机械制造工艺课程设计

机械制造工艺课程设计

序言

机械制造工艺学课程设计使我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及

大部分专业课之后进行的.这是我们在进行毕业设计之前对所学各课程的一次深

入的综合性的总复习,也是一次理论联系实际的训练,因此,它在我们四年的大学

生活中占有重要的地位。

就我个人而言，我希望能通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一

次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后参加祖国的“四

化”建设打下一个良好的基础。

一、零件的分析

（一） 零件的作用

心轴是用来与内孔配合，起到内孔与外圆同心、同轴、定心、定位，保

证位置精度的作用。所以对其尺寸要求和精度要求较高，以免对加工产品产生误

差从而影响其精度。

（二） 零件的工艺分析

心轴共有三组加工表面，他们相互之间有一点的位置要求。现分述下：

1、Ф35mm、Ф40mm、Ф77mm轴的中心的加工表面。

0.016这一组加工表面包括：车削加工φ350mm长至85mm,Ra=3.2的轴及1.7x

Ф33的槽和Ф40mm长至2mm的台阶，Ф77mm长至38mm的轴，Ra=12.5。

2、Ф77mm轴为中心的加工表面。

0.074这一组加工表面包括：Ф77mm轴的端面上铣削加工5xφ530mm的圆形

槽且两者同心；在Ф64mm的圆周上的一个半圆上均布钻削加工5xM8-H7的螺纹

孔，螺纹孔在面上沿周向分布，因此必须在数控铣床上加工（普通数控车床只能

车中心线上的螺纹）；另外一个半圆上铣削加工90°的斜槽，斜平面的加工，由

于这两组平面没有任何公差（未注公差），可以通过粗铣获得；

3、在半圆上铣削加工90°的斜槽为中心的加工表面。

这一组加工表面包括：钳工配作一个Ф8mm的90°的锥孔还得需要在一个面

上钻孔，由于面与机床轴线不垂直，因此必须设计专用夹具，是被加工面与机床

主轴垂直。

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由以上分析可知，对于这三组加工表面而言，可以现加工第一组表面，然后借

助于专用夹具加工其他组表面，并且保证他们之间的位置精度要求。这个零件的难

点是圆周上的5个螺纹孔和斜面的加工。因此结合我所学的知识决定在镗铣中心上

钻均布孔并攻螺纹以保证精度，提高效率降低工人劳动强度。还有就是设计一个比

较好用的专用夹具。

二、工艺规程设计

（一） 确定毛坯的制造形式

零件材料为45钢。考虑到心轴用于定位机构中，工作过程可能承载大

的负荷但是不需要承受各种交变载荷及冲击载荷，可以选择铸件，以使金属纤维

不被切断，保证零件工作可靠。零件年产量为4000件，已达到大批生产水平，

而且零件的尺寸轮廓不大，故可采用模锻成形。这对提高生产效率、保证加工质

量也是有好处的。

（二） 基面的选择

基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面选择得正确、合理，

可以保证加工质量，提高生产效率。反之，就会使加工工艺过程问题百出，严重

的还会造成零件大批报废，使生产无法进行。

1、粗基准的选择

对于一般的轴类零件，以外圆作为组基准是合理的。该零件既是心轴又是阶

梯轴，其加工精度又要求较高，因此选中心孔B3/7.5做为设计和工艺基准。先

选着大端外圆轮廓表面作为粗基准。

2、精基准的选择

精基准的选择主要应该考虑基准重合的问题。当设计基准与工序基准不重合时，

应该进行尺寸换算。

（三） 制定工艺路线

制定工艺路线的出发点，应当是零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技

术要求能得到合理的保证。在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用万能性机

床配以专用工卡具,并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考虑经

济效果，以便使生产成本尽量下降。

1、工艺路线方案一

1

2

3

锻坯 按工序图样所给定尺寸采用模具 粗车 粗车Ø41×92（注意确保心轴圆台断面见光），再次粗车 Ø36×88 粗车 调头，三爪卡盘夹持Ø41圆柱，校圆、车立端面，粗车 Ø78×39

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4 精车 精车端面，定总长，精车外圆Ø77×38

5 精车 调头，定总长，精车轴环Ø40×2，精车Ø35×85，

精车轴槽Ø33×1.7

6 铣削 铣Ø53×5孔内表面，铣直角V形槽（工序卡片有说明）

7 铣削 铣Ø8的锥形孔，倒角90度（工序卡片有说明）

8 钻削 钻5×M8螺纹底孔，倒角120度

9 钳工 攻螺纹5×M8-7H工序

11.检验。

2、工艺路线方案二

1 锻坯 按工序图样所给尺寸，采用模具锻造

2 粗车 车端面（注：保证端面见光）定总长132，粗车Ø42×4、Ø38×

90

3 粗车 调头，三爪卡盘夹持Ø38外圆柱校正，车端面（注：保证端面见

光）定总长131，粗车外圆柱Ø80

4 精车 精车端面，定总长128，精车外圆柱Ø77

5 精车 调头，三爪卡盘夹持Ø77外圆柱校正，精车端面，定总长125

精车Ø40×4、Ø35×85，精车环槽1.7×Ø33

6 钻削 钻5×M8mm螺纹底孔

7 钳工 攻螺纹5×M8—7H

8 铣削 以外圆柱为基准，校正，铣内孔Ø53×5，铣斜槽

（ 注：外端面 切 点离圆柱底面54，斜度为64°，内端面

切点斜度为26°）

11. 去毛刺并检验。

3、工艺路线方案三

1 锻坯 按工序图样给定的尺寸采用模具锻造

2 车削 车端面及外圆Ø40mm

3 车削 掉头三爪卡盘夹持Ø40外圆柱，校正，车端面定总长128

粗车外圆柱Ø77×38，车Ø77端面内孔，Ø53×5。

4 车削 掉头 以Ø77外圆柱面为定位基准，校正，车端面定总长

125，精车外圆柱Ø35×85，车环槽1.7×Ø33，去毛刺。

5 车削 掉头 以Ø35外圆柱为定位基准，精车外圆柱Ø77×38

6 铣削 以外圆柱为基准，校正，铣如图所示的斜槽《注：外端面

切点离圆柱底面54，斜度为64°，内端面切点斜度为26°》

7 钻削 钻5×M8-7H螺纹孔，以外圆柱Ø35为基准面，以B斜面

为基准斜面，钻锥孔2×Ø8斜度为90°。

8 钳工 攻螺纹5×M8-7H工序

11. 去毛刺并检验。

（四） 机械加工余量、工序尺寸及毛皮尺寸的确定

心轴零件材料为40MnB，硬度为255-302HB，生产类型为大批量生产，可

采用在锻锤上合模模锻毛坯。

据以上原始资料及加工路线，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺

寸及毛坯尺寸如下：

1.外圆表面（Ф77mm、Ф40mm及Φ35mm）

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Ф77mm的外圆其加工长度为38mm，表面公差为自由公差，通过粗车就可以

获得，直径余量2Z=8mm. Ф40mm的外圆也是自由公差加工长度2mm，是自由公

差，通过粗车就可获得,直径余量2Z=45mm。Φ35mm的表面粗糙度值Ra=3.2um

需要精车才能达到直径余量2Z=50mm。

2、外圆面沿轴线方向的加工余量

长度方向的余量查《机械制造工艺设计简明手册》 （以下简称《工艺手

册》）表3.2～4.0现取为4mm

3、Ф53mm的内孔

毛培为棒料，该处的公差位中等要求IT 9级参照《工艺手册》

钻孔 : φ30mm

钻孔 : φ50mm 2Z=50mm

镗孔 : φ52.8mm 2Z=2.8mm

精镗孔 :φ53mm 2Z=0.2mm

4、5×M8-7H

钻孔Φ4mm

攻丝

5、铣侧面(立铣刀)

铣削的背吃到量

由于本设计规定的零件为大批量生产，应该采用调整法加工。因此在计算最

大、最小加工余量时，应按调整法加工方式予以确认。

（五） 确定切削用量及基本工时

工序1：下棒料。

1. 加工条件

工件材料：40钢正火，σb =0.6Gpa，《机械工程材料》表5-6 ，255-3 02HB，

型钢。

机床：数控车床《工艺手册》表7-4。

刀具：可转位车刀8，硬度63—66HRC。

2. 计算切削用量

（1）切削深度： 因为切断，所以ap = 85mm。《工艺手册》表11-29。

（2）进给量： ｆ=0.20ｍｍ/ｒ《工艺手册》表11－29。

（3）查后刀面最大磨损及寿命：

查《工艺手册》表11－25，后刀面最大磨损为0.4－0.6ｍｍ。寿命T=60

ｍｉｎ。

（4）计算切削速度：

由《机械加工工艺手册》表8．4－8，(以下称《工艺手册2》)得，

CvVc mxvTapfyv

算得 Vc=70ｍ/ｍｉｎ。

（5）确定机床主轴转速：

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ns 1000Vc 按机床说明书(见《工艺手册》表4-2,与319ｒ/ｍｉｎ相 dw

近的机床转速为360ｒ/ｍｉｎ,故选择360ｒ/ｍｉｎ的转速.

Vf=ｆｎ=0.20×360=72ｍｍ/ｍｉｎ。实际切削速度为ｖ=79ｍ/ｍｉｎ。

（6) 计算基本工时：tm＝L/ Vf=36/72=0.5ｍｉｎ.

工序二 粗车端面，钻中心孔。

1. 加工条件

工件材料：40MnB，σb =0.6GPa《机械工程材料》表5-6 ，24-38HRC，型钢。 加工要求：粗车M24×1.5-8ｇ端面，钻中心孔。

机床： CR6150《工艺手册》表7—4

刀具： ＷＣ+Ｔｉ+Ｃ。硬质合金钢车刀，牌号YT15，硬度78HRC，《工艺

手册》表10-3。

45°端面铣刀尺寸；Ｌ=140ｍｍ，ｈ=25ｍｍ，ｂ=16ｍｍ。《工艺手册》表10-99。

2. 切削用量

（1）切削深度： ap= 3ｍｍ 《工艺手册》表11-26。

（2）进给量 ： ｆ=0.25ｍｍ/ｒ 《工艺手册》表11-26。

（3）查后刀面最大磨损及寿命：查《工艺手册》表11—25，后刀面最大磨损为1.0—1.4ｍｍ。寿命T=60ｍｉｎ。

（4）计算切削速度：由《工艺手册2》表8.4-8，得:

CvVc mxvTapfyv=138 ｍ/ｍｉｎ

（5）确定机床主轴转速：

ns 1000Vc=628ｒ/ｍｉｎ 按机床说明书(见《工艺手册》表4-2,与628 dw

ｒ/ｍｉｎ相近的机床转速为600ｒ/ｍｉｎ,故选择600ｒ/ｍｉｎ的机床。 所以实际切削速度为ｖ=120ｍ/ｍｉｎ。Vf=ｆｎ=0.25×600=150mm/ｍｉｎ。

（6) 计算基本工时：tm＝L/ Vf=36/150=0.24ｍｉｎ

查《工艺手册》表10-180，选用带护锥中心钻（B型），ｄ=2.50ｍｍ，材料为高速钢。主轴转速ｎ=628ｒ/ｍｉｎ，切削深度=10ｍｍ。

工序四 粗车

1、加工条件

工件材料：40MnB，σb =0.6GPa《机械工程材料》表5-6 ，24-38HRC，型钢。 加工要求：粗车外圆各部。

机床： CR6150《工艺手册》表7-4。

刀具： ＷＣ+Ｔｉ+Ｃ。硬质合金钢车刀，牌号YT15，硬度78HRC，《工艺

手册》表10-3。

95°外圆车刀，Ｌ=140ｍｍ，ｈ=25ｍｍ，ｂ=16ｍｍ。《工艺手册》表

10-100。

2、 切削用量

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（1）切削深度： ap= 3mm,《工艺手册》表11-26。

（2）进给量 ： ｆ=0.75ｍｍ/ｒ,《工艺手册》表11-26。

（3）查后刀面最大磨损及寿命:查《工艺手册》表11—25，后刀面最大磨损

为1.0—1.4ｍｍ。寿命T=60ｍｉｎ。

（4）计算切削速度: 由《工艺手册2》表8.4-8，得:

CvVc mxvTapfyv=123ｍ/ｍｉｎ

（5）确定机床主轴转速：

ns 1000Vc=612ｒ/ｍｉｎ dw

根据机床选取ｎ=600ｒ/ｍｉｎ。Vf=ｆｎ=0.75×600=450ｍｍ/ｍｉｎ。

所以实际切削速度为ｖ=120ｍ/ｍｉｎ。

粗车不同轴处的切削速度：Vc2 =∏ｄｎ/1000=90ｍ/ｍｉｎ；Vc3=∏ｄｎ/1000=87ｍ/ｍｉｎ；Vc4=∏ｄｎ/1000=69 ｍ/ｍｉｎ；Vc5=∏ｄｎ/1000=60ｍ/ｍｉｎ；Vc6=∏ｄｎ/1000=49ｍ/ｍｉｎ。

（6) 计算基本工时： tm＝L/ Vf=260/450=0.577ｍｉｎ。

工序五 精车

1．加工条件

工件材料：40MnB，σb =0.6GPa《机械工程材料》表5-6 ，24-38HRC，型钢。 加工要求：精车各部尺寸，留磨削余量0.4mm，各处倒角C1，粗、精车螺纹 机床： CR6150《工艺手册》表7—4。

刀具： ＷＣ+Ｔｉ+Ｃ。硬质合金钢车刀，牌号YT15，硬度78HRC，《工艺手册》表10-3。

95°外圆车刀，Ｌ=140mm，ｈ=25mm，ｂ=16mm。《工艺手册》表10-100。

2. 切削用量

（1）切削深度： ap=1.6mm，《工艺手册》表11-27。

（2）进给量 ： ｆ=0.14ｍｍ/ｒ，《工艺手册》表11-27。

（3）查后刀面最大磨损及寿命:查《工艺手册》表11-25，后刀面最大磨损为

0.4-0.6ｍｍ。寿命T=60ｍｉｎ

（4）计算切削速度:由《工艺手册2》表8.4-8，得:

CvVc mxvTapfyv=198ｍ/ｍｉｎ

（5）确定机床主轴转速：

ns 1000Vc=955ｒ/ｍｉｎ dw

根据机床选取ｎ=900ｒ/ｍｉｎ，Vf=ｆｎ=0.14×900=126mm/ｍｉｎ。

所以实际切削速度为ｖ=176ｍ/ｍｉｎ。

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dn dn=131ｍ/min；Vc3 =125ｍ10001000

dn dn dn/min；Vc4 =100ｍ/min；Vc5 =86ｍ/min ；Vc6 =68ｍ/min。 100010001000 精车不同轴处的切削速度：Vc2

（6）计算基本工时： tm＝L=2ｍｉｎ Vf

工序六 磨削

1、加工条件

工件材料：40MnB,σb =0.6GPa《机械工程材料》表5-6，24-38HRC，型钢。 加工要求：以两孔定位装夹工件。粗，精磨外圆各部至图样尺寸。

机床：万能外圆磨床MW1420，表面粗糙度0.16ｕｍ，《工艺手册》表7-117。选取陶瓷剂平行小砂轮，由《工艺手册》中磨料选择各表中，选择结果为WA46KV6P20×4×6其含义为：砂轮磨料为白刚玉，粒度为46#，硬度为中软1级，陶瓷结剂。Ｄ=35ｍｍ，Ｈ=10ｍｍ，ｄ=6ｍｍ。《工艺手册》表10-281。

2、切削用量

根据《工艺手册》表11-172查得：ap=0.0222ｍｍ/ｓｔ，工件纵向进给量

nfa=0.5ｍｍ/ｒ， 砂轮速度V砂=20ｍ/min，转速砂=1050ｒ/min。

3、切削工时

当加工1个表面时 ：t1

式中 ： Lb：加工面积

Zb：单面加工余量0.2 2LbZbK（见《工艺手册》表6.2-8） 1000vfafr

K：系数1.10

v：工作台移动速度

fa：工作台往返一次砂轮轴向进给量

fr：工作台往返一次砂轮径向进给量

t1 0.822min

工序七 铣心

1、加工条件

工件材料：40MnB,σb =0.6GPa《机械工程材料》表5-6 ,24-38HRC，型钢。 加工要求：一夹一顶装夹工件，粗，精铣心

机床：X62W

2. 切削用量

（1）、选取铣刀类型及其参数：根据心轴参数，选取高速钢尖齿槽铣刀，其直

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径D=40，铣刀厚度L=18，齿数Z=16。

（2）、选取每齿进给量af:根据铣刀结构及其参数，加工性质和铣削宽度 ae=(120-112)/2=4mm 按表选取每齿进给量af=0.04mm/z

（3）、确定刀具耐久度T：按表18.2-14确定铣刀耐久度T=120min

（4）、选择切削速度V：根据表18.2-14选取切削速度V，按条件D=40；L=10-16；Z=16；T=120min和af=0.04mm/z。取V1=45m/min，又根据不同的加工条件进行修正计算。按表18.2-19，工件硬度为255-302HB时，取Kmv=1.27，最后确定V=V1，Kmv=45×1.27=57.15m/min。

（5）、确定铣床主轴转速N： N=100V/∏D=1000×57.15/∏×100=181.91r/min 根据X62W型铣床说明书，选定N=190r/min；

（6）、最后确定的切削速度为：V=∏×100×190/1000=59.69r/min

（7）、确定每分钟进给量Vf：Vf=Af×Z×N=0.04×18×190=136.8mm/min；根据X62W铣床说明书，

（8）、校验机床电动机功率：选取切削功率Pm=1.1kw；按公式Pm≤η×Pe,则：

1.1≤0.85×7.5

1.1＜6.375

所以满足要求

（9）、计算纵向工作台的工作行程长度： L=l+L1+L2；心长度l=95mm，则L1=21mm，取L2=3mm,L=400+21+3=424mm。

(10)、 切削工时，计算机动时间：Tm=LN/Vf=424×10/118=35.9min

三、 夹具设计

为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，通常需要设计专用夹具。

（一） 夹具设计

1、定位基准的选择

出于定位简单和快速的考虑，选择中心孔B3/7.5为基准，即一端夹紧，另外一端顶住，使工件定位。再使用快速螺旋夹紧机构进行夹紧。

2、切削力和卡紧力计算

（1）、铣削切削力的确定： Ff Cpa0

p.860fz.72 D

算得：Ff=25.71N

注： F——铣削力（N）；

Cp——在高速钢（Ｗ18Cr4V）铣刀铣削时，考虑工件材料及铣刀类型的系数； 0.86 Bz Kp

ap——铣削深度（ｍｍ），指铣刀刀齿切入和切出工件过程中，接触

弧在垂直走刀方向平面中测得的投影长度；

fz——每齿进给量（ｍｍ）；

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D ——铣刀直径（ｍｍ）；

（指平行于铣刀轴线方向测得的切削层尺寸）； B——铣削宽度（ｍｍ）

z——铣刀的齿数；

Kp——用高速钢（Ｗ18Cr4V）铣刀铣削时，考虑工件材料机械性能不

同的修正系数。

20.82 （2）、切削扭矩的确定： M 0.34ｍ Df0.8Kp= 0.34 12 0.1 2.8=21.7N·

（3）、夹紧力的确定：

KMsin

2.808 21.7 防止工件转动：WK

1Rsin

2R22（N）

WK KFfsin

2 2.808 25.71 3sin

4 42.54(N) 2

所以工件所需的实际切削力为42.54N。

3、夹具设计及操作的简要说明

夹具的夹紧力不大，故使用手动夹紧。为了提高生产力，使用快速螺旋夹紧机构。

三、汽制心轴课程设计心得体会 通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关机械方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。

过而能改，善莫大焉。在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。最终的检测调试环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的指导下，终于游逆而解。在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可！

课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门讲道课，一门辩思课，给了我许多道，给了我很多思，给了我莫大的空间。同时，设计让我感触很深。使我对抽象的理论有了具体的认识。我认为，

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在这学期的实验中，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，在实验课上，我们学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。这对于我们的将来也有很大的帮助。以后，不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，找寻有趣的事情，发现其中珍贵的事情。就像中国提倡的艰苦奋斗一样，我们都可以在实验结束之后变的更加成熟，会面对需要面对的事情。

回顾起此课程设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。

实验过程中，也对团队精神的进行了考察，让我们在合作起来更加默契，在成功后一起体会喜悦的心情。果然是团结就是力量，只有互相之间默契融洽的配合才能换来最终完美的结果。

此次设计也让我明白了思路即出路，有什么不懂不明白的地方要及时请教或上网查询，只要认真钻研，动脑思考，动手实践，就没有弄不懂的知识，收获颇丰。

四．参考文献

《机械制造工艺与机床夹具课程设计指导》第2版 吴拓编

《切削用量简明手册》第3版 艾兴 肖诗纲编

《机械制造工艺设计简明手册》 李益民编

《机械加工工艺手册》 李洪编

《机械制造工艺学课程设计指导》 赵家齐编

《汽车制造工艺基础》 王永伦编

机械制造工艺课程设计

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/uud4.html