T32=
=
T33=3.42min
T总=T31+T32+T33=5.81min
对于后三个工步：
（1）背吃刀量同上ap1=1.5mm.。
（2）进给量同上f1=0.86mm/r
（3）切削速度的计算：
取Vc为90m/min，
车工件右端M39×2-6g，长100mm的表面时，则n=1000Vc/
d=521r/min
车六方处表面时，则n=1000Vc/
d=521r/min
车六方与φ50
mm连接的锥度表面时，则n=557r/min
（4）计算工时
以上工序采用的是同一进给量f=0.86mm/r
则：
T41=
=
T42=
=
T43=0.021min
T总=T41+T42+T43=1.54min
对于其他工序，切削用量和加工工时如表4-4：
表4-4其他工序的切削用量及加工工时
切削用量及工时
背吃刀量（mm）
进给量（mm/r）
切削速度（m/min）
加工工时（min）
工序6
3.5
0.86
60
4.34
工序8
7
0.86
60
0.79
工序11
347
60
0.86
7
工序12
320
39.2
2
0.4、0.14、0.025
工序14
250
78.5
0.05
0.03
工序16
475
72
1.2
0.7
工序17
500
157
0.01
0.02
结语
在这次设计过程中，使我真正的认识到自己的不足之处，以前上课没有学到的知识，在这次设计当中也涉及到了。
使我真正感受到了知识的重要性。
这次设计将我以前学过的机械制造工艺与装备、公差与配合、机械制图、工程材料与热处理工艺等知识很好的串联了起来，起到了穿针引线的作用，巩固了所学知识的作用。
在机械制造工艺课程设计中，首先是对工件机械加工工艺规程的制定，这样在加工工件就可以知道用什么机床加工，怎样加工，加工工艺装备及设备等，因此，工件机械加工工艺规程的制定是至关重要的。
在机械制造工艺课程设计中还用到了CAD制图和一些计算机软件，因为学的时间长了，因此在开始画图的时候有很多问题，而且不熟练，需参阅课本。
CAD制图不管是现在，对以后工作也是有很大的帮助的。
在这次机械制造工艺课程设计中，还有一个重要的就是关于专用夹具的设计，因为机床夹具的设计在学习的过程中只是作为理论知识讲的，并没有亲自设计过，因此，在开始的设计过程中，存在这样那样的问题，在老师的细心指导下，我根据步骤一步一步的设计，画图，查阅各种关于专用夹具的设计资料，终于将它设计了出来，我感到很高兴，因为在这之中我学到了以前没有学到的知识，也懂得了很多东西，真正做到了理论联系实际。
在这次机械制造工艺课程设计中，我学到了很多知识，有一点更是重要，就是我能作为一个设计人员，设计一个零件，也因此，我了解了设计人员的思想，每一个零件，每件产品都是先设计出来，再加工的，因此，作为一个设计人员，在设计的过程中一点不能马虎，每个步骤都必须有理有据，不是凭空捏造的。
而且，各种标准都要严格按照国家标准和国际标准，查阅大量资料，而且设计一个零件，需要花好长时间。
亲自上阵后我才知道，做每件是都不是简简单单就能完成的，是要付出大量代价的。
因此，我们也要用心去体会每个设计者的心思，这样才能像他们一样设计出好的作品。
综上所述：
这次的械制造工艺课程设计对我以后的工作起了很大的帮助，我认识到，无论是工作还是学
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