機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝課程設(shè)計(jì)---某端蓋零件的機(jī)械加工工藝及工藝裝備設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　設(shè)計(jì)說明書</b></p><p>　　本次機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝課程設(shè)計(jì)是在學(xué)完了機(jī)械制造工藝學(xué)理論課和大部分專業(yè)課，并進(jìn)行了金工實(shí)訓(xùn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的一個(gè)教育環(huán)節(jié)。是對(duì)所學(xué)課程一次深入的綜合性的復(fù)習(xí)，也是一次理論聯(lián)系實(shí)際的適應(yīng)性訓(xùn)練。希望通過這次課程設(shè)計(jì)能鍛煉自己的分析能力和解決問題的能力。為以后的畢業(yè)設(shè)計(jì)及未來的從事的工作打下一個(gè)良好的基礎(chǔ)。</p>

2、<p>　　由于能力所限，設(shè)計(jì)中尚有許多不足之處，希望各位老師給與指教。</p><p><b>　　零件的分析</b></p><p>　　零件圖上的主要技術(shù)要求有：</p><p><b>　　鑄件應(yīng)消除內(nèi)應(yīng)力。</b></p><p>　　未注明鑄造圓角為R2-R3</p>

3、;<p>　　鑄件表面不得有粘砂、裂紋等缺陷</p><p>　　允許有非聚集的孔眼存在，直徑不大于5mm，深度不大于3mm，相距不小于30mm，整鑄件上孔眼數(shù)不多于10個(gè)。</p><p>　　未注明倒角均為0.5*45.</p><p>　　所有螺孔90錐孔至螺紋外徑。</p><p><b>　　去毛刺，銳邊倒鈍

4、</b></p><p>　　同一加工平面上允許有直徑不大于3mm，深度不大于15mm?？倲?shù)不超過5個(gè)孔眼，兩孔的間距不小于10mm，孔眼邊距不小于3mm。</p><p>　　涂漆按jb/t5673-1991執(zhí)行</p><p><b>　　材料45剛.</b></p><p><b>　　產(chǎn)品的

5、零件圖分析</b></p><p>　　該零件是某比較普通的端蓋類零件。如圖1所示。</p><p><b>　　圖1</b></p><p>　　零件圖上的技術(shù)要求有：</p><p>　　未注明表面粗糙度Ra12.5</p><p>　　硬度要求HB260～300（淬火：860

6、±5℃，保溫60分鐘，投入10%的NaCl溶液中冷卻到室溫高溫回火：615℃保溫70分鐘，空冷到室溫。）</p><p>　　零件的結(jié)構(gòu)工藝性分析</p><p>　　該零件是列車上運(yùn)用普遍的一種銷釘類零件，其材料是45鋼。表面硬度要求是HB260～300，說明該零件要求耐磨。</p><p>　　零件的主要加工面為外圓面、兩端面、C面、D面和2&#

7、215;Φ16孔、2×Φ3孔。C平面與軸心的平行度為0.1mm，并且與軸心所在水平面有斜度要求，這里需要借助工裝達(dá)到要求。退刀槽外端壁對(duì)C平面有0.05mm的垂直度要求。</p><p><b>　　毛坯的確定</b></p><p><b>　　確定毛坯的類型</b></p><p>　　根據(jù)零件材料及其尺寸確

8、定毛坯為鋼錠</p><p><b>　　確定毛坯的制造方法</b></p><p>　　零件的外輪廓可完全包容在一個(gè)直徑50mm高234mm的圓柱內(nèi)，所以選取一種直徑稍微大于50mm的鋼筋，然后通過下料切割就可以得到所需要的的毛坯。</p><p>　　查有關(guān)手冊(cè)確定毛坯表面加工余量及公差</p><p>　　根零件圖

9、上面的要求最大外圓柱的表面粗糙度為Ra3.2要通過精車才能達(dá)到要求，所以要留夠足夠的單邊加工余量。這里我們選取Φ60的鋼筋通過下料得到的毛坯尺寸為：直徑Φ60，長(zhǎng)250mm。如圖2所示：</p><p><b>　　圖2</b></p><p>　　表1 各加工表面總余量</p><p><b>　　工藝規(guī)程設(shè)計(jì)</b>

10、</p><p><b>　　選擇定位基準(zhǔn)</b></p><p>　　該零件外圓柱面的加工類似于軸類零件的加工，所以采用車床加工。由于毛坯選擇的是普通的圓柱類，其非常適合于三爪卡盤裝夾定位。</p><p>　　在粗加工中任選其中一端裝夾，車外圓及其端面。然后再以端面為基準(zhǔn)依次加工不同直徑的外圓。D面用銑床加工，由于D面并沒有什么特殊的要求，

11、是非重要表面。所以在精加工中可將其作為裝夾表面而不用擔(dān)心會(huì)在裝夾時(shí)留下壓痕從而影響零件的使用。</p><p><b>　　制定工藝路線</b></p><p>　　確定各表面的加工方法主要是根據(jù)各表面加工要求和各種加工方法能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)精度而定的。如下所示。</p><p>　　Φ50外圓柱面：粗車→精車；</p><p&g

12、t;　　Φ44外圓柱面：粗車→精車；</p><p>　　Φ42外圓柱面：粗車；</p><p>　　Φ20外圓柱面：粗車；</p><p><b>　　D面：粗銑；</b></p><p><b>　　C面：粗銑→精銑；</b></p><p>　　2×Φ16孔：

13、鉆孔；</p><p><b>　　2×Φ3孔：鉆孔；</b></p><p>　　在整個(gè)零件中Φ16孔的粗糙度要求是Ra25，而一般的鉆孔一次性就可達(dá)到Ra20→Ra1.25，所以無需精加工，Φ3孔并沒有要求也可一次加工成型。該零件中最難加工的是C面，其不但有對(duì)中心軸的平行度要求還有自身的表面粗糙度要求及對(duì)軸平面的斜度要求。要滿足該斜度要求需要借助專用的帶

14、有類似于分度裝置的夾具。</p><p>　　因?yàn)棣?6孔與軸線水平面（即C平面所要保持的一定斜度的參照面）在同一平面中，就可以選取Φ16孔作為D面的加工參照。所以在該零件的加工中先加工Φ16孔，C平面的加工放在最后。</p><p>　　初步擬定加工工藝路線見表2。</p><p>　　表2 初擬加工工藝路線</p><p>　　上述方案

15、雖然遵循了工藝擬定的一般原則，但是其中某些工序可以經(jīng)一步討論。</p><p>　　比如粗車Φ42后直接上銑床銑D平面，然后再鉆孔 。避免了機(jī)加工中在曲面上鉆孔的做法。但是后面用銑床和鉆床加工后又從新回到車床上面進(jìn)行Φ20外圓柱面的初加工，這樣一來就進(jìn)行了三次裝夾，最終還是回到了前面的粗加工的工序上。必然會(huì)因多次裝夾增加誤差。</p><p>　　然而后面140工序上銑床加工C平面和加工D

16、平面，同樣是銑平面。但是不能像前面一樣將兩道工序集中起來。雖然這樣看似減少了裝夾次數(shù)，工序集中了。為生產(chǎn)節(jié)約了時(shí)間。但是C平面是一個(gè)比較特殊的面，其參數(shù)要求比較復(fù)雜，不但有粗糙度要求，要精加工才得到。還要求保證對(duì)軸線與孔的所在水平面有一定數(shù)值的斜度。我們要利用先加工出來的孔作為定位參照。然后制造專用的夾具來夾持后進(jìn)行銑削加工。這樣一來就會(huì)大大的節(jié)約加工時(shí)間和方便加工制造，也保證了加工的精度。</p><p>　　

17、其中粗車（精車）Φ50外圓柱面和粗車（精車）Φ40外圓柱面及車Φ42、Φ20都可以用同一把刀完成，可以將其由六道工序變?yōu)槿拦ば?。其中倒角也可合并在精車?yán)锩妗?lt;/p><p>　　修改后的工藝路線見下表3</p><p>　　表3 修改后加工工藝路線</p><p>　　選擇加工設(shè)備及刀、夾、量具</p><p>　　由于生產(chǎn)類型大量生產(chǎn)，

18、所以加工設(shè)備宜以通用機(jī)床為主，輔以少量的專用機(jī)床。其生產(chǎn)方式為通用機(jī)床加專用夾具為主，輔以少量專用機(jī)床的流水線生產(chǎn)。工件在各機(jī)床上的裝卸及各機(jī)床間的傳送均由人工完成。</p><p>　　粗車Φ50圓柱面。由于是典型的圓柱面加工，我們采用CA6140車床。夾緊工具用三爪卡盤。量具用游標(biāo)卡尺。</p><p>　　精車Φ50圓柱面。任然采用我們采用CA6140車床。夾緊工具用三爪卡盤。量具用

19、游標(biāo)卡尺。</p><p>　　粗車Φ44圓柱面。采用CA6140車床。夾緊工具用三爪卡盤，量具用游標(biāo)卡尺。</p><p>　　精車Φ40圓柱面。采用CA6140車床。夾緊工具用三爪卡盤，量具用游標(biāo)卡尺。</p><p>　　車Φ42圓柱面。 采用CA6140車床。夾緊工具用三爪卡盤，量具用游標(biāo)卡尺。</p><p>　　車Φ20圓柱面。

20、 采用CA6140車床。夾緊工具用三爪卡盤，量具用游標(biāo)卡尺。</p><p>　　車靠中的槽。 采用CA6140車床。夾緊工具用三爪卡盤，量具用游標(biāo)卡尺。</p><p>　　車兩端的槽。采用CA6140車床。刀具采用專用的成型刀具，夾緊工具用三爪卡盤。量具用游標(biāo)卡尺。</p><p>　　鉆Φ16孔。選用搖臂鉆床Z3025加工。鉆頭選用Φ16的麻花鉆，夾具用通

21、用夾具，量具用游標(biāo)卡尺。</p><p>　　鉆Φ3孔。任然選用搖臂鉆床Z3025加工。鉆頭選用Φ3的麻花鉆，夾具用通用夾具，量具用游標(biāo)卡尺。</p><p>　　銑D平面。 選用X52K立式銑床，專用銑夾具、專用檢測(cè)工具。銑刀直徑Φ50㎜。</p><p>　　粗銑C平面。 任然選用X52K立式銑床，專用銑夾具、專用檢測(cè)工具。銑刀直徑Φ50㎜。&

22、lt;/p><p>　　精銑C平面。 任然選用X52K立式銑床，專用銑夾具、專用檢測(cè)工具。銑刀直徑Φ50㎜。</p><p>　　加工余量及工序尺寸的確定</p><p>　　工序10到工序30（車外圓）</p><p>　　根據(jù)車圓柱表面的加工原則，并且該零件的最高要求粗糙度的為Ra3.2。精加工表面留加工余量0.5mm即可滿足。Φ50圓

23、柱面的單邊余量為4.5mm可分兩次走刀完成。</p><p>　　在粗加工Φ50后的基礎(chǔ)上加工Φ44，其單邊余量為3.5mm，同樣留0.5mm的精加工余量，粗加工一次走刀切深3mm完成。</p><p>　　在粗加工Φ44后的基礎(chǔ)上加工Φ42，其單邊余量為1.5mm，該表面沒有單獨(dú)的精度要求按照技術(shù)要求中其余Ra12.5加工，粗加工就可以達(dá)到該要求，所以一次加工完成。切削深度即為單邊余量1

24、.5mm。</p><p>　　在粗加工Φ42后的基礎(chǔ)上加工Φ20，其單邊余量為11mm。本次加工中由于加工余量比較大，要多次走刀才能完成，遵循初次車削切削深度大的原則采用三次完成。分別切削深度為5mm、3mm、3mm。</p><p><b>　　工序40及工序50</b></p><p>　　工序40是在前面加工得到的Φ42圓柱面上加工的，

25、單邊余量為5mm，分兩次走刀完成，第一次3mm，第二次2mm。值得注意的是該槽才靠端面有垂直度要求。</p><p>　　工序50是在前面加工得到的Φ20圓柱面上加工的，單邊余量為2m。由于這里的槽是一個(gè)圓弧形的，所以要使用成型刀具加工。</p><p><b>　　工序60到工序80</b></p><p>　　D平面的的加工實(shí)際上是在兩個(gè)圓

26、柱面上進(jìn)行的，分別是Φ44圓柱面和Φ42圓柱面。在Φ44圓柱面上的單邊加工余量要大一些為4.5mm，Φ42圓柱面的單邊加工余量為3.5mm。綜上分1次走刀完成加工，以大余量為準(zhǔn)切削深度4.5mm。</p><p>　　2×Φ16孔的粗糙度要求為Ra25，一般的鉆孔一次性就可達(dá)到Ra20→Ra1.25，所以無需精加工，Φ3孔并沒有要求也可一次加工成型。在鉆孔中主要是能保證Φ16孔的軸通過整個(gè)零件的軸心即可

27、，這里也是為后面保證C平面的斜度做準(zhǔn)備。</p><p>　　工序90粗銑C平面及工序100精銑C平面</p><p>　　參考《機(jī)械制造工藝課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》中附表6的平面加工余量，得精加工余量ZC精為1㎜。已知C平面的總余量為3.5㎜。故粗加工余量 Zc粗=3.5-1=2.5㎜。</p><p>　　如圖3所示，精銑面工序中是以Φ16孔定位，空所在平面與C平面的

28、交線距離即為設(shè)計(jì)尺寸35±0.1，單邊即為X2=17.5±0.05㎜,則粗銑C平面的工序尺寸X1=18.5±0.05㎜</p><p><b>　　圖3</b></p><p>　　參考該書中附表7，得粗加工公差等級(jí)為IT11～14。取IT=11，其公差T=0.16㎜，所以X1=18.5±0.08㎜。</p>&l

29、t;p><b>　　校核精銑余量Z：</b></p><p>　　Zmin=X1min-X2man</p><p>　　=（18.5-0.16）-（17.5+0.05）</p><p><b>　　=0.79（㎜）</b></p><p><b>　　余量足夠。</b>&

30、lt;/p><p>　　參考該書附表8，取粗銑的每齒進(jìn)給量fz=0.2㎜/z；取精銑的每轉(zhuǎn)進(jìn)給量f=0㎜/r，粗銑走刀1次，ap=2.5㎜；精銑走刀1次，ap=1㎜。</p><p>　　參考該書附表9，取粗銑的主軸轉(zhuǎn)速為300r/min，取精銑的主軸轉(zhuǎn)速為600r/min。之前已選定的銑刀直徑D為Φ50㎜，故相應(yīng)的切削速度分別為</p><p>　　校核機(jī)床功率（一般

31、只校核粗加工工序）：</p><p>　　參考文獻(xiàn)，得切削功率P為：</p><p>　　取z=10個(gè)齒，n=,ae=35mm，ap=2.5㎜，fz=0.2㎜/z，kpm=1；帶入上式得：</p><p><b>　　≈2.172KW</b></p><p>　　由文獻(xiàn)查得機(jī)床的功率為7.5KW，機(jī)床的傳動(dòng)效率一般0.7

32、5～0.85，若取效率為o.75，則：</p><p>　　7.5×0.75=5.625KW﹥2.172KW</p><p><b>　　所以功率滿足要求!</b></p><p><b>　　填寫工藝文件</b></p><p>　　工藝文件詳見機(jī)械加工工藝過程卡和機(jī)械加工工序</

33、p><p><b>　　工藝裝備設(shè)計(jì)</b></p><p>　　在該零件的加工過程當(dāng)中，前面的圓柱面、切槽、倒角是在車床上完成的，所用的裝夾裝備由加工軸類零件常用的三抓卡盤即可。在后面的D平面和孔的加工使用通用的銑鉆夾具即可完成。只有在銑削C平面的時(shí)候，由于其特殊性，需要設(shè)計(jì)專門的夾具來加工。</p><p><b>　　確定設(shè)計(jì)方案&

34、lt;/b></p><p>　　本道工序中主要是對(duì)C平面的加工，平面的加工一般用銑刀加工即可。在給定的參數(shù)中，過孔Φ16的垂直面上的尺寸要求是35±0.1㎜。并且對(duì)孔Φ16所在的平面有斜度要求。</p><p>　　綜上要求來看，基本尺寸要求較容易實(shí)現(xiàn)，但是在要滿足斜度要求就必須有相應(yīng)的類似于分度裝置。具體的設(shè)計(jì)將圍繞這方面進(jìn)行。</p><p>

35、　　將工件放置于兩個(gè)Φ42的半圓形槽里面，由零件的結(jié)構(gòu)圖上可以看出，C平面和D平面并沒有在Φ42的圓柱面上相交也就是說Φ42圓柱面任然有部分保持曲面。在把工件放置在半圓形槽里面的時(shí)候有兩處是曲面接觸的，在自由度上限制了其中部分?，F(xiàn)在工件只剩下在軸方向上的移動(dòng)和圍繞軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。所以需要加一個(gè)裝置將其固定。同時(shí)要滿足Φ42孔所在平面與水平面成一定角度。由于C平面是關(guān)于軸線對(duì)稱的兩個(gè)平面，在設(shè)計(jì)夾具中解決分度問題成了關(guān)鍵，這里有兩個(gè)方案供參考。

36、</p><p><b>　　圖4</b></p><p>　　方案1：工件放置于Φ42的半圓形槽上，用專用的夾緊裝置夾緊，然后把Φ42的半圓形槽固定在一個(gè)分度裝置上，分度上面設(shè)置兩個(gè)特定的卡位。當(dāng)轉(zhuǎn)到其中一個(gè)位置時(shí)加工一面，加工好了之后再將其轉(zhuǎn)到另外一個(gè)位置上加工對(duì)稱的那一個(gè)面。</p><p>　　方案2：任然是工件放置于Φ42的半圓形槽上

37、，在Φ42半圓形槽的側(cè)面開一個(gè)孔，孔的軸線必須和水平面成arctan0.1即C平面加工所要求的斜度。再用一個(gè)螺釘穿過該孔以及工件的Φ16，使其同軸，這樣加工其中一個(gè)面，當(dāng)要加工對(duì)稱的那一個(gè)面的時(shí)候?qū)⒐ぜ崔D(zhuǎn)180°即可（工件是對(duì)稱結(jié)構(gòu)）。如圖4所示。</p><p>　　在以上的兩個(gè)方案中，方案一的優(yōu)點(diǎn)是只裝夾一次，節(jié)省了裝夾時(shí)間。缺點(diǎn)是夾持工具太過復(fù)雜，還要用到分度裝置。增加了制造的復(fù)雜性，同時(shí)由于結(jié)

38、構(gòu)復(fù)雜，精度難以保證。方案二中，缺點(diǎn)是加工一個(gè)零件需要兩次裝夾。優(yōu)點(diǎn)是起結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，適合與大批生產(chǎn)。</p><p>　　考慮到，生產(chǎn)成本、操作、保養(yǎng)等諸多因數(shù)，所以我們最終決定選擇方案二。</p><p><b>　　操作說明</b></p><p>　　工件放置于半圓槽中，螺釘穿過半圓槽壁上的孔，再穿過工件上Φ16孔，加工上面。然后

39、拔出螺釘，將工件翻轉(zhuǎn)180°。同第一次一樣將螺釘穿過，加工對(duì)稱的面。</p><p>　　夾具零件結(jié)構(gòu)圖如下圖5所示：</p><p><b>　　圖5</b></p><p><b>　　附表：</b></p><p>　　表4 機(jī)械加工工藝過程卡</p><p>

40、;　　表5 機(jī)械加工工序卡片（1）</p><p>　　表6 機(jī)械加工工序卡片（2）</p><p>　　表7 機(jī)械加工工序卡片（3）</p><p>　　表8 機(jī)械加工工序卡片（4）</p><p>　　表9 機(jī)械加工工序卡片（5）</p><p>　　表10 機(jī)械加工工序卡片（6）</p><p