机械制造工艺学课程设计零件“支架”的机械加工工艺规程及工艺装备

陕西航空职业技术学院机电工程系课程设计说明书设计题目：零件“支架”的机械加工工艺规程及工艺装备设 计 者： 学 号：专 业：数控技术指导老师： 评定成绩: 设计日期： 2010年 11 月陕西航空职业技术学院机械制造工艺学课程设计任务书设计题目 设计“支架”零件的机械加工工艺规程及工艺装置设计内容 1. 产品零件图 一张 2. 产品毛坯图 一张 3. 机械加工工艺过程卡片 一份 4. 机械加工工序卡片 一套 5. 家具设计总装配图 一份 6. 课程设计说明书 一份 班 级：0 设 计 者： 指 导 老 师： 2010年11月一、序 言机械制造工艺学课程设计是在我们学完了大学的全部基础课，技术基础课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链接，也是一次理论联系实际的训练。因此，它在我们的大学学习生活中占有十分重要的地位。就我个人而言，我希望能通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中训练自己分析问题，解决问题的能力，为今后参加祖国的现代化建设打下一个良好的基础。由于能力有限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指教。 二 熟悉和分析制定工艺规程的主要依据，确定零件的生产纲领和生产类型，进行零件的结构工艺性分析。1.制订工艺规程的主要依据（既原始资料）。1产品的装配图样和零件图样。2产品的生产纲领。3产品的生产纲领。现有的生产条件和资料，它包括毛坯的生产条件或协作关系，工艺装备及专用设备的制造能力，有关机械加工车间的设备和工艺装备的条件，技术工人的水平以及各 种工艺资料和标准等。 4外国内产品的有关工艺资料等。2.分析其原始资料（1） 零件图样如设计任务书所示的零件图及尺寸。（2） 生产纲领生产纲领是企业在计划期内应当生产的产品质量和进度计划，计划期常定为一年，所以生产纲领也称年产量。 该零件是支架。（3） 生产类型生产类型是企业（或车间，工段，班组，工作地）生产专业化程度的分类，一般分为大量生产，成批生产和单件生产三种类型。根据生产纲领和产品及零件的特征或工作地每月担负的工序数，查文献1表13生产类型和生产纲领的关系，确定该零件的生产类型为单件小批量生产。4 生产组织形式 生产类型不同，零件和产品的生产组织形式，采用的技术措施和达到的技术经济效果也会不同，因为该零件是单件小批量生产，所以其生产组织形式查文献1表1-5的各种生产类型的工艺特征有其生产组织形式为：零件的互换性：有修配法，钳工修配，缺乏互换性。毛坯的制造方法与加工余量，木模手工造型或自由锻造毛坯精度低，加工余量大。机床设备及其布置形式：通用机床，按机类别采用机群式布置。工艺装备：大多采用通用夹具，标准附件，通用刀具和万能量具，标准附件，通用刀具和万能量具，靠划线和试切法达到精度要求。对工人的技术要求：需技术水平较高的工人。工艺文件：有工艺路线卡和关链工序工序卡。成本：较高。结合上述分析对现有条件作出合理的调整使得该零件的 加工更能体现“质优价廉”。3.零件的结构工艺性分析（1） 熟悉零件图，了解零件的性能，用途，工作条件及其所在模具中的作用。 零件的性能：具有较高的强度，硬度和韧性，适用于小型复杂的活塞。 零件的作用：零件为“支架”，其主要作用是传递扭矩。 零件的结构工艺性分析（2） 熟悉零件图，了解零件的性能，用途，工作条件及其作用。 零件的性能：具有较高的强度，硬度和韧性，适用于小型复杂的活塞。 零件的作用：活塞的主要作用是传递扭矩。（3） 材料该零件材料为30CrMnSiA钢，它是碳素结构钢，具有较高的强度和硬度，耐磨性好且热处理变形小，制品一般用于淬，适用于制品批量生产的热塑性塑料的成型模具零件。 材料的力学性能查文献3表7-5优质碳素钢牌号，成分及性能（GB69988）可知、45钢的力学性能为：b/MPas/MPas100100Ak/J600 355 1640 39 推荐的热处理温度 正火：830 淬火： 840回火： 600硬度： 未处理：HB5800-1999 退火钢：HRC32-38 分析：30CrMnSiA钢在退火，正火及调质状态下的力学性能为：状态b /MPa5100AK/JHBS 退火65070015203248180 正火70080015204064163220 调质75085020256496210250 正火后钢的强度，硬度，硬度，韧性都比退火后的高，且塑件也好，操作方便，生产周期短，能量耗费少，则在条件允许下，应优先考虑，采用正火处理，可作为零件的预先热处理。调质处理后钢的强度较高，而且塑件与韧性更显著高于正火状态，其硬度较低，便于切削加工，并能获得较低的表面粗造度值，故也可作为表面淬火和化学热处理前改善钢件原始组织状态的预先热处理。 经分析选择该零件的热处理为调质。（4） 结构形状分析该零件从形体上分析其总体结构为长方体，上表面有一个32的孔，下面有一个10H7的孔。因此其结构形状较为简单，属于加工成形。故其结构形状工艺性合理。（5） 尺寸该零件的外形尺寸为75X34，且一部分孔的加工可在与其配合的零件加工时保证，因而该零件的加工尺寸较小，减化了加工工序，降低了加工难度，可保证加工质量。 故其尺寸工艺性较为合理。（6） 精度为了满足塑件尺寸精度和表面粗造度的要求，根据塑件精度等级（精度等级为IT4IT5级）确定模具制造精度为IT6IT7级。（7） 热处理为了消除毛坯在加工后的缺陷，改善其工艺性能，且为后续工序作出组织准备和提高工件的使用性能及使用寿命采用调质方式进行热处理。 综合上述分析可知该零件的加工较容易，可采用先进的，高效率的工艺方法进行加工制造，但使其加工成本较高，为了降低其加工成本，可适当调整加工设备采用一般工艺方法进行加工三 确定毛坯的类型及其制造加工方法1.毛坯类型毛坯的形状和特征，在很大程度上决定着活塞工序的多少，机械加工的难易程度，材料的大小及模具的质量与寿命。毛坯类型有铸，锻，压制，冲压，焊接，型材和板材等。分析：锻造后，工件的力学性能比铸件好，使零件材料内部组织细密，碳化物分布和流线分布合理，从而提高模具的质量和使用寿命，铸造能够生产形状复杂的毛坯，适应性广，能节省金属材料和机械加工的工作量且成本较低，但铸造生产存在着工序复杂，铸件的力学性能低于锻件，劳动条件较差；冲压的生产效率高，易于实现机械与自动化生产，制品的尺寸精确，互换性好，节约金属，操作方便，但是模具制造复杂成本较高，适用于大量生产，焊接可节省材料与工时，减轻结构的质量，焊接接头的致密性好，可以制造密封容器，以及双金属结构件，生产效率高，便于机械化，自动化生产，但由于焊接的过程是局部加热与冷却的过程，容易产生焊接应力，变形及焊接缺陷，有些金属的焊接要求比较复杂的工艺措施才能保证焊接质量。 经分析并结合该零件工艺分析可确定其毛坯为锻件（即锻坯）。毛坯图四 拟定工艺路线1.确定工艺路线原则（1）.制定工艺路线的依据应使零件的各尺寸精度，位置精度，表面粗糙度和各向技术要求能得到保证，在一定生产条件下以最快的速度，最少的工作量和最低的成本，安全可靠的加工出符合零件的工作拟定工艺路线一般应遵循工艺过程划分加工阶段的原则。当加工质量要求不高，工件的刚性足够，毛坯质量高，加工余量小时可以不划分加工阶段。在数控机床上加工零件以及某些运输，装夹困难的重型零件，也不划分加工阶段，而在一次装夹下完成全部表面的粗，精加工，对重型零件可在粗加工之后将夹具松开以消除加紧变形，然后再用较小的夹紧力重新夹紧，进行精加工，以利于保证重型零件的加工质量，对于精度要求高的重型零件，仍需划分加工阶段，并适时进行时效处理消除内应力。该零件的表面质量要求较高，且需多次装夹，所以其工艺路线需划分加工阶段完成。（2）.制定工艺规程时应注意的问题 技术的先进性经济上的合理性 使用上的安全性由于该零件生产纲领确定了成批生产，因此采用工序集中原则使，用普通机床配以专用夹具，可降低生产成本，以获得好的经济效益加工顺序由以下原则确定：先粗加工，后精加工，先加工基准面，后加工其他面，先加工主要面，后加工次要面，后加工孔，并且应遵基准重合原则，基准统一原则，自为基准原则，互为基准原则。2.拟定工艺路线一般应遵循工艺过程划分加工阶段的原则。当加工质量要求不高，工件的刚性足够，毛坯质量高，加工余量小时可以不划分加工阶段。在数控机床上加工零件以及某些运输，装夹困难的重型零件，也不划分加工阶段，而在一次装夹下完成全部表面的粗，精加工，对重型零件可在粗加工之后将夹具松开以消除加紧变形，然后再用较小的夹紧力重新夹紧，进行精加工，以利于保证重型零件的加工质量，对于精度要求高的重型零件，仍需划分加工阶段，并适时进行时效处理消除内应力。该零件的表面质量要求较高，且需多次装夹，所以其工艺路线需划分加工阶段完成。3.表面加工方法的选择当模具零件的表面加工精度要求较高时，可根据不同工艺方法所能达到的加工经济精度和表面粗糙度等因素。首先确定被加工表面的最终加工方法，然后再选定最终加工方法，然后再选定最终加工方法之前的一系列准备工序的加工方法和顺序，以便通过逐次加工达到设计要求。选择加工方法时常常根据经验或查表法来确定，在根据实际情况或通过工艺是试验进行修改。依据各表面加工要求和各加工 要求和各个加工方法能达到的经济精度查文献1表111孔的加工方法和表1-12平面加工方法确定各表面的加工方法如下要求和各个加工方法能达到的经济精度查文献1表111孔的加工方法和表1-12平面加工方法确定各表面的加工方法如下：通过零件分析可分为以下几部分。：1个9H7孔。粗车精车；：1个9H7的孔，粗车精车；4.工艺阶段的划分工艺路线按工序性质一般分为粗加工阶段，半精加工阶段和精加工阶段。对于那些加工精度和表面质量要求特别高的表面在工艺过程中还应安排光整加工阶段。具体的工艺阶段划分祥见该零件的工艺规程卡片中各工序的介绍。根据所选定的表面加工方法和各加工阶段中表面的加工要求，可以将同一阶段中各表面的加工组合成不同的工序，在划分工序时可以采用工序集中或分散的原则。由于活塞加工精度要求高，且多属于单件或小批量生产，为了简化生产组织工作，则多采用组织集中划分工序5.加工顺序的安排（1） 切削加工的安排模具零件的被加工表面切削加工应遵循先粗后精；先基准后其他；先主要后次要；先平面后内孔；内外交叉，具体祥见加工工艺规程路线表卡片。（2） 热处理工序的安排热处理工序在工艺路线中的安排，主要取决于零件热处理的目的为了改善金属组织和便于加工则必须使该零件在粗加工前安排调质热处理。为了提高零件硬度和耐磨性，则必须在该零件光整的工序前安排淬火热处理。（3） 辅助工序的安排为了保证该零件质量和及时去除废品，防止工时浪费，并使责任分明，则必须在该零件重要工序加工前后和零件加工结束安排检验工序。 综合上述分析：该零件机械加工的顺序是：加工精基准面粗加工主要面精加工主要面光整加工主要面。6.设备与工艺装备的选择（4） 设备确定因为该零件采用组织集中工序，所以选择通用设备，即：C41250型空气锤，加热炉，车床，刨床，磨床，钻床，铰床，坐标磨床等。（5） 工艺装备的选择a. 夹具的选择单件小批量生产首先采用各种通用夹具，也可采用组合夹具，结合实际生产条件可知该零件选择三抓卡盘，中心钻，和顶尖等。b. 刀具的选择一般优先采用标准刀具根据该零件的工艺性及实际条件确定其刀具为：90粗车外圆车刀刀片，33精车外圆车刀刀片，60外螺纹刀，60内螺纹刀，切槽刀（刀宽：d=4mm）粗镗刀，精镗刀，6的钻头，中心钻，砂轮等。c. 量具的选择依据量具的精度必须与加工精度相适应，则该零件应优先采用通用量具，即：千分尺、游标卡尺、直角尺、内经表、百分表。综合上述分析最终拟订工艺路线如下：工艺路线： 工序号 工序名称 5 下料 10 锻造 15 热处理 20 检验 25 划线上下面 30 粗铣上下面35精铣上下面40检验 45划线前后面 50粗铣前后面 55 精铣前后面 60检验65划线左右面70粗铣左右面75精铣左右面80检验85划线R16半圆90粗铣R16半圆95精铣R16半圆100检验105划线R10半圆110粗铣R10半圆115精铣R10半圆120检验125划线10孔130钻孔135铰10H7孔140检验145钻9H7孔150检验155法兰 五、确定各工序的加工余量1.工艺路线方案的比较与分析以上两种工艺路线方案想比较，第二种方案有以下几个优点：工序内容简单，工序连接紧密，有利于组织流水生产。第一种方案中工序之间相互脱节，造成加工困难，另一面，这样增加时间，生产率降低，不够经济。2.定位基准的选择定位基准的选择将直接影响加工精度的高低，同样作为定位基准的部位加工质量的好坏也影响的定位的准确性和加工质量，使安装误差和定位误差增大，从而对加工精度有很大影响，零件上的各个表面间的位置精度，是通过一系列工序加工后获得的，这些工序的顺序和原始尺寸的大小，标注方式和零件图上的要求直接有关，第一种方案中，工序45不找正直接加工，易使工件偏斜，位置精度不准确，给下面的工序的位置精度，定位基准带来一定困难。第二方案中工序之间的采用互为基准原则的，其作用是加工时的余量均匀，并使加工后的表面位置度较高，能顺利加工。 3.机床的选用机床的选用，主要考虑零件加工的经济性，应该充分运用现有设备，不增加零件的成本。第一套方案中，较多的使用了专用机床，第二套方案中可使用普通机床。降低了加工成本，但是精度不能满足。另外在机床的选择上，也必须考虑以下因素：机床的工作精度和工序的加工精度相适应机床的工作尺寸应和工件的轮廓尺寸或夹具的尺寸相适应机床的功率与刚度的性质相适应，另外，机床的加工用量范围应和工件要求的合理切削用量相适应刀具的选择刀具的耐用度问题也的批量生产中的重要问题，刀具耐用度的提高，不仅可以节约辅助工作时间，又可降低刀具的费用。合理选择刀具的提高刀具耐用度的关键。经过多方面的分析，第二套工艺路线方案从安排工序依据的原则，定位基准的选择，加工经济性和刀具的耐用度等方面均比第一套合理，因此用第二套工艺路线作为加工方案。4.确定个工序的加工余量确定加工余量的方法有三种：查表法、分析计算法、经验估计法。查表法是根据个工厂的生产实践和试验研究积累的数据，先制成各种表格，再汇集成手册确定加工余量是查阅这些手册，再结合工厂的实际情况进行适当修改后确定。经验估计法是根据实际经验确定加工余量。一般情况下，为防止因余量过小而产生废品，经验估计的数值总是偏大。因此其法常用于单件小批量生产。分析计算法是根据确定加工余量的相关公式和一定的试验资料，对影响加工余量的各项因素进行分析，并计算确定加工余量。这种方法比较合理，但必须有比较全面和可靠的试验资料。因此当前只在材料十分贵重以及军工生产或少数大量生产的工厂中采用。零件加工中常用经验估计法确定加工余量。则该零件的加工余量确定，由查表法和经验估计法结合确定。其相关加工余量查文献6表827有第一次粗加工余量为：1.5mm2.5mm; 表828有外圆粗车后精车加工余量为：0.7mm0.9 mm; 表829有车外圆的加工余量为；1.2mm;表830有磨外圆的加工余量为0.3mm;表831有车及磨外圆的厚度公差为：粗车（IT12IT13），0.21mm0.33mm；半精车0.13mm（IT11），精磨（IT8IT9），0.033 mm0.062mm；表833有的加工余量及公差为：宽度余量粗车后半精车4.0mm；半精车后磨1.0mm；宽度公差粗车（IT12IT13）+0.35mm+0.54mm , 半精车（IT11）+0.22mm；表834研磨的加工余量为：0.024mm 0.030mm;表835镗孔的加工余量为：镗孔时，粗：0.2mm,精0.1mm, 热处理（粗）0.5mm ,热处理（半精）0.4 mm；镗孔时0.15mm. 5.确定个主要工序的技术要求及检验方法。（1）零件图中未注公差尺寸的极限偏差按GBT18042000公差与配合 未注公差尺寸的极限偏差.(2)零件图中未注形为公差按GBT11841996形状和位置公差 未注公差的规定，其中直线度、平面度、同轴度的公差等级均按C级。板类零件的棱边均须倒钝。（3）零件图中螺纹的基本尺寸按GB1961981普通螺纹基本尺寸（直径1600mm）的规定，其偏差按GB1971981普通螺纹公差与配合（直径1355mm）的3级。（4）零件图中未注螺纹首尾按HB5829-83。（5）零件材料允许代用，但代用材料的机械性能不得低于规定材料的要求。（6）零件表面经目测不允许有锈斑裂纹，夹杂物、凹坑氧化斑点和影响使用的划痕等缺陷。（7）零件的材料和热处理硬度按GBT6991999模具设计指导 模具成型零件材料及硬度的规定选取。（8）模具零件的几何形状、尺寸精度、表面粗糙度等应符合图样要求。（9）如对零件有其他技术要求，可依据实际条件协调决定。 检验方法：利用内经表测量零件孔的具体数据，保证零件表面质量。利用游标卡尺直接测量工件的内表面、外表面和深度，确保其个表面精度。利用分厘卡尺测量孔外径、内径、深度、螺纹孔的尺寸精度。利用百分表检验工件的形状误差、位置误差和安装工件与刀具时的精密找正，其测量精度为0.01 mm。六.确定个工序的切削用量和时间定额因为该零件为单件小批量生产，所以在工艺文件上一般不规定切削用量，而由工作者根据实际情况自行决定。时间定额是在一定的生产条件下，规定生产一件产品或完成一道工序所需消耗的时间合理的时间定额能调动生产者的积极性，促进生产者技术水平的提高。制定时间定额应注意调查研究，有效利用生产设备和工具，以提高生产效率和产品质量。时间定额计算公式为： T c=Ta+Tb+Ts+Tr+Ten 在大量生产中，由于n的数值很大，即Ten=0,可忽略不计。 式中： Tc：该零件的时间定额。 T b ：基本时间。 Ta; 辅助时间。 Ts: 布置工作地时间。 Tr： 休息与生理需要时间。 Te: 准备与终结时间。 N： 生产批量（个）。 具体数值可查阅相关资料代入上式计算即可确定出确切时间定额时间。七.进行技术经济分析，选择最佳方案。因为该零件属单件小批量生产，所以对其可不进行技术分析。依据现有条件及工人工作经验做适当调整即可。八填写工艺文件。因为该零件属单件小批量生产，所以一般只填写机械加工工艺过程卡片。根据设计任务要求该零件还需填写机械加工工序卡片。机械加工工艺过程卡片以工序为单位简要说明产品活 或零件、部件加工（装配）过程，它以工序为单位列出了零件加工的工艺路线，（包括毛坯，机械加工和热处理等）。机械加工工序卡片具有工艺简图，和该工序的每个工步的加工（或装配）内容，工艺参数，操作要求以及所用设备和工艺装备等具体见该零件的工艺文件。九 课程设计心得体会紧张而又辛苦的课程设计结束了。当我快要完成老师下达给我的任务的时候，我仿佛经过了一次翻山越岭，登上了高山之巅，顿时心旷神怡，眼前豁然开朗。课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，这是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不可少的过程。“千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义。我今天认真地进行课程设计，学会脚踏实地地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。说实话，课程设计真有点累。然而，当我一着手清理自己的设计成果，仔细回味这段时间的心路历程，一种少有的成功喜悦即刻使我倦意顿消。虽然这是我刚学会走完的第一步，是我人生中的一点小小的胜利，然而它令我感到自己成熟了许多，令我有了一种“纯棉方觉晓”的感悟。通过课程设计，使我深深体会到，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出错，只能好不情愿地重来。但一想老师平时对我们耐心的教导，想到今后自己应当承担的社会责任，想到世界上因为某些细小失误而出现的令世人无比震惊的故事，我不禁时刻提醒自己，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，几年来学习了那么多的课程，今天才知道自己并不会用。想到这里，我真的有点心急了。老师却对我说，这说明课程设计确实使你有了收获了。老师的亲切勉励像春雨注入我的心田，使我更加自信了。最后，我要衷心地感谢老师。是您的严厉批评唤醒了我，使您的敬业精神感动了我，是您的谆谆教诲启发了我，是您的殷切期望鼓了我。我感谢老师您今天又为我增添了一副坚硬的翅膀。十 参考文献 郑修本主编，机械制造工艺学，北京.机械工业出版社.1999-5.2. 张龙勋主编，机械制造工艺学课程设计指导书及习题.北京.机械工业出版社.199911。3. 王运炎. 叶尚川主编，机械工程材料.北京.机械工业出版社.2000-5.2版.4. 王孝达主编，金属工艺学.北京.高等教育出版社.1997.5. 侯维芝.样金风主编.北京高等教育出版社.20057.6. 张耀良主编，机械加工工艺设计手册.北京.航空工业出版社出版.198712第2版.7. 李永增主编，金工实习.北京.高等教育出版社.1995.8. 史铁梁主编，模具设计指导.北京.机械工业出版社.2003-8.25