气门摇臂轴支座加工工艺及钻扩铰孔夹具设计（含CAD图纸和说明书）
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1 第 一 章 . 零件的分析 1 1 零件的作用 该零件是 1105 型柴油机中的摇臂结合部的气门摇臂轴支座。 装摇臂轴，轴两端各安装一进、排气气门摇臂。 内装一个减压轴，用于降低汽缸内压力，便于启动柴油机，两孔间距 以保证减压轴在摇臂上打开气门，实现减压。该零件通过 11 孔用 杆与汽缸相连。该零件是柴油机气门控制系统的一个重要零件。 件的工艺分析 分析零件图纸，图纸的各视图不清晰，尺寸标注完整，能够表达清楚零件的各个部分，技术条件标注合理，表面粗糙度标注合理，尺寸公差标注完整，能够完整表述加工要求。该零件加工表面分两种，主要是孔的加工，圆柱端面平面加工。将零件图重新绘制在纸上，详见附图。现将主要加工部分表述如下： 加工 该零件共有 4 个孔要加工，其中 加工要求较高，两孔中间距 9 平行度要求，表面粗糙度 精加工， 11 孔直接钻出即可，另 3 斜小孔直 接钻出。 的加工 该零件需加工平面为 22 36 底面精度要求较高，是后续工序的精基准面，需精加工，上端面要求高，粗铣即可。 26 圆柱两端面粗铣， 28 圆柱两端粗糙度要求 精铣。 由以上分析知，该零件的加工应先加工面，孔以面为基准。保证孔中心与底面的距离，平行度。 第二章 零件的分析 2 第 二 章 工艺规程设计 定毛坯： 坯的制造形式： 零件材料为 据 选择毛坯应考虑的因素，该零件体积较小、形状不是很复杂，外表面采用不去除材料方法获得粗糙度，由于零件生产类型为成批、大批生产，而砂型铸造生产成本低，设备简单，故本零件毛坯采用砂型铸造。 坯的设计： 由于生产类型为成批、大批生产，考虑毛坯生产成本和机械加工成本，毛坯制造方法为砂型铸造， 18、 16 孔需精加工，要留加工余量，故孔不宜铸出，其他小孔不铸出。 查金属加工工艺及工装设计（黄如林、汪群主编，化学工业 出版社）确定加工余量： 砂型铸造，公差等级：（ ）查表 1 - 6，取 工余量等级： 1113G 查表 1 - 8，取 G 切削余量：查表 1 9，基本尺寸小于 100侧 件尺寸公差值：查表 1 11 基本尺寸小于 50 于30 坯图如下图： 面的选择： 3 基面选择是工艺规程设 计中的重要工作之一，基面选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得到提高。否则，不但使加工工艺过程中的问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。 粗基准选择：粗基准选择应为后续加工提供精基准，保证加工面与不加工面之间的位置要求或合理分配各加工面的余量，两者矛盾，对该零件应以要求与余量均匀的重要表面为粗基准，故该零件选择未加工的底面为粗基准加工上端面。 精基准选择：应该主要考虑如何保证加工精度和装夹方便，为消除基准不重合误差，应该以设计基准为精基准，该零件选择 36 22 面为精基准。 艺路线的拟定： 拟订工艺路线的内容除选择定位基准外，还要选择各加工表面的加工方法，安排工序的先后顺序，确定加工设备，工艺装备等。工艺路线的的拟定要考虑使工件的几何形状精度，尺寸精度及位置精度等技术要求得到合理保证，成批生产还应考虑采用组合机床，专用夹具，工序集中，以提高效率，还应考虑加工的经济性。 择加工方法： 选择加工方法应该考虑各种加工方法的特点、加工精度、表面粗糙度及各种加工方法的经济性。 分析该零件，该零件要加工的内容有端面和孔，零件为非回转体零件，端面加工选择铣 削加工。对于上端面 22 圆柱端面，粗糙度 其他要求，粗铣即可。底面 22 36 采用粗铣精铣。 26 圆柱端面粗糙度要求 其他要求，采用粗铣即可。 28圆柱 2 端面粗糙度要求 跳动 用粗铣精铣。 孔的加工： 11 、 3 孔粗糙度 接钻孔即可。 、 孔粗糙度要求 度等级较高，有平行度要求，采用钻扩铰孔即可满足要求。 工顺序的拟定： ：粗铣削 22 圆柱端面，粗铣 36 22 底面 ：精铣 36 22 底面。 ：粗铣 28 圆柱端面、 26 圆柱端面 ：精铣 28 圆柱两端面 ：钻孔 11 成 ：钻孔 至 16 ，钻 至 14 ：扩孔 至 ，扩 至 ，两孔两侧倒角 1 45，保证孔心距56 ：精铰孔 、 成 第三章 工艺规程设计 4 ：钻孔 3成 。 ：去锐边、毛刺。 ：终检、入库。 分析以上工艺路线内容，基本合理，根据以上工艺路线，确定工序内容： 上圆柱端面定位，铣尺寸 39 42 底面定位。铣尺寸 39 8 圆柱两端面 ，铣尺寸 38铣 26 圆柱端面，保证轴向尺寸 16 上圆柱端面定位，保证尺寸 39 . 钻 11 小孔成。 8 圆柱端面成，保证尺寸 铰 、 孔成， 保证两孔中心距 证 中心与底平面距离 中心与底平面距离 . 、 孔两端倒角 451 。 成。 边 库。 械加工余量： 平面加工余量： 22 圆柱轴向尺寸，上端面铣削，余量 底面粗铣余量 228 圆柱轴向尺寸 37 端面粗铣余量 2铣余量 26轴向尺寸 16柱两端面粗铣，余量 孔加工余量： 孔 铰余量： 钻孔： 16 扩孔：至 2Z=孔： 2Z= 铰余量： 钻孔： 14 扩孔：至 2Z=孔： 2Z=1 、 3 两孔直接钻出 5 床的选择： 面加工： 采用铣削，工序、由于是批量生产，要求加工效率较高，选择立式铣床采用端铣效率较高。选择机床型号 ：孔加工： 工序、，选择立式钻床 序采用摇臂钻床 具选择： 该零件的加工内容是孔和端面，其中孔 、 精度要求高，孔 3 是斜小孔，铣底平面，都需要专用夹具。精铣 28 圆柱两端面精度要求较高，且有圆跳动要求，需采用专用夹具其余加工采用通用夹具。 具选择： 削加工： 选择错齿三面刃铣刀，刀具直径 50机械制造工艺设计简明手册） 磨损量 具耐用 度 100 削加工： 钻孔 11 采用锥柄麻花钻（ 径 d=113 采用 d=3柄麻花钻。钻孔 采用 d=16柄麻花钻，钻孔 采用 d=14柄麻花钻。（机械制造工艺设计简明手册表 具磨钝标准：后刀面磨损限度 件材料为铸铁，刀具耐用度 2700 秒。 扩孔 、 分别采用 d=d=机械制造工艺设计简明手册表 铰孔 、 分别选择 d=18d=16柄机用铰刀（ （机械制造工艺设计简明手册表 具耐用度 3600 秒。 具选择： 的量具： 孔 根据 机械制造工艺设计简明手册表 1， 1u = 由表 3，选择分度值 比较仪 u =以测量。孔 根据 机械制造工艺设计简明手册表 1， 1u =表 度值为 内径百分尺 u=以选用。其余孔选择一般内径测量仪器即可。 向尺寸量具： 尺寸 根据 机械制造工艺设计简明手册表 1，及表 择分度值 量程 100外径百分尺即可。第三章 工艺规程设计 6 其余尺寸量具选择分度值 游标卡尺即可。 序尺寸确定： 确定工序尺寸的一般方法是由表面加工最后往前推。最后工序的尺寸按零件图上要求标注，当没有基准转换 时，同一加工表面的工序尺寸只与工序或工步的加工余量有关。当工序基准不重合时，工序尺寸用尺寸链计算。 定切削用量及基本工时： 序（粗铣底平面）切削用量及时间定额： 本工序为粗铣，刀具为错齿三面刃铣刀，刀具直径 D=50d=16数 Z=12，本工序余量 2 次走刀完成切削，即床 轴功率 瓦。查表 3机械制造工艺设计手册）取 z，铣削宽度2刀耐用度 T=120件材料为铸铁，确定切削速度 分进给量 切削用量简明手册）公式 中 z .0，2入式， 8 vm/d 1000= 501241000=790 r/表 机械制造工艺设计简明手册）选主轴转速50 r/实际转速v=117m/作台每分进给量 12 750=900mm/ 查表 机械制造工艺设计简明 手册）选择实际 950mm/z 校验机床功率： 1000 c 表 切削用量简明手册） 其中 30， 0， 入公式，v=s 带入公式，得7 故可以采用 工序实际切削用量 z ， 950mm/ n=750 r/s v=s 时间定额： 1 ， 36l )451225050(21 p =2l =2入值。得： 046.0 工序粗铣上端面： 刀具、机床与 上工序相同，工序余量 次走刀完成，即z， 22入公式： z .0，.5，2入式， 8 v m/d 1000= 501211000=770 r/表 机械制造工艺设计简明手册）选主轴转速50 r/实际切削速度 :v=117m/分进给量： 900mm/际 950mm/75012950=mm/z 校验机床功率：表 切削用量简明手册） 1000 c 其中 30， 0， 入公式，v=s 带入公式，得可以采用 工序实际切削用量 z ， 900mm/ n=750 r/s v=s 时间定额： 第三章 工艺规程设计 8 1 ， 22l 451)225050(tg al p =入公式，得 工序（粗铣 28 、 26 两圆柱两端面）切削用量及时间定额 ： 铣 28 圆柱两端面的切削用量 ： 刀具、机床与 上工序相同，工序余量 次走刀完成，即z， 28入公式： z .0，8入式， 8v 120m/d 1000= 501201000=764r/表 机械制造工艺设计简明手册）选主轴转速50 r/实际切削速度 :v=118m/s, 900mm/际 950mm/75012950=mm/z 铣 26 圆柱两端面的切削用量 : 刀具、机床与上工序相同，工序余量 次走刀完成，即z， 26入公式： z .0，6入式， 8v 119m/d 1000= 501191000=757r/表 机械制造工艺设计简明手册）选主轴转速50 r/实际切削速度 :v=118m/s，实际 950mm/75012950=mm/z 序时间定额 : 本工序加工面为两个圆柱的 4 个端面 ,时间为加工 4 个端面的和 . 9 11 28l 451)285050(tg al p =入公式，得 12 26l 451)265050(tg al p =入公式，得 1 = 由于每个圆柱要铣 2 个端面，时间是计算时间的 2 倍，总时间 序 （精铣底平面 ）切削用量及时间定额 : 本工序为精铣，选择刀具为高速钢三面刃铣刀，刀具直径 50数 Z=12，本工序余量 次走刀完成切削，即床 轴功率 瓦。查表 3机械制造工艺设计手册）取 z，铣削宽度2刀耐用度T=100件材料为铸铁，确定切削速度 分进给量 切削用量简明手册）公式 中5， z .0，2入式， vm/d 1000= 50491000=312 r/表 机械制造工艺设计简明手册）选主轴转速00 r/实际切削速度： V= 每分进给量： 12 300=360 mm/表，实际 375mm/7512 300z 工序时间定额： 1 ， 36l 451)225050(tg al p =入公式，得 75 = 工序 （钻孔 11 ）切削用量及时间定额： 钻孔 11 表 3机械制造工艺设计手册），取 f=mm/r 第三章 工艺规程设计 10 查表 3机械制造工艺 设计手册），取 v=m/s 由公式d 1000=r/s =521 r/表 机械制造工艺设计简明手册），机床为 择转速45 r/r/s 实际切削速度： v=1000 ww = 1000 =s 切削工时： 39l 31l 02 l 带入公式：wj 21 =17.8 s = 工序 (精铣 28 圆柱两端面 ) 切削用量及时间定额 : 本工序为精铣，选择刀具为高速钢三面刃铣刀，刀具直径 50数 Z=12，本工序余量 次走刀完成切削，即表 3机械制造工艺设计手册）取 z，铣削宽度8刀耐用度 T=100件材料为铸铁，确定切削速度 分进给量 切削用量简明手册）公式 中5， z .0，.5，8入式， vm/d 1000= 50431000=274r/表 机械制造工艺设计简明手册）选主轴转速00 r/ 则实际切削速度： V= 每分进给量： 12 300=360 mm/表， 实际 375mm/7512 300z 工序时间定额： 1 ， 28l 451)285050(tg al p =入公式，得 75 = 工序（钻、扩、铰孔 、 ）切削用量及时间定额： 钻孔 至 14 ， 查表 3机械制造工艺设计手册），取 f=mm/r 查表 3机械制造工艺设计手册），取 v=m/s 11 带入公式d 1000=6.8 r/s=404 r/表 机械制造工艺设计简明手册），机床为 择转速00r/6.6 r/s 则实际切削速度： v=1000 ww =1000 =mm/r 扩孔至 孔 f=0.5 mm/r ，（表 械加工工艺手册） v=m/s ， （表 械加工工艺手册） d 1000=9.7 r/s=582 r/表 机械制造工艺设计简明手册），机床为 择转速：30r/10.5 r/s 实际切削速度： v=1000 ww =1000 =m/s 铰孔 ： 查表 3机械制造工艺设计手册）， f=r， v=s 带入： d 1000=s=155r/ 查表 机械制造工艺设计简明手册），机床为 择转速25r/ 实际速度： v=s。 时间定额： 1611 wj s 316212 wj s .8 s 321 =20 s 钻 至 16 查表 3机械制造工艺设计手册），取 f=mm/r 查表 3机械制造工艺设计手册），取 v=m/s 带入公式： d 1000=s=357 r/机床实际转速：00m/实际切削速度： v=m/s 第三章 工艺规程设计 12 扩孔至 17.8 f=0.5 mm/r ，（表 械加工工艺手册） v=m/s ， （表 械加工工艺手册）带入公式： d 1000=8.6 r/s=516r /机床实际转速： n=630 r/s 实际切削速度： v=1000 =s 铰孔 查表 3机械制造工艺设计手册）， f=r， v=s 带入 d 1000=2.3 r/s=138 r/ 取机床实际转速： n=125 r/s 实际速度： v=s 时间 定额： 3711wj 6 s 337212wj .3 s 321 =36 s 工序总时间定额： s 1 工序 （钻孔 3 ）切削用量及时间定额： 查表 3机械制造工艺设计手册），取 f=mm/r 查表 3机 械制造工艺设计手册），取 v=m/s 带入公式： d 1000=16r/s=960r/机床实际转速： n=960 r/ 切削工时： l l 02 l 带入公式： wj 21 = 4 =5.8 s 13 第 三 章 夹具设计 由于生产类型为成批，大批生产，要考虑生产效率，降低劳动强度，保证加工质量，故需要设计专用夹具。 题的提出： 本次设计选择设计工序 钻扩铰孔 、 的夹具。该工序加工的精度要求较高，粗糙度要求 行度要求 序基准为底平面。需要保证的尺寸要求：保证孔 中心与底面距离 孔中心距 具设计应首先满足这些要求，并保证较高的生产效率，还应考虑夹具零件制造的工艺性和生产经济性，加工过程中夹具的操作应方便，定位夹紧稳定可靠，夹具体应具有较好的刚性。 位基准的选择： 根据图纸要求，为保证加工质量，工序基准应与设计基准相同。选择底面作为基准。 工序基准面是底平面，定位面为环行突台面，限 制 3个自由度，孔采用定位销定位，由于通过孔夹紧，定位销与夹紧件拉杆做成整体。限制 2个自由度，还有一个绕孔轴线旋转自由度，采用一个可调支承，支承于 26 圆柱端面，除限制自由度达到完全定位外，还能提高夹具系统刚性。定位面板下图 4 图 4定位面板 位误差分析： 定位误差是指由于定位不准引起的某一工序的尺寸或位置精度要求方面的加工误差。对夹具设计中采用的定位方案，只要可能产生的定位误差小于工件相应尺寸或位置公差的三分之一，或满足 装夹 + 对定 + 过程 T，即可认为定位方案符合加工要求。 对于本次设计的夹具，需要保证的尺寸要求：保证孔 中心与底面距离第四章 夹具设计 14 中心与底面距离 孔中心距 中 两孔中心距由钻模板上两钻套的中心距保证。孔与底面的距离靠钻模板与 3个 3个尺寸都是以工件底面为基准的，基准不重合误差为 0。 导向装置的设计： 导向装置主要是钻模板，导向元件是钻套，加工中需要钻扩铰 3 个工步，为减少装夹时间，减少辅助时间，钻套选择快换钻套，钻套与钻模板连接需要有衬套。当需要换钻套时，只需要将钻套逆时针旋转到钻套的削平边，即可以取出钻套。 快换钻套。见图 4 图 4钻模板 钻模板图见图 4 根据夹紧力方向的原则 （ 1） ，夹紧力的作用方向不应破坏工件的既定位置。 （ 2），夹紧力的作用方向应使所需夹紧力尽可能小； （ 3），夹紧力的作用方向应使工件的夹紧变形最小。 根据夹紧力作用点的原则 15 （ 1），夹紧力的作用点应正对夹具定位支承元件或位于支承元件所形成的稳定受力区域内，以免工件产生位移和偏转； （ 2），夹紧力的作用点应在工件刚性较好的部位上，以使夹紧变形尽可能少，有时可采用增大工件受力面积或合理布局夹紧点位置等措施来实现； （ 3），夹紧力的作用点应尽可能靠近工件的加工表面，以保证夹紧力的稳定性和可靠性，减小工件的夹紧力，防止加 工过程产生振动。 根据以上要求，考虑加工零件的特点及定位方式，确定夹紧方式，通过前面工序加工出的 11 孔用拉杆夹紧，方向为水平向右，这样能保证主要定位基准面与定位元件的良好接触。 削力的计算： 刀具为高速钢锥柄麻花钻，直径 d=16f=r，查表 2 32切削用量简明手册钻孔的轴向力计算公式： 其中 入公式 5 1873 N 钻孔 14 的轴向力： 5 1639 N 紧力的确定： 分析工件夹具中的受力情况： 切削力方向为孔的轴线方向，夹紧力垂直于切削力方向，由定位面与定位元件之间的 摩擦力平衡切削轴向力，定位面板材料为铸铁，工件材料为铸铁，查机械设计课程设计手册表 1 10，摩擦系数为 由理论力学第 6 版 式： 式中入式 得： 746 N，则实际夹紧力 F=K 为安全系数。 K=43210 查机床夹具设计手册，表 1 1k k k k K=3746=5394 第四章 夹具设计 16 夹紧拉杆材料为 20料塑性大，受力为拉力，发生塑性变形，当达到一定限度或断裂，零件不能正常工作，就发生失效。失效发生在零件的薄弱环节。拉杆示意图如下： 图 4紧拉杆图 截面是该零件最易失效的部分，取该截面分析： ， =192塑性材料有： （由材料力学第 4版，刘鸿文主编，高等教育出版社 20s540 ： =2540=270 故拉杆强度合格。 具的使用及维护： 夹具装 配图的绘制： 夹具的具体各部分设计完成后，将夹具装配图画于 分主要零件也单独画于 附图。 该夹具是用于精加工的，装配完成后，安装在 床的工作台上，安装后要检查安装是否存在误差，如有应设法消除，以免造成加工误差。该夹具设计的是液压夹紧方式，安装完成还要检查管道连接是否紧密，有无泄露现象检验用油压要高于夹紧要求的液压，保证使用安全。 夹具的操作：安装工件时，应检查活塞杆是否处于松开的位置，然后使工件上 11孔穿过拉杆，将底平面紧靠定位板上的 3个定位支承上， 26 圆柱的下端面靠近夹具体上安装好的可调支承上，调节可调支承，保证工件垂直于夹具体底座。定位调节好后，将球形开口垫圈球面对准 11 孔安装于拉杆上 6 段，然后打开液压操作手柄置于工进位置，启动液压缸夹紧工件。球形垫圈的作用在于在液压杆拉力作用下自动调节拉杆轴线，保持拉杆与液压杆的同轴性。夹紧完成后，将手柄置于保压位置，保持活 塞位置不 17 动，到加工完成。加工完成后，将手柄置于松开位置，松开工件，取下球形开口垫圈，然后就可以取下工件。 夹具的维护：夹具在使用中，应注意检查钻套的磨损情况，如磨损后不能精确保证加工精度，则需要更换钻套。本夹具定位面板是受力的部件，应定时检查其是否发生受力变形，如有变形，应及时设法修正，才能保证加工精度，为使其变形减少，需要严格控制液压缸的油压，保证油压不超过工作油压太多。 第五章 数控加工工艺 18 第 四 章 结论 本次设计是在完成大学的全部基础课、技术基础课、专业课学习之后进行的一次设计。毕业设计是对所学各课程的一 次深入
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