气门摇杆轴支座课程设计

目 录 一、计算生产纲领，确定生产类型 二、零件分析 1、零件作用 (含用途 ) 2、零件的工艺分析（含技术要求、工艺性） 三、确定毛坯的制造方法、初步确定毛坯的形状 四、工艺规程的设计 1、定位基准的选择 （ 1）粗基准的选择 （ 2）精基准的选择 2、零件表面加工方法的选择 3、加工阶段的划分 4、工序的集中与分散 5、制定工艺路线 （ 1）工艺路线方案一 （ 2）工艺路线方案二 （ 3）工艺路线方案比较、分析 （ 4）确定具体的工艺路线（含机床、工艺装备的选用） 6、确定机械加工余量、工序尺寸、毛坯尺寸 7、绘制毛坯图 8、计算确定切削用量及基本工时 （ 1）切削用量的计算 （ 2）时间定额的计算 五、机床夹具设计 1、问题的提出 2、夹具设计的有关计算 （ 1）定位基准的选择 （ 2）切削力与夹紧力的计算 （ 3）定位误差的分析 六、总结 七、参考文献 一、计算生产纲领，确定生产类型 1、零件名称： 气门摇杆轴支座 （见零件附图）。 2、生产纲领： 8000 件 /年；单班制，平时周日休息。 3、备件与废品率： 备品率 3 %，废品率， %。 二、零件分析 1、零件作用 (含用途 ) 气门摇杆轴支座是柴油机一个主要零件。是柴油机摇杆座的结合部，Ø20（ +装摇杆轴，轴上两端各装一进气门摇杆，摇杆座通过两个 Ø13用 3之不转动。 2、零件的工艺分析（含技术要求、工艺性） 由图 1 得知，其材料为 材料具有较高的强度，耐磨性，耐热性及减振性，适用于承受较大应力，要求耐磨的零件。 该零件上主要加工面为上端面，下端面，左右端面， 2和 Ø20（ + 及 3向槽的加工。 Ø20（ + 的尺寸精度以及下端面 平面度与左右两端面孔的尺寸精度，直接影响到进气孔与排气门的传动精度及密封， 2 Ø13的尺寸精度，以上下两端面的平行度 此，需要先以下端面为粗基准加工上端面，再以上端面为粗基准加工下端面，再把下端面作为精基准，最后加工 Ø20（ + 时以下端面为定位基准，以保证孔轴相对下端面的位置精度。 3、设计对象： 1、零件名称： 气门摇杆轴支座 （见 图 1） 。 2、生产纲领： 8000 件 /年；单班制，平时周日休息。 3、备件与废品率： 备品率 3 %，废品率， %。 图 1、 气门摇杆轴支座 三、确定毛坯的制造方法、初步确定毛坯的形状 根据零件材料确定毛坯为铸件，已知零件的生产纲领为 8000 件 /年，通过计算，该零件质量约为 3其生产类型为大批生产，毛坯的铸造方法选用砂型机器造型。此外，为消除残余应力，铸造后安排人工时效处理。 查 参考文献（ 1） 表 该种铸造公差等级为 1， 。参考文献（ 1）表 查表方法确定 各表面的加工余量确定各表面的加工余量如下表所示： 表 1 加工表面 基本尺寸 加工余量等级 加工余量数值 说明 上端面 48 4侧加工 下端面 50 3侧加工 左端面 35 3侧加工 右端面 35 3侧加工 四、 工艺规程的设计 1、 定位基准的选择： (1)粗基准的选择 ：考虑到以下几点要求，选择零件的重要面和重要孔做基准。 第一， 在保证各加工面均有加工余量的前提下，使重要孔或面的加工余量尽量均匀，此外，还要保证定位夹紧的可靠性，装夹的方便性，减少辅 助时间，所以粗基准为上端面。 第二， 镗削 Ø20（ + 的定位夹紧方案： 方案一：用一菱形销加一圆柱销定位两个 Ø13加上底面定位实现，两孔一面完全定位，这种方案适合于大批生产类型中。 方案二：用 V 形块十大平面定位 V 形块采用联动夹紧机构实现对 外圆柱表面进行定位，再加底面实现完全定位，由于 Ø13用做定位销孔很难保证精度，所以选择方案二。 (2)精基准的选择 ：气门摇杆轴支座的下端面既是装配基准又是设计基准，用它作为精基准，能使加工遵循基准重 合的原则，实现 。 Ø20（ + 使得工艺路线又遵循“基准统一”的原则，下端面的面积比较大，定位比较稳定，夹紧方案也比较简单，可靠，操作方便。 2、 零件表面加工方法的选择 根据各表面加工要求，和各种加工方法能达到的经济精度，确定各表面及孔的加工方法如下： 表 2 加工表面 加工方案 上端面 精铣 下端面 粗铣 左端面 粗铣 精铣 右端面 粗铣 精铣 2 Ø13钻孔 3向槽 精铣 Ø20（ +钻孔 粗镗 精镗 因左右两端面均对 Ø20（ +有较高的位置要求，故它们的加工宜采用工序集中原则，减少装次数，提高加工精度 3、 加工阶段的划分 该零件加工质量要求较高，可将加工阶段划分成粗加工，半精加工和精加工几个阶段。这是由于粗加工工序的切削余量大，因此切削力、加紧力必然大，加工后容易产生变形。粗、精加工分开后，粗加工产生的变形可以在半精加工中修正；半精加工中产生的变形可以在精加工中修正。这样逐步减少加工余量，切削力及内应力的作用，逐步修正 加工后的变形，就能最后达到零件的技术要求。 4、 工序的集中与分散 气门摇杆轴支座加工工序安排应注意两个影响精度的因素：（ 1）气门摇杆轴支座的刚度比较低，在外力作用下容易变性；（ 2）铸件切削时会产生较大的残余应力。因此在气门摇杆轴支座加工工艺中，各主要表面的粗糙加工工序一定要分开，且采用大批生产，减少辅助时间，所以采用工序集中原则。 5、 制定工艺路线 根据先面后孔，先主要表面后次要表面和先粗加工后精加工的原则，将上端面的精铣和下端面的粗铣放在前面，下端面的精铣放在后面，每一阶段要首先加工上端面后钻孔，左右端面 上 Ø20（ +放后面加工。初步拟订加工路线如下： （ 1） 工艺路线方案一 工序号 工序内容 铸造 时效 涂漆 00 车上端面 01 钻两通孔 02 精铣下端面 03 铣右端面 04 钻通孔 ¢185 镗孔 Ø20口角 *度 06 铣左端面 07 铣轴向槽 08 检验 09 入库 （ 2） 工艺路线方案二 工序号 工序内容 铸造 时效 涂漆 00 车上端面 01 精铣下端面 02 钻两通孔 03 铣右端面 04 钻通孔 ¢185 镗孔 Ø20口角 *度 06 铣左端面 07 铣轴向槽 08 检验 09 入库 （ 3）工艺路线方案比较、分析 上述方案遵循了工艺路线拟订的一般原则，但某些工序还有一些问题还值得进一步讨论。如车上端面，因工件和夹具的尺寸较大，在卧式车床上加工时，它们惯性力较大，平衡困难；又由上端面不是连续的圆环面，车削中出现断续切削容易引起工艺系统的震动，故改动铣削加工。 工序 02应在工序 01前完成，使上端面在加工后有较多的时间进行自然时效，减少受力变形和受热变形对 2 Ø13孔加 工精度的影响。 修改后的工艺路线如下： 序号 工序内容 简要说明 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 铸造 时效 涂漆 精铣上端面 精铣下端面 钻两通孔 铣右端面 钻通孔 Ø18 镗孔到 Ø20，孔口倒角 1*45度 铣左端面 铣轴向槽 检验 入库 消除内应力 防止生锈 先加工粗基准面 加工精基准 先面后孔 先面后孔 后镗削余量 次要工序后加工 （ 4）确定具体的工艺路线（含机床、工艺装备的选用） 由于生产类型为大批生产，故加工设备适宜通用机床为主，辅以少量专用 机 床的流水生产线，工件在各机床上的装卸及各机床间的传动均由人工完成。 粗铣上端面：考虑到工件的定位夹紧方案及夹具结构设计等问题，采用立铣选择 式铣床。（参考文献（ 1）表 6选择直径 D 为 Ø80铣刀，参考文献（ 1）表 7用夹具和游标卡尺。 粗铣下端面：采用上述相同的机床与铣刀，通用夹具及游标卡尺。 精铣下端面：采用上述相同的机床与铣刀，通用夹具及游标卡尺。 粗铣左端面：采用卧式铣床 考文献（ 1）表 6 21，采用以前的刀具，专用夹具及游标卡尺。 精铣左端面：采用卧式铣床 考文献（ 1）表 6 21，专用夹具及游标卡尺。 钻 2用 0，参考文献（ 1）表 6 26，通用夹具。刀具为 考文献（ 1）表 7 111。 钻 Ø18 孔：钻孔直行为 Ø118择摇臂钻床 考文献（ 1）表 6 26，采用锥柄麻花钻，通用夹具及量具。 镗 Ø20（ + +：粗镗：采用卧式组合镗床，考文献（ 1） 表 5 88。选择镗通孔镗刀及镗杆，专用夹具，游标卡尺。 6、 确定机械加工 余量、工序尺寸、毛坯尺寸 、 加工余量 工序：粗铣上端面，保证表面粗糙度要求 查参考文献（ 1）表 3 12 可得，铣削上端面的加工余量为 4由零件对上顶端表面的表面精度 知，粗铣的铣削余量为 4 确定每齿进给量及铣削深度 取每齿进给量为 z（粗铣） 铣削宽度 削深度 50削速度： 初步取主轴转速为 150r 铣） 又前面已选定直径 为 Ø80相应的切削速度分别为： 3 . 1 4 / 1 0 0 0 3 . 1 4 8 0 1 5 0 / 1 0 0 0 3 7 . 6 8 / m i n m 粗 切削工时： 粗铣：122 ( ) 2 7 6 5 . 0 7 m i 0 0 . 2l 工序：铣削底面 底面铣削余量为 3铣的铣削余量为 2铣余量 1铣后公差登记为 确定每齿进给量及铣削深度 取每齿进给量为 z（粗铣） 取每齿进给量为 z（精铣）（ 参考切削手册表 3 粗铣走刀一次 2铣走刀一次 1削速度： 初步取主轴转速为 150r 铣），取精铣主轴的转速为300r 又前面已选定直径为 Ø80相应的切削速度分别为： 3 . 1 4 / 1 0 0 0 3 . 1 4 8 0 1 5 0 / 1 0 0 0 3 7 . 6 8 / m i n m 粗 3 . 1 4 / 1 0 0 0 3 . 1 4 8 0 3 0 0 / 1 0 0 0 7 5 . 3 6 / m i n m 精 符合要求。 切削工时： 粗铣：122 ( ) 2 8 1 5 . 4 m i 0 0 . 2l 精铣：122 ( ) 2 8 1 2 . 7 m i 0 0 . 2l 故 ：基本时间 5 . 4 2 . 7 8 . 1 m i t t 基 本 工序：钻 2× ¢13两通孔 切削用量 刀具选择：选择高速钢麻花钻， 13 查切削手册 26 2 . 0 313l d ， 所以， 按钻头强度选择 按机床强度选择， 最终决定选择机床已有的进给量 经校验m a F f 校验成功。 钻头磨钝标准及寿命： 后刀面最大磨损限度（查切削手册）为 命 。 切削速度，查切削手册： c /10 修正系数 0.1 10 故 15 01 0 0 0 1 0 0 0 1 5 3 6 7 . 4 / m i 1 4 1 3 查切削手册机床实际转速为 4 2 0 / m 实际的切削速度 0 1 1 . 8 7 /1000 sc m m r校验扭矩功率 c 73 m 所以 M 验成立。 切削 工时： 7 8 1 0 0 . 3 0 m i 0 0 . 7 工序：铣 32右端面 铣削余量为 3铣的铣削余量为 2铣余量 1铣后公差登记为 确定每齿进给量及铣削深度 取每齿进给量为 z（粗铣） 取每齿进给量为 z（精铣） （参考切削手册表 3 粗铣走刀一次 2铣走刀一次 1削速度： 初步取主轴转速为 150r 铣），取精铣主轴的转速为300r 又前面已选定直径为 Ø80相应的切削速度分别为： 3 . 1 4 / 1 0 0 0 3 . 1 4 8 0 1 5 0 / 1 0 0 0 3 7 . 6 8 / m i n m 粗 3 . 1 4 / 1 0 0 0 3 . 1 4 8 0 3 0 0 / 1 0 0 0 7 5 . 3 6 / m i n m 精 符合要求。 切削工时： 粗铣：122 ( ) 2 6 3 4 . 2 m i 0 0 . 2l 精铣：122 ( ) 2 6 3 2 . 1 m i 0 0 . 2l 故 ：基本时间 4 . 2 2 . 1 6 . 3 m i t t 基 本工序：钻通孔 18工序为钻 18孔， 采用锥柄麻花钻 ，直径 d=18用切削液 确定进给量 f 由于孔径和深度都很大，宜采用自动进给， r。 选择钻头磨钝标准及耐用度 根据表 5头后刀面最大磨损量 为 用度 T=50 确定切削速度 V 由表 5=670 加工性为 5 类，根据表 5给量 f=r，由表 5可 查得 V=17m/n=1082r/据 式钻床说明书选择主轴实际转速 . 基本时间 4 2 1 0 0 . 2 4 m i 8 2 0 . 2 工序：镗孔 20口倒角 1× 45° Ø18粗镗余量参考文献 1表 3镗切削余量为 孔后尺寸为 20表 2各工部余量和工序尺寸公差 加工表面 加工方法 余量 公差等级 工序尺寸及公差 Ø18 粗镗 _ 镗 8 20轴线到底面位置尺寸为 0精镗与粗镗的定位的下底面与 V 型块，精镗后工序尺寸为 下底面的位置精度为 左右端面的位置精度为 定位夹紧时基准重合，故不需保证。 动公差由机床保证。 确定每齿进给量及铣削深度 粗镗孔时因余量为 查文献表 . 4 0 . 4 / 2 4 / m i nV m s m 取进给量为 f mm r 转速： n=1000V/ d=1000*24/（ 0） =380r/率校验： 查文献的 9 . 8 1 6 0z z z p z z zF n F C F a X F V n F R F1 0 3 V 80, 1 0 /9 . 8 1 6 0 1 8 0 2 . 7 5 0 . 2 0 . 7 5 0 . 4 11452 取机床效率为 机床的功率足够。 工序：铣 32左端面 铣削余量为 3铣的铣削余量为 2铣余量 1铣 后公差登记为 确定每齿进给量及铣削深度 取每齿进给量为 z（粗铣） 取每齿进给量为 z（精铣）（ 参考切削手册表 3 粗铣走刀一次 2铣走刀一次 1削速度： 初步取主轴转速为 150r 铣），取精铣主轴的转速为 300r 又前面已选定直径为 Ø80相应的切削速度分别为： 3 . 1 4 / 1 0 0 0 3 . 1 4 8 0 1 5 0 / 1 0 0 0 3 7 . 6 8 / m i n m 粗 3 . 1 4 / 1 0 0 0 3 . 1 4 8 0 3 0 0 / 1 0 0 0 7 5 . 3 6 / m i n m 精 符合要求。 切削工时： 粗铣：122 ( ) 2 4 3 2 . 8 7 m i 0 0 . 2l 精铣：122 ( ) 2 4 3 1 . 4 3 m i 0 0 . 2l lt 故 ：基本时间 2 . 8 7 1 . 4 3 4 . 3 m i t t 基 本工序：铣宽度为 3本工序为铣深 12 3选刀具为切槽铣刀，铣刀直径 d=3 确定每齿进给量 根据资料所知，用切槽铣刀加工铸铁，查得每齿进给量 f Z =z、现取 z。 选择铣刀磨损标准及耐用度 根据资料所知，用切槽铣刀加工铸铁，耐用度 T=60 确定 切削速度和每齿进给量 根据资料所知，依据铣刀直径 d=3铣削宽度 削深度 =12用度 T=60查取 98mm/s， n=439r/f=490mm/s。 根据 立式铣床 主轴转速表查取， 00r/75mm/s。 则实际切削 ： 10000 c= 4751000=验机床功率 据资料可知， 切削功率的修正系数 ，则 .8 知机床功率能满足要求。 基本时间 根据资料所知高速钢圆柱铣刀铣面基本时间为： tm=zc 2 2 (42 5)300 =序尺寸 工序 06 的尺寸链计算 加工过程为： 1）铣 右端面 2）钻通孔 Ø18，保证工序尺寸 ）粗镗，保证工序尺寸 ）精镗，保证工序尺寸 到零件设计尺寸 D 的要求， D=20 +）倒角 如图，可找出工艺尺寸链 图 2 求解工序尺寸及公差的顺序如下： （ 1）从图知， （ 2）从图知， p3=2 ，其中 精镗的余量， p2=2 =于工序尺寸 参考资料（ 5）中表1，粗镗工序的经济加工精度等级为 此确定该工艺尺寸公差为公差值为 （ 3）从图所示的尺寸链知， p2=1 其中 粗镗的余量， =p1=1 = 8参考资料（ 5）中表 1定钻削工序的 经济加工精度等级为 公差值为 18± 为验证确定的工序尺寸及公差是否合理，还需对加工余量进行校核。 （ 1）余量 校核，在图 2 是封闭环，故 20+ 2 2）余量 图 a 所示的尺寸链中 Z1 1 18+ 量校核结果表明，所确定的工序尺寸公差是合理的。 将工序尺寸按“入体原则”表示： 0 +五、 机床夹具设计 1、问题的提出 为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。钻 Ø 2 0 (+0. 1 一 0 6) 的钻床专用夹具。由气门摇杆轴支座工作图可知，工件材料为 产量 8000 件。根据设计任务的要求，本夹具将用于 臂钻床。刀具为麻花钻。 该夹具为双支承前后引导锁床夹具。 2、夹具 设计的有关计算 （ 1）定位基准的选择 该孔的设计基准为下端面，故以下端平面做定位基准，实现“基准重合”原则 ; 另加两 V 形块从前后两方向实现对 R 1 0 的外圆柱面进行夹紧，从对工件的结构形状分析，若工件以下端面朝下放置在支承板上，定位夹紧就比较稳定，可靠，也容易实现。 工件以下端面在夹具上定位，限制了三个自由度，其余三 个自由度也必须限制。 用哪种方案合理呢 ? 方案 1 在 2- Ø l 3 的通孔内插入一现边销限制一个移动自由度，再以两孔的 另一个孔内侧面用两个支承钉限制一个移动自由度和一个转动自由度。这种定位 方案从定位原理上分析是合理的，夹具结构也简单。但由于孔和其内侧面均不规 定其精密度，又因结构原因，夹紧力不宜施加在这样的定位元件上，故工件定位 面和定位元件之间很可能会接触不好，使定位不稳定。这个方案不宜采用。 方案 2 用两个 V 形块夹紧前后两外圆柱面，用两铰链压板压在工件的下端，这 样就限制了两个移动自由度和一个转动自由度 ，这种方案定位可靠，可实 现完全 定位。 （ 2）切削力与夹紧力的计算 参考文献 (3)表 1 一 2 一 1 1，因夹具的夹紧力与切削力方向相反，实际所需 夹紧力 F 夹与切削力 F 之间的关系 F 夹 =全系数 K 在夹紧力与切削力方向相反后时， K=3，由前面的计算可知 F=以 F 夹 =o=F 夹 /2=考文献 3 表 1强度考虑，用一个 螺柱完全可以满足要求，许应夹紧为 3924N，所以螺杆直径为 d=10 3） 定位 误差的 分析 Ø 20 (+ 的精加工是在一次装夹下完成的，具体采用的是前后支撑引导的夹具机构，机床与锁杆之间所采用的是浮动连接，故机床主轴振动可略不计， Ø 20 (+0. 10 16 )孔的加工精度主要由锁模来保证。 因为孔的轴线与底面的平行度要求为 0. 05。故两锁模装配后同轴度要求应小于 0. 05，又因为锁套与锁杆 Ø 18 +O. 03 /0 一一 0. 009)，其最大间隙为 . 013+0. 009=0. 022=0. 022/310=0. 00007 被加工孔的长度为 42两孔同轴度误差为 0. 03 x 42 x 以 T= 又因为 : 0. 036<0. 05 0. 006<0. 06 所以夹具能满足零件加工精度的要求。 六、总结 通过对 气门摇杆轴支座 的机械加工工艺及对 Ø13夹具的设计，使我们 学到了许多有关机械加工的知识 ,这对于我 们 以后的学习和实践都起到了至关重要的作用，使我 们 对学习夹具和工艺性设计产生了浓厚的兴趣，相信这次课程设计过后我 们 才能有夯实基础的感觉，遇到难题不放弃不胆怯的决心，对于实际的内容，我 们 主要归纳为以下两个方面：第一方面： 气门摇杆轴支座 件外形较复杂，而刚性较差。且其技术要求很高，所以适当的选择机械加工中的定位基准 ,是能否保证 气门摇杆轴支座 技术要求的重要问题之一。在 气门摇杆轴支座 的实际加工过程中，选用 气门摇杆轴支座 的底面作为定位基面，为保证2 Ø13尺寸精度和形状精度，可采用自为基准的加工原则；保证两孔的中心距精度要求，可采用互为基准原则加工。 对于加工主要表面，按照“先基准后一般”的加工原则。 气门摇 杆轴支座的主要加工表面为旁端面，较重要的加工表面为上表面，次要的加工表面是体表面、下表面等。 气门摇杆轴支座 机械加工路线是围绕主要加工表面来安排的， 气门摇杆轴支座 加工路线为工序集中。 第二方面：主要是关于夹具的设计方法及其步骤。 （ 1）、定位方案的设计：主要确定工件的定位基准及定位基面；工件的六点定位原则；定位元件的选用等。 （ 2）、导向及对刀装置的设计：由于本设计主要设计的是扩大头孔夹具和铣结合面夹具，所以主要考虑的是选用钻套的类型及排屑问题，以及对刀块的类型，从而确定钻套和对刀块的位置尺寸及公差。 （ 3）、夹紧装置的设计：针对连杆的加工特点及加工的批量，对连杆的夹紧装置应满足装卸工件方便、迅速的特点，所以一般都采用自动夹紧装置。 （ 4）、夹具体设计：连杆的结构特点是比较小，设计时应注意夹具体结构 尺寸的大小。夹具体的作用是将定位及夹具装置连接成一体，并能正确安装在机床上，加工时能承受一部分切削力。所以夹具体的材料一般采用铸铁。 （ 5）、定位精度和定位误差的计算：对用于粗加工的夹具，都应该进行定位误差和稳定性的计算，以及设计的夹具能否满足零件加工的各项尺寸要求。 （ 6）、绘制夹具装备图及夹具零件图。 课程设计 是对我们学习的补充和扩展，实现自我完善和独立工作的过程，是大学学习的特色和优势，展望未来，我们机械的学子必将是社会发展的有力力量，靠的就是专著的态度，良好的学习习惯和真实的设计实力。而这一切的得来都是努力的结果，所以我 们 要继续发扬这种精神，就像我 们总 结的知识点一样，以后还会更多更全面更有规律性，也希望我们学校以及学院给予我们更多的这样的机会，再此也感谢指导老师辛勤的工作和热心的帮助。 七、参考文献 1 陈宏均 主编 实用加工工艺手册 2 邹 清主编 北京：机械工业出版社， 2003 3 艾兴等编切削用量简明手册北京：机械工业出版社， 2002 4 徐鸿本主编机床夹具设计手册沈阳：辽宁科学技术出版社， 2004 5 李益民主编机械制造工艺设计简明手册北京：机械工业出版社， 2003 6 于骏一等编 北京：机械工业出版社， 2006 加工工序卡片 加工工艺过程卡片 装配图 毛胚图 手柄 V 型块