气门摇杆轴支座设计说明书.doc

浙江海洋学院机械制造工艺学课程设计说明书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 学校： 浙江海洋学院 班级： C07机械一班 学生： 陈 楠 指导老师： 李 静 敏 时间： 2010.12.24 目录摘要2设计目的3一、零件的分析3 (一)零件的作用3（二）零件的工艺分析4二、确定毛坯，画毛坯零件合图4三、工艺规程设计5（一）定位基准的选择5（二）制定加工工艺路线6（三）机床设备及工艺装备的选用8四、确定切削用量及基本加工工时9五、部分工序尺寸的计算15六、时间定额计算16七、填写机械加工工艺卡和机械加工工序卡17八、夹具设计18（一）、镗床夹具的结构形式与设计要点。181、镗床夹具的典型结构形式182、镗床夹具的设计要点18（二）、摇杆轴支座专用镗孔夹具总体结构方案19（三）、定位元件与夹紧装置的设计201、定位元件202、夹紧装置的设计20（四）、镗模与夹具体的设计211、镗模的设计212、夹具体22（五）、夹具工作能力的计算231、计算切削力与夹紧力的计算及螺杆的直径232、定位精度分析24参考文献25致 谢25摘要机械加工行业作为一个传统而富有活力的行业，近十几年取得了突飞猛进的发展，在新经济时代，行业呈现了新的发展趋势，由此对其它的质量，性能要求有了新的变化。现在机械加工行业发生着结构性变化，工艺工装的设计与改良已成为企业生存和发展的必要条件，工艺工装的设计与改良直接影响加工产品的质量与性能。 本文首先介绍了气门摇臂轴支座的作用和工艺分析，其次确定毛坯尺寸，然后进行了工艺规程设计，最后进行夹具设计。此次设计是对气门摇臂轴支座的加工工艺和夹具设计，其零件为铸件，具有体积小，零件结构简单的特点，由于面比孔易加工，在制定工艺规程时，就先加工面，再以面为基准来加工其它，其中各工序夹具都采用专用夹具，其机构设计简单，方便且能满足要求。【关键词】：气门摇臂轴支座 工艺分析 工艺规程设计 夹具设计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。由于自身能力的有限，而且经验不足，设计中还有许多不足之处，希望各位老师多加批评指导。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。气门摇杆轴支座零件图（二）零件的工艺分析 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，213mm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。2、 确定毛坯，画毛坯（附图）气门摇杆轴支座毛坯图 根据零件材料确定毛坯为铸件，已知零件的生产纲领为6000件/年，通过计算，该零件质量约为3Kg，由参考文献（5）表14、表13可知，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2.312；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48mmH4mm单侧加工下端面50mmH3mm单侧加工左端面35mmH3mm单侧加工右端面35mmH3mm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。 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：上端面：精铣。 下端面：粗铣左端面：粗铣精铣 右端面：粗铣精铣213mm孔：钻孔。 3mm 轴向槽精铣20（+0.1+0.006）mm：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。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5铸造10时效15涂漆20车上端面25钻两通孔30精铣下端面35铣右端面40钻通孔18mm45镗孔20mm，孔口角50铣左端面55铣轴向槽60检验65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03应在工序02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213mm通孔加工精度的影响。修改后的工艺路线如下：工序号工序内容简要说明5铸造10时效消除内应力15涂漆防止生锈20精铣上端面先加工粗基准面25精铣下端面加工经基准30钻两通孔先面后孔35铣右端面先面后孔40钻通孔18mm45镗孔20mm，孔口角孔口角后镗削余量50铣左端面55铣轴向槽次要工序后加工60检验65入库（三）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X1632，参考文献（1）表621，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X1632, 参考文献（1）表621，专用夹具及游标卡尺。钻2-18mm孔：采用Z3025B-10，参考文献（1）表626，通用夹具。刀具为d为18.0的直柄麻花钻，参考文献（1）表7111。钻18孔：钻孔直行为118mm，选择摇臂钻床Z3025参考文献（1）表626，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）表788。选择镗通孔镗刀及镗杆，专用夹具，游标卡尺。4、 确定切削用量及基本工时工序20:粗铣上端面，保证表面粗糙度要求。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：a =2.5mm铣削深度：P =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D为80mm，故相应的切削速度分别为:=3.14Dn/1000=3.14x80x150/1000=37.68m/min切削工时:粗铣:工序25: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IT7一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/mina又前面已选定直径D为80mm，故相应的切削速度分别为:=3.14Dn/1000=3.14x80x150/1000=37.68m/min=3.14Dn/1000=3.14 x80 x300/1000=75.36m/min符合要求。切削工时:粗铣:精铣:故:基本时间=tc + tj= 5.4 + 2.7 = 8.1 min工序30:钻两通孔切削用量刀具选择:选择高速钢麻花钻do=mm,查切削手册得：f = 0.700 86mm/r ，所以f = 0.70mm /r ,按钻头强度选择f =1.55mm/r按机床强度选择f = 0.63mm /r，最终决定选择机床己有的进给量f=0.48mm / r经校验=7085 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. 50. 8mm，寿命T = 60 min。切削速度查切削手册:=10 mm /r 修正系数=1.0 =1.0 =1.0=1.5 =1.0 =10 故=15mm/r查切削手册机床实际转速为=420r/min故实际的切削速度。校验扭矩功率 =1.72.0kw 0. 58kw故机床的功率足够。工序50:铣32mm圆拄的左端面 左端面铣削余量为3 mm，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D为80mm，故相应的切削速度分别为:=3.14Dn/1000=3.14 x80 x150/1000=37.68m/min=3.14Dn/1000=3.14 x80 x300/1000=75.36m/min符合要求。切削工时:粗铣:精铣:故:基本时间=tc + tj=2.87+1.43=4.3 min工序55: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f根据资料所知，依据铣刀直径d=3 mm，铣削宽度=3mm，铣削深度=12mm，耐用度丁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=300r/min, Vfc=475mm/s。则实际切削:校验机床功率 据资料可知，切削功率的修正系数，则 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:5、 部分工序尺寸的计算工序45的尺寸链图工序45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P13)粗镗，保证工序尺寸P24)精镗，保证工序尺寸P3，达到零件设计尺寸D的要求，D=205)倒角如上图，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+ZZ，其中Z2是精键的余量，Z2=0.2mm，则P2=P3-Z2=20-0.2=19.8mm，由于工序尺寸P2是在粗键中保证的。 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士0. 175)mm;(3)从图所示的尺寸链知，P2=p1+Z，其中Z，为粗键的余量，Z1=1. 8mm, Pl=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士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Z:的校核，在图b所示的尺寸链里Z2是封闭环，故 Z2max=P3max-P2min二(20+0.1-(19.8-0.175)mm=0.475 mm Z2min=P3min一P2max=(20-0.1-(19.8+0.175)mm=-0.075 mm(2)余量Z，的校核，在图。所示的尺寸链中Z1是封闭环，故 Z1max=P2max-Plmin=(19.8+0.175一(18-0.27)mm=2.245mm Z2min=P2min=P2min-Plmax=(19.8-0.175一(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:Pl=mm。P2=mm。P3=mm。六、时间定额计算下面计算工序的时间定额（1）机动时间粗镗时：L/(fxn)=45/0.2x380=7.5s精镗时：L/(fxn)=45/0.1x380=15s，f取0.1mm/s总机动时间:T=7.5+15=22.5s (2) 辅助时间：操作内容每次时间(min)粗镗精镗操作次数时间min操作次数时间min装夹212-换刀11111测量0.110.110.1卸夹1.5-11.5开机到开始的时间0.31110.3退刀0.11110.1所以辅助时间Ta为：Ta=2+1+0.1+1.5+0.3x2+0.1x0.1x2=6.5min作业时间：Ta+Tb=605+0.37=6.87 min该工序单位加工时间为6.87min。七、填写机械加工工艺卡和机械加工工序卡详见附表。八、夹具设计 本次设计的夹具为第40道工序粗精镗20（+0.1+0.06）mm孔。该夹具为双支承前后引导镗床夹具。（一）、镗床夹具的结构形式与设计要点。1、镗床夹具的典型结构形式镗床夹具又称为镗模，主要用于加工箱体或支座类零件上的精密孔和孔系。主要由镗模底座、支架、镗套、镗杆及必要的定位和夹紧装置组成。镗床夹具的种类按导向支架的布置形式分为双支承镗模、单支承镗模和无支承镗模.（1）前后双支承镗模；（2）无支承镗床夹具。2、镗床夹具的设计要点(1) 导引方式及导向支架镗杆的引导方式分为单、双支承引导。单支承时，镗杆与机床主轴采用刚性连接，主轴回转精度影响镗孔精度，故适于小孔和短孔的加工。双支承时，镗杆和机床主轴采用浮动联接。所镗孔的位置精度取决于模两导向孔的位置精度，而与机床主轴精度无关。镗模导向支架主要用来安装镗套和承受切削力。因要求其有足够的刚性及稳定性，故在结构上一般应有较大的安装基面和必要的加强筋；而且支架上不允许安装夹紧机构来承受夹紧反力，以免支架变形而破坏精度。(2) 镗套镗套的结构形式和精度直接影响被加工孔的精度。常用的镗套有：固定式镗套 固定式镗套外形尺寸小，结构简单，导向精度高，但镗杆在镗套内一边回转，一边作轴向移动，镗套易磨损，故只适用于低速镗孔。回转式镗套 随镗杆一起转动，与镗杆之间只有相对移动而无相对转动的镗套。这种镗套大大减少了磨损，也不会因摩擦发热而“卡死”。因此，它适合于高速镗孔。(3) 镗杆和浮动接头镗杆是镗模中一个重要部分。镗杆直径d及长度主要是根据所镗孔的直径D及刀具截面尺寸BB来确定。镗杆直径d应尽可能大，其双导引部分的L/d10为宜；而悬伸部分的L/d45，以使其有足够的刚度来保证加工精度。用于固定镗套的镗杆引进结构有整体式和镶条式两种。 当双支承镗模镗孔时，镗杆与机床主轴通过浮动接头而浮动连接。（二）、摇杆轴支座专用镗孔夹具总体结构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R10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？方案1在2-孔内插入一现边销限制一个移动自由度，再以两孔的另一个孔内侧面用两个支承钉限制一个移动自由度和一个转动自由度。这种定位方案从定位原理上分析是合理的，夹具结构也简单。但由于孔和其内侧面均不规定其精密度，又因结构原因，夹紧力不宜施加在这样的定位元件上，故工件定位面和定位元件之间很可能会接触不好，使定位不稳定。这个方案不宜采用。方案2用两个形块夹紧前后两外圆柱面，用两铰链压板压在工件的下端，这样就限制了两个移动自由度和一个转动自由度，这种方案定位可靠，可实现完全定位。（三）、定位元件与夹紧装置的设计1、定位元件定位元件是用来确定工件正确位置的元件。被加工工件的定位基面与夹具定位元件直接接触或相配合。工件定位方式不同，夹具定位元件的结构形式也不同，V形块定位，工件的定位基准始终在V型块两定位面的对称中心平面内，对中性好，能使工件的定位基准轴线在V形块两斜面的对称平面上，而不受定位基准直径误差的影响，其次V形块定位安装方便。本设计中采用两个形块（图1）夹紧前后两外圆柱面，用压板压在工件的下端，这样就限制了两个移动自由度和一个转动自由度。其次设计中，采用了定位块保证工件在加工时，螺杆和工件不会偏移。 图1-V形块2、夹紧装置的设计夹紧装置是使工件在外力作用下仍能保持其正确定位位置的装置。本设计采用的夹紧装置是一对螺旋压板夹紧机构。螺旋夹紧机构具有结构简单、制造容易、自锁性能好、夹紧可靠，是手动夹紧中常用的一种夹紧机构 。其结构如图2所示： 图2-螺旋夹紧机构 （四）、镗模与夹具体的设计1、镗模的设计镗杆镗杆的直径按经验公式一般去d=（0.70.8）D，一般应大于25，不得小于15。同根镗杆的直径应相同，便于制造和保证加工加工精度。主要的技术参数：导向部分的圆度和圆柱度的公差为其直径的1/2；镗杆的同轴度在500内为0.01；镗杆的传动销孔轴线和镗杆轴线的垂直度和位置度均小于0.01；导向部分的表面粗糙度R一般在0.80.4，刀孔的表面粗糙度在0.4.172、夹具体夹具体是用于连接夹具各元件及装置,使其成为一个整体的基础件,并与机床有关部位连接,以确定夹具相对于机床的位置.其在设计时应满足以下基本要求:应有足够的强度和刚度保证在加工过程中, 夹具体在夹紧力,切削力等外力作用下,不至于产生不允许的变形和震动.结构应简单,具有良好工艺性. 在保证强度和刚度条件下,力求结构简单,体积小,重量轻,以便于操作.尺寸要稳定.对于铸造夹具体,要进行时效处理,以消除内应力.保证夹具体加工尺寸的稳定.便于排屑为防止加工中切削聚积在一起定位元件工作表面或其他装置中,而影响工件的正确定位和夹具的 正常工作,在设计夹具体时,要考虑切削的排除问题.选择夹具体毛坯结构时,应以结构合理性,工艺性,经济性,标准化的可能性以及工厂的具体条件为依据综合考虑.其夹具体设计见附图3。图3-夹具体（五）、夹具工作能力的计算1、计算切削力与夹紧力的计算及螺杆的直径：根据机床夹具设计手册表5-37查表可知： 根据机床夹具设计手册表2-4-8取取在计算切削力时，必须考虑安全系数 式中： 基本安全系数；取1.4 加工性质系数；取0.9刀具钝化系数；取0.9断续切削系数；取1.0安全系数在夹紧力与切削力方向相反后时：由机床夹具设计手册表1-2-11紧力与切削力方向相反，实际所需夹紧力与切削力之间的关系。安全系数在夹紧力与切N削力方向相反后时，由前面的计算可知 由机床夹具设计手册表1-24，从强度考虑，用一个M10的螺柱完全