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

1、<p><b>　　設(shè)計說明書</b></p><p>　　本次機械設(shè)計制造工藝課程設(shè)計是在學(xué)完了機械制造工藝學(xué)理論課和大部分專業(yè)課，并進(jìn)行了金工實訓(xùn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的一個教育環(huán)節(jié)。是對所學(xué)課程一次深入的綜合性的復(fù)習(xí)，也是一次理論聯(lián)系實際的適應(yīng)性訓(xùn)練。希望通過這次課程設(shè)計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)計及未來的從事的工作打下一個良好的基礎(chǔ)。</p>

2、<p>　　由于能力所限，設(shè)計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。</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</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)心會在裝夾時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，其不但有對中心軸的平行度要求還有自身的表面粗糙度要求及對軸平面的斜度要求。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>　　因為Φ16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)約了時間。但是C平面是一個比較特殊的面，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。這樣一來就會大大的節(jié)約加工時間和方便加工制造，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)備宜以通用機床為主，輔以少量的專用機床。其生產(chǎn)方式為通用機床加專用夾具為主，輔以少量專用機床的流水線生產(chǎn)。工件在各機床上的裝卸及各機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平面的的加工實際上是在兩個圓

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《機械制造工藝課程設(shè)計指導(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)查得機床的功率為7.5KW，機床的傳動效率一般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>　　工藝文件詳見機械加工工藝過程卡和機械加工工序</

33、p><p><b>　　工藝裝備設(shè)計</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平面的時候，由于其特殊性，需要設(shè)計專門的夾具來加工。</p><p><b>　　確定設(shè)計方案&

34、lt;/b></p><p>　　本道工序中主要是對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)計將圍繞這方面進(jìn)行。</p><p>

35、　　將工件放置于兩個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和圍繞軸的轉(zhuǎn)動。所以需要加一個裝置將其固定。同時要滿足Φ42孔所在平面與水平面成一定角度。由于C平面是關(guān)于軸線對稱的兩個平面，在設(shè)計夾具中解決分度問題成了關(guān)鍵，這里有兩個方案供參考。

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分度裝置上，分度上面設(shè)置兩個特定的卡位。當(dāng)轉(zhuǎn)到其中一個位置時加工一面，加工好了之后再將其轉(zhuǎn)到另外一個位置上加工對稱的那一個面。</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。再用一個螺釘穿過該孔以及工件的Φ16，使其同軸，這樣加工其中一個面，當(dāng)要加工對稱的那一個面的時候?qū)⒐ぜ崔D(zhuǎn)180°即可（工件是對稱結(jié)構(gòu)）。如圖4所示。</p><p>　　在以上的兩個方案中，方案一的優(yōu)點是只裝夾一次，節(jié)省了裝夾時間。缺點是夾持工具太過復(fù)雜，還要用到分度裝置。增加了制造的復(fù)雜性，同時由于結(jié)

38、構(gòu)復(fù)雜，精度難以保證。方案二中，缺點是加工一個零件需要兩次裝夾。優(yōu)點是起結(jié)構(gòu)簡單，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 機械加工工藝過程卡</p><p>

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