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机械技术制造基础

第一章零件分析

1.1零件的用途

本次课程设计的对象是定位器。

定位器的作用是消除工件的自由度，实现工件的合理定位，保证送料时有良好的导向和控制送料的进距；主要包括挡料销、定位销、侧刃等零件。

常用的定位器有：

支承钉、支承板、辅助支承、可调节支承、定位衬套、V形快、定位销、定位插销等。

本次设计的定位器属于定位衬套。

1.2零件的工艺分析

加工表面

参数

尺寸及偏差/mm

高度H/mm

公差/mm

精度等级

表面粗糙度/μm

外圆D1

R95±0.03

0.14

IT9

6.3

外圆D2

R85±0.03

0.054

IT8

3.2

內圆d1

R70±0.03

0.03

IT7

0.8

內圆d2

R60±0.03

0.03

IT7

0.8

内圆d3

R55±0.03

0.03

IT7

0.8

1.零件采用45#钢制作。

2.倒角均为45°

3.要求去除毛刺锐边

4.要进行热处理

1．3零件的生产类型

本课程设计零件要求生产50000件，根据《机械制造技术基础课程设计指导教程》P3表1-4可知，该零件生产类型为大批量生产。

大批量生产又被称作重复生产，是那种生产大批量标准化产品的生产类型。

1.3.1大批量生产特点

大批量生产基于产品或零件的互换性，标准化和系列化的应用，刚性生产线大大提高了生产效率，降低了生产成本，其显著的特点是产品结构稳定、自动化程度高。

但是缺点也相当明显，大批量生产以牺牲产品的多样性为代价，生产线的初始投入大，建设周期长，刚性，无法适应变化愈来愈快的市场需求和激烈的竞争。

1.3.2大批量生产的技术经济性

大批量生产带来的产品质量的提高和成本的降低，其经济效益是显而易见的，大批量生产模式在20世纪20年代刚引入生产时，制造业就发生了一场重大变革，极大的推动了工业化进程和经济的高速发展。

无可否认，即便在市场瞬息万变的今天，大批量生产仍是一个重要的生产模式，对于具有长期的稳定性，对市场变化反映较慢的，生命周期较长的产品，比如大件的生产资料，批量生产仍然是能产生经济效益的模式。

然而，现代市场竞争的焦点已经从产品转变到了顾客的身上，因此少品种大批量生产方式在生产上占的分量在逐渐减少，尤其在快速消费品的生产上是不适宜的。

第二章确定毛坯

2.1毛坯的种类和制造方法

机械加工中毛坯的种类很多，最常用的毛坯是铸件和锻件。

形状复杂的毛坯宜用铸件。

用于铸造的材料有灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、合金铸铁、铸钢、有色金属合金等。

当零件承受重载荷、冲击载荷或交变载荷时，其毛坯宜选用锻件，因为锻件的强度与冲击韧度较高。

锻件的材料主要是各种碳钢与合金钢。

锻造方法有自由锻、模锻与胎膜锻和精密锻造等几种。

其中，自由锻生产率低、锻造精度低、表面质量差、加工余量大，但成本较低，适用于单件小批量生产及大型锻件的生产；模锻生产率高、锻件精度高、表面质量好、加工余量小，可锻制较复杂的锻件，但成本较高，适用于成批量生产中小型锻件；胎膜锻介于自由锻与模锻之间，适用于中小批生产小型锻件。

本课程设计零件为定位器，需要承受各种载荷，故应选锻件毛坯。

考虑到零件较为复杂，且属于大批量生产，因而应选择生产率高、锻件精度高、表面质量好、加工余量小，可锻制较复杂的锻件，适用于成批量生产中小型锻件的模锻。

2.1毛坯的尺寸和公差

1.国标中规定钢制模锻件的公差等级分为两级，即普通级和精密级。

机械加工余量只采用一级。

2.锻件形状复杂系数S

∵mt=s*h*ρ

=πR2*h*ρ

≈π*h*ρ*（47.52-352）

≈0.890（kg）

mN=πd2hρ/4

=π*952*40*7.85/1000/4

≈1.95（kg）

∴S=mt/mN

=0.89/1.95

≈0.46

综上所述，锻件的形状复杂系数为S2级。

式中，mt--锻件的重量，

mN--锻件外廓包容体重量，

ρ--45#钢的密度7.85g/cm3。

3.锻件材质系数M

因为45号钢的碳含量为0.42~0.50%小于0.65%，所以锻件材质系数为

级。

4.根据以上结论，由《机械制造技术基础课程设计指导教程》P33-P36的表2-10——表2-14,得：

加工表面

参数

长度公差值及极限公差

厚度公差值及极限公差

单边加工余量

加工余量等级

厚度方向

水平方向

1.4-1.8

1.5-2.0

1.4-1.8

1.5-2.0

1.4-1.8

1.5-2.0

1.8

2.3绘制毛坯图

第三章切削用量分析

3.1切削用量的选择

选则切削用量主要应根据工件的材料、精度要求以及刀具的材料、机床功率和刚度等情况，在保证工序质量的前提下，充分利用刀具的切削性能和机床的功率、转矩等特性，获得高生产率和低加工成本。

从刀具耐用角度出发，首先应选定背吃刀量

其次选定进给量f，最后选定切削速度v。

粗加工时，加工精度和表面粗糙度要求不高，毛胚余量较大。

因此，选择粗加工的切削用量时，要尽量的保证较高的金属切除率，以提高生产率；精加工时，加工精度和表面粗糙度要求较高，加工余量小且均匀。

因此，选择切削用量时应着重保证加工质量，并在此基础上尽量提高生产率。

3.2背吃刀量的选择

粗加工时，背吃刀量应根据加工余量和工艺系统刚度来确定。

由于粗加工时是以提高生产率为主要目标，所以在留出半精加工、精加工余量后，应尽量将粗加工余量一次切除。

一般

可达8-10mm。

当遇到断续切削、加工余量较大或不均匀时，则应考虑多次走刀，而此时的背吃刀量依次递减，即

。

精加工时，应根据粗加工留下的余量确定背吃刀量，使精加工余量均匀。

3.3进给量f的选择

粗加工时对表面粗糙度要求不高，在工艺系统刚度和强度好的情况下，可以选用大一些的进给量；精加工时，应主要考虑工件表面粗糙度要求，一般表面粗糙度数值小，进给量也相应减小。

3.4切削速度v的选择

切削速度主要应根据工件和刀具的材料来确定。

粗加工时，v主要受刀具寿命和机床功率的限制。

如超出了机床许用功率，则应适当降低切削速度；精加工时，高，

和f选用得都很小，在保证合理刀具寿命的情况下，切削速度应选取的尽可能高，以保证加工精度和表面质量，同时满足生产率的要求。

第四章设备以及工艺装备的选择

4.1设备的选择

选择设备时应考虑以下几点：

（1）机床精度与工件精度相适应

（2）机床规格与工件的外形尺寸、工序的性质。

另外，机床的切削用量范围应和工件要求的合理切削用量相适应。

（3）所选设备与现有加工条件相适应，如设备负荷的平衡状况等。

如果没有现成设备供选用，经过方案的技术经济分析后，也可提出专用设备的设计任务书或改装旧设备。

有时在试制新产品及小批生产时，较多地选用数控机车或加工中心设备，以减少工艺装备的设计与制造，从而大大缩短生产周期和提高经济性。

根据现有的设备具体选择机床，参见机械加工工序卡。

4.2工艺装备的选择

工艺装备（简称工装）应根据生产类型、具体加工条件、工件结构特点和技术要求等进行合理选择。

（1）夹具的选择。

单件小批生产应首先采用各种通用夹具和机床附件，如卡盘、机床用平口虎钳、分度头等。

有组合夹具的，可采用组合夹具。

对于中、大批和大量生产，为提高劳动生产率而采用专用高效夹具。

中、小批生产应用成组技术时，可采用可调和成组夹具。

（2）刀具的选择。

一般优先采用标准刀具，必要时也可采用各种高效的专用刀具、复合刀具、多刃刀具等。

刀具的类型、规格和精度等级应符合加工要求。

（3）量具的选择。

单件小批生产应广泛采用通用量具，如游标卡尺、百分表和千分尺等。

大批大量生产应采用极限量块和高效的专用检验夹具和量仪等。

量具的精度需与加工精度相适应。

第五章工艺规程设计

5.1选择定位基准

5.1.1粗基准的选择

（1）保证不加工表面与加工表面相互位置要求原则当有些不加工表面与加工表面间有相互位置要求时，一般选择不加工表面为粗基准。

（2）保证各加工表面的加工余量合理分配的原则应选择重要加工表面为粗基准，

（3）粗基准不重复使用的原则粗基准的精度低，粗糙度数值大，重复使用会造成较大的定位误差。

因此，同一尺寸方向的粗基准，通常只允许使用一次。

5.1.2精基准的选择

（1）基准重合原则尽可能使设计基准与定位基准重合，以减少定位误差。

（2）基准统一原则尽可能使用同一定位基准加工各表面，以保证各表面间的位置精度。

如轴类零件常用两端顶尖孔作为统一的定位基准。

（3）互为基准原则当两个加工表面间相互位置精度要求很高（包括本身尺寸与形状精度要求）时，可运用互为基准反复加工的原则。

（4）自为基准原则当要求加工余量小而均匀（如精加工或光整加工）时，可选择加工表面本身作为定位基准，即自为基准原则。

粗基准：

由零件的形状且通孔壁厚要均匀可知，把突出外圆表面作为粗基准是合适的。

精基准：

应遵循“基准重合”和“互为基准”原则以及使用止口面作为统一精基准。

5.2选择加工方法

5.2.1选择表面加工方法时应考虑的因素：

（1）所选择的加工方法能否达到加工表面的技术要求。

（2）零件材料的性质和热处理要求例如，淬火钢的精加工需要用磨削，因为一般淬火表面只能采用磨削。

有色金属的精加工因材料过软容易堵塞砂轮而不宜采用磨削，需要用高速精细车和精细镗等高速切削的方法。

（3）零件的生产类型。

选择加工方法必须考虑生产率和经济性。

大批量生产应选用生产率高和质量稳定的加工方法。

例如，加工孔、内键槽、内花键等可以采用拉削的方法；单件小批量生产则采用刨削、铣削平面和钻、扩、铰孔。

（4）本厂现有设备状况和技术条件。

5.2.2加工阶段的划分

零件的加工质量要求较高或结构较为复杂时，一般工艺路线较长，工序较多，通常在安排工艺路线时，将其分成几个阶段。

根据精度要求的不同，加工阶段可以划分如下：

（1）粗加工阶段

（2）半精加工阶段

（3）精加工阶段

（4）精整和光整加工阶段

5.2.3工序的集中和分散

1.工序集中指的是将工件的加工集中在少数几道工序内，完成每道工序内容较多。

2.工序分散指的是将工件的加工分散在较多的工序中进行，每道工序的内容很少，以致最少时每道工序只包括一简单工步。

综和以上方法以及零件是大批量生产的原则，在加工中采用工序集中。

这样可以简化生产计划和组织工作。

5.2.4加工顺序的安排

（1）先基准后其它。

工件的精基准表面应先进行加工，以便为后续工序加工提供精基准。

当基准不统一时，应作基准转换，并按逐步提高精度的原则安排基准面加工。

（2）先主后次。

即先加工主要表面（如装配表面、工作表面等），后加工次要表面（如键槽、紧固用的光孔或螺孔等）。

次要表面加工量较少，通常安排在主要表面半精加工与精加工（或光整加工）之间。

（3）先粗后精。

即遵循粗加工→半精加工→精加工或光整加工的路线进行。

（4）先面后孔对于箱体、支架和连杆等工件，应先加工平面后加工孔，使安装方便、定位可靠，以平面定位加工孔，易保证平面与孔的精度及位置精度，并改善刀具初始工作条件。

根据各加工表面的粗糙度要求，选择相应的加工方法（参照《机械制造技术基础课程设计指导教程》表1—6到表1—8）

综上所述，零件的加工路线拟定为：

锻造—退火—按毛坯图检验—粗加工—半精加工—中间检验—热处理—精加工—去毛刺—终检验—清洗—烘干—喷漆—包装。

5.3总体工艺路线

（1）锻造

（2）退火

（3）毛坯检验

（4）粗加工

（1）

（5）粗加工

（2）

（6）粗加工（3）

（7）半精加工

（1）

（8）半精加工

（2）

（9）半精加工（3）

（10）中检检验

（11）热处理

（12）精加工

（1）

（13）精加工

（2）

（14）精加工（3）

（15）去毛刺锐边

（16）终检验

（17）清洗

（18）烘干

（19）喷漆

（20）包装

5.4具体工艺路线及工序尺寸

（1）根据毛坯图，用锻造的方法产生锻件毛坯

（2）对锻件进行退火处理

检验毛坯是否符合毛坯图

（3）粗加工1：

粗车最大外圆

100mm至

96mm；

粗车外圆

96mm至

86mm；

粗车外圆

86mm至

80mm；

（4）粗加工2：

粗车内圆

54mm

粗车内圆

59mm

（5）粗加工3：

粗车内圆

69mm

（6）半精加工1：

半精车最大外圆

96mm至

95.2mm；

半精车外圆

86mm至

85.2mm；

（7）半精加工2：

半精车内圆

54mm至

54.8mm

半精车内圆

59mm至

59.8mm

半精车外圆

80mm至

79.2mm；

（8）半精加工3：

半精车内圆

69mm至

69.8mm

（10）中检检验

检验半精加工后各部分的尺寸是否超过零件规定尺寸

（11）热处理

对半精加工后的锻件进行热处理

（12）精加工1：

精车外圆

95.2mm至

95mm；

精车外圆

85.2m至

85mm；

（13）精加工2：

精车内圆

59.8mm至

60mm；

精车内圆

54.8mm至

55mm

（14）精加工3：

精车内圆

69.8mm至

70mm

磨削各个倒角

（15）去毛刺锐边

去毛刺以便终检

（16）终检验

按照完成的零件图终检验

（17）清洗

将零件清洗干净

（18）烘干

（19）喷漆

（20）包装

5.5确定各工序的加工余量、工序尺寸及公差

前面根据资料已初步确定工件各面的总加工余量，现在确定各表面的各个加工工序的加工余量如下：

加工内容

加工表面

加工余量/mm

工序尺寸/mm

公差/mm

粗糙度Ra

精度等级

锻造

——

退火

——

按毛坯图检验

——

粗加工

（1）

±0.1

12.5

IT11

±0.1

12.5

IT11

±0.1

12.5

IT11

粗加工

（2）

±0.1

6.3

IT10

±0.1

12.5

IT11

粗加工（3）

±0.1

12.5

IT11

半精加工

（1）

0.8

95.2

±0.04

6.3

IT10

0.8

85.2

±0.04

6.3

IT10

0.8

79.2

±0.04

6.3

IT10

半精加工

（2）

0.8

59.8

±0.04

3.2

IT8

0.8

54.8

±0.04

3.2

IT8

半精加工（3）

0.8

69.8

±0.04

3.2

IT8

中间检验

——

热处理

——

精加工

（1）

0.2

±0.03

6.3

IT9

0.2

±0.03

6.3

IT9

精加工

（2）

0.2

±0.03

0.8

IT7

0.2

±0.03

6.3

IT9

精加工（3）

0.2

±0.03

0.8

IT7

去毛刺

——

终检

——

清洗

——

烘干

——

喷漆

——

包装

——

5.6确定加工顺序各工序所需机床和工艺设备

工序号

工序名称

工序内容

设备

工艺装备

锻造

根据毛坯图，用模锻的方法产生锻件毛坯

金属形成床

——

退火

对锻件进行退火处理

退火机

——

按毛坯图检验

检验毛坯是否符合毛坯图

——

游标卡尺、

专用测量夹具

粗加工

（1）

车削外圆D1=96±0.1

D2=86±0.1

D3=80±0.1

CA6140

游标卡尺，专用车夹具，麻花钻，外圆车刀，

粗加工

（2）

加工内圆d1=59±0.1、d2=54±0.1、

CA6140

游标卡尺，专用车夹具，麻花钻，内圆车刀

粗加工（3）

加工内圆d3=69±0.1

CA6140

游标卡尺，专用车夹具，麻花钻，内圆车刀

半精加工

（1）

加工外圆D1=95.2±0.04,D2=85.2±0.04,D3=79.2±0.04

CA6140

游标卡尺专用车夹具，外圆车刀,

半精加工

（2）

加工内圆

d1=59.8±0.04

d2=54.8±0.04

CA6140

游标卡尺专用车夹具，内圆车刀

半精加工（3）

加工内圆

d3=69.8±0.04

CA6140

游标卡尺专用车夹具，内圆车刀

中间检验

按图检验

——

游标卡尺，专用测量夹具

热处理

淬火840,回火600

淬火硬度为HRC42~HRC46

淬火机

——

精加工

（1）

磨削外圆D1=95±0.03,D2=85±0.03,D3=79±0.03

MG1410,

游标卡尺，专用磨夹具

精加工

（2）

磨削内圆d1=59±0.03，d2=54±0.03，

MG2407

游标卡尺，专用磨夹具

精加工（3）

磨削内圆

d3=69±0.02

MG2407

游标卡尺，专用磨夹具

去毛刺

去除加工部位的毛刺和锐边

钳工台

平挫

终检

按最终零件图检验

——

游标卡尺，专用测量夹具

清洗

清楚杂质、灰尘、油污以及其它异物

清洗机

——

烘干

——

烘干机等

——

喷漆

——

包装

——

5.7确定切削用量

切削用量包括背吃刀量

（mm）、进给量f（mm/r）和切削速度v/（m/min）三个参数。

切削用量的选择原则是使ap,f,v三者的成绩最小，ap,f选大值时，v选小值：

反之，v选大值。

根据《机械制造技术基础课程设计指导教程》P99表5-2可知：

工序名称

工步内容

工艺装备

主轴转速r/min

切削速度m/min

进给量mm/r

背吃刀量mm

进给次数

锻造

——

退火

——

按毛坯图检验

——

粗加工

（1）

加工外圆D1=96

CA6140

320

2.2

0.2

加工外圆D2=86

CA6140

320

2.2

0.3

加工外圆D3=80

CA6140

320

2.2

0.1

粗加工

（2）

加工内圆d1=59

CA6140

320

2.2

0.4

加工内圆d2=54

CA6140

320

2.2

0.4

粗加工（3）

加工内圆d3=69

CA6140

320

2.2

0.1

7.5

半精加工

（1）

加工外圆D1=95.2

CA6140

320

2.2

0.1

0.8

加工外圆D2=85.2,

加工外圆D3=79.2,

半精加工

（2）

加工内圆d1=59.8

CA6140

320

2.2

0.1

0.8

加工内圆d1=54.8

半精加工（3）

加工内圆d3=69.8

CA6140

320

2.2

0.1

0.8

中间检验

——

热处理

——

精加工

（1）

磨削外圆

D1=95±0.03,

D2=85±0.03

MG1410

320

2.2

0.1

0.2

精加工

（2）

磨削内圆

d1=60±0.03

d2=55±0.03

MG2407

320

2.2

0.1

0.2

精加工（3）

磨削内圆

d3=70±0.03

MG2407

320

2.2

0.1

0.2

去毛刺

去除加工部位的毛刺和锐边

——

钳工台

——

平挫

终检

——

清洗

清除油污、杂质、灰尘以及其它异物

——

烘干

——

喷漆

——

包装

——

第六章加工过程以及工艺卡

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