机械专业课程设计说明书-“摇臂”的机械加工工艺规程及工艺装备

工艺课程设计说明书题目“摇臂”的机械加工工艺规程及工艺装备设计者班级交设0804学号指导教师中南大学交通运输工程学院2011年12月25日序言机械制造工艺学课程设计是在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，在进行了生产实习之后所进行的又一个环节。它要求我们通过设计来获得综合运用过去所学过的全部课程进行工艺及结构设计的基本能力，还是我们在进行毕业设计之前对所学的各课程的一次深入的综合性的总复习，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。通过对工艺课程的学习，掌握了一些工艺基本知识，也希望能通过这次工艺课程设计巩固、扩大和强化自己所学到的理论知识与技能，提高自己设计计算、运用CAD软件制图、编写技术文件的能力，学会正确使用技术资料、标准、手册等工具书，并在设计中培养自己理论联系实际、严肃认真的工作作风和独立工作能力，对自己未来的将从事的学习及工作进行一次适应性的训练，希望在设计中能锻炼自己独立发现问题、分析问题、解决问题的能力，为自己今后更好的学习和工作，为社会创造更多的价值打下一个良好的坚实基础。但是在十天左右的设计工程中，我发现个人能力有限，设计中却是遇到许多问题，希望老师指导。一、零件的分析1、零件的功能本次设计我选择的零件是发动机的气门摇臂。它位于配气机构中，气门摇臂的作用,是将推杆传来的力改变方向,作用到气门上,推开或关闭气门，以使发动机能按照给定的要求产生进、排气作用，从而使发动机能正常启动和运转工作。这摇臂实际上是一个双臂杠杆,长短臂的比值约为12到18，较长的一端是推动气门的,短臂是与推杆接触的,短臂上有螺丝空,用来安装气门间隙调整螺栓摇臂一般用45号钢模锻或精密铸造,也有球磨铸铁的和钢板冲压的与气门接触的地方一般做成圆弧表面,并淬火提高硬度2、零件的工艺分析零件图如下图1零件主视图、剖视图图2零件俯视图零件的材料为45号钢，分析其零件图可以确定，它一共有7个加工表面，这些加工表面相互之间有一定的位置要求，而它们本身也有一定的精度和配合要求，这7组加工表面如下1）圆柱面两端面，表面粗糙度要求为；40MRA232）圆柱面两端面，表面粗糙度要求均为；3）以阶梯孔为中心的加工表面28要求孔，表面粗糙度要求为；140MRA364）以阶梯孔为中心的加工表面3要求孔（表面粗糙度要求为）、底部倒角（其072A120R中孔底面表面粗糙度要求为）、端面（表面粗糙度要求为0723MR23）以及端面倒角（表面粗糙度要求为）；MRA450MA515）以孔为中心的加工表面016要求孔，与主中心孔的位置要求为，孔的表面粗糙度004要求为；MRA616）圆柱面两端面，要求下底面与中心面距，倒角832M55R7）以阶梯孔为中心的加工表面03要求孔，与主中心孔的位置要求为，孔的表面表面粗糙004度要求为；MRA618）阶梯孔，深度为，表面粗糙度。41MRA5123、零件的技术要求1、调制硬度HB241285；2、非加工表面喷丸处理；3、发蓝。二、工艺规程设计1、确定生产类型已知此摇臂零件的生产纲领为4000件/年，零件的质量为0216KG/个，查机械制造工艺设计简明手册可确定该摇臂生产类型为大批生产，所以初步确定工艺安排为加工过程划分阶段；工序适当集中；加工设备以通用设备为主，大量采用专用工装。2、确定毛坯的制造形式零件材料为45号钢，分析零件的结构形式可知，毛坯的制造可采取焊接、铸造、锻造等方法制备。焊接在制造成本、工人技术要求上都比较高，一般用于较为复杂的零件毛坯，且承受交变载荷能力不强。铸造虽然适应性广、成本低，但需用材料和设备多、污染环境。锻造在成本上略高于铸造，但能改善毛坯的组织结构和力学性能，使锻件的纤维组织与锻件外形保持一致，金属流线完整，可保证零件具有良好的力学性能与较长的使用寿命。摇臂在发动机工作过程中所受的各种力和力矩比较大，且为交变的应力，冲击也较大，要求零件的各项力学性能比较好，耐磨和耐冲击，要有一定的寿命。由于零件结构不是太复杂，并且生产类型为大批生产，故选择机床模锻成形。3、基准的选择基准的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，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，不使但加工工艺过程中的问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。粗基准的选择对于机械加工来讲是至关重要的，对一般零件而言，常选择粗加工的表面为粗基准。经过分析后，本零件加工基准选择如下1）粗基准的选择初道工序，以毛坯件上对零件纵向中心面的划线作为粗基准；经过对零件的结构形状、工艺性和设计基准的分析，决定以零件圆柱面两端面为粗基准进行粗加工。40经过对零件的结构形状、工艺性和设计基准的分析，加工时可以以32的中心线来定位。282）精基准的选择考虑要保证零件的加工精度和定位准确方便，依据“基准重合”原则和“基准统一”原则，以精加工后的阶梯孔的中心轴为主要的定位精基准进32行后续加工；精加工后的端面是工件Y向的定位基准。404、制定工艺路线制定工艺路线的出发点是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卡具,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下降。1）工艺路线方案一工序01模锻毛坯，合格者下料；工序02非加工表面喷丸处理；工序03划线；工序04以零件纵向中心面的划线为粗基准，粗铣40的两端面；工序05以40的两端面为粗基准，粗铣20两端面；工序06以划线基准、40的底端面为粗基准，扩、铰孔28，深度2MM；工序07以孔28的中心线、40的底面为粗基准，扩、铰孔32，深度26MM，倒角；工序08以粗铣后的40的两端面为基准，精铣40的两端面；工序09以精铣后的40的两端面为基准，精铣20的两端面；工序10以32孔中心线、40底面为基准，钻98孔,铰10孔；工序11以精铣后的40的两端面为基准，铣8阶梯孔的两端面；工序12以孔32、10中心线、40底面为基准，钻、铰孔8MM，深度15MM；工序13以8孔中心线、40底面为基准为基准，钻14MM孔，深度1MM；工序14调质工序15发蓝工序16检验。2）工艺路线方案二工序01模锻毛坯，合格者下料；工序02非加工表面喷丸处理；工序03划线；工序04以零件的划线基准为粗基准，粗铣40、20的两端面；工序05以划线基准、40的底端面为粗基准，扩、铰孔28，深度28MM；工序06以孔28的中心线、40的底面为粗基准，扩、铰孔32，倒角；工序07以粗铣后的40的两端面为基准，精铣40、20的两端面；工序08以40的两端面为基准，铣8阶梯孔的两端面、倒角；工序09以32孔中心线、40底面为基准，钻98孔,铰10孔；工序10以孔32、10中心线、40底面为基准，钻、铰孔8，深度15MM；工序11以8孔中心线、40底面为基准为基准，钻14MM孔，深度1MM；工序12调质；工序13发蓝；工序14检验。3）工艺路线方案的比较上述两个方案中，主要在加工顺序和中心大阶梯孔的加工方法有所差异。方案一的特点是以划线或是40端面为基准，分别工序粗铣、精铣40的两端面和20的两端面。这样做的好处是在铣20的两端面时，都能利用铣好的40的两端面作为基准，精度较高；在铣过某端面后，立即加工对应的孔。这样的顺序如果采用万能机床切夹具设计得当，可以减少装夹次数，提高生产效率；在加工中心阶梯孔时，先加工孔28至要求深度，再从另一侧加工孔32，深度与28相接。这样做的优点是使孔32加工深度比较直观，容易控制。方案二的特点是以划线或是40端面为基准，在粗铣和精铣两道工序中，同时加工40和20的一侧端面，然后再将翻转零件，同时加工40和20的另一侧端面。这样的加工方法，有效的减少了装夹次数；先加工所有的端面，完成后再集中加工各孔。这样的顺序可以避免加工端面产生的应力扭曲等对加工孔产生影响；在加工中心阶梯孔时，先加工孔28至全长，然后再加工孔32到要求深度。这样做的优点是使孔32的加工分多次完成，每次进刀量较小，达到了骄傲高的加工精度。结论比较这两道工序可知，方案一的采用了较为繁杂的工序，所提高的加工精度本身要求就不是很高。方案二的工序更少，加工效率更高，切保证了重要表面的加工精度。经过仔细分析和讨论后，最后采用方案二的加工工艺路线。5、机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸（机械加工余量手册21）的确定61页“摇臂”零件的材料为45号钢，调质硬度HB241285，毛胚重量约为0216KG，生产类型为成批生产，采用机床模锻生产毛坯。根据上述原始资料及加工工艺，参照加工余量手册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如下所示1）两端面40锻件质量004之间，外表面厚度方向加工余量1015MM,取粗铣端面，加工余量15MM；由表查得粗铣后精铣，加工余量为10MM，故毛坯尺寸为305；2）两端面0锻件质量004之间，外表面厚度方向加工余量1015MM,取粗铣端面，加工余量15MM；由表查得粗铣后精铣，加工余量为05MM，故毛坯尺寸为12；3）14028毛坯冲孔，内孔表面粗糙度为，确定其工序为先扩孔再铰孔。MRA36由手册查得，扩孔（加工余量手册121页）26绞孔，表面粗糙度；0148MRA36参照手册，由模锻件内孔直径的单面机械加工余量表查得，锻件内孔直径加工余量为2MM，故毛坯尺寸；244）孔（加工余量手册98页）0723该孔为与同轴的阶梯孔，内孔表面粗糙度为，确定其工序8MRA61为在的基础上先扩孔再铰孔。由手册查得，扩孔30绞孔，表面粗糙度；702MRA615）孔16毛坯为实心，不冲出孔。表面粗糙度为，确定其工序为先钻孔A再铰孔。由手册查得，钻孔89绞孔，表面粗糙度；016MRA616）孔308毛坯为实心，不冲出孔。内孔粗糙度为，确定其工序为先钻孔A再铰孔。参照手册确定工序尺寸及加工余量为钻孔87铰孔，表面粗糙度；03MRA617）孔14毛坯上已钻，内孔粗糙度为，直接一次钻孔可以满足要038A52求，工序尺寸为钻孔146、确定切削用量及基本工时（一）工序04以零件的划线基准为粗基准，粗铣40、20的两端面1）铣两端面40加工条件工件材料45钢MPA，模锻670B加工要求粗铣40、20两端面机床XA5032立式铣床刀具标准硬质合金端铣刀YT15，端铣刀直径D80MM，A60MM，由于0EMPA0003，静摩擦力都足够平衡受力。查得无润滑的情况下015，故满足要求。通过上述分析计算可知，本工序中钻削扭矩和钻削力不是太大，设计的夹具能承受钻削扭矩和轴向钻削力。此外，设计的夹具有很好的加工精度，而且操纵比较方便，经过综合一定的方案之后选定，是比较理想的装夹方案。3、定位误差分析本工序采用铰后的28孔作为主要定位基准。由于该孔的加工精度有限，孔的圆柱度及内表面粗糙度都存在着一定误差，使得该基准不那么准确；本工序采用了粗加工后的40端面作为辅助基准，作为工作台上的放置基面。但粗加工后的40端面仍然具有较大的粗糙度，会引起工件放斜，加工的孔轴与工作台的垂直度受到影响，与28孔轴的同轴度也自然被破坏；本工件定位使用的定位件为短定位销，只能限制X、Y向的自由度，切深入基准孔的长度过浅，定位的同轴度不会特别理想。此外，定位销与孔间本身就有一定的间隙，也增加了定位误差；4、夹具设计及操作的简要说明如前所述，在设计夹具时，应该注意提高劳动生产率避免干涉。应使夹具结构简单，便于操作，降低成本。提高夹具性价比。本夹具操作简单，省时省力，装卸工件时只需将工件与定位销对好位后，装上钻套压紧工件即可实现装夹定位，完成加工。四、设计小结机械加工工艺课程设计是机械类学生在学完了机械制造技术，进行了生产实习之后的一项重要的实践性教学环节。本课程设计主要培养学生综合运用所学的知识来分析处理生产工艺问题的能力，使学生进一步巩固有关实际知识，把握机械加工工艺规程设计的方法，提高独立工作的能力，为将来从事专业技术工作打好基础。为期两周的机车车辆制造与修理工艺学课程设计结束了，在课程设计的整个过程，我觉得学到了很多东西。课程设计作为所学相关基础、专业课程的重要教学环节，使理论与实践更加接近，加深了理论知识的理解，把感性认识上升到理性认识，强化了生产实习中的感性认识。另外，这次课程设计也为以后的毕业设计进行了一次综合练习和预备。通过本次课程设计，应使学生在下述各方面得到锻炼（1）纯熟的运用机械制造基础、机械制造技术和其他有关先修课程中的基本实际，以及在生产实习中所学到的实践知识，准确的分析和解决某一个零件在加工中基准的选择、工艺路线的拟订以及工件的定位、夹紧，工艺尺寸确定等问题，从螟保证零件制造的质量、生产率和经济性。（2）通过夹具设计的训练，进一步提高结构设计包括设计计算、工程制图等方面的能力