课程设计说明书

课题名称：机械加工工艺课程设计

学    院：机电工程系

专业班级：机械设计制造及其自动 班

学    号：2009020 

学    生： 

指导老师：李 明 涛

青岛理工大学琴岛学院教务处

 2012年12月20日

《机械加工工艺课程设计》评阅书

序    言    2

1、零件的分析    3

1.1零件的作用    3

1.2零件的工艺分析    3

2、工艺规程设计    5

2.1毛坯设计    5

2.2工艺设计    5

2.3 制定工艺路线    5

2.4 毛坯尺寸及其加工余量的确定    9

2.5 确定各工序切削用量及基本工时    10

3、夹具设计    13

3.1定位方案的确定    13

3.2  夹紧方案：    13

3.3  切削力与夹紧力的计算    13

3.4  定位误差分析    14

4、实习体会    15

参考文献    16

序    言

机械制造技术课程设计是在我们学完了大学的全部基础课程、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，它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。

就我个人而言，我希望能通过这次课程设计对自己未来将要从事的工作进行一次适应性的训练，从中锻炼自己的分析问题、解决问题的能力，为今后能够很好的从事机械工程设计、制造行业和参加祖国的“四化”建设打下一个良好的基础。

由于能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指教。

1、零件的分析

1.1零件的作用

该零件时SDB-80(B1)转向架操纵部分的组成零件之一。车轮作用是利用其滚动少摩擦。也许车轮的最伟大作用是使人可以搬动大大超过自身重量的物体。

1.2零件的工艺分析

SDB-80(B1)转向架车轮的加工表面分四种，主要是孔的加工，圆柱端面的加工，槽的加工，螺纹孔的加工，各组加工面之间有严格的尺寸位置度要求和一定的表面加工精度要求，特别是孔的加工，几乎都要保证Ra3.2的表面粗糙度，因而需精加工，现将主要加工面分述如下： 

1.2.1孔的加工

该零件共有1个孔和24xM10的螺纹孔要加工：φ188mm是零件的主要加工面，多组面，孔与其有位置尺寸度要求，因而是后续工序的主要精基准面，需精加工且尽早加工出来；有平行度要求的，也要精加工；φ10mm是不通孔，特别注意该孔的加工深度；但由于表面粗糙度要求高，仍需精铰。并且其孔的加工精度有R3.2的要求，因此对其也应该要进行精加工。

1.2.2面的加工

该零件共有3个端面要加工：圆柱小端面精度要求较高，同时也是配合孔作为后续工序的精基准面，需精加工；圆柱大端面以及孔端面粗铣既可。

1.2.3槽的加工

该零件仅有1个槽需加工：孔上两侧面粗糙度为Ra1.6mm，需精加工，底面加工精度要求不高，但与孔上表面有圆柱度的尺寸要求，而加工槽时很难以表面为定位基准，因而要特别注意尺寸链的推算，保证加工尺寸要求油沟槽要注意加工深度，由于表面粗糙度为Ra6.3mm，半精铣即可。

1.2.4螺纹孔的加工

M10mm螺纹孔的加工，同时中心线与孔定位尺寸位置要求。

由以上分析可知，该零件的加工应先粗车轮毂内孔，然后精加工内孔，再以端面为基准加工作为后续工序，进而以该孔为精基准加工出所有的孔，面，槽，螺纹孔等。

2、工艺规程设计

2.1毛坯设计

零件材料为CL60，根据选择毛坯应考虑的因素，该零件体积较大，形状较复杂，外表面采用不去除材料方法获得粗糙度要求，由于零件生产类型为成批，大批生产，60钢材料强度、硬度和弹性都相当高，切削性、焊接性差，水淬有裂纹倾向，小件才能淬火，大件一般正火。多用于制作轮毂、轧辊、轮、轴、弹簧、离合器等要求耐磨性和一定弹性的零件。

由于零件上孔都较小，且都有严格的表面精度要求，故都不铸出，留待后续机械加工反而经济实用。

2.2工艺设计

2.2.1基准的选择

基面选择是工艺规划设计中的重要工作之一，基准选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得到提高，否则，不但使加工工艺过程中的问题百出，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：

粗基准选择应为后续加工提供精基准，由于该零件毛坯没有铸孔，故只能以3个主要端面为基准，由于小端面表面粗糙度为Ra3.2mm，若直接以大端面为粗基准，恐不能一次达到加工精度，故先以小端面为粗基准，粗铣大端面，再以大端面为基准，精铣小端面，并保证尺寸精度。完全定位,然后进行铣削。

2）精基准的选择：

精基准主要考虑如何保证加工精度和装夹方便，前面已多次提过以孔为第一精基准，圆柱小端面作为基准先加工出孔，然后作为辅助基准面配合 ，孔加工后续工序中的孔，面，槽，螺纹等。

2.3 制定工艺路线

制定工艺路线的出发点,应当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,在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用万能性机床配以专用工卡具,并尽量使工序集中来提高生产率。考虑到先面后孔的加工原则，合理具体加工工艺如下：

表 2.1  工艺方案表

方案一：

工序一：外观质量检查；

工序二：车轮装夹找正。以车轮辋外侧面定位，要求圆跳动≤0.1mm，内侧面跳动≤0.15mm；

工序三：粗车轮毂内孔；

工序四：精车轮毂内孔并光内孔至； 

工序五：用成型刀车距内侧面70±2mm油沟，倒角R3；

工序六：；测量并以车轮内侧面定位，以内孔找正，跳动≤0.03mm；

 工序七：；车轮辋上消音器安装槽，尺寸，深14±0.2mm；

 工序八：利用车轮内侧面定位，并用压板螺栓固定

 工序九：钻、扩、倒角C1.25；

 工序十：攻丝M10； 

 工序十一：用压缩空气清理螺纹孔； 

 工序十二：终检

 工序十三：待压。

2.3.2工艺方案的比较与分析

上述两个工艺方案的特点在于：方案一较简单。方案二采用车床加工工序，这样有利提高效率，节省成本。显然方案二比方案一的更加规范，同时也更好的保证了精度要求。

2.3.3工艺方案的确定

综上所述，零件的具体工艺过程如下：

确定为方案二。

2.4 毛坯尺寸及其加工余量的确定

  2.4.1毛坯材料选用

SDB-80(B1)转向架车轮零件材料为CL60,。

毛坯铸造时可以将φ184孔直接铸造出来，由于其余孔均有精度要求，且尺寸小，均不铸出。故仅确定三个端面的相关尺寸。

查表确定加工余量。

2.4.2中心线孔毛坯尺寸及加工余量计算

根据工序要求，φ184mm孔中心线距离小端面的毛坯基本尺寸

孔有6精度要求，Ra＝3.2mm；

根据《加工工艺手册》表3.2-10，加工该孔的工艺为：

扩→铰

因此查《实用机械加工工艺手册》表3-9得其孔的加工余量为2～5mm，我们取为3mm。

2.4.3φ10mm孔端面毛坯尺寸及加工余量计算

根据工序要求，φ184mm孔端面仅由粗铣得到，故φ184mm孔端面距φ184mm孔中心线的毛坯。

粗铣后尺寸应于零件图尺寸相同，但由于零件图纸并未给出具体的公差等级，现按前面粗铣平面厚度偏差取－0.28mm。故粗铣后的尺寸

其他毛坯尺寸由于零件图纸未做具体的工序尺寸要求，且对后面诸孔，槽的加工影响不大，仅荒铣即可，故不再一一赘述分析。

2.4.4其他尺寸极其加工余量的确定

其他工序尺寸包括24个孔，2个槽，1个螺纹孔的基本尺寸，现仅分析主要的24个孔的加工余量及尺寸偏差。

24个孔均不铸出，机械加工出来，根据《加工工艺手册》，由于24个孔的表面粗糙度要求均较高，所以都要经过精铰工序，具体工序尺寸和加工余量为：

1）φ10H7mm孔，Ra＝3.2mm；

根据《加工工艺手册》表3.2-9，加工该孔的工艺为：

钻→粗铰→精铰

钻孔：φ9.8mm；

粗铰：φ9.96mm；

精铰：φ10H7mm。

2.5 确定各工序切削用量及基本工时

2.5.1 工序三的切削用量及基本工时的确定：铣、半精铣凸台端面和大端面。

1)铣凸台端面：

选择铣刀半径为15mm，齿数Z=6（见《实用》表10－216）

，（《切削》表3.7和《切削》表3.8）

（《切削》表3.9）

按机床选取

    实际切削速度： 

    工作台每分钟进给量： 

    铣床工作台进给量： 

    基本工时： 

2)精铣内孔面：

    加工余量为Z=1mm

    切削速度为

    选用主轴转速为

    工作台进给量： 

基本工时： 

2.5.2工序四的切削用量及基本工时的确定：

2.5.3工序五的削用量及基本工时的确定：钻→粗铰→精铰孔。

1）钻孔：

    选择高速钢锥柄麻花钻（《实用》表10－173）

由《切削》表5-6和《工艺》表11－27查得

    （《切削》表2.15）

    按机床选取

    基本工时：⑵粗铰孔：

    选择的高速钢铰刀（《工艺》表10-192）

    由《切削》表5-18和《工艺》表11－283查得

    按机床选取

    基本工时： 

2）精铰孔：

    选择的铰刀

    按机床选取

基本工时： 

2)攻螺纹M10mm：

    选择M10mm高速钢机用丝锥

    等于工件螺纹的螺距，即

    按机床选取

    基本工时： 

 3、夹具设计

    由于生产类型为成批，大批生产，要考虑生产效率，降低劳动强度，保证加工质量，故需设计专用夹具。

3.1定位方案的确定

 3.1.1工序要求

本次设计选择设计工序钻，钻φ10孔的夹具，该工序要求φ10孔轴线与φ184mm孔中心线平行，同时孔轴线距台圆柱大端面14mm,而工序基准为同时为了便于立式钻床加工，车轮装夹找正。以车轮辋外侧面定位，要求圆跳动≤0.1mm，内侧面跳动≤0.15mm, 以车轮内侧面定位，以内孔找正，跳动≤0.03mm了增加刚度设计支撑钉，夹具设计应首先满足这些要求，并保证较高的生产效率，还应考虑夹具造工艺性和生产经济性，加工过程中夹具的操作应方便，定位夹紧稳定可靠，夹具体应具有较好的刚性。

钻φ10孔工序简图

如图所示，为了加工钻φ10孔，应的自由度有X轴移动﹑Y轴移动﹑Z轴移动﹑绕X轴转动﹑绕Y轴转动﹑绕Z轴转动。为使定位可靠，加工稳定，我们所设计的定位方案如附图A1图纸——车轮夹具体装配图所示，总共了工件的全部6个自由度，属于完全定位。

3.1.2定位误差分析

定位误差是指由于定位不准确引起的某一工序的尺寸或位置精度要求方面的加工误差。对于夹具设计中采用的定位方案，只要可能产生的定位误差小于工件相应尺寸或位置公差的1/3，或满足++≤T,即可认为定位方案符合加工要求。

对于本次设计的夹具，需要保证的尺寸要求：保证孔轴线距 柱小端面50mm，保证孔轴线与孔的中心线平行。

对于台面求，由于定位基准也是三抓卡盘找正表面粗糙度达到Ra3.2mm，故可认为φ45mm圆柱小端面的平面度误差为0，即不存在基准位置度误差，综上所述，只要支撑钉的标准尺寸得到保证，是不存在定位误差的。

对于工序要求，基准位置误差则取决于孔直径尺寸公差以及圆度误差，由于孔的表面精度都达到Ra3.2都经过精铰，故基准位置误差也可以忽略，只要销的标准尺寸以及相对位置关系得到保证，定位误差也是很小的。

综上所述，该定位方案是符合加工要求的。

3.2  夹紧方案：

采用三抓卡盘找正并用螺栓压板压紧。

3.3  切削力与夹紧力的计算

刀具：高速钢直柄麻花钻，d=9.8mm

夹具：螺旋压板（采用单个螺旋夹紧） d0=10mm

据《机械加工工艺师手册》P436   切削力 Fx=425df0.8kF

d=9.8mm  f=0.4mm/r  kF=(HBS/150)0.6=(150/150)0.6=1 代入Fx中得，

Fx=1999N

     据《机械加工工艺师手册》P451  理论夹紧力W=QL/[r`tanφ1+rztan(α+φ‘2)]

因所选螺杆端部与平面是点接触，所以r`=0

查表17-26  rz=4.513  α=3°1＇ φ，2=30°

查表17-28  L=120mm Q=25N

将以上各值代入W中得 W=1023.9N  而实际夹紧力FK=WK

K=K0K1K2K3K4K5  

查表17-10    K0=1.5  考虑工件材料及加工余量均匀性的基本安全系数

             K1 =1.2  加工性质系数

             K2 =1.0  刀具钝化程度

             K3 =1.2  切削特点

             K4 =1.3  手动夹紧力的稳定性

             K5 =1.0  仅有力矩使工件回转时工件与支承面接触的情况

所以K=2.8 代入FK中得，FK=WK=1023.9×2.8=2866.9N

3.4  定位误差分析

由于定位基准与设计（工序）基准重合，故基准不重合误差可忽略。

4、实习体会

为期两周的机械制造工艺学课程设计已经接近尾声，在各位老师的指导下，本次课程设计得以顺利完成。通过本次《机械制造工艺学》课程设计，深化了自己对理论知识的理解和掌握，理论联系实际的学习方式让我懂得了学习的乐趣。

本次课程设计主要经历了两个阶段：第一阶段是机械加工工艺规程设计，第二阶段是专用夹具设计。第一阶段我们运用了基准选择、切削用量选择计算、机床选用、时间定额计算等方面的知识；夹具设计的阶段运用了工件定位、夹紧机构及零件结构设计等方面的知识。在设计过程中，我专心致力于其事。前期以设计，计算，选型为主，后期则将重点放在校核与画图上。两周时间，几乎天天埋头于公式、手册之中，可谓废寝忘食。为了加强锻炼，我采用了计算机绘图。 并且细化到了每一个零部件的倒角、圆角；图中的每一处重要的尺寸、结构都严格按照国家的相关标准设计绘制。说明书方面，也充分发挥了计算机的优势，结合我所掌握的全部知识，使其具有图文并貌的页面，并且尽量靠近毕业设计的编写格式。

尽管这次作业的时间是漫长的,过程是曲折的,但我的收获还是很大的.不仅仅掌握了设计一个完整机械的步骤与方法;也对机械制图、AutoCAD软件有了更进一步的掌握。对我来说,收获最大的是方法和能力.那些分析和解决问题的方法与能力.在整个过程中,我发现像我们这些学生最最缺少的是经验,没有感性的认识,空有理论知识,有些东西很可能与实际脱节。在设计的过程中还培养出了我们的团队精神，大家共同解决了许多个人无法解决的问题，在这些过程中我们深刻地认识到了自己在知识的理解和接受应用方面的不足，在今后的学习过程中我们会更加努力和团结。

通过此次设计，使我们基本掌握了零件的加工过程分析、工艺文件的编制、专用夹具设计的方法和步骤等。学会了查相关手册、选择使用工艺装备等等。

总的来说，这次设计，使我们在基本理论的综合运用及正确解决实际问题等方面得到了一次较好的训练。提高了我们的思考、解决问题创新设计的能力，为以后的设计工作打下了较好的基础。

由于能力所限，设计中还有许多不足之处，恳请各位老师、同学们批评指正！

参考文献

1、哈尔滨工业大学赵家齐主编，机械制造工艺学课程设计指导书（第二版）.北京：机械工业出版社，2009.06

2、曾志新、吕明主编，机械制造技术基础.武汉：武汉理工大学出版社，2009.01

3、胡城立、朱敏主编，材料成型基础.武汉：武汉理工大学出版社，2006.01

4、王健石主编，机械加工常用刀具数据速查手册.北京：机械工业出版社2006.01

5、杨叔子主编，机械加工工艺师手册.北京：机械工业出版社，2006.01

6、陈宏钧主编，机械加工工艺手册(第二版).北京：机械工业出版社，2005.09

7、陈家芳主编，实用金属切削加工工艺手册（第二版）.上海：上海科学技术出版社，2006.02

8、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

9、李益民主编，机械制造工艺设计简明手册.北京：机械工业出版社下载本文