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机械制造技术基础课程设计说明书设计题目： 气门摇杆轴支座机械制造工艺及钻孔夹具设计 学生姓名：学 号：系 别：专业班级：指导教师：起止时间： 机械制造技术基础课程设计任务书学生姓名专业班级指导教师姓名及职称设计题目气门摇杆轴支座机械制造工艺及钻孔夹具设计设计内容1、 产品零件图1张2、 产品毛坯图1张3、 机械加工工艺过程卡片1份4、 机械加工工序卡片1张5、 夹具设计装配图（1号图）1份6、 夹具零件图：夹具体零件图1张7、 课程设计说明书1份注：零件年产量5000台/年进度安排1、 零件工艺审查，选择毛坯并绘制毛坯图（1天）。2、 机械加工工艺规程设计：1） 选择加工方法和方案，拟定工艺路线（1天）。2） 进行工序设计计算（2天）3） 填写工艺过程卡和钻加工工序卡（2天）3、 夹具设计：1） 设计钻孔工序的钻床夹具机构方案，绘制夹具设计装配图草图（2天）。2） 绘制夹具装配图，1#图幅1张（2天）。3） 绘制夹具体零件图1张（2天）。4、 编写课程设计说明书10页（2天）5、 课程设计答辩（1天）主要参考文献1、 黄健求机械制造技术基础第二版机械工业出版社2、 崇凯机械制造技术基础课程设计指南化学工业出版社本任务书与课程设计说明书一并装订（封面后一页）存档。序言大三第二学期我们进行了机械制造技术基础课程的学习，并且在大二第一学期也进行过金工实习。为了巩固所学知识，在我们进行毕业设计之前对所学各课程的进行一次深入的综合性的总复习,也是作为一次理论联系实际的训练，我们进行了本次课程设计。通过这次课程设计，对自己未来将从事的工作进行了一次适应性训练，从中锻炼了自己分析问题、解决问题的能力，同时，在课程设计过程中，我们通过认真查阅资料，切实地锻炼了我们自我学习的能力。另外，在设计过程中，经过老师的悉心指导和同学们的热心帮助，我顺利完成了本次设计任务。由于能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予批评指正。目录一、零件的分析11、零件的作用22、零件的工艺分析23、确定生产类型2二、确定毛坯31、确定毛坯种类32、确定铸件加工余量及形状33、绘制毛坯图4三、工艺规程设计51、选择定位基准：52、制定工艺路线53、机械加工余量、工序尺寸及公差的确定54、确定11孔及其相关工序的切削用量及基本工时6工序 粗铣11上端面，以T2为粗基准6工序 粗、精铣11下端面，以T1 为定位基准7工序 粗、精铣18前后端面，以T4 为定位基准8工序 钻、扩18孔，以T4 做定位基准，孔精度要求为IT12.59工序 钻、扩11 孔，以D1 为基准10四、 夹具设计121、定位基准选择122、钻削力及夹紧力计算123、定位误差分析134夹具设计及操作的简要说明13参考文献14一、零件的分析1、零件的作用气门摇杆轴支座是柴油机摇杆座的结合部，用于连接汽油机与遥杆。18（0+0.027）孔装摇杆轴，摇杆座通过11孔用M10螺杆与汽缸盖连接，16（0+0.11）孔装另一摇杆轴，作双杆联动。2、零件的工艺分析零件的材料为HT200，灰铸铁生产工艺简单，铸造性能优良，但塑性较差、脆性高，切削性能良好。以下是气门摇杆轴支座需要加工的部位以及加工部位之间的位置要求：1）11孔分别与18孔和16孔有不大于0.010的垂直度要求，粗糙度要求为11孔内表面R12.5，16孔内表面R1.6；2）11孔与上下端面间垂直度公差为0.10mm，粗糙度要求为上端面R12.5，下端面R6.3；3）18孔与前后端面间垂直度公差为0.10mm，粗糙度要求为前后端面R3.2；4）16孔与前后端面间垂直度公差为0.10mm，粗糙度要求为前后端面R12.5；5）11孔的上下端面之间的平行度公差为0.07mm。由上面分析可知，可以粗加工支座11孔上下端面和18孔前后端面，然后以此作为基准采用专用夹具进行加工，并且保证位置精度要求。再根据各加工方法的经济精度及机床所能达到的位置精度，并且此拨叉零件没有复杂的加工曲面，所以根据上述技术要求采用常规的加工工艺均可保证。3、确定生产类型依题目条件已知零件年产量5000个/年，取备品率=10%、废品率=1%；N=Qn1+1+ =500011+0.11+001 =5555式中Q 产品的年产量，台/年； n 每台产品中该零件的数量，件/台； 备件的百分率，%； 废品的百分率，%。生产节拍：在大量生产中，生产连续两个产品之间的时间间隔称为节拍。即=TN=2350605555=25.4min式中接拍时间； T年时基数，一班生产T=2350h，二班生产T=4600h； NT时间内生产出来的产品数量。查机械制造技术基础课程设计指南第7页表2-1得，该零件生产类型为大批生产。二、确定毛坯1、确定毛坯种类零件材料为HT200。考虑零件结构比较简单，生产类型为大批生产，故选择砂型机造型毛坯。查机械制造技术基础课程设计指南第121页表5-1,选用铸件尺寸公差等级为CT-11。2、确定铸件加工余量及形状查机械制造技术基础课程设计指南第123页表5-5，选用加工余量为MA-H 级，并查表5-4确定各个加工面的铸件机械加工余量，铸件的分型面的选用及加工余量，如下表所示：简图加工面代号基本尺寸加工余量等级加工余量说明T137H5单侧加工T239H5单侧加工T316H5单侧加工T436H5单侧加工D118H孔降一级双侧加工D216H孔降一级双侧加工D311H孔降一级双侧加工3、绘制铸件毛坯图三、工艺规程设计1、选择定位基准 粗基准的选择：以零件的11孔下端面为主要的定位粗基准。 精基准的选择：考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，由“基准重合”原则和“基准统一”原则，以粗加工后的11孔下端面为主要定位精基准。2、制定工艺路线（工艺卡附尾页）根据零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能达到的经济精度，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工具卡,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。查机械制造技术基础课程设计指南第95页，选择零件的加工方法及工艺路线方案如下：工序 粗铣11上端面，以T1 为粗基准；工序 粗铣11下端面，以T1 为定位基准；工序 精铣11下端面，以T2 为基准；工序 粗铣18前后端面，以T4 为定位基准； 工序 精铣18前后端面，以T4 为基准；工序 粗铣16前后端面，以T4 为定位基准； 工序 钻、铰18孔，以T4 做定位基准；工序 钻、扩11 孔，以D1 为基准；工序 钻、铰16 孔，以D1 和零件对称中线为基准；工序 铣断，以D1 为基准；工序 去毛刺；工序 终检。3、机械加工余量、工序尺寸及公差的确定 圆柱表面工序尺寸：前面根据资料已初步确定工件各面的总加工余量，现在确定各表面的各个加工工序的加工余量如下：加工表面加工内容加工余量精度等级工序尺寸表面粗糙度工序余量最小最大18IT9（D1）钻16IT1216 +0.5 015.516.5扩1.5IT1017.5 +0.1 012.51.41.6铰0.5IT918 +0.027 06.30.4730.52716IT7（D2）钻14IT1214 +0.5 013.514.5扩1.2IT1015.2 +0.3 06.30.91.5粗铰0.6IT815.8 +0.2 03.20.40.8精铰0.2IT716 +0.11 01.60.090.3111IT12（D3）钻10IT1310 +0.5 09.510.5扩1IT1211 +0.05 012.50.951.05 平面工序尺寸：工序号工序内容加工余量基本尺寸经济度工序尺寸偏差工序余量最小最大铸件5.0CT122.501粗铣11上端面4.040120 +0.2502粗铣11下端面4.040120 +0.2503粗铣18前后端面4.038120 +0.2504粗铣16前后端面4.017120 +0.3508精铣11下端面1.03980.0309精铣18前后端面1.03780.14、确定11孔及其相关工序的切削用量及基本工时工序 粗铣11上端面，以T2为粗基准1）加工条件工件材料：HT200,b =170240MPa，铸造后需加工面尺寸：aemax=22mm;加工要求：粗铣11孔上端面，加工余量4mm;机床：X51立式铣床；刀具：YG6硬质合金端铣刀。铣削宽度ae90,深度ap6,齿数z=12,根据机械制造技术基础课程设计指南172页表 5-106，取刀具直径d0=40mm。根据表 5-151，选择刀具前角05后角08，副后角0=10，刃倾角s=10,主偏角Kr=60,过渡刃Kr=30,副偏角Kr=5。2）切削用量确定切削深度ap余量4mm，即选择ap=4mm，一次走刀。确定每齿进给量fz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铣，以提高进给量提高加工效率。根据指南表5-61，使用YG6硬质合金端铣刀加工，机床功率为4.5kw（据指南表5-78，X51立式铣床）时：fz=0.090.2mm/z故选择：fz=0.2mm/z。确定刀具寿命根据指南表5-，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为1.5mm；由于铣刀直径d0=20mm，故刀具使用寿命T=180min（据指南表5-）。计算切削速度vc和每分钟进给量vf根据指南表5-79，初选nc=210r/min,vfc=255mm/min,因此，实际进给量和每分钟进给量为：vc=dn1000=3.14202101000m/min=13.2m/minf zc=v fc/ncz=210/(25512) mm/z=0.1mm/z3）计算基本工时tm2*L/ nc*fz，L=l+ y+，l=22mm.查切削手册表3. 26，入切量及超切量为：y+=5mm，则：tmL/ Vf=(22+5)/210*0.2=0.64min。工序 粗、精铣11下端面，以T1 为定位基准切削速度底面铣削余量为5mm，粗铣削余量为4mm，精铣削余量为1mm；粗铣取每齿进给量为fz0.2mm/z，ap=4mm走刀一次；精铣取每齿进给量为fz0.05mm/z，ap=1mm走刀一次；粗铣同上初选主轴转速nc=210r/min，精铣选nc=300r/min；需加工面大小aemax=22mm，l=36mm；选铣刀直径d0=20mm则切削速度分别计算如下vc=dn1000=3.14202101000m/min=13.2m/minvj=dn1000=3.14203001000m/min=18.9m/min切削工时Tm粗=L/ Vf=(40+10)/2100.2=1.19minTm精=L/ Vf=(37+10)/3000.2=0.78min。工序 粗、精铣18前后端面，以T4 为定位基准刀具：YG6硬质合金端铣刀， d0 = 25 mm, z =6机床：X51立式铣床根据指南表5-153查得粗铣取每齿进给量为fz0.1mm/z，ap=4mm走刀一次；精铣取每齿进给量为fz0.05mm/z，ap=1mm走刀一次；需加工面大小aemax=28；现采用X51立式铣床，查指南4.2-36 取nw粗=210r /min ，nw精=300r /min故实际切削速度vc=dnw粗1000=3.14252101000m/min=16.5m/minvj=dnw精1000=3.14253001000m/min=23.6m/min工作台每分钟进给量分别为 f m粗 =f z z n w =0.16210 =126mm/minf m精 =f z z n w =0.05 6 300 =90mm/min 查指南，取f m粗 =140mm/min； f m精 =100mm/min计算切削工时L = 28 + y + D = 28 +10 = 38mm因此tm粗=L/ f m粗=38/126=0.3mintm精=L/ f m精 =38/90=0.4min工序 钻、扩18孔，以T4 做定位基准，孔精度要求为IT12.51）选择钻头、钻床根据切削手册表2.1.2.2，选择高速钢直柄麻花钻钻头，粗钻时do=14mm，钻头采用双锥后磨横刀，后角o12，二重刃长度b=3.5mm,横刀长b=2mm,宽l=4mm,棱带长度l1 =1.5 mm， = 100 ， = 30 。根据指南表5-68，由do=14mm，选择摇臂钻床型号Z3025。2）选择切削用量确定进给量按加工要求确定进给量：查指南表5-135， f = 0.61 0.75mm/ r，l /d = 37/14=2.643，由指南表5- ，取系数为0.62,则：f = (0.61 0.75) 0.62 = (0.378 0.465)mm/ r按钻头强度选择:查指南表5-127 ,钻头允许进给量为：f = 2.0mm/ r；按机床进给机构强度选择：查指南表5-78，机床进给机构允许轴向力为8330N时，进给量为f = 0.93mm/ r。以上三个进给量比较得出，受限制的进给量是工艺要求，其值为：0.378 0.465mm/r。根据指南表5-130,最终选择进给量f = 0.42mm/ r。由于是通孔加工，为避免即将钻穿时钻头折断，故应在即将钻穿时停止自动进给而改为手动进给。根据指南表5-131查出,钻孔时轴向力Ff=2500N，轴向力修正系数为1.0，故Ff=2500N。根据Z3025立式摇臂钻床使用说明书，机床进给机构允许的最大轴向力为7848NFf，故所选进给量可用。确定钻头磨钝标准及寿命后刀面最大磨损限度（查指南）为0.6mm，寿命T = 45min3）计算工时由指南表5-132查得HT200为第5类加工特性由指南表5-131查的v=选定f = 0.22mm/ r，n = nc = 1082r /min，vc = 15.4m/min则tm=Lnf=37+610820.22min=0.18min4）扩孔至17.5确定进给量查指南表5-70，扩孔进给量为： f = 0.63 1.00mm/ r，并由机床使用说明书最终选定进给量为： f = 0.80mm/ r。根据资料，切削速度v = 0.4v钻，其中v钻为用钻头钻同样尺寸实心孔时的切削速度，故v = 0.4 9.5 = 3.8m/minns=10003.817.5min=69.12m/min根据机床使用说明书选取nw = 80r /min。基本工时t=L+y+800.8=37+6800.8min=0.67min工序 钻、扩11 孔，以D1 为基准1）选择钻头根据切削手册表2.1.2.2，选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=10mm，钻头采用双锥后磨横刀，后角o12，二重刃长度b=2.5 mm,横刀长b=1.5mm,宽l=2mm,棱带长度l1 =1mm ， = 100 ， = 30 2）选择切削用量确定进给量查指南表5-68 ， f = 0.4 0.5mm/ r，l /d = 39/10 =3.93，即选系数为0.5,则：f = (0.4 0.5) 0.5 = (0.20 0.25)mm/ r按钻头强度选择:查切削手册表2.8,钻头允许进给量为：f = 2.0mm/ r；按机床进给机构强度选择：查切削手册表2.9，机床进给机构允许轴向力为8330N时，进给量为f = 0.93mm/ r。以上三个进给量比较得出，受限制的进给量是工艺要求，其值为：0.200.25mm/r。根据指南表4.2-16,最终选择进给量f = 0.22mm/ r。由于是通孔加工，为避免即将钻穿时钻头折断，故应在即将钻穿时停止自动进给而改为手动进给。确定钻头磨钝标准及寿命后刀面最大磨损限度（查指南）为0.6mm，寿命T = 45min切削速度查指南表2-13，切削速度计算公式为：vc=Cvd0zvTmapxvfyvkv（m/min）其中，Cv = 9.5，d 0 = 10mm，zv = 0.25，m = 0.125，ap = 9，xv = 0，yv = 0.55，f = 0.22，查得修正系数：kTv = 1.0，=，klv = 0.85，ktv = 1.0，故实际的切削速度：vc=9.5100.25450.12510.220.550.85=3.88m/min检验机床扭矩及功率查指南表5-68得Mm =196.2 Nm。查切削手册表2.23,钻头消耗功率：Pc=1.3kw。查机床使用说明书，PE = 2.80.8 = 2.24kw。由于McMm，PCPE，故切削用量可用，即：f = 0.22mm/ r，n = nc = 1082r /min，vc = 15.4m/min3）计算工时tm=Lnf=39+810820.22min=1.19min4）扩孔至11查指南表5-70，扩孔进给量为： f = 0.63 1.00mm/ r，并由机床使用说明书最终选定进给量为： f = 0.81mm/ r。根据资料，切削速度v = 0.4v钻，其中v钻为用钻头钻同样尺寸实心孔时的切削速度，故v = 0.4 9.5 = 3.8m/minns=10003.811min=109.96m/min根据机床使用说明书选取nw = 125r /min。基本工时t=L+y+1250.81=39+61250.81min=0.44min该道工序工序卡附尾页四、 夹具设计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。由任务分配设计第9道工序钻、扩11 孔的钻床床夹具。本夹具将用于Z3025立式摇臂钻床，刀具为高速钢麻花钻钻头。本夹具主要用来铣断工件，使之分离成为两个零件，由于本道工序已经是加工的最后阶段，而且是中批量生产，因此要保证加工的精度，所以，本道工序加工时，主要应该考虑如何提高精度，在此基础上在一定程度上提高劳动生产率，降低劳动强度。1、定位基准选择考虑工件的加工结构，可以采用“两面一销”的定位方式。以18mm的孔作为螺纹销的定位孔，而以11孔的下端面作为主要定位面，以R10下的5mm凸台作为辅助定位面。同时考虑到生产率要求不是很高，故可以采用手动夹紧。2、钻削力及夹紧力计算刀具：高速钢麻花钻头，d0为10mm，由指南表2-15查得轴向力公式：Ff=CFd0zFfyFkF其中，kF=kMF=（HBS190）nF则CF=420，d0=10，zF=1.0，f=0.5，yF=0.8，nF=1.1计算得Ff=420101.00.50.81.06=2557N根据指南表2-19查出，轴向力修正系数为1.0，故Ff=2557N。根据Z3025立式钻床使用说明书，机床进给机构允许的最大轴向力为7848NFf，故所选进给量可用。3、定位误差分析前几道工序中已经使工件尺寸达到要求，零件中定位孔尺寸为18 +0.027 0mm ，与定位销的配合尺寸为18 H7 n6，由相关手册查得，定位销尺寸为18 +0.032 +0.021，因此可以求得其最大间隙为D max = 0.027 -0.021 = 0.006mm，满足精度要求。4夹具设计及操作的简要说明如前所述，由于是中、大批量生产，故采用手动夹紧即可满足要求。夹具装有对刀块，可以使夹具在一批零件的加工之前很好地对刀（与塞尺配合使用）；同时夹具体底面的一对定位键可以使整个夹具在机床工作台上有一个正确的安装位置，以有利于钻削加工。夹具装配图见下图参考文献1 赵家奇机械制造工艺学课程设计指导书 第2版，机械工业出版社，2000.10.2艾兴,肖诗纲切削用量简明手册第3版， 机械工业出版社，1997.83黄健求机械制造技术基础机械工业出版社，2011.64李益民机械制造工艺设计简明手册机械工业出版社，1993.45王明珠工程制图学及计算