设计气门摇杆轴支座

机械制造工艺学课程设计说明 书 题目 ：设计气门摇杆轴支座零件的机械加工工艺规程及专用夹具 内容 ：（ 1）零件图 1 张 (2)毛坯图 1 张 （ 3）机械加工工艺规程卡片 12 张 （ 4）夹具装配总图 1 张 （ 6）夹具零件图 1 张 （ 7）课程设计说明书 1 份 原始资料 ：该零件图样一张；生产纲领 5000 件 /年。 班级 ： 06 级机制 （ 4）班 学生： 叶军 学号： 606014035 指导老师： 蒋克荣 时间： 2009 年 6 月 22 日 机械制造技术课程设计任务书 机械工程系 06 级机制（ 4）班适用 按照分组要求（全班同学共 39 人，分为 13 个小组，每组 3 名同学），每组同学在提供的备选题中选择一种零件。 一、 设计题目： 编 制 零件机械加工工艺规程。 二、 设计依据： 零件资料：（每小组）该零件图样一张； 生产纲领：年产量 5000 件 /年； 生产班次：每日 1 班，全年按 300 天计算。 三、 设计内容： 、 绘制零件、毛坯图各一张（ 3#图）； 、 编制零件工艺规程，绘制并填写工艺规程卡片； 、 绘制并填写零件重点工序加工工序卡； 、 编写零件机械加工工艺规程及工艺装备设计计算说明书。 四、 设计要求： 工艺规程可行，参数选择正确，设计计算准确，文字语句通顺，视图绘制规整。 五、 设计时间： 三 周（有效日 21 天）。 具体分配如下： 布置任务、准备资料 1 天 参数选择及计算 5 天 绘制零件 、 毛坯合图 3 天 编制工艺规程并填写工艺规程卡片 4 天 绘制指定重点工序的工序卡片 3 天 整理设计计算说明书及答辩 3 天 六、 参考资料： 、 机械制造基础相关教材 、 互换性与技术测量相关教材 、 机械工艺师设计手册 零件图 附图 1：气门摇杆轴支座 目录 第一部分： 设计目的 1 第二部分：设计步骤 一、零件的作用 1 二、确定毛坯，画毛坯 、 零件图 2 三、工艺规程设计 3 四、加工工序设计 8 五、 工序尺寸的计算 10 六、 确定切削用量时 及基本工时 七、 夹具设计 八、填写机械加工工艺卡和机械加工工序卡 第一部分 设计目的： 机械制造工艺学课程设计是在学完了机械制造工艺学 (含机床夹具设计 )和大部分专业课，并进行了生产实习的基础上进行的一个教学环节。这次设计使我们能综合运用机械制造工艺学中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决工艺问题。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，拟 订夹具设计方案，完成家具结构设计的能力，也是熟悉和运用有关手册，图表等技术资料及编写技术文件技能的一次实践机会，为今后的毕业设计及未来从事的工作打下良好的基础。 由于能力所限，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。 第二部分 一 零件的分析 （一） 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， 20（ +0.10 +0.16）孔装摇杆轴，轴上两端各装一进气门摇杆，摇杆座通过两个 13mm 孔用 M12 螺杆与汽缸盖相连， 3mm 轴向槽用于锁紧摇杆轴，使之不转动。 （二） 零 件的工艺分析 由附图 1 得知，其材料为 HT200。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，下端面，左右端面， 2- 13mm 孔和 20（ +0.1 +0.06） mm 以及 3mm 轴向槽的加工。 20（ +0.1 +0.06） mm 孔的尺寸精度以及下端面 0.05mm 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 13mm 孔的尺寸精度，以上下两端面的平行度 0.055mm。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 20（ +0.1 +0.06） mm 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。 由参考文献（ 1）中有关孔的加工的经济精度机床能达到的位置精度可知上述要求可以达到的零件的结构的工艺性也是可行的。 （三） 确定零件的生产类型 依设计题目知： Q=5000 件 /年，结合生产实际，备品率 a%和废品率 b%分别取 3%和 0.5%。查表 1-3 知气门摇杆支座属轻型零件，计算后由表 1-4 知，该零件生产类型为大批生产。 二确定毛坯，画零件图、毛坯图（ 附图 2） 根据零件材料确定毛坯为铸件，已知零件的生产纲领为 5000 件 /年，通过计算，该零件质量约为 3Kg，其生产类型为大批生产，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。 参考文献（ 1）表 2.3 12；该种铸造公差等级为 CT1011， MA-H 级。参考文献（ 1）表 2.3-12，用查表方法确定各表面的加工余量 确定各表面的加工余量如下表所示： 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 48mm H 4mm 单侧加工 下端面 50mm H 3mm 单侧 加工 左端面 35mm H 3mm 单侧加工 右端面 35mm H 3mm 单侧加工 三、工艺规程设计 （一） 定位基准的选择： 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，实现 V 形块十大平面的定位方式（ V 形块采用联动夹紧机构夹紧） 。 20（ +0.1 +0.06）mm 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。 粗基准的选择：考虑到以下几点要求，选 择零件的重要面和重要孔做基准。 第一， 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。 第二， 镗削 20（ +0.1 +0.06） mm 孔的定位夹紧方案： 方案一：用一菱形销加一圆柱销定位两个 13mm 的孔，再加上底面定位实现，两孔一面完全定位，这种方案适合于大批生产类型中。 方案二：用 V 形块十大平面定位 V 形块采用联动夹紧机构实现对 R10 的外圆柱表面进行定位，再加底面实现完全定位，由于 13mm 孔的秒个精度不需要很高，故用做定位销孔很难保证精度，所以选择方案二。 （二） 制定加工工艺路线 1、 表面加工方法的确定 根据各表面加工要求，和各种加工方法能达到的经济精度，确定各表面及孔的加工方法如下： 加工表面 加工方案 上端面 精铣 下端面 粗铣 左端面 粗铣 精铣 右端面 粗铣 精铣 2 13mm 孔 钻孔 3mm 轴向槽 精铣 20（ +0.1 +0.006） mm 孔 钻孔 粗镗 精镗 因左右两端面均对 20（ +0.1 +0.006） mm 孔有较高的位置要求，故它们的加工宜采用工序集中原则，减少装次数，提高加工 精度 2、工艺路线的确定 根据先面后孔，先主要表面后次要表面和先粗加工后精加工的原则，将 上 端面的精铣和下端面的粗铣放在前面，下端面的精铣放在后面，每一阶段要首先加工上端面后钻孔，左右端面上 20（ +0.1 +0.006） mm孔放后面加工。初步拟订加工路线如下： 工序号 工序内容 铸造 时效 涂漆 00 车上端面 01 钻两通孔 02 精铣下端面 03 铣右端面 04 钻通孔 18mm 05 镗孔 20mm，孔口角 *度 06 铣左端面 07 铣轴向槽 08 检验 09 入 库 上述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。如车上端面，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，故改动铣削加工。 工序 02 应在工序 01 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 13mm 通孔加工精度的影响。 修改后的工艺路线如下： 序号 工序内容 简要说明 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 铸造 时效 涂漆 精铣上端面 精铣下端面 钻两通孔 铣右端面 钻通孔 18 镗孔到 20，孔口倒角 1*45 度 铣左端面 铣轴向槽 检验 入库 消除内应力 防止生锈 先加工粗基准面 加工精 基准 先面后孔 先面后孔 后镗削余量 次要工序后加工 四、 机床设备及工艺装备的选用 由于生产类型为大批生产，故加工设备适宜通用机床为主，辅以少量专用机床的流水生产线，工件在各机床上的装卸及各机床间的传动均由人工完成。 粗铣上端面：考虑到工件的定位夹紧方案及夹具结构设计等问题，采用立铣选择 X1632 立式铣 床。（参考文献（ 1）表 6-18），选择直径 D 为 80mm 立铣刀，参考文献（ 1）表 7-88，通用夹具和游标卡尺。 粗铣下端面：采用上述相同的机床与铣刀，通用夹具及游标卡尺。 精铣下端面：采用上述相同的机床与铣刀，通用夹具及游标卡尺。 粗铣左端面：采用卧式铣床 X6132，参考文献（ 1）表 6 21，采用以前的刀具，专用夹具及游标卡尺。 精铣左端面：采用卧式铣床 X6132,参考文献（ 1）表 6 21，专用夹具及游标卡尺。 钻 2-13mm 孔：采用 Z3025B*10，参考文献（ 1）表 6 26，通用夹具。刀具为 d为 13.0 的直柄麻花钻，参考文献（ 1）表 7 111。 钻 18 孔：钻孔直行为 118mm，选择摇臂钻床 Z3025 参考文献（ 1）表 6 26，采用锥柄麻花钻，通用夹具及量具。 镗 20（ +0.1 +0.06） mm 孔：粗镗：采用卧式组合镗床，选择功率为1.5KM 的 ITA20 镗削头，参考文献（ 1）白喔 88。选择镗通孔镗刀及镗杆，专用夹具，游标卡尺。 五、工序尺寸的计算 工序 06 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 p1 3）粗镗，保证工序尺寸 p2 4）精镗，保证工序尺寸 p3，达到零件设计尺寸 D的要求， D=20 +0.1 +0.06 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， p3=D （ 2）从图知， p3=p2+Z2 ，其中 Z2 是精镗的余量， Z2 =0.2mm，则 p2=p3- Z2 =20-0.2=19.8mm，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 IT12,因此确定该工艺尺寸公差为IT12，其公差值为 0.35mm，故 p2=（ 19.8 0.175） mm； （ 3）从图所示的尺寸链知 ， p2=p1+Z1 其中 Z1 为粗镗的余量， Z1 =1.8mm， p1=p2- Z1 =19.8-1.8=18mm，查参考资料（ 5）中表 1-20 知，确定钻削工序的经济加工精度等级为 IT13，其公差值为 0.54mm，故 p1=（ 18 0.27） mm。 为验证确定的工序尺寸及公差是否合理，还需对加工余量进行校核。 （ 1）余量 Z2 的校 核，在图 b所示的尺寸链里 Z2 是封闭环，故 Z2max=p3max-p2min=（ 20+0.1-（ 19.8-0.175） mm=0.475mm Z2min=p3min-p2max=（ 20-0.1-（ 19.8+0.175） mm=-0.075mm （ 2）余量 Z1的校核，在图 a 所示的尺寸链中 Z1是封闭环，故 Z1 max=p2max-p1min=（ 19.8+0.175-（ 18-0.27） mm=2.245mm Z1 min=p2min-p1max=（ 19.8-0.175-（ 18+0.27） mm=1.355mm 余量校核结果表明，所确定的工序尺寸公差是合理的。 将工序尺寸按“入体原则”表示： p1=18.27-0.540 mm， p2=19.9750-0.35 mm， p3=20 +0.1+0.06 mm 六、 确定切削用量及基本工时 工序：粗铣上端面，保证表面粗糙度要求 Ra12.5 um 经查参考文献（ 1）表 3 12 可得，铣削上端面的加工余量为 4mm，又由零件对上顶端表面的表面精度 RA=12.5mm 可知，粗铣的铣削余量为 4mm。 确定每齿进给量及铣削深度 取每齿进给量为 fz 0.2mm z（粗铣） 铣削宽度 ae=2.5mm，铣削深度 aP =50mm 切削速度： 初步取主轴转速为 150r min（粗铣） 又前面已选定直径为 80mm，故相应的切削速度分别为： 3 . 1 4 / 1 0 0 0 3 . 1 4 8 0 1 5 0 / 1 0 0 0 3 7 . 6 8 / m i nv D n m 粗 切削工时： 粗铣：122 ( ) 2 7 6 5 . 0 7 m i n1 5 0 0 . 2czl l ltc nf 工序：铣削底面 底面铣削余量为 3mm，粗铣的铣削余量为 2mm，精铣余量 1mm，精铣后公差登记为 IT7 IT8。 确定每齿进给量及铣削深度 取每齿进给量为 fz 0.2mm z（粗铣） 取每齿进给量为 fz 0.05mm z（精铣）（ 参考切削手册表 3-3） 粗铣走刀一次 ap 2mm，精铣走刀一次 ap 1mm 切削速度： 初步取主轴转速为 150r min（粗铣），取精铣主轴的转速为 300r min。 又前面已选定直径为 80mm，故相应的切削速度分别为： 3 . 1 4 / 1 0 0 0 3 . 1 4 8 0 1 5 0 / 1 0 0 0 3 7 . 6 8 / m i nv D n m 粗 3 . 1 4 / 1 0 0 0 3 . 1 4 8 0 3 0 0 / 1 0 0 0 7 5 . 3 6 / m i nv D n m 精 符合要求。 切削工时： 粗铣：122 ( ) 2 8 1 5 . 4 m i n1 5 0 0 . 2czl l ltc nf 精铣：122 ( ) 2 8 1 2 . 7 m i n3 0 0 0 . 2czl l ltc nf 故 ：基本时间 5 . 4 2 . 7 8 . 1 m i nCjt t t 基 本 工序：钻 2 13 两通孔 切削用量 刀具选择：选择高速钢麻花钻， do=13mm， 查切削手册 rmmf /86.070.0 26 2 . 0 313l d ， 所以 rmmf /70.0 ，按钻头强度选择 rmmf /55.1 按机床强度选择 rmmf /63.0 ， 最终决定选择机床已有 的进给量 rmmf /48.0 经校验m ax7085 FF f 校验成功。 钻头磨钝标准及寿命： 后刀面最大磨损限度（查切削手册）为 0.5 0.8mm，寿命 min60T 。 切削速度，查切削手册： rmmvc /10 修正系数 0.1TVK 0.1MVK 0.1tvK 5.1Kxv 0.11 vK 10apvK 故 rmmvc /15 01 0 0 0 1 0 0 0 1 5 3 6 7 . 4 / m i n3 . 1 4 1 3svxnrd 查切削手册机床实际转速为 4 2 0 / m incnr 故实际的切削速度 0 1 1 . 8 7 /1000 sc dnv m m r 校验扭矩功率 NmM c 73 NmM m 2.144 所以 mc MM Ec PkwP 0.27.1故满足条件，校验成立。 切削 工时： 7 8 1 0 0 . 3 0 m i n4 2 0 0 . 7mLlt nf 工序：铣 32mm圆拄的右端面 右端面 铣削余量为 3mm，粗铣的铣削余量为 2mm，精铣余量 1mm，精铣后公差登记为 IT7 IT8。 确定每齿进给量及铣削深度 取每齿进给量为 fz 0.2mm z（粗铣） 取每齿进给量为 fz 0.05mm z（精铣）（ 参考切削手册表 3-3） 粗铣走刀一次 ap 2mm，精铣走刀一次 ap 1mm 切削速度： 初步取主轴转速为 150r min（粗铣），取精铣主轴的转速为 300r min。 又前面已选定直径为 80mm，故相应的切削速度分别为： 3 . 1 4 / 1 0 0 0 3 . 1 4 8 0 1 5 0 / 1 0 0 0 3 7 . 6 8 / m i nv D n m 粗 3 . 1 4 / 1 0 0 0 3 . 1 4 8 0 3 0 0 / 1 0 0 0 7 5 . 3 6 / m i nv D n m 精 符合要求。 切削工时： 粗铣：122 ( ) 2 6 3 4 . 2 m i n1 5 0 0 . 2czl l ltc nf 精铣：122 ( ) 2 6 3 2 . 1 m i n3 0 0 0 . 2czl l ltc nf 故 ：基本时间 4 . 2 2 . 1 6 . 3 m i nCjt t t 基 本 工序：钻通孔 18mm 本工序为钻 18mm 通孔， 采用锥柄麻花钻 ，直径 d=18mm，使用切削液 确定进给量 f 由于孔径和深度都很大，宜采用自动进给， fz=0.20mm/r。 选择钻头磨钝标准及耐用度 根据表 5-130，钻头后刀面最大磨损量 为 0.8mm，耐用度 T=50min。 确定切削速度 V 由表 5-132， =670MPa 的 HT200 的加工性为 5 类，根据表 5-127，进给量 f=0.20mm/r，由表 5-131， 可 查得 V=17m/min， n=1082r/min。根据Z3025 立式钻床说明书选择主轴实际转速 . 基本时间 4 2 1 0 0 . 2 4 m i n1 0 8 2 0 . 2mLlt nf 工序：镗孔 20mm，孔口倒角 1 45 粗镗余量参考文献表 取粗镗为 . mm，精镗切削余量为 0.2mm,铰孔后尺寸为 20H8, 各工部余量和工序尺寸公差列于表 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 19.8 精镗 0.2 H8 20H8 孔轴线到底面位置尺寸为 0mm 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 20.020.08mm，与下底面的位置精 度为 0.05mm,与左右端面的位置精度为 0.06mm,且定位夹紧时基准重合，故不需保证。 0.06mm 跳动公差由机床保证。 确定每齿进给量及铣削深度 粗镗孔时因余量为 1.8mm,故 ap=1.8mm, 查文献表 . 4-8 取 0 . 4 / 2 4 / m i nV m s m 取进给量为 0 .2 /f mm r 转速 ： n=1000V/ d=1000*24/（ 3.14*20） =380r/min 功率校验 ： 查文献的 9 . 8 1 6 0z z z p z z zF n F C F a X F V n F R F 1 0 3mzp F V CFz=180, 1zXF 0.75zYF 0znF /9 . 8 1 6 0 1 8 0 2 . 7 5 0 . 2 0 . 7 5 0 . 4 11452oozRfN 0.58P kw 取机床效率为 0.85 0.78*0.85=0.66kw0.58kw 故 机床的功率足够。 工序：铣 32mm圆拄的左端面 左端面 铣削余量为 3mm，粗铣的铣削余量为 2mm，精铣余量 1mm，精铣后公差登记为 IT7 IT8。 确定每齿进给量及铣削深度 取每齿进给量为 fz 0.2mm z（粗铣） 取每齿进给量为 fz 0.05mm z（精铣）（ 参考切削手册表 3-3） 粗铣走刀一次 ap 2mm，精铣走刀一次 ap 1mm 切削速度： 初步取主轴转速为 150r min（粗铣），取精铣主轴的转速为 300r min。 又前面已选定直径为 80mm，故相应的切削速度分别为： 3 . 1 4 / 1 0 0 0 3 . 1 4 8 0 1 5 0 / 1 0 0 0 3 7 . 6 8 / m i nv D n m 粗 3 . 1 4 / 1 0 0 0 3 . 1 4 8 0 3 0 0 / 1 0 0 0 7 5 . 3 6 / m i nv D n m 精 符 合要求。 切削工时： 粗铣：122 ( ) 2 4 3 2 . 8 7 m i n1 5 0 0 . 2czl l ltc nf 精铣：122 ( ) 2 4 3 1 . 4 3 m i n3 0 0 0 . 2jczl l lt nf 故 ：基本时间 2 . 8 7 1 . 4 3 4 . 3 m i nCjt t t 基 本 工序： 铣宽度为 3mm 轴向槽 本工序为铣深 12mm,宽 3mm 的槽。所选刀具为切槽铣刀，铣刀直径 d=3mm， 确定每齿进给量 fZ 根据资料所知，用切槽铣刀加工铸铁，查得每齿进给量 f Z =0.520.10mm/z、现取 fZ =0.52mm/z。 选择铣刀磨损标准及耐用度 根据资料所知，用切槽铣刀加工铸铁，铣刀刀齿后刀面的最大磨损量为0.20mm， 耐用度 T=60min。 确定切削速度和每齿进给量 fzc 根据资料所知，依据铣刀直径 d=3mm， 铣削宽度 ae=3mm，铣削深度 a P =12mm，耐用度 T=60min 时查取 Vc 98mm/s， n=439r/min,Vf=490mm/s。 根据 XA6132 型立式铣床 主轴转速表查取， nc=300r/min,Vfc=475mm/s。 则实际切削 ： Vc =10000 cnd Vc= 3 .1 4 3 4 7 51000=4.25m/min 校验机床功率 据资料可知， 切削功率的修正系数 kmpc=1，则 Pcc= 2.8kw， Pct=0.8 kw，可知机床功 率能满足要求。 基本时间 根据 资料所知高速钢圆柱铣刀 铣面基本时间为： tm =zc fnl2 tm = 2 (42 5)300 0.16=1.96min 七 、夹具设计 本次设计的夹具为第道工序粗 精镗 （ + . + .） mm孔。该夹具为双支承前后引导镗床夹具。 1、 确定设计方案 该孔的设 计基准为下端面，故以下端平面做定位基准，实现“基准重合”原则；另加两形块从前后两方向实现对的外圆柱面进行夹紧，从对工件的结构形状分析，若工件以下端面朝下放置在支承板上，定位夹紧就比较稳定，可靠，也容易实现。 工件以下端面在夹具上定位，限制了三个自由度，其余三个自由度也必须限制。用哪种方案合理呢