1、机械制造工艺学课程设计说明书题目：设计“连杆支座”零件的机械加工工艺规程（大批生产） 院、系别 机械工程学院 班 级 机械设计制造及其自动化 姓 名 钟俊杰 秦旭 学 号 指导老师 湖南工业大学2011 年 月 日i目 录机械制造工艺学课程设计任务书.序 言.11 零件分析.21.1 零件的生产类型及生产纲领.21.2 零件的作用 .21.3 零件的工艺分析.22 铸造工艺方案设计.32.1 确定毛坯的成形方法.32.2 确定铸造工艺方案.32.3 确定工艺参数.33 机械加工工艺规程设计63.1 基面的选择.63.2 确定机械加工序尺寸及基本工时.94 夹具选用.295 总结30ii参考文献
2、.31I机械制造工艺学课程设计任务书设计题目：设计“连杆支座”零件的机械加工工艺规程（大批生产）设计要求： 1、未注明铸造圆角 R32、锐边倒钝3、材料：HT150设计内容： 1.熟悉零件图2.绘制零件图（1 张）3.绘制毛坯图（1 张）4.编写工艺过程综合卡片(1 张)5.工序卡片（17 张）6.课程设计说明书（1 份）2012 年 5 月 28 日 2第一节 零件分析1.1 零件的生产类型及生产纲领生产纲领是企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划。在本次课程设计题目中，已知该零件的生产类型为大批生产。由于连杆支座轮廓尺寸小，属于轻型零件。因此，该零件的年生产纲领大于 5000(件/年
3、)。对于生产类型为大批生产的产品有以下要求和特点：1）毛坯的制作方法及加工余量：部分铸件用金属模造型，部分锻件用模锻。毛坯精 度及加工余量中等。2）机床设备及其布置：部分通用机床、数控机床及高效机床。按工作类别分工段排 列。3）工艺装备：广泛采用夹具，部分靠找正装夹达到精度要求，较多采用专用刀具和 量具。4）工人技术水平：需要技术比较熟练的工人。5）工艺文件：有工程过程卡，关键零件要工序卡，数控加工工序要有详细的工序卡 和程序单等文件。6）生产率中，成本中。1.2 零件的作用题目所给的零件是连杆支座。它的主要作用是用来连接、支撑、固定作用。要求零件的配合要符合精度和位置要求。1.3 零件的工艺
4、分析由老师所给的零件图可得知，该零件的材料为 HT1533。根据资料可得 HT15-33 是老牌号，HT 是“灰铁”的拼音字首，15 是抗拉强度，33 是抗弯强度，现在新牌号为 HT150，表示抗拉强度是 150MPa，硬度为 HB163229。根据所学的机械工程材料可知该材料具有良好的铸造性能，工艺简单，铸造应力小，不用人工时效处理，减震性优良，并有一定的机械强度，适用于承受中等应力中工作的零件。3从零件图上可以看出，设计者对产品有以下要求：1、支座孔 45 和与此相通的 16 的孔、以及连杆上的通孔 12、连杆阶梯轴 32 具有公差要求2、连杆支座左端面 A 面和上端面 G 面以及下端面
5、M 面、16 的孔端面 N 面以及 其内孔 O 面、M12 螺纹孔端面 J 面、连杆阶梯轴表面 C 面及端面 E 面、连杆 上的通孔 12 的内孔 D、支座孔 45 的内孔 F 具有表面粗糙度要求3、支座中心线与支座底 M 面的垂直度误差为 0.01mm，连杆阶梯轴中心线与支座 底 M 面的平行度误差为 0.01mm。由以上分析可知，可以先粗加工支座底面 M 面，然后以此作为基准加工其他需要加工的孔和表面，并且保证位置精度要求。根据各加工方法的经济精度及机床所能达到的位置精度，并且此连杆支座零件没有复杂的加工曲面，所以根据上述技术要求采用常规的加工工艺均可保证。（温馨提示：上述的各个字母的含义
6、请查阅）对连杆支座零件图进行工艺审核后，可知该零件视图正确、完整，尺寸、公差及技术要求齐全，加工要求合理，零件的结构工艺性较好。4第二节 铸造工艺方案设计2.1 确定毛坯的成形方法根据机械制造工艺学课程设计任务书的要求可知，该连杆支座零件的生产纲领为批生产。而大批生产的零件具有毛坯精度及加工余量中等的特点。为提高生产效率、保证加工精度，另外根据工艺性原则，适应性原则，生产条件兼顾原则，经济性原则确定毛坯的成形方法。由于材料是灰口铸铁，所以不能采用锻压和冲压的成形方法，还应避免焊接成形的方法。又由尺寸中等，加工余量中等以及切削加工等要求，结合生产成本方面考虑，最终选择铸造成形的方法。结合生产条件
7、方面考虑，选择了铸造中最为广泛的砂型铸造成型方法。查机械制造工艺学课程设计指导书第 115 页表 5-2,选用铸件为砂型铸造机器造型和壳型尺寸公差等级为 CT=10。2.2 确定铸造工艺方案2.2.1 铸造方法和造型的选择已知，该零件为铸件，生产纲领为大批量生产，根据金属工艺学可知该毛坯零件的铸造方法选用砂型机器造型。由于铸件从开始铸造到铸造出成型零件，该零件存在很多的内应力（降低铸件强度，而且使铸件发生翘曲、变形，甚至开裂） ，为了保证铸件的质量，在铸造后需安排人工进行消除应力退火（人工时效） 。在时效处理后，要对铸件进行涂料，以免铸件表面被破坏。2.3 确定铸造工艺参数2.3.1 加工余量
8、的确定根据实用机械零件工艺性手册P190 表 3-10 成批和大批量生产的尺寸公差等级查得该铸造尺寸公差等级为 CT810。表 2.2-4 可以确定各表面的加工余量如下表所示：5表 2-1 毛坯图的基本尺寸及加工余量加工表面代号 基本尺寸 加工余量等级 加工余量数值 说明端面 A 面 154 10 8mm 单侧加工外圆面 C 面 32 10 5mm 双侧加工端面 E 面 94 10 5.5mm 单侧加工端面 G 面 80 10 5.5mm 单侧加工内孔 F 45 10 5mm 孔降一级双侧加工J 面 154 10 8mm 单侧加工端面 A 面 84 10 5.5mm 单侧加工端面 N 面 44
9、 10 5mm 单侧加工图 3-1 连杆支座各表面标注62.3.2 模斜度的确定零件总体长度小于 200mm（包括加工余量值在内） ，采用分模造型后铸件的厚度很小，靠松动模样完全可以起模，故可以不考虑拔模斜度。2.3.3 收缩率的确定通常，HT150 钢的收缩率为 1.3%2% ，在本设计中铸件取 2% 的收缩率2.3.4 不铸孔的确定为简化铸件外形，减少型芯数量，直径小于 25mm 的孔均不铸出，而采用机械加工形成。2.3.5 铸造圆角的确定为防止产生铸造应力集中，铸件各表面相交处和尖角处，以 R =2mm4mm 圆滑过渡。7第三节 机械加工工艺规程设计3.1 基面的选择基面选择是工艺规程设
10、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和提高，同时，生产率也得到提高。否则，加工工艺过程中会出现很多问题，更有甚者，还会造成零件的大批报废，使生产无法正常进行，并且给企业带来巨大损失。3.1.1 粗基准的选择 对于一般的轴类零件而言，以外圆作为粗基准是完全合理的。对于本零件来说，应尽可能选择不加工表面为粗基准。按照有关粗基准的选择原则（即当零件有不加工表面时，应以这些不加工表面作粗基准，若零件有若干个不加工表面时，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作粗基准）根据这个基准选择原则和在设计过程中所考虑的要求，选择零件的重要面或重要孔做基准。在保证各加工面均有
11、加工余量的前提下，使重要孔或面的加工余量尽量均匀，同时，还要保证定位夹紧的可靠性，装夹的方便性，减少辅助时间，所以 60 外圆面作为粗基准。3.1.2 精基准的选择 主要应该考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算。在装夹连杆支座时，连杆支座的下端面既是定位基准又是设计基准，用它作为精基准，能使加工遵循基准重合的原则。孔的加工及左右两端面都采用底面做基准，这使得工艺路线又遵循“基准统一”的原则，下端面的面积比较大，定位比较稳定，夹紧方案也比较简单、可靠、操作方便。3.1.3 制订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。
12、除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。选择零件的加工方法及工艺路线方案如下：8方案一：工序 I 铣 100 端面 A 面；工序 II 倒角 1X45工序 III 铣 60 端面 G 面；工序 IV 镗 45 孔（不到尺寸）工序 V 精镗 45 孔，倒角 1X45；工序 VI 粗车 32 外圆面 C 面；工序 VII 半精车 32 外圆面 C 面；工序 VIII 粗磨 32 外圆面 C 面；工序 IX 精磨 32 外圆面 C 面；工序 X 钻、扩、铰 12 孔至图样尺寸；工序 XI 铣 32 端面 M 面工序 XII 铣 48 端面 E 面工序 XIII 倒角 1X45工序 XI
13、V 铣 20X20 端面 J 面工序 XV 钻 M12 螺纹底孔 10工序 XVI 攻螺纹 M12工序 XVII 粗铣 28 端面 N 面工序 XVIII 半精铣 28 端面 N 面工序 XIX 精铣 28 端面 N 面工序 XX 钻、扩、铰 16 孔工序 XXI 检查方案二：工序 I 铣 100 端面 A 面工序 II 钻、扩、铰 45 孔至图样尺寸；工序 III 钻、扩、铰 16 孔工序 IV 铣 60 端面 G 面工序 V 倒角两个 1X459工序 VI 钻 M12 螺纹底孔 10工序 VII 攻螺纹 M12工序 VIII 粗铣 28 端面 N 面工序 IX 半精铣 28 端面 N 面工
14、序 X 精铣 28 端面 N 面工序 XI 铣 48 端面 E 面工序 XII 铣 32 端面 M 面工序 XIII 粗车 32 外圆面 C 面；工序 XIV 半精车 32 外圆面 C 面；工序 XV 粗磨 32 外圆面 C 面；工序 XVI 精磨 32 外圆面 C 面；工序 XVII 钻、扩、铰 12 孔至图样尺寸；工序 XVIII 倒角 1X45工序 XIX 检查3.1.4 工艺方案的比较与分析上述两个工艺方案的特点在于：方案一是先加工 M 面，再以 M 面为精基准加工 45 内孔，以及 32 外圆面，这样能同时保证所要求的垂直度及平行度要求；方案二对 45 的内孔采用钻扩铰方法，并同时钻
15、扩铰 12 孔，减少装夹次数。两工艺方案大体遵循了工艺路线拟订的一般原则，大致看来还是合理的。通过仔细考虑零件的技术要求以及加工手段的优化之后，仍有某些工序存在一些问题，还值得进一步讨论。图样规定：45 要与底面 A 面垂直，垂直度公差为 0.01mm，32 外圆面与底面平行度要求，公差为 0.01mm，因此加工45 孔与 32 外圆面应该以 A 面为基准，这样能保证设计基准与加工基准的重合。另外 45 粗糙度要求较高，可以通过钻扩铰完成也可以用粗镗-半粗镗-精镗来完成，为了减少工艺路线和装夹次数，可以使用钻扩铰来加工更好。综合以上几点，以及方案一方案二，整理修改后的工艺路线如下：工序 I 铣
16、 100 端面 A 面及倒角 1X45；以 60 外圆面 S 面为定位基准，采用 X51 立式铣床工序 II 铣 60 端面 G 面；100 端面 A 面为定位基准，采用 X51 立式铣床10工序 III 钻扩铰 45 孔至图样尺寸；100 端面 A 面为定位基准，采用 Z5150A 立 式钻床工序 IV 粗车 32 外圆面 C 面；100 端面 A 面及 45 孔为定位基准，选用C620-1工序 V 车 32 端面 M 面，100 端面 A 面及 45 孔为定位基准，选用 C620-1工序 VI 车 48 端面 E 面并倒角 1X45，100 端面 A 面及 45 孔为定位基准， 选用 C6
17、20-1工序 VII 半精车 32 外圆面 C 面；100 端面 A 面及 45 孔为定位基准，选用 C620-1工序 VIII 粗磨 32 外圆面 C 面；100 端面 A 面，选用外圆磨床 M135工序 IX 精磨 32 外圆面 C 面；100 端面 A 面，选用外圆磨床 M135工序 X 钻、扩、铰 12 孔至图样尺寸；100 端面 A 面及外圆面 C 面为定位基 准，采用 Z5150A 立式钻床；工序 XI 铣 20X20 端面 J 面，45 孔为定位基准，采用 X51 立式铣床；工序 XII 粗铣 28 端面 N 面，45 孔为定位基准，采用 X51 立式铣床；工序 XIII 半精铣
18、 28 端面 N 面，45 孔为定位基准，采用 X51 立式铣床；工序 XIV 精铣 28 端面 N 面，45 孔为定位基准，采用 X51 立式铣床；工序 XV 钻 M12 螺纹底孔 10.2mm，45 孔为定位基准，采用 Z5150A 立式钻床工序 XVI 钻、扩、铰 16 孔，45 孔为定位基准，采用 Z5150A 立式钻床工序 XVII 攻螺纹 M12工序 XVIII 终检入库以上工艺工程详见“机械加工工艺过程综合卡片”3.2 确定机械加工余量及工序尺寸前面根据资料已初步确定工件各面的总加工余量，现在根据计算法（相应因素查机械制造技术基础P238 表 5-12，铸件尺寸公差查机械加工工艺
19、手册3-12 表 3.1-21 及表 3.1-24；加工余量查机械加工工艺手册3-59 表113.2-920）确定各表面的各个加工工序的加工余量如下：3.2.1 孔表面（公差查互换性与测量技术基础p33 表 3-2）表 3-1 孔的加工内容及余量工序余量加工表面加工内容加工余量精度等级工序尺寸表面粗糙度最小 最大钻孔 15mm IT11 0.15m6.3 14.89mm 15mm扩孔 0.85mm IT10 .7083.2 0.78mm 0.96mm0.186m铰孔 0.15mm IT7 .161.6 0.132mm 0.22mm铸件 5mm CT10 42.钻 3mm IT11 0.163m
20、6.3 0.24mm 5.6mm扩孔 1.75mm IT10 .0753.2 1.65mm 1.91mm0.245m铰孔 0.25mm IT7 2.41.6 0.239mm 0.35mm钻 11mm IT11 0.1m6.3 10.989mm 11mm扩孔 0.85mm IT10 .70853.2 0.78mm 0.861mm0.182m铰孔 0.15mm IT6 .121.6 0.132mm 0.22mmM12 钻孔 10.2mm IT11 0.m6.3 10.189mm 10.2mm123.2.2 平面工序尺寸（公差查互换性与测量技术基础p33 表 3-2）表 3-2 表面加工的加工内容及
21、余量工序余量工序号工序内容加工余量基本尺寸经济精度工序尺寸及偏差 最小 最大铸件 5.5 CT10 1.601 粗铣 A 面 4 85.5 IT12 0.352.4 5.9502 精铣 A 面 1.5 84 IT8 0.41.15 1.554铸件 5.5 CT10 1603 粗铣 G 面 4 81.5 IT12 0.352.4 4.3504 精铣 G 面 1.5 80 IT8 0.1.15 1.85铸件 5 CT10 105 粗车 C 面 3.5 33.5 IT12 0.252.2 5.0506 半精车 C 面 1 32.5 IT10 0.10.75 1.107 粗磨 C 面 0.3 32.2
22、 IT9 .620.2 0.36208 精磨 C 面 0.2 32 IT7 0.50138 0.225铸件 5 CT10 1409 粗铣 N 面 3.4 45.6 IT12 0.252.0 5.0510 半精铣 N 面 1 44.6 IT10 0.10.75 1.111 精铣 N 面 0.6 44 IT8 .390.5 0.639铸件 8 CT10 212 铣 J 面 8 154 IT12 0.46 10.4铸件 8 CT1013 车 M 端面 8 154 IT12 0.46 10.4铸件 5.5 CT10 11314 车 E 端面 5.5 94 IT12 0.353.9 7.453.3.1
23、铣 100 端面 A 面及倒角 1X45；以 60 外圆面 S 面为定位基准（1）加工条件工件材料：HT150, b =120175MPa，铸造;加工要求：粗铣 100 孔下端 A 面，加工余量 4mm; 再精铣加工余量 1.5mm机床：X51 立式铣床；刀具：YG6 硬质合金端铣刀。铣削宽度 ae90,深度 ap6,齿数 z=12,故根据机械制造工艺设计简明手册 （后简称简明手册 ）表 3.1，取刀具直径d0=125mm。根据切削用量手册 （后简称切削手册 ）表 3.16，选择刀具前角 05后角 08，副后角 0=10，刃倾角 s=10,主偏角Kr=60,过渡刃 Kr=30,副偏角 Kr=2
24、。（2）切削用量1）确定切削深度 ap 因为余量较小，故选择 ap=4mm，一次走刀即可完成。2）确定每齿进给量 fz 由于本工序为粗加工，尺寸精度和表面质量可不考虑，从而可采用不对称端铣，以提高进给量提高加工效率。根据切削手册表 3.5，使用 YG6 硬质合金端铣刀加工，机床功率为 4.5kw（据简明手册表 4.2-35，X51 立式铣床）时： f z=0.140.24mm/z，故选择：f z=0.18mm/z。3）确定刀具寿命及磨钝标准 根据切削手册表 3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为 1.5mm；由于铣刀直径 d0=125mm，故刀具使用寿命 T=180min（据简明手册表 3.8）
25、。4）计算切削速度 vc和每分钟进给量 vf根据切削手册表 3.16，当 d0=125mm，Z=12，a p7.5，f z0.24mm/z 时，vt=108m/min,nt=196r/min,vft=370mm/min。各修正系数为：k MV= 1.0，k SV= 140.8。切削速度计算公式为：(2-vpvezvpTc kuayfxqdm01)其中 ， ， ， ， ， ，ae72ap4245vC2.0qv15.xv3.0yv， ， ， ， ，8.0.1kSvMv .uv0v3.min8T， ，将以上数据代入公式：zmfz/8.02Z i/142.02.735.018.4103.vc 确定机床
26、主轴转速： 。 (2-2)min/6rdvnwcs根据简明手册表 4.2-36，选择 nc=300r/min,vfc=390mm/min,因此，实际进给量和每分钟进给量为：vc= = m/min=118m/min (2-3)10d031254.f zc=v fc/(ncz)=390/(30012) mm/z=0.1mm/z (2-4)5)校验机床功率 根据切削手册表 3.24，近似为 Pcc=3.3kw,根据机床使用说明书，主轴允许功率 Pcm=4.50.75kw=3.375kwPcc。故校验合格。最终确定:ap=4.0mm，n c=300r/min，v f=390mm/s，v c=118m/
27、min，f z=0.1mm/z。6）计算基本工时(2-5)fmvLtyl查切削手册表 3. 26，入切量及超切量为：L=100+15=115mm，则：tmL/ V f=115/390=0.30min3.3.2 铣 60 端面 G 面；100 端面 A 面为定位基准，采用 X51 立式铣床（1）切削机床、刀具、进给、时间定额及其计算过程同工序 I。（2）计算基本工时：15查切削手册表 3. 26，入切量及超切量为： =12mm，则：ltmL/ V f=(60+12)/390=0.19min。3.3.3 钻、扩、铰 45 孔至图样尺寸；100 端面 A 面为定位基准，并保证垂直度 0.01mm，孔
28、精度达到 IT7,表面粗糙度达到 1.6um（1）加工条件工件材料：HT150 铸铁。加工要求：孔的直径为 45mm，公差为 H7，表面粗糙度 。1.6aRm机床：Z5150A 立式钻床刀具：加工工序为钻、扩、铰，加工刀具分别为：钻孔43mm 标准高速钢麻花钻，磨出双锥和修磨横刃；扩孔44.75mm 标准高速钢扩孔钻；铰孔45mm 标准高速铰刀。选择各工序切削用量。（2）选择钻孔切削用量1）确定进给量查加工工艺手册 ， ，由切削0.561.8/fmr801.634ld手册表 2.7,系数为 0.5,则：()(.2.9)/f mr按钻头强度选择:查切削手册表 2.8,钻头允许进给量为： ；1.8
29、/fr按机床 Z5150A 进给机构强度选择：查切削手册表 2.9，机床进给机构允许轴向力为 16000N 时，进给量为 。rmf/93.0以上三个进给量比较得出，受限制的进给量是工艺要求，其值为：0.0280.9mm/r。最终查 Z5150A 立式钻床说明书选择进给量 。0.43/fmr由于是通孔加工，为避免即将钻穿时钻头折断，故应在即将钻穿时停止自动进给而改为手动进给。根据切削手册表 2.19 查出,钻孔时轴向力 Ff=8500N，轴向力修正系数为 1.0，故 Ff=8500N。根据 Z5150A 立式钻床使用说明书，机床进给机构允许的最大轴向力为 16000NF f，故所选进给量可用。2）确定钻头磨钝标准及寿命 16后刀面最大磨损限度（查简明手册 ）为 0.6mm，寿命 min45T3）切削速度查切削手册表 2.30，切削速度计算公式为：（m/min） (2-6)vyxpmzvckfaTd0其中， ， ， ， ， ， ， ，5.9Cv043d25.vz125.09pa0vx5.vy，查得修正系数： ， ， ，故实际的切削速度：0.43f 1Tk8lv.tvk0.250.1259.19.72/min643cv4）检验机床扭矩及功率查切削手册表 2.20，当 f0.43, do43mm 时，M t=144.2Nm，修正系数均为 1.0，故
