毕业设计（论文）-465发动机排气摇臂的工艺规程编制及夹具设计【全套图纸】

哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） I 目 录 第第 1 章章 概述概述.1 1.1 课题研究现状及选题目的和意义.1 1.2 文献综述课题研究现状及分析.1 1.3 基本内容及拟解决的主要问题.3 第第 2 章章 零件的分析零件的分析.5 2.1 零件的作用.5 2.2 零件的工艺分析.5 2.3 零件毛坯种类的选择.7 2.4 本章小结.7 第第 3 章章 排气摇臂机械加工工艺规程设计排气摇臂机械加工工艺规程设计.8 3.1 制定工艺路线的作用.8 3.2 制定工艺路线.9 3.3 机械加工余量、毛坯尺寸的确定.11 3.4 确定切削用量及切削工时.13 3.5 本章小结.18 第第 4 章章 夹具的设计夹具的设计.19 4.1 机床夹具的现状及发展.19 4.2 机床夹具的功用及夹具的成组和分类.20 4.3 机床夹具的设计特点.22 4.4 机床夹具的设计要求.23 4.5 20 孔加工钻床夹具装配图设计24 4.6 压板螺栓强度校核.26 4.7 定位误差的分析.28 4.8 本章小结.28 哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） II 结结 论论.29 参考文献参考文献.30 致致 谢谢.31 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） 1 第 1 章 概述 1.1 课题研究现状及选题目的和意义 本次设计为四年大学所学基础课程的一次综合性设计，要求我全面地综合运 用机械专业先修课程的理论和实习实践只是进行工艺及结构的设计，也为以后走 上机械工艺设计岗位打下坚实的基础。 本次设计的主要目的在于： （1）运用机械制造工艺学及有关课程（工程材料与热处理、机械设计、互 换性与测量技术、金属切削原理与刀具等）的知识，结合生产实践中学到的知识， 独立地分析和解决工艺问题，初步具备设计一个中等复杂程度零件的工艺规程的 能力。 （2）能够根据被加工零件的技术要求，运用夹具设计的基本原理和方法， 拟定夹具设计方案，完成夹具结构设计，初步具备设计出高效率、省力、经济合 理并能够保证加工质量的专用夹具的能力。 （3）熟悉正确的调查研究的方法，收集国内外有关资料，掌握正确的设计 思想，方法和手段。熟悉并能够熟练的运用相关工艺手册、设计手册、标准、图 标等技术资料的能力。 （4）进一步熟练在识图、制图、运算和编写技术文件等基本技能 轻型汽车在我国有很大市场，从起初的 0.9L 到现在的 1.6L，价格适合我国 国情，适合正在发展的中国的现况，尤其近在哈尔滨东安公司。配气机构是曲柄 连杆机构三大部分之一， 排气摇臂是配气机构重要零件之一，了解配气机构的 功用、工作条件、受力情况、材质、加工和使用特点，随着现在设计加工制造技 术的发展，排气摇臂结构及材料及加工手段等也在不断发展，确定加工工艺和装 夹方案及设计，从而达到对排气摇臂在发动机运转的原理与工况的了解，并对排 气摇臂构造与加工工艺进一步更深了解；并可以使我更进一步的了解与掌握 AUTOCAD 软件的使用；加快了解汽车企业生产工艺设计、制造及应用的过程。 1.2 文献综述课题研究现状及分析 1.机械加工工艺基础知识 气门摇臂械加工工艺规程的制订 （1）根据零件图和产品装配图，对零件进行工艺分析 在对气门摇臂进行工艺规程设计时，应掌握该零件在部件或总成中的位置、 公用以及部件或总成对该零件提出的技术要求，明确零件的主要工作表面，以便 哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） 2 在拟定工艺规程过程中采取措施予以保证 掌握零件的结构形状、材料、硬度及热处理等情况，了解该零件的主要工艺 特点，形成工艺规程设计的总体构想。 分析零件上有哪些表面需要加工，以及各加工表面的尺寸精度、形状精度、 位置精度、表面粗糙度及热处理等方面的技术要求；明确哪些表面是主要加工表 面，以便在选择表面加工方法及拟定工艺路线时重点考虑；对全部技术要求应进 行归纳整理。 （2）计算零件的生产纲领，确定生产类型 根据零件图查表可知，气门摇臂为轻型零件，根据生产要求将确定该零件为 大批量生产。 （3）确定毛坯种类和制造方法 机械加工中毛坯种类有很多种，如铸件、锻件、型材、挤压件、冲压件及焊 接组合件等。根据气门摇臂轴件图所选择的材料，气门摇臂零件加工工程中应达 到的技术指标和加工特点，零件生产的经济性，如何选择合适的毛坯种类也是设 计重点。其次，如何选择毛坯制造方法也是设计中必不可少的环节，一般地，选 择毛坯的制造方法应考虑一下几个方面因素：材料的工艺性能、毛坯尺寸、形状 和精度要求、零件生产纲领、采用新型材料、新工艺、新技术的可能性。 （4）确定毛坯尺寸和公差 如何确定毛坯尺寸，也就是如何确定加工余量，对确保加工质量、提高生产 率和降低成本都有重要的意义。余量不能确定过大或是过小，所以应当选择合适 的方法来确定加工余量，保证零件加工各项尺寸及技术指标。同时，选择合适的 尺寸公差对零件加工和零件生产的经济型也有很大的影响。 （5）拟定工艺路线 拟定工艺路线包括；：定位基准的选择；各表面加工方法的确定；加工阶段 的划分；工序集中程度的确定；工序顺序的安排。这也将是气门摇臂轴支座机械 加工工艺规程设计制定的重点。 （6）确定各个工序的加工余量，计算工序尺寸及公差； （7）选择各个工序的机床设备及刀具、量具等工艺装备； （8）确定各个工序的切削用量和时间定额； （9）编制工艺文件。 2.机床夹具设计基础知识 在机械制造的各个加工工艺工程中，必须使工件在工艺系统中处于正确的位 置，以保证加工质量，并提高生产效率。把为了使工件处于正确位置上所使用的 各种工艺装备，成为夹具。如检验夹具、焊接夹具、装配夹具等。 在机床上对工件进行切削加工时，为了保证加工精度，必须正确地安放工件， 使工件相对于刀具和机床占有正确的位置，这一过程称为“定位”。为了保护这 哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） 3 个正确围着在加工过程中稳定不变，应该对工件施加一定的夹紧力，这个过程称 为“夹紧”。这两个过程总称为“安装”。在机床上实现安装人物的工艺装备， 就是“机床夹具”。 机床夹具在机械加工中起着重要的作用，所以应用十分广泛。归纳起来有以 下几个方面的作用： （1）保证工件的加工精度，稳定产品质量； （2）提高劳动生产率和降低加工成本； （3）改善工人劳动条件； （4）在流水线生产中，便于平衡生产节拍。 1.3 基本内容及拟解决的主要问题 1.3.1 基本内容 收集有关国内外轻型汽车排气摇臂相关资料，通过对配气机构的功用及工作 条件和受力情况的了解，对连杆的加工艺方案提出对加工艺的改进方案，提出问 题，解决问题，完成工艺规程设计。从工艺设计方法、结构原理、材料及应用等 方面分析排气摇臂工艺和夹具设计和加工技术，提出自己的看法，设计典型工序 的夹具。 设计时应从两方面着手：零件的工艺规程制定；夹具的设计。 （1）零件的规程编制：首先要分析零件的基本结构，材质的要求，和加工 方法等，根据分析的结果绘制 AutoCAD 图纸，然后制定零件的工艺规程。 （2）夹具的设计：查找国内外先进的排气摇臂夹具类型，根据零件的要求 和实际生产条件，设计一种适合本次加工的夹具，绘制 AutoCAD 图纸。 技术要求： （1）分析零件图，运用工艺知识选择加工基准据实际生产条件确定工艺方 案及相应加工方法(如:定位，夹紧，毛坯基准等)； （2）通过分析拟定必要的保证加工精度的方法：有必要的粗加工，半精加 工，精加工等重要加工路线图； （3）通过分析设计符合实际的完整的工艺规程，如：封面、加工工序目录、 工装目录、工序图； （4）通过分析选择要有重要尺寸的加工方法及相应的加工参数的工序图及 工序图要突出加工部位； （5）通过分析选择一道重要工序的夹具的二维装配图； （6）要有必要先进工艺加工改进； （7）图纸和说明书要符合规范、标准化、清晰。 2. 拟解决的主要问题 （1）加工摇臂轴时定位基准的选择； 哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） 4 （2）夹具设计、夹具加紧方式； （3）排气摇臂的结构分析、工艺规程的设计。 本设计的难点是：工艺路线的拟定和绘制夹具装配图 拟采用的途径：本设计是在老师的指导下，在查阅大量文献的基础上，通过 自主独立完成。根据任务书，本零件材料灰铸铁，设计批量为大批量生产，选择 的毛坯制造种类为铸造。 哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） 5 第第 2 章章 零件的分析零件的分析 2.1 零件的作用 题目所给的零件是 465 发动机排气摇臂。它位于汽车配气机构中，配气机构 是曲柄连杆机构三大部分之一， 配气机构包括进排气门、摇臂、推杆、顶杆、 凸轮轴等。它是实现进、排气过程的控制机构。它的作用是按照所进行的工作过 程定时的开启和关闭进、气门，使新鲜空气进入气缸并把燃烧后的废气从气缸中 排出。摇臂、摇臂座和摇臂轴及缸头罩壳组成的摇臂室总成，固定在气缸盖上， 摇臂轴安装在摇臂座孔中，两端各装一只摇臂，如是美国康明斯柴油机 L 系列向 上型号中间还安装一只喷油器摇臂，两边摇臂分别作用于进排气门。摇臂轴中有 油道，其一端经 U 型管与气缸盖中的油道相通，引入机油润滑轴与封套。凸轮轴 是由若干个进、排气凸轮和支承轴颈构成，凸轴的作用是把自已的运动通过推杆、 挺杆传到摇臂和气门。凸轮运转时，产生力矩使挺杆旋转，同时沿机体上套筒导 孔上下移动，使推杆作相应的旋转和上下移动，通过推杆将力传递到摇臂，使进、 排气按工作过程有规律地进行开、闭。 当发动机曲轴旋转时，突轮也开始旋转，突轮上有许多偏圆心的突出部份对 应着每个摇臂，摇臂又对应着气门，当突出部份转到下方时，在下方的气门摇臂 或液压挺杆就会在压力作用下动作，然后将突轮传过来的力再传向气门，这时气 门在下压力的作用下向下运动，来完成打开气缸排气通道，当突轮上的突出部份 经过半圈运动转向上方时，气门会在气门弹簧的反作用力下，向上升起，完成关 闭排气道的工作。 排气摇臂是配气机构重要零件之一，与凸轮轴配合，随着凸轮轴的运转实现 气门的开启与关闭，使发动机能够正常运转。零件中部 20 的孔与排气摇臂轴支 座连接，能够绕着摇臂轴小幅度旋转，后部 8.8 的孔与挺杆配合，零件前部两个 M7 的螺孔安装调整螺丝，与气门配合，推动气门开启与关闭。 2.2 零件的工艺分析 如图 2-1 所示是 465 发动机排气摇臂的零件图 零件的材料为 QT400-15，球墨铸铁的生产工艺简单，铸造性能优良，但是塑 性较差、脆性较高、不适合磨削，而且加工面主要集中在平面加工和孔的加工。 根据对零件图的分析，该零件需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求如下： 哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） 6 1.以 20mm 孔为中心的加工表面 这一组加工表面包括：20mm 的孔，以及 20mm 通孔的两端面，其中主要 加工表面为 20mm 通孔。 2.以 8.8mm 孔为中心的加工表面 这一组加工表面包括：8.8 mm 的孔，以及 8.8 mm 孔的两个端面。主要是 8.8 mm 的孔表面的加工。8.8 mm 的孔与 20mm 的孔平行度误差为 0.03mm。 图 2-1 排气摇臂零件图 3.铣零件后部 8.4mm 的槽 这一组加工表面包括：此槽的底面，及两侧面 4.以 M70.75 螺纹孔为中心的加工表面 这一组加工表面包括：M70.75 的螺纹孔，12 的上部端面。主要加工表面 为 M70.75 的螺纹孔。这两组加工表面之间有着一定的位置要求，主要是： M70.75 螺孔端面与螺孔垂直度公差为 0.08mm。 由上面分析可知，加工时应先加工一组表面，在以这组加工后表面为基准加 工另外一组。 哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） 7 2.3 零件毛坯种类的选择 机械加工中毛坯的种类有很多种，如铸件、锻件、型材、挤压件、冲压件、 焊接组合件等，同一种毛坯又可能有不同的制造方法。为了提高毛坯的制造质量， 可以减少机械加工劳动量，降低机械加工成本，但往往会增加毛坯的制造成本。 选择毛坯的制造方法一般应当考虑一下几个因素： （1）材料的工艺性能 材料的工艺性能在很大程度上决定毛坯的种类和制造方法。例如，铸铁，铸 造青铜等脆性材料不能锻造和冲压，由于焊接性能差，也不宜用焊接方法制造组 合毛坯，而只能用铸造。低碳钢的铸造性能差，很少用于铸造；但由于可锻性能， 可焊接性能好，低碳钢广泛用于制造锻件、型材、冲压件等。 （2）毛坯的尺寸、形状和精度要求 毛坯的尺寸大小和形状复杂程度也是选择毛坯的重要依据。直径相差不大的 阶梯轴宜采用棒料；直径相差较大的宜采用锻件。尺寸很大的毛坯，通常不采用 模锻或压铸、特种铸造方法制造，而适宜采用自由锻造或是砂型铸造。形状复杂 的毛坯，不宜采用型材或自由锻件，可采用铸件、模锻件、冲压件或组合毛坯。 （3）零件的生产纲领 选择毛坯的制造方法，只有与零件的生产纲领相适应，才能获得最佳的经济 效益。生产纲领大时宜采用高精度和高生产率的毛坯制造方法，如模锻及熔模铸 造等；生产纲领小时，宜采用设备投资少的毛坯制造方法，如木模砂型铸造及自 由锻造。 根据上述内容的几个方面来分析本零件，零件材料为 QT400-15，首先分析球 墨铸铁材料的性能，球墨铸铁是一种脆性较高，硬度较低的材料，因此其铸造性 能好，切削加工性能优越，故本零件毛坯可选择铸造的方法；其次，观察零件图 知，本设计零件尺寸并不大，而且其形状也不复杂，属于简单零件，除了几个需 要加工的表面以外，零件的其他表面粗糙度都是以不去除材料的方法获得，若要 使其他不进行加工的表面达到较为理想的表面精度，可选择砂型铸造方法；再者， 前面已经确定零件的生产类型为中批量生产，可选择砂型铸造机器造型的铸造方 法，较大的生产批量可以分散单件的铸造费用。因此，综上所述，本零件的毛坯 种类以砂型铸造机器造型的方法获得。 2.4 本章小结 本章主要叙述了零件 465 发动机排气摇臂的作用，对零件的工艺进行了分析， 进行了零件毛坯种类的选择，能够对零件加工过程有了更进一步的了解。 哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） 8 第第 3 章章 排气摇臂机械加工工艺规程设计排气摇臂机械加工工艺规程设计 3.1 制定工艺路线的作用 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。 工艺规程是指导施工的技术文件。一般包括以下内容：零件加工的工艺路线， 各工序的具体加工内容，切削用量、工时定额以及所采用的设备和工艺装备等。 4.工艺规程的主要内容 （1）产品特征，质量标准； （2）原材料、辅助原料特征及用于生产应符合的质量标准； （3）生产工艺流程； （4）主要工艺技术条件、半成品质量标准； （5）生产工艺主要工作要点； （6）主要技术经济指标和成品质量指标的检查项目及次数； （7）工艺技术指标的检查项目及次数； （8）专用器材特征及质量标准。 5.车间生产过程 包括直接改变工件形状、尺寸、位置和性质等主要过程，还包括运输、保管、 磨刀、设备维修等辅助过程。生产过程中，按一定顺序逐渐改变生产对象的形状、 尺寸、位置和性质使其成为预期产品的这部分主要过程称之为工艺过程。零件依 次通过的全部加工过程称为工艺路线或工艺流程。技术人员根据工件产量、设备 条件和工人技术情况等，确定并且用工艺文件规定的机械加工工艺过程，称为机 械加工工艺规程。机械加工工艺规程是规定产品或零部件机械加工工艺过程和操 作方法等的工艺文件。因此，机械加工工艺规程在机械加工中起着重要的作用， 哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） 9 主要包括以下的几个方面： （1）工艺规程是指导生产的主要技术文件 机械加工车间生产的计划、调度，工人的操作，零件的加工质量检验，加工 成本的核算，都是以工艺规程为依据的。处理生产中的问题，也常以工艺规程作 为共同依据。如处理质量事故，应按工艺规程来确定各有关单位、人员的责任。 （2）工艺规程是生产准备工作的主要依据 车间要生产新零件时，首先要制订该零件的机械加工工艺规程，再根据工艺规程 进行生产准备。如：新零件加工工艺中的关键工序的分析研究；准备所需的刀、 夹、量具；原材料及毛坯的采购或制造；新设备的购置或旧设备改装等，均必须 根据工艺来进行。 （3）工艺规程是新建机械制造厂的基本技术文件 新建批量或大批量机械加工车间时，应根据工艺规程确定所需机床的种类和 数量以及在车间的布置，再由此确定车间的面积大小、动力和吊装设备配置以及 所需工人的工种、技术等级、数量等。 （4）此外，先进的工艺规程还起着交流和推广先进制造技术的作用。典型 工艺规程可以缩短工厂摸索和试制的过程。因此，工艺规程的制订是对于工厂的 生产和发展起到非常重要的作用，是工厂的基本技术文件。 （5）与岗位操作法、标准操作规程的区别 生产工艺规程的内容强调了一下内容：品名、剂型、处方、生产工艺的操作 要求，物料、中间产品、成品的质量标准和技术参数及储存注意事项，物料平衡 的计算方法，成品容器、包装材料的要求等。 岗位操作法的内容强调了一下内容：生产操作方法和要求，重点操作的复核、 复查，中间产品质量标准及控制，安全和劳动保护，设备维修、清洗，异常情况 处理和报告，工艺卫生和环境卫生。 标准操作规程的内容强调了一下内容：题目、编号、制订人及制订日期、审 核人及审核日期、批准人及批准日期、颁发部门、生产日期、分发部门、标题及 正文。 3.2 制定工艺路线 制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、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 机床配以专用夹具，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. 工艺路线方案一如表 3-1 所示 哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） 10 表 3-1 工艺路线 1 工序号加工内容 工序 1锻造 工序 2时效处理 工序 3粗铣 20 前端面，粗铣 8.8 前端面，翻面粗铣另一面 工序 4精铣 20 前端面，精铣 8.8 前端面，翻面精铣另一面 工序 5粗铣螺孔 M7 上端面之后精铣 工序 6粗铣后部槽 工序 7精铣后部槽 工序 8钻孔 20 至 18，扩孔到 19.8，铰孔至 20；钻孔 8.8 至 6.8，扩孔 8.6，铰孔至 8.8 工序 9钻前部两螺孔 M7 到 4.5，扩孔到 6.3，铰孔到 6.5 工序 10加工两螺孔螺纹 工序 1120 的孔、8.8 的孔两端倒角，和螺孔 M7 上倒角 工序 12去毛刺，锐边 工序 13终检 由于 20 的孔与 8.8 的孔一起加工，钻 8.8 的孔时定位困难，所以不宜实 现。 2.工艺路线方案二如表 3-2 所示 表 3-2 工艺路线 2 工序号加工内容 工序 1锻造 工序 2时效处理 工序 3粗铣 20 前端面，粗铣 8.8 前端面，翻面粗铣另一面 工序 4精铣 20 前端面，精铣 8.8 前端面，翻面精铣另一面 工序 5粗铣螺孔 M7 上端面之后精铣 工序 6粗铣后部槽 工序 7精铣后部槽 工序 8钻孔 20 至 18，扩孔到 19.8，铰孔至 20 工序 9钻孔 8.8 至 6.8，扩孔 8.6，铰孔至 8.8 工序 10钻前部两螺孔 M7 到 4.5，扩孔到 6.3，铰孔到 6.5 工序 11加工两螺孔螺纹 工序 1220 的孔、8.8 的孔两端倒角，和螺孔 M7 上倒角 工序 13去毛刺，锐边 工序 14终检 由于 20 的孔工序比较靠后，前面的加工定位基准不好选择，所以整个过程 能实现，但比较困难。 3.工艺路线方案三如表 3-3 所示 表 3-3 工艺路线 3 工序号加工内容 工序 1锻造 工序 2时效处理 工序 3粗铣 20 前端面，粗铣 8.8 前端面，翻面粗铣另一面 工序 4精铣 20 前端面，精铣 8.8 前端面，翻面精铣另一面 哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） 11 工序 5钻孔 20 至 18，扩孔到 19.8，铰孔至 20 工序 6粗铣螺孔 M7 上端面之后精铣 工序 7粗铣后部槽 工序 8精铣后部槽 工序 9钻孔 8.8 至 6.8，扩孔 8.6，铰孔至 8.8 工序 10钻前部两螺孔 M7 到 4.5，扩孔到 6.3，铰孔到 6.5 工序 11加工两螺纹螺孔 工序 1220 的孔、8.8 的孔两端倒角，和螺孔 M7 上倒角 工序 13去毛刺，锐边 工序 14终检 此方案弥补了以上方案的不足，本设计采用此方案。各工序详细情况见“机 械加工工艺过程综合卡片” 。 3.3 机械加工余量、毛坯尺寸的确定 3.3.1 机械加工余量确定 “465 发动机排气摇臂” ，零件材料为 QT400-15，硬度 130180HB，生产类 型为中批量，铸造毛坯。 根据零件图计算零件的轮廓尺寸为长 57mm，宽 46.5mm，高 55mm。查阅 机械制造技术基础课程设计指导教程中表 2-1 按铸造方法为砂型铸造机器造 型，零件材料为球墨铸铁，查得铸件公差等级为 CT8-CT12，取铸件公差等级为 CT10。再根据毛坯铸件基本尺寸查阅机械制造技术基础课程设计指导教程3 表 2-3 ，按前面已经确定的铸件公差等级 CT10 差得相应的铸件尺寸公差。 查阅机械制造技术基础课程设计指导教程中表 2-5 按铸造方法为砂型铸 造机器造型，材料为球墨铸铁，查得铸件所要求的机械加工余量等级为 E-G，将 要求的机械加工余量等级确定为 G，再根据铸件的最大轮廓尺寸查阅机械制造 工艺设计简明手册中表 2.2-4 要求的铸件机械加工余量。 由于所查得的机械加工余量适用于机械加工表面，的加1.6Ram1.6Ram 工表面，机械加工余量要适当放大。除了的外，和后部槽、8 . 8201.6Ram 没有一个加工表面的表面粗糙度是小于 1.6 的，也就是所有的加工表面 ，因此一般情况下这些表面的毛坯尺寸只需将零件的尺寸加上所查得1.6Ram 的余量值即可，但是由于大部分表面加工都需经过粗加工和半精加工，因此余量 将要放大，这里为了机械加工过程的方便，除了孔以外的加工表面，将总的加工 余量统一为一个值。 由于本设计规定的零件为中批量生产，应该采用调整加工。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 哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） 12 3.3.2 设计毛坯图 （1）确定铸造斜度 根据机械制造工艺设计简明手册中表 2-2-6 本零件 毛坯砂型铸造斜度为。 0 3 0 5 （2）确定分型面 由于毛坯形状对称，且最大截面在中间截面，为了起模 以及便于发现上下模在铸造过程中的错移，所以选择前后对称中截面为分型面。 （3）毛坯的热处理方式 为了去除内应力，改善切削性能，在铸件取出后进 行机械加工前应当做时效处理。 3.3.3 绘制毛坯图 排气摇臂毛坯图如图 3-1 所示 图 3-1 排气摇臂毛坯图 3.3.4 定位基准的选择 定位基准的选择在工艺规程制定中直接影响到工序数目，各表面加工顺序， 哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） 13 夹具结构及零件的精度。 定位基准分为粗基准和精基准，用毛坯上未经加工的表面作为定位基准成为 粗基准，使用经过加工表面作为定位基准称为精基准。在制定工艺规程时，先进 行精基准的选择，保证各加工表面按图纸加工出来，再考虑用什么样的粗基准来 加工精基准。 1. 粗基准的选择原则 为保证加工表面与不加工表面之间的位置精度，则应以不加工表面为粗基准。 若工件上有很多歌不加工表面，应选其中与加工表面位置精度要求较高的表面为 粗基准。为保证工件某重要表面的余量均匀，应选重要表面为粗基准。应尽量选 光滑平整，无飞边，浇口，冒口或其他缺陷的表面为粗基准，以便定位准确，夹 紧可靠。 粗基准一般只在头道工序中使用一次，应精良避免重复使用。 2.精基准的选择原则 “基准重合”原则 应尽量选择加工表面的设计基准为定位基准，避免基准 不重合引起的定位误差。 “基准统一”原则 尽可能在多数工序中采用同一组精基准定位，以保证各 表面的位置精度，避免因基准变换产生的误差，简化夹具设计与制造。 “自为基准“原则 某些精加工和光整加工工序要求加工余量小而均匀，应 选该加工表面本身为精基准，该表面与其他表面之间的位置精度由先行工序保证。 “互为基准“原则 当两个表面相互位置精度及尺寸、形状精度都要求较高 时，采用“互为基准”方法，反复加工。 所选的精基准应能保证定位准确、夹紧可靠、夹具简单、操作方便。 根据上述定位基准的选择原则，分析本零件，根据气门摇臂轴支座零件图， 本零件时带有孔的形状比较简单的零件，孔 20、孔 8.8 均为零件设计基准，均 可选为定位基准，而且孔 20 和孔 8.8 设计精度较高（亦是装配基准和测量基准） ，为遵循“基准重合”原则，因此选择先进行加工的 20 孔和加工后的 25 下底 面作为精基准，在该零件需要加工的表面中，由于外圆面上有分型面，表面不平 整有飞边等缺陷，定位不可靠，应选 20 外圆端面及未加工的 8.8 外圆面为粗基 准。 3.4 确定切削用量及切削工时 3.4.1 工序 30 粗铣 20 孔上下端面 1.加工条件 加工要求：粗铣 20 孔上下端面。 机床： X53 立式铣床。 哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） 14 刀具： W18Cr4V 硬质合金钢端铣刀，牌号 YG6。铣削宽度 ae=60，深度 ap=4，齿数 z=10，故据切削用量简明手册（后简称切削手册）取刀具直径 do=80mm。选择刀具前角 o0后角 o15，副后角 o=10，刀齿斜角 s=15，主刃 Kr=60，过渡刃 Kr=30，副刃 Kr=5过渡刃宽 b=1.5mm。 2.切削用量 （1）铣削深度 因为切削量较小，故可以选择 ap=1.3mm，一次走刀即可完成所需长度。 （2）每齿进给量 机床功率为 10kw。查切削手册f=0.080.15mm/z。由于是对称铣，选较小 量 f=0.15 mm/z。 （3）查后刀面最大磨损及寿命 查机械切削用量手册表 8，寿命 T=180min。 （4）计算切削速度 V=1.84， n=7.32，=6.44。 f V （5）计算基本工时 tmL/ Vf=(90+36)/6.44=6.99min 3.4.2 工序 40 精铣 20 孔上下端面 tmL+18 2/ Vf=(2+18 2)/6.44=5.9min 1.加工条件 加工要求：精铣 20 上下端面。 机床： X6140 卧式铣床。 刀具： W18Cr4V 硬质合金钢端铣刀，牌号 YG6。铣削宽度 ae=60，深度 ap=4，齿数 z=10，故据切削用量简明手册（后简称切削手册）取刀具直径 do=80mm。选择刀具前角 o5后角 o8，副后角 o=8，刀齿斜角 s=10，主刃 Kr=60，过渡刃 Kr=30，副刃 Kr=5。 2.切削用量 （1） 铣削深度 因为切削量较小，故可以选择 ap=1.0mm，一次走刀即可完成所需长度。 （2）每齿进给量 机床功率为 7.5kw。查切削手册表 5， f=0.140.24mm/z。由于是对称铣， 选较小量 f=0.14 mm/z。 （3） 查后刀面最大磨损及寿命 查切削手册表 8，寿命 T=180min。 （4）计算切削速度 按切削手册表 14，查得 Vf6.44mm/s。 哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） 15 （5） 计算基本工时 tmL+182/ Vf=(2+182)/6.44=5.9min 哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） 16 3.4.3 工序 50 钻、扩、铰、精铰 20 孔 以 20 孔上端面为精基准，钻、扩、铰、精铰 20 孔，孔的精度达到 IT7。 1.选择钻床及钻头 选择 Z5125A 钻床，选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时 do=18mm，钻头采用双 头刃磨法。 2.选择切削用量 （1）决定进给量 由 do=18mm， 查切削手册表 2-7，按钻头，按机床强rmmf/86. 070 . 0 度选择，最终决定选择机床已有的进给量。rmmf/8 . 1056 . 0 rmmf/70. 0 （2）切削速度 n=50-2000r/min ，取 n=1000r/min。 3.计算工时 min19 . 0 100048. 0 1280 1 nf L tm 由于所有工步所用工时很短，所以使得切削用量一致，以减少辅助时间。 扩铰和精铰的切削用量如下： 扩钻：选高速钢扩孔钻 ， min/1000rn rmmf/8 . 07 . 0 ，。mmd 8 . 19 0 min12 . 0 100075 . 0 1280 2 nf L tm 铰孔：选高速钢铰刀 ， 。min/1000rn rmmf/6 . 23 . 1mmd94.19 0 。min07 . 0 10003 . 1 1280 3 nf L tm 精铰：选高速钢铰刀 ， min/1000rn rmmf/6 . 23 . 1720 0 Hd ，。min07 . 0 10003 . 1 1280 4 nf L tmmin45 . 0 4321 mmmmm ttttT 3.4.4 工序 60 铣螺纹孔顶面 1.选择机床及刀具 机床：X53K 立式铣床。 刀具：硬质合金钢端铣刀，牌号 YG6。 2.切削用量 （1）铣削深度 因为切削量较小，故可以选择 ap=1.5mm，一次走刀即可完成所需长度。 （2）刀具耐用度 寿命 T=180min。 （3）计算切削速度 哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） 17 Vc0.38mm/s，n=1.53r/min，Vf=1.42mm/s， s16 . 1 20.28 85 . 1 nf L tm 3.4.5 工序 70 粗铣、半精铣、精铣槽 84 的端面 1.选择机床刀具 选择立式铣床 X53K 硬质合金钢 Yab 端铣刀60 p a 2.切削用量 查切削用量表 5，f=0.140.24mm/r，T=180min， 取 f=0.15mm/r，v=1.84m/min，n=7.32r/min，。min/44 . 6 mVf 3.计算工时 (3-1)s19 . 4 44 . 6 243 1 nf L tm 半精铣 04s . 4 44 . 6 242 2 nf L tm 23s . 8 ttT m2m1m 精铣 本道工序精铣槽之前已进行了粗铣和半精铣，此工步精铣槽须满足各技术要 求包括：槽宽 8.4，槽两侧面粗糙度为 1.6，槽底面粗糙度为 3.2。 1.选择机床及刀具 机床： x61W 型万能铣床。 刀具：错齿三面刃铣刀铣槽 do=8.4mm。 国家标准：GB1118；D=22mm；d=63mm；L=8.4mm； z=14 2.计算切削用量 （1）由切削用量表 9.4，查得走刀量 f=0.67 mm/r，铣刀磨钝标准和耐用度。 （2）由切削用量表 9.46，查得，磨钝标准为 0.20.3。 查切削用量表 9.4 得，耐用度为 T=150min （3）切削速度 (3-2) v Pu w Y f X p m q V k zaaaT dC V VVV v 0 v 查切削用量表 9.4 得其中： 修正系数， ， ， ，0 . 1 v k40 V C2 . 0 v q1 . 0 v X4 . 0 v Y5 . 0 v u ，m=0.5 ， ，代入上式，可1 . 0 v pmm z f af048 . 0 14 67 . 0 6 w a8 p a 哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） 18 得 v=49.5m/min=0.83m/s 。 （4）确定机床主轴速度 (3-3)min/ 5 . 390/5 . 6 1000 rsr dw v ns 按机床选取主轴转速为 6.33 r/s，所以 实际切削速度为 (3-4)min/ 2 . 196/27 . 3 1000 msm dn v ww 3.计算切削工时 s zna yl v L T ff m 77.32 3.4.6 工序 80 钻、镗、 精镗 8.8 孔 以 20 孔为精基准，钻、镗、 精镗 8.8 孔，保证孔的精度达到 IT7。 1.选择钻头 选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时 do=5mm，钻头采用双头刃磨法。 选择 Z5163A 钻床 n=22.41000r/min， f=0.0631.2mm/r。 2.选择切削用量 （1）决定进给量 查切削用量表 25，钻头进给量 ，按钻头强度选择rmmf/2 . 10 . 1 ，按机床强度选择。最终决定选择 Z5163A 机床已有的rmmf/0 . 1rmmf/9 . 0 进给量。 rmmf/8 . 0 （2）计算工时 选择 n=600r/min 所以 min07 . 0 8 . 0600/ )2312( m t 3.选择镗刀 选择高速钢镗刀， 粗镗时 do=8.7mm，选择卧式镗床 T68， 粗镗时 v=20- 35 m/min，f=0.3-1.0 mm/r，精镗时 v=15-30 m/min，f=0.15-0.5 mm/r。 3.4.7 工序 90 钻、镗、 精镗螺纹孔 以 20 孔为精基准，钻、镗、 精镗螺纹孔。 1. 选择钻头 选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时 do=5mm，钻头采用双头刃磨法。 选择 Z5163A 钻床 n=22.41000r/min， f=0.0631.2mm/r。 2.选择切削用量 （1）决定进给量 查切削用量表 2-5，钻头进给量 ，按钻头强度选择rmmf/2 . 10 . 1 ，按机床强度选择。最终决定选择 Z5163A 机床已有的rmmf/0 . 1rmmf/9 . 0 哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） 19 进给量。 rmmf/8 . 0 （2）计算工时 选择 n=600r/min 所以 min07 . 0 8 . 0600/ )2312( m t 3.选择镗刀 选择高速钢镗刀， 粗镗时 do=8.7mm，选择卧式镗床 T68， 粗镗时 v=20- 35 m/min，f=0.3-1.0 mm/r，精镗时 v=15-30 m/min，f=0.15-0.5 mm/r。 3.5 本章小结 本章主要介绍排气摇臂加工工艺规程的设计，包括了零件的作用、基面的选 择、制定的工艺路线、切削用量及切削用时。 哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） 20 第第 4 章章 夹具的设计夹具的设计 4.1 机床夹具的现状及发展 现代生产要求企业制造的产品品种经常更新换代，以适应市场激烈竞争，多 品种生产的工件已占工件种类数的 85%左右。然而目前，一般企业习惯与采用传 统的专用夹具，在一个具有生产能力的工厂中约拥有 1300015000 套专用夹具。 另一方面，在多品种生产的企业中，约隔 4 年就要更新 80%左右的专用夹具，而 夹具的实际磨损量只有 15%左右，特别最近年来柔性制造系统（FMS） 、数控机 床（NC） ，加工中心（MC）和成组加工（GT）等新技术被应用和推广，使中小 批生产的生产率逐步趋近于大批量生产的水平。 1.综上所述，现代生产对夹具提出了如下新的要求： （1）能迅速方便地装备新产品的投产以缩短生产准备周期； （2）能装夹一组相似性特征的工件； （3）适用于精密加工的高精度的机床； （4）适用于各种现代化制造技术的新型技术； （5）采用液压汞站等为动力源的高效夹紧装置，进一步提高劳动生产率。 2.现代夹具的发展方向表现为精密化、高效化、柔性化、标准化等四个方面： （1）精密化 随着机械产品精度的日益提高，势必也相应提高对其精度要求。精密化夹具 的结构类型很多，例如用于精密分度的多齿盘，其分度可达正负 0.1，用于精密 车削的高精度三爪卡盘，其定心精度为 5um，又如用于轴承套圈磨削的电磁无心 夹具，工件的圆读可达 0.20.5um。 （2）高效化 夹具主要用来减少工件加工的机动时间和辅助时间，以提高劳动生产率，减 少工人劳动强度，常见的高效化夹具有：自动化夹具、具有夹紧动力模块的夹具 等。例如使用电动虎钳装夹工件，可使工件效率比普通虎钳提高了 5 倍左右，而 高速卡盘则可保证卡爪在转速 9000r/min 的条件下能正常夹紧工件，使切削速度 大幅度提高。 （3）柔性化 夹具的柔性化与机床的柔性化相似，它是通过组合等方式，以适应工艺可变 因素的能力。工艺的可变因素主要有：工序特征、生产批量、工件的形状和尺寸 等，具有柔性化特征的新型夹具种类主要有：组合夹具、通用可调夹具、成组夹 具、模块夹具、数控夹具等，在较长时间内，夹具的柔性化趋向将是夹具发展的 哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） 21 主要方向。 （4）标准化 夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面，在制造典型夹具，结构的基 础上，首先进行夹具元件和部件的通用化，建立典型尺寸系列或变型，以减少功 能用途相近的夹具元件和不见的形成：舍弃一些功能低劣的结构，通用化方法包 括：夹具、部件、元件、毛培和材料的通用化夹具的标准化阶段是通用化的深入 并为工作图的审查创造了良好的条件。目前，我国已有夹具零件、部件的国家标 准：GB21482249-80，GB22622269-80 以及通用夹具标准，组合夹具标准等。 采用液压汞站等为动力源的高效夹紧装置，进一步提高劳动生产率。 4.2 机床夹具的功用及夹具的成组和分类 4.2.1 机床夹具的功能 在机械加工中，使用机床夹具的目的主要有六个方面，然而在不同的生产条 件下，应该有不同的侧重点。夹具设计时应该综合考虑加工的技术要求，生产成 本个工人操作方面的要求以达到预期的效果。 1.保证加工精度 用夹具装夹工件时，能稳定的保证加工精度，并减少对其他工作条件的依赖 性，故在精密加工中广泛的使用该夹具，并且它还是全面质量管理的一个重要环 节。 2.提高劳动生产率 使用夹具是否能使工件迅速的定位夹紧并能够显著的缩短辅助时间和基本时 间，提高劳动生产率。 3.改善工人的劳动条件 用夹具装夹工件方便、省力、安全。当采用气压、液压等装夹工件时，可减 少工人的劳动强度保证生产安全。 4.保证工艺纪律 在生产过程中使用夹具可确保生产周期，生产强度等工艺秩序。例如：夹具 设计也是工程技术人员解决高难度零件的主要手段之一。 5.降低生产成本 在批量生产中使用夹具时，由于劳动生产率的提高和允许使用技术等级较低 的工人操作，故可明显降低生产成本。 6.扩大机床工艺范围 这是生产条件有限的企业中常用的一种技术改造措施，如车床上的拉削，钻 孔加工等，也可用夹具装夹的加工较复杂的成型面。 哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） 22 4.2.2 机床夹具的组成 1.机床夹具的组成主要有系统元件、夹紧元件、夹具体、连接元件、对刀与 导向装置、其他元件或装置。 机床夹具的基本组成部分：定位元件、夹紧装置、夹具体 虽然各类机床夹具的结构有所不同，但按主要功能加以分析。机床夹具的基 本组成部分是定位元件，夹紧装置和夹具体三个部分，这也好似夹具体的主要内 容。 （1）定位元件 定位元件是夹具的主要功能元件之一 ，通常当工件定位基准面的形状确定 后，定位元件的结构也就确定了。 （2）夹紧装置 夹紧装置也是夹具的主要元件之一，一般铰链压板、螺钉、夹紧装置等。 （3）夹具体 通常夹具作为铸件的结构、锻件结构、焊接结构，形状有回转体形和底座等 多种定位元件，夹紧装置等分布在夹具体不同的位置上。 4.2.3 机床夹具的其他组成部分 为满足夹具的其他功能要求，各种夹具最好要设计其他的元件装置。 1.连接元件 根据机床的工作特点，夹具在机床上的安装。连接常有的两种方式：一种是 安装在机床工作台上，另一种是安装在机床主轴上，连接元件用于确定夹具本身 在机床上的位置。 2.对刀与导向装置 对刀装置常见在铣床夹具中，用以对刀块，调铣刀对刀前的位置，对刀时， 铣刀不能与对刀块直接相连，以免碰伤铣刀的切削刃和对刀块工作表面。导向装 置钻模板、钻套、镗模的镗模支架。镗套，它们能确定刀具的位置，并引导刀具 进行切削。 3.其他元件和装置 根据加工的需要，有些夹具分别采用分度装夹，靠模装置上下料加工工艺机 器人装夹等。 4.2.4 机床夹具的分类 1.按夹具的通用特性分类 这是一种基本的分类方法，主要反应夹具在不同生产类型中的通用特性，故 也是选择夹具的主要依据。目前，我国常用的夹具有通用夹具、专用夹具和自动 化生产夹具等五大类。 （1）通用夹具 哈尔滨石油学院本科生毕业设计（论文） 23 通用夹具是指结构、尺寸已规格化，具有一定通用性的夹具、如三爪自定心 卡盘、四爪单动卡盘、台虎钳、万能分度头、顶尖、中心架及电磁吸盘等。其特 点是使用性强，不需调整或稍加调整就可以装夹一定形状和尺寸范围内的各种工 件，这类夹具以商品化，且成为机床附件，采用这种夹具可减少生产周期，减少 夹具品种从而降低生产成本，其缺点是夹具的精度不高，生产效率也较低，且较 难装夹形状复杂的工件，故使用与单件小批量生产中。 （2）专用夹具 专用夹具是针对一个工序的要求而专门设计和制造夹具，其特点是针对性极 强，没有通用性，在产品相对稳定批量较大的生产中，常用各种专用夹具，可获 得较长，随着现代多品种中小批量的发展专用夹具在专用性和经济性等方面已多 生许多问题。 （3）可调夹具 可调夹具是针对通用夹具、专用夹具的缺陷而发展起来的异类新型夹具对不 同类型和尺寸的工件，只需调整或更换原来夹具上的个别定位元件和夹紧元件便 可使用。它一般又称为通用可调夹具和成组夹具两种，前者的通用范围比通用夹 具更大，后者则是一种可调夹具，它按成组原理设计并能加工一组相似零件，故 在多品种中，中小批生产中上午有较好的经济效应。 （4）组合夹具 组合夹具是一种模块化的夹具，标准的模块元件有较高的精度和耐磨性，可 组装成各种夹具，夹具用具既可拆除，留用组装新的夹具，由于使用组合夹具可 缩短生产准备周期，元件能重复多次使用，并且有可减少专用家句数量