机械制造基础课程设计

目录

一前言

二分析研究零件图纸，进行工艺审查三确定生产类型和工艺安排的基本倾向四选择毛坯

五拟定工艺路线

六工序分析

七专用夹具的设计

八总结

九参考文献

前言

这次课程设计是机械制造与自动化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。

由于本人水平有限，设计还有许多不足之处，希望老师给予批评和指正！

（二）分析研究零件图纸，进行工艺审查

1 零件结构特点

套管的主要加工表面是管的内表面和外表面。因为这是与其他零件直接接触的表面，对加工及加工精度有很大的影响

该套管零件，是由三个通孔、两个外圆、两个端面和一个槽组成的，是一个比较简单的加工零件。

套管零件是机械中常见的一种零件，通常起用于带电导体穿过或引入与其电位不同的墙壁或电气设备的金属外壳，起绝缘和支持作用的一种绝缘装置。

由于它们功用不同，套筒零件的结构和尺寸有着很大的差别，但结构上仍有共同特点：零件的主要表面为同轴度要求较高，零件大部分都比较小但是根据不同的场合的应用有稍大的比如说用于油井的套管就比较大。

2 材料分析

该零件材料选用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。

3 零件的总体分析

综上所述，该零件主要是保证管道不受损坏，防止泄漏和便于修理。主要加工部位有Φ80mm、Φ60mm的外圆、两端面、Φ48mm的轴向通孔、2个Φ6mm的轴向通孔、Φ6mm的径向孔、10×55的槽、倒角。其中Φ60mm的外圆、Φ48mm的

轴向通孔、端面、键槽表面粗糙度要求较高，要求达到1.6，其余的只需6.3。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。

（三）确定生产类型和工艺安排的基本倾向

1 生产类型

成批生产

2 设备选择

通用设备和专用工装

3 工艺手段

常规工艺

4 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

5 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。

6 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。

（四）选择毛坯

1 确定毛坯

本零件选择的成批生产，还有零件加工表面与飞加工表面的技术要求，零件材料的工艺特性，以及零件对材料组织和性能的要求，选择毛坯的制造方式为铸造。锻造虽然能到达这样的形状要求，但是成本高。铸造可以成批生产和大批量生产，成本较低，也能知道出这样形状的零件铸件采用金属型铸造精度可达到3.2-10，因此毛坯的加工余量比较小。

毛坯如图所示：

（五）拟定工艺路线

1 选择定位基准面

粗基准的选用：（1）选择要求加工余量晓得而均匀的重要表面

（2）某些表面不需加工，则应该选择其中与加工表面

有相互位置精度要求的表面为粗基准。

（3）选择比较平整、光滑、有足够大面积的表面为粗

基准。

（4）粗基准在同一定位方向上只允许在零件加工工序

中使用一次。

所以选用下表面为粗基准面。由于上表面加工精度较高，而且和下表面有相对的位置精度平行，所以选择上表面为精基准面。

2 确定加工方法及加工方案

加工表面加工方法加工方案表面粗糙度

6.3

底面铣粗铣-半精铣

-精铣

上表面铣粗铣 1.6

φ车粗车-半粗车

60

外圆表面

1.6

-精钻

φ车粗车 6.3

80

外圆表面

φ钻粗钻-半精钻

1.6

径向圆内表面

48

-精钻

φ钻钻 6.3径向孔

6

φ钻钻 6.3轴向孔

6

1.6

键槽铣粗铣-半精铣

-精铣

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：

工序10：铸造毛坯

工序20：铣下表面

工序30：换头铣上表面粗铣-半粗铣-精铣

工序40：钻轴向φ6的孔

工序50：旋转45度角再钻一个

工序60：钻径向φ6的孔

工序70：钻打孔φ48 粗钻-半精钻-精钻让表面粗糙度达到要求工序80：车外圆φ60 粗车-半精车-精车让表面粗糙度达到要求工序90：车φ80大圆

工序100：铣键槽

工序110：倒角1x45

工序120：清洗

工序130：终检

工序140：包装入库

方案二：

工序10：铸造毛坯

工序20：同时铣上下表面铣双端面粗

工序30：钻轴向φ6的孔

工序40：旋转45度角再钻一个

工序50：钻径向φ6的孔

工序60：钻打孔φ48 粗钻-半精钻-精钻让表面粗糙度达到要求工序70：车外圆φ60 粗车-半精车-精车让表面粗糙度达到要求工序80：车φ80大圆

工序90：铣键槽

工序10：倒角1x45，去毛刺

工序11：终检，包装入库

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。

（六） 工序分析

1 铣2端面

铣上端面和下端面两处

机床：X6132 （1）铣端面

使用高速钢端面铣刀，加工余量4mm ，齿数Z=18. 查表得，没齿进给量：0.06mm

所以 r Z a f f /mm 08.11806.0.=?== 根据《金属机械加工工艺人员手册》 表 10-147

min /0.33mm v c =

背吃刀量：mm a p

1=

确定主轴转速：

min /300min /35

3310001000r r d v n w c s =??==ππ

切削工时：

min 15.008

.13000

34721=?++=++=

nf l l l t

（2） 钻孔

钻2个φ6的轴向孔 ，一个φ6的径向孔，主要大通孔15

.0048+φ表面粗糙度

为1.6

查表算得： r mm f /62.0= min /18m v = 确定主轴转速：

min /2.104min /55

18

10001000r r d v n w c s =??==

ππ 查机床说明书，取n=100r/min,所以实际切削速度为

min /3.17min /1000

100

551000

m m n d v w

w =??=

=

ππ

切削工时：

min 26.062.01000

88211=?++=++=nf l l l t

min 97.062.01000

060212=?++=++=nf l l l t

min 29.162

.01000

080213=?++=++=

nf l l l t

（3）车外圆

机床：C6140刀具：刀片材料YT15，刀杆尺寸16mm ×25mm ，?=90r k ，?=150γ，

?=80α，mm 5.0=εγ

1.计算切削用量 1）确定最大加工余量：两端都要加工，故此时两边最大的加工余量可按Z=5.5mm 考虑。p a =3.5mm 。

2）确定进给量f:根据《切削手册》表1.4，当刀杆尺寸为16mm ×25mm ，p a ≥3.5mm ，工件直径为140mm 时。

f=0.5~0.7mm/r 按C6140车床说明书取f=0.5mm/r 3)计算切削速度：按《切削手册》表1.27，切削速度的计算公式为（寿命T=60min ）

v y x p m v c k f

a T C v

v

=

ν

式中，

v 2.0,35.0,15.0,242k m y x C v v v 。====见

《切削手册》表1.28，即

44.1=v M k ，8.0=sv k ，04.1=v k k ，81.0=krv k ，97.0=v B k 所以23.112=c

v m/min

4)确定机床主轴转速：

min /78.254min /1523

.11210001000r r D v n s =??==

ππ

按机床说明书，与254.78r/min 相近的有250r/min ，300r/min ，现在取250r/min 。

计算切掉工时：按《工艺手册》表6.2—1，取

mm l 302601==

，mm l 402

802==，mm l 32=，03=l

min 26.0min 51.02500

330211=?++=++=f n l l l t w

min 34.0min 51

.02500

340212=?++=++=

f n l l l t w

（4）铣槽

铣槽10mm ×80mm ×55mm 机床：X6132

使用高速钢铣刀，直径D=35mm ，齿数Z=18. 根据《金属机械加工工艺人员手册》 表 10-67 查表得，没齿进给量：0.06mm

所以 r Z a f f /mm 08.11806.0.=?== 根据《金属机械加工工艺人员手册》 表 10-147

min /0.33mm v c =

背吃刀量：mm a p

1=

确定主轴转速：

min /300min /35

33

10001000r r d v n w c s =??==

ππ

切削工时：

min 18.008

.13000

35521=?++=++=

nf l l l t

（七）专用夹具设计

设计要求

本次设计的专用夹具为铣两端面平面夹具。

首先对专用夹具进行定位原理分析：

本工件在加工顶面螺纹孔平面时采用一面两孔作为定位基准，易于做到工艺过程中的基准统一，保证工件的相对位置精度，且具有支撑面大，支撑刚性好等优点；

本工件采用底面和一对对角工艺孔作为定位基准，工件底面为第一定位基准，限制了x 、y 方向转动，z 方向移动三个自由度；圆柱销为第二定位基准限制了x 、y 方向移动两个自由度；菱形销为第三定位基准，它和圆柱销联合限制了z 方向转动自由度，所以此定位方案符合六点定位原理，采用对称压板将工件压紧。夹具主要设计过程如下：

夹具设计的有关计算

1. 确定两销中心距及尺寸公差（中心距公差需采用对称公差的标注形式）

两销中心距基本尺寸Ld ＝两孔中心距基本尺寸D L =2

210880+=134.4mm ，公

差按划线等级取0.4mm

两销中心距的尺寸公差TLd ＝（1/3～1/5）TLD =1/4?0.4=0.10mm 两销中心距尺寸及公差的标注：Ld ±δLd/2=134.4±0.05mm 2. 确定圆柱销的尺寸及公差

圆柱销直径的基本尺寸d 1＝工件孔1的最小极限尺寸min 1D =10.5mm

圆柱销按g6制造（T=0.011mm ）

即1d =Φ006

.0017.05.10--mm

3. 查表确定削边销尺寸b 及B b=4mm B=10.5-2=8.5mm

4. 确定削边销的直径尺寸及公差

δmin 2=21min )d (d b T T d D ?-+=5.104

)006.01.04.0(?-+=0.188mm

按h6级确定公差：2d =Φmm 188

.0199.05.10--

5. 计算定位误差——目的是分析定位方案的可行性

因为定位方向与加工尺寸方向垂直，且被加工表面无尺寸公差要求，为次要加工表面，只要保证粗糙度为Ra12.5，故只需进行转角误差计算即可。

()()"34

.1342017.0018.0199.0018.02max 2max 1≈?+++=+=?arctg

L X X arctg θ

?2θ?="6

转角误差很小，符合定位要求，可以使用。

夹具结构设计及操作简要说明

1、工件夹紧方式的确定

从夹紧动力源选择：手动夹紧 确定主夹紧机构： 螺栓压板 2、结构设计及操作说明

本夹具按底面一面两孔定位，可以限制6个自由度，属于完全定位方式。工件加工出了2个工艺孔，分别以圆柱销和菱形销定位，工件靠压板用螺栓和螺母压紧，夹具靠两个定位键定位和两个U 型槽与铣床链接

总结

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.

参考文献

［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