活塞杆课程设计说明书

机械制造工艺学

课程设计说明书

设计题目: 活塞杆机械加工工艺规程设计学院：机电工程学院

班级：机械设计制造及其自动化二班学生：王开勇

学号：20092428

指导教师：付敏副教授

目录

1 零件的分析 (1)

1.1零件结构工艺性分析 (1)

1.2 零件的技术要求分析 (1)

2 毛坯的选择 (2)

2.1毛坯的选择及毛坯制造方法的选择 (2)

2.2毛坯形状及尺寸的确定 (2)

3 工艺路线的拟定 (2)

3.1 定位基准的选择 (2)

3.2零件表面加工方案的选择 (3)

3.3加工顺序的安排 (3)

3.3.1加工阶段的划分 (4)

3.3.2工序的集中与分散 (4)

3.3.3机械加工顺序的安排 (4)

3.3.4热处理工序的安排 (4)

3.3.5辅助工序的安排 (5)

4 工序设计 (6)

4.1 机床和工艺装备的选择 (6)

4.2工序设计 (6)

结论 (11)

参考文献 (12)

1 .零件的分析

1.1零件结构的工艺性分析

（1）00.002550φ-mm ×770mm 自身圆度公差为0.005mm

（2）左端3926M g ?-螺纹与活塞杆00.002550φ-mm 中心线的同轴度公差为φ0.05mm

(3) 1:20圆锥面轴心线与活塞杆00.002550φ-mm 中心线的同轴度公差为φ0.02mm

(4) 1:20圆锥面自身圆跳动公差为0.005mm (5) 1:20圆锥面涂色检查，接触面积不小于80%

(6) 00.002550φ-mm ×770mm 表面渗氮，渗氮层深度0.2-0.3表面硬度62一 65HRC

1.2零件的技术要求分析

（1）活塞杆在使用过程中，承受交变载荷作用，

0.002550φ-mm ×770mm 处有密封装置往复摩擦表面，所以该处工艺要求硬度高又耐磨。

活塞杆采用38CrMoAlAn 材料，0

0.002550φ-mm ×770mm 部分经过调质处理和表面渗碳

处理，芯部硬度为23-32HRC,表面渗氮层深度0.2-0.3mm,表面硬度62-65HRC ，

所以活塞杆既有一定的韧性，又具有较好的耐磨性。

(2) 活塞杆结构比较简单，长径比大，属于细长轴类零件。刚性较差，为了保证加工精度，在车削时要粗车、精车分开，而且粗、精车一律使用跟刀架，以减少加加工时工件变形，在加工两端螺纹时使用中心架。

（3）在选择定位基准时，为了保证零件同轴度公差及各部分的相互位置精度，所有的加工工序均采用两中心孔定位，使之符合基准统一原则。

（4）磨削外圆表而时，工件易产生让刀、弹性变形，影响活塞杆的精度。因此，在加工时应修研中心孔，保证中心孔清洁，中心孔与顶尖间松紧程度要适宜，并保证良好的润滑。砂轮一般选择:磨料白刚玉(WA)，粒度60#，硬度中软或中、陶瓷结合剂，另外砂轮宽度应选窄些，以减小径向磨削力，加工时注意磨削用量的选择，磨削深度要小。

（5）在磨削中

00.002550φ-mm ×770mm 外圆和1:20锥度时，两道工序序必须分开进行。在磨削1:20锥度时，要先磨削试件，检查试件合格后才能正式磨削工件。

（1:20圆锥面的检查，是用标准的1:20环规涂色检查，其接触面应不少于80％） （6）为了保证活塞杆加工精度的稳定性，在加工的全过程中不允许人工校直。

（7）渗氮处理时，螺纹部分等应采取保护装置进行保护。

1. 3审查零件的结构工艺性

（1）给构力求简单、对称，横截面尺寸不应该有突然地变化。

（2）应有合理的模面和圆角半径。

（3）38CrMoAlAn刚具有良好的可锻性和耐磨性。

2. 毛坯的选择

2．1毛坯的选择及毛坯制造方法的选择

因为活塞杆的工作方式是往复运动的形式，为了增加活塞杆的寿命，减小活塞杆的磨损晕，因此毛坯选用38CrMoAlAn的合金结构钢。

由于活塞杆选择小批量生产，为了提高生产效率宜采用自由锻制造毛坯。2. 2毛坯形状及尺寸的确定

(1) 毛坯形状

根据零件图各个部分的加工精度要求，锻件的尺寸公差等级为8-12级，。又由于活塞杆选择小批量生产,考虑选择圆柱型毛坯。

(2)毛坯基木尺寸

由于毛坯的制造方式是自由锻造，根据活塞杆零件图的尺寸要求和实际的加工要求，锻造后的尺寸定为:直径62mm、长度1150mm，查工艺手册，确定毛坯的尺寸为:直径80mm，长度760mm。

绘制锻造后零件毛坯图如下:

3.工艺路线的拟定

3.1 定位基准的选择

正确选择定位基准是制定机械加工工艺规程和进行夹具设计的关键。基准的选择是工艺规程设计中的重要问题，基准的选择是否合理影响到加工质星、生产率和加工成本。定位基准的选择合理与否，会直接影响所制定的零件加工工艺规程的质量基准选择不当，会增加工序，或使工艺路线不合理，或使夹具设计团难，甚至达不到工件的加工精度要求。在设计工艺规程的过程中，当根据零件工件图先选择精基准，后选料精基准。结合整个工艺过程要进行统一考虑，先行工序序要为后续工序创造条件。

（1）粗基准的选择

粗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，可选轴的外圆表而面为定为基准，或用外圆表面和顶尖孔共同作为定位基准。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。

粗基准采用锻造后的毛坯外圆。中心孔加工采用三爪自定心卡盘装夹毛坯外圆，车端面、钻中心孔。一般不能用毛坯外圆装夹两次钻两端中心孔，而应该以毛坯外圆作为粗基准，先加工一个端面，钻中心孔，车一端外圆，然后以已车过的外圆作基准，用三爪自定心卡盘装夹另一端面，钻中心孔，才能保证两中心孔同轴。

（2）精基准的选择

根据活塞杆的技术要求和装配要求，应选择活塞杆的左右端面和两端面的中心孔作为精基准。零件上的很多表面都可以以两端面作为基准进行加工。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。

3.2零件表面加工方案的选择

根据各加工表面的加工精度、表面粗糙度、位置精度等要求，各表面加工方法对应如表3-1：

表3-1 加工方法的确定

加工表面

经济精度等级

IT 表粗糙度

Ra(um)

形状精度位置精度加工方法定位基准

M39外圆表

面

IT8 3.2 同轴度0.05 粗车—精车中心轴线六方处表

面IT6 3.2

粗车—精车

—精铣

中心轴线

左端圆锥

表面

IT6 3.2 粗车—精车中心轴线φ50外圆

表面IT6 0.4 圆度0.05

粗车—精车

—半精磨—

精磨

中心轴线

1∶20锥度

表面IT6 0.8

跳动度

0.005

同轴度0.02

粗车—精车

—半精磨—

精磨

中心轴线

3.3加工顺序的安排

制定加工方案的一般原则为:先粗后精，先近后远，先主后次，程序段最少，

走刀路线最短以及特殊情况特殊处理。制定工艺路线要保证加工质量，提高生产效率，降低成木。根据生产类型是小批量生产，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，在生产纲领已确定的情况下，采用通用机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产效率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。

3.3.1划分阶段

对精度要求较高的零件，其粗，精加工应该分开，以保证零件的质量。

活塞杆的加工质量要求较高，其中表而粗糙度要求最高为Ra 0. 4um，另外几处圆跳动也有较高的位置精度要求。精加工方案的确定，将该活塞杆的加工划分为五个阶段:粗车(粗车外圆、端面和钻中心孔)、精车(精车各处外圆、台阶及次要表面等)、粗磨（粗磨各处外圆)、半精磨、精磨。

3.3.2工序的集中与分散

该活塞杆的生产类型为小批量生产，零件的结构复杂程度一般，但有较高的技术要求，可选用工序集中原则安排轴的加工工序。采用普通机床和部分高生产率专用设备，配用通用夹具，与部分划线法达到精度，以减少工序数目，缩短工艺路线，提高生产效率。采用工序集中原则，有利于保证各加工面之间的位置精度要求，节省安装工件的时间，减少工件的搬动次数，使生产计划、生产组织工作得到简化，工作装夹次数减少，辅助时间缩短。

3. 3.3机械加工工序的安排

①先基准平面后其他的原则：机械加工工艺安排是总是先加工好定位基准而，所以应先安排为后续序准备好定为基准。先加工精基准面，钻中心孔及车表面的外圆。

②按先粗后精的原则:先安排粗加工工序，后安排精加工工序，先安排精度要求较高的各主要表面，后安排精加工表面。

③按先主后次的原则:先加工主要表面，先车外圆各个表面，端面，后加工次要表面。

④先外后内，先大后小原则:先加工外圆再以外圆定位加工内孔，加工阶梯外圆时先加工直径较大的后加工直径小的。

⑤次要表面的加工安排：切槽等次要表面的加工通常安排在外圆精车或粗磨之后，精磨外圆之前。

⑥对于

0.0025

50

φ

-mm×770mm和1:20锥度的加工质量要求较高的表面，安排在

后面，并在前几道工序中注意形位公差，在加工过程中不断调整、保证其形位公差。

3.3.4热处理工序的安排

在切削加工前应安排退火处理，提高改善轴的硬度，消除毛坯的内应力，改善其切削性能。在精加工之前进行调质处理，能提高轴的综合性能。最终热处理安排在半精磨之后，精磨加工之前，其能提高材料强度、表面硬度和耐磨性。

3.3.5辅助工序的安排

毛坯铸件制造完成后，要对铸件的质量进行初检，避免缺陷零件进入下道工序当中，造成废品。零件在制造完成后，需要清除毛刺，清洗零件，以便为下一步的静平衡检测做准备，为此在机械加工完成之后，安排一次去毛刺，清洗的过程，去除毛刺和油污。最后，对零件进行静平衡检测，以保证零件的加工要求，同时可以筛除不合格产品，保证出厂的质量。

有各工艺安排确定活塞杆工艺路线如表3-2所示：

表3-2 活塞杆工艺路线

工序号 工序名称 工 序 内 容 设 备

1 下料 棒料

80760mm mm φ?

2 锻造 自由锻621150mm mm φ?

3 热处理 退火

4 划线 划两端中心孔线 5

钳工

钻两端中心孔B2.5

6 粗车

夹左端，顶尖顶另一端，粗车外圆至φ55mm

倒头装夹工件，顶另一端中心孔，车外圆至φ55mm

CW6163

7 热处理 调质处理28-32HRC

8 粗车

夹左端，中心架支承另一端，切下右端6mm 做试片，进行金相组织检查，端面车平，钻中心孔B2. 5

倒头装夹工作，中心架支撑另一端，车端面，保证总长1090mm ，钻中心孔B2.5

CW6163

9

精车

两顶尖装夹工作，车工件右端M39 x 2-6g ，长60mm,直径方

向留加工余量lmm ，车

0.002550φ-mm ×770mm 时，要使用跟刀架，保证1:20的锥度，留留有加工余量1mm

倒头两顶尖装夹工件，车另左端各部及螺纹M39 ×2-6g ，长度100mm,直径方向留加工余量l mm ，六方处外径车至φ48mm,

并车六方与

0.02550mm φ-连接的锥度 CW6163

10 磨修研两中心孔

11 粗磨

两顶尖装夹工作，粗磨

0.0025

50

φ

-mm×770mm，留磨量

0.08-0.10mm

粗磨1:20锥度部分，留磨量为0.1mm

M1432

12 车两顶尖装夹工作，车右端螺纹M39 ×2-6g,切槽5mm×φ36mm，

倒角1×45o

倒头两顶尖装夹工作，车左端螺纹M39 ×2-6g，切槽7mm X

×φ36mm，倒角2×45o

CW6163

13 磨修研两中心孔

14 半精磨两顶尖装夹工件，半精磨

0.0025

50

φ

-mm×770mm ,留精磨量

0.04-0.05mm

半精磨1:20锥度，留精磨余量0.04-0.05mm

M1432

15 热处理渗氮处理

0.0025

50

φ

-mm×770mm，深度为0.25-0.35mm，渗氮时，工件应垂直吊挂，防止变形，另外螺纹部分和六方部分均需要安装保护套

16 精铣铣六方至图样尺寸41mm×41mm

X53K、分度

头

17 精磨两顶尖装夹工作，精磨

0.0025

50

φ

-mm×770mm至图样尺寸

两顶尖装夹工作，精磨1∶20锥度至图样尺寸

M1432

18 检验入库按图样检验各部尺寸，涂油包装入库

4 工序设计

4.1机床的选择

工序1采用锯床

工序6、8、9、12采用CW6163车床

工序11、14、17采用M1432磨床

工序16采用X53K铣床

工艺设备的选择

（1）选择夹具

该活塞杆的生产纲领是小批量生产，所以采用三抓卡盘、双顶尖和铣床

专用夹具。

（2）选择刀具

在车床上加工的各工序，采用复合中心钻端面车刀和外圆车刀;在铣床上加工的工序，采用硬质合金铣刀即可保证加工质量。

（3）选择量具和其他

加工表面均采用游标卡尺。

对角度尺寸利用专用夹具保证，其他尺寸采用通用量具

4.2工序设计

工序加工余量的确定，工序尺寸及公差的计算

(1)活塞杆两端M39×2-6g 的外圆表面。其加工路线为粗车—精车。由工序06、07、11、12组成，据查到的加工余量得粗车的加工余量为7mm,精车的加工余量为15mm,总的加工余量为22mm

计算其各工序尺 精车:40+15=55 粗车：55+7=62

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:

取精车的经济精度公差等级IT8， 其公差值为20.039T mm = 取粗车的经济精度公差等级IT 12，其公差值为30.30T mm = 其数据如表4-1：

表4-1 活塞杆两端M39×2-6g 的外圆表面工序加工余量的确定

工序名称

加工经济精度（mm ）

工序余量（mm ） 表粗糙度

Ra(um) 工序基本尺寸（mm ） 尺寸公差（mm ）

精车 IT8 7 3.2 40 00.03940φ-

粗车 IT12 15 12.5 55 00.3055φ-

锻造

±2

62

φ62±2

现用计算法对精车径向的工序量进行分析 工序最大余量max 5539.96115.039Zl mm =-= 工序最小余量min 54.974014.97Zl mm =-=

（2)对活塞杆六方处的表面，加工工艺路线为:粗半-精车-精铣。由工

序序6、9、16组成。查工艺手册得各加工余量:精铣的加工余量为0.7，精车的加工余量为7mm,粗车的加工余量为7mm 。

精铣:47.3+0.7=48 精车:48+7=55 粗车：55+7=62

取精铣的经济精度等级为IT6, 公差值为T1=0.016mm 取半精车的经济精度等级为IT8，公差值为T2=0. 039mm 粗车的经济精度等级为IT12，公差值为T3=0.30mm 数据如表4-2：

表4-2活塞杆六方处的表面工序加工余量的确定

工序名称

加工经济精度（mm ）

工序余量（mm ） 表粗糙度

Ra(um) 工序基本尺寸（mm ） 尺寸公差（mm ）

锻造 ±2

62 φ62±2 粗车 IT12 7 12.5 55 00.3055φ- 精车 IT8 7 3.2 48 00.03948φ-

精铣

IT6

0.7

0.8

41×41

(3)对活塞杆靠左端的圆锥表面，加工工艺路线为:粗车—精车。保证表面

糙度Ra3. 2um.

(4)对活塞杆00.002550φ-mm ×770mm 表面，加工艺路线为:粗车—精车—粗磨—

半精磨—精磨。查工艺手册后计算得其工艺如表4-3：

表4-3 活塞杆00.002550φ-mm ×770mm 表面工序余量的确定

工序名称

加工经济精度（mm ）

工序余量（mm ） 表粗糙度

Ra(um) 工序基本尺寸（mm ） 尺寸公差（mm ）

精磨 IT6 0.04 0.4 50 00.01950φ-

半精磨 IT7 0.04 0.8 50.04 00.03050.04φ- 粗磨 IT8 0.92 1.6 50.08 00.03950.08φ- 精车 IT8 4 3.2 51 00.03951φ-

粗车 IT12 7 12.5 55 00.3055φ-

锻造

±2

62

622φ±

（5)对活塞杆1:20锥度表面，加工工艺路线为:粗车—精车—粗磨—

半精磨—精磨。查工艺手册得各加工余量:精磨的加工余星为0.04mm ，半精磨的加工余量为0.06，粗磨车的加工余量为0.9,粗车的加工余量为7mm

取精磨的经济精度等级为IT6，公差值为T1=0.019mm 取半精磨的经济精度等级为IT7，公差值为T2=0.030mm 取粗磨的经济精度等级为IT8，公差值为T1=0.039mm

取精车的经济精度等级为IT8，公差值为T2=0.039mm 取粗车的经济精度等级为IT12，公差值为T1=0.30mm

（6）.确定工序的切削用量和加工工时

确定切削用量的原则：首先应选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。

计算过程以工序9为例

从上面的工艺过程中可知道该工序包含6个工步。对于前三个工步： (1)背吃刀量的确定：

根据加工余量，背刀量为ap1= 1. 5mm.。 （2）进给量的确定： 查表得 f1=0.86mm/r （3）切削速度的计算： 取Vc 为90m/min ，

车工件左端M39×2-6g ，长60mm 的外圆表面时，则n=1000Vc/πd =521r/min

车1:20的锥度表面时，则n=1000Vc/πd=603 r/min

车φ50

025

.0-mm ×770mm 表面时，则n=1000Vc/πd=521 r/min

（4）计算工时

以上工序采用的是同一进给量f=0.86mm/r

则：T31 =f n L *i ?=min

670.0586.052160

=?? T32=f n L *i ?=min

72.1186.0521770

=??

T33=3.42min

T 总= T31+ T32+ T33=5.81min 对于后三个工步：

(1)背吃刀量同上ap1= 1. 5mm.。 （2）进给量同上f1=0.86mm/r （3）切削速度的计算： 取Vc 为90m/min ， 车工件右端M39×2-6g ，长100mm 的表面时，则n=1000Vc/πd =521r/min 车六方处表面时，则n=1000Vc/πd=521 r/min 车六方与φ50

025

.0-mm 连接的锥度表面时，则n=557 r/min

（4）计算工时

以上工序采用的是同一进给量f=0.86mm/r

则：T41 =f n L *i ?=min

12.1586.0521100

=??

T42=f n L *i ?=min

402.0286.052190

=??

T43=0.021min

T 总= T41+ T42+ T43=1.54min

对于其他工序，切削用量和加工工时如表4-4：

表4-4 其他工序的切削用量及加工工时

切削用量及工时 背吃刀量（mm ）

进给量（mm/r ）

切削速度(m/min)

加工工时（min ）

工序6 3.5 0.86 60 4.34 工序8 7 0.86 60 0.79 工序11 347 60 0.86 7

工序12 320 39.2 2 0.4、0.14、0.025

工序14 250 78.5 0.05 0.03 工序16 475 72 1.2 0.7 工序17

500

157

0.01

0.02

结语

在这次设计过程中，使我真正的认识到自己的不足之处，以前上课没有学到的知识，在这次设计当中也涉及到了。使我真正感受到了知识的重要性。

这次设计将我以前学过的机械制造工艺与装备、公差与配合、机械制图、工程材料与热处理工艺等知识很好的串联了起来，起到了穿针引线的作用，巩固了所学知识的作用。

在机械制造工艺课程设计中，首先是对工件机械加工工艺规程的制定，这样在加工工件就可以知道用什么机床加工，怎样加工，加工工艺装备及设备等，因此，工件机械加工工艺规程的制定是至关重要的。

在机械制造工艺课程设计中还用到了CAD制图和一些计算机软件，因为学的时间长了，因此在开始画图的时候有很多问题，而且不熟练，需参阅课本。CAD 制图不管是现在，对以后工作也是有很大的帮助的。

在这次机械制造工艺课程设计中，还有一个重要的就是关于专用夹具的设计，因为机床夹具的设计在学习的过程中只是作为理论知识讲的，并没有亲自设计过，因此，在开始的设计过程中，存在这样那样的问题，在老师的细心指导下，我根据步骤一步一步的设计，画图，查阅各种关于专用夹具的设计资料，终于将它设计了出来，我感到很高兴，因为在这之中我学到了以前没有学到的知识，也懂得了很多东西，真正做到了理论联系实际。

在这次机械制造工艺课程设计中，我学到了很多知识，有一点更是重要，就是我能作为一个设计人员，设计一个零件，也因此，我了解了设计人员的思想，每一个零件，每件产品都是先设计出来，再加工的，因此，作为一个设计人员，在设计的过程中一点不能马虎，每个步骤都必须有理有据，不是凭空捏造的。而且，各种标准都要严格按照国家标准和国际标准，查阅大量资料，而且设计一个零件，需要花好长时间。亲自上阵后我才知道，做每件是都不是简简单单就能完成的，是要付出大量代价的。因此，我们也要用心去体会每个设计者的心思，这样才能像他们一样设计出好的作品。

综上所述：这次的械制造工艺课程设计对我以后的工作起了很大的帮助，我认识到，无论是工作还是学习都必须做到认真、谨慎，时时处处细心。

此次课程设计，由于我对专业知识的掌握不过扎实，在设计过程中不能全面的考虑问题，故存在很多不足的地方，仍需要进一步研究和实践。最后恳请老师的批评与指正。

参考文献

【1】刘长青主编机械制造技术课程设计指导华中科技大学出版社出版【2】李益明主编机械制造工艺设计简明设计机械工业出版社出版【3】王茂元主编机械制造技术基础机械工业出版社出版

【4】常同立主编机械制造工艺学清华大学出版社