设计杠杆零件的机械加工工艺规程(大批量生产).doc

机械制造工艺学
课程设计说明书

设计题目 设计“杠杆”零件的机械加工工
艺规程（大批量生产）

系 别：
专 业：
设 计 者：
指导老师：

三 明 学 院
2009 年 6 月 12 日

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机械制造工艺学课程设计任务书

题目：设计“杠杆”零件的机械加工工艺规程（大批量生产）
内容：1.零件图 1张
2.毛坯图 1张
3.机械加工工艺过程卡片 1张
4.机械加工工序卡片 9张
5.课程设计说明书 1份

班 级：
设 计 者：
指导教师：

三明学院
2009 年 6 月 12 日

目 录

序言 ……………………………………………………………………………… 2
一、零件的分析 …………………………………………………………………… 3
（一）零件的作用 …………………………………………………………… 3
（二）零件的分析 …………………………………………………………… 3
二、工艺规程设计 …………………………………………………………………… 4
（一）确定毛坯的制造形式 …………………………………………………… 4
（二）基面的选择 …………………………………………………………… 4
（三）制定工艺路线 ………………………………………………………… 5
（四） 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 ……………………… 8
（五）确定切削用量及基本时 ………………………………………………… 11
三、总结 …………………………………………………………………………… 26
四、参考文献 ……………………………………………………………………… 26

序言
机械制造工艺学课程设计是我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业课之后进行的。这是我们在进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练，因此，它在我们大学生活中占有重要的地位。

一、零件的分析
（一）零件的作用
题目所给的零件是CA1340自动车床上的杠杆（见附图），它位于自动车床的自动机构中，与灵活器配合使用，起制动的作用。
（二）零件的工艺分析
杠杆共有三组加工表面，它们之间有一定的位置要求，现分述如下：
1、以Φ6H7mm孔为中心的加工表面
这一组加工表面包括：两个Φ6H7mm的孔，粗糙度为Ra1.6；尺寸为20mm且与两个孔Φ6H7mm相垂直的四个平面，粗糙度为Ra6.3。其中，主要加工表面为两个Φ6H7mm的孔。
2、以Φ20H7mm孔为中心的加工表面
这一组加工表面包括：一个Φ20H7mm的孔及其倒角，粗糙度为Ra1.6；两个与Φ20H7mm孔垂直的平面，粗糙度为Ra3.2；一个中心轴线与Φ20H7mm孔中心轴线平行且相距8mm的圆弧油槽；还有一个与Φ20H7mm孔垂直的油孔Φ4mm，并锪沉头孔。其中，Φ20H7mm孔及两端面为主要加工面。
3、以Φ8H7mm孔为中心的加工表面
这一组加工表面包括：两个Φ8H7mm的孔，Ra1.6；一个槽和一个M4mm的螺纹孔。其中，主要加工表面为Φ8H7mm孔。
这三组加工表面之间有一定的位置要求，主要是：
（1）Φ6H7mm孔与Φ20H7mm孔具有平行度，公差为0.06mm。
（2）Φ8H7mm孔与Φ6H7mm孔具有平行度，公差为0.08mm。
由以上分析可知，对于这三组加工表面而言，可以先加工一面一孔，以它们为精准加工其它表面，并且可以保证加工面之间的位置精度要求。另外，该零件结构简单，工艺性好。
二 、工艺规程设计
（一）确定毛坯的制造形式
零件的材料为球墨铸铁QT45-5。考虑到零件结构简单，工艺性好，在工作过程中受力不大及没有经常承受交变载荷，因此，应该选用铸件。由于零件以达到大批生产的水平，而且零件的轮廓尺寸不大，重量在12kg以下，故可采用机械造型中的金属模铸造。这从提高生产率，保证加工精度上考虑，也是应该的。
（二）基面的选择
基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。
（1）粗基准的选择。按照有关粗基准原则，应以Φ32mm外圆柱面为粗基准面（两个短V形块定位），限制4个自由度，用不加工面（挡销定位，见夹具装配图）限制一个移动的自由度，再用Φ8H7mm孔的外圆面（支撑钉定位）限定一个转动的自由度，达到完全定位。
（2）精基准的选择。
对于本零件属于通孔零件可以中心孔作为统一基准，由于加工过程中，作为定位基面的中心孔因钻出孔而消失，为了在加工后还能用中心孔作为定位基准面，工艺上采用以下三种方法：a、当中心孔直径较小时直接在孔口倒出不大于2mm的60°内锥面来代替中心孔。b、当轴有圆柱孔时可采用锥堵，轴孔锥度较小时，取锥堵锥度与工件两端定位孔锥度相同。c、当轴通孔锥度较大时，采用带锥堵的心轴来保证定位精度。
精加工外圆时也可用外圆本身定位，即安装工件时以支承轴颈本身找正。
精基准选择的原则有：基准重合原则、基准统一原则、互为基准原则和自为基准原则。在选择时，主要应考虑基准重合的问题。。
（三）制定工艺路线
制定工艺路线的出发点，应该是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已确定为大批生产的条件下，可以考虑采用万能性机床配以专用夹具，并尽量使工作集中来提高生产率。除此以外，还应当考虑经济效率，以便使生产成本尽量下降。
1、工艺路线方案一
工序1 粗铣、半精铣、精铣Φ20H7mm孔端面A。
工序2 粗铣、半精铣Φ6H7mm孔的四个端面及Φ20H7mm孔端面B，精铣端面B。
工序3 钻Φ4油孔、锪Φ8mm沉头孔。
工序4 同时钻Φ6mm，Φ8mm孔和R3mm圆弧油槽。
工序5 粗铰Φ6mm，Φ8mm，扩Φ19.8mm孔,选用高速钢扩钻,d=19.8mm.
单边切削深度a=0.9mm.
根据有关资料介绍,利用扩钻进行扩孔时,其进给量和切削速度与钻同样尺寸的实心孔时的进给量和切削速度之关系为:
F=(1.2∽1.8)f钻
U=(1/2 ∽1/3)U钻
式中, f钻、U钻----加工实心孔的切削用量.
现已知
f钻=0.5mm/r 《简明手册》
U钻=0.35m/s=21m/min 《简明手册》
并令
f=1.5f钻=1.5×0.5=0.75 (mm/r)
U=0.4U钻=0.4×21=8.4 (mm/min)
n=1000u/πd=1000×8.4/(π×19.8)=135.04(r/min)
按机床使用说明书取n=140r/min,所以实际切削速度为：
U=πd n/1000=π×19.8×140/1000=8.71(m/min)
切削工时：查《工艺手册》表15-8可得,L1=11.5mm,L2=3mm,则扩钻Φ19.8mm孔的机动工时为：
T=(L+L1+L2)/f n=(80+11.5+3)/(0.81×140)=0.83(min)

工序3: 粗铰、 精铰Φ20H7mm孔,锪Φ20H7mm孔两端倒角1×45°。选用Z5125立式钻床。
1.粗铰Φ19.94mm两孔，选用硬质合金铰刀,d=19.94mm。
单边切削深度a=Z/2=0.14/2=0.07mm。
查《工艺手册》表14-60，f=1∽2mm/r，按机床使用说明书取f=1mm/r.
查《工艺手册》表14-60，取U=45m/min,则
n=1000u/πd=1000×45/(π×19.94)=718(r/min)
按机床使用说明书取n=680r/min,所以实际切削速度为：
U=πd n/1000=π×19.94×680/1000=42.60(m/min)
切削工时：查《工艺手册》得L1=1.10mm,L2=22mm,则粗铰Φ19.94mm孔的机动工时为：
T=(L+L1+L2)/f n=(80+1.10+22)/(1×680)=0.152(min)
2.精铰Φ20H7mm的孔，选用硬质合金铰刀,d=20H7mm。
单边切削深度a=z/2=0.06/2=0.03mm。
查《工艺手册》表14-60，，按机床使用说明书取f=1mm/r.
查《工艺手册》表14-60，取U=60m/min,则
n=1000u/πd=1000×60/(π×20)=954.9(r/min)
按机床使用说明书取n=960r/min,所以实际切削速度为：
U=πd n/1000=π×20×960/1000=60.3(m/min)
切削工时：查《工艺手册》得L1=1.05mm,L2=22mm,则精铰Φ20H7mm孔的机动工时为：
T=(L+L1+L2)/f n=(80+1.05+22)/(1.0×960)=0.107(min)
3.锪Φ20H7mm孔两端倒角1×45°,选用Z5125立式钻床，90°锥面锪钻,d=25mm。
查《工艺手册》表14-48，f=0.10∽0.15mm/r,按机床试用说明书取f=0.13mm/r.
为了缩短辅助时间，取锪沉头孔的主轴转速与铰孔相同，即n=960r/min。
工序4： 粗铣，半精铣，精铣Φ6H7mm孔的四个端面。选用机床：Ｘ61W万能升降台铣床。
1．粗铣Φ6H7mm孔的四个端面
查《简明手册》表11-21和表12-22，选用硬质合金圆柱铣刀，取铣刀直径d=40mm，Z=6，粗齿。
由于粗铣加工单边余量为2.8mm，小于5mm，故铣削宽度=2.8mm
查《工艺手册》表11-69可知， =0.08~0.12mm/z, 取=0.08 mm/齿。
查《简明手册》表11-28,U=0.75∽1.5m/s，取u=0.75m/s=45m/min,则
=1000u/dπ=1000×45/(40×π)=358.1（r/min）
根据机床使用说明书，查表3.29，取主轴实际转速=380r/min,则实际切削速度
=πd/1000=47.75（r/min）
当=380 r/min时，刀具每分钟进给量应为
= Z=0.08π6×380=182.4(mm/min)
查机床使用说明书，取实际进给速度=205mm/min,则实际进给量
= /Z=205/（6×380）=0.09(mm/Z)
切削工时：查《工艺手册》表15-14，切入长度L1=10.5mm,超出长度L2=2mm。于是行程长度为L0＋L1＋L2，则粗铣四个端面的机动工时为
Tm= 4（L0＋L1＋L2）/= 4×（20＋10.5＋2）/205=0.64(min)
2．半精铣Φ6H7mm孔的四个端面
查《简明手册》表11-21和表12-22，选用硬质合金圆柱铣刀，取铣刀直径d=40mm，Z=8，细齿。
由于半精铣加工单边余量为0.7mm，故铣削宽度=0.7mm
查《工艺手册》表11-69可知，f =1.0~1.6mm/r, 取f=1.0mm/r。
查《简明手册》表11-28,U=0.75∽1.5m/s，取u=1m/s=60m/min,则
=1000u/dπ=1000×60/(40×π)=477.46（r/min）
根据机床使用说明书，查表3.29，取主轴实际转速=490r/min,则实际切削速度
=πd/1000=61.58（r/min）
当=490r/min时，刀具每分钟进给量应为
= f=1.0×380=490(mm/min)
查机床使用说明书，取实际进给速度=510mm/min,则实际进给量
f= /=510/490=1.04(mm/r)
切削工时：查《工艺手册》表15-14，切入长度L1=10.5mm,超出长度L2=2mm。于是行程长度为L0＋L1＋L2，则粗铣四个端面的机动工时为
Tm= 4（L0＋L1＋L2）/= 4×（20＋10.5＋2）/510=0.26(min)
工序5：钻、粗铰、精铰Φ6H7mm两孔。选用Z5125立式钻床。
1.钻d=Φ5.8mm两孔，选用高速钢麻花钻,d=5.8mm。
单边切削深度a=d/2=5.8/2=2.9mm。
查《简明手册》表11-10，f=0.18∽0.22mm/r,按机床试用说明书取f=0.22mm/r.
查《简明手册》表11-12，取U=0.2m/s=12m/min,则
n=1000u/πd=1000×12/(π×5.8)=658.6(r/min)
按机床使用说明书取n=680r/min,所以实际切削速度为：
U=πd n/1000=π×5.8×680/1000=12.39(m/min)
切削工时：查《工艺手册》得L1=2.4mm,L2=1.0mm,则钻Φ5.8mm两孔的机动工时为：
T=2×(L+L1+L2)/f n=2×(12+2.4+1.0)/(0.22×680)=0.21(min)
2.粗铰Φ5.95mm的两孔，选用高速钢铰刀,d=5.95mm。
单边切削深度a=z/2=0.15/2=0.075mm。
查《简明手册》，按机床使用说明书取f=0.81mm/r.
查《简明手册》表11-19，取U=0.173m/s=10.38m/min,则
n=1000u/πd=1000×10.38/(π×5.95)=555.3(r/min)
按机床使用说明书取n=545r/min,所以实际切削速度为：
U=πd n/1000=π×5.95×545/1000=10.19(m/min)
切削工时：查《工艺手册》得L1=1.075mm,L2=11mm,则粗铰Φ6H7mm两孔的机动工时为：
T=2(L+L1+L2)/f n=2×(12+1.075+11)/(0.81×545)=0.11(min)
3.精铰Φ6H7mm的两孔，选用高速钢铰刀,d=6H7mm。
单边切削深度a=z/2=0.05/2=0.025mm。
查《工艺手册》，按机床使用说明书取f=0.81mm/r.
查《简明手册》表11-19，取U=0.22m/s=13.2m/min,则
n=1000u/πd=1000×13.2/(π×6)=700(r/min)
按机床使用说明书取n=680r/min,所以实际切削速度为：
U=πd n/1000=π×6×680/1000=12.8(m/min)
切削工时：查《工艺手册》得L1=1.025mm,L2=11mm,则精铰Φ6H7mm两孔的机动工时为：
T=2(L+L1+L2)/f n=2×(12+1.025+11)/(0.81×680)=0.087(min)
工序6: 钻、粗铰、精铰Φ6H7mm及Φ8H7孔。选用Z5125立式钻床。
1.钻d=Φ7.8mm两孔，选用高速钢麻花钻,d=7.8mm。
单边切削深度a=d/2=7.8/2=3.9mm。
查《简明手册》表11-10，f=0.22∽0.26mm/r,按机床试用说明书取f=0.22mm/r.
查《简明手册》表11-12，取U=0.2m/s=12m/min,则
n=1000u/πd=1000×12/(π×7.8)=489.7(r/min)
按机床使用说明书取n=545r/min,所以实际切削速度为：
U=πd n/1000=π×7.8×545/1000=13.36(m/min)
切削工时：查《工艺手册》得L1=3.4mm,L2=1.0mm,则钻Φ7.8mm两孔的机动工时为：
T=2×(L+L1+L2)/f n=2×(11+3.4+1.0)/(0.22×545)=0.27(min)
2.粗铰Φ7.96mm的两孔，选用高速钢铰刀,d=7.96mm。
单边切削深度a=z/2=0.16/2=0.08mm。
查《简明手册》，按机床试用说明书取f=0.81mm/r.
查《简明手册》表11-19，取U=0.22m/s=13.2m/min,则
n=1000u/πd=1000×13.2/(π×7.96)=527.85(r/min)
按机床使用说明书取n=545r/min,所以实际切削速度为：
U=πd n/1000=π×7.96×545/1000=13.63(m/min)
切削工时：查《工艺手册》得L1=1.08mm,L2=11mm,则粗铰Φ8H7mm两孔的机动工时为：
T=2(L+L1+L2)/f n=2×(11+1.08+11)/(0.81×545)=0.105(min)
3.精铰Φ8H7mm的两孔，选用高速钢铰刀,d=8H7mm。
单边切削深度a=z/2=0.04/2=0.02mm。
查《简明手册》，按机床试用说明书取f=0.81mm/r.
查《简明手册》表11-19，取U=0.278m/s=16.68m/min,则
n=1000u/πd=1000×16.68/(π×8)=663.68(r/min)
按机床使用说明书取n=680r/min,所以实际切削速度为：
U=πd n/1000=π×8×680/1000=17.1(m/min)
切削工时：查《工艺手册》得L1=1.02mm,L2=11mm,则精铰Φ8H7mm两孔的机动工时为：
T=2(L+L1+L2)/f n=2×(11+1.02+11)/(0.81×680)=0.084(min)
工序7：钻Φ4mm油孔，锪Φ8mm圆锥沉头孔。选用Z5125立式钻床与专用夹具。
1.钻Φ4mm的油孔，选用高速钢麻花钻,d=4mm。
单边切削深度a=d/2=4/2=2mm。
查《简明手册》表11-10，f=0.08∽0.13mm/r,按机床试用说明书取f=0.13mm/r.
查《简明手册》表11-12，取U=0.2m/s=12m/min,则
n=1000u/πd=1000×12/(π×4)=954.9(r/min)
按机床使用说明书取n=960r/min,所以实际切削速度为：
U=πd n/1000=π×4×960/1000=12.06(m/min)
切削工时：查《工艺手册》得L1=2mm,L2=1.0mm,则钻Φ4mm孔的机动工时为：
T=(L+L1+L2)/f n=(7+2+1.0)/(0.13×960)=0.08(min)
2.锪Φ8mm圆锥沉头孔，选用锥面锪钻,d=10mm。
查《工艺手册》表14-48，f=0.10∽0.15mm/r,按机床试用说明书取f=0.13mm/r.
为了缩短辅助时间，取锪沉头孔的主轴转速与钻孔相同，即n=960r/min。
工序8：钻M4mm螺纹底孔，攻M4mm螺纹孔。选用Z5125立式钻床与专用夹具。
1.钻M4mm的螺纹底孔Φ3mm，选用高速钢麻花钻,d=3mm。
单边切削深度a=d/2=3/2=1.5mm。
查《简明手册》表11-10，f=0.08∽0.13mm/r,按机床试用说明书取f=0.1mm/r.
查《简明手册》表11-12，取U=0.15m/s=9m/min,则
n=1000u/πd=1000×9/(π×3)=955(r/min)
按机床使用说明书取n=960r/min,所以实际切削速度为：
U=πd n/1000=π×3×960/1000=9.05(m/min)
切削工时：查《工艺手册》得L1=2mm,L2=1.0mm,则钻Φ4mm孔的机动工时为：
T=(L+L1+L2)/f n=(7+2+1.0)/(0.1×960)=0.09(min)
2.攻M4mm的螺纹底孔。
查《工艺手册》表11-49，选用M4丝锥，螺距P=0.7mm，则进给量f=0.7mm/r。
查《工艺手册》表11-94，取U=6.8m/min,则
n=1000u/πd=1000×6.8/(π×4)=541(r/min)
按机床使用说明书取n=490r/min,所以实际切削速度为：
U=πd n/1000=π×4×490/1000=6.16(m/min)
切削工时：查《工艺手册》得L1=2mm,L2=1.4mm,则攻M4mm螺纹孔的机动工时为：
T=(L+L1+L2)/f n=(6+2+1.4)/(0.7×490)=0.055(min)
工序9： 粗铣，半精铣槽。选用机床：Ｘ61W万能升降台铣床。
1．粗铣槽，选用高速钢直齿三面刃铣刀，直径d=100mm，宽度为7mm，Z=20，粗齿。
查《工艺手册》表11-69可知， =0.06~0.12mm/z, 取=0.08mm/齿。
查《工艺手册》表14-77,取u=38m/min则：
=1000u/dπ=1000×38/（100×π）=120.9（r/min）
根据机床使用说明书，查表3.29，取主轴实际转速=125r/min,则实际切削速度
=πd/1000=（π×100×125）/1000=39.27（r/min）
当=125r/min时，每分钟进给量应为
= Z=0.08×20×125=200(mm/min)
查机床说明书，取实际进给速度=205mm/min,则实际进给量
= /Z=205/（20×125）=0.082(mm/Z)
切削工时：查《工艺手册》表15-14，切入长度L1=37.4mm,超出长度L2=3.0 mm。于是行程长度为L0＋L1＋L2，则机动工时为
Tm= （L0＋L1＋L2）/=（22.88＋37.4＋3.0）/205=0.31(min)
2． 半精铣槽，选用高速钢直齿三面刃铣刀，直径d=100mm，宽度为8mm，Z=20，细齿。
精铣的单边切削宽度a=0.5mm.
查《工艺手册》表14-69，f=0.06∽0.12mm/齿,取f=0.06mm/z
查《工艺手册》表14-77，取U=45m/min,则
=1000U/πd=1000×45/（π×100）=143(r/min)
根据机床使用说明书,查表3.29,取主轴转速=125r/min,则实际切削速度
Uc=πd/1000=39(m/min)
当=125r/min时,工作合每分钟进给量为
=fz=1=0.06×125×20=150(mm/min)
查机床使用说明书,取刀具实际进给速度为=166 mm/min,则实际进给量为
f= /z=166/(20×125)=0.0664(mm/z)
切削工时:由粗铣加工可知,刀具行程为L0＋L1＋L2，则机动工时
= L0＋L1＋L2/=（22.8+37.4+3.0）/166=0.39(min)
三、总结
本次课程设计使我感受到了要做一名优秀的工艺设计师不是一件容易的事，这需要我们把学到的各门知识有机的联系起来。经历了此次课程设计，我明白了首先要从全局着手，否则会弄得顾此失彼，辛辛苦苦做得方案到最后一步时才发现不合理于是又得从头开始。这次设计课也锻炼了我的查表的能力，因为整个设计过程几乎是一个查表的过程，总之不查表就无设计可言，因此每天就得翻阅各种设计手册，这为我将来的工作打下了基础。天气变得寒冷起来为了能赶的上进度所以每天要坚持工作，这在无形中锻炼了我的吃苦精神。总之这次课程设计使我受益匪浅。
四、参考文献

1. 哈尔滨工业大学，赵家齐编.机械制造工艺学课程设计指导书.机械工业出版社，2000.10
2. 清华大学，王先逵主编.机械制造工艺学第2版.机械工业出版社，2006.1
3. 蔡安江、张丽等主编.机械工程生产实习.机械工业出版社，2005.3
4. 张伟萍主编.机械制造工艺与装备第二版。中国劳动社会保障出版社，2007
5. 上海柴油机厂工艺设备研究所编.金属切削机床夹具设计手册。机械工业出版社，1984.12
6. 哈尔滨工业大学李益民主编。机械制造工艺设计简明手册。北京：机械工业出版社，1994
7. 艾兴，肖诗纲主编.切削用量简明手册.北京：机械工业出版社，1994
8. 廖念钊等编著.互换性与技术测量第五版.北京：中国计量出版社，2007.6
9. 赵如福主编.金属机械加工工艺人员手册第三版.上海科学技术出版社，1990.10
目 录
第一章 总论 1
第一节 项目背景 1
第二节 项目概况 2
第二章 项目建设必要性 5
第三章 市场分析与建设规模 7
第一节 汽车市场需求分析 7
第二节 市场预测 12
第三节 项目产品市场分析 13
第四节 建设规模 16
第四章 场址选择 17
第一节 场址所在位置现状 17
第二节 场址建设条件 17
第五章 技术方案、设备方案、工程方案 22
第一节 技术方案 22
第二节 设备方案 28
第三节 工程方案 33
第六章 原材料、燃料供应 38
第七章 总图布置与公用辅助工程 39
第一节 总图布置 39
第二节 公用辅助工程 43
第八章 环境影响评价 52
第一节 环境保护设计依据 52
第二节 项目建设和生产对环境的影响 52
第三节 环境保护措施 54
第四节 环境影响评价 56
第九章 劳动安全卫生与消防 57
第一节 劳动安全卫生 57
第二节 消防 64
第十章 节能与节能措施 67
第一节 项目概况 67
第二节 项目综合能耗 69
第三节 节约及合理利用能源的主要措施 71
第十一章 项目实施进度与人力资源配置 76
第一节 建设工期 76
第一节 项目实施进度 76
第二节 生产组织与人员培训 79
第十二章 投资估算与资金筹措 82
第一节 建设投资估算 82
第二节 总投资估算 86
第三节 资金筹措 86
第十四章 财务效益分析 88
第一节 财务评价基础数据与参数选取 88
第二节 销售收入及销售税金估算 89
第三节 成本费用估算 89
第四节 财务评价 91
第五节 不确定性分析 93
第十三章 风险分析 95
第十四章 结论与建议 97
第一节 研究结论 97
第二节 建议 97