气门摇臂轴支座加工工艺及夹具设计说明书

1、序言由于知能力所限，设计中尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指教。机械制造技术基础课程设计是我们学完大学的全部基础课程课、技术基础课以及专业课之后进行的。这是我们在进行毕业设计以前对所学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学习中占有重要的地位。本次设计的内容是柴油机气门摇臂支座的加工工艺及主要工序夹具设计。 具体是工艺设计， 工序卡、 工艺过程卡的编制，夹具设计。就我个人而言，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训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，能够更深入理解课本知识，并能 够很好的应用理论知识，为以后更好地胜任

2、我的工作岗位打好基础。一 . 零件的分析（一）零件的作用该零件是1105型柴油机中的摇臂结合部的气门摇臂轴支座。18 00.027 mmffl装摇臂轴，轴两端各安装一进、排气气门摇臂。16o0.11mm孔内装一个减压轴，用于降低汽缸内压力，便于启动柴油机，两孔间距56 0.05mm可以保证减压轴在摇臂上打开气门，实现减压。该零件通过11mm、孔用m10螺杆与汽缸相连。该零件是柴油机气门控制系统的一个重要零件。（二）零件的工艺分析分析零件图纸，图纸的各视图尺寸标注完整，能够表达清楚零件的各个部分，技术条件标注合理，表面粗糙度标注合理，尺寸公差标注完整，能够完整表述加工要求。该零件加工表面分两种，

3、主要是孔的加工，圆柱端面平面加工。将零件图重新绘制在a3图纸上，详见附图。如图一，现将主要加工部分表述如下： 1.孔加工该零件共有4个孔要加工，其中18 00.027 mm 1600.11 mmfl加工要求较高，两孔中间 距56 0.05mm 18 00.027 mmfl中心与底平面距离24 0.03mm 1600.11 mmfl中心与底面距 离49 0.05mm有平行度要求，表面粗糙度1.6 ,需精加工，11mm、孔直接钻出即可， 另 3 斜小孔直接钻出。2. 面的加工该零件需加工平面为22x36底面精度要求较高，是后续工序的精基准面，需精加工， 上端面要求高， 粗铣即可。 26 圆柱两端面

4、粗铣， 28 圆柱两端粗糙度要求3.2 ，要精铣。分析知，该零件的加工应先加工面，孔以面为基准。保证孔中心与底面的距离，平 行度。川网1图一二、工艺规程设计（一）确定毛坯的制造形式零件材料为ht20cl生产纲领为6000件/年，根据选择毛坯应考虑的因素，该零件 体积较小、形状不是很复杂，外表面采用不去除材料方法获得粗糙度，由于零件生产类 型为成批、大批生产，而砂型铸造生产成本低，设备简单，故本零件毛坯采用砂型机器 造型。（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，可以使加工质量 得到保证，生产率得到提高。否则，加工工艺过程中的问题百出，更有甚者，还会造成 零件

5、大批报废，使生产无法正常进行。（1）粗基准选择：按照有关粗基准的选择原则（即当零件有不加工表面时应以这些 不加工表面作粗基准：若零件有若干个不加工表面时，则应以与加工表面要求相对位置 精度较高的不加工表面作为粗基准）。粗基准选择应为后续加工提供精基准，保证加工 面与不加工面之间的位置要求或合理分配各加工面的余量，对该零件应以要求与余量均匀的重要表面为粗基准，故该零件选择未加工的底面为粗基准加工上端面。（2）精基准选择：应该主要考虑如何保证加工精度和装夹方便，为消除基准不重合 误差，应该以设计基准为精基准。（三）制订工艺路线制订工艺路线出发点，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

6、 能得到合理的保证。在生产纲领已确定为大批量生产地条件下，可以考虑万能性能机床 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：工序号工序内容1铸造23退火粗铳小28、小26圆柱两端面4精铳小28圆柱两端面56粗铳小22圆柱端向22x36底向精铳22x36底面78钻孔小11钻、扩、粗较、精较小18、小16两孔至图样尺寸并物倒角1x4591011钻孑l小3去锐边、毛刺终检、入库2.工艺路线方案二:工序号工序内容1铸造23退火粗铳小22圆柱端面、22 x 36底面4精铳22x36底向56精铳小28圆柱端面、小26圆柱端面精铳小

7、28圆柱两端面7891011钻孔小11钻、扩、较小18、小16两孔至图样尺寸并物倒角1x45钻孑l小3去锐边、毛刺终检、入库3 .工艺方案的比较与分析上述两个方案的特点在于：方案一是先加工小28、（|）26两圆柱端面，然后以此为基面 加工22x36底面，再以该底面为定位基准加工孔；方案二则与此相反，先是加工22x36底面，然后以此为基准加工各端面和孔。 两者相比较可以看出，方案二的精基准符合 “基准重合”原则，而方案一前后精基准选择不符合。用方案一加工的两i/0。27、16o0.11 孔达不到图样的要求，因此方案二好，但是仔细考虑后还是有问题。根据先面后孔、先主要表面后次要表面和先粗加工后精加

8、工的原则，最后的加工路线确定如下:在舁 厅p工序内容定位基准1铸造2退火改善材料性能3粗铳底平向以上圆柱端向定位4粗铳圆柱上端面以底向定位5粗铳26、28圆柱两端面以上圆柱端面定位6精铳底平向7钻11孔划线8精铳28圆柱端面以底向定位9钻一扩一较18。0.027、16。0.11 孔以底向定位1018。0027、160.11两孔两端倒角1 45 0各圆柱端面11钻孔318 00.027、160.11 w7l12去毛刺、锐边13终检，入库4 .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

9、零件，端面加工选 择铳削加工。对于上端面22圆柱端面，粗糙度12.5,无其他要求，粗铳即可。底面22x36采用粗铳一精铳。26圆柱端面粗糙度要求12.5 ,无其他要求，采用粗铳即可。28圆柱2端面粗糙度要求3.2 ,圆跳动0.1 ,采用粗铳一精铳。孔的加工： 11、 3孔粗糙度12.5,直接钻孔即可。1800027、 1600.11孔粗糙度 要求1.6,精度等级较高，有平行度要求，采用钻一扩一银孔即可满足要求。（四）机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定“气门摇臂轴支座”零件的材料为 ht20q硬度170220hbs生产类型为成批、大 批生产，考虑毛坯生产成本和机械加工成本，毛坯制造方法为砂型

10、机器造型，18、 16孔需精加工，要留加工余量，故孔不宜铸出，其他小孔不铸出。确定加工余量：由文献1表2.2-3 ,砂型铸造，公差等级：（ct81。，取ct8由文献1表2.2-5 ,加工余量等级：810ct取g由文献1表2.2-4 ,切削余量：基本尺寸小于100mm故加工余量为单侧3.0mm 双侧2.5mm由文献1表2.2-1 ,铸件尺寸公差化基本尺寸小于50mm取1.0,小于30mm取 0.9mm表1各加工表面总余量加工表面基本尺寸（mrm力口工余 量等级加工余量数值（mrm说明22x36底平闻44g2.5底向，双侧加工（取下行 数据）22圆柱上端 面44g2.5双侧加工28圆柱端面42g2

11、.5双侧加工（取下行数据）26圆柱端面21g2.5双侧加工表2主要毛坯尺寸及公差（mrm主要向尺寸零件尺寸总余量毛坯尺寸公差ct22圆柱与底平 面39544928圆柱42542926圆柱165219零件-毛坯综合图（见附图）：零件-毛坯综合图一般包括以下内容：铸造毛坯形状、 尺寸及公差、加工余量与工艺余量、铸造斜度及圆角、分型面、工艺基准及其他有关技 术要求等。平面加工余量：22圆柱轴向尺寸，上端面铳削，余量 2.5mm下底面粗铳余量 2mm精铳余量 0.5mm 28圆柱轴向尺寸37 0.1mm两端面粗铳余量 2mm精铳余量0.5mm 26轴 向尺寸16mm圆柱两端面粗铳，余量 2.5mm 钻

12、孔加工余量：孔1800.027 mmf占一扩一较余量：钻孔：16扩孔：至 17.82z=1.8mm钱孔：18 0 0.027 mm2z=0.2mm孔16 00.11 mnf占一扩一较余量：钻孔：14扩孔：至 15.82z=1.8mm铰孔：1600.11 mm2z=0.2mm11、 3两孔直接钻出（五）选择加工设备及工艺装备1. 平面加工：采用铣削，工序3、 4、 5、 6、 8 由于是批量生产，要求加工效率较高，选择立式铣床采用端铣效率较高。选择机床型号x522. 孔加工：工序7、9、11,选择立式钻床z525,工序9采用摇臂钻床z30253. 夹具选择：该零件的加工内容是孔和端面，其中孔18

13、00.027 、 1600.11精度要求高，孔3是斜小孔， 铣底平面， 都需要专用夹具。 精铣 28 圆柱两端面精度要求较高， 且有圆跳动要求， 需采用专用夹具其余加工采用通用夹具。4. 刀具选择 ：铣削加工：选择错齿三面刃铣刀。钻削加工：钻孔11采用锥柄麻花钻（gb1438-83直径d=11mm 3采用d=3mmt柄麻 花钻。钻孔180 0.027采用d=16mrmt柄麻花钻，钻孔1600.11采用d=14mmt隹柄麻花钻。（由 文献 1 表 3.1-6 ） 。扩孔 1800.027、1600.11 分别采用 d=17.8mmd=15.8mmffi柄扩孔钻（gb1141-84 （由文献1表3

14、.1-8）钱孔 1800.027、 1600.11 分别选择 d=18mm d=16mm隹柄机用较刀（gb1133-84 （由文献1表3.1-17 ）。（六）确定切削用量及基本工时：1. 工序 3（粗铣底平面）切削用量及时间定额：（ 由同组郭远波得）工序实际切削用量f z =0.105mm/z， fmz =950mm/min， n=750 r/min=12.5r/sv=2.18m/s时间定额：tj 0.046 min2. 工序 4 粗铣上端面： （ 由同组郭远波得）工序实际切削用量f z =0.105mm/z， fmz =900mm/min， n=750 r/min=12.5r/sv=2.18

15、m/s时间定额： tj 0.022 min3. 工序5（粗铣28 、26两圆柱两端面）切削用量及时间定额： （由同组郭辉强得）工序时间定额:本工序加工面为两个圆柱的 4 个端面 , 时间为加工4 个端面的和 .tj10.04 mintj2 0.037 mintj tj1 tj2 =0.077 min。由于每个圆柱要铳2个端面，时间是计算时间的2倍，总时间tj=0.15min。4. 工序6 （精铳底平面）切削用量及时间定额：（由同组郭远波得）实际切削速度：v=47.1m/min。工序时间定额:5 .工序7 （钻孔切削工时：tj6 .工序8（精铳工序时间定额:实际 fmz =375mm/min f

16、z 0.067mm/ztj 0.116 min11）切削用量及时间定额：（由同组宋田峰得） l l1 l2-=17.8 s =0.3min28圆柠nw端面）切削用量及时间定额：（由同组郭辉强得）tj 0.097min00.027、16。0.11 ）切削用量及时间定额:7.工序9 （钻、扩、钱孔18 a.钻孔 16。0.11 至 14,由文献11表 9-32, f=0.260.32mm/r ,取 f=0.26 mm/r由文献11表 9-36 ,取 v=0.35 m/s代入公式 n 1000v =8 r/s=480 r/min d由文献1表4.2-12 ,机床为z3025,选择转速nw=500r/

17、min则实际切削速度：v= nw-dw =0.37 mm/r,1000,扩孔至15.8裕孔f=0.5 mm/rv=0.48 m/s（由文献11表9-42）（由文献11表9-44）1000vn =9.7 r/s=582 r/min d由文献1表 4.2-12 ,机床为 z3025,选择车$速：r)w=630r/min =10.5 r/s实际切削速度：v=nw dw =0.52 m/sa、r1000饺孔 1600.11 :由文献11表 9-50, f=1.0mm/r, v=0.155m/s 带入：1000vn =3.09r/s=185.4r/min。d由文献1表4.2-12 ,机床为z3025,选

18、择转速nw=200r/min 。实际速度:时间定额: l lv=0.167m/s。tj1tj2tj3tjb.钻 18-8.8 s1f inw i21-2 4.7s1f11nw2a家 5.3sftj10.0270j2至16tj3=18.8 19 s由文献11表 9-32 ,取 f=0.26 mm/r由文献11表 9-36 ,取 v=0.30 m/s代入公式：1000v .n =5.95r/s=357 r/min一 d取机床实际转速:扩孔至 17.8f=0.5 mm/rnw =400m/min,则实际切削速度：v=0.32 m/sv=0.48 m/sn取机床实际转速: 实际切削速度：（由文献11表

19、9-42）（由文献11表9-44）代入公式:1000v=8.6 r/s=516r /min dn=630 r/min=10.5r/sv=0.599m/s银孔 18。0.027由文献11表 9-50, f=1.8mm/r , v=0.13m/s 代入1000 vn =2.3 r/s=138 r/min 。d 一取机床实际转速：n=125 r/min=2.08r/s实际速度：v=0.11m/s时间定额：tj1tj2tj3tjl li-26 sljnwjz8.7sl 1.3 sftj1j2tj3=36 s工序总时间定额：tj 55 s=1min8.工序11 （钻孔3）切削用量及时间定额：（由同组享b

20、辉强得）切削工时：tj l l1 l2 =17.1 s f nw三、夹具设计由于生产类型为成批，大批生产，要考虑生产效率，降低劳动强度，保证加工质 量，故需要设计专用夹具。（一）问题的提出：本次设计选择设计工序9钻一扩一银孔18 00.027、1600.11的夹具。该工序加工的精度要求较高，粗糙度要求1.6,平行度要求0.05。工序基准为底平面。需要保证的尺寸 要求：保证孔1800.027中心与底面距离24 0.03 mm孔16o0.11中心与底面距离 49 0.05mm两孔中心距56 0.05mm夹具设计应首先满足这些要求，并保证较高的生 产效率，还应考虑夹具零件制造的工艺性和生产经济性，加

21、工过程中夹具的操作应方便，定位夹紧稳定可靠，夹具体应具有较好的刚性。（二）夹具的设计：1.定位方案分析根据图纸要求，为保证加工质量，在工件上钻孔，工序基准应与设计基准相同。工 序基准为：11、36x 22底平面、26和28圆柱端面。方案一：工件以36x22底平面作为主要定位面，限制 3个自由度，孔采用短销 定位，由于通过孔夹紧，定位销与夹紧件拉杆做成整体，限制 2个自由度。还有一个绕 孔轴线旋转自由度，采用一个可调支承，支承于 26或28圆柱端面，除限制自由度达 到完全定位外，还能提高夹具系统刚性。如图二、三：方案二：工件以28圆柱端面作为主要定位面，限制3个自由度，26和28圆柱 面用一固定

22、v型块和活动v型块定位，限制3个自由度。再在 26端面加一辅助支撑。 如图四：dd图四综上，进行两方案比较。本工序的主要加工要求是18。0.027、 16。0.11及保证两孔的距离56 0.05和底平面的距离并保证两孔的中心轴与底平面的平行度0.05mm两孔的精度和距离要求由钻模板保证。而余下的就由定位方案决定。方案一工件以底平面作为主 要定位面，能保证两孔的中心轴与底平面的距离 24 0.03、49 0.05,也能保证两孔与 底平面的平行度。定位基准与工序基准重合。方案二工件以28圆柱端面和外圆表面分别在夹具上的v形块上定位，夹紧工件两v型块夹紧时，由于两外圆端面是铸造没有处 理加工是保证不

23、了两孔之间的距离，且加工直径 16的孔会由于受力不匀损坏d-d处，更 无法保证钻两孔的中心轴与36x22底平面的平行度和距离。所以选用方案一。 2.定位误差分析：定位误差是指由于定位不准引起的某一工序的尺寸或位置精度要求方面的加工误 差。对夹具设计中采用的定位方案，只要可能产生的定位误差小于工件相应尺寸或位置 公差的三分之一，或满足 装夹+对定+过程&t,即可认为定位方案符合加工要求。对于本次设计的夹具，需要保证的尺寸要求：保证孔1800.027中心与底面距离24 0.03mm孔16。0.11中心与底面距离49 0.05mm两孔中心距56 0.05mm其中两孔 中心距由钻模板上两钻套的中心距保

24、证。孔与底面的距离靠钻模板与3个c型定位支承保证，3个尺寸都是以工件底面为基准的，基准不重合误差为00导向装置的设计：导向装置主要是钻模板，导向元件是钻套，加工中需要钻一扩一校3个工步，为减少装夹时间，减少辅助时间，钻套选择快换钻套，钻套与钻模板连接需要有衬套。当 需要换钻套时，只需要将钻套逆时针旋转到钻套的削平边，即可以取出钻套。快换钻套。见图4-2:s14-2快换钻套钻模板图见附图3.夹紧装置的设计：根据夹紧力方向的原则(1),夹紧力的作用方向不应破坏工件的既定位置。(2),夹紧力的作用方向应使所需夹紧力尽可能小；(3),夹紧力的作用方向应使工件的夹紧变形最小。根据夹紧力作用点的原则(1)

25、,夹紧力的作用点应正对夹具定位支承元件或位于支承元件所形成的稳定受力区 域内，以免工件产生位移和偏转；(2),夹紧力的作用点应在工件刚性较好的部位上，以使夹紧变形尽可能少，有时可 采用增大工件受力面积或合理布局夹紧点位置等措施来实现；(3),夹紧力的作用点应尽可能靠近工件的加工表面，以保证夹紧力的稳定性和可靠 性，减小工件的夹紧力，防止加工过程产生振动。根据以上要求，考虑加工零件的特点及定位方式，确定夹紧方式，通过前面工序加工出 的11孔用拉杆夹紧，方向为水平向右，这样能保证主要定位基准面与定位元件的良好 接触。4 .切削力及夹紧力的计算：a切削力的计算：刀具为高速钢锥柄麻花钻，直径d=16m

26、m f=0.26mm/r ,由文献4表232,钻孔的轴向力计算公式：fc cfd0zffyfkf其中 cf=365.9,zf=1.0, yf=0.8 , kf=0.94 带入公式钻孔18 00.027至16的轴向力：f =1873 nc钻孔160.11至14的轴向力：f =1639 n cb火紧力的确定：分析工件夹具中的受力情况：切削力方向为孔的轴线方向，夹紧力垂直于切削力方向，由定位面与定位元件之间 的摩擦力平衡切削轴向力，定位面板材料为铸铁，工件材料为铸铁，摩擦系数为 0.5 c 由文献12公式5-2:fs fs fn式中fs为摩擦力，fs为静摩擦因素，fn为正压力，带入式得：fn =3746 n,则实际夹紧力f=kfn , k为安全系数。k=k0 k1 k2 k3 k4由文献2表 1-2-1、表 1-2-2 : k0 1.2k1 1.2k2 1.0k3 1.0 k4 1.0k=1.2 x 1.2 x 1.0 x 1.0 x 1.0=1.44f=1.44x3746=5394n5 .校验夹紧元件的强度：夹紧拉杆材料为20cr,材料塑性