机械设计制造及其自动化专业论文设计——某筒形零件机械加工工艺规程及工装设计

1、三 江 学 院本科生毕业设计（论文）题 目 某筒形零件机械加工工艺规程及工装设计 高等职业技术学院 机械设计制造及其自动化 专业学生姓名 杜劼 学号 G095152008 指导教师 陈本德 职称 高工 指导教师工作单位 三江学院 起讫日期 摘 要 本设计主要研究某筒形零件的机械制造工艺和工艺夹具设计，该筒形零件主要作用是保证对箱体起密封作用，使箱体在工作时不致让油液渗漏。对内表面的加工精度要求比较高,对配合面的表面粗糙度要求也较高。填料箱主要由填料，水封环，填料筒，填料压盖，水封管组成。填料函的作用主要是为了封闭泵壳与泵轴之间的空隙，不让泵内的水流不流到外面来也不让外面的空气进入到泵内。始终保

2、持水泵内的真空！当泵轴与填料摩擦产生热量就要靠水封管住水到水封圈内使填料冷却，保持水泵的正常运行1。本次设计旨在提高填料箱盖的加工效，设计正确的加工工艺路线，由此我们首先对填料箱盖的结构特征和工艺进行了仔细的分析，然后确定了一套合理的加工方案，加工方案要求简单，操作方便，并能保证零件的加工质量。填料箱盖的加工质量将直接影响机器的性能和使用寿命。在制定加工工艺规程的顺序共采用四大步骤进行加工，分别是（1）CAXA实体设计零件的分析（3）工艺设计：包括制定工艺路线，选择基准面,选择机床，机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定及计算基本工时等（4）专用夹具设计。(5)编制工艺文件2。关键词：筒形零件

3、；制造工艺；夹具；设计 ABSTRACT Filler lid, its main role is to ensure that the seal the box, the box will not let the oil leakage in the work. The inner surface of the machining accuracy requirements are relatively high, is also higher on the mating face of the surface roughness requirements. Stuffing box pac

4、king, lantern ring, packing tube, packing gland sealing water pipe. The stuffing of the role is mainly in order to close the gap between the pump housing and shaft, the water does not flow to the outside to prevent pump does not allow outside air to enter the pump. Always maintain a vacuum within th

5、e water pump! When the pump shaft packing friction generates heat to rely on water seal pipe to live water into the filler cooling water seal circle, to maintain the normal operation of the pump 1. The design is aimed at improving the processing efficiency of the filler lid design correct processing

6、 routes, which we first carried out a careful analysis on the structural characteristics of the filler lid and process, and then determine a reasonable processing, processing the program requires a simple, easy to operate, and can guarantee machining quality. Processing of filler lid will directly a

7、ffect the quality of performance and service life of the machine. Processing a total of four steps in order to develop a process planning are (1) CAXA entity designed components analysis (3) process design: including the development of a process route, select the reference plane, select the tools, m

8、achining allowances, process size and rough determination of the dimensions and calculate the basic working hours (4) special fixture design. (5) preparation of process documentation 2.Key words：shaft；caxa；vacuum目 录第一章 零件图样分析.11.1 零件的功用.11.2 零件结构分析.1第二章 毛坯的选择.22.1 选择毛坯应考虑的因素.22.2 毛坯的制造方法及其工艺特征.22.2.

9、1毛坯的制造方法.32.2.2 工艺特征.32.3 毛坯尺寸、公差与加工余量.32.3.1 毛坯公差.42.3.2 确定机械加工余量.4确定毛坯尺寸 .4第三章 工艺过程设计.53.1 定位基准的选择.53.1.1 粗基准的选择原则.63.1.2 精基准的选择原则.73.2 零件表面加工方法的选择.73.3 工艺规程的拟定.83.3.1 制定工艺规程的原则.83.3.2 制订工艺路线.83.3.3 工艺方案的比较与分析.9第四章 工序设计.134.1 选用机床.13 4.2工艺装备的选择.134.21选用道具.13 4.2.2选用夹具.13 选用量具.13第五章 专用夹具设计.144.1 问题

10、的指出.144.2 夹具设计.144.3 定位误差的分析.144.4 夹具设计及操作的简要说明.15结束语.16 致谢. .17参考文献. .18第一章 零件图样分析1.1 零件的功用 套筒类零件在机械装备中有着非常重要的地位,它的应用范围很广,几乎所有机械都离不开它。例如在机械传动中起支撑作用的滑动轴承、机械加工中引导刀具的导向套、发动机的汽缸套、液压系统中的油缸体以及一般用途的套筒等。由于其功用不同,套筒类零件的结构和尺寸尽管差别较大,但在结构上仍有着共同的特点:零件的主要表面为同轴度要求较高的内外圆表面;零件的壁厚较薄,在加工中易变形;零件长度一般大于其直径。就所用材料来而言,套筒类零件

11、所用材料种类比较多,随零件工作条件而异,通常所用材料有钢铸铁、青铜、黄铜等。有些滑动轴承采用双金属材料结构,即用离心铸造的方法在钢或铸铁套的内壁上浇注巴氏合金等轴承合金材料,这样既可以显著提高轴承的使用寿命,又可以节省贵重的有色金属。套筒类零件毛坯的选择与零件所用材料、结构形式及尺寸大小等因素有关,孔径比较小的零件毛坯,一般选用热轧或冷拉棒料、实心铸件;孔径比较大的零件毛坯,一般选用无缝钢管、带孔铸件或锻件。大批大量生产时的毛坯,可以采用冷挤压等制造,以提高生产率和节约贵重的金属材料。套筒类零件的内圆表面是起支承或导向作用的主要表面,它通常与运动着的轴或活塞等零件相互配合。1.2 零件结构分析

12、 套类零件的主要加工表面有孔、外圆和端面。其中孔既是装配基准又是设计基准，加工精度和表面粗糙度一般要求较高，内外圆之间的同轴度及端面与孔的垂直度也有一定的技术要求。题目所给填料箱盖有四处加工表面，其间有一定位置要求。分述如下：（1）以65h5轴为中心的加工表面。尺寸为65h5的轴，表面粗糙度为1.6， 尺寸为80与65h5相接的轴肩面, 尺寸为 100f6与65h5同轴度为0.025的外圆表面.。尺寸为60H8与65h5同轴度为0.025的孔。（2）以60H8孔为中心的加工表面。尺寸为78与60H8垂直度为0.012的孔底面,表面粗糙度为0.4，须研磨。（3）以60H8孔为中心均匀分布的12孔

13、：6-13、4-M10-6H深20孔深24及4-M10-6H。（4）其它未注表面的粗糙度要求均为6.3，粗加工可满足要求。 第二章 毛坯的选择2.1 选择毛坯应考虑的因素（1） 零件的力学性能 套筒类零件一般用钢、铸铁、铝合金、青铜或黄铜制成。选用的零件的材料是HT200。牌号：HT200，标准：GB/T 9439-2010，指的是最低抗拉强度为200MPa的灰铸铁。抗拉强度和塑性低，但铸造性能和减震性能好，主要用来铸造汽车发动机汽缸、汽缸套、车床床身等承受压力及振动部件。（2） 零件的结构形状和外廓尺寸（3） 生产纲领和批量（4） 现场生产条件2.2 毛坯的制造方法及其工艺特征毛坯的制造方法

14、零件材料为HT200，考虑到零件材料的综合性能及材料成本和加工成本，保证零件工作的可靠，采用铸造。由于是单件小批量生产，而且零件外形轮廓尺寸不大，故可以采用木模手工砂型铸造成型。 工艺特征（1） 毛坯制造：木模造型，精度低，余量大（2） 机床设备：通用设备（3） 工件尺寸获得方法：试切法，划线找正（4） 夹具：通用夹具（5） 刀具：通用标准刀具（6） 量具：通用量具（7） 生产成本：较高（8） 工人技术水平：高2.3 毛坯尺寸、公差与加工余量 毛坯公差可知木模手工砂型铸造的工艺特点如下：（1） 精度等级（CT）：IT11IT13（2） 毛坯尺寸公差：18mm（3） 加工余量等级：H（4） 加工

15、余量：2.53.5mm（5） 由表2.2-2，错型值为1.5 确定机械加工余量（1） 外圆表面(65、80、75、100、130、155)考虑到尺寸较多且相差不大，为简化铸造毛坯的外形，现直接按零件结构取为84、104、160的阶梯轴式结构，除65以外，其它尺寸外圆表面粗糙度值Ra=6.3um,只要粗车就可满足加工要求。（2）外圆表面沿轴线长度方向的加工余量及公差。铸件轮廓尺寸(长度方向>100160mm），故长度方向偏差为mm。长度方向的余量其余量值规定为3.03.5 mm.现取3.0 mm。（3）32、47内孔。毛坯为实心，两内孔精度要求自由尺寸精度要求，表面粗糙度值Ra=6.3um

16、，钻扩即可满足要求。（4）内孔60H8。要求以外圆面65h5定位，铸出毛坯孔55。粗镗59.5 2Z=4.5半精镗59.9 2Z=0.4精镗60H8 2Z=0.1 (5) 60H8孔底面加工.研磨余量 Z=0.0100.014 取Z=0.010 磨削余量 Z=0.20.3 取Z=0.3铣削余量 Z=3.0-0.3-0.01=2.69 即Z=2.69(6)底面沟槽采用镗削，经过底面研磨后镗可保证其精度 取Z=0.5 (7) 613.5通孔及2M106H孔、4M106H深20孔深24的孔，均为自由尺寸精度要求。 613.5通孔可一次性直接钻出。 2.3-20，得攻M10螺纹前所用麻花钻直径为8.5

17、，螺距P=1.5.钻孔 8.5 攻螺纹 M10确定毛坯尺寸（1）外圆表面(65、80、75、100、130、155)考虑到尺寸较多且相差不大，为简化铸造毛坯的外形，现直接按零件结构取为84、104、160的阶梯轴式结构。（2）外圆表面沿轴线长度方向的加工余量及公差，查表可取余量3.0 mm。（3）32、47内孔，毛坯为实心。（4）内孔60H8，铸出毛坯孔55。 图1 零件毛坯图第三章 工艺过程设计3.1 定位基准的选择 粗基准的选择原则对于一般轴类零件而言，以外圆作为粗基准是完全合理的。按照有关的粗基准选择原则（保证某重要表面的加工余量均匀时，选该表面为粗基准。若工件每个表面都要求加工，为了保

18、证各表面都有足够的余量，应选择加工余量最小的表面为粗基准）。 精基准的选择原则按照有关的精基准选择原则（基准重合原则；基准统一原则；可靠方便原则），对于本零件，有中心孔，可以以中心孔作为统一的基准，但是随便着孔的加工，大端的中心孔消失，必须重新建立外圆的加工基面，一般有如下三种方法：（1）当中心孔直径较小时，可以直接在孔口倒出宽度不大于2mm的锥面来代替中心 孔。若孔径较大，就用小端孔口和大端外圆作为定位基面，来保证定位精度。 （2）采用锥堵或锥套心轴。（3）精加工外圆亦可用该外圆本身来定位，即安装工件时，以支承轴颈本身找正。本加工中粗基准与精基准均采用外圆作为定位基准。3.2 零件表面加工方

19、法的选择 加工方法如下：（1）外圆65h5（）：=0.013，Ra=1.6,粗车半精车精车（2）外圆100f6()：=0.027，Ra=6.3,粗车半精车精车（3）内孔60H8（）：=0.048，Ra=1.6,粗镗半精镗精镗（4）7.5×4.5槽：Ra=3.2,采用切槽刀，粗车半精车（5）内孔60H8（）底面：Ra=0.4，铣磨研磨（6）右端端面：垂直度IT5，Ra=6.3，粗车半精车精车3.3 工艺规程的拟定 制定工艺规程的原则 零件机械加工工艺规程是规定零件机械加工工艺过程和方法等的工艺文件。它是在具体的生产条件下，将最合理或者比较合理的工艺过程，用图表（或文字）的形式制成用来指

20、导生产、管理生产的文件。 机械加工工艺规程的内容及作用工艺规程的内容，一般有零件的加工工艺路线、各工序基本加工内容、切削用量、工时定额及采用的机床和工艺装备（刀具、夹具、量具、模具）等。工艺规程的主要作用如下： 1、工艺规程是指导生产的主要技术文件。合理的工艺规程是建立在正确的工艺原理和实践基础上的，是科学技术和实践经验的结晶。因此，它是获得合格产品的技术保证，一切生产和管理人员必须严格遵守。2、工艺规程是生产组织管理工作、计划工作的依据。原材料的准备、毛坯的制造、设备和工具的购置、专用工艺装备的设计制造、劳动力的组织、生产进度计划的安排等工作都是依据工艺规程来进行的。3、工艺规程是新建或扩建

21、工厂或车间的基本资料。在新建扩建或改造工厂或车间时，需依据产品的生产类型及工艺规程来确定机床和设备的数量及种类，工人工种、数量及技术等级，车间面积及机床的布置等。 制定工艺规程的原则、原始资料1、制定工艺规程的原则制定工艺规程的原则是：在保证产品质量的前提下，以最快的速度、最少的劳动消耗和最低的费用，可靠加工出符合设计图纸要求的零件。同时，还应在充分利用现有生产条件的基础上，尽可能保证技术上先进、经济上合理、并且有良好的劳动条件。2、制定工艺规程的原始资料 产品零件图样及装配图样。零件图样标明了零件的尺寸和形位精度以及其他技术要求，产品的装配图有助于了解零件在产品中的位置、作用，所以，它们是制

22、定工艺规程的基础。 产品的生产纲领。 产品验收的质量标准。 现有生产条件，如机床设备、工艺装备、工人技术水平及毛坯的制造生产能力等。 同类产品的生产工艺资料。 制定工艺规程的步骤1、零件图样分析零件图样分析的目的在于： 分析零件的技术要求，主要了解各加工表面的精度要求、热处理要求，找出主要表面并分析它与次要表面的位置关系，明确加工的难点及保证零件加工质量的关键，以便在加工时重点加以关注。 审查零件的结构工艺性是否合理，分析零件材料的选取是否合理。2、毛坯选择 毛坯的选择主要依据以下几方面的因素： 零件的材料及机械性能 零件的材料一旦确定，毛坯的种类就大致确定了。例如材料为铸铁，就应选铸造毛坯；

23、钢质材料的零件，一般可用型材；当零件的机械性能要求较高时要用锻造；有色金属常用型材或铸造毛坯。 零件的结构形状及尺寸 例如，直径相差不大的阶梯轴零件可选用棒料作毛坯，直径相差较大时，为节省材料，减少机械加工量，可采用锻造毛坯；尺寸较大的零件可采用自由锻，形状复杂的钢质零件则不宜用自由锻。对于箱体、支架等零件一般采用铸造毛坯，大型设备的支架可采用焊接结构。 生产类型 大量生产时，应采用精度高、生产率高的毛坯制造方法，如机器造型、熔模铸造、冷轧、冷拔、冲压加工等。单件小批生产则采用木模手工造型、焊接、自由锻等。 现有生产条件及技术水平以及通过外协获得各种毛坯的可能性。3、拟订工艺路线 定位基准的选

24、择 正确选择定位基准，特别是主要的精基准，对保证零件加工精度、合理安排加工顺序起决定性的作用。所以，在拟定工艺路线时首先应考虑选择合适的定位基准。基准的选择方法见第一章。 零件表面加工工艺方案的选择 由于表面的要求（尺寸、形状、表面质量、机械性能等）不同，往往同一表面的加工需采用多种加工方法完成。某种表面采用各种加工方法所组成的加工顺序称为表面加工工艺方案。 加工阶段的划分 对于那些加工质量要求高或比较复杂的零件，通常将整个工艺路线划分为以下几个阶段： 粗加工阶段 主要任务是切除毛坯的大部分加工余量，并制出精基准。该阶段最关键的问题是怎样提高生产率。 半精加工阶段 主要任务是减小粗加工时造成的

25、误差，为主要表面的精加工做好准备，同时完成零件上各次要表面的加工。 精加工阶段 主要任务是保证各主要表面达到图样规定要求。这一阶段的问题是如何保证加工质量。 光整加工阶段 主要任务是减小表面粗糙度值和进一步提高精度。划分加工阶段的好处是按先粗后精的顺序进行加工，可以分配合理的加工余量以及选择合理的切削用量，使加工机床冲分发挥其效率，并且能长期保持精加工机床的精度；减少工件在加工过程中的变形，避免精加工表面受到损伤；粗精加工分开，还便于及时发现毛坯缺陷，同时有利于安排热处理工序。4、加工顺序的安排 加工顺序的安排对保证加工质量，提高生产率和降低成本都有重要作用，是拟定工艺路线的关键之一。可按下列

26、原则进行。 切削加工顺序的安排 先粗后精 先安排粗加工，中间安排半精加工，最后安排精加工。 先主后次 先安排零件的装配基面和工作表面等主要表面的加工，后安排如键槽、紧固用的光孔和螺纹孔等次要表面的加工。 先面后孔 对于箱体、支架、连杆、底座等零件，其主要表面的加工顺序是先加工用作定位的平面和孔的端面的加工，然后再加工孔。 先基准面后其它面 即选作精基准的表面应在一开始的工序中就加工出来，以便为后续工序的加工提供定位精基准。 热处理工序的安排零件加工过程中的热处理按应用目的，大致可分为预备热处理和最终热处理。预备热处理 预备热处理的目的是改善机械性能、消除内应力、为最终热处理作准备，它包括退火、

27、正火、调质和时效处理。铸件和锻件，为了消除毛坯制造过程中产生的内应力，改善机械加工性能，在机械加工前应进行退火或正火处理；对大而复杂的铸造毛坯件（如机架、床身等）及刚度较差的精密零件（如精密丝杠），需在粗加工之前及粗加工与半精加工之间安排多次时效处理；调质处理的目的是获得均匀细致的索氏体组织，为零件的最终热处理作好组织准备，同时它也可以作为最终热处理，使零件获得良好的综合机械性能，一般安排在粗加工之后进行。最终热处理 最终热处理的目的主要是为了提高零件材料的硬度及耐磨性，它包括淬火、渗碳及氮化等。淬火及渗碳淬火通常安排在半精加工之后、精加工之前进行；氮化处理由于变形较小，通常安排在精加工之后。

28、 辅助工序的安排 辅助工序包括：检验、清洗、去毛刺、防锈、去磁及平衡去重等。其中检验是最主要的、也是必不可少的辅助工序，零件加工过程中除了安排工序自检之外，还应在下列场合安排检验工序： 粗加工全部结束之后、精加工之前； 工件转入、转出车间前后； 重要工序加工前后； 全部加工工序完成后。 箱体零件的材料、毛坯和热处理箱体材料一般选用HT200400的各种牌号的灰铸铁，而最常用的为HT200。灰铸铁不仅成本低，而且具有较好的耐磨性、可铸性、可切削性和阻尼特性（减震性）。在单件生产或某些简易机床的箱体，为了缩短生产周期和降低成本，可采用钢材焊接结构。毛坯的加工余量与生产批量、毛坯尺寸、结构、精度和铸

29、造方法等因素有关。有关数据可查有关资料及根据具体情况决定。毛坯铸造时，应防止砂眼和气孔的产生。为了减少毛坯制造时产生残余应力，应使箱体壁厚箱体浇铸后应安排时效或退火工序。某些单件、小批量生产的箱体零件，为了缩短毛坯制造的周期和降低成本，可采用钢板焊接结构普通精度的箱体零件，一般在铸造之后安排一次人工时效处理。对一些高精度或形状特别复杂的箱体零件，在粗加工之后还要安排一次人工时效处理，以消除粗加工时所造成的残余应力。 制订工艺路线方案一工序号 工序内容00 粗车右端面，65、80、75外圆及与80、100、155相接的端面，倒圆角R510 粗车左端面，155、100外圆20 半精车右端面，65外

30、圆及与80相接的端面30 半精车左端面，100外圆40 精车右端面，65外圆及与80相接的端面，倒角50 精车左端面，60 钻25孔、扩32孔，锪47孔70 粗、半精、精镗60 孔80 铣60孔底面90 磨60孔底面100 镗60孔底面沟槽110 研磨60孔底面120 划线130 钻6-13孔、2-M10-6H、4-M10-6H深20孔深24的孔及攻螺纹140 去毛刺，终检方案二工序号 工序内容00 粗车右端面，65、80、75外圆及与80、100、155相接的端面，倒圆角R510 粗车左端面，155、100外圆20 半精车、精车右端面，65外圆及与80相接的端面，倒角30 半精车、精车左端面

31、，40 钻25孔、扩32孔，锪47孔50 粗、半精、精镗60 孔60 铣60孔底面70 磨60孔底面80 镗60孔底面沟槽90 研磨60孔底面100 划线110 钻6-13孔、2-M10-6H、4-M10-6H深20孔深24的孔及攻螺纹120 去毛刺，终检 工艺方案的比较与分析 上述两个方案的特点在于： 方案一粗加工、半精加工、精加工明显分开，符合互为基准原则，对于提高零件的位置精度有保障；方案二是在对两端及其外圆进行简单的粗加工后即采用工序集中的原则，对于半精加工、精加工进行同步加工。两相比较起来可以看出，在满足加工质量的前提下，采用第二种方案可大大缩短因零件多次掉头、多次装夹而带来的辅助时

32、间，而且可以有效减小出现定位误差的可能性，故最终采用第二种加工方案。 第四章 工序设计 4.1 选用机床卧式车床CA6140，最大加工直径为400mm.摇臂钻床Z3025，最大钻孔直径为25mm.金刚镗床T740铣床X63磨床M1158研磨机4.2工艺装备的选择 选用刀具YG6外圆车刀 ，切槽刀，25、13、8.5麻花钻，32扩孔钻，47锪孔钻，10丝锥，YG30、YG10镗刀，端面铣刀，内孔车刀，砂轮G36 YA6N 20X6X8，金刚玉微粉。选用夹具三爪卡盘，机用虎口钳。选用量具 卡板，游标卡尺，外径千分尺，塞尺，螺纹塞规，粗糙度仪。第五章 专用夹具设计为了提高劳动生产率，保证加工质量，降

33、低劳动强度，需要设计专用夹具。在这里只设计了工序VI ：磨60内孔底面的专用夹具。本夹具将用于立轴矩台平面磨床，刀具为砂轮。5.1 问题的指出 本夹具主要用来加工60内孔底面，由于工艺要求不高，因此，在本道工序加工时，主要应考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度。5.2 夹具设计定位基准的选择由零件图可知，要加工60内孔底面，原本只需限制工件的3.个自由度，但由于在孔内加工，为了不使加工影响其他表面，需要限制工件的5个自由度，且60内孔底面对60内孔有垂直度要求，要求的加工精度较高，因此，应选择65外圆和与80外圆相连的台阶面作为基准进行加工。 5.3 定位误差的分析工件以台阶面和外圆面定位，工

34、件的设计基准为其轴线，故不存在基准不重合误差，误差即为65外圆面公差的一半。即0.0065mm，此误差在允许的范围内，因此符合要求。5.4 夹具设计及操作的简要说明该夹具是以端面和外圆定位基准加工60内孔底面，可以用一带端面的定位套来定位，由于磨削时的夹紧较大，因此加了四根柱以加强其强度，本夹具通过楔块的移动使铰链轴带动螺栓下移从而带动压板下移压紧工件。铰链机构能迅速夹紧和松开，达到了提高生产力和降低劳动强度的目的，因此能满足要求。结束语 从论文选题到搜集资料，从写稿到反复修改，期间经历了喜悦、聒噪、痛苦和彷徨，在写作论文的过程中心情是如此复杂。如今，伴随着这篇毕业论文的最终成稿，复杂的心情烟消云散，自己甚至还有一点成就感。那种感觉就宛如在一场盛大的颁奖晚会上，我在晚会现场看着其他人一个接着一个上台领奖，自己却始终未能被念到名字，经过了很长很长的时间后，终于有位嘉宾高喊我的大名，这时我忘记了先前漫长的无聊的等待时间，欣喜万分地走向舞台，然后迫不及待地开始抒发自己的心情，发表自己的感想。这篇毕业论文的就是我的舞台，以下的言语便是有点成就感后在舞台上发表的发自肺腑的诚挚谢意与感想： 我要感谢，非常感谢我的导师陈本德老师。他为人随和热情，治学严谨细