机械课程设计(全过程)

四川大学 机械工程学院

课程设计说明书 课程名称：题目名称：班 级：姓 名：指导教师：评定成绩：教师评语： 机械制造工艺学 输出轴加工工艺设计 10数控

指导老师签名： 年 日

2012 月

目录

前言................................................................................ 3 1、零件的工艺分析及生产类型的确定................................................... 3

技术要求分析.................................................................... 3 零件的工艺分析.................................................................. 3 .................................................................................... 3 2、选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯图............................................... 3

选择毛坯........................................................................ 3

毛坯尺寸的确定.................................................................. 4 3、选择加工方法，制定加工艺路线..................................................... 5

定位基准的选择.................................................................. 5 零件表面加工方法的选择.......................................................... 5 制定艺路线...................................................................... 6 4、工序设计......................................................................... 7 选择加工设备与工艺装备.......................................................... 7

选择机床 根据工序选择机床................................................... 7

选用夹具.................................................................... 7 选用刀具.................................................................... 8 选择量具.................................................................... 8 确定工序尺寸.................................................................... 8 5、确定切削用量及基本工时.......................................................... 10 切削用量 。.................................................................... 10 基本时间....................................................................... 12 7、 结论.......................................................................... 133 参考文献.......................................................................... 133 致 谢............................................................................ 133 附录.............................................................................. 133

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输出轴加工工艺设计

指导老师：刘 斌 学 生：张 辉

摘 要：机械制造业的发展对世界经济起着非常重要的作用，而机械加工工艺的编制是机械

制造技术的重要组成部分和关键工作。本文论述的是输出轴的加工工艺设计，着重于几个重要表面的加工，具有一定的尺寸、形状、位置要求，还有一些强度、表面粗糙度要求等，然而这些都会在文中得以体现。

关键词：制造；输出轴；加工工艺；夹具；

2

前言

机械制造工艺学课程设计是在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之后进行的。这是我们进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的链接，也是一次理论联系实际训练。因此，它在我们的大学学习生活中占有十分重要的地位。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，从锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后参加祖国的现代化建设打下一个良好的基础。我也相信通过课程设计能将零碎的知识点都联系起来，系统而全面的做好设计。

本次课程设计是机械制造工艺学这门课程的一个阶段总结，是对课堂中学习的基本理论和在生产实习中学到的实践知识的一个实际应用过程。由于知识和经验所限，设计会有许多不足之处，所以恳请老师给予指导。

零件的工艺分析及生产类型的确定 技术要求分析

题目所给定的零件车床输出轴，其主要作用，一是传递转矩，使车床主轴获得旋

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。零件的材料为45钢，是最常用中碳调质钢，综合力学性能良好，淬透性低，水淬时易生裂纹。综合技术要求等文件，选用铸件。

零件的工艺分析

从零件图上看，该零件是典型的零件，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,大端端面为Ra3.2um,其余为Ra12.5um，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, φ20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。

选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯图 选择毛坯

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

3

得可能性，毛坯的制造方法主要有以下几种：1、型材2、锻造3、铸造4、焊接5、其他毛坯。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。本零件生产批量为中批量，所以综上所叙选择锻件中的模锻。

毛坯尺寸的确定

毛坯（锻件）图是根据产品零件设计的，经查《机械加工工艺手册》《金属机械加工工艺人员手册》知精车-半精车-粗车各余量,从而可得毛坯余量<或查表得到>,见表１。铸件的外圆角半径按表5-12确定，内圆角半径按5-13确定。结果为：外圆角半径：r内圆角半径：R3。按表2；

5-11，外模锻斜度5，内模锻斜度7。

下图为本零件的毛坯图

图1毛坯图

Fig 1 t rough map

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选择加工方法，制定加工艺路线 定位基准的选择

本零件为带孔的管状零件，孔是其设计基准（亦是装配基准和测量基准），为避免由于基准不重合而产生的误差，应选孔为定位基准，即遵守“基准重合”的原则。具体而言，即选48孔及一端面作为精基准。由于本零件全部表面都需要加工，而孔作为精基准，应先进行加工，因此应选外圆及一端面为粗基准。

零件表面加工方法的选择

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。

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。

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

5

准备。

先面后孔

对该零件应该先加工圆柱表面，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，所以对于输出轴来讲先加工φ75外圆柱面，做为定位基准再来加工其余各孔。

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，并且利于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。

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。

制定艺路线

按照先加工基准面，先粗后精，基准统一等原则，该零件加工可按下述工艺路线进行。

工序1 粗车圆柱面φ176及端面。

工序2 粗车圆柱面φ55、φ60、φ65和φ75和及台阶面。 工序3 精车φ176外圆柱面及倒角。

6

工序4 半精车圆柱面φ55、φ60、φ65和φ75和及台阶面。 工序5 精车圆柱面φ55、φ60、φ65和φ75和及台阶面。 工序6 倒角。

工序7 粗镗内孔φ50、φ80、φ104。 工序8 精镗内孔φ50、φ80、φ104。 工序9 钻孔10×φ20。 工序10 扩孔10×φ20。 工序11 铰孔10×φ20。 工序12 铣键槽16×10。 工序13 钻斜孔2×φ8。 工序15 去毛刺。 工序15 终检。

工序设计

选择加工设备与工艺装备

选择机床 根据工序选择机床

（1）工序1、2、3、4和5是粗车和精车。各工序的工步数不多，大批大量生产不要求很高的生产率，故选用卧式车床就能满足要求。本零件外廓尺寸不大，选用最常用的CA6140型卧式车床。

（2）工序7、8为镗削。由于加工的零件外廓尺寸不大，又是回转体，故宜在车床上镗孔，选用C616A型卧式车床。

（3）工序12铣削。工序工步简单，外廓尺寸不大，考虑本零件属成批大量生产，所选机床使用范围较广泛为宜，故可选常用用的X61W型铣床能满足加工要求。

（4）工序9、10和11是扩、钻、铰孔。可采用专用的分度夹具在立式钻床上加工，故选用Z525。

选用夹具

本零件除铣销，钻小孔等工序需要专用夹具外，其他各工序使用通用夹具即可。前车销工序用三爪自定心卡盘和心轴。

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选用刀具

由于刀具材料的切削性能直接影响着生产率，工件的加工精度，已加工表面质量，刀具的磨损和加工成本，所以正确的选择刀具材料是加工工艺的一个重要部分，刀具应具有高刚度，足够的强度和韧度，高耐磨性，良好的导热性，良好的工艺性和经济性，抗粘接性，化学稳定性。由于零件车床输出轴材料为45钢，推荐用硬质合金中的YT15类刀具，因为加工该类零件时摩擦严重,切削温度高,而YT类硬质合金具有较高的硬度和耐磨性,尤其具有高的耐热性,在高速切削钢料时刀具磨损小寿命长,所以加工45钢这种材料时采用硬质合金的刀具。粗车外圆柱面： 90°半精车，精车外圆柱面：前角为90°的车刀。钻头：高速钢刀具，直径为φ30；直径为φ18；扩孔钻：直径为φ19.8；铰刀：直径为φ20。镗刀，刀杆长度为200.B×H＝16×25。

选择量具

本零件属大批大量生产，一般配情况下尽量采用通用量具。根据零件表面的精度要求、尺寸和形状特点，参考参考文献[4]》相关资料，选择如下：读数值0.02、测量范围0～150游标卡尺，读数值0.01、测量范围0～150游标卡尺。读数值0.01、测量范围50～125的内径千分尺，读数值0.01、测量范围50～125的外径千分尺，读数值0.01、测量范围50～125的内径百分表（表5-108）。

确定工序尺寸

确定圆柱面的工序尺寸 圆柱表面多次加工的工序尺寸只与加工余量有关。前面已确定各圆柱面的总加工余量（毛坯余量），应将毛坯余量分为各工序加工余量，然后由后往前计算工序尺寸。中间工序尺寸的公差按加工方法的经济精度确定。本零件各圆柱表面的工序加工余量、工序尺寸及公差、表面粗糙度见下表：

表3外圆柱面φ176 轴段加工余量计算

Tab3

工序间

工序名称

余量/mm

精车 粗车 毛坯

2 3

经济精度/mm

IT10 IT12 ±2

表面粗糙度Ra/μm

6.3 12.5

尺寸/mm 176 179 181

尺寸公差/mm

工 序

工序基本

标注工序

1761790.140.4

1812

8

表4外圆柱面φ55轴段加工余量计算

Tab4

工序名称

余量/mm

精车 半精车 粗车 毛坯

1.0 1.5

经济精度/mm

IT6 IT10 IT12

表面粗糙度Ra/μm

1.6

尺寸/mm

尺寸公差/mm 550.019 560.120

工序间 工 序 工序基本标注工序

55 56 57.5 60

3.2

6.3

2.5

57.50.3

±2

Tab5

602

表5φ60轴段加工余量计算

工序间

工序名称

余量/mm

精车 半精车 粗车 毛坯 1.0 1.5

工 序

经济精度/mm

表面粗糙度Ra/μm

工序基本尺寸/mm

标注工序 尺寸公差/mm 600.019

0IT6 IT10 IT12 ±2

1.6 3.2 6.3 60 61 62.5 65 610.120 62.50.30

002.5 652 表5φ65轴段加工余量计算

Tab5

工序间

工序名称

余量/mm

精车 半精车 粗车 毛坯

1.0 1.5

经济精度/mm

表面粗糙度Ra/μm

尺寸/mm

尺寸公差/mm 650.019 660.120

00工 序 工序基本标注工序

IT6 IT10 IT12 ±2

1.6 3.2 6.3

65 66 67.5 70

2.5

67.50.30

0702

表5φ75轴段加工余量计算

Tab5

工序间

工序名称

余量/mm

精车 半精车

1.0 1.5

经济精度/mm

表面粗糙度Ra/μm

尺寸/mm

尺寸公差/mm 750.019 760.120

00工 序 工序基本标注工序

IT6 IT10

1.6 3.2

75 76

9

粗车 毛坯

2.5

IT12 ±2

6.3

77.5 80

077.50.30

802

表5φ104内孔加工余量计算

Tab5

工序间

工序名称

余量/mm

精镗 粗镗 毛坯

1.8 3.2

经济精度/mm

表面粗糙度Ra/μm

尺寸/mm

尺寸公差/mm 1040.03500.140工 序 工序基本标注工序

IT7 IT10 ±2

3.2 6.3

104 103.2 99

103.20

992

表5φ80内孔加工余量计算

Tab5

工序名称

余量/mm

精镗 粗镗 毛坯

1.5 2.5

经济精度/mm

表面粗糙度Ra/μm

尺寸/mm

尺寸公差/mm 8000.030工序间 工 序 工序基本标注工序

IT7 IT10 ±2

3.2 6.3

80 78.5 76

78.500.12

762

表5φ50内孔加工余量计算

Tab5

工序间

工序名称

余量/mm

精镗 粗镗 毛坯 1.5 2.5

经济精度/mm

表面粗糙度Ra/μm

尺寸/mm

尺寸公差/mm 5000.025工 序 工序基本标注工序

IT7 IT10 ±2 3.2 6.3 50 48.5 46

48.500.1 462

确定切削用量及基本工时

切削用量包括背吃刀量ap、进给量f和切削速度v。确定顺序是确定ap、f，再确定v。本说明书选取工序1粗车外圆55mm为例确定其切削用量及基本时间。

切削用量 。

本工序为粗车。已知加工材料为45钢，锻件，有外皮；机床为CA6140型卧式车

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床，工件装夹在三爪自定心卡盘中。 确定55mm外圆的切削用量。

所选刀具为YT15硬质合金可转位车刀，根据表5-112，由于CA6140机床的中心高为200mm，故选用刀杆尺寸B×H=16mm×25mm，刀片厚度为4.5mm。根据表5-133，选择车刀几何形状为卷槽带倒棱型前刀面，前角012，后角06、主偏角90、,副偏角10、刃倾角s0、刀尖圆弧半径0.8mm。

（1）确定背吃刀量ap 由于粗车双边余量为2.5mm，则ap＝2.25mm。

（2）确定进给量f 根据表5-114，在粗车钢件、刀杆尺寸为16mm25mm、

ap3mm、工件直径为60~100mm时，f0.5~0.9mm/r。按CA6140机床的进给量

选择f0.65mm/r。确定的进给量尚需满足机床进给强度的要求，故需进行校验。

根据表5-55，CA6140机床进给机构允许的进给力Fmax3530N。

根据表5-123，当钢材b570~670MPa、aP2.0mm、f0.75mm/r，r45，

v65m/min (预计)时，进给力Ff760N。

0FfFf的修正系数为kFf7601.17N8.2N1.0，ksFf1.0，kkFf1.17,故实际进给力为

，由于FfFmax，所选的f0.65mm/r可用。

（3）选择车刀磨钝标准及耐用度 根据表5-119，车刀后刀面最大磨损量取为1mm，可转位车刀耐用度T60min。

（4）确定切削速度v 根据表5-120，当用YT15硬质合金车刀加工钢材时，

aP2.0mm，f0.75mm/r时，切削速度v97m/min。

切削速度的修正系数为sv0.8，tv0.65，Tv0.81，Tv1.0，Mvv1.0表2-9。则有：v970.80.650.81m/min40.9m/min

n1000v100040.9dr/min203.4r/min

按CA6140机床的转速选择n185r/min3.08r/s,则实际切削速度v37.2m/min。

最后确定切削用量为：

ap1.25mm，f0.65mm/r，n185r/min，v37.2m/min。

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基本时间

确定粗车外圆55的基本时间t

根据《机械制造工艺学》公式4-23车外圆基本时间为： 根据《机械制造工艺学》公式4-23车外圆基本时间为：

TjLfnill1l2fni

式中：l83.4mm，l1i1

aptann3.08r/min，(2~3)2mm，l20，f0.65mm/r，

则Tj83.420.653.08s43s

其余工步切削用量及基本工时计算从略

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7 结论

此次课程设计确定了填料箱盖从铸件毛坯到成品在大量成批生产时的工艺过程，同时也设计了其中一道钻孔工序的夹具。

作为本学期的最后一次课程设计，需要我们综合前阶段所学习的机械制图、金属工艺学、金属材料、机械设计基础、互换性与测量技术、机械制造工艺学等多门课程的知识，同时还要运用数学、力学等基础学科知识以及设计手册上的标准。所以此次课程设计是我们本科阶段学习的知识的巩固，也是一个总结。

参考文献

[1] 陈宏钧.机械加工工艺手册[M].机械工业出版社，2003 [2] 王先逵.机械制造工艺学[M].机械工业出版社，2006 [3] 徐学林.互换性与测量技术基础[M].湖南大学出版社，2005 [4] 崇凯.机械制造技术基础课程设计指南[M].化学工业出版社，2007 [5] 胡农.车工技师手册[M].机械工业出版社，2004

致 谢

机械制造工艺学课程设计是学完了机械制造工艺学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性教学环节。这次课程设计过程中遇到了不少困难，在老师的帮助下和在图书馆查阅资料，最终解决了困难。而且，这次设计使我们能综合运用机械制造技术基础中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识，地分析和解决了零件机械制造工艺问题，设计了机床专用夹具这一典型的工艺装备，提高了结构设计能力 ，为今后的毕业设计及未来从事的工作打下了良好的基础。

附录

附录1：零件图 附录2：工艺过程卡片 附录3：工序卡片 附录4：设计心得

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