机械制造核心技术基础优秀课程设计.doc

湖 南 科 技 大 学
《机械制造技术基础》
课 程 设 计

学 生 姓 名：
学 院：
专业及班级：
学 号：
指 导 教 师： 胡忠举

年 月 日

目录

第1章 零件工艺分析····································2
（一） 轴类零件用途·································2
（二） 导杆技术要求·································2

第2章 确定毛坯种类和制造方法··························4
（一）确定毛坯总类··································4
（二）机械加工余量、工序尺寸和毛坯尺寸确实定········4

第3章 工艺路线设计·······································6
（一）定位基准选择··································6
（二）制订工艺路线····································7
（三）工序设计········································8

第4章 选择机床和工艺设备·································10

第5章 确定工序基础余量·································11

第6章 确定切削用量和时间定额·····························14

第7章 小结···············································16

参考文件···················································16

第1章
零件工艺分析

（一）轴类零件用途
此次课程设计零件为一导杆，属轴类零件。轴类零件是旋转体零件，其长度大于直径，通常由同心轴外圆柱面、圆锥面、内孔和螺纹及对应端面所组成。导杆关键用来支承传动零部件，传输扭矩和承受载荷，故其广泛应用于各类机械产品中。

（二）导杆技术要求
1. 导杆技术要求全部技术要求绘制在图中。其表面要求热处理30~36HRC；
a、 孔ɸ20要满足以中心轴线E为基准对称度要求为0.1mm，垂直度要求为0.05mm；
b、轴右端ɸ18要满足以中心轴线E为基准同轴度要求为0.03mm；
c、轴内螺纹孔4xM6-6H满足深度为8，以中心轴线D为基准位置度要求满足 0.3mm。

2. 经过对该零件图重新绘制，知原图样视图正确，尺寸，公差及技术要求齐全。
零件图样分析
（1） 该零件轴段安排是呈阶梯型，其加工精度要求较高，要有较高形位公差，表面粗糙度最高达成了0.4µm。零件中心轴是设计基准和工艺基准。
（2） mm对公共轴线对称度为0.1mm，垂直度为0.05mm。
（3）mm圆柱面对公共轴线同轴度为ɸ 0.025mm。
（4）4M6-6H对公共轴线位置度为ɸ 0.3mm。
（5）零件材料为38Cr。
（8）热处理30~36HRC。
（9）轴大端加工出C3倒角，轴小端加工出C2倒角。
该零件属于轴类零件，它全部表面均需要切削加工，各个表面加工精度和表面粗糙度全部不难取得。该零件除工作表面外，其它表面加工精度较低，经过车削，钻削等一次加工就能够达成加工要求，关键工作表面即使加工精度相对较高，但也在正常生产条件下，采取较经济方法保质保量加工出来，由此可见，该零件工艺性很好。
3.零件工艺分析
（1） 零件毛坯材料为45，是经典轴用材料，综合机械性能良好。该材料是优质合金钢，经调制处理以后含有良好力学性能和切削加工性能。经淬火加高温回火后含有良好综协力学性能，含有较高强度、很好韧性和塑性。
（2） 依据表面粗糙度要求和生产类型，表面加工根围粗加工和精加工。加工时应把精加工和粗加工分开，这么经数次加工以后逐步降低了零件变形误差。
（3） 此零件毛坯为模锻件，外形不需要加工。
（4） 该轴加工以车削为主，车削时应确保外圆同轴度。
（5） 在精车前安排了热处理工艺，以提升轴疲惫强度和确保零件内应力降低，稳定尺寸、降低零件变形。并能确保工件变形以后能在半精车时纠正。
（6） 同一轴心线上各轴 孔同轴度误差会造成轴承装置时歪斜，影响导杆同轴度和使用寿命。所以在车削磨削过程中，要确保其同轴度。

第2章
确定毛坯种类和制造方法

(一) 确定毛坯总类：选择毛坯，确定毛坯，绘制毛坯图
（1）零件分析
该零件材料为38Cr，考虑到车床在加工过程中要常常正反向旋转，该零件在加工过程中要承受载荷作用，所以选择锻件，以使金属纤维尽可能不被切断，确保零件工作可靠。假设为批量生产，零件轮廓尺寸不大，故采取模锻成形来制造毛坯。模锻成形后切边，进行调质，调质硬度适宜，并进行酸洗，喷丸处理。喷丸能够提升表面硬度，增加耐磨性，消除毛坯因脱碳而对机械加工带来不利影响。
(2)设计毛坯图
毛坯图图纸所表示。

(二)确定机械加工余量，毛坯尺寸和公差
参考课程设计指导教程第二章第二节确定模锻毛坯尺寸公差和机械加工余量，查表2-6~表2-9，首先确定下列原因。
1＞锻件公差等级
因为导杆用途和技术要求，确定该零件公差等级为一般级。
2＞锻件质量mf
假设零件成品质量为1.5kg，估算mf=2.5kg。
3＞锻件形状复杂系数S
对导杆零件图进行分析计算，可大致确定锻件外扩长度，宽度，高度。
S=mf/mN
该锻件为长轴形，其最大直径为53.4mm，长248mm，
估量该零件形状复杂系数为S2级。
4＞ 锻件材质系数
因为该导杆材料为38Cr， 38Cr表示含碳量为0.38%合金结构钢，其中Cr平均含量<1.5%，故该锻件材质系数为M1级。
5＞零件表面粗糙度
由零件图可知，除孔ɸ20，轴中部为0.8um，轴左端ɸ40Ra=0.4um以外，其它加工表面Ra>=1.6um.
（1）确定机械加工余量
依据锻件质量，零件表面粗糙度，，形状复杂系数查表2-9，由此查单边余量在厚度方向为1.7~2.2mm，水平方向为1.7~2.2mm,各轴向尺寸单面余量为1.7~2.2mm，孔单面加工余量查表2-10为2.0mm。
轴端面加工余量确实定：
依据轴尺寸长度和零件直径，查工艺手册得端面加工余量为2。
（2） 毛坯尺寸和公差
加工表面
毛坯尺寸
经济精度
单面加工余量
孔ɸ20
ɸ24
IT7
2
轴左端ɸ50
ɸ56
IT7
2及1.7
轴左端面
59
IT10
2及2
轴左端右部
32
IT12
2及2
轴左端ɸ40
ɸ43.4
IT7
2及1.7
轴右端ɸ18
ɸ21.4
IT7
2及1.7
轴右端ɸ13.8
ɸ17
IT6
2及1.7
孔ɸ4
ɸ8
IT9
2
轴右端
24
IT14
2及2
退刀槽

IT9
2及2
右端螺纹

IT6

轴内螺纹孔

第3章
工艺路线设计

（一）定位基准选择
定为基准选择：正确选择定位基准是设计工艺过程中一项关键内容，也是确保加工精度关键，定为基准分为精基准和粗基准，以下为定位基准选择。
（1）粗基准选择
粗基准选择应能确保加工面和非加工面之间位置精度，合理分配各加工面余量，为后续工序提供精基准。所以为了便于定位、装夹和加工，可选轴外圆表面为定为基准，或用外圆表面和顶尖孔共同作为定为基准。用外圆表面定位时，因基准面加工和工作装夹全部比较方便，通常见卡盘装夹。为了确保关键表面粗加工余量小而均匀，应选该表面为粗基准，而且要确保工件加工面和其它不加工表面之间位置精度。
（2）精基准选择
依据减速箱输出轴技术要求和装配要求，应选择轴左端面端面和中间端面为精基准。零件上很多表面全部能够以两端面作为基准进行加工。可避免基准转化误差，也遵照基准统一标准。两端中心轴线是设计基准。选择中心轴线为定为基准，可确保表面最终加工位置精度，实现了设计基准和工艺基准重合。因为两轴面精加工工序要求余量小且均匀，可利用其本身作为基准。

（二）制订工艺路线
本零件加工面由外圆，内孔，外螺纹等，材料为38Cr，参考工艺手册，并依据导杆零件图上个表面尺寸精度和粗糙度确定其加工方法选择以下：
1 左端面：公差等级为IT7，表面粗糙度为1.6um，采取粗车——半精车——精车。
2 右端面：公差等级为IT7，表面粗糙度为3.2um，采取粗车——半精车
3 左端ø50外圆表面：外圆表面粗糙度0.4µm要求，对其加工方案为粗车——半精车——磨削。
4 ø40外圆表面：公差等级为IT7，外圆表面粗糙度为1.6µm，确定其加工方案为：粗车——半精车——精车。
5 ø18外圆表面：公差等级为IT7，表面粗糙度为Ra0.8µm ,确定其加工法案为：粗车——半精车——磨削。
6 退刀槽：直槽车削
7 右端螺纹：加工方法为粗车——半精车——车螺纹
8 左端ø20孔：公差等级IT7，内表面粗糙度为0.8um，采取粗镗——半精镗——精镗
9 右端ø4孔：公差等级为IT7，内表面粗糙度为3.2um，采取粗镗——半精镗
10 螺纹孔（4xM6）：加工方法为钻孔—攻丝
对于轴上孔加工应注意下面两个问题：1应安排在调质以后加工，以免因调质处理变形较大而造成孔加工产生弯曲变形难以纠正，引发轴转动时不平衡。2应安排在外圆粗车或半精加工以后进行，这么能够有一个较正确轴颈作为定位基面，从而确保孔和外圆同心，并使轴壁厚均匀。
加工阶段划分
该导杆加工质量较高，可将加工分为粗加工，半精加工，精加工多个阶段
（1） 粗加工阶段：这一阶段关键目标是采取大切削用量切除部分加工余量，把毛皮加工至靠近工件最终形状和尺寸，只留下合适加工余量。另外还可及早发觉锻件裂缝等缺点，方便立即修补和做报废处理。关键包含：先粗铣导杆左右断面，使后续工序采取精基准定位加工，确保其它加工表面精度要求。
（2） 半精加工阶段：这一阶段关键为了精加工做好准备，尤其是做好基面准备，对于部分要求不高表面应在这一阶段全部完成，达成图样要求技术要求。
（3） 精加工阶段：进行导杆外表面，内孔精铣等。
工序集中和分散
工序合适集中，以降低设备实用更换次数，并尽可能采取通用设备，关键工序必需时采取专用设备。较多采取夹具，在确保质量前提下，尽可能是生产含有较大柔性。
（三） 工序设计
<1> 机械加工工艺
（1） 遵照“先加工基准面，再加工其它表面”标准，首先加工基准———将端面先加工，再钻孔，以定位车表面外圆。
（2） 遵照“先加工平面后加工孔”标准，先加工左右端面来定位加工各个孔。
（3） 遵照“先加工关键表面，后加工次要表面”先加工———车外圆各个表面及钻孔，后加工———退刀槽及倒角。因为次要表面和关键表面之间往往有相互位置精度要求，所以通常应在关键表面达成一定精度后，再以只要表面定位加工次要表面。
（4） 遵照“先安排粗加工工序，后安排精加工工序”标准先安排粗车外圆，粗镗孔，后安排磨削外圆，精镗孔。
<2>热处理工序
铸造后，在切削加工前宜采取正火，能提升盖上杆硬度，消除毛坯内应力，改善其切削性能。在粗加工后进行调质，调至处理使杆达成30~36HRC，调质处理关键使杆取得更高综协力学性能。在精加工以后，进行表面淬火加低温回火，提升其耐磨性和工作中承受冲击载荷能力。
<3>辅助工序
在粗加工和热处理以后，安排校直工序：在半精加工以后，安排去毛刺处理和中间检验工序，零件表面和内部毛刺会影响装配操作和装配质量，甚至影响整机性能，应给予重视。
精加工以后，安排去毛刺，清楚和终检工序。
综合上述，该杆工序安排为：基准加工——关键表面加工及镗孔在粗加工—— 关键表面半精加工和槽加工——热处理——关键表面精加工。
6、确定工艺路线
工艺路线：
下料——铸造——正火——粗车端面，倒角——粗车各外圆——调质处理（30~36HRC）——切槽，镗孔——半精车外圆，端面——中间检验——车螺纹——磨削外圆——去毛刺——最终检验
导杆加工工艺过程
工序
工序名称
工艺过程
机床设备
刀具
01
下料

02
铸造
尺寸ø56x59，ø50x12，ø24x184，

03
热处理
正火

04
粗车左右断面及45°倒角
先粗车左端面，倒角，掉头车右端面，确保导杆长度251.1mm
CA6140
45度刀
05
钻孔
以左右外圆定位，用麻花钻ø20，ø4通孔
CA6140
麻花钻
06
粗车外圆
以孔定位，粗车各外圆
CA6140
60度刀
07
调质处理
调质处理（30~36HRC）

08
镗孔
以外圆定位加工好退刀槽，加工好ø20，ø4通孔
镗床T612
镗刀
09
半精车外圆

CA6140
60度刀
10
半精车端面
半精车左端面确保尺寸250.1mm，调头，车右端面确保250mm
卧式机床C616A

11
中间检验
检验个尺寸是否达成预定要求，方便修正

12
车螺纹

钻床Z515
钻头
13
磨削各外圆面
重新检验各定位是否正确，用磨床磨削外圆
M1412
砂轮
14
去毛刺

15
最终检验

第4章
机床设备选择

1．机床设备选择
在本方案中，导杆生产类型为小批量生产，能够选择较高效率专用机床和通用机床。依据该轴尺寸大小要求，选择车床CA6140，外圆磨M1412，台式钻床Z515，铣床XA6132。
2．工艺装备选择
在小批量生产条件下，所用刀含有通用道具和特殊刀具，量含有游标卡尺、卡尺、塞规等。另外还要用到夹具。

第5章
工序加工余量确实定，工序尺寸及公差计算

1 轴左端ø50外圆表面：外圆表面粗糙度0.4µm要求，对其加工方案为粗车——半精车——磨削。
查工艺手册得：磨削加工余量为0.4,半精车加工余量为1.5，粗车加工余量为4.5，总得加工余量为6.4，所以去总加工余量为6，将粗车加工余量修正为4.1 。
精车后工序基础尺寸为35mm，其它各工序基础尺寸为：
磨削：50+0.4=50.4
半精车：50.4+1.5=51.9
粗车：51.9+4.1=56
确定总加工余量为6
确定各工序加工经济精度和表面粗糙度：由工艺手册查得：精车后为IT7，Ra为0.4µm。半精车后为IT8,Ra为3.2µm，粗车后为IT11,Ra为16µm。
根据加工方法能达成经济精度给各工序尺寸确定公差,查工艺手册可知每道工序经济精度所对应值为：
取磨削经济精度公差等级为IT7，其公差值为T1=0.025mm。
取半精车经济精度公差等级IT8，其公差值为T2=0.039mm。
取粗车经济精度公差等级IT11，其公差值为T3=0.16mm。

工序名称
工序余量（mm）
加工经济精度（mm）
表面粗糙度Ra(µm)
工序基础尺寸(mm)
尺寸、公差(mm)
磨削
0.4
IT7
0.4
50
φ500-0.029
半精车
1.5
IT8
1.6
50.4
Ø50.40-0.039
粗车
4.1
IT11
3.2
51.9
Ø51.90-0.16
铸造

±2

56
ø56±2

2 对于ø40外圆表面：公差等级为IT7，外圆表面粗糙度为1.6µm，确定其加工方案为：粗车——半精车——精车。
由工艺手册查得：精车加工余量为1.1，半精车加工余量为1.5，粗车加工余量为4.5，所以总加工余量为7.1，取加工余量为10，修正粗车余量为7.4 。
精车后工序基础尺寸为40，其它各工序基础尺寸为:
精车：40+1.1=41.1
半精车：41.1+1.5=42.6
粗车：42.6+7.4=50
确定各工序加工经济精度和表面粗糙度：精车后为IT7，Ra1.6µm，半精车后为IT8，Ra3.2µm ，粗车后为IT11，根据各工序所得到经济精度所对应值
精车经济精度公差等级IT7，其公差值T1=0.025mm。
半精车经济精度公差等级IT8，其公差值T2=0.039mm。
粗车经济精度公差等级为IT11，其公差值T3=0.16mm。

工序名称
工序余量（mm）
加工经济精度（mm）
表面粗糙度Ra(µm)
工序基础尺寸(mm)
尺寸、公差(mm)
精车
1.1
IT7
1.6
40
φ400-0.025
半精车
1.5
IT8
3.2
41.1
Ø41.10-0.039
粗车
7.4
IT11
12.5
42.6
Ø42.60-0.16
铸造

±2

50
ø50±2

3 ø18外圆表面毛坯加工余量确实定：表面粗糙度为Ra0.8µm ,确定其加工法案为：粗车——半精车——磨削。
精车后尺寸为18，其它各工序基础尺寸为：
磨削：18+0.4=18.4
半精车：18.4+1.5=19.9
粗车：19.9+4.1=24
确定各工序加工经济精度和表面粗糙度：由工艺手册查得：磨削后为IT7，Ra为0.8µm。半精车后为IT8,Ra为3.2µm，粗车后为IT11,Ra为16µm。
所以ø18总加工余量为24-18=6
工序名称
工序余量（mm）
加工经济精度（mm）
表面粗糙度Ra(µm)
工序基础尺寸(mm)
尺寸、公差(mm)
精车
1.1
IT7
1.6
18
φ180-0.025
半精车
1.5
IT8
3.2
18.4
Ø18.40-0.039
粗车
7.4
IT11
12.5
19.9
Ø19.90-0.16
铸造

±2

24
Ø24±2

4 孔φ20，采取粗镗——半精镗——精镗，第一次粗加工镗至15mm，第二次粗镗加工至18mm，加工余量3mm，半精加工至19.3mm，加工余量为1.3mm，精镗至20mm，加工余量为0.7mm。

工序名称
工序余量
加工经济精度
表面粗糙度
工序基础尺寸
精镗
0.7
IT7
0.8
20
半精镗
1.3
IT9
6.3
19.3
粗镗
3
IT11
Rz>=50
18

第6章
确定切削用量和时间定额

确定切削用量
确定切削用量标准：首先应选去尽可能大背吃刀量，其次在机床动力和刚度许可条件下，又满足以加工表面粗糙度情况下，选择尽可能大进给量。最终依据公式确定最好切削速度。
1、工序04，粗车轴左右端面
该工序为两个工步，工步1是以左边定位。粗车右端面；工步2是以右边定位，粗车左端面。因为这两个工步是在一台机床上经一次走刀加工完成，故其选择切削用量相同。
① 背吃刀量确实定：
依据加工余量，工步1和工步2背吃刀量全部为2mm
② 进给量确实定：
本设计采取是硬质合金车刀，工件材料是38Cr，查表取进给量f＝0.86mm/r
③ 切削速度计算：
硬质合金车刀切削38Cr时，取切削速度V为60m/min，依据公式n=1000Vc/d， 可得车床转速n=1000×60/×35r/min，查表CA6140主轴转速范伟为10~1400，1400~1580（r/min），符合要求。
2、工序06粗车及工序09半精车
该工序为工步1粗车和工步2半精车，则进给量依次为
ap1=z=1.7mm， ap2=z=0.8mm
查表得 粗车 f1=0.86mm/r
精车，取Vc为90m/min，则n=819r/min (n=1000Vc/d)
粗车，取Vc为60m/min，则n=546r/min
3、工序车槽，倒角
1、背吃刀量确实定：
依据加工余量，背吃刀量ap=2.0mm
2、进给量确实定：
本设计采取是硬质合金车刀，工件材料为38Cr，查表取进给量f=0.10mm/r
3、切削速度计算
硬质合金车刀切削38Cr时，取取切削速度为Vc为1.76m/s (n=1000Vc/d)
所需车床转速n=1345r/min，取1350r/min
4、精车外圆面
1、背吃刀量确实定：
依据加工余量，精车背吃刀量ap=0.25mm
2、进给量确实定：
本设计采取是硬质合金车刀，工件材料为38Cr，查表取进给量f=0.45mm/r
3、切削速度计算
硬质合金车刀切削38Cr时，取取切削速度为Vc为2.0m/s (n=1000Vc/d)
所需车床转速n=1494r/min，查表CA6140，主轴转速范围10~1400，1400~1580，怎样要求，取1500r/min
时间定额
时间定额是在一定生产条件下，盛产一件产品或完成一道工序所需要时间，由基础时间Tj，辅助实际Tf，部署工作时间Tw，休息和生理需要时间Tx，准备和终止时间Tz组成。

课程设计小结

经过几天不停努力，身体有些疲惫，但看到劳动后硕果，心中又有几分喜悦。总而言之，感慨良多，收获颇丰。
经过认真思索和总结，机械设计存在以下通常性问题：机械设计过程是一个复杂细致工作过程，不可能有固定不变程序，设计过程须视具体情况而定，大致能够分为三个关键阶段：产品计划阶段、方案设计阶段和技术设计阶段。值得注意是：机械设计过程是一个从抽象概念到具体产品演化过程，我们在设计过程中不停丰富和完善产品设计信息，直到完成整个产品设计；设计过程是一个逐步求精和细化过程，设计早期，我们对设计对象结构关系和参数表示往往是模糊，很多细节在一开始不是很清楚，伴随设计过程深入，这些关系才逐步清楚起来；机械设计过程是一个不停完善过程，各个设计阶段并非简单安次序进行，为了改善设计结果，常常需要在各步骤之间反复、交叉进行，指导取得满意结果为止。
取得这份拥有是我们团体共同努力结果。我们经过默契配合，精细分工，精诚合作，不停拼搏，共同完成了这一艰巨而又光荣任务。
在这里，尤其要感谢一下胡老师。经过她精心指导，我们多了几分激情，少了几分麻烦，多了几分灵感，少了几分忧虑。

参考书籍

一、《机械制造技术基础》 中南大学出版社 胡忠举主编
二、《机械制造技术及课程设计指导教程》 机械工业出版社 邹青 呼永主编