配气机构横臂零件工艺规程设计及铣、钻夹具设计【3张CAD图纸、工艺卡片和说明书】

摘  要

本课题来源于生产实践，充分利用所学的机械制图、机械设计及机械制造等课程，了解针对配气机构的特点，通过CAD软件，利用该软件制图功能，完成配气机构横臂零件铣钻孔夹具的设计。
在课题的研究设计阶段，首先从众多的零件中选择一个作为设计夹具的零件。针对该零件的结构特点，制定该零件的加工工艺。其次要了解夹具的相关知识，结合零件的结构特点选择需要的夹具元件，设计出夹具的大体结构。机床夹具作为一种重要的工艺装备在机械制造工艺过程中起着十分重要的作用，它的设计不但要保证工件的加工质量，提高加工效率，降低成本，在操作维护中安全方便还要注意到夹具结构的标准化，夹具制造的精密化。为了保证夹具组装精度，需要学习了解工件定位原理。根据这些原理结合零件的结构特点确定零件在夹具中以一面两孔作为定位，计算夹具的定位精度与夹紧力保证零件在夹具上的加工精度。然后使用CAD绘图软件参考《夹具设计手册》绘制夹具元件的机械图，完成夹具的设计。

关键词：CAD 加工工艺 工件定位

目  录

前言 1
第一章  配气机构的简介 2
1.1配气机构的工作原理 2
1.2配气机构的优点及应用 2
1.3配气机构横臂零件的作用 3
第二章  配气机构横臂零件的机械加工工艺规程 4
2.1配气机构横臂零件的工艺分析 4
2.2配气机构横臂零件的机械加工工艺规程 4
2.2.1工艺规程的作用 4
2.2.2生产类型的确定 5
2.2.3材料及毛坯的选择 5
2.3配气机构横臂零件加工工艺过程的设计 5
2.3.1定位基准的选择 5
2.3.2加工方法的选择 6
2.3.3加工顺序的安排 6
2.3.4配气机构横臂零件零件加工工艺过程的确定 7
2.4工序设计 9
2.4.1工时定额的计算 9
2.4.2机床的选择 9
2.4.3工艺装备的选择 9
2.4.4加工余量及工序尺寸的确定 9
2.4.5具体的工序计算过程 10
第三章  专用夹具设计 23
3.1夹具的设计要求 23
3.2铣无凸台面夹具设计-铣床专用夹具 23
3.3钻Φ16孔及M18孔夹具设计-钻床专用夹具 24
结论 26
谢辞 27
参考文献 28

前  言
本课题来源于配气机构横臂零件的生产制造。本课题要求对配气机构横臂零件进行合理的工艺规程设计，包括零件每一道工序的选用设备、切削刀具、切削用量、定位方式等，并要求对铣无凸台面和钻Φ16孔、M18孔进行夹具设计。其目的是把所学的机械制造工艺，金属切削原理及工艺装备设计基础知识与计算机辅助设计方法结合起来，加强理论知识并锻炼实践和动手的能力。
在设计加工柴油机配气机构中的气门横臂时，首先要清楚配气机构在柴油机中所起到的作用。配气机构是柴油机换气过程的控制结构，它根据汽缸工作循环的要求，按发火顺序和配气相位，准确地使汽缸排除废气，吸入新鲜空气。它对柴油机的工作性能，可靠性和耐久性有很大的影响。因此在生产时可靠的生产加工工艺和组装工艺是非常重要的。
配气机构的动作如下：曲轴通过正时齿轮驱动凸轮轴，凸轮轴上的凸轮顶起挺住、推杆，经调节螺钉摇臂摆动。摇臂的另一端通过横臂、气门、锁夹和弹簧座压缩气门弹簧，使两个同名气门下行，逐渐开启气门。当凸轮转过最大升程后，挺住和推杆下移，摇臂和横臂逐渐减少对弹簧的压缩，由弹簧复原弹力顶起弹簧座，推动气门关闭，封闭气缸。
横臂的作用是将推杆传来的运动传给气门。横臂上设有气门间隙调节螺钉和锁紧螺母，以保证必要的气门冷态间隙。气门横臂为了保证同名气门同时启闭，设有调节螺钉和锁紧螺母。
夹具设计必须满足工艺要求，结构性能可靠，使用安全，操作方便，有利于实现优质、高产、低耗，改善劳动条件，提高标准化、通用化、系列化水平。在设计时还应尽量采用有关的国家标准、行业标准、企业标准。这些都是一个好的夹具产生之前必不可少的条件。
此次设计，在老师的指导下，将所学的理论知识与实际问题相结合，达到了巩固、扩大、深化知识的目的，提高了分析问题解决问题的能力，进一步锻炼了有关设计、计算、绘图等方面的实际动手能力，为今后更好的走向工作岗位打下了坚实的基础。

第一章  配气机构的简介
1.1配气机构的工作原理
配气机构的组成：配气机构由凸轮轴、挺杆、推杆、摇臂、摇臂轴、气门弹簧及气门导管等一些相关部件组成。
凸轮轴在发动机上的布置有下置，侧置和顶置。现代发动机上常采用顶置式，它位于气缸盖上。凸轮轴直接通过摇臂驱动气门，省去了一大套如挺杆、推杆等往复运动的部件，很适用于高转速发动机，但也带来传动轴的困难，由于凸轮轴在气缸盖上，气缸盖拆装较为麻烦，并且喷油器的布置也较困难。另有一种顶置式是凸轮轴的幅轮直接驱动气门。这种形式的优点不但机构简单、惯性小、对凸轮轴的要求不高，故在新式汽车应用广泛。
那么凸轮轴是靠什么带动使它旋转的呢?
最早形式的汽车多采用正时齿轮传动，曲轴转动时通过它前端的一对齿轮来带动凸轮轴，有时还增加一个中间齿轮(惰轮)。为了降低传动的噪声，使啮合平稳，正时齿轮多用夹布胶木制成，且为斜齿。在顶置气门传动机构上多采用链条传动或皮带传动。皮带的基体为氯丁橡胶，中间夹入玻璃纤维或尼龙织物，强度高，噪声小，质量小，价格低，近年来己广泛用。
一般发动机每个气缸只有一个进气门和一个排气门。为了提高充气效率，现在多采用多气门技术，例如每个气缸有4个气门。这种多气门结构对燃油直接喷射的发动机特别有利，喷油器布置在燃烧室中央，点火燃烧途径均匀，各气门的开度也可适当减小。
每缸采用4气门时，气门排列有两种：一是进气门和排气门混合排；另一种是进气门和排气门各自排成一列。前者的所有气门由一根凸轮轴通过T形杆驱动，但因气门在进气道中所处位置不同，而导致工作条件和效果不好，后者则无比缺点，但需配备两根凸轮轴，凡遇见DOHC字样，就是指顶置式双凸轮轴。近年来推出的发动机多采用这种形式，当然每个气缸气门数多于4个的也不鲜见，主要目的不外是为了提高充气效率罢了。
1.2配气机构的优点及应用
四冲程汽车发动机都采用气门式配气机构。其功用是按照发动机的工作顺序和工作循环的要求，定时开启和关闭各缸的进、排气门，使新气进入气缸，废气从气缸排出。所谓新气，对于汽油机就是汽油与空气的混合物，对于柴油机则为纯净的空气。
　　进入气缸内的新气数量或称进气量对发动机性能的影响很大。进气量越多，发动机的有效功率和转矩越大。因此，配气机构首先要保证进气充分，进气量尽可能的多；同时，废气要排除干净，因为气缸内残留的废气越多，进气量将会越少。其次，配气机构的运动件应该具有较小的质量和较大的刚度，以使配气机构具有良好的动力特性。
　　气门式配气机构由气门组和气门传动组两部分组成，每组的零件组成则与气门的位置、凸轮轴的位置和气门驱动形式等有关。现代汽车发动机均采用顶置气门，即进、排气门置于气缸盖内，倒挂在气缸顶上。凸轮轴的位置有下置式、中置式和上置式三种。气门驱动形式则有摇臂驱动、摆臂驱动和直接驱动三种类型。
配气机构的功用是按照发动机每一气缸内所进行的工作循环和发火顺序的要求，定时开启和关闭各气缸的进、排气门，使新鲜充量得以及时进入气缸，废气得以及时从气缸排出；在压缩与膨胀行程中，保证燃烧室的密封。新鲜充量对于汽油机而言是汽油和空气的棍合气，对于柴油机而言是纯空气。
1.3配气机构横臂零件的作用
1）横臂零件的作用：
横臂零件的作用是将推杆传来的运动传给气门。横臂上设有气门间隙调节螺钉和锁紧螺母，以保证必要的气门冷态间隙。气门横臂为了保证同名气门同时启闭，设有调节螺钉和锁紧螺母。
2）优点：
结构简单。
保证同名气门同时启闭。
造价低廉。
性价比高。
3）缺点：
适用范围小。
工艺复杂。

第二章  配气机构横臂零件的机械加工工艺规程
2.1配气机构横臂零件的工艺分析
配气机构横臂零件（气门横臂）主要是起到让两个同名气门同开同闭的功能：
横臂零件的Φ22H8孔在配气机构中起到了动作的导向作用，保证其在运动时的精确度，它是部件装备时的装配基准，要与横臂导相配合，因此它本身应有较高的位子精度，它也是其他孔、槽、端面的设计基准，其中心线与其他孔、槽又有平行度和垂直度的要求，故其加工精度要求达到Φ和表面粗糙度要求达到Ra3.2μm。
M18孔用来装配调节螺钉、锁紧螺母，本身有一定的尺寸精度要求，其轴线与Φ22H8又有不平行度的要求，与锥孔Φ23同轴度不超过0.06，下端还需与气门弹簧、弹簧座相装配。
Φ16孔下端面的槽是用来连接两同名气门中固定的气门的，是另一个气门的调节基准，它的加工精度要求达到和表面粗糙度要求达到Ra3.2μm。
19×8槽需要与弹簧座、气门弹簧配合，本身有一定的尺寸精度要求，且与孔Φ22H8的不垂直度为0.05。
大端端面与摇臂相配合，表面粗糙度要求较高，需达到Ra0.8μm，其中要求材料要进行热处理后，达到一定的刚度。
M18孔上端30度的锥孔用来连接两同名气门中浮动的气门，要求尺寸Φmm，表面粗糙度要求达到Ra6.3μm为一般加工精度。
零件中Φ5孔都是用来存放润滑油，加工要求不高Ra12.5μm。2个Φ6孔是在Φ5孔的基础上加工完成的，与Φ5孔的同轴度不超过0.4，对称度不超过0.4。
其余的加工表面要求一般精度即可。采用一些通用机床和最普通的加工方法。
综上分析可得，气门横臂的加工主要以Φ22H8孔为基准，故先加工Φ22H8孔及大端端面，然后以Φ22H8孔和大端端面为定位基准加工其他的表面，来保证加工基准和设计基准的统一，从而达到要求的位置精度。
2.2配气机构横臂零件的机械加工工艺规程
2.2.1工艺规程的作用
工艺规程是规定产品或零部件制造工艺过程和操作方法等的工艺文件。工艺规程的作用：
（1）工艺规程指导生产的主要技术文件；
（2）工艺规程是生产组织和生产管理工作的依据；
（3）工艺规程是新建、扩建或改建机械制造厂的主要技术资料。
因此，零件的机械加工工艺规程是每个机械制造厂或加工车间必不可少的技术文件。生产前用它做生产的准备，生产中用它做生产的指挥，生产后用它做生产的检验。工厂或车间的每个工人、技术人员和干部都必须按照工艺规程进行生产，以确保产品质量，提高生产率，降低成本和安全生产。零件的机械加工工艺规程作用重大，必须认真做好。
2.2.2生产类型的确定
根据零件的生产纲领来确定生产类型。生产类型将直接影响工艺规程的内容和生产的组织形式。横臂零件的生产属于中批生产。因此，工件的互换性好，毛坯多用型材，精度中等，加工余量中等，多采用专用机床、专用夹具（加工精度基本由其保证）等，并且工艺规程要详细、规范。