机械制造工艺学课程设计1.docx
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机械制造工艺学课程设计1
序言
机械制造工艺学课程设计是我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业课之后进行的。
这是我们在进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的、综合性的总复习,也是一次理论联系实际的训练。
因此,它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。
就我个人而言,我希望能通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练,从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力,为今后参加祖国“四化”建设打下一个良好的基础。
由于能力所限,设计尚有许多不足之处,恳请各位老师给予指教。
一、零件分析
（一）零件的作用
题目所给定的零件是机床上的方刀架。
其主要作用是稳固、可靠、准确的夹持刀具,换刀时能够转动。
零件的Φ25㎜端面用于准确定位,Φ25㎜孔与轴配合,用于夹紧.
（二）零件的工艺分析
Φ25+0.0230㎜端面与Φ25+0.0230㎜孔、Φ36+0.030㎜孔有一定的位置要求。
1.以Φ36+0.030㎜孔为中心加工的表面
这一组加工表面包括:
Φ25+0.0230㎜孔的端面，8条边的倒角,四方,四侧压刀槽,环型槽,Φ25+0.0230㎜孔及其倒角。
2.以Φ25+0.0230㎜孔为中心加工的表面
这一组加工表面包括:
4-Φ15+0.0100㎜孔与9-M12-6H螺纹孔及其倒角。
3.以两个端面为基准加工的表面
这一组加工表面包括:
Φ36+0.030㎜端面,Φ25+0.0230㎜孔端面（互为基准）,零件的四个侧面。
这三组表面之间有着一定的位置要求,主要是:
（1）Φ25+0.0230㎜孔端面与Φ25+0.0230㎜孔的垂直度公差为0.05㎜。
（2）4-Φ15+0.0100㎜孔与Φ25+0.0230㎜孔的位置度公差为0.05㎜。
由以上分析可知,先精确加工出Φ36孔㎜，再以其为基准加工其它表面，可保证精度要求。
二.工艺规程设计
（一）确定毛坯的制造形式
零件材料为45钢，方刀架用于夹持刀具,工作时受到的力与振动较大,因此应该选用锻件,以使金属纤维尽量不被切断,提高零件力学性能和强度,保证零件工作安全可靠。
由于零件年产量为2500件（中批生产）,而且零件属于轻型机械,故可采用模锻成型。
这从提高生产率,保证加工精度上考虑,也是应该的。
零件形状并不复杂，因此毛坯形状可与零件形状尽量接近，各孔不锻出。
（二）定位基准的选择
定位基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。
定位基准选择得正确与合理,可以使加工质量得到保证,生产率得到提高。
否则,加工工艺过程中会问题百出,更有甚者,还会造成零件大批报废,使生产无法正常进行。
1.粗基准的选择
对于本零件而言,每个表面都要加工,故无法选取不加工表面为粗基准。
由于工艺上的需要,粗加工阶段就要将Φ36+0.030㎜孔加工得很精确,故以毛坯四个侧面为粗基准,利用四爪卡盘夹紧定位,以消除x,X,y,Y,z五个自由度（建立的空间坐标系为:
以Φ36+0.030㎜内孔轴线和Φ25+0.0230㎜内孔轴线方向为x轴,两个125㎜边分别为y轴、z轴,坐标原点为Φ25+0.0230㎜孔与Φ25+0.0230㎜孔端面的交点，X、Y为转动）。
2.精基准的选择
考虑基准重合的原则,以Φ36+0.030㎜孔作为精基准,在一次安装下加工出来孔与平面保证了位置度。
（三）制定加工工艺路线
制定工艺路线的出发点,应当是使零件的加工精度和表面质量等技术要求能得到合理的保证。
在生产纲领已确定为中批生产的条件下,可以考虑采用效率较高的通用机床配以专用夹具,并尽量使用工序集中来提高生产率。
除此之外,还要考虑经济效果,以便使生产成本尽量下降。
工艺路线方案一:
工序Ⅰ备料.
工序Ⅱ模锻,锻出压力槽.
工序Ⅲ正火.
工序Ⅳ粗车Φ36+0.030㎜端面,钻Φ25+0.0230㎜孔至Φ23㎜,镗Φ36㎜孔至Φ36+0.030㎜孔深390-0.8㎜,切内槽Φ37±0.1㎜×3㎜,孔口倒角1×45°；掉头车底面,高度留加工余量1∽5㎜.
工序Ⅴ铣四方1250-0.6㎜×1250-0.6㎜,去毛刺；铣四侧压刀槽,保证尺寸24㎜,C面留加工余量0.2∽0.3㎜；精铣C面至尺寸18㎜；倒角1×45°,8条边.
工序Ⅵ热处理,C表面淬火HRC40∽45.
工序Ⅶ车Φ25+0.0230㎜端面,留加工余量0.3∽0.4㎜,车环型槽,镗Φ25+0.0230㎜孔至尺寸,倒角1.5×45°。
工序Ⅷ钻、铰4-Φ15+0.0100㎜孔至尺寸；钻9-M12-6H小径至Φ10.1㎜（8个）；钻、铰Φ10+0.0300㎜至尺寸，扩M12-6H螺纹孔的小径,孔口倒角1×45°；攻M12-6H螺纹.
工序Ⅸ磨Φ36+0.030㎜端面,保证390-0.3㎜；磨Φ25+0.0230㎜端面,保证720-0.12㎜；磨四个侧面.
工序Ⅹ检验.
工艺路线方案二:
工序Ⅰ备料.
工序Ⅱ模锻,锻出压力槽.
工序Ⅲ正火.
工序Ⅳ粗车Φ36+0.030㎜端面,钻Φ25+0.0230㎜孔至Φ23㎜,镗Φ36㎜孔至Φ36+0.030㎜,孔深Φ390-0.8㎜,切内槽Φ37±0.1㎜×3㎜,孔口倒角1×45°；掉头车底面,高度留加工余量1至5㎜；车Φ25+0.0230㎜端面,留加工余量0.3∽0.4㎜,车环型槽,镗孔至尺寸,倒角1.5×45°.
工序Ⅴ铣四方1250-0.6㎜×1250-0.6㎜,去毛刺；铣四侧压刀槽,保证尺寸24㎜,C面留加工余量0.2∽0.3㎜；精铣C面至尺寸18㎜；倒角1×45°,8条边.
工序Ⅵ钻、铰4-Φ15+0.0100㎜孔至尺寸；钻9-M12-6H小径至Φ10.1㎜（8个）；钻、铰Φ10+0.0300㎜至尺寸,扩M12-6H螺纹孔的小径,孔口倒角1×45°；攻M12-6H螺纹.
工序Ⅶ热处理,C表面淬火HRC40∽45.
工序Ⅷ磨Φ36㎜端面,保证390-0.3㎜；磨Φ25+0.0230㎜端面,保证720-0.12㎜；磨四个侧面.
工序Ⅸ检验
工艺路线方案三:
工序Ⅰ备料.
工序Ⅱ模锻,锻出压力槽.
工序Ⅲ正火.
工序Ⅳ粗车Φ36+0.030㎜端面,钻Φ25+0.0230㎜至Φ23㎜,镗Φ36㎜孔至Φ36+0.030㎜,孔深Φ390-0.8㎜,切内槽Φ37±0.1㎜×3㎜,孔口倒角1×45°；掉头车底面,高度留加工余量1∽5㎜.
工序Ⅴ铣四方1250-0.6㎜×1250-0.6㎜,去毛刺；铣四侧压刀槽,保证尺寸24㎜,C面留加工余量0.2∽0.3㎜；精铣C面至尺寸18㎜；倒角1×45°,8条边.
工序Ⅵ车Φ25+0.0230㎜端面,留加工余量0.3∽0.4㎜,车环型槽,镗孔至尺寸,倒角1.5×45°.
工序Ⅶ钻、铰4-Φ15+0.0100㎜孔至尺寸；钻9-M12-6H小径至Φ10㎜（8个）；钻、铰Φ10+0.0300㎜至尺寸,扩M12-6H螺纹孔的小径,孔口倒角1×45°；攻M12-6H螺纹.
工序Ⅷ热处理,C表面淬火HRC40∽45.
工序Ⅸ磨Φ36㎜端面,保证390-0.3mm；磨Φ25+0.0230mm端面,保证720-0.12mm；磨四个侧面.
工序Ⅹ检验.
工艺方案的比较与分析:
比较可知，“工艺路线方案一”比较合理。
镗φ36孔时粗加工、精加工序合并，将φ36孔加工得很精确，这是工艺上的需要。
以φ36㎜孔为精基准，在一次安装下加工出来孔与端面保证了位置度。
Φ25+0.0230㎜端面技术要求较高，粗、精加工不能在同一台机床上完成。
（四）机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定
1.确定毛坯余量、毛坯尺寸及其公差，设计、绘制毛坯图：
钢质模锻件的机械加工余量按JB3834-85和JB3835-85确定。
确定时，根据零件重量来初步估算零件毛坯锻件的重量，加工表面的加工精度，形状复杂系数,由《工艺手册》中的表2.2-25查得除孔以外各内外表面的加工总余量（毛坯余量）。
孔的加工余量由表2.2-24查得。
注意表2.2-24、表2.2-25中的余量值为单边余量值。
本零件“方刀架”材料为45钢,硬度为207∽241HBS,毛坯重量估算约为7kg,生产类型为中批量生产,采用在锻锤上合模模锻毛坯,锻件材质系数为M1（表2.2-11）。
（1）Φ25㎜端面、Φ36㎜端面毛坯余量：
加工表面形状比较简单，由《工艺设计》中表2.2-10得锻件形状复杂系数为S1；由锻件重量为7㎏、加工精度为F1、形状复杂系数为S1、由材质系数为M1、长度方向尺寸>72㎜,查《工艺手册》表2.2-25得单边余量为Z=2∽2.5㎜,取Z=2.5㎜即可。
另查表2.2-13得长度方向公差为+1.5-0.7㎜,则长度方向毛坯尺寸为77+1.5-0.7㎜。
（2）四个侧面（125㎜×125㎜）毛坯余量:
由毛坯重为7㎏、加工精度为F1、形状复杂系数为S1、材质系数为M1、长度方向尺寸>125㎜,查《工艺手册》表2.2-25得单边余量为Z=2∽2.5㎜,取Z=2.5㎜即可。
另查表2.2-13得长度方向公差+1.9-0.9㎜,则长度方向毛坯尺寸为130+1.9-0.9㎜。
（3）四侧压刀槽毛坯余量:
①Φ36㎜孔端面侧压刀槽毛坯余量:
由毛坯重为7㎏、加工精度为F1、形状复杂系数为S1、材质系数为M1、长度方向尺寸>24㎜,查《工艺手册》表2.2-25得单边余量为Z=2∽2.5㎜,取Z=2.2㎜即可。
另查表2.2-13得长度方向公差+1.4-0.6㎜,则长度方向毛坯尺寸为26.2+1.4-0.6㎜。
②Φ25㎜孔端面侧压刀槽毛坯余量:
同理：
由F1、S1、M1、长度方向尺寸>18㎜,查《工艺手册》表2.2-25得单边余量为Z=2∽2.5㎜,取Z=2.5㎜即可。
另查表2.2-13得长度方向公差+1.4-0.6㎜,则长度方向毛坯尺寸为20.5+1.4-0.6㎜。
（4）.Φ25㎜孔、Φ25㎜孔、9-M12-6H螺纹孔、4XΦ15㎜孔、Φ85㎜环型槽均为实心,未冲出孔.
最后,设计、绘制的方刀架的锻件毛坯图如下图所示。
2.确定工序余量,工序尺寸及其公差
确定工序（或工步）尺寸的一般方法是,由加工表面的最后工序（或工步）往前推算,最后工序（或工步）的工序（或工步）尺寸按零件图样的要求标注。
当无基准转换时,同一表面多次加工的工序（或工步）尺寸只与工序（或工步）的加工余量有关。
当基准不重合时,工序（或工步）尺寸应用工艺尺寸链解算。
前面根据有关资料已查出本零件各加工表面的加工总余量，应将加工总余量分配给各工序（或工步）加工余量，然后由后往前计算工序（或工步）尺寸。
本零件各加工表面的加工方法（即加工工艺路线）已在前面根据有关资料已确定。
本零件的各加工表面的各工序（或工步）的加工余量除粗加工工艺（或工步）加工余量之外,其余工序（或工步）加工余量可根据《工艺手册》表２.3-9、表2.3-12、表2.3-20、表2.3-21等确定,粗加工工序（或工步）加工余量不是由表中查出确定,而为加工总余量（毛坯余量）减去其余（后续）工序（或工步）各加工余量之和。
本零件各加工表面的工序（或工步）的经济精度,表面粗糙度的确定,除最后工序（或工步）是按零件图样要求确定外,其余工序（或工步）主要是根据《工艺手册》表1.4-6、表1.4-7、表1.4-8及参考表1.4-9表1.4-23等来确定公差等级（即IT）和表面粗糙度。
公差等级确定后,查《工艺手册》表1.4-24得出公差值,然后按“入体”原则标注上下偏差。
本零件的各加工表面（除内外圆倒角处）的工艺路线、工序（或工步）余量,工序（或工步）尺寸及公差表面粗糙度如下表所示（未注单位：
㎜）
加工表面
工序（或工步）名称
工序（或工步）余量
工序（或工步）基本尺寸
工序（或工步）经济精度
工序（或工步）尺寸及其偏差
表面粗糙度（微米）
公差等级
公差值
Φ25+0.0230㎜孔
精镗
2Z=0.2
Φ25
IT7∽IT8
0.023
Φ25+0.0230
Ra3.2
粗镗
2Z=1.8
Φ24.8
IT9
0.052
Φ24.8+0.0520
Ra6.3
钻孔
2Z=23
Φ23
IT10
0.084
Φ23+0.0840
Ra12.5
毛坯
实心
Φ36+0.030㎜孔
精镗
2Z=0.3
Φ36
IT7∽IT8
0.03
Φ36+0.030
Ra3.2
粗镗
2Z=12.7
Φ35.7
IT9
0.062
Φ35.7+0.0620
Ra6.3
钻孔
2Z=23
Φ23
IT10
0.084
Φ23+0.0840
Ra12.5
毛坯
实心
Φ25+0.0230㎜孔端面
磨削
Z=0.4
72
IT10
0.12
720-0.12
Ra0.8
半精车
Z=1
72.4
IT11
0.19
72.40-0.19
Ra6.3
粗车
Z=1.1
73.4
IT12
0.30
73.40-0.3
Ra12.5
毛坯
Z=2.5
74.5
+1.5-0.7
74.5+1.5-0.7
Φ36+0.030㎜端面
磨削
Z=0.4
72
IT10
0.12
720-0.12
Ra0.8
粗车
Z=2.1
72.4
IT11
0.19
72.40-0.19
Ra12.5
毛坯
Z=2.5
74.5
+1.5-0.7
74.5+1.5-0.7
切内槽Φ37±0.1㎜
车削
2Z=0.3
Φ37
IT11∽IT12
0.2
Φ37±0.1
Ra6.3
镗孔
2Z=13.7
Φ36.7
IT13
0.39
Φ36.70-0.39
Ra3.2
钻孔
2Z=23
Φ23
IT14
0.62
Φ230-0.62
Ra12.5
毛坯
实心
4个侧面
磨削
2Z=0.8
125
IT12∽IT13
0.6
1250-0.6
Ra0.8
铣削
2Z=4.2
125.8
IT14
1
125.80-1
Ra6.3
毛坯
2Z=5
130
+1.3-0.7
130+1.3-0.7
4侧压刀槽（24㎜侧）
铣削
Z=2.2
24
Ra12.5
毛坯
Z=2.2
26.2
4侧压刀槽（18㎜侧）
精铣
Z=0.3
18
Ra6.3
粗铣
Z=2.2
18.3
Ra12.5
毛坯
Z=2.5
4-Φ15+0.0100㎜孔
铰孔
2Z=0.2
Φ15
IT7∽IT8
0.019
Φ15+0.0190
Ra3.2
钻孔
2Z=14.8
Φ14.8
IT9
0.043
Φ14.8+0.0430
Ra12.5
毛坯
实心
8-M12-6H螺纹孔
攻螺纹
M12
M12
Ra3.2
扩孔
2Z=0.9
Φ11
Φ11
Ra6.3
钻孔
2Z=10.1
Φ10.1
Φ10.1
Ra12.5
毛坯
实心
1-M12-6H螺纹孔
攻螺纹
M12
M12
Ra3.2
铰孔
2Z=1
Φ10
IT8∽IT9
0.03
Φ10+0.030
Ra3.2
钻孔
2Z=9
Φ9
IT10
0.07
Φ9+0.070
Ra12.5
毛坯
实心
环型槽
车削
2Z=2
2
Ra6.3
毛坯
实心
（五）确定切削用量及基本工时（机动时间）：
在工艺文件中还要确定每一工步的切削用量——背吃刀量αsp、进给量f及切削速度vc。
确定方法是先确定切削深度（由工序或工步余量确定切削深度——精、半精加工全部余量在一次走刀中去除；而粗加工全部余量也最好在一次走刀中去除，在中等功率机床上一次走刀αp可达8∽10㎜）和进给量（按本工序或公步加工表面粗糙度确定进给量，对粗加工工序或工步，按加工表面粗糙度初选进给量后还要校验机床进给机构强度），再确定切削速度。
可用查表法或计算法得出切削速度vc,用公式（1.1-10）换算出查表或计算法所得的转速nc,根据nc在选择的机床实有的主轴转速表中选取接近的主轴转速n机作为实际的转速,用公式（1.1-10）再换算出实际的切削速度V机填入工艺文件中。
对粗加工，选取实际切削速度V机、实际进给量f机和背吃刀量αsp之后，还要校验机床功率是否足够等，才能作为最后的切削用量填入工艺文件中。
1.工序Ⅳ切削用量及其基本尺寸的确定：
（1）加工条件：
工件材料：
45钢正火，σb=600MPa，硬度为207∽241HBS。
加工要求：
粗车φ36端面，钻φ25
㎜孔至φ23㎜，镗φ36㎜孔至Φ36+0.030㎜，孔深390-0.8㎜，切内槽Φ37±0.1㎜×3㎜，孔口倒角1×45°;调头车底面。
机床为C620-1卧式车床，工件装夹在车床专用夹具上。
（2）切削用量及基本工时：
①粗车φ36端面：
1）选择刀具
选择端面车刀（焊接式可转位车刀）。
车床中心高200㎜，按《切削手册》表1.1选刀杆尺寸为16㎜×25㎜（宽×高），刀片厚度为4.5㎜；粗车毛坯（45钢锻件），选择YT5硬件合金刀具材料；选择刀具几何形状：
前刀面形状为卷屑槽倒棱形，γ0=10°，α0=8°，Kγ=90°，K
=10°，λs=0°，γε=0.5㎜。
2）确定切削用量：
（切削用量的确定全部采用查表法）
a．背吃刀量asp的确定：
已知端面单边余量为2.1，一次走刀走完，asp=2.1㎜。
b．f的确定：
由《切削手册》表1.4，加工材料为45钢，车刀B×H=16㎜×25㎜，asp≤3㎜，工件尺寸为125㎜时：
f=0.6∽0.9㎜/r，修正系数k=0.8（有冲击加工），f=0.5∽0.72㎜/r，参看《切削手册》表1.30，横向进给量取f=0.52mm/r。
c．选择车刀磨钝标准及耐用度：
由《切削手册》表1.9，取车刀后面最大磨损量为1㎜，焊接车刀耐用度T=60min。
d．确定切削速度Vc：
由《切削手册》表1.10，当用YT5硬质合金端面刀横车加工σb=560∽620MPa钢料，asp≤3㎜，f≤0.54㎜/r时，Vc=138m/min。
由《切削手册》表1.28，Vc的修正系数为：
KTV=1.15，KMV=1.0，KSV=0.8，Ktv=0.65，Kkv=1.24，Kkrv=0.81，故
VC查=138×1.15×1×0.8×0.65×1.24×0.81=82.9m/min
N查=1000VC查/λd=1000×82.9/（λ×72）=336.498r/min
按C620-1车床的转速选择与337r/min相近的机床转速为：
n机=305r/min。
实际的切削速度为：
VC机=
m/min
e．校验机床功率：
车削时的功率PC采用查表法。
由《切削手册》表1.24，当σb=600Mpa、HBS=207∽241，asp≤3.4㎜，f≤0.6㎜/r，VC≤86m/min时，PC=2.4kw。
由《切削手册》表1.29-2，切削功率修正系数为：
KKrPC=0.5，KKrF=0.89，KroPC=KroFC=1.0。
∴实际切削时功率为：
PC实=2.4×0.5×0.89×1=1.07kw。
由《切削手册》表1.30，当n机=305r/min时，车床主轴允许功率PE=5.9kw，因PC实＜PE，故所选择的切削用量可在C620-1车床上进行。
f．校验车床进给机构强度：
车削时的进给力Ff由《切削手册》表1.21查出：
当σb=600MPa，asp=2.1㎜，f≤0.53㎜/r，VC＜100m/min时，Ff=630N，
由于实际车削过程使用条件的改变，由《切削手册》表1.29-2，进给力修正系数为：
KroFf=1.0，KkrFf=1.17，KλsFf=1.0，故实际进给力为：
Ff实=630×1.0×1.17×1.0=737.1N。
由C620-1车床说明书，进给机构的进给力Fmex=5100N（横走刀），Ff实＜Fmex，故所选择的f机=0.52㎜/r可用。
最后确定的切削用量为：
asp=2.1㎜（一次走刀），f机=0.52㎜/r，n机=305r/min，VC机=69m/min。
3）计算基本工时：
按《工艺手册》表6.2-1公式：
，
，
，
。
。
②钻φ25孔
选择刀具：
选择φ23高速钢锥柄标准麻花钻（见《工艺手册》表3.1-6）
f机=0.4㎜/r（见《切削手册》表2.7、《工艺手册》表4.2-3）
VC查=14m/min（见《切削手册》表2.13及表2.14，按5类加工性考虑）。
n查=1000VC查/（πD）=1000×14/（π×23）=194r/min。
按机床选取n机=183r/min（《工艺手册》表4.2-2）
∴实际切削速度：
VC机=
基本工时：
（按《工艺手册》表6.2-5公式计算）
③粗镗φ36㎜孔至φ35.7㎜
选择陶瓷镗刀，单边余量Z=6.35㎜，一次镗去全部余量，asp=6.35㎜，进给量f=0.4㎜/r。
根据有关手册，确定车床切削速度Vc=200m/min，
则n=1000Vc/（πd）=1000×200/（π×35）=1819r/min。
由C620车床说明书，得实际使用的切削用量为：
f机=0.4㎜/r，Vc机=132m/min,n机=1200r/min。
基本工时：
l=39㎜，l1=asp/tgkr+5=6.35/tg45°+5=11.35㎜
t=
=0.12min
④精镗孔至
㎜
选择YT30镗刀，由于精镗与粗镗在同用一机床上加工，故切削用量（不包括asp）及工时均与粗镗相同，asp=0.15㎜，f机=0.1㎜/r。
n机=884r/min，VC机=100m/min，t=0.52min。
⑤切内槽φ37±0.1㎜×3㎜
选用刀具：
偏头端面车刀（刀杆16㎜×25㎜）
切削用量：
单边余量=1.5㎜，一次走刀切去全部余量，asp=01.5㎜f=0.4~0.5㎜,Vc=156m/min.
n查=1000Vc/（πd）=100×156/（π×37）=1342r/min.取f机=0.4㎜/r,n机=1200r/min。
基本工时：
t=l/（n机f）=3/（1200×0.4）=0.006min
实际切削速度：
VC实=1200×πd/1000=136m/min.
⑥孔口倒角
选择刀具：
45°弯头外圆车刀,刀杆尺寸为16㎜X25㎜,YT15硬质合金刀片,刀片厚度4.5㎜,前角γ0=12°,后角α0=8°,主偏角Kr=45°,副偏角K'r=45°,刃倾角λs=0°,刀尖圆弧半径r=0.8㎜。
确定背吃刀量αsp=1㎜,一次走刀切完.
确定进给量:
根据《工艺手册》表1.4，在加
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