机械制造技术基础课程设计

湖南科技大学

《机械制造技术基础》

课程设计

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指导教师：胡忠举

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目录

第1章零件的工艺分析 (2)

（一）轴类零件的用途 (2)

（二）导杆的技术要求 (2)

第2章确定毛坯的种类和制造方法 (4)

（一）确定毛坯的总类 (4)

（二）机械加工余量、工序尺寸以及毛坯尺寸的确定 (4)

第3章工艺路线设计 (6)

（一）定位基准的选择 (6)

（二）制定工艺路线 (7)

（三）工序设计 (8)

第4章选择机床和工艺设备 (10)

第5章确定工序的基本余量 (11)

第6章确定切削用量和时间定额 (14)

第7章小结 (16)

参考文献 (16)

第1章

零件的工艺分析

（一）轴类零件的用途

本次课程设计零件为一导杆，属轴类零件。轴类零件是旋转体零件，其长度大于直径，一般由同心轴的外圆柱面、圆锥面、内

孔和螺纹及相应的端面所组成。导杆主要用来支承传动零部件，

传递扭矩和承受载荷，故其广泛应用于各类机械产品中。

（二）导杆的技术要求

1.导杆的技术要求全部技术要求绘制在图中。其表面要求热处理

30~36HRC；

a、孔20要满足以中心轴线E为基准的对称度要求为，垂直度要求为；

b、轴右端18要满足以中心轴线E为基准的同轴度要求为 ；

c、轴内螺纹孔4xM6-6H满足深度为8，以中心轴线D为基准的位置度要求满足。

2.通过对该零件图的重新绘制，知原图样的视图正确，尺寸，公差

及技术要求齐全。

零件图样分析

（1）该零件轴段的安排是呈阶梯型，其加工精度要求较高，要有较高的形位公差，表面粗糙度最高达到了μm。零件的中心轴是设计基准和工艺基准。

（2）20021.00

Φ+mm对公共轴线的对称度为，垂直度为。

（3）180025.0

Φ-mm的圆柱面对公共轴线的同轴度为。

（4）4?M6-6H对公共轴线的的位置度为。

（5）零件的材料为38Cr。

（8）热处理30~36HRC。

（9）轴大端加工出C3倒角，轴小端加工出C2倒角。

该零件属于轴类零件，它的所有表面均需要切削加工，各个表面的加工精度和表面粗糙度都不难获得。该零件除工作表面

外，其余表面加工精度较低，通过车削，钻削等的一次加工就可以达到加工要求，主要工作表面虽然加工精度相对较高，但也在正常的生产条件下，采用较经济的方法保质保量的加工出来，由此可见，该零件的工艺性较好。

3.零件的工艺分析

（1）零件的毛坯材料为45，是典型的轴用材料，综合机械性能良好。该材料是优质合金钢，经调制处理之后具有良好的力学性能和切削加工性能。经淬火加高温回火后具有良好的综合力学性能，具有较高的强度、较好的韧性和塑性。

（2）根据表面粗糙度要求和生产类型，表面加工根围粗加工和精加工。加工时应把精加工和粗加工分开，这样经多次加工以后逐渐减少了零件的变形误差。

（3）此零件的毛坯为模锻件，外形不需要加工。

（4）该轴的加工以车削为主，车削时应保证外圆的同轴度。

（5）在精车前安排了热处理工艺，以提高轴的疲劳强度和保证零件的内应力减少，稳定尺寸、减少零件变形。并能保证工件变形

之后能在半精车时纠正。

（6）同一轴心线上各轴孔的同轴度误差会导致轴承装置时歪斜，影响导杆的同轴度和使用寿命。所以在车削磨削过程中，要保证

其同轴度。

第2章

确定毛坯的种类和制造方法

(一) 确定毛坯的总类：选择毛坯，确定毛坯，绘制毛坯图

（1）零件分析

该零件材料为38Cr，考虑到车床在加工过程中要经常正反向旋转，该零件在加工过程中要承受载荷作用，因此选用锻件，以使金属纤维尽量不被切

断，保证零件工作可靠。假设为批量生产，零件的轮廓尺寸不大，故采用模

锻成形来制造毛坯。模锻成形后切边，进行调质，调质硬度合适，并进行酸

洗，喷丸处理。喷丸可以提高表面硬度，增加耐磨性，消除毛坯因脱碳而对

机械加工带来的不利影响。

(2)设计毛坯图

毛坯图如图纸所示。

(二)确定机械加工余量，毛坯尺寸和公差

参照课程设计指导教程第二章第二节确定模锻毛坯尺寸的公差和机械加工余量，查表2-6~表2-9，首先确定下列因素。

1＞锻件公差等级

由于导杆的用途和技术要求，确定该零件的公差等级为普通级。

2＞锻件质量mf

假设零件成品质量为，估算mf=。

3＞锻件形状复杂系数S

对导杆零件图进行分析计算，可大致确定锻件外扩的长度，宽度，高度。

S=mf/mN

该锻件为长轴形，其最大直径为，长248mm，

估计该零件的形状复杂系数为S2级。

4＞锻件材质系数

由于该导杆材料为38Cr，38Cr表示含碳量为%的合金结构钢，其中Cr 平均含量<%，故该锻件的材质系数为M1级。

5＞零件表面粗糙度

由零件图可知，除孔20，轴中部为，轴左端40Ra=以外，其余加工表面Ra>=.

（1）确定机械加工余量

根据锻件质量，零件表面粗糙度，，形状复杂系数查表2-9，由此查的单边余量在厚度方向为~，水平方向为~,各轴向尺寸的单面余量为~，孔的单面加工余量查表2-10为。

轴端面加工余量的确定：

根据轴的尺寸长度与零件直径，查工艺手册得端面的加工余量为2。

（2）毛坯尺寸和公差

第3章

工艺路线设计

（一）定位基准的选择

定为基准的选择：正确的选择定位基准是设计工艺过程中的一项重要的内容，也是保证加工精度的关键，定为基准分为精基准和粗基准，以下为定位基准的选择。

（1）粗基准的选择

粗基准的选择应能保证加工面与非加工面之间的位置精度，合理分配各加工面的余量，为后续工序提供精基准。所以为了便于定位、装夹和加工，可选轴的外圆表面为定为基准，或用外圆表面和顶尖孔共同作为定为基准。用外圆表面定位时，因基准面加工和工作装夹都比较方便，一般用卡盘装夹。为了保证重要表面的粗加工余量小而均匀，应选该表面为粗基准，并且要保证工件加工面与其他不加工表面之间的位置精度。

（2）精基准的选择

根据减速箱输出轴的技术要求和装配要求，应选择轴左端面端面

Φ-为精基准。零件上的很多表面都可以以两端面Φ-和中间端面180025.0

500025.0

作为基准进行加工。可避免基准转化误差，也遵循基准统一原则。两端的中心

轴线是设计基准。选用中心轴线为定为基准，可保证表面最后的加工位置精度，实现了设计基准和工艺基准的重合。由于两轴面的精加工工序要求余量小且均

匀，可利用其自身作为基准。

（二）制定工艺路线

本零件加工面由外圆，内孔，外螺纹等，材料为38Cr，参照工艺手册，并根据导杆零件图上个表面的尺寸精度和粗糙度确定其加工方法选择如下：

1左端面：公差等级为IT7，表面粗糙度为，采用粗车——半精车——精车。

2右端面：公差等级为IT7，表面粗糙度为，采用粗车——半精车

3左端50外圆表面：外圆表面粗糙度μm的要求，对其加工方案为粗车——半精车——磨削。

440的外圆表面：公差等级为IT7，外圆表面粗糙度为μm，确定其加工方案为：粗车——半精车——精车。

5 18外圆表面：公差等级为IT7，表面粗糙度为μm ,确定其加工法案为：粗车—

—半精车——磨削。

6 退刀槽：直槽车削

7 右端螺纹：加工方法为粗车——半精车——车螺纹

8 左端20孔：公差等级IT7，内表面粗糙度为，采用粗镗——半精镗——精镗

9 右端4孔：公差等级为IT7，内表面粗糙度为，采用粗镗——半精镗

10 螺纹孔（4xM6）：加工方法为钻孔—攻丝

对于轴上孔加工应注意下面两个问题：1应安排在调质以后加工，以免因调质处理变形较大而导致孔加工产生弯曲变形难以纠正，引起轴转动时的不平

衡。2应安排在外圆粗车或半精加工之后进行，这样可以有一个较精确的轴颈

作为定位基面，从而保证孔与外圆同心，并使轴的壁厚均匀。

加工阶段的划分

该导杆的加工质量较高，可将加工分为粗加工，半精加工，精加工几个阶段

（1）粗加工阶段：这一阶段的主要目的是采用大切削用量切除部分加工余量，把毛皮加工至接近工件的最终形状和尺寸，只留下适当的加

工余量。此外还可及早的发现锻件裂缝等缺陷，以便及时修补和做

报废处理。主要包括：先粗铣导杆的左右断面，使后续工序采用精

基准定位加工，保证其他加工表面的精度要求。

（2）半精加工阶段：这一阶段主要为了精加工做好准备，尤其是做好基面准备，对于一些要求不高的表面应在这一阶段全部完成，达到图

样规定的技术要求。

（3）精加工阶段：进行导杆的外表面，内孔的精铣等。

工序的集中与分散

工序的适当集中，以减少设备的实用更换次数，并尽量采用通用设备，关键工序必要时采用专用设备。较多采用夹具，在确保质量的前提下，尽量是生产具备较大的柔性。

（三）工序设计

<1> 机械加工工艺

（1）遵循“先加工基准面，再加工其他表面”原则，首先加工基准———将端面先加工，再钻孔，以定位车表面的外圆。

（2）遵循“先加工平面后加工孔”原则，先加工左右端面来定位加工各个孔。

（3）遵循“先加工主要表面，后加工次要表面”先加工———车外圆各个表面及钻孔，后加工———退刀槽及倒角。由于次要表面和主要表面之间往往

有相互位置的精度要求，因此一般应在主要表面达到一定精度后，再以只

要表面定位加工次要表面。

（4）遵循“先安排粗加工工序，后安排精加工工序”原则先安排粗车外圆，粗镗孔，后安排磨削外圆，精镗孔。

<2>热处理工序

锻造后，在切削加工前宜采用正火，能提高盖上杆的硬度，消除毛坯的内应力，改善其切削性能。在粗加工后进行调质，调至处理使杆达到30~36HRC，调质处理主要使杆获得更高的综合力学性能。在精加工之后，进行表面淬火加低温回火，提高其耐磨性和工作中承受冲击载荷的能力。

<3>辅助工序

在粗加工和热处理之后，安排校直工序：在半精加工之后，安排去毛刺处理和中间检验工序，零件表面和内部的毛刺会影响装配操作和装配质量，甚至影响整机性能，应予以重视。

精加工之后，安排去毛刺，清晰和终检工序。

综合上述，该杆的工序的安排为：基准加工——主要表面加工及镗孔的在粗加工——主要表面的半精加工和槽的加工——热处理——主要表面的精加工。

6、拟定工艺路线

工艺路线：

下料——锻造——正火——粗车端面，倒角——粗车各外圆——调质处理

（30~36HRC）——切槽，镗孔——半精车外圆，端面——中间检验——车螺纹

——磨削外圆——去毛刺——最后检验

导杆加工工艺过程

第4章

机床设备的选用

1．机床设备的选用

在本方案中，导杆的生产类型为小批量生产，可以选用较高效率的专用机床和通用机床。根据该轴尺寸的大小要求，选用车床CA6140，外圆磨M1412，

台式钻床Z515，铣床XA6132。

2．工艺装备的选用

在小批量生产的条件下，所用的刀具有通用道具和特殊刀具，量具有游标卡尺、卡尺、塞规等。另外还要用到夹具。

第5章

工序加工余量的确定，工序尺寸及公差的计算1轴左端50外圆表面：外圆表面粗糙度μm的要求，对其加工方案为粗车——半精车——磨削。

查工艺手册得：磨削的加工余量为,半精车的加工余量为，粗车的加工余量

为，总得加工余量为，所以去总的加工余量为6，将粗车的加工余量修正为。

精车后工序的基本尺寸为35mm，其它各工序的基本尺寸为：

磨削：50+=

半精车：+=

粗车：+=56

确定总加工余量为6

确定各工序的加工经济精度和表面粗糙度：由工艺手册查得：精车后为IT7，Ra为μm。半精车后为IT8,Ra为μm，粗车后为IT11,Ra为16μm。

按照加工方法能达到的经济精度给各工序尺寸确定公差,查工艺手册可知每道工序的经济精度所对应的值为：

=。

取磨削的经济精度公差等级为IT7，其公差值为T

1

取半精车的经济精度公差等级IT8，其公差值为T

=。

2

=。

取粗车的经济精度公差等级IT11，其公差值为T

3

2 对于40的外圆表面：公差等级为IT7，外圆表面粗糙度为μm，确定其加

工方案为：粗车——半精车——精车。

由工艺手册查得：精车的加工余量为，半精车的加工余量为，粗车的加工余量为，所以总加工余量为，取加工余量为10，修正粗车余量为。

精车后工序的基本尺寸为40，其他各工序的基本尺寸为:

精车：40+=

半精车：+=

粗车：+=50

确定各工序的加工经济精度和表面粗糙度：精车后为IT7，μm，半精车后为IT8，μm ，粗车后为IT11，按照各工序所得到的经济精度所对应的值

精车的经济精度公差等级IT7，其公差值T1=。

半精车的经济精度公差等级IT8，其公差值T2=。

粗车的经济精度公差等级为IT11，其公差值T3=。

3 18外圆表面的毛坯加工余量的确定：表面粗糙度为μm ,确定其加工法案为：

粗车——半精车——磨削。

精车后的尺寸为18，其它各工序的基本尺寸为：

磨削：18+=

半精车：+=

粗车：+=24

确定各工序的加工经济精度和表面粗糙度：由工艺手册查得：磨削后为IT7，Ra为μm。半精车后为IT8,Ra为μm，粗车后为IT11,Ra为16μm。

所以18的总加工余量为24-18=6

4 孔φ20，采用粗镗——半精镗——精镗，第一次粗加工镗至15mm，第二次粗

镗加工至18mm，加工余量3mm，半精加工至，加工余量为，精镗至20mm，加工余

量为。

第6章

确定切削用量和时间定额

确定切削用量

确定切削用量的原则：首先应选去尽可能大的背吃刀量，其次在机床动力和刚度允许的条件下，又满足以加工表面粗糙度的情况下，选取尽可能大的进给量。

最后根据公式确定最佳切削速度。

1、工序04，粗车轴的左右端面

该工序为两个工步，工步1是以左边定位。粗车右端面；工步2是以右边定位，粗车左端面。由于这两个工步是在一台机床上经一次走刀加工完成的，故其

选用的切削用量相同。

①背吃刀量的确定：

根据加工余量，工步1和工步2的背吃刀量都为2mm

②进给量的确定：

本设计采用的是硬质合金车刀，工件材料是38Cr，查表取进给量f＝r

③切削速度的计算：

硬质合金车刀切削38Cr时，取切削速度V为60m/min，根据公式n=1000Vc/πd，可得车床转速n=1000×60/π×35r/min，查表CA6140的主轴转速范伟为10~1400，1400~1580（r/min），符合要求。

2、工序06粗车及工序09半精车

该工序为工步1粗车和工步2半精车，则进给量依次为

ap1=z=， ap2=z=

查表得粗车 f1=r

精车，取Vc为90m/min，则n=819r/min (n=1000Vc/πd)

粗车，取Vc为60m/min，则n=546r/min

3、工序车槽，倒角

1、背吃刀量的确定：

根据加工余量，背吃刀量ap=

2、进给量的确定：

本设计采用的是硬质合金车刀，工件材料为38Cr，查表取进给量f=r

3、切削速度的计算

硬质合金车刀切削38Cr时，取取切削速度为Vc为s (n=1000Vc/πd)

所需车床转速n=1345r/min，取1350r/min

4、精车外圆面

1、背吃刀量的确定：

根据加工余量，精车背吃刀量ap=

2、进给量的确定：

本设计采用的是硬质合金车刀，工件材料为38Cr，查表取进给量f=r

3、切削速度的计算

硬质合金车刀切削38Cr时，取取切削速度为Vc为s (n=1000Vc/πd)

所需车床转速n=1494r/min，查表CA6140，主轴转速范围10~1400，1400~1580，如何要求，取1500r/min

时间定额

时间定额是在一定的生产条件下，盛产一件产品或完成一道工序所需要的时间，由基本时间Tj，辅助实际Tf，布置工作时间Tw，休息和生理需要时间Tx，准备和终结时间Tz组成。

课程设计小结

经过几天不断的努力，身体有些疲惫，但看到劳动后的硕果，心中又有几分喜悦。总而言之，感触良多，收获颇丰。

通过认真思考和总结，机械设计存在以下一般性问题：机械设计的过程是一个复杂细致的工作过程，不可能有固定不变的程序，设计过程须视具体情况

而定，大致可以分为三个主要阶段：产品规划阶段、方案设计阶段和技术设计

阶段。值得注意的是：机械设计过程是一个从抽象概念到具体产品的演化过程，

我们在设计过程中不断丰富和完善产品的设计信息，直到完成整个产品设计；

设计过程是一个逐步求精和细化的过程，设计初期，我们对设计对象的结构关

系和参数表达往往是模糊的，许多细节在一开始不是很清楚，随着设计过程的

深入，这些关系才逐渐清楚起来；机械设计过程是一个不断完善的过程，各个

设计阶段并非简单的安顺序进行，为了改进设计结果，经常需要在各步骤之间

反复、交叉进行，指导获得满意的结果为止。

获得这份拥有是我们团队共同努力的结果。我们通过默契的配合，精细的分工，精诚的合作，不断的拼搏，共同完成了这一艰巨而又光荣的任务。

在这里，特别要感谢一下胡老师。经过他的精心指导，我们多了几分激情，少了几分麻烦，多了几分灵感，少了几分忧虑。

参考书籍

一、《机械制造技术基础》中南大学出版社胡忠举主编

二、《机械制造技术及课程设计指导教程》机械工业出版社邹青呼永主编