机械工艺课程设计-钻床主轴套筒毕业设计(论文)word格式

机械工艺课程设计-钻床主轴套筒毕业设计（论文）word

格式

机械制造工艺

课程设计说明书

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机械制造工艺

课程设计任务书

内容：1、零件图

2、毛坯图

3、机械加工工艺规程

4、课程设计说明书

机械制造工艺学课程设计是我们对所学课程的一次深入的综合性的复习，也是一次理论

联系实际的训练，因此，它在我们大学四年生活中占有重要的地位。

我们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，从中培养

自己分析问题、解决问题及与团队合作的能力，另外，这也是对自身意志力的一次很好的磨

练机会。

由于能力所限，本设计中尚难免有许多不足之处，恳请各位老师、同学不吝给予批评和

指教。

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题目中所给定的零件是钻床主轴套筒（见附图）。钻床主轴套筒是钻床主轴实现轴向进

给运动的传动元件，主要作用一是传递钻孔所需的旋转运动, 带动主轴的上下移动；二是承

受并传递钻孔时的作用力；三是安装定位钻套。

钻床主轴套筒可以按装夹方式分成两组加工表面。

下面分述如下：

1.装夹外圆时

这时可以加工的表面包括两端面，Φ24mm的孔，Φ42mm的孔，两个Φ40mm的孔及其中一个孔的端面，Φ28mm的孔，尺寸为Φ46mm×2mm的内槽，尺寸为

M45×1的内螺纹，Φ31mm的孔及其端面。其中两Φ42mm孔应保证0.01mm的圆柱度公差。

2.两端顶尖装夹时

这时可以加工的表面包括外圆Φ50mm，模数为2、齿数为18、压力角为20?的齿，尺寸为8mm×1.5mm 的两处外槽。其中应保证齿槽底面与Φ50mm轴的垂直度公差0.025mm。

这两组加工表面之间有着一定的位置要求，主要是

1) 孔Φ28mm对Φ50mm轴的基准轴线的圆跳动公差为0.01mm；

2) 孔Φ31mm对Φ50mm轴的基准轴线的圆跳动公差为0.01mm；

3) 两Φ40mm的孔对Φ50mm轴的基准轴线的同轴度公差为0.012mm。

由以上分析可知，对于这两组加工表面而言，可以先加工其中一组表面，然后再加工另

一组表面，并且保证它们之间的位置精度要求。

题目给定的零件材料是45钢。考虑到在加工过程中，钻床主轴会经常承受交变载荷和

冲击性载荷，而主轴是安装在套筒上，从而套筒也会要经常承受交变载荷和冲击性载荷，尤

其是套筒齿条在与齿轮啮合传动的过程中经常要受到很大的力，因此应该选用锻件作为毛

坯，以使金属纤维尽量不被切断，保证零件工作的可靠性。由于零件是中批生产，而且零件

的轮廓尺寸不大，故可采用模锻成型。

基面的选择是工艺设计中的重要工作之一。基面选择的正确与合理，可以使加工质量得

以保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件大

批报废，是生产无法正常进行。

粗、精基准的选择。对于一般的轴类零件来说，以外圆作为粗基准是完全合理的。但对

本零件而言，因为圆轴内部加工表面较复杂，而外圆加工表面较为简单，可以选用两中心孔

作为粗基准（符合基准统一的原则），加工出外圆，然后以外圆为精基准，加工内孔。然后

再以内孔为精基准，精加工外圆。最后一外圆为精基准，精镗内孔。这样可以保证精度的要

求，且符合互为基准原则。

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。在生产纲领已确定为中批量生产的条件下，可以考虑采用万能性机床，并

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尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效益，以便使生产成本尽量下降。

1.工艺路线方案一

工序? 锻造，正火

工序? 钻Φ24mm孔至尺寸

工序? 粗车Φ50mm外圆，留2mm余量工序? 热处理：调质245HBA

工序V 精车外圆Φ50mm，留0.5mm余量工序VI 半精车右端面、各阶梯孔（B 孔留1mm余量），孔口倒角2×60?（工艺

用）；调头车端面、各阶梯孔（C孔留1mm余量），切槽，车螺纹，孔口

倒角2×60?（工艺用）

工序VII 检验

工序VIII 粗磨外圆，留余量至0.2mm

工序IX 铣齿

工序X 铣槽两处至8mm×1.5mm

工序XI 检验

工序XII 低温时效

工序XIII 修研两端孔口，倒角2×60? 工序XIV 检验

工序XV 精车Φ40mm孔及其端面至图纸要求（去掉工艺倒角），孔口倒角；调头，

精车孔Φ40mm及孔Φ31mm端面至图纸要求（去掉工艺倒角），孔口倒

角

工序XVI 总检，入库

2.工艺路线方案二

工序? 锻造，正火

工序? 钻Φ24mm孔至尺寸

工序? 粗车Φ50mm外圆，留2mm加工余量工序? 热处理，调质245HBA 工序V 精车外圆Φ50mm，留0.5mm加工余量工序VI 车端面，车Φ42mm孔至尺寸，车Φ40mm孔（留1mm加工余量），车孔

Φ28mm到尺寸，孔口倒角2×60?（工艺用）；调头，车端面，保证尺寸

175mm要求，车孔Φ40mm（留1mm加工余量），切槽Φ46mm×2mm，

车螺纹M45×1左至图纸要求，并孔口倒角2×60?（工艺用）

工序VII 检验

工序VIII 粗磨外圆Φ50mm，留加工余量0.2mm 工序IX 铣齿

工序X 铣槽两处至尺寸8mm×1.5mm

工序XI 检验

工序XII 热处理，低温时效

工序XIII 修研两端孔口，倒角2×60? 工序XIV 精磨外圆Φ50mm至图纸要求工序XV 检验

工序XVI 精车Φ40mm孔及其端面至图纸要求（去掉工艺倒角），孔口倒角；调头，

精车孔Φ40mm及孔Φ31mm端面至图纸要求（去掉工艺倒角），孔口倒

角

工序XVII 总检，入库

3.工艺路线方案三

工序I 锻造，正火

工序II 钻、扩孔，粗、精镗Φ24mm

工序III 粗车外圆

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工序IV 调质处理（HB245）

工序V 半精车外圆

工序VI 半精车右端面及各阶梯孔，车孔口倒角2×60?（工艺用）工序VII 调头，车另一端面及各阶梯孔，切槽，车螺纹M45mm，同上，车孔口倒角2×60?（工艺用）

工序VIII 检验

工序IX 粗磨外圆

工序X 铣齿

工序XI 铣槽（两处）

工序XII 检验

工序XIII 低温时效处理

工序XIV 修研两端面孔口工艺倒角

工序XV 精磨外圆至要求尺寸

工序XVI 精车内孔Φ40+0.014 +0.014 mm，再调头精车内孔Φ40mm（注意切除工艺倒角） -0.011-0.011工序XVII 检验

4.工艺方案的比较与分析

经分析与比较，权衡各方面因素后，最后的工艺加工路线制定如下：

工序工序内容定位与夹紧

工序I 锻造，正火

工序II 钻、扩孔Φ24mm 外圆

工序III 粗车外圆Φ50mm 孔（两端顶夹）

工序IV 调质处理（HB245）

工序V 半精车外圆Φ50mm 孔（两端顶夹）

工序VI 半精车右端面及车各阶梯孔，车孔口倒角2×外圆

60?（工艺用）

工序VII 调头，车另一端面及车各阶梯孔，切槽，车螺纹外圆

M45mm，同上，车孔口倒角2×60?（工艺用）

工序VIII 检验

工序IX 粗磨外圆工艺倒角两处顶

夹

工序X 铣齿外圆及端面

工序XI 铣槽（两处）外圆及齿槽

工序XII 检验

工序XIII 低温时效处理

工序XIV 修研两端面孔口工艺倒角外圆

工序XV 精磨外圆Φ50mm至要求尺寸工艺倒角两处顶

夹

工序XVI 精镗内孔Φ40+0.014 +0.014 mm，再调头精镗内孔Φ40外圆（可采用液塑-0.011-0.011

mm（注意切除工艺倒角）定心夹具）

工序检验

XVII

：1.查资料知，工序16中，没有采用一次车完两孔，而是调头车另一端孔，

是因为这样可以保证较高的同轴度，从而实现提高精度的目的。

2.铣齿后，因结构不对称会引起内应力而发生弯曲变形，故利用调质处理，

以稳定其组织性能。

3.调质，即淬火和高温回火，调质件具有优良的综合力学性能，即高强度

和高韧性的适当配合。

4.以外圆或外圆两端孔口的工艺倒角作为定位基准面，本质为外圆中心线，

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实现基准的重合，因而外圆和工艺倒角（内孔）互为基准，提高同轴度，尽量减小加工误差，提高产品精度。

“钻床主轴套筒”零件材料为45#钢，毛坯重量约为4kg左右。生产类型为中批生产，毛坯采用模锻毛坯。根据以上所述原始资料及加工工艺，可以分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺

寸以及毛坯尺寸如下：

1. 孔Φ24m m

此孔精度要求介于IT7-IT8之间，参照《工艺手册》相关数据表格，确定工序尺寸及工

序余量为：

钻孔Φ22mm

扩孔Φ23.8mm 2z=1.8mm

粗镗Φ23.9mm 2z=0.1mm

精镗Φ24mm 2z=0.1mm

2. 外圆Φ50+0.015 mm -0.010

坯料Φ55mm

粗车Φ51.7mm 2z=3.3mm

半精车Φ50.7mm 2z=1.0mm

粗磨Φ50.4mm 2z=0.3mm

+0.015 精磨Φ50mm 2z=0.4mm -0.010

1> 取加工精度为F，锻件复杂系数为S。锻件质量约为3.4kg,则查《工艺手册》表21

2.2-25知，锻件单边余量（厚度（直径）方向）为1.7~2.2mm,拟取z=1.7mm;

由《工艺手册》表2.2-14（精密级），材质系数取M，锻件复杂系数取S，则11+1.3 锻件偏差为mm。 -0.7

2> 查《工艺手册》表2.3-2、2.3-3、2.3-4：车削余量：1.1mm(半精车工序加工精度为

IT8~11，现拟取11，故可知本工序加工公差为-0.22mm(入体方向))。 +0.015 磨削余量：0.5mm,磨削公差即零件公差mm ， -0.010利用调整法加工：毛坯名义尺寸：50+1.7×2=53.4mm,

毛坯最大尺寸：53.4+1.3×2=56.0mm,

毛坯最小尺寸：53.4-0.7×2=52.0mm，

车削后最大尺寸：50+0.5×2=51.0mm,

车削后最小尺寸：51.0-0.22=50.78mm,

+0.015 磨削后尺寸与零件图所示尺寸相符，即Φ50mm。 -0.010

工序毛坯半精车磨削

加工尺寸及公差

56.0mm, 51.0mm, 最大

加工前 52.0mm 50.78mm, 最小

56.0mm 51.0mm 50.0mm 加工后最大

52.0mm 50.78mm, 49.975mm 最小

1.7mm

2.5mm 0.5mm 加工余量（2z）最大

0.61mm 0.4mm 最小

加工公差（2z） +1.3 mm -0.02mm 0.025mm -0.7

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+0.014 3. 两内孔Φ40mm -0.011+0.014 此二内孔Φ40mm是在加工通孔Φ24的基础上通过粗、精车达到要求尺寸。 -0.011

通孔Φ24mm

半精车Φ39.7mm 2z=15.7mm +0.014 精车Φ40mm 2z=0.3mm -0.011

4. 端面沿轴线方向的加工余量

此锻件的坯料规模为Φ55mm×180mm,故其体积为

3 mm

3通过查询资料，得知，本锻件所使用的45#钢的密度约为7.85g/cm，所以，锻件

的质量约为3.4kg左右。

现经查询手册等资料，由于本锻件质量约为3.4kg，锻件复杂形状系数为S，锻件1+1.3 材质系数取M，锻件轮廓尺寸(长度方向) ＞180~315mm,故长度方向偏差为mm(由-0.71

《工艺手册》中表2.2-10、2.2-11、2.2-14（精密级）)。

由表2.2-25(《工艺手册》第54页)知，长度方向的余量值规定为1.7~2.2mm,现拟

取1.7mm.

工件材料：45钢正火，=600MPa, 模锻成型处理。

02钻、扩孔Φ24mm

加工要求：钻孔至Φ22mm、扩孔至Φ23.8mm

选用机床：转塔车床C365L

（1）钻孔Φ22mm

选用刀具：直径为Φ22mm的麻花钻

切削用量计算：

f= 0.45 (mm/r) (见切削手册表2.7)

= 13.92 (m/min) (见切削手册表2.13及表2.14,按5类加工性考虑)

n= = 201(r/min) s

按机床选取 n=183 (r/min) w

所以实际切削速度

V==12.6 (m/min) 钻

切削工时： t===2.3min

（2）扩孔Φ23.8mm

根据切削手册表2.10查得扩孔钻扩Φ23.8mm孔时的进给量，并根据机床选取f= 0.8(mm/r)

扩孔钻扩孔时的切削速度，查有关资料，确定为

V= 0.4＝0.413.92＝5.57(m/min)

n==75(r/min) s

按机床选取=78r/min

所以实际切削速度 v==5.83(m/min)

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切削工时： t===3min

综（1）、（2）可知，此工序总的工时为 2.3min+3min=5.3min

03：粗车外圆

加工要求：粗车外圆至Φ51.7mm

机床：C620-1卧式车床

2刀具：刀片材料YT15,刀杆尺寸1625mm,＝90度，=15度，=12度，=0.5mm. 60螺纹车刀：刀片材料：W18Cr4V。

（1）切削深度单边余量Z=1.65mm,可以一次性切除。

（2）进给量根据切削手册表1.4,选用 f= 0.6 (mm/r)

（3）计算切削速度见切削手册表1.27

=

==1.0293

故 =99.3 (m/min)

(4)确定主轴转速

= =575 (r/min)

按机床选取 n=600 (r/min)

所以实际切削速度

V＝=103.7(m/min)

(5)检验机床功率主切削力按照切削手册表1.29所示公式计算

= 其中 =

所以＝1313.5N

故切削时消耗功率Pc为

P

==2.27 Kw c

由切削手册表1.30中C620-1机床说明书可知，C620-1主电动机功率为

7.8Kw，当主轴转速为600r/min时，主轴传递的最大功率为5.5Kw，所以机床功率足够，可以正常

加工。

（6）校验机床进给系统强度已知主切削力＝1313.5N,径向切削力查表1.29所示公式计算

= 其中 =

所以＝249.8(N)

而轴向切削力

F= f

其中 =

所以

F＝621 (N) f

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取机床导轨与床鞍之间的摩擦系数u＝0.1,则切削力在纵向进给方向对进给机构的作用力为

F＝ +u(+)=621+0.1(1313.5+249.8)=777.3 (N)

由切削手册表1.30知，机床纵向进给机构可承受的最大纵向力为3530N,故机床进给系

统可以正常工作。

（7）切削工时

t =

=0.5 min

05：半精车外圆

加工要求：半精车至Φ50.7mm，单边余量为0.5mm 经查《手册》相关数据表知，进给量f=0.3mm/r。

=1.281.00.811.01

所以， =189.6 (m/min).

==1190 (r/min)

所以机床转速选择n=1200 (r/min)

工时 t= =0.51 min

06：半精车右端面及各阶梯孔

(1) 车端面

单边余量为2.5mm

经查切削手册表1.4进给量 f=0.5~0.7（mm/r）按C620-1车床说明书切削手册表1.30取

f=0.5（mm/r）计算切削速度由切削手册表1.27

其中

故 =118.5 (m/min)

=774 (r/min)

按机床选取 n=770 ( r/min)

切削工时

：

=0.08 (min)

(2)车阶梯孔Φ28mm, Φ39.7mm , Φ42mm。车孔的顺序为由小孔到大孔，安排合理，便于操作。因为Φ40mm孔的尺寸要求较高，故以其切削用量为标准。

单边余量 Z=5.85 mm

经查表知：

进给量 f＝0.3(mm/r)

切削速度 =129.6m/min.

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==1039 (r/min) 所以机床转速选择 n=960 (r/min)

切削工时： t=t+t+t=3t= 1232

= 0.3 (min)

考虑到实际情况还要涉及到镗刀调整，而以上时间只是理论时间，鉴于操作者实际

水平因素，初步拟定车刀调整时间为0.7min,故这三个工步共耗时1min. 综上所述，此工序总工时为T＝1.08min

07:半精车另一端面及车各阶梯孔,切槽，车螺纹M45mm，车孔口倒角2×60?

(1)车端面

单边余量为2.5mm

经查切削手册表1.4进给量 f=0.5~0.7（mm/r）按C620-1车床说明书切削手册表1.30取

f=0.5（mm/r）计算切削速度由切削手册表1.27

其中故 =118.5 (m/min)

=774(r/min) 按机床选取 n=770 ( r/min)

切削工时

： =0.08 (min)

(2)车阶梯孔Φ31mm, Φ39.7mm , Φ45mm。车孔的顺序为由小孔到大孔，安排合理,便于

操作。因为Φ40mm孔的尺寸要求较高，故以其切削用量为标准。单边余量

Z=(39.7-31)/2=4.35mm

经查表知：

进给量 f＝0.3(mm/r)

切削速度 =129.6m/min.

==1039r/min 所以机床转速选择 n=960r/min

切削工时： t=t+t+t=3t= 1232

= 0.3 (min)

(3)切槽Φ46mm2mm

单边余量z＝0.5mm

根据切削手册表1.7 进给量 f＝0.15(mm/r)

切削速度

所以， =76.4m/min.

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==529(r/min)

所以机床转速选择 n=600 (r/min)

查工艺手册表6.21得切削工时： t==0.02min

(2) 车螺纹M45mm

a、见切削用量手册表21，刀具寿命T＝60分钟，采用高速钢螺纹车刀，规定粗车螺

纹时=0.17mm,走刀次数i＝4,精车螺纹时=0.08mm，走刀次数为i=2,

=1.110.75=0.83

所以，粗车时 =21m/min

精车时 =36.5m/min

b、主轴转速

粗车螺纹时 = = =149 (r/min)

按机床说明书取 n=96 (r/min)

实际切削速度为 =18 (m/min)

精车螺纹时 n1== =258 (r/min)

按机床说明书取 n=184 (r/min)

实际切削速度为 =34 (m/min)

c、切削工时的计算：取切入长度L1＝3 mm

粗车螺纹工时 t1= = =0.42min

精车螺纹工时 t2= = =0.11min

09:粗磨外圆至Φ50.4mm(单边余量z=0.15mm)

1. 选择砂轮，参考工艺手册p125,砂轮磨料为白刚玉，粒度为46号，硬度为中软1

级，陶瓷粘合剂，6号组织，采用平型砂轮，尺寸为35040127

2. 切削用量的选择

根据机床说明书选择砂轮转速1500r/min,＝30m/s,轴向进给量=0.2mm/r,工件

速度=15m/min,径向进给量=0.03mm/双行程

3. 切削工时

: t= = =3.2min

10 :铣齿（模数为2）

机床：卧式铣床

刀具：模数铣刀刀具材料：硬质合金YT15

查相关资料，取主轴转速为 n=75 (r/min)

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铣刀每转进给量查切削手册表4.3取为 f=1.5 (mm/r)

切削速度查切削手册表4.14取为 =180 (m/min) 计算工时，由工艺手册表6.2-13有

t=(+L+L) 12

其中，因为是直齿条，故β=0；B=14.2;L=11.2;L=3;zi=18;fm=112.5 12所以t=4.54min

11：铣槽（两处）1.5mm8mm

铣床选用：X62卧式铣床

查切削手册表3.1,选用刀具：高速钢错齿三面刃铣刀，铣刀直径为100mm，宽度为8mm，