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柴油机摇臂轴座工艺课程设计说明书

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2020年5月29日
文档仅供参考
序言

机械制造技术基础课程设计是在学完了机械制造基础和大部分专业课,并进行了生产实习的基础上进行的又一个实践教学环节。这次设计我们能综合运用机械制造基础中的基本理论,并结合生产实习中学到的实践知识,独立地分析和解决了零件机械制造工艺问题,在老师和同学的帮助下,我还对夹具,机床,刀具的的结构和工作原理有了更深的了解,不知不觉中我的图纸分析、结构设计能力都得到了提高,为今后的毕业设计及未来从事的工作打下了良好的基础。
在结束了<机械制造基础>及有关课程的学习后,经过本次的设计使我们所学的知识得到了巩固和加深,并培养了我们学会全面综合地运用所学知识,去分析和解决机械制造中的问题的能力。
由于能力有限,经验不足,设计中还有许多不足之处,希望老师多加指教。

一、零件的工艺分析及生产类型的确定
1．零件的作用
题目所给的零件是195柴油机摇臂轴支座,是柴油机的一个主要零件,.直径为16的孔用来装摇臂, 孔要求的表面粗糙度和位置精度不是很高,工作时与轴相配合工作,起支撑作用。

2．零件的工艺分析
零件的材料为HT200,灰铸铁生产工艺简单,铸造性能优良,但塑性较差、脆性高,不适合磨削,为此以下是零件需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求:
(1)上下底面粗糙度均为6.3,底面与中心的孔的平行度为0.1;
(2)前端面粗糙度为3.2,后端面粗糙度6.3,前后端面与中心的孔的垂直度为0.08;
(3)中心孔为10级精度,采用基孔制配合,粗糙度3.2;
(4)的孔的粗糙度12.5 。
由上面分析可知,能够半精加工下底面后,然后以此作为基准采用专用夹具进行加工,而且保证位置精度要求。再根据各加工方法的经济精度及机床所能达到的位置精度,而且此零件没有复杂的加工曲面,因此根据上述技术要求采用常规的加工工艺均可保证。

3.零件的生产类型
依据设计要求Q=5000台/年,n=1件/台;结合生产实际,备品率α和废品率β分别取10%
和1%代入公式得该工件的生产纲领N=50005000件/年 零件质量为,查表知其属于轻型,生产类型为中批。

二、选择毛坯,确定毛坯尺寸,设计毛坯图
1.选择毛坯
本零件选取的材料是HT200,而且此零件外形较为简单,又属于中批生产,若选砂型手工造型生产,则效率低,铸件质量差,也不宜采用费用高,生产周期长的铸造复杂形状毛坯的熔模铸造,最后确定采用砂型机器造型,它有较高的生产效率,也能满足毛坯质量要求。

2.确定机械加工余量、毛坯尺寸和公差

3.确定机械加工余量

4.确定毛坯尺寸及公差等级
零件尺寸
单面加工余量
铸件尺寸
公差等级
58
1.1
60.2
IT8

1.1
33.2
IT8
H10
1.1

IT10

5.25

IT12

5.设计毛坯图
(1)确定拔模斜度
根据<机械制造工艺设计手册>查出拔模斜度为7o。
(2)确定分型面
由于毛坯形状前后对称,且最大截面在中截面,为了起模及便于发现上下模在铸造过程中的错移因此选前后对称的中截面为分型面。
(3)毛坯的热处理方式
为了去除内应力,改进切削性能,在铸件取出后要做时效处理。

三、选择加工方法,制定工艺路线
1.定位基准的选择
(1)粗基准的选择:
本设计选下底面为主要定位粗基准。
(2)精基准的选择:
考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便,根据零件形状结构和要求可知, 的孔为设计基准,为了避免由于基准不重合而产生的误差,应选择的孔为定位基准,即遵循”基准重合”原则。

2.零件表面加工方法的选择
本零件的加工面有端面、侧面、内孔、小孔及槽等,材料为HT200。以公差等级和表面粗糙度要求,参考有关资料,其加工方法选择如下:
（1） 上下底面公差等级IT8,表面粗糙度Ra6.3,需要进行粗铣和半精铣;
（2） 孔的前端面公差等级IT8,表面粗糙度Ra3.2,需要进行粗铣和半精铣;
（3） 孔的后端面公差等级IT8,表面粗糙度Ra6.2,需要进行粗铣和半精铣;
（4） 内孔公差等级IT10,表面粗糙度Ra3.2,毛坯铸造出预置孔,需要进行粗镗、半精镗和精镗;
（5） 内孔公差等级IT10,表面粗糙度Ra12.5,需一次钻出孔。

3.制定工艺路线
根据零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求,以及加工方法所能达到的经济精度,在生产纲领已确定的情况下,能够考虑采用在镗床上配以夹具,并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外,还应当考虑经济效果,以便使生产成本尽量下降。查<机械制造工艺设计简明手册>,选择零件的加工方法及工艺路线方案如下:
方案一:

（1） 铸造
（2） 时效热处理
（3） 粗铣半精铣下底面
（4） 粗铣半精铣上底面
（5） 粗铣半精铣后端面
（6） 粗铣半精铣前端面
（7） 粗镗半精镗孔
（8） 钻孔
（9） 铣槽
（10） 终检

方案二:

（1） 铸造
（2） 时效热处理
（3） 粗铣下底面
（4） 粗铣半精铣上底面
（5） 半精铣下底面
（6） 粗铣后端面
（7） 粗铣半精铣前端面
（8） 半精铣后端面
（9） 粗镗孔
（10） 钻孔
（11） 半精镗精镗孔
（12） 铣槽
（13） 终检

两个方案的分析比较:
方案一工序比较集中,定位基准的精度较低,加工精度不高;方案二定位基准都是前一道工序加工表面,定位基准精度较高,能够符合零件加工精度要求,故选择方案二中的工艺路线作为加工工序。

四、工序设计
1.选择加工设备与工艺装备
(1)选择机床 根据不同的工序选择机床
工序(3)至(8)及工序(12)主要进行粗铣、半精铣等铣削加工,零件成批生产,不要求很高的生产率,表面精度要求不是很高,选用X51型立式钻床;
工序(9)和工序(11)主要进行粗镗、半精镗和精镗等工步,根据零件外轮廓尺寸、形状等,选用卧式车床CM6125;
工序(10)钻两个的孔,可采用专用夹具在立式钻床上加工,选用Z525型立式钻床。

(2)选择夹具
本零件加工时均采用专用夹具进行加工

(3)选择刀具
Ⅰ.在铣床上加工的工序,铣削底面和侧面时,选用高速钢三面刃铣刀、高速钢错齿三面刃铣刀、圆柱铣刀及镶齿套式面铣刀;铣削槽时,选用锯齿铣刀;
Ⅱ.在车床上加工的工序,粗镗时选用YG8硬质合金镗刀,半精镗精镗时选用YG3高速钢镗刀;
Ⅲ.在钻床上加工的工序,选用莫氏锥柄麻花钻

(4)选择量具
本零件为中批量生产,一般尽可能采用通用量具,根据表面精度、尺寸和形状等要求,参考有关手册资料,选择量具如下表:
工序
工序名称
量具
3
粗铣下底面
游标卡尺、粗糙块
4
粗铣、半精铣上底面
游标卡尺、粗糙块
5
半精铣下底面
游标卡尺、粗糙块
6
粗铣后端面
游标卡尺、粗糙块
7
粗铣、半精铣前端面
游标卡尺、粗糙块
8
半精铣后端面
游标卡尺、粗糙块
9
粗镗
游标卡尺 塞规
10
钻
游标卡尺 塞规
11
半精镗精镗
游标卡尺 塞规
12
铣槽
游标卡尺

2.确定工序尺寸
(1)上下底面加工余量
加工表面
工序单边余量
工序尺寸及公差
表面粗糙度
粗铣
半精铣
粗铣
半精铣
粗铣
半精铣
上底面
1.5
1.0

Ra6.3
Ra6.3
下底面
1.5
1.0

Ra6.3
Ra6.3
(2)前后端面加工余量
加工表面
工序单边余量
工序尺寸及公差
表面粗糙度
粗铣
半精铣
粗铣
半精铣
粗铣
半精铣
前端面
1.0
0.7

Ra6.3
Ra3.2
后端面
1.0
0.7

Ra6.3
Ra6.3
(3)中心孔加工余量
工序
加工余量(单边)
工序尺寸
公差等级
公差及尺寸
精镗
0.05

IT8

半精镗
0.1

IT9

粗镗
1

T13

五、确定切削用量及基本时间
1.工序(3)切削用量及基本时间的确定
(1)切削用量 本工序为粗铣下底面,所选刀具为高速钢三面刃铣刀,铣刀直径d=100mm,宽度L=16mm,齿数12,根据<机械制造技术基础课程设计指南>(一下有关选用表均出自<机械制造技术基础课程设计指南>书中)表5-143选择铣刀的基本形状。由于加工材料的HBS在180-200,故选择前角γ0=7o,后角α0=16o(周齿),α0=6o(端齿)。机床选用X51型立式铣床。
Ⅰ.确定每齿进给量fz 根据表5-144,X51型立式铣床的功率为4.5kw(表5-74),工艺系统刚性为中等,查得每齿进给量fz=0.20-0.30mm/z。现取fz=0.30mm/z。
Ⅱ.选择铣刀磨钝标准及耐用度 根据表5-148,铣刀耐用度T=180min(表5-149)
Ⅲ.确定切削速度和工作台每分钟进给量fMz 根据表2-17中公式计算:
查得Cv =18.9 ,qv=0.2 ,xv =0.1 ,yv=0.4 ,uv=0.1 ,Pv=0.1, m=0.15 T=180min ,ap=1.5mm ,fz=0.30mm/z ,ae=16mm ,z=12 ,d=100mm ,kv=1.0
带入公式得 V=m/min
n=r/min
根据X51型立式铣床转速表(表5-72),选择n=65r/min,则实际切削速度V=20.42m/s,工作台每分钟进给量为
fMz=0.3×12×60=216mm/min
根据X51型立式铣床工作台进给量表(表5-76),选择fMz=200mm/min,则实际的每齿进给量为fz=mm/z。
Ⅳ.校验机床功率 根据表2-18计算公式铣削时的功率为
Pc=
查得CF=30 ,xF=1.0 ,yF=0.65 ,uF=0.83 ,wF=0 ,qF=0.83 ,ap=1.5mm , fz=0.28mm/z ,ae=16mm ,z=12 ,d=100mm ,n=65r/min ,kFc=0.63
=N
V=20.42m/min=0.34m/s
Pc==6.79×10-3kw
X51型立式钻床主电动机的功率为4.5kw,故所选切削用量能够采用。所确定的切削用量为fz=0.28mm/z,fMz=200mm/min,n=65r/min,V=0.34m/s

(2)基本时间 根据表2-25,本道工序的基本时间为

式中=50mm =2mm =2mm ae=16mm fMz=200mm/min
=16.2s

2. 工序(4)切削用量及基本时间的确定
本道工序分为粗铣和半精铣上底面两个工步
a. 粗铣上底面
(1)切削用量 本工步为粗铣上底面,所选刀具为高速钢三面刃铣刀,所有过程同工序(3)。
fz=0.28mm/z fMz=200mm/min n=65r/min V=0.34m/s

(2)基本时间 =7.2s

b.半精铣上底面
(1)切削用量 本工步为半精铣上底面,所选刀具为高速钢错齿三面刃铣刀,铣刀直径d=100mm,宽度L=16mm,齿数z=16,机床选用X51型立式铣床。
Ⅰ.确定每齿进给量fz 本工步要求保证的表面粗糙度Ra6.3μm,根据表5-144,每转进给量fr=1.2-2.7mm/r,取fr=2.0mm/r,则fz=2.0/16=0.125mm/z。
Ⅱ.选择铣刀磨钝标准及耐用度 根据表5-148,铣刀耐用度T=180min(表5-149)
Ⅲ.确定切削速度和工作台每分钟进给量fMz 根据表2-17中公式计算:
查得Cv =18.9 ,qv=0.2 ,xv =0.1 ,yv=0.4 ,uv=0.1 ,Pv=0.1, m=0.15 T=180min ,ap=1.0mm ,fz=0.125mm/z ,ae=16mm ,z=12 ,d=100mm ,kv=1.0
带入公式得 V=m/min=0.49m/s
n=r/min
根据X51型立式铣床转速表(表5-72),选择n=80r/min,则实际切削速度V=25.13m/s,工作台每分钟进给量为
fMz=0.125×12×60=90mm/min
根据X51型立式铣床工作台进给量表(表5-76),选择fMz=90mm/min,则实际的每齿进给量为fz=0.125mm/z。

(2)基本时间 根据表2-25,本道工序的基本时间为

式中=20mm =2mm =2mm ae=16mm fMz=90mm/min
=36s

3. 工序(5)切削用量及基本时间的确定
(1)切削用量 本工序为半精铣下底面,所选刀具为高速钢三面刃铣刀,所有过程同工序(4)中半精铣上底面工步
fz=0.125mm/z fMz=90mm/min n=80r/min V=0.49m/s

(2)基本时间 根据表2-25,本道工序的基本时间为

式中=50mm =2mm =2mm ae=16mm fMz=90mm/min
=36s

4. 工序(6)切削用量及基本时间的确定
(1)切削用量 本工序为粗铣后端面,所选刀具为圆柱铣刀,铣刀直径d=63mm,宽度L=50mm,粗齿6,细齿10,根据表5-143选择铣刀的基本形状,选择前角γ0=7o,后角α0=12o(周齿),α0=8o(端齿)。机床选用X51型立式铣床。
Ⅰ.确定每齿进给量fz 根据表5-144,X51型立式铣床的功率为4.5kw(表5-74),工艺系统刚性为中等,查得每齿进给量fz=0.10-0.15mm/z。现取fz=0.12mm/z。
Ⅱ.选择铣刀磨钝标准及耐用度 根据表5-148,铣刀耐用度T=180min(表5-149)
Ⅲ.确定切削速度和工作台每分钟进给量fMz 根据表2-17中公式计算:
查得Cv =18 ,qv=0.45 ,xv =0.1 ,yv=0.4 ,uv=0.3 ,Pv=0.1, m=0.33 T=180min ,ap=1.0mm ,fz=0.12mm/z ,ae=50mm ,z=16 ,d=63mm ,kv=1.0
带入公式得 V=m/min
n=r/min
根据X51型立式铣床转速表(表5-72),选择n=65r/min,则实际切削速度V=12.86m/s,工作台每分钟进给量为
fMz=0.3×16×60=288mm/min
根据X51型立式铣床工作台进给量表(表5-76),选择fMz=280mm/min,则实际的每齿进给量为fz=mm/z。

(2)基本时间 根据表2-25,本道工序的基本时间为

取=30mm =9mm =3mm ae=16mm fMz=280mm/min
=9s

5. 工序(7)切削用量及基本时间的确定
本道工序分为粗铣和半精铣前端面两个工步
a. 粗铣前端面
(1)切削用量 本工步为粗铣前端面,所选刀具为镶齿套式面铣刀,铣刀直径d=80mm,宽度L=36mm,齿数10,根据表5-143选择铣刀的基本形状,选择前角γ0=7o,后角α0=16o(周齿),α0=8o(端齿)。机床选用X51型立式铣床。
Ⅰ.确定每齿进给量fz 根据表5-144,X51型立式铣床的功率为4.5kw(表5-74),工艺系统刚性为中等,查得每齿进给量fz=0.04-0.06mm/z。现取fz=0.05mm/z。
Ⅱ.选择铣刀磨钝标准及耐用度 根据表5-148,铣刀耐用度T=180min(表5-149)
Ⅲ.确定切削速度和工作台每分钟进给量fMz 根据表2-17中公式计算:
查得Cv =18.9 ,qv=0.2 ,xv =0.1 ,yv=0.4 ,uv=0.1 ,Pv=0.1, m=0.15 T=180min ,ap=1.0mm ,fz=0.05mm/z ,ae=36mm ,z=10 ,d=80mm ,kv=1.0
带入公式得 V=m/min
n=r/min
根据X51型立式铣床转速表(表5-72),选择n=65r/min,则实际切削速度V=16.37m/s,工作台每分钟进给量为
fMz=0.05×12×60=30mm/min
根据X51型立式铣床工作台进给量表(表5-76),选择fMz=30mm/min,则实际的每齿进给量为fz=0.05mm/z。

(2)基本时间 本道工序的基本时间为

式中=30mm =6.28mm =2mm ae=36mm fMz=30mm/min
=76.5s

b.半精铣前端面
(1)切削用量 本工步为半精铣前端面,所选刀具为镶齿套式面铣刀,铣刀直径d=80mm,宽度L=36mm,齿数10,根据表5-143选择铣刀的基本形状,选择前角γ0=7o,后角α0=16o(周齿),α0=8o(端齿)。机床选用X51型立式铣床。
Ⅰ.确定每齿进给量fz 本工步要求保证的表面粗糙度Ra3.2μm,根据表5-144,每转进给量fr=0.5-1.2mm/r,取fr=1.0mm/r,则fz=1.0/10=0.1mm/z。
Ⅱ.选择铣刀磨钝标准及耐用度 根据表5-148,铣刀耐用度T=180min(表5-149)
Ⅲ.确定切削速度和工作台每分钟进给量fMz 根据表2-17中公式计算:
V=4.72m/min=0.079m/s n=18.78r/min
根据X51型立式铣床转速表(表5-72),选择n=65r/min,则实际切削速度V=16.37m/s,工作台每分钟进给量为
fMz=0.1×20×60=120mm/min
根据X51型立式铣床工作台进给量表(表5-76),选择fMz=120mm/min,则实际的每齿进给量为fz=0.1mm/z。

(2)基本时间 根据表2-25,本道工序的基本时间为

式中=30mm =6.28mm =2mm ae=36mm fMz=120mm/min
=19.2s

6. 工序(8)切削用量及基本时间的确定
(1)切削用量 本工序为半精铣后端面,所选刀具为镶齿套式面铣刀,所有过程同工序(7)中半精铣前端面工步
fz=0.1mm/z fMz=120mm/min n=65r/min V=0.079m/s

(2)基本时间 根据表2-25,本道工序的基本时间为

式中=30mm =6.28mm =2mm ae=36mm fMz=120mm/min
=19.2s

7.工序(9)切削用量及基本时间的确定
(1)切削用量 本工序为粗镗孔,所选刀具为YG8硬质合金镗刀
a.确定背吃刀量ap　　查<金属加工工艺及工装设计>表4-71得双边余量为１mm,故ap＝0.5mm　　　　
b.确定进给量f 根据表5-15,当铣刀直径为10mm,ap〈0.5mm时,f=0.15mm
c.确定切削速度V　　按表2-8计算公式确定
　　　　　　　　　　V=
=68.2 z=0.4 x=0.15 y=0.45 m=0.4 T=60min ap =0.5 f=0.15mm k=1 d=16mm
V=104.8m/min n=2086r/min
(2)确定基本时间　　取镗刀主偏角为４５°　　　

=31mm =2.5mm =4mm =0mm f=0.08 n=2086r/min
算得=14s

8.工序(10)切削用量及基本时间的确定
(1)切削用量　　本工序为钻孔,刀具选用莫式锥柄麻花钻,直径为１０.５mm钻两个通孔,使用切削液
a. 确定进给量 钻头直径为10.5mm 铸铁HBS小于200,f在0.52-0.64之间,取f=0.6
b.选择钻头磨钝标准及耐用度
根据表5-130,钻头的后刀面最大磨损量为0.8mm 耐用度T=35min
c.确定切削速度V 由表5-133 查得 V=13m/min
算得 n=394r/min
(2)基本时间

=58mm =6.25mm =3mm n=394r/min
算得=17s

9.工序(11)切削用量及基本时间的确定
本工序为半精镗孔,刀具选取YG3X
(1) 切削用量 查表4-73 得
ap = 0.1mm f=0.04mm v=2.5m/s
n=3000r/min
(2)基本时间

=31mm =2.1mm =4mm =0mm f=0.04mm n=3000r/min
算得=19s

10.工序(11)切削用量及基本时间的确定
本工序为精镗孔 同工序(9)得
查表ap=0.06mm f=0.02mm v=2.5m/s n=3000r/min

=31mm =2.08mm =4mm =0mm f=0.02mm n=3000r/min
算得=38s

六、夹具设计
本夹具是工序(10)用莫式锥度麻花钻钻孔的专用夹具。所设计的夹具装配图及拆装零件图另附图纸。夹具的有关说明如下:
(1)定位方案 工件以下底面和中心孔为定位基准,采用支承板、定位插销和削边销组合定位方案,支承板限制2个自由度,定位插销和支承板组合限制3个自由度,削边销限制1个自由度,共限制了6个自由度。
(2)夹紧机构 根据生产率要求及工件结构要求,采用对称夹紧结构移动压板作为压紧机构,防止产生倾覆和振动,有效地提高了生产效率。夹紧机构采用手动操作。
(3)导向装置 夹具上安装有固定钻套,作为钻孔的导向装置。
(4)夹具与机床连接元件 采用两个标准定位键,固定在夹具体底面的同一直线位置的键槽中,用于确定铣床夹具相对于机床进给方向的正确位置,并保证定位键的宽度与机床工作台T形槽相匹配的要求。
(5)使用说明 安装工件时,将两个移动压板的螺母松开,将移动压板向夹具外移动,工件的中心孔对准削边销,将工件放在支承板上,使两个调节支承螺钉顶在工件上,然后将移动压板向内移动,对准工件压上,并拧紧螺母,便能够将工件安装完毕。
(6)结构特点 该夹具结构简单,操作方便,能够快速准确地将零件装夹完毕,有利于提高生产效率。

七、设计小结
为期两周的机械制造技术基础课程设计已经结束了,这次课程设计,使我有了一次接近实战的经历——起的要比平时要早,画图到很晚,查阅机械手册,绘图、计算,一遍又一遍,错了又重来,一次又一次的修改设计方案,但每当看到自己的设计成果,心中总有一丝成就感。
这次设计中我选择的课题是195柴油机摇臂轴座,由于以前接触的知识不多,因此的借了好几本书,查找有关资料,吸取了以往的盲目计算的经验,在做整个的设计前我先对设计题目进行了分析,大致确定了设计方案。在设计过程中,我对设计思路的把握能力也得到了一定的提高。
经过这次课程设计,我有如下几方面的感触:
首先,在这次课程设计中,经过自己的努力和请教老师和同学,我收获很大,不但比较系统的复习了以前所学习的所有关于机械设计,机械原理,机械制图以及相关制图软件操作的知识而且加深了对以前有关计算公式的理解。
其次,设计过程中我逐渐克服了自己眼高手低的缺点。经过此次课程设计,把自己所学习的知识运用到实际中解决实际生产中的问题,增强了我的理论联系实际的观念,提高了自己理论联系实际的能力。我们不但要会学习知识,更要会将所学的知识运用到实际工作中,那样才能学以致用。
另外,经过这次设计我也深刻认识到学习方法的重要性。在设计中我首先借鉴了许多前人的经验教训,对我们工程设计人员来讲做事要有缜密的计划。我们能够多参考一些作品,查阅资料,与自己接触过的一些东西进行对比,吸取精华,去除糟粕,能够学会许多东西。但整个设计过程,一定要有自己的想法,要形成了自己的风格,风格的养成与一个人的艺术素养和个人修养有直接关系。能有自己的设计理念,设计风格,这样设计出来的东西就有了独特的灵魂。
最后,在课程设计过程中我体会到工程设计人员一定要认真、仔细,做事要考虑周全,不能偷懒,更不能照搬照抄,要有务实的态度,脚踏实地工作才会有应有的收获。

八．参考文献
1. 李益明 主编 机械制造工艺设计简明手册 机械工业出版社 1993
2. 崇凯 主编 机械制造技术基础课程设计指南 化学工业出版社
3. 鲁屏宇 主编 工程图学 机械工业出版社
4. 冯辛安 主编 机械制造装备设计(第2版)机械工业出版社
5. 黄如林 汪群 主编 金属加工工艺及工装设计 化学工业出版社
6. 白婕静 万宏强 主编 机械制造工程学课程设计 兵器工业出版社
7. 刘登平 主编 机械制造工艺及机床夹具设计 北京理工大学出版社
8. 王小华 主编 机床夹具图册 机械工业出版社 1992