課程設計說明書 （2016-2017學年第二學期）課程名稱 機械制造技術基礎課程設計設計題目 設計套筒類零件的機械加工工藝規(guī)程與工藝裝備 院（系） 機 電 工 程 系專業(yè)班級14級機械設計制造與其自動化1班 姓 名 曾慶龍 學 號 32 地 點 實驗樓 時 間 2017年5月至2017年6月 指導老師：金艦 職稱：講師18 / 18目 錄1.零件分析31.1零件的作用31.2零件的工藝分析31.3確定零件的生產類型42.確定毛坯類型繪制毛坯簡圖52.1選擇毛坯52.2確定毛坯的尺寸公差和機械加工余量52.2.1鍛件的公差52.2.2鍛件材質系數52.2.3零件表面粗糙度52.3繪制套筒鍛造毛坯簡圖63.工藝規(guī)程設計63.1定位基準的選擇63.1.1精基準的選擇63.1.2粗精準的選擇73.2擬定工藝路線73.2.1表面加工方法的確定73.2.2加工階段的劃分73.2.3工序的集中與分散73.2.4工序順序的安排83.2.5確定工藝路線83.3加工設備與工藝裝備的選用93.4加工余量、工序尺寸和公差的確定93.5切削用量的計算104. 專用鉆床夾具設114.1夾具設計任務114.1.1工序尺寸和技術要求114.1.2生產類型114.2擬定夾具結構方案與繪制夾具草圖124.2.1確定工件定位方案，設計定位裝置124.2.2確定工件的夾緊方案，設計夾緊裝置124.2.3確定導向方案，設計導向裝置134.3繪制夾具裝配總圖144.4夾具裝配圖上標注尺寸、配合與技術要求14小結16參考文獻17題目：機械設計制造與其自動化專業(yè)，32，曾慶龍指導教師：金艦機械制造技術基礎課程設計1.零件分析1.1 零件的作用套筒類零件是機械加工中常見的一種零件，在各類機械中應用很廣，主要起支承或導向作用。根據其功用，套筒類零件可分為支承旋轉軸的各種形式的滑動軸承套、缸套類以與導套類。用作油缸、氣缸時，承受較高的工作壓力，同時還對活塞的軸向往復運動起導向作用。1.2 零件的工藝分析由零件圖1.1可知，其材料為45鋼。 該材料具有足夠的強度、剛度和韌性，適用于承受彎曲應力和沖擊載荷作用的工作條件。其工藝分析為：外圓90的尺寸公差等級為IT7，表面粗糙度Ra為3.2m，外圓90的軸線對孔40的軸線的同軸度要求為0.02mm,孔40的尺寸公差等級為IT7，40孔的底面表面粗糙度Ra為3.2m，其軸線的右端面的表面粗糙度Ra為6.3m，40孔對B面的垂直度要求為0.02mm，6孔的軸線對A面的垂直度要求為0.1mm，位置度要求為0.2mm，套筒的頂端端面的表面粗糙度Ra為3.2m，80孔的底面的表面粗糙度Ra為3.2m。加工此零件時，應盡量統一定位基準，減少裝夾次數，這樣有利于保證零件的加工精度。套筒零件的材料45鋼，45鋼的可鍛性好，因此可用鍛造的方法因為是大批生產，采用模鍛的方法生產鍛件毛坯，既可以提高生產率，又可以提高精度而且加工余量小等優(yōu)點。其零件圖如下所示：圖1.1套筒零件圖1.3 確定零件的生產類型根據題目可知，產品的年產量為6000臺/年，每臺產品中該零件數量為1件/臺；結合生產實際，備品率和廢品率分別去3%和0.5%，；零件年產量為查表可知，套筒屬于輕型機械，當零件的年產量在>5000-50000件/年時屬于大批生產，所以套筒的生產類型為大批生產。2.確定毛坯類型繪制毛坯簡圖2.1 選擇毛坯套類零件的毛坯選擇與零件的材料、結構與尺寸等因素有關?？讖捷^小的套類零件一般選擇熱軋或冷拉棒料，也可采用實心鑄件；當孔徑較大時，即d20mm時，常采用帶孔的鑄件或無縫鋼管和鍛件。由于孔40mm，所以套筒采用的是棒料。套筒在材料上多采用青銅、黃銅、鑄鐵和鋼，也采用雙金屬結構即在鋼套或鑄鐵套壁澆鑄一層巴氏合金。由于考慮到45鋼的強度高、塑性好、韌性大，主要用來鑄造負荷較大，具有良好的綜合力學性能，適用于各種受力復雜的重要零件，所以套筒采用45鋼，其熱處理為退火，其制造方式為鍛造。2.2 確定毛坯的尺寸公差和機械加工余量2.2.1 鍛件的公差由套筒的功用和技術要求，確定該零件的公差等級為一般精度。2.2.2 鍛件材質系數該套筒的材料為45鋼，其碳的質量分數小于0.65%，故該鍛件的材質系數屬M1級。2.2.3 零件表面粗糙度表2-1 套筒加工余量與鍛件毛坯尺寸公差 mm加工表面零件尺寸機械加工余量毛坯公差（極限偏差）毛坯尺寸外圓9022-0.5+1.594-0.5+1.5孔22-0.5+1.536-0.5+1.5孔22-0.5+1.576-0.8+1.7左端面9022-0.5+1.594*52槽1422-0.5+1.518-0.5+1.5右端面9022-0.5+1.594*522.3 繪制套筒鍛造毛坯簡圖圖2.1套筒毛坯圖3.工藝規(guī)程設計3.1 定位基準的選擇定位基準的選擇是工藝規(guī)程制訂中的重要工作，它是工藝路線是否正確合理的前提。正確與合理地選擇定位基準，可以確保加工質量、縮短工藝過程、簡化工藝裝備結構與種類，提高生產率。3.1.1 精基準的選擇孔mm精度要求最高的孔，而且也是該套筒的設計基準、裝配基準和測量基準。為避免由于基準不重合而產生誤差，保證加工精度，應選40孔作為精基準，即遵循“基準重合原則”。同時為了定位可靠，使加工過程中穩(wěn)定，減小振動，還可選右端面作為精基準。該套筒以一短孔和一端面作為精基準，即40和左端面，體現了“基準統一”原則。3.1.2 粗精準的選擇40mm孔為重要的表面，加工時要求余量小而均勻，因此應該選擇40mm短孔作為粗精準?？紤]到該套筒零件精度要求不是很高，可選左端面為粗基準，這樣可使定位和夾緊方便、可靠。基本可以保證40孔的加工余量均勻，還可以保證40mm孔與B面的垂直度要求，也保證了6mm孔對A面的垂直度和位置度要求和90mm的外圓對A面的同軸度要求。3.2 擬定工藝路線工藝路線的擬訂是制訂工藝規(guī)程的總體布局，包括確定加工方法、劃分加工階段、決定工序的集中與分散、加工順序的安排以與安排熱處理、檢驗與其輔助工序。其原則是，在合理保證零件的幾何形狀、尺寸精度、位置精度、表面質量的前提下，盡可能提高生產率，降低生產成本，取得較的經濟效益。在此基礎上提出工藝方案，并加以分析比較，最終選擇一個最經濟合理的加工方案。3.2.1 表面加工方法的確定根據零件圖上各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，查表可知，平面加工方案的經濟精度和表面粗糙度以與孔的加工方案的經濟精度和表面粗糙度，確定套筒零件各表面的加工方法。如下表3.1所示：表3.1 套筒零件的各表面加工方案加工表面尺寸與偏差/mm尺寸等級精度表面粗糙度/m加工方案 備注孔IT7Ra3.2粗車-半精車-精車孔IT7Ra6.3粗車-半精車-精車外圓IT9Ra6.3粗車-半精車-精車孔6IT10Ra3.2鉆槽14IT8Ra3.2粗車左端面90IT8Ra6.3粗車右端面90IT9Ra6.3粗車3.2.2 加工階段的劃分該套筒的加工要求精度不是很高高，可將加工階段劃分為三個階段，即粗加工、半精加工和精加工三個階段。為保證加工精度要求，應盡量減少裝夾次數，由于套筒要加工的有外圓、孔、端面孔、槽和端面，根據具體需要初步確定的加工方法有鉆、車、等。即鉆（孔）、粗車（外圓）；半精車（處圓、端面）；精車（外圓）。3.2.3 工序的集中與分散選用工序集中原則安排套筒的加工工序。該套筒的生產類型為大生產，可以采用萬能型機床配以專用夾具，以提高生產率，而且運用工序集中原則使工件的裝夾次數少，不但可以縮短輔助時間，而且由于在一次裝夾中加工了許多表面，有利于保證各加工表面之間的相對位置精度要求。3.2.4 工序順序的安排33.13.23.2.13.2.23.2.33.2.43.2.4.1 機械加工工序遵循“先基準后其他”順序，首先加工精基準鉆40mm孔；遵循“先粗后精”原則，先安排粗加工工序，后安排精加工工序；遵循“先主后次”原則，先加工主要表面外圓90mm，后加工次要表面槽；遵循“先面后孔”原則，先加工右端面、左端面，再加工孔40和80孔。由此初擬套筒機械加工工序安排，見表3-2所示：表3-2套筒機械加工工序安排（初擬）工序號工序容簡要說明10粗車左端端面“先基準后其他”20粗車右端面，40孔和80孔“先主后次”、“先粗后精”30粗車外圓與寬14mm的槽“先主后次”、“先粗后精”40鉆3*6孔“先粗后精”50精車40和80孔 “先面后孔”60精車90外圓“先粗后精”3.2.4.2 熱處理工序模鍛成形后切邊，進行正熱處理，模鍛件進行熱處理的目的是為了消除模鍛件的過熱組織或加工硬化組織，使模鍛件改具有所需的力學性能，清理是為了提高模鍛件的表面質量，改善模鍛件的切削加工性能，模鍛件需要進行表面處理，去除在生產過程中形成的氧化皮、所沾油污與其他表面缺陷等。3.2.4.3 輔助工序粗加套筒兩端面之前應有鍛件和熱處理（退火）加工；精加工后，安排去毛刺、清洗和終檢工序。3.2.5 確定工藝路線表3.3氣缸套機械加工工藝路線工序號工序容定位基準10鍛造20熱處理-退火30粗車左端端面外圓、右端面面40粗車右端面，40孔和80孔外圓、左端面50粗車外圓與寬14mm的槽孔、左端面60鉆3*6孔孔、外圓、左端面70半精車40孔和80孔外圓、左端面80半精車90外圓孔、左端面90精車40孔和80孔外圓、左端面100精車90外圓110去毛刺120檢驗130入庫3.3 加工設備與工藝裝備的選用機床和工藝裝備的選擇應在滿足零件的加工工藝的需求和可靠地保證零件加工質量的前提下，與生產批量和生產節(jié)拍相適應，并應優(yōu)先考慮采用標準化的工藝裝備和充分利用現有條件，以降低生產準備費用。套筒產類型為大批生產，可以選用高效的專用設備和組合機床，也可選用通用設備，所選用的夾具均為專用夾具。各工序加工設備與工藝裝備的選用見表 3.4.表3.4 加工設備與工藝裝備工序號工序容加工設備工藝裝備10鍛造20熱處理-退火30粗車左端端面CA6140車床游標卡尺、YG車刀、專用夾具40粗車右端面，40孔和80孔CA6140車床游標卡尺、YG車刀、專用夾具50粗車外圓與寬14mm的槽CA6140車床游標卡尺、YG車刀、專用夾具60鉆3*6孔Z525游標卡尺、麻花鉆、專用夾具70半精車40孔和80孔CA6140車床游標卡尺、YG車刀、專用夾具80半精車90外圓CA6140車床游標卡尺、YG車刀、專用夾具90精車40孔和80孔CA6140車床游標卡尺、YG車刀、專用夾具100精車90外圓CA6140車床游標卡尺、YG車刀、專用夾具110去毛刺120檢驗130入庫3.4 加工余量、工序尺寸和公差的確定1、工序90-精車40孔和80孔、工序70-半精車40孔和80孔和工序40-粗車右端面，40孔和80孔查表可知，基孔制7、8、9級孔的加工余量可得，40孔的精車余量；粗車余量；半精車余量。查表可知，孔的加工方案的經濟精度和表面粗糙度，可依次確定各加工工序尺寸的加工精度等級，粗車：IT12；半精車：IT10；精車：IT7。根據上述結果，再查標準公差數值表可確定各工序的公差值，粗車：0.16；半精車：0.048：精車：0.025。綜上所述，按入體原則確定工序工步的工序尺寸公差，粗車：，半精車：；精車：。3.5 切削用量的計算1、工序60-鉆3*6孔機床：Z535立式鉆床 刀具：根據機械加工工藝手冊表10-61選取高速鋼麻花鉆61)進給量 取f=0.13mm/r2)切削速度V=2434m/min. 取V=30m/min3)確定機床套筒轉速ns= 1194r/min與1194r/min相近的機床轉速為1450r/min?，F選取=1450r/min。所以實際切削速度=2、工序90-精車40孔和80孔1) 切削深度 單邊余量為Z=0.5mm 2) 進給量 根據機械加工工藝手冊取f=0.8mm/r3) 計算切削速度其中：=342, =0.15,=0.35, m=0.2。修正系數見切削手冊表1.28,即=1.44 ,=0.8 ,=1.04 ,=0.81 ,=0.97。所以 1.440.81.040.810.97=89m/min 4) 確定機床套筒轉速ns=404r/min與404r/min相近的機床轉速為400r/min?，F選取=400r/min。所以實際切削速度=3、工序100-精車90外圓1) 切削深度 單邊余量為Z=0.5mm 2) 進給量 根據機械加工工藝手冊取f=0.8mm/r3) 計算切削速度其中：=342, =0.15,=0.35, m=0.2。修正系數見切削手冊表1.28,即=1.44 ,=0.8 ,=1.04 ,=0.81 ,=0.97。所以 1.440.81.040.810.97=89m/min 4) 確定機床套筒轉速ns=944r/min與944r/min相近的機床轉速為1000r/min?，F選取=1000r/min。所以實際切削速度=4. 專用鉆床夾具設44.1 夾具設計任務為了提高勞動生產率，保證加工質量，降低勞動強度，需要設計專用夾具。為工序60-鉆3*6mm孔設計鉆床專用夾具，所用機床為Z525鉆床，大批生產類型。4.1.1 工序尺寸和技術要求加工套筒孔3*6mm，孔的軸線對孔400+0.025軸線的垂直度要求為0.1mm，位置度要求為0.2mm，A面的尺寸為15±0.3，表面粗糙度為Ra3.2m。4.1.2 生產類型生產類型為大批量生產。4.2 擬定夾具結構方案與繪制夾具草圖4.2.1 確定工件定位方案，設計定位裝置我們所加工的孔為圓周均布的3個孔，因此需要我們設計回轉盤，同時我們采用80端面和40孔定位，因此為了方便我們采用心軸定位，把心軸和回轉盤做成一體進行定位，心軸的端面定位工件的80端面，限制3個自由度，40用心軸的40外圓定位限制2個自由度，具體的定位方案如圖4.1所示：圖4.1定位方案4.2.2 確定工件的夾緊方案，設計夾緊裝置由于工件的批量為中批量生產，為了裝卸方便，我們采用螺旋壓緊，在螺旋壓緊的螺母里面采用開口墊圈，這樣可以在我們松開工件的時候，稍微旋轉下螺母，便可抽出開口墊圈，即可順著心軸取出工件。具體如圖4.2所示：圖4.2夾緊方案4.2.3 確定導向方案，設計導向裝置為了確定刀具相對于工件和位置，夾具上應設置導向元件鉆套，由于需要鉆孔3-6孔這一個工步，采用固定鉆套較為經濟，鉆孔的位置精度也較高。鉆套安裝在鉆模板上，鉆模板采用固定式鉆模板，鉆模板與工件要留有排屑空間，以便于排屑，因為我們采用分度裝置后，導致鉆模板和要加工的工件的距離變長，這樣排屑足夠長，但是這樣也會有所不足，就是因為導向的距離過長，導致鉆頭的剛性會產生一些問題，但是由于3個一起加工，沒有比這更好的分度方法，我們只能用標準的較長的固定鉆套來導向，以彌補鉆套的底面到工件加工孔的距離較遠的不足固定鉆套具體形狀如圖4.3所示：圖4.3導向方案4.3 繪制夾具裝配總圖鉆模的裝配總圖上應將定位心軸、鉆模板與夾具體的連接結構表達清楚。夾具裝配總圖如圖4.4所示。其中定位心軸與夾具體采用過渡配合，用螺母固定。鉆模板與夾具體用兩個銷釘、兩個螺釘連接。夾具裝配時，待鉆模板的位置調整后再擰緊螺釘，然后配麻花鉆，打入孔。4.4 夾具裝配圖上標注尺寸、配合與技術要求1、夾具體的最大輪廓尺寸為100mm、100mm、190mm.2、標注關鍵件的配合尺寸關鍵件的配合尺寸標注如圖4.4所示，、。圖4.4夾具裝配總圖小 結從這次的課程設計當中，讓我了解到一個零件是如何從鑄造到被加工出來，先是要選擇材料和工件的制造方式，再到毛坯的各加工路線和加工工藝的選擇，最后通過對各工序設計專用的夾具，以便提高生產效率，降低工作強度，更快、更多地加工更多的零件出來。很感老師在本次課程設計中對我的幫助，為我講明了思路，在我遇到難題時為了排憂解難，同時通過這次課程設計，我學會了去如何查找相關的資料，如何去設計一個工序的專用夾具等等，雖然在其中遇到很多困難，但是我們都把它們解決了，并完成了本次的課程設計，不僅學到了更多專業(yè)的知識，同時為我們的畢業(yè)設計打下了基礎。參考文獻1盧秉恒.機械制造技術基礎M.：機械工業(yè),2007.12.2金捷.機械制造工藝與裝備M.：師大學,2011.9.3徐嘉元.機械制造工藝學：含機床夾具設計M.：機械工業(yè)，1999.12.4許香谷.金屬切削原理與刀具M.：大學，1992.5修.機械制造工藝學M.：機械工業(yè)，2011.12.6娟，武炳，仲麗.機械制造基礎M。：大學，2015.12.7洪濤，錫渠.機械制造工藝與設備M.：高等教育.8立德.機械制造技術基礎課程設計M.：高等教育.9世昌，旦，冠偉.機械制造技術基礎M.：高等教育.10王先逵.機械制造工藝學M.：機械工業(yè).2006.11敬娜，白日欣，焦新境.工程機械用液壓缸加工工藝分析J.工業(yè)技術，2016（6）.12杜新峰，延萍.套筒類零件加工工藝處理與分析J.科技創(chuàng)新與應用，2013（1）.13汪小平.薄壁套筒零件的加工工藝分析J.文理學院學報,2008（6）.14益民.機械制造工藝設計簡明手冊M.：機械工業(yè)，2002.15成大先.機械設計手冊M.：化學工業(yè)，2002.16陸錫永.輕工機械制造工藝學M.：中國輕工業(yè).