设计“配气机构摇臂轴”零件的机械加工工艺规程及工艺装备说明书[1].doc

设计“配气机构摇臂轴”零件的机械加工工艺规程及工艺装备 目 录前言2一、零件的分析 2（一）零件的作用及技术要求 2（二）零件的工艺性分析 2二、工艺规程设计3（一）确定毛坯的制造形式 3（二）基面的选择 3（三）制订工艺路线 3（四）机械加工余量、工序尺寸及毛坯确定 5（五）选择机床设备及工艺装备 6（六）确定切削用量及基本工时 6工序 锻造6工序 热处理：正火处理6工序 车钻：车端面、钻中心孔 6工序 粗车：50h8外圆7工序 热处理：调质HB255-302 8工序 半精车：端面及外圆并倒角2x458工序 钻孔：8.5mm，并倒角1x45 9工序 热处理：淬火 10工序 粗磨：外圆50h810工序 钻孔：5mm，坑配作10工序 铣：27半圆槽 11工序 精磨：50h8外圆 11工序 探伤检查 12三、铣床夹具设计 131、定位方案132、夹紧方案143、夹具体与定位键144、夹具总图上的尺寸、公差和技术要求155、加工精度分析156、钻削力计算17四、设计心得体会 18五、参考文献19序言 机械制造工艺学课程设计是在我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业课之后进行的。这是我们在进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练，因此，它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。 就个人而言，我希望能通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性的训练，希望在设计中能锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为自己今后参加祖国的“四化”建设打下一个良好的基础。由于能力所限，设计尚有许多不足之处，希望各位老师给予指教。一、零件的分析（一）零件的作用及技术要求1零件的结构配气机构是进、排气管道的控制机构，它按照发动机的作功次序和每一缸的工作循环的要求，适时地开闭进、排气门、向气缸供给可燃混合气（汽油机）或新鲜空气（柴油机）并及时排出废气。一般由凸轮轴、气门推杆、挺柱、气门摇臂、摇臂控制轴、气门导管以及气门等部件构成。摇臂轴是一空心圆轴，用数个支座安装在气缸盖上，摇臂套装在摇臂轴上，并能在轴上作圆弧摆动。轴内孔与主油道相通，供给配气机构润滑油。2主要技术要求零件图上主要的技术要求为：1）摇臂轴调质硬度为HB255-302；B表面淬火硬度HRC55-60，硬化深度1-1.5mm；2）探伤检查。（二）零件的工艺性分析摇臂轴这个零件从零件图上可以看出，它一共有以下5组加工面，如下：1.两端面：保证尺寸250mm，表面粗糙度为Ra6.3m。2.一个8.5mm的孔及其倒角。3.50mm的外圆表面，表面粗糙度为Ra0.8m及倒角。4.两个垂直且通过中心轴线的5mm的孔及倒角。5.两个27mm的半圆槽，垂直于5mm和工件中心轴确定的平面，表面粗糙度Ra6.3m。两个5mm的孔之间有着一定的位置要求，一个5mm孔和基准端面有着一定的位置要求，我们可以用专用夹进行加工两孔，并保证他们之间的位置精度。两孔轴线的距离大小误差为0.2mm,其中一孔轴线与基准端面误差为0.2mm，铣的半圆槽中心轴之间及其中一槽中心轴线与基准端面距离误差为0.1mm，因此应该注意验证轴线间的距离误差。二、工艺规程设计（一）确定毛坯的制造形式零件材料为42CrMo，考虑到摇臂轴在应用过程中经常承受交变和冲击性载荷，因此选用锻件，以便使金属纤维尽量不被切断，保证零件工作可靠。由于零件采用单件大批量生产，而且零件的轮廓尺寸不大，可以采用模锻成型，这从提高生产率，保证加工精度上考虑也是应该的。（二）基面的选择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，可以是加工质量得到保证，生产率得以提高。否则不但使加工工艺过程中的问题百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，使生产无法进行。由于零件图所示的摇臂轴上多数尺寸及形位公差以50h8外圆面及其端面为设计基准，因此必须首先将工件外圆面及其端面加工好，为后续工序准备基准。根据粗、精基准选择的原则，确定各加工表面的基准如下：粗基准的选择：对于摇臂轴这样的零件以外圆作为粗基准是完全合理的。因此，一50外圆表面做基准（四点定位），以便加工出两端面和中心孔，为后续工序精基准做准备。对精基准而言，主要应该考虑基准重合原则问题，以50h8端面和中心孔为精基准。（三）制订工艺路线制订工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已确定为成批生产的条件下，可以考虑使用先进设备配以专用夹具，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降低。1.工艺路线方案一工序 锻造工序 热处理：正火处理工序 车钻：车端面、钻中心孔工序 粗车：50h8外圆工序 热处理：调质HB255-302工序 半精车：50h8端面及外圆，Ra6.3m工序 精车：50h8外圆并倒角2x45，Ra6.3m工序 钻孔：8.5mm，并倒角1x45工序 热处理：淬火工序 钻孔：5mm，坑配作工序 铣：27半圆槽，Ra6.3m工序 探伤检查2.工艺路线方案二工序 锻造工序 热处理：正火处理工序 车钻：车端面、钻中心孔工序 粗车：50h8外圆工序 热处理：调质HB255-302工序 半精车：端面及外圆并倒角2x45，Ra6.3m工序 钻孔：8.5mm，并倒角1x45工序 热处理：淬火工序 粗磨：外圆50h8工序 钻孔：5mm，坑配作工序 铣：27半圆槽，Ra6.3m工序 精磨：50h8外圆，Ra0.8m工序 探伤检查3、工艺方案比较与分析方案一优点：与方案二相比，工序少，只精车50h8外圆（不磨削），加工成本低。缺点：50h8外圆的位置精度难保证。 方案二优点：50h8外圆的尺寸和位置精度容易保证。缺点：比方案一多一道工序，又磨削50h8外圆，加工成本比方案一稍高。 综合上述两个工艺路线方案的优缺点，制定工艺路线如下：工序 锻造工序 热处理：正火处理工序 车钻：车端面、钻中心定位孔工序 粗车：50h8外圆工序 热处理：调质HB255-302工序 半精车：端面及外圆并倒角2x45，Ra6.3m工序 钻孔：8.5mm，并倒角1x45工序 热处理：淬火工序 粗磨：外圆50h8工序 钻孔：5mm，坑配作工序 铣：27半圆槽，Ra6.3m工序 精磨：50h8外圆，Ra0.8m工序 探伤检查（四）机械加工余量、工序尺寸及毛坯确定1、根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：工件两端面：粗车余量1.5mm，半精车余量1.0mm工件外圆：粗车余量1.0mm，半精车余量1.0mm，粗磨余量0.5mm，精磨余量0.2mm8.5mm孔：毛坯为实心，不冲孔，内孔没有精度要求，内孔粗糙度要求Ra12.5m，直接一次钻孔可以满足要求，工艺尺寸为：钻孔：48.5mm5mm孔：毛坯为实心，不冲孔，直径偏差为0.2mm，无公差等级要求，内孔粗糙度为Ra12.5m，直接一次钻孔可以满足要求，工序尺寸为：钻孔：5mm27槽直径偏差为0.1mm，无公差等级要求，表面粗糙度为Ra6.3m，直接一次铣槽，可以满足要求工序尺寸： 铣槽：27mm2、毛坯选择确定毛坯的类型及制造方法“摇臂轴”零件材料为42CrMo，硬度HB255-302，生产类型为成批生产。采用锻锤上合模模锻毛坯，3级精度组（成批生产）。确定毛坯形状、尺寸及公差根据上述资料所得尺寸可得出毛坯尺寸，毛坯的形状及尺寸如附图所示。确定毛坯技术要求A、锻件无明显锻造缺陷；B、机加工前调质，消除内应力。绘毛坯图根据零件图所示的零件结构形状，在各加工表面加上加工余量，绘制毛坯图。（五）选择机床设备及工艺装备根据一般工厂现有的生产条件，为了满足生产需要，先选用各工序所用的设备为：工序：选用C620-1车床、三爪卡盘、端面车刀、中心钻、游标卡尺；工序：选用C620-1车床、顶尖、夹头、外圆车刀、游标卡尺；工序：选用C620-1车床、顶尖、夹头、外圆车刀、游标卡尺；工序：选用Z5125立式钻床、8.5标准锥柄麻花钻、GB3464-830M10机用丝锥、专用夹具、游标卡尺；工序：选用M131W万能外圆磨床、顶尖、GB砂轮、游标卡尺；工序：选用Z5125立式钻床、5标准锥柄麻花钻、专用夹具、游标卡尺；工序：选用X5012立式升降台铣床、27铣刀、专用夹具；工序：选用M131W万能外圆磨床、圆锥顶尖、GB砂轮、游标卡尺。（六）确定切削用量及基本工时工序 锻造工序 热处理：正火处理工序 车端面加工条件：C620-1车床，端面车刀，三爪卡盘1）、考虑模锻斜度，轴向长度方向的加工余量为3mm，二次加工，迟到深度；2）、进给量：f=0.4mm/r3）、计算切削速度：耐用度4）、确定机床主轴转速：按机床选取所以实际切削速度5）、切削工时：，工序 粗车50h8外圆加工条件：选用C620-1车床、顶尖、夹头、外圆车刀、游标卡尺1）、切削深度：单边切削余量Z=1.5mm，可一次切除2）、进给量：考虑刀杆尺寸，工件直径及规定的切削深度，选用3）、计算切削速度：4）、确定机床主轴转速：按机床选取所以实际切削速度：5）由表查得单位切削率：由表查得当时，故切削功率：，由机床说明书可知，C620-1车床的电机功率为，当主轴转速为时，主轴传递功率为最大55kw，所以机床功率足够。6）、检验机床进给量机构强度查表得单位切削力，故主切削力为：，在一般切削加工中，刀尖圆弧半径对的影响较大，对影响较小。由表查得=2mm时，又从表查得当75时，故径向力和轴向力分别为：取机床导轨与溜板之间的摩擦系数，则机床进给机构沿纵向进给方向所承受的力为：从机床说明书中可知，C620-1车床纵向进给机构允许承受的最大力为3532N，因此，机床进给机构能正常工作。7）、切削用时所以工序 热处理：调质HB255-302工序 半精车端面及外圆 半精车端面1）、确定切削深度：2）、确定进给量：3）、计算切削速度：耐用度4）、确定机床主轴转速按机床选取所以实际切削速度5）、切削工时所以50倒角：为缩短辅助时间，取主轴转速与车床相同，手动进给。 半精车外圆 1）、确定切削深度：2）、确定进给量：3）、计算切削速度：耐用度t=45min4）、确定机床主轴转速：按机床选取所以实际切削速度：5）、切削工时工序 钻8.5mm中心孔 1）、查表得， 2）、切削速度： 3）、进给量： 4）、材料切除率： 8.5孔倒角为缩短辅助时间，取主轴转速与车床相同，手动进给。工序 热处理工序 粗磨外圆 1）、选择砂轮：2)、切削用量的选择 轴向进给量工作速度径向进给量3）、切削工时式中 L加工长度，； b加工宽度，； Zb单面加工余量，； K系数，； z同时加工零件数。工序 钻5孔、倒角 1）、确定切削用量：钻孔直径为5mm，切削深度，一次走到完成。2）、确定进给量：，切削速度，根据进给量级数取。3）、确定机床转速：由公式得：按机床选取：4）、确定切削速度：实际切削速度5）、确定切削工时基本工时： 式中 钻削深度（mm）；刀具峰角取；得工序 铣 1）、确定被吃刀量：2）、确定进给量：查表选取3）、确定机床转速: 按机床选取4）、确定切削速度：实际切削速度：每分钟走刀量5）、确定切削工时：工序 精磨工件外圆1）、选择砂轮：2)、切削用量的选择轴向进给量工作速度径向进给量3）、切削工时工序 探伤检查三、铣床夹具设计 1、定位方案首先按照基准重合原则考虑选择定位基准。由于孔、孔、孔及孔的设计基准均为外圆中心线，所以选择外圆中心线为主要定位基准。因孔外圆不是整圆。故用V形块做定位元件。支承套长度方向的定位基准，若选右端面定位，对孔深不重合误差，精度不能保证（因工序尺寸的公差为），故选左端面定位。在装夹时应使工件上平面在夹具中保持垂直，以消除转动自由度。方案：工件以外圆在在压板的作用力下以V型块为定位基准，端面加二个压盖以支承套的左端面定位，如图3-1所示。图3-1定位方案2、夹紧方案根据夹紧力的方向应朝向主要限位面和作用点应落在定位元件的支承范围内的原则，如夹紧力的作用线应落在区域内（N为接触点的法线），夹紧力与垂直方向的夹角应尽量小，以保证夹紧稳定可靠。铰链压板的两个弧形面的曲率半径应大于工件的最大半径。3、夹具体与定位键为保证夹具在工作台上安装稳定，应按照夹具体的高宽比不大于1.25的原则确定其宽度，并在两端设置耳座，以便固定。如图3-2夹具体。如图3-2夹具体为了保证侧面的二个圆孔平行度的要求，夹具体压板应具有可调节性，压板面应当与V形块的侧面平行。为减少夹具的安装误差，宜采用有可调节螺母。图3-34、夹具总图上的尺寸、公差和技术要求1. 夹具最大轮廓尺寸为181mm ,225mm ,150mm。2. 影响工件定位精度的尺寸和公差为压板是否与V型块侧面平行，用可调节螺母来控制其精度。3. 影响夹具在机床上安装精度的尺寸和公差为定位键与铣床工作台U形槽的配合尺寸18h 8（T形槽为18H8）。5、加工精度分析在支承套零件工序中，侧面对二个轴线的平行度要求较高，应进行精度分析，其它加工要求未注公差或公差不是在本夹具中进行精度分析。键槽侧面对轴线的平行度的加工误差1.定位误差由于V形块2.一般在装配后一起精加工V形面，它们的相互位置误差极小，可视为一长V形块，所以。表3.1 顶尖套铣双槽夹具的加工误差2.安装误差定位键的位置所示3.夹具误差影响平行度的制造误差是I工位V形块设计心轴轴线与定位键侧面B的平行度（0.03 mm）所以，。加加工要求代 号平行度00.0380.036钻削力计算：所加工的支承套零件的材料为，并采用硬质合金刀具.根据钻削连线表上查得钻削的深度和进给量f连线，确定和。其中，主切削力，垂直于的，和的合力。1/切削深度的确定：由表3.2可知，钻孔时，根据表3.2说明，切削深度，当工件的加工直径较大及需转位或两次安装时，则取较大值，加工直径较小及要求较高的加工精度和表面光洁度是，则取较小值，所以，由于夹具所要加工的工件的直径较小且是在一次装夹中完成的，取较小值。工序名称切削深度（直径上）mm钻孔粗加工精加工.铰孔粗加工.精加工.3.2表钻削深度表进给量f的确定：根据精镗、硬质合金刀具及45材料的工件，查表3.3，可得进给量，取。工序名称刀具名称材料进给量fmm/r钻孔硬质合金铸铁D1级=0.08,D级：0.120.15钢0.120.15铝合金0.060.10表3.3 钻孔时的进给量f连接切削深度和进给量连线，交和的直线，交点值为, 。根据工件材料、刀具材料和几何参数的不同，对和分别乘以修正系数和。其中， ， 因为工件是45材料，其硬度为，所以为了保证加工的安全性，取最大值。表3.4 修正系数与工件材料的关系工件材料硬度刀具主偏角刀尖圆弧半径表3.5 修正系数与工件材料的关系工件材料硬度刀具主偏角 查表3.4、表3.5知：，所以，最终 ，即，最终的切削力为轴向，径向。夹紧力与钻削力的比较：由计算得知，夹紧力大于钻削力，所以所设计的夹具所使用的螺旋夹紧机构的拧紧螺丝是适用的，达到了夹紧的作用，使工件在加工时不会移位，保证了加工的精度。四、设计心得体会这次实践，实质上是对我们学习知识能力的综合考验。一个项目的建立，一个的设计的完成，包括了很多细小的部分，每部分又都需要用心去认真完成，相当于采集很多原料，通过加工而成的一件精致的工艺品。这