机械制造技术基础课程设计.doc
目录
一、零件结构工艺性分析 (2)
1. 零件的技术要求 (2)
2. 确定堵头结合件的生产类型 (3)
二、毛坯的选择 (4)
1．选择毛坯 (4)
2．确定毛坯的尺寸公差 (4)
三、定位基准的选择 (6)
1．精基准的选择 (6)
2．粗基准的选择 (6)
四、工艺路线的拟定 (7)
1．各表面加工方法的选择 (7)
2．加工阶段的划分 (8)
3．加工顺序的安排 (8)
4．具体方案的确定 (9)
五、工序内容的拟定 (10)
1. 工序的尺寸和公差的确定 (10)
2. 机床、刀具、夹具及量具的选择 (11)
3. 切削用量的选择及工序时间计算 (12)
六、设计心得 (35)
七、参考文献 (36)
一、零件结构工艺性分析
1.零件的技术要求
1.堵头结合件由喂入辊轴和堵头焊接在一起。其中喂入辊
轴：材料为45钢。堵头：材料为Q235-A。且焊缝不得有夹渣、气孔及裂纹等缺陷。
2.零件的技术要求表：
2. 确定堵头结合件的生产类型
根据设计题目年产量为10万件，因此该左堵头结合件的生产类型为大批量生产。
二、毛坯的选择
1．选择毛坯
由于该堵头结合件在工作过程中要承受冲击载荷，为增强其的强度和冲击韧度，堵头选用锻件，材料为Q235-A ，因其为大批大量生产，故采用模锻。喂入辊轴由于尺寸落差不大选用棒料，材料为45钢。 2．确定毛坯的尺寸公差
喂入辊轴：
根据轴类零件采用精轧圆棒料时毛坯直径选择可通过零件的长度和最大半径之比查的毛坯直径
206
L 8.24R 25==
查表得毛坯直径为：φ55
根据其长度和直径查得端面加工余量为2。故其长度为206+2+2=210mm 堵头:
1．公差等级：
由于堵头结合件用一般模锻工艺能够达到技术要求，确定该零件的公差等级为普通级。
2．重量：
锻件重量的估算按下列程序进行:
零件图基本尺寸-估计机械加工余量-绘制锻件图-估算锻件重量。并按此重量查表确定公差和机械加工余量
据粗略估计锻件质量： 11.6f Kg M = 3．形状复杂系数：
锻件外廓包容体重量按公式：2N d h 4
M π
ρ=
g g 计算
293
186.5101104
7.851021.65Kg N
M
π
-=
?????=
形状复杂系数： f 11.6
0.5421.6M S M N ===
故形状复杂系数为S2（一般）级。
4．锻件材质系数：
由于该堵头材料为Q235-A
所含碳元素的质量分数分别为C=0.14%—0.22%,小于0.65%
所含合金元素的质量分数分别为Si 0.3%≤、S 0.05%≤、P 0.045%≤故合金元素总的质量分数为0.3%0.05%0.045%0.395%3%++≤<%。故该锻件的材质系数为M1级。
5．锻件尺寸公差
根据锻件材质系数和形状复杂系数查得锻件尺寸公差为
（ 2.41.2+-）
。 6．锻件分模线形状：
根据该堵头的形装特点，选择零件轴向方向的对称平面为分模面，属于平直分模线。
7．零件表面粗糙度： 由零件图可知，该堵头结合件的各加工表面粗糙度Ra 均大于等于1.6μm 。属于a 类。
三、定位基准的选择
1．精基准的选择
喂入辊轴:对实心的轴类零件，精基准面选用顶尖孔，轴上所有的外圆表面都是以轴线为设计基准，用顶尖孔定位能符合基准重合原则，避免了基准不重合产生的定位误差，而且由于多数工序都采用中心孔作为定位基面，能最大限度地加工出多个外圆和端面，这也符合基准统一原则，避免了因基准转换而产生的误差。
堵头：选择堵头外圆表面和堵头结合件端面作为精基准，堵头外圆表面的轴线是堵头的设计基准，将它作为精基准，遵循了“基准重合”的原则。零件上的很多表面都可以采用堵头左端面作为工序基准进行加工，即遵循了“基准统一”的原则，避免了因基准转换而产生的误差
2．粗基准的选择
作为粗基准的表面应平整，没有飞边、毛刺或其他表面缺欠，选该喂入辊轴的外圆表面、堵头外圆表面作为粗基准，以保证为后序准备好精基准。
四、工艺路线的拟定1．各表面加工方法的选择
2．加工阶段的划分
该堵头结合件加工质量要求较高，可将加工阶段划分为粗加工、半精加工和精加工三个阶段。
粗加工阶段：粗车喂入辊轴端面、加工顶尖孔、粗车外圆、粗车堵头端面、粗车堵头外圆、粗镗堵头内壁、粗镗堵头内孔半精加工阶段：半精车喂入辊轴外圆、半精车端面、半精镗堵头内孔。
精加工阶段：精车喂入辊轴外圆、精车堵头外圆表面。3．加工顺序的安排
（1）机械加工工序：
遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。
（2）方案对比：
方案一：喂入辊轴主要表面粗加工-轴颈φ40H8/n7精加工-堵头主要表面粗加工-堵头主要表面精加工-焊接-轴主要表面精加工
方案二：喂入辊轴主要表面粗加工-轴颈φ40H8/n7精加工-堵头主要表面粗加工-堵头内孔φ40H8/7精加工-焊接-轴主要表面精加工-堵头主要表面精加工
方案三：喂入辊轴主要表面粗加工-轴颈φ40H8/n7精加工-堵头主要表面粗加工-堵头内孔φ40H8/n7精加工-焊接--堵头主要表面精加工-轴主要表面精加工
论证：从零件的技术要求和装配要求及各方面考虑选取一个最为合适的方案作出下列论证
方案一：堵头外圆表面精加工之后进行焊接，使工件发生变形，使堵头外圆表面和辊轴的同轴度降低。
方案二：为了使零件在加工后发生变形的变形量小，先对零件进行焊接，焊接之后加工堵头外圆表面保证了堵头外圆表面和轴颈的同轴度，但加工堵头外圆表面时以轴颈φ40H8/n7作为定位基准，会破坏轴颈表面，由于轴颈表面质量要求较高，故不太合理。
方案三：在方案二的基础上将最后两道工序进行颠倒，即焊
接之后先加工堵头外圆表面，然后加工轴颈φ40H8/n7，保证了φ40H8/n7表面的质量
综合以上可知方案三最为合理 4．具体方案的确定
1．粗车辊轴两端面，打中心孔。 2．粗车φ50外圆。 3．粗车φ40n7外圆。 4．半精车φ40n7外圆。
5．精车φ40n7外圆，并倒角。 6．粗车φ40h7外圆。 7．粗车堵头右端面。 8．粗镗堵头内孔。 9．粗车堵头左端面。 10．半精车堵头左端面 11．粗车堵头外圆表面 13．粗镗堵头内壁表面
14．粗镗堵头内孔外臂表面 15．粗车堵头内端面（A 面） 16．半精镗堵头内孔 17．精镗堵头内孔 18．倒角0.5×45° 19．钻孔
20．攻螺纹105M H 长度为17mm 21．焊接
22．半精车堵头外圆表面
23．精车堵头外圆表面，倒角8×45° 21．半精车辊轴φ40h7外圆 22．精车辊轴φ40h7外圆
五、工序内容的拟定
1.工序的尺寸和公差的确定
2.机床、刀具、夹具及量具的选择
根据堵头结合件的切削要求，零件大小、结构尺寸、工艺路线、保证加工余量和经济合理性的要求，选择C6140型车床，三爪卡盘夹紧。选用车刀YT15。由于钻孔直径为8.5mm φ，孔径较小，考虑其经济性要求，故选用5125Z 型台式钻床，并选择8.5mm φ钻头，即可满足其加工性能，同时选用10M 的丝锥。在切削过程中选择游标卡尺和千分尺作为测量工具。
3.切削用量的选择及工序时间计算
工序1 下料
毛坯选择棒料，材料为45号钢。毛坯直径D=55mm ，毛皮长度L=210mm.
工序2 车削喂入辊轴两端面，打顶尖孔，以外圆表面为粗基准：
1.加工条件
工件材料：45#,σb =630-700MPa ，棒料;工件尺寸：L=210mm
d=φ55
加工要求：车削外圆表面沿轴线长度方向的加工余量为
2mm ，表面为自由尺寸公差，端面的表面粗糙度为12.5a R = 刀具：YT15硬质合金车刀。尺寸：宽度B=16mm 高度H=25mm 刀杆长度L=125，选择刀具前角γ0＝20°后角α0＝10°，副后角α0=10°，刃倾角λs=－8°,主偏角Kr=90°, ,副偏角Kr’=5°。
2. 切削用量
按机床的实际情况，选取主轴转速560/min 9.3/n r r s == （1）确定背吃刀量：轴线长度方向的端面的加工余量为2mm ，需全部加工，因为余量较小，故可一次加工，选
择背吃刀量2sp a mm =。
（2）确定进给量：进给量0.5/f mm r =（查表得）。 （3）计算切削速度：
3.14559.3 1.61/10001000c dn v m s
π??=== （4）选择刀具磨钝标准及耐用度
由刀具磨顿标准参考值表查取硬质合金外圆车刀磨损部位为后刀面且粗加工时的后刀面磨损最大限度为0.6-0.8，焊接耐用度T=60min 。
（5)计算基本工时：公式为b L
nf
t =
式中1
1232d d L l l l -=
+++其中1(23)tan sp r
a l k =+: 235l =: 故：
b L nf t =
=550
(0234)/5600.50.12min 2
-++++?= （6)校验机床功率
由机械工业出版社出版机械制造技术基础第二版教科
书中表2-6查得45钢的单位切削功率为
6332.710/(/min)s P KW mm -=?，
再由表2-7查得当f=0.5 mm/r 时0.93FC K =故
1000C s c p FC P P v a fK =
=632.710-??99.6?2?0.5?1000?0.93=3.03KW 机床消耗功率P=3.03/0.8=3.78KW<7.5E P KW = E P 为机床功率，故所选机床功率足够。
工序3 加工喂入辊轴外圆表面，以顶尖作为定位
1. 加工条件
工件材料：45#,σb =630-700MPa ，棒料;工件尺寸：L=206mm
d=φ55
加工要求：粗车φ55表面到φ50，表面粗糙度为12.5。
粗车-半精车-精车φ50到0.042
0.01740φ++，长度为
60mm ，并倒角1×45°。
粗车φ50表面到φ41.6长度为121mm ，表面粗糙度为3.2
刀具：YT15硬质合金车刀。尺寸：宽度B=16mm 高度H=25mm 刀杆长度L=125，选择刀具前角γ0＝20°后角α0＝10°，副后角α0=10°，刃倾角λs=－8°,主偏角Kr=60°, ,副偏角
Kr’=5°。 2.确定切削用量
粗车φ55表面到φ50 （1）确定背吃刀量
粗车φ55mm 外圆，加工余量为5mm,两次走刀，则背吃
刀量 2.5sp a mm = （2)确定进给量
进给量0.5/f mm r =（查表得）。
（3）选择刀具磨钝标准及耐用度
由刀具磨顿标准参考值表查取硬质合金外圆车刀磨损部位为后刀面且粗加工时的后刀面磨损最大限度为0.6-0.8，焊接耐用度T=60min 。
（4)确定切削速度Vc
查表取：Vc=1.5m/s(由 2.5sp a mm =、f =0.5mm/r 、车刀为YG
硬质合金) 由公式 1000/n Vc d π=有
(1000 1.560)/(3.1455)521/min
n r =???=
根据C6140车床速度表选择车床速度N=560r/min
则实际的切削速度 N 3.1455560 1.62/1000100060d Vc m s π??===?
综上，此工步的切削用量为： 2.5sp a mm =，f =0.5mm/r, n =560r/min, 1.62/Vc m s = （5）计算基本工时：公式为123b l l l l L
i i nf fn
t +++== 式中 1(23)tan sp r
a l k =+: 235l =:
故：
b L
i nf
t =
=(2060234)/5600.50.76min ++++?=
（6）校验机床功率
由机械工业出版社出版机械制造技术基础第二版教科书
中表2-6查得45钢的单位切削功率为
6332.710/(/min)s P KW mm -=?，再由表2-7查得当f=0.5
mm/r 时0.93FC K =故
1000C s c p FC P P v a fK ==632.710-??97.2?2.5?0.5?1000?0.93=
3.7KW
机床消耗功率P=3.7 /0.8=4.625KW<7.5E P KW = E P 为机床功率，故所选机床功率足够。
粗车φ50到0.267
0.01741.6φ++
（1）确定背吃刀量
粗车φ50mm 外圆到0.267
0.01741.6φ++，加工余量为a=8.4mm,
两次走刀，则背吃刀量 4.22
sp a
a mm == (2)确定进给量
进给量0.4/f mm r =（查表得）。
（3）选择刀具磨钝标准及耐用度
由刀具磨顿标准参考值表查取硬质合金外圆车刀磨损部位为后刀面且粗加工时的后刀面磨损最大限度为0.6-0.8，焊接耐用度T=60min 。
(4)确定切削速度Vc 查表取：Vc=1.8m/s(由 4.2sp a mm =、f =0.4mm/r 、车刀为YG 硬质合金)
由公式
1000/n Vc d
π=有
(1000 1.860)/(3.1450)687.9/min
n r =???=
根据C6140车床速度表选择车床速度N=710r/min
则实际的切削速度 N 3.1450710 1.86/1000100060
d Vc m s π??===?
综上，此工步的切削用量为： 4.2sp a mm =，f =0.4mm/r, n =710r/min, 1.86/Vc m s = （5）计算基本工时：公式为
123b l l l l L i i nf fn t +++=
=
式中 1(23)tan sp r
a l k =
+: 235l =:
故：b L
i nf
t =
=(600234)2/7100.50.42min ++++??= （6）校验机床功率
由机械工业出版社出版机械制造技术基础第二版教科书中表2-6查得45钢的单位切削功率为
6332.710/(/min)s P KW mm -=?，再由表2-7查得当f=0.4mm/r
时0.91FC K =故
1000C s c p FC P P v a fK ==632.710-??111.6?0.2?0.5?1000?0.91=5
.58KW
机床消耗功率P=5.58/0.8=6.98KW<7.5E P KW = E P 为机床功率，故所选机床功率足够。
由以上可知粗车时机床功率足够，故以后机床不再需要验证。
半精车0.2670.01741.6φ++到0.117
0.01740.2φ++
（1）确定背吃刀量
半精车0.2670.01741.6φ++到0.117
0.01740.2φ++，
加工余量为a=1.4mm,一次走刀，则背吃刀量 1.4sp a mm = （2）确定进给量
进给量0.4/f mm r =（查表得）。 （3）选择刀具磨钝标准及耐用度
由刀具磨顿标准参考值表查取硬质合金外圆车刀磨损部位为后刀面且粗加工时的后刀面磨损最大限度为0.6-0.8，焊接耐用度T=60min 。
(4)确定切削速度Vc
查表取：Vc=2.0m/s(由 1.4sp a mm =、f =0.4mm/r 、车刀为YG 硬质合金) 由公式 1000/n Vc d
π=
有(1000 2.060)/(3.1441.6)918.6/min n r =???=
根据C6140车床速度表选择车床速度N=900r/min
则实际的切削速度 N 3.1441.6900 1.96/1000100060d Vc m s π??===?
综上，此工步的切削用量为： 1.4sp a mm =，f =0.4mm/r, n =900r/min, 1.96/Vc m s = （5）计算基本工时：公式为123b l l l l L
i i nf fn
t +++=
= 式中 1(23)tan sp r
a l k =
+: 235l =:
故：b L
i nf
t =
=(600234)/9000.40.19min ++++?= 精车0.1170.01740.2φ++到0.042
0.01740φ++
（1）确定背吃刀量
半精车0.1170.01740.2φ++到0.042
0.01740φ++，加工余量为a=0.2mm,一
次走刀，则背吃刀量0.2sp a mm = （2）确定进给量
进给量0.4/f mm r =（查表得）。
(3) 选择刀具磨钝标准及耐用度
由《切削用量简明手册》表1.9查取后刀面磨损最大限度为0.8~1.0，焊接耐用度T=60mm 。
(4)确定切削速度Vc
查表取：Vc=2.4m/s(由0.2sp a mm =、f =0.4mm/r 、车刀为YG 硬质合金)
由公式
1000/n Vc d
π=有
(1000 2.460)/(3.1440.2)1140.8/min
n r =???=
根据C6140车床速度表选择车床速度N=1120r/min
则实际的切削速度： N 3.1440.21120 2.4/1000100060d Vc m s π??===?
综上，此工步的切削用量为：0.2sp a mm =，f =0.4mm/r, n =1120r/min, 2.4/Vc m s = （5）计算基本工时：公式为123b l l l l L
i i nf fn
t +++=
= 式中 1(23)tan sp r
a l k =+: 235l =:
故：b L
i nf
t =
=(600234)/11200.40.15min ++++?= 倒角1×45°
粗车φ50到φ41.6 （1）确定背吃刀量
粗车φ50mm 外圆到φ41.6，加工余量为a=8.4mm,两
次走刀，则背吃刀量 4.22
sp a
a mm ==
(2)确定进给量
进给量0.4/f mm r =（查表得）。
(3)选择刀具磨钝标准及耐用度
由《切削用量简明手册》表1.9查取后刀面磨损最大限度为0.8~1.0，焊接耐用度T=60mm 。 (4)确定切削速度Vc
查表取：Vc=1.8m/s(由 4.2sp a mm =、f =0.4mm/r 、车刀为YG
硬质合金) 由公式 1000/n Vc d π=有
(1000 1.860)/(3.1450)687.9/min
n r =???=
根据C6140车床速度表选择车床速度N=710r/min
则实际的切削速度 N 3.1450710 1.86/1000100060d Vc m s π??===?
综上，此工步的切削用量为： 4.2sp a mm =，f =0.4mm/r, n =710r/min, 1.86/Vc m s =
（5）计算基本工时：公式为123b l l l l L
i i nf fn
t +++== 式中 1(23)tan sp r
a l k =+: 235l =:
故：b L
i nf
t =
(1210234)2/7100.40.92min =++++??= 工序4 粗车堵头右端面，粗镗堵头内孔。
1.加工条件
工件材料：Q235-A,锻件。工件尺寸：L=90mm d=φ181 加工要求：车削堵头右端面，加工余量为2mm ，表面为自由
尺寸公差，端面的表面粗糙度为12.5a R =
粗镗内孔表面，加工余量为2mm ，内孔的表面
粗糙度为12.5a R =
刀具：YT15硬质合金车刀。尺寸：宽度B=16mm 高度H=25mm 刀杆长度L=180，选择刀具前角γ0＝20°后角α0＝10°，副后角α0=10°，刃倾角λs=－8°,主偏角Kr=45°, ,副偏角Kr’=5°。
1. 切削用量 粗车堵头右端面
按机床的实际情况，选取主轴转速
160/min 2.67/n r r s ==
（1）确定背吃刀量：轴线长度方向的端面的加工余量为a=2mm ，需全部加工，因为余量较小，故可一次加工，
选择背吃刀量2sp a mm =。
（2）确定进给量：进给量0.8/f mm r =（查表得）。 （3）计算切削速度：
3.14181 2.67 1.52/10001000c dn v m s
π??=== （4）选择刀具磨钝标准及耐用度
由刀具磨顿标准参考值表查取硬质合金外圆车刀磨损部位为后刀面且粗加工时的后刀面磨损最大限度为0.6-0.8，焊接耐用度T=60min 。 （5)计算基本工时：公式为
b L
i nf
t =
式中1
1232
d d L l l l -=
+++ 其中1(23)tan sp r
a l k =
+: 235l =:
故：
b L i nf t =
=1810(2234)/1600.80.79min 2
-++++?= 粗镗堵头内孔
（1）确定背吃刀量
粗镗36.4φ到38.4φ，加工余量为a=2mm,一次走刀，则背吃刀量2sp a mm =
（2）确定进给量
进给量0.4/f mm r =（查表得）。
（3）选择刀具磨钝标准及耐用度
由刀具磨顿标准参考值表查取硬质合金外圆车刀磨损部位为后刀面且粗加工时的后刀面磨损最大限度为0.6-0.8，焊