机械制造课程设计 CA6140.docx
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机械制造课程设计CA6140
机械制造课程设计说明书
输出轴（CA6140车床）
院－系：
工学院 机械系
专业：
机械工程及自动化
年级：
2010级
学生姓名：
学号：
指导教师：
组员：
2013年5月
课程设计任务书
工学院机械工程及自动化专业2010级
学生姓名：
课程设计题目：
年产量为8000件的输出轴的机械加工工艺规程
课程设计主要内容：
1.绘制零件的零件图及毛坯图
2.设计零件的机械加工工艺规程，并填写：
（1）整个零件的机械加工工艺过程卡；
（2）最重要表面所属工序的机械加工工序卡；
3.编写设计说明书。
设计指导教师（签字）：
教学基层组织负责人（签字）：
年月日
课程设计学生成绩评定表
评分指标
满分值
评分
合计
总成绩
平时表现
（权重25%）
学习态度和努力程度
5
独立工作能力
5
工作作风严谨性
5
文献检索和利用能力
5
与指导教师探讨能力
5
设计的数量和质量
（权重30%）
方案选择合理性
3
方案比较和论证能力
3
设计思想和设计步骤
3
设计计算及分析讨论
3
设计说明书页数
5
设计说明书内容完备性
3
设计说明书结构合理性
2
设计说明书书写工整程度
2
设计说明书文字内容条理性
2
设计是否有应用价值
2
设计是否有创新
2
工艺规程卡（权重15%）
填写是否认真规范
5
工艺过程是否正确合理
10
图纸
（权重10%）
图样标准化程度及图面质量
5
图样表达正确程度
5
答辩
（权重20%）
表达能力
4
报告内容
8
回答问题情况
6
报告时间
2
指导教师评语：
指导教师（签字）：
年月日
机械制造技术基础课程设计说明书
年产量为8000件的输出轴的机械加工工艺规程设计
专业：
机械工程及自动化
年级：
2010级
学号：
姓名：
2013-2014学年秋季学期
目录
前言5
一、零件的工艺分析及生产类型的确定6
1、零件的分析6
2、零件生产类型的确定8
二、工艺规程的设计8
2.1、毛坯的选择8
2.2、基准的选择8
2.3、制定工艺路线9
2.3.1、加工方法的选择9
2.3.2、加工顺序的安排10
2.4、拟定加工工艺路线11
2.5、加工路线的确定12
三、确定毛坯的机械加工余量和尺寸公差12
3.1、毛坯的机械加工余量12
3.2、毛坯的尺寸公差13
3.3、加工余量、工序尺寸、公差的确定13
3.4、绘制零件毛坯图16
四、零件的加工设计16
4.1、切削用量的计算16
五、设计小结21
六、参考文献22
前言
机械制造技术基础课程设计旨在继承材料成形技术基础课程设计，让学生完成一次机械零件的机械加工工艺规程制定和典型夹具设计的锻炼，其基本目的是：
1）在结束了机械制造技术基础等前期课程的学习后，通过本次设计使学生所学的知识得到巩固和强化，培养学生全面综合的应用所学的知识去分析和解决机械制造中问题的能力。
2）通过设计提高学生的自学能力，使学生熟悉机械制造中的有关手册、图表和计算资料，特别是熟悉机械加工工艺规程制定和夹具设计方面的资料，并学会结合生产实际正确使用这些资料。
3）通过设计使学生树立正确的设计理念，懂得合理的设计应该在技术上是先进的、在经济上是合理的，并且在实践中是合理的。
4）通过编写设计说明书，提高学生的技术文件整理、写作及组织编排能力，为学生将来撰写专业技术及科研论文打下基础。
一、零件的工艺分析及生产类型的确定
1、零件的分析
1.1、零件的作用
题目所给定的零件为输出轴，其主要作用，一是传递转矩，使主轴获得旋转的动力；二是工作过程中经常承受载荷；三是支撑传动零部件。
图
（一）
1.2、零件的工艺分析
制定工艺规程时，首先应分析零件图及该零件所在部件的装配图。
了解该零件在部件中的作用及零件的技术要求，找出其主要的技术关键，以便在拟定工艺规程时采取适当的措施加以保证。
零件的工艺性是指设计的零件在满足使用要求的前提下，其制造的可行性和经济性。
从零件图上看，该零件是典型的轴类零件，结构比较简单，其主要加工的面有φ55、φ60、φ65、φ75、φ176的外圆柱面，φ50、φ80、φ104的内圆柱表面，10个φ20的通孔，图中所给的尺寸精度高，大部分是IT6级；粗糙度方面表现在键槽两侧面、φ80内圆柱表面为Ra3.2um,φ55外圆柱面、大端端面为Ra1.6um,φ60、φ75外圆柱面为Ra0.8um，其余为Ra6.3um，要求不高；位置要求较严格，表现在φ55的左端面、φ80内孔圆柱面对φ75、φ60外圆轴线的跳动量为0.04mm,φ25孔的轴线对φ80内孔轴线的位置度为φ0.05mm,键槽对φ55外圆轴线的对称度为.0.08mm；热处理方面需要调质处理，到200HBW，保持均匀。
通过分析该零件，其布局合理，方便加工，我们通过径向夹紧可保证其加工要求，整个图面清晰，尺寸完整合理，能够完整表达物体的形状和大小，符合要求。
2、零件生产类型的确定
根据题目的要求，题目中已经直接给定零件的材料为45钢。
查阅资料得输出轴属于重型零件，年产量要求8000件，生产类型属于中批量生产。
二、工艺规程的设计
2.1、毛坯的选择
毛坯的选择和拟定毛坯图是制定工艺规程的最初阶段工作之一，也是一个比较重要的阶段，毛坯的形状和特征（硬度，精度，金相组织等）对机械加工的难易、工序数量的多少有直接影响。
因此，合理选择毛坯在生产占相当重要的位置，同样毛坯的加工余量的确定也是一个非常重要的问题。
在毛坯选择时，应充分注意到采用新工艺、新技术、新材料的可能性，以降低成本、提高质量和生产率。
毛坯种类的选择决定与零件的实际作用，材料、形状、生产性质以及在生产中获得可能性，毛坯的种类包括：
铸件、锻件、型材、冲压件、冷或热压制件、焊接件等。
根据零件的材料，推荐用型材或锻件，但从经济方面着想，如用型材中的棒料，加工余量太大，这样不仅浪费材料，而且还增加机床，刀具及能源等消耗，而锻件具有较高的抗拉抗弯和抗扭强度，冲击韧性常用于大载荷或冲击载荷下的工作零件。
材料为45钢，锻造时应安排人工调质处理200HBS。
2.2、基准的选择
工件在加工第一道或最初几道工序时，一般选毛坯上未加工的表面作为定位基准，这个是粗基准，该零件选用φ55外圆柱面作为粗基准来加工φ176外圆柱
面和右端面。
以上选择符合粗基准的选择原则中的余量最小原则、便于装夹原则，在以后的工序中，则使用经过加工的表面作为定位基准，φ176的外圆柱面和右端面作为定位基准，这个基准就是精基准。
在选精基准时采用有基准重合，基准统一。
这样定位比较简单可靠，为以后加工重要表面做好准备。
2.3、制定工艺路线
2.3.1、加工方法的选择
市场经济的前提下，一切都是为能创造出更多的财富和提高劳动率为目的，同样的加工方法的选择一般考虑的是在保证工件加工要求的前提下，译稿工件的加工效率和经济性，而在具体的选择上，一般根据机械加工资料和工人的经验来确定。
由于方法的多种多样，工人在选择时一般结合具体的工件和现场的加工条件来确定最佳的加工方案。
同样在该零件的加工方法的选择中，我们考虑了工件的具体情况，一般我们按加工顺序来阐述加工方案：
表1加工顺序安排
加工表面
表面粗糙度
公差/精度等级
加工方法
φ176外圆柱面
Ra6.3
自由公差
粗车-半精车
φ55外圆柱表面
Ra1.6
IT6
粗车-半精车-精车
φ60外圆柱面
Ra0.8
IT6
粗车-半精车-精车
φ65外圆柱面
Ra1.6
IT6
粗车-半精车-精车
φ75外圆柱面
Ra0.8
IT6
粗车-半精车-精车
φ50内圆柱面
Ra6.3
自由公差
粗铣
φ80孔
Ra3.2
IT7
钻孔-车孔-铰孔
φ104孔
Ra6.3
自由公差
钻孔-车孔
φ20通孔
Ra3.2
IT7
钻孔-铰孔
左端
Ra6.3
粗车
右端面
Ra1.6
粗车-精车
键槽
Ra3.2
IT9
粗铣-精铣
倒角
Ra6.3
2.3.2、加工顺序的安排
a、加工阶段的划分
当零件的加工质量要求较高时,往往不可能用一道工序来满足要求,而要用几道工序逐步达到所要求的加工质量和合理地使用设备、人力,零件的加工过程通常按工序性质不同,可以分为粗加工,半精加工,精加工三个阶段。
①粗加工阶段：
其任务是切除毛坯上大部分余量，使毛坯在形状和尺寸上接近零件成品，因此，主要目标是提高生产率，去除内孔，端面以及外圆表面的大部分余量，并为后续工序提供精基准，如加工φ176、φ55、φ60、φ65、φ75外圆柱表面。
②半精加工阶段：
其任务是使主要表面达到一定的精加工余量，为主要表面的精加工做好准备，如φ55、φ60、φ65、φ75外圆柱面，φ80、φ20孔等。
③精加工阶段：
其任务就是保证各主要表面达到规定的尺寸精度，留一定的精加工余量，为主要表面的精加工做好准备，并可完成一些次要表面的加工。
如精度和表面粗糙度要求，主要目标是全面保证加工质量。
b、基面先行原则
该零件进行加工时，要将端面先加工，再以左端面、外圆柱面为基准来加工，因为左端面和φ55外圆柱面为后续精基准表面加工而设定的，才能使定位基准更准确，从而保证各位置精度的要求，然后再把其余部分加工出来。
c、先粗后精
即要先安排粗加工工序，再安排精加工工序，粗车将在较短时间内将工件表面上的大部分余量切掉，一方面提高金属切削效率，另一方面满足精车的余量均匀性要求，若粗车后留余量的均匀性满足不了精加工的要求时，则要安排半精车，以此为精车做准备。
d、先面后孔
（1）对该零件应该先加工平面，后加工孔，这样安排加工顺序，一方面是利用加工过的平面定位，稳定可靠，另一方面是在加工过的平面上加工孔，比较容易，并能提高孔的加工精度，所以对于CA6140车床输出轴来讲先加工φ75外圆柱面，作为定位基准再来加工其余各孔。
e、工序划分的确定
工序集中与工序分散：
工序集中是指将工件的加工集中在少数几道工序内完成每道工序加工内容较多，工序集中使总工序数减少，这样就减少了安装次数，可以使装夹时间减少，减少夹具数目，并且利用采用高生产率的机床。
工序分散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，最少时每道工序只包括一简单工步，工序分散可使每个工序使用的设备，刀具等比较简单，机床调整工作简化，对操作工人的技术水平也要求低些。
综上所述：
考虑到工件是中批量生产的情况，采用工序分散
辅助工序的安排：
辅助工序一般包括去毛刺，倒棱角，清洗，除锈，退磁，检验等。
f、热处理工序的安排
热处理的目的是提高材料力学性能，消除残余应力和改善金属的加工性能，热处理主要分预备热处理，最终热处理和内应力处理等，本零件CA6140车床输出轴材料为45钢，在加工过程中预备热是消除零件的内应力，在毛坯锻造之后。
最终热处理在半精车之后精车之前，按规范在840℃温度中保持30分钟释放应力。
2.4、拟定加工工艺路线
根据以上各个零部件的分析以及加工工艺确定的基本原则，可以初步确定加工工艺路线，具体方案如下:
表2加工工艺路线
1
备料
锻造毛坯
2
热处理
退火（消除内应力）
3
普车
粗车各圆柱面留半精车、精车余量以及左端面
4
普车
粗、精车右端面钻中心孔
5
普车
粗车φ176外圆柱面倒角
6
热处理
调质
7
数控车
半精车左端各圆柱面到要求
8
数控车
精车左端台阶到要求并倒角
9
数控车
钻φ30的底孔，车φ104，车φ80孔留镗孔余量
10
数控车
铰φ80孔到要求，倒角
11
数控车
倒角
12
铣
铣φ50、钻、扩、铰φ20到要求
13
铣
铣键槽
14
去毛刺
去除全部毛刺
15
检验
按零件图样要求全面检查
2.5、加工路线的确定
确定刀具走刀路线主要是提高生产效率，正确的加工工艺程序，在确定走刀路线时主要考虑以下几个方面：
1、应能保证零件的加工精度和表面粗糙度
2、应使走刀路线最短，减少刀具空行程时间，提高加工效率
3、应使数值计算简单，程序段数量少，以减少编程工作量
三、确定毛坯的机械加工余量和尺寸公差
3.1、毛坯的机械加工余量
由表3-1和3-2可以初步确定尺寸公差及机械加工余量。
该锻件的尺寸公差等级为IT7-13级。
加工精度要求高的地方，例如：
粗，h10,IT9-IT10（6.3-3.2）；精，h8IT7-IT8,（1.6-0.8）。
根据该零件的各加工精度要求，经过查表得锻造的毛坯尺寸为各加工表面都留有加工余量4mm，因此为圆柱所以保留加工余量为8mm。
表3-1加工余量
加工表面
基本尺寸
加工余量等级
加工余量数值
φ80+0.042/+0.012
75mm
G
5mm
φ65+0.023/+0.003
65mm
G
5mm
φ60+0.065/+0.045
60mm
G
10mm
φ55+0.023/+0.003
55mm
G
15mm
197
197mm
H
3mm
锻件直接锻造出此大概形状，用查表法确定各个加工的总余量如上图所示。
3.2、毛坯的尺寸公差
锻件主要尺寸的公差如下表所示：
表3-2主要毛坯尺寸及公差（mm）
主要面尺寸
零件尺寸
总余量
毛坯尺寸
公差CT
锻件的长度尺寸
127
3
130
4
————
197
3
200
4
————
244
6
250
4
锻件的长度尺寸
30
3
33
3.6
锻件的宽度尺寸
φ176
——
——
——
各阶梯圆柱尺寸
φ55
15
φ70
3.2
————
φ60
10
φ70
3.2
————
φ65
5
φ70
3.2
————
φ75
5
φ80
3.2
3.3、加工余量、工序尺寸、公差的确定
根据各资料及制定的零件加工工艺路线，采用计算与查表相结合的方法确定各工序加工余量，中间工序公差按经济精度选定，上下偏差按入体原则标注，确定各加工表面的机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸总结如下：
1）外圆柱面φ55（毛坯17.1φ70）
表3-3外圆柱面φ55加工
工序名称
工序余量
工序公差
工序尺寸公差
表面粗糙度
精车
1.0
IT6
φ55
1.6
半精车
1.1
IT10
φ56
3.2
粗车
12.9
IT12
φ57.1
6.3
毛坯
——
——
Φ70
——
2）外圆柱面φ60（毛坯12.1φ70）
表3-4外圆柱面φ60加工
工序名称
工序余量
工序公差
工序尺寸公差
表面粗糙度
精车
1.0
IT6
Φ60
1.6
半精车
1.1
IT10
Φ61
3.2
粗车
7.9
IT12
Φ62.1
6.3
毛坯
——
——
Φ70
——
3）外圆柱面φ65（毛坯7.5φ70）
表3-5外圆柱面φ65加工
工序名称
工序余量
工序公差
工序尺寸公差
表面粗糙度
精车
1.0
IT6
Φ65
1.6
半精车
1.1
IT10
Φ66
3.2
粗车
2.9
IT12
Φ67.1
6.3
毛坯
——
——
Φ70
——
4）外圆柱面φ75（毛坯7.5φ80）
表3-6外圆柱面φ75加工
工序名称
工序余量
工序公差
工序尺寸公差
表面粗糙度
精车
1.0
IT6
Φ75
1.6
半精车
1.1
IT10
Φ76
3.2
粗车
2.9
IT12
Φ77.1
6.3
毛坯
——
——
Φ80
——
5）加工通孔φ20
表3-7加工孔φ20
工序名称
工序余量
工序公差
工序尺寸公差
表面粗糙度
铰
——
IT7
Φ20
1.6
扩
0.2
IT9
Φ19.8
3.2
钻
1.8
IT12
Φ18
6.3
6）加工键槽
表3-8加工键槽
工序名称
工序余量
工序公差
工序尺寸公差
表面粗糙度
精铣
----
IT9
φ16
1.6
粗铣
----
IT12
φ12
3.2
3.4、绘制零件毛坯图
图
（二）毛坯图
四、零件的加工设计
4.1、切削用量的计算
Ⅰ加工外圆柱面φ176
粗车：
查《机械加工工艺设计手册》得知：
f=0.8～1.2mm/r取f=0.81mm/rap=2.5mm
查《金属切削手册》知Vc=70～90m/min取Vc=80m/min则n=1000Vc/d=195.85r/min由CA6140说明书取n=125r/min
故实际切削速度：
Vc=nd/1000=200×3.14×187/1000=73.4m/min
实际取值为Vc=73.4m/min，n=125r/min，f=0.81mm/r
Ⅱ加工外圆柱面φ55
粗车：
确定进给量f：
查《金属机械加工工艺人员手册》增订组编上海科学出版社表10-8知f=0.6～0.9mm/r结合CA6140说明书取f=0.71mm/rap=2.5mm查《金属切削手册》知Vc=70～90m/min取Vc=75m/min则n=1000Vc/d=341.22r/min由CA6140说明书取n=320r/min故实际切削速度Vc=nd/1000=320×3.14×70/1000=70.34m/min
实际取值为Vc=70.34m/min，n=320r/minf=0.71mm/r
半精车：
查《机械加工工艺设计手册》P433得知：
f=0.25～0.35mm/r取f=0.30mm/rap=0.9mm取Vc=120m/min
故n=1000Vc/d=660.04r/min圆整得n=660r/min
实际取值为Vc=120m/min，n=660r/minf=0.3mm/r
精车：
查《机械制造工艺与机床夹具课程设计》表2-20知：
Vc=150～160m/min取Vc=160m/minf=0.18mm/rap=0.55mm则n=1000Vc/d=908.29r/min圆整得n=910r/min
实际取值为Vc=160m/min，n=910r/minf=0.18mm/r
Ⅲ加工外圆柱面φ60
粗车：
d=70确定进给量f：
查《金属机械加工工艺人员手册》增订组编上海科学出版社表10-8知f=0.6～0.9mm/r取f=0.71查《金属切削手册》知Vc=70～90m/min取Vc=75m/min则n=1000Vc/d=341.2r/min由CA6140说明书取n=320r/min故实际切削速度Vc=nd/1000=320×3.14×70/1000=70.34m/min取ap=2.5mm
实际取值为Vc=70.34m/min，n=400r/minf=0.71mm/r
半精车：
查《机械加工工艺设计手册》P433得知：
f=0.4～0.5mm/r取f=0.45ap=0.9mm再查外圆切削数据表知：
Vc=1.667～2.17m/s取Vc=1.8m/s则n=1000Vc/d=546.8r/min圆整得n=550r/min则Vc=nd/1000=510×3.14×62.9/1000=100.7m/min
实际取值为Vc=100.7m/min，n=510r/min，f=0.45mm/r
精车：
查《机械加工工艺设计手册》表9-16知：
f=0.13～0.18mm/r取f=0.15mm/r
再查外圆切削数据表知：
Vc>1.67m/s取Vc=120m/min则n=1000Vc/d=1000×120/3.14×61.1=625.5r/min圆整得n=630r/min
取ap=0.55mm故实际切削速度：
Vc=nd/1000=630×3.14×61.1/1000=120.87m/min
实际取值为Vc=120.87m/min，n=630r/minf=0.15mm/r
Ⅳ、加工外圆柱面65
粗车：
确定进给量f：
查《金属机械加工工艺人员手册》增订组编上海科学出版社表10-8知f=0.6～0.9mm/r取f=0.71mm/r
查《金属切削手册》知Vc=70～90m/min取Vc=75m/min则n=1000Vc/d=341.2r/min由CA6140说明书取n=320r/min故实际切削速度Vc=nd/1000=70.34m/min取ap=2.5mm
实际取值为Vc=70.34m/min，n=320r/min，f=0.71mm/r
半精车：
查《机械加工工艺设计手册》P433得知：
f=0.4～0.5mm/r取f=0.45mm/r再查外圆切削数据表知：
Vc=1.667～2.17m/s取Vc=1.8m/s则n=1000Vc/d=506.55r/min圆整得n=510r/min取ap=0.9mmVc=nd/1000=510×3.14×67.9/1000=108.7m/min
实际取值为Vc=108.7m/min，n=510r/minf=0.45mm/r
精车：
查《机械加工工艺设计手册》表9-16知：
f=0.13～0.18mm/r取f=0.18mm/r再查外圆切削数据表知：
Vc>1.67m/s取Vc=120m/min则n=1000Vc/d=578.2r/min圆整得n=580r/min故实际切削速度：
Vc=nd/1000=580×3.14×66.1/1000=120.38m/minap=0.55mm
实际取值为Vc=120.38m/min，n=580r/minf=0.18mm/r
Ⅴ加工外圆柱面φ75
粗车：
确定进给量f：
查《金属机械加工工艺人员手册》增订组编上海科学出版社表10-8知f=0.6～0.9mm/r取f=0.71mm/r
查《金属切削手册》知Vc=70～90m/min取Vc=75m/min则n=1000Vc/d=298.56r/min由CA6140说明书取n=320r/min故实际切削速度Vc=nd/1000=80.384m/min取ap=2.5mm
实际取值为Vc=80.384m/min，n=320r/min，f=0.71mm/r
半精车：
查《机械加工
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