套筒课程设计

前言

这次课程设计是机械制造工程学的一个十分重要的学习环节，是对入学以来所学的机械方面的知识进行了一次全面的检查、巩固和提高。这次课程设计是应用所学基础理论、专业知识与技能去分析和解决生产实际问题的一次综合训练。把所学的知识能够综合运用到实际零件的加工中。通过本次设计使我巩固了已学的知识，加深了印象，使自己能够运用所学的机械加工知识解决一些具体的问题。

此次课程设计涉及的知识面有金属切削原理、加工工艺、数值计算、刀具的性能、测量技术、金属切削机床、CAD制图外还涉及到毛坯、金属材料、公差配合及加工设备等多方面的知识。

通过这次课程设计我发现了自己还有许多知识还没有掌握牢固。但更多的是通过这次设计使我提高、巩固、扩大了自己所学到的理论知识与技能，提高自己设计计算、制图、编写技术文件的能力‘学会正确使用技术资料、标准、手册等工具书’并在这次设计中培养了我对机械设计的独立工作能力、初步树立了正确的实际思想，掌握了一定的机械加工设计方法步骤和思路为以后的学习和设计工作打下了良好的基础。同时，也使我体会到了老师平时对我们的谆谆教导、用心良苦。

第一章课程设计任务概述

第一节课程设计的主要内容

本课程设计主要有以下内容：

1)绘制零件图，了解零件的结构特点和技术要求。

2)根据生产类型和所拟定的企业生产条件，对零件进行结构分析和工艺分析。

有必要的话，对原结构设计提出修改意见。

3)确定毛坯的种类及制造方法，绘制毛坯图。

4)拟定零件机械加工工艺过程，选择各工序的加工设备和工艺装备（刀具、夹

具、量具、模具、工具），确定各工序的加工余量和工序尺寸，计算各工序的切削用量和工时定额，并进行技术经济分析。

5)填写机械加工工艺过程卡片，机械加工工序卡片等工艺文件。

6)设计制定工序的专用夹具，绘制装配总图和主要零件图

7)撰写设计说明书。

第二章零件的图样结构分析

零件图：

第一节零件结构特点

零件的技术要求

主要的加工表面为内孔及两端口内外表面。内孔作为油缸零件导向表面，要求有较高的尺寸精度及较低的表面粗糙度，对形状精度要求更严。内孔Φ70作为活塞运动的导向元件，尺寸精度为IT11，不算太高，但表面粗糙度为Ra0.4μm，要求较严，圆柱度要求在1685mm内为0.04mm，有较大的加工难度，两端口处通常与支承件相配合有较高的位置精度要求，两孔口端面对轴线的垂直度为Φ0.04mm。材料为中碳钢无缝钢管，生产批量为小批。

第二节材料分析

该零件材料45#钢。45号钢广泛用于机械制造，这种钢的机械性能很好。但是这是一种中碳钢，淬火性能并不好， 45号钢可以淬硬至HRC42~46。所以如果需要表面硬度，又希望发挥45#钢优越的机械性能，常将45#钢表面淬火(高频淬火或者直接淬火)，这样就能得到需要的表面硬度。应用于应力较大和要求韧性中等的零件。

第三节零件总体分析说明

综上所述，该零件是连接轴的零件，主要用来传递扭矩和承受载荷，是旋转体零件。所以采用45#钢棒料。主要加工部位有Φ90mm、Φ82mm的外圆、两端面、Φ70mm的轴向通孔、槽---、倒角R7、攻螺纹---。其中右端面、Φ90mm的外圆、Φ70mm的轴向通孔、内孔表面粗糙度要求较高，加工时要经过几次工序才能达到。由于该零件要传递扭矩和承受载荷，所以在最后要进行调质处理。改善材料的力学性能，达到使用要求。

第三章毛坯设计

第一节毛胚的选择

该零件的毛坯选择45#钢。零件在进行加工铣削时，由于加工过程，使用余量的大小，如何装夹的问题在设计毛坯时就要仔细考虑好。否则加工将很难进行，选择毛坯时应考虑以下因素：

零件材料的工艺特性，以及零件对材料组织和性能的要求，例如，铸铁和青铜不能制造，只能选铸件；钢质零件的形状不复杂，且机械性能要求不高时，可用棒料；零件形状复杂，机械性能要求不高时，可用铸钢件；机械性能要求高时，宜用锻造件毛坯。

零件的结构形状和外形尺寸：例如，尺寸较大的毛坯，多数采用砂型铸造、自由锻造及焊接等方法制坯。毛坯应有充分、稳定的加工余量。

第二节毛坯尺寸的确定

套筒零件材料为45#钢，硬度为207-241HBW,生产类型为小批量生产。

根据上述原始资料及加工工艺，确定毛坯尺寸如下：

1.外圆表面

考虑到最大外圆直径为Φ90±0.2mm，表面粗糙度值为 6.3，只要求粗加工，此时直径余量2Z=8mm已能满足加工要求。

2.轴线方向长度

经过零件分析，轴线方向总长度为1685±0.2mm，左端面表面粗糙度值为6.3，只要求粗加工，右端面作为设计基准，表面粗糙度要求较高。因此，左端面留的加工余量要比右端面留的加工余量少。

轴线方向长度端面加工余量查《工艺手册》表8—5，其余量值规定为4mm。考虑到左右端面技术要求不同，所以综合各个方面的因素，

经过分析，左端面加工余量为4mm，右端面加工余量为7mm。最终确定毛坯尺寸为Φ98×1692mm。

毛坯图:

第四章零件的工艺方案及加工方案

第一节加工方案的制定

4.1 加工顺序

工件的机械加工工艺路线中，要经过切削加工、热处理和辅助工序。因此，在拟定工艺路线时，必须全面地把切削加工、热处理和辅助工序一起考虑合理安排。

4.1.1 机械加工工序的安排原则

（1）先加工基准面

选择为精基准的表面，应该安排起始工序先进行加工，以便尽快为后续工序提供精基准。这有利于保证加工精度。

（2）划分加工阶段

根据加工质量的要求常划分为粗加工、半精加工、精加工。

由于工件的加工质量要求不是很高，所以划分为粗加工、半精加工、精加工三个阶段。

（3）先面后孔

对于箱体、支架和连杆等工件，应先加工面后加工孔。这是因为平面的轮廓平整，安放和定位比较稳定可靠，若先加工好平面，就以平面定位孔，保证平面和孔的位置精度。此外，由于平面先加工好了，给平面上的孔加工也带来方便，使刀具的初始切削条件能得到改善。

（4）次要表面穿插在各加工阶段进行

4.1.2 热处理工序安排原则

①退火与正火：属于毛坯预备性热处理，应安排在机械加工之前进行。

②时效：为了消除残佘应力，对于尺寸大、结构复杂的铸件需在在粗加工前、后各安排一次时效处理；对于一般铸件在铸造后或粗加工后安排一次时效处理；对于精度要求高的铸件，在半精加工前、后务必安排一次时效处理；对于精度高、刚度差的零件，在粗车、粗磨半精磨后各需安排一次时效处理。

③淬火：淬火后工件硬度提高且易变形，应安排在精加工阶段的磨削加工前

进行。

④渗碳：渗碳易产生变形，应安排在精加工前进行。为控制渗碳层厚度，渗碳前需要安排精加工。

⑤氮化：一般安排在工艺过程的后部、该表面的最终加工之前，氮化处理前应调质。

4.1.3 确定工序集中于分散

(1)工序集中

工序集中就是将零件的加工集中在少数几道工序中完成，每道工序加工内容多，工艺路线短。其主要特点是：

①可以采用高效机床和工艺装备，生产率高；

②减少了设备数量以及操作工人人数和占地面积，节省人力、物力；

③减少了工件安装次数，利于保证表面间的位置精度；

④采用的工装设备结构复杂，调整维修较困难，生产准备工作量大。

(2)工序分散

工序分散就是将零件的加工分散到很多道工序内完成，每道工序加工的内容少，工艺路线很长。其主要特点是：

①设备和工艺装备比较简单，便于调整，容易适应产品的变换；

②对工人的技术要求较低；

③可以采用最合理的切削用量，减少机动时间；

④所需设备和工艺装备的数目多，操作工人多，占地面积大。

在拟定工艺路线时，工序集中或分散的程度，主要取决于生产规模、零件的结构特点和技术要求，有时，还要考虑各工序生产节拍的一致性。一般情况下，单件小批生产时，只能工序集中，在一台普通机床上加工出尽量多的表面；大批大量生产时，既可以采用多刀、多轴等高效、自动机床，将工序集中，也可以将工序分散后组织流水生产。批量生产应尽可能采用效率较高的半自动机床，使工序适当集中，从而有效地提高生产率。

根据上述工序安排的原则，可将套筒的加工顺序安排如下：

第一步，毛坯，

第二步，车左右端面；

第三步，车外圆；

第四步，加工轴向通孔；

第五步，加工径向通孔；

第六步，攻内螺纹；

第七步，检验入库

第二节工艺路线的拟定

4.3 安排加工工艺路线

根据加工顺序的安排和表面加工阶段的划分，可将零件的加工工艺路线安排如下：

方案一：

1)毛坯

2)粗车—半精车—精车右端面，达到表面粗糙度要求，留余量车左端面。

3)掉头车左端面，达到尺寸要求。

4)车Φ90外圆，达到尺寸要求。

5)粗车—半精车—精车Φ82外圆，达到尺寸、表面粗糙度要求。

6)钻—半精镗—精镗Φ70轴向通孔，达到尺寸、表面粗糙度要求。

7)倒角2X27°。

8)粗镗—半精镗—精镗右端面Φ90X8台阶孔，达到尺寸、表面粗糙度要求

9)钻—攻丝内螺纹，达到尺寸要求。

10)清洗

11)终检

12)包装入库

方案二：

1)毛坯

2)粗车—半精车—精车右端面，达到表面粗糙度要求，留余量车左端面。

3)车Φ90外圆，达到尺寸要求。

4)掉头车左端面，粗车—半精车—精车Φ82外圆，达到尺寸、表面粗糙度要求。

5)车外圆，达到尺寸要求。

6)钻—半精镗—精镗Φ70轴向通孔，粗镗—半精镗—精镗右端面

孔，达到尺寸、表面粗糙度要求。倒角2X27°。

7)钻—攻丝内螺纹，达到尺寸要求。

8)清洗

9)终检

10)包装入库

4.4 工艺方案的比较与优先

方案一：这套方案基准低，在钻孔、铣台阶孔，装夹次数很多，这样务必会增加加工的安装误差，安装次数多了，耗费了很多时间，降低了生产效率，且要求工人的技术等级比较高，经济性不高。

方案二：采用这一方案，基准高，一次装夹中能加工面多，且粗、精加工在一次装夹中完成，减少了安装误差。这样便于保证工件的加工质量，提高生产效率。同时，也提高了加工的稳定性和经济性。这套方案是一套可行的方案。

第三节 工序过程分析

下料(45#钢圆棒料，?90×1700mm) 1

备料 无缝钢管切断Φ90×1700 2 热处理 调质处理HB241~285，全长弯曲度<2.5mm

3 粗、精车 软卡爪夹一端，大头顶尖顶另一端，车Φ82mm 外圆到Φ88mm 及Φ88mm ×1.5

工艺螺纹（工艺用）；搭中心架托Φ88mm

处，车端面及倒角；

三爪卡盘夹一端，大头顶尖顶另一端，

调头车Φ82mm 外圆到Φ84mm ；搭中心架

托Φ88mm 处，车另一端面及倒角取总长

1686mm 。

车床

4 精车 镗深孔 一端用M88X1.5mm 螺纹固定在夹具中，另一端搭中心架，半精推镗孔到Φ68mm

精推镗孔到Φ69.85mm

浮动镗刀镗孔到Φ70±

0.02mm,Ra0.32μm

改装的

车床

5 滚压滚压孔,用深孔滚压头滚压孔至

Ra0.32μm

车床

6

7

精镗内孔

检中心架托另一端，镗内锥孔1o30'及车

端面调头,软卡爪夹一端，顶车另一端；

车Φ82h6到尺寸；软卡爪夹一端，中心

架托另一端；切R7槽镗内锥孔1o30'

及车端面取总长1685mm

按图检验

车床

工序：调质

工序：清洗

工序：终检

第四节工艺过程卡（见附录）

第五节工序卡（见附录）

第五章课程小结

本设计在老师的悉心指导和严格要求下业已完成，从课题选择、方案论证到

具体设计和调试，无不凝聚着各位老师的心血和汗水，在学校学习和生活期间，也始终感受着各位老师的精心指导和无私的关怀，我受益匪浅。在此向老师表示深深的感谢和崇高的敬意。

不积跬步何以至千里，本设计能够顺利的完成，也归功于各位任课老师的认真负责，使我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现。正是有了他们的悉心帮助和支持，才使我的课程论文工作顺利完成，在此向全体老师表示由衷的谢意。感谢他们三年来的辛勤栽培。

通过课程设计，是我深深体会到，干任何事都必须耐心、细致、。课程设计过程中，许多计算有时不免令我感到有些心烦意乱；有两次因为不小心我计算错误，只能好不情愿地重来。但是一想起老师平时对我们的耐心教导，想到今后自己应该承担的责任，想到世界上因为某些小失误而出现令世人无比震惊的事故，我就不禁时刻提醒自己，一定要养成一种高度负责、、一丝不苟的良好习惯。这次课程设计使我在工作作风上得到了一次难得的磨练。

我发现了自己所掌握的知识是真正如此的贫乏，自己综合应用所学专业知识的能力是如此的不足，几年来学习了那么的课程，今天才知道自己并不会用。想到这里，我真的心急了。老师对我说，这说明课程设计确实使你收获了。老师的亲切勉励像春雨注入了我的心田，使我更加自信了。

课程设计，我想是我大学里、也是我学生时代中的最后的作业了，这次作业，也是我完成最认真、投入心血最大的一次作业。设计的顺利完成，离不开老师的悉心指导和严格要求，谢谢各位老师！

三年来，在学校和各位老师孜孜不倦的教诲和无微不至的关怀下，我拥有了更加成熟的思想和更加豁达的心胸，也学到了可以独立于社会的一技之长和永不停息的终身学习理念。在此，向各位老师表示诚挚的感谢和崇高的敬意.

第六章参考资料

［1］.郑修本主编?《机械制造工艺学》，北京；机械工业出版社，1999

［2］.陆剑中、孙家宁主编?《金属切削原理与刀具》，北京；机械工业出版社，2005

［3］.许德珠主编?《机械工程材料》，北京，高等教育出版社，2001

［4］.徐圣群主编?《简明机械加工工艺》，上海，上海科学技术出版社，1987

［5］.陈榕林主编《机械设计应用手册》，北京，科学技术文献出版社，1995

［6］.陈立德主编?《机械设计基础》，北京，高等教育出版社，2002

［7］.李益明主编?《机械制造工艺设计简明手册》,北京，机械工业出版社,1993

附录