摇臂座的加工工艺说明书.doc

成都理工大学工程技术学院毕业论文摇臂座加工工艺编制及夹具设计姓名: 任 明 磊 专业班级: 汽车工程111班学号： 11435001 指导老师: 郑 双 阳 2摇臂座加工工艺编制及夹具设计摘要随着工业制造、工业制造精度、行业需求的迅速发展和人们生活水平及需要的不断提高，机械制造行业的产品越来越多的走入了大众的生活，对机械制造柔性化和机械制造精度的要求也越来越高。机械制造业越来越多的走进人们的生活，而一个国家的国力水平也是由机械制造行业来反映的。论文研究摇臂座的加工工艺编制，主要有摇臂座的特点和各种加工方法及其工艺规程和其他。论文首先简要介绍摇臂座的零件特点和工作原理；然后介绍了摇臂座的初步工艺路线制定，明确该工件的设计基准和工序基准；其次，详细介绍了摇臂座毛坯的材料选择和确定毛坯的尺寸以及设计摇臂座的毛坯图；最后，重点介绍了摇臂座的加工工艺选择和工艺路线制定，还有对工艺路线的方案的选择和分析。然后确定最终的工艺方案。同时也对加工16mm孔所需夹具进行了设计，最终完成本次设计任务。关键词：工艺分析 加工基准 工艺路线 工艺方案 夹具设计I摇臂座加工工艺编制及夹具设计目录摘要I目录II前言11摇臂座的主要功能概述21.1 摇臂座的作用21.2. 摇臂座的零件图：22零件的工艺分析32.1. 分析零件的结构32.2. 零件的加工基准32.2.1. 零件的设计基准42.2.2. 零件的工艺基准43零件毛坯的选用53.1. 毛坯的选择53.2. 毛坯尺寸的确定53.3 基准面的选择63.3.1. 粗基准的选择63.3.2. 摇臂座定位基准的分析73.4. 毛坯图设计84选择加工方法制定工艺路线.8 4.1. 加工方法的选择84.2工艺路线方案的制定94.3. 工艺方案的比较与分析104.4. 选择加工方法：114.4.1.平面加工.124.4.2.孔加工.124.4.3.加工余量确定.124.4.4.填写工艺过程卡片. 144.4.5.确定切削用量及基本工时.155 夹具结构设计22 5.1功能分析和夹具总体结构设计.225.1.1功能分析.225.1.2设计方案确定.22 5.2夹具设计计算.235.3定位误差计算.24总结25参考文献.2628前言 21世纪是制造业高度信息化的世纪，伴随着电子技术和信息技术的发展，制造业出现了惊人的变化。 随着制造设备的发展和使用需求的提高，以及市场需求，机械制造业开始发展的更加自动化、柔性化和精密化，以便满足产品个性化和多样化的要求，来满足社会各消费群体的不同要求。而机械制造工艺也伴随着机械制造业的发展日渐发展成长。这正是论文选题的主要依据和动机。此次课程设计第一阶段的主要工作是，复习机械制造基础所学知识，了解摇臂座的功能作用和特点，分析制作工艺，设计零件制作流程和制作方法。第二阶段是在指导教师的指导下，进行摇臂座的三维和二维图形绘制，了解相关设备，阅读相关资料，对零件进行初步的选材、设计以及编制工艺。第三阶段是将初步设计好的零件加工方法及工艺在指导老师的指导下进行完善和润色，并修改其中不正确和不适当的步骤。最后通过教师的悉心指导和自己的努力，完成了课程设计的各项任务，并熟练掌握工件的制作流程和工艺编制以及工件的选材、设备的使用等专业知识。巩固已学过的各类专业知识。论文正文主要包括4个部分，安排如下：第1部分简要介绍摇臂座的主要功能和工作特点。第2部分阐述摇臂座的工艺分析。第3部分选择毛坯和确定毛坯。第4部分选择摇臂座的加工方法和工艺路线。第5部分是钻孔夹具设计。最后论文对课题内容及成果进行了总结。1摇臂座的主要功能概述1.1 摇臂座的作用1. 摇臂座主要作用：摇臂座是固定摇臂的底座，起固定作用。在顶置式气门发动机中，摇臂座是进排气机构的一个部件。进排气机构是由凸轮轴、挺杆、摇臂、摇臂轴、摇臂座、气门、气门弹簧等零件组成。气门的开启和关闭是由挺杆和摇臂动作完成的，摇臂就是通过摇臂轴安装在摇臂座上，一端是从凸轮轴经挺杆驱动，另一端顶在气门杆上和弹簧一起作用控制气门的开合。柴油机中的摇臂座，是支撑摇臂轴的，其作用相当于滑动轴承座，摇臂是安装在摇臂轴上的。1.2. 摇臂座的零件图：（CATIA三维图）2零件的工艺分析2.1. 分析零件的结构 该零件有三个通孔，一个孔为200.035，第二个孔为160.035，第三个孔为12.5。零件底座为4032厚度为8的长方形，R104的圆角。在孔200.035上方有一个与该孔中心轴线呈20度的圆形台。主结构上伸出一条R12、R30、R6的悬臂.主结构上有一个12.5深度为550.1的通孔。 孔12.5为中心的加工表面，加工面包括24平面，底端面4032，18的斜面，主要加工表面为底端面。 2.2. 零件的加工基准 基准是用来确定工件上其他几何要素之间的几何关系所依据的那些点、线、面。基准根据其用途不同，可分为设计基准和工艺基准两大类。设计基准是指在零件图上标注设计尺寸时所采用的基准。 工艺基准是指零件在加工过程中中采用的基准。按照用途不同，工艺基准又分为工序基准、定位基准、测量基准和装配基准。2.2.1. 零件的设计基准 摇臂座底座是主结构的设计基准。200.035结构孔为尺寸240.05的设计基准。 摇臂座底座是200.035孔的设计基准。200.035结构孔为孔160.035的设计基准。2.2.2. 零件的工艺基准 零件的上表面是以摇臂底座为工序基准。12.5的孔是以摇臂座底面为基准，孔中心线与底面垂直。160.035的以孔摇臂座底面做工序基准，其孔轴线与底面平行。悬臂的工序基准是孔12.5的中心轴线。孔200.035的工序基准是摇臂座底面，该孔中心轴线与摇臂座底面平行。18圆形凸台的工序基准是以孔200.035的中心轴线所定，呈20度。 孔200.035、孔160.035、孔 12.5的定位基准为其中心轴线。零件其他部分的定位基准为摇臂座底座。以孔200.035为中心的加工表面为孔和倒角，孔34的两端面。以孔160.035为中心的加工表面有，孔孔160.035和倒角，铣28两端面。孔200.035与孔孔12.5孔底面的平行度公差为0.25。34两端面与孔200.035的垂直度公差为0.08。孔160.035与孔200.035的平行度公差为100:0.103零件毛坯的选用3.1. 毛坯的选择 毛坯的好坏，对零件的加工质量、加工方法、材料利用率、加工劳动量和制造成本等都有很大的影响。机械加工中常用的毛坯有铸件、锻件、型材、焊接件等。 外形尺寸较大的零件，一般用自由锻件或砂型铸造件；零件尺寸较大但结构较简单时，可选用焊接件；中小型零件可选用模锻件或特种铸造毛坯件；阶梯轴零件，各台阶直径相差不大时可选用棒料，相差较大时可选用锻件；形状复杂、薄壁的零件，往往不能采用金属型铸造毛坯。摇臂座是顶置式气门发动机中，进排气机构的一个部件。进排气机构是由凸轮轴、挺杆、摇臂、摇臂轴、摇臂座、气门、气门弹簧等零件组成。气门的开启和关闭是由挺杆和摇臂动作完成的，摇臂就是通过摇臂轴安装在摇臂座上，一端是从凸轮轴经挺杆驱动，另一端顶在气门杆上和弹簧一起作用控制气门的开合。 该毛坯为中小型零件，材料选择HT2040灰铸铁，年产量为中批量生产，采用铸造生产方法。3.2. 毛坯尺寸的确定 摇臂座零件材料选择HT2040灰铸铁，毛坯采用铸造生产方法。铸造采用金属模机械工业砂型。精度等级达到（CT）89，毛坯公差13，加工余量等级为G。差机械制造工艺设计简明手册以下简称工艺手册表13-1。 根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸。 铣24底面、铣24顶面、铣18斜侧面。毛坯精度等级为9级，查工艺手册表2.24，加工余量为3。 内孔200.035，毛坯为实心，不冲出孔。内孔精度为810，参考工艺手册表2.39。钻孔：18.0扩孔：19.8Z=1.8铰孔：20+0.035Z=0.2（表3-1）内孔160.035钻孔：15.0扩孔：15.85Z=0.85铰孔：16+0.035Z=0.15（表3-2）34两端面的加工余量 按照工艺手册表1.48加工余量等级介入810级，表2.24。毛坯尺寸铸造尺寸零件尺寸单加工余量7467-0.2上4 下33024+0.10322160.203（表3-3）尺寸允许偏差铸造尺寸偏差670.20.824+0.100.5160.200.5（表3-4）3.3 基准面的选择 基面选择是工艺规程中的重要工作之一。基面选择正确合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，试生产无法正常进行。3.3.1. 粗基准的选择确定基准时除了考虑满足有关的基准选择原则外，还要考虑怎样实现所选择的基准，确定各工序基准与定位及夹紧方式，还有夹紧位置和夹紧作用方向。要考虑定位精度的要求，分析定位误差，故选24的上端面为粗基准面，摇臂座底端面为精基准。3.3.2. 摇臂座定位基准的分析1.以地面作为精基准，以24上端面作为粗基准。先以24上端面作为粗基准，加工下底面，再以下底面为精基准，加工上端面。2.紧固底座，钻12.5的孔，并通过铰孔，使孔的精度达到12.5H8。3.以下底面为精基准面，以短销作为定位元件，与12.5H8的孔配合。再以V型块与28配合（其中V型块为活动），可以限制6个自由度。4.在限制自由度后，现对34和28的上端面进行铣削，在反转对下端面进行铣削。5.以下底面和12.5的孔的轴线位置确定20的加工位置，进行钻、铰加工。再以20轴线和下底面为基准，加工16的孔。6.最后加工18端面。3.4. 毛坯图设计（图3-1）4选择加工方法制定工艺路线4.1. 加工方法的选择 制定工艺路线的出发点，应当是零件的几何形状，尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。可以考虑采用使用专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率，除此以外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。由于摇臂座是多面体零件，所以粗加工加工时选择铣床，精加工时选择铣床和磨床。4.2工艺路线方案的制定零件名称 摇臂座 产品名称零件材料HT20-40年 产 量10000毛坯种类铸件备 注工 序 号工 序 内 容铸造清砂，检验粗、精铣下底面粗铣24上端面钻孔12.5，并镗孔使精度达到H8粗、精铣20、16上端面粗、精铣20、16下端面钻孔20孔，并扩和铰孔，使精度达到20钻孔16孔，并扩和铰孔，使精度达到16锪孔16的左右倒角粗铣18的斜端面去毛刺终捡，入库4.3. 选择加工方法：选择加工方法应该考虑各种加工方法的特点、加工精度、表面粗糙度及各种加工方法的经济性。分析该零件，该零件要加工的内容有端面和孔，零件为非回转体零件，端面加工选择铣削加工。1. 因为下底面为设计基准和加工基准，所以24上端面为粗基准，粗、精铣下底面。2. 24上端面粗糙度为20，所以以下底面为精基准，只需粗铣上端面即可。3. 因为以内孔12.5和心轴配合，达到定位目的，所以需要钻孔和镗孔达到要求的12.5H8.4. 20和16上下端面粗糙度为5，所以需要粗、精铣才能达到要求。5. 20孔内表面粗糙度为5，且轴线与底面有平行度要求，所以需要钻、扩、铰才能达到要求。6. 16孔内表面粗糙度为5，且轴线与20的轴线有平行度要求，所以需要钻、扩、铰才能达到要求。7. 18斜端面粗糙度为10，只需要粗铣就能达到要求，但加工时应该倾斜204.4选择加工设备及工艺装备4.4.1.平面加工：采用铣削，工序3、4、6、7、11由于是批量生产，要求加工效率较高，选择卧式铣床采用端铣效率较高。选择机床型号X61W 4.4.2.孔加工：工序5选择立式钻床Z525，工序8、9采用摇臂钻床Z3025。4.4.3.加工余量确定： 工序号工步号工步内容加工余量/mm1粗铣下底面32精铣下底面11粗铣24上端面41钻孔12122镗孔至12.50.51粗铣20上端面22粗铣16上端面23精铣20上端面14精铣16上端面11粗铣20下端面22粗铣16下端面23精铣20下端面14精铣16下端面11钻18182扩孔至19.81.83粗铰至19.940.144精铰至200.061钻15通孔152扩孔至15.850.853粗铰至15.950.104精铰至160.051锪孔16左倒角12锪孔16右倒角11粗铣18斜端面44.4.4.填写工艺过程卡片：机械加工工艺过程卡片零件图号零件名称摇臂座工序号工序名称及内容机床夹具刀具量具辅具工时名称型号名称规格名称规格铸造毛坯清砂检验铣下端面卧式铣床X51直线进给式 卧式铣床X51直线进给式粗铣24上端面卧式铣床X51直线进给式加工12.5的孔立式钻床Z525压板铣20和16上端面卧式铣床X51直线进给式卧式铣床X51直线进给式卧式铣床X51直线进给式卧式铣床X51直线进给式铣20和16下端面卧式铣床X51直线进给式卧式铣床X51直线进给式卧式铣床X51直线进给式卧式铣床X51直线进给式加工 20的孔摇臂钻床Z3025压板摇臂钻床Z3025压板摇臂钻床Z3025压板摇臂钻床Z3025压板加工 16的孔摇臂钻床Z3025压板摇臂钻床Z3025压板摇臂钻床Z3025压板摇臂钻床Z3025压板锪16的倒角粗铣18斜端面卧式铣床X51回转工作台去毛刺终捡入库4.4.5. 确定切削用量及基本工时： 1.工序31.工步1（粗铣底平面）： 切削深度： a=3mm 进给量： f=0.15-0.3mm/z ,取f=0.2 。（手册表10-113） 切削速度 ： v=191m/min (手册表10-119) 计算主轴转速 ：v=nzf，z=10，n=760r/min,反查表4-18（指导教程），得到n=725r/min ,v=182m/min 基本时间的确定：t= , ,查表5-44（指导教程）,t=0.04min2.工步1（精铣底平面）： 切削深度： a=1mm 进给量： f=0.05-0.08mm/z ,取f=0.08 。（手册表10-113） 切削速度 ： v=200m/min (手册表10-119) 计算主轴转速 ：v=nzf，z=10，v=1989.5r/min,反查表4-18（指导教程），得到n=2240r/min 基本时间的确定:(水平进给量) t= , 查表5-44（指导教程） , t=0.03min。2. 工序4（粗铣24上端面）： 切削深度： a=4mm 进给量： f=0.08-0.12mm/z ,取f=0.1。（手册表10-113） 切削速度 ： v=155m/min (手册表10-119) 计算主轴转速 ：v=nzf，z=10，v=616r/min,反查表4-18（指导教程），得到n=590r/min ,反求 v=148r/min 基本时间的确定：t= , (水平进给量) , 查表5-44（指导教程）t=0.102min3. 工序5 （加工12.5H8的孔）1.工步1（粗铣20上端面）： 切削深度： a=12mm 进给量： f=0.12-0.20mm/r ,取f=0.1 。（指导教程表5-22） 切削速度 ： v=16-24m/min ，v=20m/min 计算主轴转速 ：， , n=530r/min,反查表4-18（指导教程），得到n=545r/min , v=20.5m/min基本时间的确定： t= , , t=0.64min2.工步2（半精镗孔至12.5H8）切削深度： a=0.5mm 进给量： f=0.4-0.60mm/r ,取f=0.4 。（指导教程表5-29） 切削速度 ： v=30-40m/min ，v=40m/min 计算主轴转速 ： ， n=1019r/min,反查表4-18（指导教程）， 基本时间的确定：t=,=3,t=0.14min。4. 工序6（粗、精铣20、16两圆柱上端面）1.工步1（粗铣20上端面）： 切削深度： a=2mm 进给量： f=0.08-0.12mm/z ,取f=0.1 。（手册表10-113） 切削速度 ： v=183m/min (手册表10-119) 计算主轴转速 ：v=nzf，z=10，n=728r/min,反查表4-18（指导教程），得到n=725r/min ，v=182m/min 基本时间的确定：t= ,(水平进给量) , ,查表5-44（指导教程）t=0.068min2.工步2（粗铣16上端面）： 切削深度： a=2mm 进给量： f=0.08-0.12mm/z ,取f=0.1 。（手册表10-113） 切削速度 ： v=183m/min (手册表10-119) 计算主轴转速 ：v=nzf，z=10，n=728r/min,反查表4-18（指导教程），得到n=725r/min ，v=182m/min 基本时间的确定：t= ,(水平进给量) ,查表5-44（指导教程）t=0.06min3.工步3（精铣20上端面）： 切削深度： a=1mm 进给量： f=0.08-0.12mm/z ,取f=0.08 。（手册表10-113） 切削速度 ： v=200m/min (手册表10-119) 计算主轴转速 ：v=nzf，z=10，n=728r/min,反查表4-18（指导教程），得到n=725r/min ，v=182m/min 基本时间的确定：t= ,(水平进给量) , 查表5-44（指导教程）t=0.062min4.工步4（精铣16上端面）： 切削深度： a=1mm 进给量： f=0.08-0.12mm/z ,取f=0.1 。（手册表10-113） 切削速度 ： v=183m/min (手册表10-119) 计算主轴转速 ：v=nzf，z=10，n=728r/min,反查表4-18（指导教程），得到n=725r/min ，v=182m/min 基本时间的确定：t= ,(水平进给量) , 查表5-44（指导教程）t=0.054min5.工序7（粗、精铣20、16下端面）1.工步1（粗铣20下端面）： 切削深度： a=2mm 进给量： f=0.08-0.12mm/z ,取f=0.1 。（手册表10-113） 切削速度 ： v=183m/min (手册表10-119) 计算主轴转速 ：v=nzf，z=10，n=728r/min,反查表4-18（指导教程），得到n=725r/min ，v=182m/min 基本时间的确定：t= ,(水平进给量) , ,查表5-44（指导教程）t=0.068min2.工步2（粗铣16下端面）： 切削深度： a=2mm 进给量： f=0.08-0.12mm/z ,取f=0.1 。（手册表10-113） 切削速度 ： v=183m/min (手册表10-119) 计算主轴转速 ：v=nzf，z=10，n=728r/min,反查表4-18（指导教程），得到n=725r/min ，v=182m/min 基本时间的确定：t= ,(水平进给量) , 查表5-44（指导教程），t=0.06min。3.工步3（精铣20下端面）： 切削深度： a=1mm 进给量： f=0.08-0.12mm/z ,取f=0.08 。（手册表10-113） 切削速度 ： v=200m/min (手册表10-119) 计算主轴转速 ：v=nzf，z=10，n=728r/min,反查表4-18（指导教程），得到n=725r/min ，v=182m/min 基本时间的确定：t= ,(水平进给量) , ,查表5-44（指导教程），t=0.062min。4.工步4（精铣16下端面）： 切削深度： a=1mm 进给量： f=0.08-0.12mm/z ,取f=0.1 。（手册表10-113） 切削速度 ： v=183m/min (手册表10-119) 计算主轴转速 ：v=nzf，z=10，n=728r/min,反查表4-18（指导教程），得到n=725r/min ，v=182m/min 基本时间的确定：t= ,(水平进给量) , ,查表5-44（指导教程），t=0.054min6.工序8（钻孔20）1.工步1（钻18孔）： 切削深度： a=18mm 进给量： f=0.20-0.40mm/r ,取f=0.3 。（教程表5-23） 切削速度 ： v=16-24m/min ,取v=20m/min (教程表5-24) 计算主轴转速 ： =353.8r/min,反查表4-18（指导教程），得到n=315r/min ，v=17.8m/min基本时间的确定：t= , , =16,t=0.377min2.工步2（扩孔）： 切削深度： a=1.8mm 进给量： f=0.6-0.7mm/r,取f=0.7。（教程表5-23） 切削速度 ： v=90m/min (教程表5-24) 计算主轴转速 ： ，n=1447.5r/min,反查表4-18（指导教程），得到n=1600r/min ，v=93.4m/min 基本时间的确定：t= ，, , t=0.033min3.工步3（粗铰至19.95mm）： 切削深度： a=0.15mm 进给量： f=10mm/r （教程表5-25） 切削速度 ： v=4m/s (教程表5-26) 计算主轴转速 ： ,n=63.85 r/min,反查表4-18（指导教程），得到n=80r/min ，v=5.03m/min 基本时间的确定：t=, , t=0.0485min4.工步4（精铰孔至20）： 切削深度： a=0.05mm 进给量： f=0.8-2.0mm/r ， f=1.0（教程表5-25） 切削速度 ： v=50-75m/s ，v=60m/min (教程表5-26) 计算主轴转速 ： , n=955r/min,反查表4-18（指导教程），得到n=1000r/min ，v=62.8m/min，基本时间的确定：t=, , t=0.037min。7.工序9（钻孔16）1.工步1（钻15孔）： 切削深度： a=15mm 进给量： f=0.20-0.40mm/r ,取f=0.3 。（教程表5-23） 切削速度 ： v=16-24m/min ,取v=20m/min (教程表5-24) 计算主轴转速 ： ，n=424.6r/min,反查表4-18（指导教程），得到n=392r/min ，v=18.5m/min基本时间的确定：t= , ， , t=0.28min。2.工步2（扩孔至15.85）： 切削深度： a=0.85mm 进给量： f=0.9-1.1mm/r,取f=1。（教程表5-23） 切削速度 ： v=76m/min (教程表5-24) 计算主轴转速 ：， n=1527r/min,反查表4-18 （指导教程），得到n=1600r/min ，v=70.9/min基本时间的确定：t= , , t=0.0136min3.工步3（粗铰至15.95mm）： 切削深度： a=0.1mm 进给量： f=10mm/r（教程表5-23） 切削速度 ： v=15m/min (教程表5-24) 计算主轴转速 ： ，n=299r/min,反查表4-18（指导教程），得到n=320/min ，v=14.56/min 基本时间的确定：t= , , t=0.063min。4.工步4（精铰孔至16）：切削深度： a=0.05mm 进给量： f=0.8-2.0mm/r ， f=1.0（教程表5-25） 切削速度 ： v=50-75m/s ，v=60m/min (教程表5-26) 计算主轴转速 ： ， n=1194r/min,反查表4-18（指导教程），得到n=1000r/min ，v=57.2m/min 基本时间的确定：t=, , t=0.019min8. 工序10（粗铣18斜端面）切削深度： a=4mm 进给量： f=0.08-0.12mm/r ， f=0.1（教程表5-25） 切削速度 ： v=155m/min (教程表5-26) 计算主轴转速 ： n=616r/min,反查表4-18（指导教程），得到n=590r/min ，v=148m/min基本时间的确定：t= ，t=0.064min。5.夹具结构设计5.1功能分析和夹具总体结构设计 5.1.1功能分析：本工序要求以底面作为主要的定位基准面，12.5的心轴作为副定位基准来加工20和16两孔，保证公差范围为T=0.035和表面粗糙度为Ra=5，同时应保证两孔轴线的平行度误差和20与A面的平行度误差。所以利用V型块防止工件的转动。51.2夹具方案确定： 1.以平面和工件底面接触限制三个自由度（二转动一移动）。 2.以短心轴定位限制另外两个移动。 3.以V型块限制另外一个转动。 综上，可以限制6个自由度，所以工件已完全定位。通过上下压爪与工件利用螺栓固定而起到夹紧的作用，从而可以保证工件被加工时的固定的位置。5.2夹具设计计算：钻削受力可以分解为一个转矩和一个沿轴线的力：F=43.4*D*f, M=21.4*D*f (手册表10-64)钻20孔时， F=43.4*D*f=43.4180.3 =300.9kgf=3009N , M=21.4*D*f=21.4180.3=2646.4kgf=26464N*mm钻16孔时， F=43.4*D*f=43.4150.3 =248.5kgf=2485N , M=21.4*D*f=21.4150.3=1837.78kgf=18377.8N*mm夹紧力计算： W=(K*M)/(L*f*n) （手册表7-15） K 为安全系数，K为2.5-3，K取