机械加工基础课程设计壳体设计

1、一、课程设计任务概述及指导思想（一） 课程设计任务概述数控加工课程设计是在学院机械制造工艺学和所有专业课之后进行的,是对所学各课程的一次深入的综合性的复习,也是理论联系实际的训练。课程设计的任务是根据所给定的零件图，确定合适的加工机床、刀具、切削用量，合理的进给路线，制定经济高效的工艺方案；绘制零件图二张（手工和cad制图）、毛坯图一张（cad制图）、编制工艺过程卡，数控加工工序卡，数控刀具卡，走刀路线图，撰写设计说明书。学生应达到：1、掌握零件机械加工工艺规程设计的能力；2、掌握加工方法及其机床、刀具及切削用量等的选择应用能力；3、学会使用、查阅各种设计资料、手册和国家标准等，以及学会绘制工

2、序图、夹具总装图，标注必要的技术条件等。（二）设计指导思想 1、保证零件加工质量； 2、合适一般现场条件，能显著提高生产效率： 3、降低生产成本，适宜性强： 4、工艺合理，工艺资料齐全，说服力强。二、零 件 图 分 析（一）计算生产纲领，确定生产类型 该零件为壳体，根据指导老师的要求，设计此零件为小批量生产。（二）零件作用 壳体是一种起支撑、连接其他零件和承受负荷的零件。通过底面孔和上端面的孔、螺纹孔，侧面的螺纹孔来与管道、其他壳体等零件连接在一起，并使这些零件之间保持正确的位置关系；通过壳体的孔进行液体或气体的传输。（三）零件的工艺分析：该壳体可以分成三组加工表面，且三者之间和其各内部之间存

3、在有一定的位置关系，现分述如下:（1） 底面，f7、f30孔和f48沉孔这一组加工表面包括:底面，4个f7的孔，加工f30的孔和f48的沉孔（2） 上端面，m6螺纹孔，f7孔和f12盲孔，这一组加工表面包括:上端面，m6-7h的螺纹孔，6个f7孔，f12的盲孔（3） 侧面宽28的凹槽，m6的螺纹孔，f8的孔，f24的沉孔，f30的端面，f12的孔，f20的沉孔这一组加工表面包括:侧面宽28的开口槽，2xm6-h7的螺纹孔，f8的孔并加工f24的沉孔，f30的端面，f12的孔并加工f20的沉孔（4） 在零件图上有有f10、f16两种平台，此平台没有技术要求，只需要铸造出来，供装配使用。三、确定毛

4、坯的制造方法，初步确定毛坯形状：毛坯的选择和拟定毛坯图是制定工艺规程的最初阶段工作之一，也是一个比较重要的阶段，毛坯的形状和特征（硬度，精度，金相组织等）对机械加工的难易，工序数量的多少有直接影响，因此，合理选择毛坯在生产占相当重要的位置，同样毛坯的加工余量的确定也是一个非常重要的问题。零件材料为zl1022号铝-硅系铸造铝合金，考虑到零件需加工表面少，精度要求不高，有强肋，且工作条件不差，既无交变载荷，又没有力学性能上面的要求，且属于小批量生产，故选用砂型铸件，以满足生产纲量要求。零件形状复杂，因此毛坯形状需与零件的形状尽量接近，又因一些螺栓孔、螺纹孔很小，不可铸出。查实用机械加工工艺手册表

5、6-20，表6-30，单边余量zb=2.5孔直径为f28、f46，具体尺寸见毛坯图四、工艺路线拟定（1）定位基准的选择 工件在最初加工时，只能以毛坯上未加工的表面作为定位基准，这个是粗基准，该零件应选用上端面作为粗基准来加工底面。以上选择符合粗基准的选择原则中的（如果必须保证零件某些重要表面的加工余量分布均匀，就应该选择该表面做为粗基准，应该用毛坯的尺寸和位置可靠表面，而且平整具有足够大的面积做基准）在以后的工序中，则使用经过加工的表面作为定位基准，底面和f30+0.025 0作为定位基准，这个基准就是精基准。在选精基准时采用有基准重合，基准统一，自为基准、便于装夹。这样定位比较简单可靠，为以

6、后加工重要表面做好准备。（2）加工方法的确定 在市场经济的前提下，一切都是为能创造出更多的财富和提高劳动率为目的，同样的加工方法的选择一般考虑的是在保证工件加工要求的前提下，译稿工件的加工效率和经济性，而在具体的选择上，一般根据机械加工资料和工人的经验来确定。由于方法的多种多样，工人在选择时一般结合具体的工件和现场的加工条件来确定最佳的加工方案。同样在该零件的加工方法的选择中，我们考虑了工件的具体情况与我们学校的具体加工条件是我们按加工顺序来阐述的加工方案，参考机械制造手册表10-33、表10-34其加工方法选择如下：（1）、底面：公差等级为自由公差，表面粗糙度为ra12.5um，需要经过粗铣

7、-半精铣（2）、30-0.025 0孔：公差等级为it78，表面粗糙度为ra6.3um，毛坯铸件有孔，故采用扩-粗铰-精铰（3）、 f48沉孔：公差等级为自由公差、表面粗糙度达到ra6.3，故采用扩。（4）、两处倒角公差等级为自由公差、表面粗糙度达到ra25，故采用铣。（5）、f7孔：公差等级为自由公差、表面粗糙度达到ra25，故采用钻。（6）、上表面：公差等级为自由公差，表面粗糙度为ra12.5um，故采用粗铣-半精铣。（7）、12盲孔：公差等级为自由公差，表面粗糙度为ra25um，故采用钻。（8）、m6-h7的螺纹孔：中径公差等级为it7，故采用钻-攻丝。（9）、左侧面凹槽：公差等级为自由

8、公差，壁、底面表面粗糙度都为ra12.5um，故采用粗铣-半精铣。（10）、f8孔：公差等级为自由公差，表面粗糙度为ra25um，故采用钻（11）、f12沉孔：公差等级为自由公差，壁、底面表面粗糙度为ra25um，故采用扩。（12）、f30端面：公差等级为自由公差，壁、底面表面粗糙度为ra12.5um，故采用粗铣-半精铣。（13）、侧面f12孔：公差等级为自由公差，表面粗糙度为ra25um，故采用钻。（14）、f20沉孔：公差等级为自由公差，内孔表面的表面粗糙度为ra12.5um、底面表面粗糙度为ra25um，故采用扩。（15）、f20倒角：公差等级为自由公差，表面粗糙度为ra25um，故采用

9、锪。五、加工顺序的安排(1)工序的安排1、加工阶段的划分 当零件的加工质量要求较高时,往往不可能用一道工序来满足要求,而要用几道工序逐步达到所要求的加工质量和合理地使用设备,人力,零件的加工过程通常按工序性质不同,可以分为粗加工,半精加工,精加工三个阶段。 粗加工阶段：其任务是切除毛坯上大部分余量，使毛坯在形状和尺寸上接近零件成品，因此，主要目标是提高生产率，去除内孔，端面以及外圆表面的大部分余量，并为后续工序提供精基准，如加工底面，上表面。 半精加工阶段：其任务是使加工表面精度进一步的提高，达到零件图纸的要求，如底面与上表面等，同时使一些表面达到精加工余量，如f30+0.025 0孔 精加工

10、阶段：其任务就是保证各主要表面达到规定的尺寸精度。2、基面先行原则该零件进行加工时，要将底面先加工，再用底面和f30+0.025 0为基准来加工，因为底面和f30+0.025 0为后续精基准表面加工而设定的，才能使定位基准更准确，从而保证各位置精度的要求，然后再把其余部分加工出来。3、先粗后精即要先安排粗加工工序，再安排精加工工序，粗车将在较短时间内将工件表面上的大部分余量切掉，一方面提高金属切削效率，另一方面满足精车的余量均匀性要求，若粗车后留余量的均匀性满足不了精加工的要求时，则要安排半精车，以此为精车做准备。4、先主后次该零件上加工表面可氛围主要加工表面和次要加工表面，主要加工表面如底面

11、、f30+0.025 0内孔、f48沉孔，次要加工表面如上端面、左侧凹槽等，对整个工艺过程影响较小的表面，先要加工主要表面，再一主要表面定位加工次要表面。5、先面后孔对该零件应该先加工平面，后加工孔，这样安排加工顺序，一方面是利用加工过的平面定位，稳定可靠，另一方面是在加工过的平面上加工孔，比较容易，并能提高孔的加工精度，所以对于壳体来讲先加工底面，做为定位基准再来加工其余各孔。（2）工序划分的确定工序集中与工序分散：工序集中是指将工件的加工集中在少数几道工序内完成每道工序加工内容较多，工序集中使总工序数减少，这样就减少了安装次数，可以使装夹时间减少，减少夹具数目，并且利用采用高生产率的机床。

12、工序分散是将工件的加工分散在较多的工序中进行，每道工序的内容很少，最少时每道工序只包括一简单工步，工序分散可使每个工序使用的设备，刀具等比较简单，机床调整工作简化，对操作工人的技术水平也要求低些。综上所述：考虑到工件是小批量生产的情况下，本零件是不容易加工的，切削性能低，在加工过程中不易变形，耐热性差，刀具所带走的热量较多，在切削过程中时工件不易被切离和折断，再一个大部分尺寸是在加工中心加工，并且每个尺寸加工时间都不长，在此选用工序集中，减少装夹次数与加工时间。辅助工序的安排：辅助工序一般包括去毛刺，清洗，除锈，检验等。（3）、热处理工序的安排 热处理的目的是提高材料力学性能，消除残余应力和改

13、善金属的加工性能，热处理主要分预备热处理，最终热处理和内应力处理等，本零件材料为zl1022号铝-硅系铸造铝合金，在加工过程中预备热是消除零件的内应力，在毛坯锻造之后，进行时效处理。（4）、拟定加工工艺路线根据以上各个零部件的分析以及加工工艺确定的基本原则，可以初步确定加工工艺路线，具体方案如下：方案一1、 备料 ， 铸造毛坯2、 热处理， 时效处理3、 加工中心 4、 一面两孔定位，粗、半精铣左侧凹槽，钻23f5螺纹底孔，f8孔，扩f12沉孔5、 粗、半精铣f30端面、钻f12孔，扩f20沉孔，倒角6、 攻23m6-h7、m60-7h螺纹孔7、 去毛刺8、 检验入库方案二1、备料：铸造毛坯2

14、、热处理：时效处理3、加工中心4、心轴、分度头定位，粗、半精铣左侧凹槽，钻23f5螺纹底孔，f8孔，扩f12沉孔5、粗、半精铣f30端面、钻f12孔，扩f20沉孔，倒角6、攻23m6-h7、m60-7h螺纹孔7、去毛刺8、检验入库综上所述：两个加工方案不同之处在于加工侧面的时候选择的机床不同，第一个方案选择的是卧式铣床加工侧面尺寸，而第二个方案是立式铣床加工侧面尺寸，零件结构比较复杂，在立式铣床上加工时，需采取心轴定位，这样装夹比较困难，再一个定位方式改变了，使加工精度有所降低，这样装配精度也随着降低，但是卧式铣床就不会出现这样的情况。相比之下：采用第一个方案。六、工序设计1、备料：铸造毛坯本

15、工序具体内容见工序卡2、热处理：时效处理本工序具体内容见工序卡3、加工中心1）、设备确定本工序是在立式加工中心上加工，所以采用立式加工中心ace-v400，技术参数如下：工作台承重（kg）2300；工作台尺寸（长3宽）mm6503450；行程（mm）x560、y400、z740；主电动机功率（kw）7.5；主轴最高转速（r/min）18000；快速移动速度（mm/min）（x/y/z），30/30/24；定位精度（mm）0.005；重复定位精度（mm）0.002；刀库容量（把）30；数控系统：fanuc,18-tc；重量（kg）60002)、工装夹具（1）、工装夹具：第一次装夹：即加工底面、4

16、3f7，以上表面作为粗基准，采用压板压住。第二次装夹：即加工上表面，63f7，f12盲孔等，以底面定位，采用带螺纹圆柱销夹紧。第三次装夹：即加工内孔f30+0.025 0表面与f48沉孔等，以上表面作为精基准，用带螺纹圆柱销夹紧。第四次装夹：即倒内孔f30+0.025 0的倒角，以底面定位，采用带螺纹圆柱销夹紧。（2）、刀具：粗铣平面：刀具号t0101,可转位面铣刀，刀具直径为f100，刀片型号为snkn1204enn，刀具型号为fm75-100sd08alml200-z5钻中心孔：刀具号t0202,高速钢中心钻，d=3.15,d 1=8.0,l=50,l 1=3.9钻f7孔：刀具号t0303

17、,高速钢直柄短麻花钻，d=7, l=74,l 1=34钻螺纹孔底孔f5：刀具号t0404，攻螺纹前钻孔用直柄阶梯麻花钻，d=5, l=62,l 1=26钻f12盲孔：刀具号t0505，高速钢直柄麻花钻，d=12, l=151,l 1=101扩f30孔：刀具号t0606，莫氏锥柄扩孔钻，d=29.8, l=296,l 1=175扩f48孔：刀具号t0707，莫氏锥柄扩孔钻，d=48, l=369,l 1=220粗铰f30孔：刀具号t0808，莫氏锥柄长刃机用铰刀，d=29.93, l=251,l=124精铰f30孔：刀具号t0909，莫氏锥柄长刃机用铰刀，d=30, l=251,l=124倒角：

18、刀具号t1010,直柄燕尾槽铣刀，d=20, l=67，=45z=8(3)、量具：本零件是小批量，使用游标卡尺（0-125mm），内径千分尺（mm）,深度千分尺(0-25mm)3)、走刀路线图工序中每个工步都有走刀路线图 但是有的路线图只是一个方向一次走刀 ，所以有的走刀路线图已省去，具体走刀路线图见卡4）、工步顺序（1）、粗铣底面（2）、半精铣底面（3）、底面钻43f3.15中心孔（4）、钻43f7孔（5）、掉头，粗铣上表面（6）、半精铣上表面（7）、上表面钻83f3.15中心孔（8）、钻螺纹底孔f5（9）、钻63f7孔（10）、钻f12盲孔（11）、掉头，扩f30+0.025 0孔至f29

19、.8+0.084 0（12）、扩f48孔至要求（13）、粗铰f30+0.025 0孔至f29.93+0.052 0（14）、精铰f30+0.025 0至要求（15）、倒f48孔的倒角（16）、掉头，倒f30+0.025 0孔倒角（17）、检5）、加工余量确定与工序尺寸及上下偏差加工表面工序（或工步）名称工序（或工步）余量工序（或工步）基本尺寸工序（或工步）经济精度表面粗糙度（um）工序（工步）基本尺寸公差等级公差值底面半精铣z=1.0mm82.5ra1.2582.5粗铣z=1.583.5ra2583.5毛坯z=2.58585f7孔钻2z=77ra257毛坯实心f48孔扩2z=2f48ra6.3

20、f48毛坯2z=2f46ra12.5f46f30孔精铰2z=0.07f30it780.025ra1.6f30粗铰2z=0.13f29.93it90.052ra6.3f29.93扩2z=1.8f29.8it100.084ra12.5f29.8毛坯2z=2f28上表面半精铣2z=180ra12.580粗铣2z=1.581ra2581毛坯2z=2.582.582.5m6螺纹孔底孔f5钻2z=5f5ra25f5毛坯实心f12盲孔钻2z=12f12ra25f12毛坯实心6）、切削用量确定（查实用机械加工工艺手册）(1）、加工底面粗铣：f z=0.25mm/z ap=1.5mm vc=400m/min 则

21、f=1.25mm/r n=1274r/min半精铣：f z=0.15mm/z ap=1.0mm vc=500m/min则 f=0.75mm/r n=1600r/min(2)、加工f3.15中心孔钻：f=0.07mm/r ap=1.5575mm vc=10m/min则 n=1000r/min(3)、加工f7孔钻：f=0.18mm/r ap=3.5mm vc=30m/min则 n=800r/min(4)、加工上表面 粗铣：f z=0.25mm/z ap=1.5mm vc=400m/min则f=1.25mm/r n=1274r/min 半精铣：f z=0.15mm/z ap=1.0mm vc=500

22、m/min则f=0.75 n=1600r/min(5）、加工f12盲孔钻：f =0.25mm/r ap=6mm vc=30m/min则 n=800r/min (6)、加工m6底孔f5钻：f =0.1mm/r ap=2.5mm vc=25m/min则 n= 1600r/min (7）、加工f30+0.025 0孔扩：f =1.0mm/r ap=0.9mm vc=18m/min 则n=200r/min粗铰：f =3.0mm/r ap=0.065mm vc=10m/min则n=100r/min 精铰：f =2.0mm/r ap=0.035mm vc=15m/min 则 n=160r/min (8)、

23、加工f48孔扩：f =1.6mm/r ap=1mm vc=12m/min则n=80r/min (9）、倒角铣：f z=0.25mm/z ap=1mm vc=100m/min则f=2.0mm/r n=1600r/min4、一面两孔定位，粗、半精铣左侧凹槽，钻23f5螺纹底孔，f8孔，扩f12沉孔1）、设备选择本工序加工侧面，所以选择x63，技术参数如下：主轴轴线（端面）到工作台的距离（mm）最小30、最大420；车身垂直导轨面到工作台中心的距离（mm）最小255、最大570；主轴轴线到悬梁下平面间的距离（mm）190；工作台的工作面积长1600、宽400；工作台的梯形槽数为18；槽间距离为90；

24、工作台之最大移动量：纵向手动/机动=900/880，横向手动/机动=315/300，垂着手动/机动=390/370；工作台的进给量级数18；工作台进给量范围（mm/min）：纵向2300，横向2300，垂直770;主轴孔锥度：7/24；主轴转数级数18；主轴转数范围301500r/min；主电动机功率10千瓦；转速1450r/min；电动机总功率13.125；机床净重3700公斤；机床外形尺寸：长2556mm，宽2159mm，高1770mm。2)、工装夹具（1）、工装夹具：即加工左侧凹槽，f8孔，f12沉孔等，以底面定位，采用带螺纹圆柱销夹紧。（2）、刀具：粗、半精铣左侧凹槽，直柄立铣刀，d=

25、f28, l=121,l=45,z=2钻中心孔：高速钢中心钻，d=3.15,d 1=8.0,l=50,l 1=3.9钻f5螺纹底孔：攻螺纹前钻孔用锥柄阶梯麻花钻，d=5, l=144,l 1=63钻f8孔：高速钢莫氏锥柄麻花钻，d=8, l=156,l 1=75扩f12沉孔：锥柄扩孔钻，d=12, l=182，l 1=101（3）、量具：采用内径千分尺（68mm），深度游标卡尺（0200mm）,游标卡尺（0125mm）3)、工步顺序粗铣左侧凹槽半精铣左侧凹槽钻f3.15的中心孔钻23m6-h7底孔f5钻f8孔扩f12沉孔检4）、加工余量确定与工序尺寸及上下偏差加工表面工序（或工步）名称工序（或

26、工步）余量工序（或工步）基本尺寸工序（或工步）经济精度表面粗糙度（um）工序（工步）基本尺寸公差等级公差值左侧面凹槽半精铣z=15ra12.55粗铣z=1.54ra254毛坯z=2.52.52.5m6螺纹孔底孔f5钻2z=5f5ra25f5毛坯实心f8孔钻2z=8ff8ra25f8毛坯实心f12沉孔扩2z=4f12ra25f12毛坯2z=4f8f85)、切削用量确定（查实用机械加工工艺手册）（1）、加工左侧凹槽粗铣：f z=0.25mm/z ap=1.5mm vc=50m/min则n=570r/min 圆整为n=600r/min vf=450mm/min 圆整为 vf=475mm/min半精铣

27、：f z=0.15mm/z ap=1.0mm vc=70m/min则 n=800r/min 圆整为n=750r/min vf=340mm/min 圆整为vf=375mm/min(2)、加工f3.15中心孔钻：f=0.07mm/r ap=1.5575mm vc=10m/min则 n=1000r/min 圆整为n=950r/min vf=66.5mm/min 圆整为vf=60mm/min（3）、加工m6螺纹底孔f5钻：f =0.1mm/r ap=2.5mm vc=10m/min则 n=640r/min 圆整为 n=600r/min vf=60mm/min 圆整为vf=60mm/min（4）、加工f

28、8孔钻：f =0.1mm/r ap=4mm vc=20m/min则n=800r/min 圆整为n=750r/min vf=75mm/min 圆整为vf=75mm/min（5）、加工f12沉孔扩：f =0.8mm/r ap=2mm vc=24m/min则n=640r/min 圆整为n=600r/min vf=480mm/min圆整为vf=475mm/min6）、机床功率校核粗加工凹槽时切削用量相对最大 所以只需校核此步，其他也就满足由kc=1118n/mm,ap=1.5mm,f=1.25mm/r根据fc=kc3ap3f得 fc=2096.25pm=fc3vc/60000=1.75kw一般机床利用

29、率=0.8pm/=1.75/0.8=2.18kw又因为f=10kw所以机床可以正常工作5、粗、半精铣f30端面、钻f12孔，扩f20沉孔，倒角1）、设备选择本工序加工侧面，所以选择x63，技术参数如下：主轴轴线（端面）到工作台的距离（mm）最小30、最大420；车身垂直导轨面到工作台中心的距离（mm）最小255、最大570；主轴轴线到悬梁下平面间的距离（mm）190；工作台的工作面积长1600、宽400；工作台的梯形槽数为18；槽间距离为90；工作台之最大移动量：纵向手动/机动=900/880，横向手动/机动=315/300，垂着手动/机动=390/370；工作台的进给量级数18；工作台进给量

30、范围（mm/min）：纵向2300，横向2300，垂直770;主轴孔锥度：7/24；主轴转数级数18；主轴转数范围301500r/min；主电动机功率10千瓦；转速1450r/min；电动机总功率13.125；机床净重3700公斤；机床外形尺寸：长2556mm，宽2159mm，高1770mm。2）、工装夹具（1）、工装夹具：即加工内孔f30端面与f12孔等，以底面定位，采用带螺纹圆柱销夹紧（2）、刀具：、f30端面：直柄立铣刀，d=f28, l=121,l=45钻f12孔：高速钢莫氏锥柄麻花钻，d=12, l=182,l 1=101扩f20沉孔：锥柄扩孔钻，d=20, l=238，l 1=14

31、0倒角：带可换倒柱锥柄90锥面锪钻，d=21,d 1=11,l =150, l =30（3）、量具：采用内径千分尺（68mm），深度游标卡尺（0200mm）,游标卡尺（0125mm）3）、工步顺序粗铣f30端面半精铣f30端面钻f3.15中心孔钻f12孔扩f20沉孔倒f20沉孔的倒角检4）、加工余量确定与工序尺寸及上下偏差加工表面工序（或工步）名称工序（或工步）余量工序（或工步）基本尺寸工序（或工步）经济精度表面粗糙度（um）工序（工步）基本尺寸公差等级公差值f30端面半精铣z=136ra12.536粗铣z=1.537ra2537毛坯z=2.538.538.5f12孔钻2z=12f12ra25

32、f12毛坯实心f20孔扩2z=8f20f20毛坯2z=8f12f125）、切削用量确定（查实用机械加工工艺手册）(1）、加工f30端面粗铣：f =0.15mm/r ap=1.5mm vc=50m/min则 n=570r/min圆整为n=600r/min vf=90mm/min 圆整为vf=95mm/min半精铣：f =0.15mm/r ap=1.0mm vc=70m/min则n=800r/min 圆整为n=750r/min vf=112.5mm/min圆整为vf=118mm/min(2)、加工f3.15中心孔钻：f=0.07mm/r ap=1.5575mm vc=10m/min则 n=1000r/min 圆整为n=950r/min vf=66.5mm/min 圆整为vf=60mm/min(3）、加工f12孔钻：f =0.13mm/r ap=6mm vc=20m/min则n=530r/mm 圆整为n=475r/min vf=62mm/min 圆整为vf=60mm/min（4）、加工f20沉孔扩：f =