机械制造工艺学课程设计-气门摇杆轴支座铣φ20两端面夹具设计（全套图纸）.doc

课程设计 摘 要 在这几周时间里，我们进行了机械制造加工工艺设计及夹具设计。机械设计制造 基础课程设计是在学完了机械制造基础课(含机床夹具设计)和大部分专业课（材料力 学、机械原理等），并在进行了生产实习的基础上进行的一个教学过程。这次设计使 我们能综合运用机械制造工艺学中的一些基本理论，并结合生产实习中学到的一些实 践知识，独立地分析和解决工艺上的问题。初步具备了设计一个中等复杂程度零件 （气门摇杆轴支座）的工艺规程的能力和运用夹具设计的基本原理和方法，制订夹具 设计方案，完成夹具结构设计的能力，也是熟悉和运用相关手册，图表等技术资料及 编写技术文件技能的一次难得的实践机会，为今后的毕业设计及未来从事的工作奠定 良好的基础。 由于所掌握的知识不全面且能力所限，经验不足，设计中还有许多不足之处，希 望各位老师多加指导 关键词：关键词：气门摇杆 夹具 全套完整版设计，加全套完整版设计，加 153893706153893706 课程设计 课程设计 目 录 摘 要 .i 第 1 章 零件的工艺分析 1 1.1 零件的功能、结构及生产类型的确定.1 1.1.1 零件的作用.1 1.1.2 零件的工艺分析1 1.1.3 零件的生产类型2 第 2 章 毛坯的选择 .3 2.1 确定毛坯的类型、制造方法和尺寸及其公差3 2.2 毛坯的技术要求3 第 3 章 基准的选择 4 3.1 粗基准的选择4 3.2 精基准的选择4 第 4 章 制订工艺路线 5 4.1 确定各加工面的加工方法5 4.2 拟定加工工艺路线6 4.2.1 工艺路线方案 16 4.2.2 工艺路线方案 27 4.3 工艺方案的比较与分析.7 第 5 章 工序设计 9 5.1 工序 12 的尺寸链计算 .9 课程设计 5.2 机械加工余量、工艺尺寸及毛坯尺寸的确定11 5.3 切削余量及基本工时的确定11 5.3.1 机械加工余量确定11 5.3.2 确定切削用量及基本工 12 第 6 章 铣 20 端面夹具设计 .16 6.1 确定设计方案16 6.2 定位原理图：17 6.3 定位误差分析17 6.4 夹紧力计算.18 设计心得 .20 参考文献 .21 附录 .22 课程设计 1 第 1 章 零件的工艺分析 1.1 零件的功能、结构及生产类型的确定 1.1.1 零件的作用 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 200.100.16: 孔装摇杆轴，轴上两端各装一进气门摇杆，摇杆座通过两个 13 孔用 12m 螺杆与汽缸盖相连，3mm轴向槽用于锁紧摇杆轴，使之不转动。其零件图如下图： 图 1.1 摇杆轴支座 1.1.2 零件的工艺分析 由图 1.1 得知，其材料为 200ht 。该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 课程设计 2 面，左右端面，2 13 孔和 200.100.16: 以及3mm轴向槽的加工 200.100.16: 孔的尺寸精度以及下端面0.05的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 13 孔的尺寸精度，以上下两端面 的平行度0.055。因此，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 0.100.1620: 孔时以下端面为定位 基准，以保证孔轴相对下端面的位置精度。 1.1.3 零件的生产类型 依照设计题目可知：该零件的生产纲领为5000件/年，查表可知生产类型是大批 量生产。 课程设计 3 第 2 章 毛坯的选择 2.1 确定毛坯的类型、制造方法和尺寸及其公差 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。由212 可知该种铸造公差等级为 1011ct: ， mah 级。 2.2 毛坯的技术要求 (1) 铸件必须经过时效处理; (2) 铸件不得有气孔、砂眼等铸造缺陷。 课程设计 4 第 3 章 基准的选择 基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基准面的选择是否真确与合理关 系到零件的加工质量,以及生产效率的高低。如果选择不当,在加工过程中出现很多问 题,更可能造成零件的大批报废使生产无法进行。 3.1 粗基准的选择 选择零件的重要面和重要孔做基准。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。 3.2 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。 0.100.1620: 孔及左右两端面都采用底面做基准，这使 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。 课程设计 5 第 4 章 制订工艺路线 4.1 确定各加工面的加工方法 上下端面：粗铣精铣 此处已删除此处已删除 制订工艺路线的出发点，应当是使零件的几何尺寸形状，尺寸精度位置精度等技 术要求能得到合理的保证。 4.2.1 工艺路线方案 1 加工路线方案 工序号工序内容 课程设计 6 01铸造 02时效 03涂漆 04车上端面 05铣下端面 06钻两通孔 07铣左右端面 08 钻通孔 18 09 镗孔 0.100.1620: 11 轴向槽 12 铣检验 13入库 4.2.2 工艺路线方案 2 以 v 形块定位的加工路线方案 工序号 工序内容 01铸造 02时效 03涂漆 04粗铣上下端面 05精铣上下端面 06 钻两通孔 13 课程设计 7 4.3 工艺方案的比较与分析 上述两个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。 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，故应当选择铣削加工。 因为在零件图纸中要求左右端面的跳动度为0.06，所以需要同时铣削左右端面， 保证两端的平行度。 工序30应在工序 25 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 13 通孔加工精度的影响。综上所述选择方案二。 最后确定的工件加工工序如下： 07 钻两通孔 13 的螺纹 08粗铣左右端面 09精铣左右端面 10 钻 18 孔 11 镗 0.10.0620: 孔 12 铣轴向槽 13清洗 14 入库 课程设计 8 序号 工序内容定位基准 01铸造 02时效 03涂漆 04粗铣下端面上端面（3）+左右端（3） 05粗铣上端面下端面（3）+左右端（3） 06粗铣左右端面下端面(3)+ 外圆柱面 07 钻两通孔 13 下端面(3)+ 外圆柱面 08精铣下端面上端面（3）+左右端（3） 09精铣上端面下端面（3）+左右端（3） 10精铣左右端面下端面(3)+ 外圆柱面 11 钻通孔 18 下端面(3)+ 两通孔 13 （3） 12 镗孔到 20 下端面(3)+ 两通孔 13 （3） 13粗-精铣轴向槽下端面(3)+ 外圆柱面 14 入库 课程设计 9 第 5 章 工序设计 5.1 工序 12 的尺寸链计算 加工过程为： 1）铣右端面 2）钻通孔 18 ，保证工序尺寸 1p 3）粗镗，保证工序尺寸 2p 4）精镗，保证工序尺寸 3p ，达到零件设计尺寸d 的要求， 0.1 0.06 20d 5）倒角 如图，可找出工艺尺寸链 求解工序尺寸及公差的顺序如下： （1）从图知， 3p =d （2）从图知， 322ppz ，其中 2z 是精镗的余量， 2z0.2mm ，则 232200.219.8ppzmm ，由于工序尺寸p2 是在粗镗中保证的，查参考资料 （5）中表 1 20 知，粗镗工序的经济加工精度等级为 12it ,因此确定该工艺尺寸公差为 12it ， 其公差值为0.35mm，故 19.80.1752mmp ； 课程设计 10 （3 3）从图所示的尺寸链知，）从图所示的尺寸链知， 112pzp 其中其中 1z 为粗镗的余量，为粗镗的余量， 11.8zmm ， 此处已删除此处已删除 因工件的生产类型为成批生产，毛的铸造方法选用砂型机器造型。根据表2.3 12 确定各表面的加工余量如下表所示： 表3.1 各表面加工余量 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 h4 单侧加工 下端面50 h3 单侧加工 左端面35 h3 单侧加工 右端面35 h3 单侧加工 课程设计 11 5.3 切削余量及基本工时的确定 5.3.1 机械加工余量确定 根据文献（1）可知计算底面加工余量公式如下。 15 . 0 2 . 0 max ce aa 式中 ： e 余量值； max a 铸件的最大尺寸； a 加工表面最大尺寸； c 系数 根据表3 12 查表得出各个加工面得加工余量。 经查表3 12 可得，铣削上端面的加工余量为4，又由零件 对上顶端表面的表面精度 12.5ra 可知，粗铣的铣削余量为4。底面铣削余量为3， 粗铣的铣削余量为2，铣余量1，精铣后公差登记为 78itit: 。左右端面的铣削余量 为3，粗铣的铣削余量为2，精铣余量1，精铣后公差登记为 78itit: 根据表3 12 确定余量2。工序40粗镗 18 工序。粗镗余量表3 83 取粗镗为1.8， 粗镗切削余量为0.2,铰孔后尺寸为20 8h ,各工步余量和工序尺寸公差列于下表： 表3.2各工步加工尺寸 加工表面 加工方法 余量 公差等级 工序尺寸及公差 18 粗镗 1.8 _ 19.8 19.2 精镗 0.2 8h208h 5.3.2 确定切削用量及基本工 工序04：粗铣下端面 (1)加工条件 工件材料： 200ht , 170240 b mpa: ，铸造;工件尺寸： max 13a ， 36l ; 加工要求：粗铣上端面加工余量4。 机床： 51x 立式铣床；刀具：立铣刀。 课程设计 12 铣削宽度 90 r a ,深度 6 a a ,齿数 12z ,故根据机械制造工艺设计简明手册 表3.1，取刀具直径 80 o d 。根据切削用量手册后表3.16，选择刀具前角 0 0 ， 后角 0 16，副后角 1 0 8 ，刃倾角：10 s ,主偏角 60kr ,过渡刃30kr,副 偏角 1 5kr 。 (2)切削用量 1）确定切削深度 a a 根据手册等，选择 1.15 a a ，两次走刀即可完成。 2）确定每齿进给量 z f 由于本工序为粗加工，尺寸精度和表面质量可不考虑，从而可采用不对称端机床 功率为4.5kw（据简明手册表4.2 35 ， 51x 立式铣床）选择： 83.9/ min z fmm 。 3）确定刀具寿命及磨钝标准 根据切削手册表3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为1.5mm；由于铣刀直 0 80d ，故刀具使用寿命 180t （据简明手册表3.8。 4）计算切削速度 c v 和每分钟进给量v 根据切削手册表3.16，当 0 80d ， 12z ， 7.5 p a ， 0.18/ z mm zf 时， 98/ min t vmm , 250 / min t rn , 471/ min t vmm 。各修正系数为： 1.0 mv k ， 0.8 sv k 。 切削速度计算公式为： v p vevzvpt vv ck zuayfxa qdc v v m 0 其中 ， mmae38 mm ap 4 245vc 2 . 0qv 15 . 0 xv 35. 0yv ，8 . 08 . 00 . 1 kkksvmvv 2 . 0 uv 0pv 32 . 0 mmin180t ， zmmf z /18 . 0 12z 将以上数据代入公式： min/14vlm c 确定机床主轴转速： 。150r/min 1000 w c s d v n 根据简明手册表4.2 36 ，选择 300 / min,390/ min cfc nrvmm ,因此，实际 进给量和每分钟进给量为： = c v 1000 0n d 1000 30012514. 3 118m/minm/min 课程设计 13 /390/300 12/0.1/ zcczfc fvnmm smm s 5)校验机床功率 根据切削手册表 3.24，近似为 3.3 cc kwp ,根据机床使用说明书，主轴允许 功率 4.5 0.753.375 cmcc kwkwpp 。 故校验合格。最终确定: 4.0,300 / min,390/ min,118/ min,0.1/ pcczf anrvmmvmmfmm z 6)计算基本工时 / ,176 m l v llylt 查切削手册表 3. 26，入切量及超切量为： 40y 则： 0.64min/ f tml v 工序05：粗铣上端面： 刀具，机床与上到工序相同 得出: 20,0.5,163.2/ min p amm amm fm 960 / min,29354/ min,0.31min scm rvmtn 工序06:粗铣左右端面：同时粗铣左右端面，圆盘铣刀一次加工完成不准调头 计算切削用量： 2 p a 由 机械加工工艺手册表15.53可知： 0.20 122.4/ f zmm rfa 由切削用量手册表9.4.8可知： 10.91/ ,1.35 / ,1.70/ ttft m s nr s vm sv 各系数为 0.69 mvmnmf kkk 0.8 svsnsf kkk 所以有 0.34 0.69 0.80.19/vm s 0.75 /nr s 课程设计 14 0.94/vmm s 取 0.792 /47.5 /min t nr sr 1.0/ fc mm sv 所以实际切削速度： min/ 6 . 152,min/55.14 100 0 mmfm d v n 确定主轴转速： 12 17,75lmm lmml min/545/7 100 0 rsr d v n 切削工时： 0.1min j t 工序07：钻孔 13 查机械制造工艺设计手册表3 38 ，取 98/minfmm 查机械制造工艺设计手册表3 42 ，取 11.1/minvm min/272 1000 r d v n 查表机械制造工艺设计简明手册4.2 15 ，机床为 525z ，选择转速 545 / min9.08 / w rr sn 实际切削速度： v= = 1000 ww dn 0.31m/s 1000 1114 . 3 08 . 9 切削工时带入公式：0.36min 21 w j nf lll t 工序08：精铣下端面与工序5相同 工序45：精铣上端面与工序10相同. 工序50： 精铣左右端面与工序15相同 工序11：钻通孔 18 工序步骤与工序 20#相同，代入数据得出结果: 20,0.5,163.2/ min p mm amm fma 960 / min,15/ min,1.45min scm rvmtn 工序12:镗孔到 20 因精镗与粗镗的定位的下底面与 v 型块，精镗后工序尺寸为20.02 0.08 ，与下底 面的位置精度为0.05,与左右端面的位置精度为0.06, 且定位夹、紧时基准重合，故不 课程设计 15 需保证。0.06跳动公差由机床保证。 粗镗孔时因余量为1.9,故, 1.9 p a 查机械制造工艺设计手册2 8 0.4/24/minvm sm 取进给量为 0.02/minfmm min/380 1000 r d v n 故实际切削速度为： min/15 1000 m n d v w w 此时作台每分钟进给量应为： f m min/25.56mm n zff w zm 计算切削基本工时： min45. 1 f yl t m m 工序13:铣槽 加工条件：机床： 6132x 卧式铣.床. 刀具：直齿三面刃铣刀其中 80,18dz 计算切削用量： 10 p a 由机械加工工艺手册表 15-53，表 15-55 可知： 136/ min,132.6/ min f mva 确定主轴转速： 0 375 / min 1000 r v n d 切削工时： 0.75min m t 第 6 章 铣 20 端面夹具设计 课程设计 16 本次设计的夹具为铣工件 20 圆柱面。以底面作为定位基准面。 6.1 确定设计方案 方案 1 用固定 v 块和可动 v 型块分别夹紧工件左右两圆柱面，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，此方案定位可靠，可实 现完全定位。 方案 2 在2 13 的通孔内插入一限边销限制一个移动自由度，再以两孔的另一个孔 内侧面用两支撑钉限制一个移动自由度和一个转动自由度，此方案从定位原理上是可 行的，夹具结构简单。由于孔及内侧面都未规定精度，及结构原因，夹紧力不宜施加 在此定位元件上，可能出现定位面与定位元件接触不好，所以此方案部宜采用。 经比较本次设计选择方案 1 来为工件定位。 6.2 定位原理图： 6.3 定位误差分析 （1）定位误差 工件的加工误差，是指工件加工后在尺寸，形状和位置三个方面偏离理想工件的 课程设计 17 大小，它是由三部分因素产生的： 1）工件在夹具中的定位、夹紧误差。 此处已删除此处已删除 2）导向元件、对刀元件与定位元件间的位置误差，以及其形状误差导致产生的导 向误差和对刀误差。 3）夹具在机床上的安装误差，即对定误差导致工件相对刀具主轴或运动方向产生 的位置误差。 4）夹紧力使工件与定位元件间的位置误差，以及定位元件、对刀元件、导向元件、 定向元件等元件的磨损。 综上所述 该夹具结构简单,操作方便。 此次设计的夹具有如下优点： (1)操作比较简单，使用方便，制造比较容易，价格便宜； (2)能保证工件的加工精度、稳定产品质量； (3)能提高劳动生产率和降低成本； (4)能改善工人劳动条件，安全生产。夹具使用的一面两销定位可靠性好，定位能力强。 课程设计 18 6.4 夹紧力计算 根据机床夹具设计手表5 37 0 9.81 zfyf ff fkfc d 查表知： 180 1.0 0.75 f f f y c x 根据机床夹具设计手册表2.4 8 取 24/minvm ， 002/fmm r 380 / min 1000 r v n d 在计算切削力时必须考虑安全系数: 1234 k k kkk 式中： 1 2 3 4 1.4 0.9 0.9 1.0 k k k k 安全系数在夹紧力与切削力相反时后： 1234 k k kkk 0 9.81 zfyf ff fkfc d 950.6n 而 1 kff 3k 所以 1 kff 1425.9n 课程设计 19 设计心得 1.归纳总结了夹具的概念、分类、设计原则等基础理论知识。 2.设计了铣床夹具，并完成了一系列的 cad 图形生成，对 cad 软件的学习加深了。 3.学会了充分地利用网络资源查阅相关资料，以及借助前人的研究成果寻求解决 课程设计 20 问题的思维方法，对新信息和新知识及时做笔记。 4.对所学习知识点进行查漏补缺，并了解学习了新的知识，开阔了视野，拓宽了 自己的知识面。同时培养个人一定的创新思维。 5.对大学三年所学到的东西进行了归纳总结，进一步完善了自己的知识结构。 6.学会了查阅各种设计书籍，为明年的毕业设计做了一定的准备。 作为机械制造专业的学生，最基本也是最实用的就是机械加工工艺规程的制定和 工装夹具的设计。通过毕业设计，我更为深入的掌握了机械加工工艺规程的设计和工 装夹具设计的基本步骤和方法。 基由于设计时间有限，该设计中的疏忽和缺陷在所难免，夹具设计中依然存在许 多漏洞和不足之处，因此，在以后还需对该设计进行必要的修补和完善工作，再次感 谢老师的的多次批评、指正。 参考文献 1 李昌年. 机床夹具设计与制造m.机械工业出版社,2007. 2 李益民.机械制造工艺设计简明手册m.机械工业出版社,1999. 3 艾兴,肖诗纲.切削用量简明手册第三版m.机械工业出版社,2007. 4 孙丽媛.机械制造工艺及专用夹具m.冶金工业出版社,2002. 5 吴宗泽，罗圣国.机械设计课程设计手册m.高等教育出版社,2006. 课程设计 21 6 李洪.机械加工工艺手册m.北京出版社,1996. 7 孟少龙.机械加工工艺手册m.机械工业出版社,1991. 8 崇凯.机械制造技术基础课程设计指南m.化学工业出版社,2007. 9 肖继德，陈宁平.机床夹具设计m. 机械工业出版社,2004. 附录 机械加工工艺过程卡片 产品 型号零件图号第 1 页 长沙大学 机电工程系 机械加工工艺 过程卡片产品 名称 气 门 摇 杆 轴 支 座 零件名称 气 门 摇 杆 轴 支 座 共 1 页 材料 牌号 h