发动机进气门数控加工工艺设计毕业设计

1、发动机进气门数控加工工艺设计毕业设计目录1 绪论11.1 课程设计的目的和意义11.2 国内外研究现状31.2.1 国外研究现状31.2.2 国内研究现状32零件的分析42.1 零件的作用42.2 零件的结构特点42.3 零件的工艺分析62.4 加工工艺规程设计83.1 毛坯的确定83.1.1 毛坯的选择83.1.2 毛坯外形尺寸及加工余量83.2 基准的选择103.2.1 定位基准的选择103.2.2 粗基准的选择方法103.2.3 精基准的选择方法113.3 数控加工工艺路线的拟定113.3.1 零件表面数控加工方法的确定113.3.2 加工阶段的划分及工序的集中与分散143.3.3 工序

2、顺序的安排143.3.4 加工设备及工艺装备的选用163.4 加工余量、工序尺寸、公差及基本时间的确定183.4.1 加工余量的确定183.4.2 切削用量及基本时间确定193.5 数控加工及编程333.5.1 数控加工的走刀路线的确定333.5.2 数控加工的定位与夹紧方案的确定333.5.3 数控加工刀具与工件相对位置的确定343.5.4 数控加工的切削用量的确定343.5.5 数控编程354三维实体造型365总结40参考文献42致谢44第1章1绪论1.1课程设计的目的和意义发动机素有汽车心脏之称，因此有人形象地将气门称为发动机的心脏瓣膜。气门是发动机配气机构中气门组中的一个关键零部件。发

3、动机配气机构的功用：按照发动机每一气缸内所进行的工作循环或发火次序的要求，定时开启和关闭个气缸的进、排气门，使新鲜可燃混合气或空气（柴油机）得以及时进入气缸，废气得以及时从气缸排出，如图1.1桑塔纳发动机配气机构。对配气机构的要求：减小进气和排气的阻力；使进气和排气都尽可能充分和完善。图1.1桑塔纳发动机配气机构配气机构常见的故障有：气门关闭不严漏气，气门工作时发响。气门关闭不严的原因：气门座磨损及偏磨，气门杆严重的积碳，气门间隙调整不合理；造成的危害：严重漏气，气缸的压缩力不够，发动机功率下降，经济效益变差，不能很好启动；工作时气门发响的原因：气门与气门座之间间隙太大，气门与气门导管之间的配

4、合间隙大座圈的脱落；造成的危害：产生噪声。气门与气门导管、气门座、汽门弹簧共同组成工作气门组，如图1.2所示。它亦是汽车发动机的关键零部件之一，它的主要作用是开关进气门，并使空气进入气缸1,20进气量对发动机性能的影响很大。进气量越大，发动机的有效功率和转矩越大。因此，配气机构首先要保证进气充分，进气量尽可能的多；配气机构运动件应该具有较小的质量和较大的刚度，以使配气机构具有良好动力特性2。图1.2气门组进气门也是发动机中工作条件最恶劣的关键零部件之一，首先，进气门直接与高温燃气接触，受热严重，而散热困难，因此气门温度很高；其次，气门承受起体力和弹簧力的作用，以及由于配气机构运动件的惯性力是气

5、门落座时受到冲击；第三，气门在润滑条件很差的情况下以极高的速度启闭并在气门导管内作高速往复运动；止匕外，气门由于与高温然气中有腐蚀性气体接触而受到腐蚀2,3;因此，气门的损伤类型主要有：气门杆拉上与刮伤、气门杆断裂与弯曲、气门密封锥面烧伤与割伤、气门头部断裂等4。近年来，发动机向高转速、大功率和低油耗等方向发展，过度的热应力或机械应力引起发动机气缸盖和座圈严重变形，公差配合不当和润滑不足，这些将导致气门杆部的划伤和咬合，超速、超载、气门间隙调整不当、沉积物形成、腐蚀和磨损等都将导致气门失效5。故气门的设计需考虑其耐腐蚀性、耐热性以及耐磨性和密封性，在保证足够的强度和刚度的条件下要求具有最小的质

6、量6,70由上可见，由于气门长期在高温高压的环境下工作，承受高温及高密封性要求，在发动机各零部件中，气门的损伤远远大于其他部件，尤其是气门密封锥面烧伤与割伤。气门出现故障约占整个汽油机故障的半数以上，如果气门出现损坏，严重时将导致整台发动机报废。因此，气门在发动机中的重要性和工作环境的恶劣性决定了气门制造的重要性，这是本课题研究的目的和意义所在。1.2国内外研究现状1.2.1 国外研究现状气门的毛坯制造问题，目前，国外先进工业国如美、德、日等国在生产气门毛坯大都以“热挤压”法为主，而且国外正研究用低密度或较轻的材料制造气门，如钛合3金、陶瓷及工程聚合物、高强度铝合金等。同时也在研制以各种表面处

7、理方法处理气门8。锥面堆焊，工厂过去都采用手工焊接方式，产品质量差、生产效率低。而在欧美广泛采用12工位氧乙快焊机。由于焊机工位多，使得加工预热、熔化、焊接、保温冷却等过程分配得更加合理和协调，不仅堆焊质量好，而且生产效率高。采用该工艺方法加工的产品，在焊层表面质量、内应力分布、内部金相组织等方面能达到产品设计要求9。气门关键部位加工难的问题：例如关于锁夹槽加工方面，过去多以车、滚压为主。随着锁夹槽的形状变化，单槽变多槽，宽槽变窄槽，精度也愈来愈高，给加工增加了困难。国外采用高精度磨床，金刚滚轮修整砂轮解决了锁夹槽加工难问题10,11。同时，国外在气门形位公差的检查方面，不管在工序中还是成品检

8、查，都采用先进的综合量仪或高精度检测量仪。1.2.2 国内研究现状关于气门毛坯制造问题，我国仍然采用“电锻”，有关资料已证明，在大批量生产中，从整个的工艺和成本上分析，“热挤压”是优于“电锻”的。因为热挤压法可以采用成本较“冷拉钢”低的“热轧钢”，这方面就很适合我国当前的国情8。轻量化和适应高温化：轻量化是汽车发展的一个重要方向。虽然配气机构对整个汽车的轻量化贡献很小，但是它会对发动机的性能产生很大的影响。进、排气门的惯性重量约占配气机构的40%，气门的轻量化可以在很大程度上减少气门弹簧的负荷，进而减少摩擦损失。当前轻量化的方法多采用轻材料或细杆化；气门行业为尽可能减轻气门的质量和提高气门的使

9、用寿命，为适应车用发动机的所要求的高功率化，气门材料的发展趋势主要不断向以陶瓷为代表的高级材料过渡。同时，也使用Ni基的耐热合金，向低成本的低质材料方向发展，即减少Co含量和含Ni量的替代材料发展。开发新的制造工艺：国内现有的气门加工工艺路线较长，对大量生产而言，每道工序的提高和改进都有显著的经济意义。止匕外，开发新的制造工艺以便提高产品质量和降低制造成本。例如，采用杆端面高频淬火新工艺，交接圆定位切断、颈部成型磨削、盘端面定位磨削盘锥面，螺旋抛光、新型气门锥面厚度检具、高频脉冲电解加工模具等新技术、新工艺。这些新技术不仅有效延长气门的使用寿命，而且能增强气门的安全性能。成形加工自动化、智能化

10、：由于气门材料价格昂贵，原材料费用在成本中所占比例甚高，降低废品率是降低生产成本的重要途径。为此，研究电热锻粗成形机理，实现电锻工艺参数优化，开发新型CNC智能型电锻机，对于提高气门生产水平，降低成本具有十分重要的意义。国内气门的生产大多为多品种生产，生产管理很容易造成混乱，实行信息化管理可以大大提高生产效率。广东怀集县汽车配件公司与广东工业大学合作开发了基于无线射频电子标签的生产管理系统，实现了气门生产管理的信息化12,13。国内仅有个别厂引进了国外先进的气门综合量仪，其能进行电控数显，但是大多数厂仍还是用手工检测、单项的落后检测手段。所以，应该大力推广、应用高精度综合量仪，以来提高检测水平

11、。由此可见，国内气门行业采用的传统技术、设备比较落后，生产成本高；而国外知名的气门公司普遍采用了高性能的设备加工气门，不仅提高了生产效率，保证了加工精度，而且降低了废品率，也变于大规模的生产。综上所述，对于生产气门这种工序多，工艺复杂而难度大，以及气门在配气组中的重要性，气门工作环节的恶劣性和其加工工艺的高度要求，以及国内外气门加工技术的差距决定采用比较先进的气门制造技术和工艺，都是需要我们解决的问题。由此可见，进行工艺改进、优化产品工艺、提高工艺水平就显得特别重要14,15。2零件的分析2.1 零件的作用气门的作用是控制发动机的进气。它对发动的机的可靠性和耐久性有重要影星，因此是发动机重要零

12、件之一。368Q汽油机对汽油的主要要求是保证气门与气门座之间的密封性要好。气门密封性不好会造成气门与气门座之间的漏气，发动机机动效率下降，燃油消耗率增加，漏气严重时，发动的极有可能不能启动。同时，高燃气由气门与气门座之间的间隙露出时，会造成气门过热，甚至气门烧损。另一重要的要求是进气阻力越小越好，这样可以减小进气的功率。2.2 零件的结构特点气门头部结构形式有平顶式、凹顶式、凸顶式，如图2.1。其特点分别为：结构简单，制造方便，吸热面积小，质量也较小，排、进气门都可采用；凹顶杆部与头部的过渡部分具有一定的流线形，可以减少进气阻力，但其顶部受热面积大，故不适用于5排气门，适用于进气门；凸顶式气门

13、适用于排气门，因为其强度高，排气阻力小，废气的清除效果好，但加工复杂、质量和惯性力大、球形的受热面积也大。图2.1气门头部结构形式气门的工作条件非常恶劣。首先，气门直接与高温燃气接触，受热严重，而散热困难，因此其门温度很高。进气门的温度约为300400。其次，气门承受气体力和气门弹簧力的作用，以及由于配气机构运动件的惯性力使气门落座时受到冲击。第三,气门在润滑条件很差的情况下以极高的速度启闭并在气门导管内作高速往复运动。此外，气门由于与高燃气中有腐蚀性的气体接触而受到腐蚀。（1）发动机进气门结构应具有以下特点：1）在高温、高压下工作应具有足够的刚度和强度；2）因以极高的速度往复运动应具有较轻的

14、结构质量；3）具有良好的耐磨性和耐腐性；4）具有良好的导热性，热膨胀小；5）保证汽缸内部空间严格密封性20（2）进气门结构一般有气门头和气门杆两部分组成。气门头又包括气门边缘厚度、气门锥面、气门颈部，气门杆又包括气门锁圆槽。如图2.3所示气门的一般结构。1）气门顶面它承受气体的高温和压力。本次研究的气门顶面呈凹型，这是由于进气门的需要和减少进气阻力。2）气门锥角顶平面与气门锥面的夹角称之为气门锥角。气门锥角的作用：具就像圆锥形的塞子可以塞紧瓶口一样，能获得比较大的气门座合力，进而来提高密封性和导热性；避免气流因过渡过大而减小流速；气门在座落时有自行定位功能；气门落座时能自动挤掉与气门座接触面的

15、沉积物，即有很好自洁功能。进、排气门锥角的大小：进气门锥角一般较小，因为锥角如比较小，进气通道截面就比较大，进气量就会增多；排气门锥角相对比较大，由于锥角比较大，气门头部边缘的厚度相对也比较大，不容易变形。排气门工作温度高，热负荷较大而选用较大的锥角，以加强散热能力和避免因受热变形。而且锥角如比较大，座合力也就比较大，自洁功能相对大。图2.2发动机进气门结构2.3 零件的工艺分析由零件图及工作条件分析可知，即该进气门为368Q汽油机的进气门机根据其工作温度、腐蚀情况、冲击负荷大小及气门杆导向面与端面耐磨成都等因素，选择材料4Cr10Si2Mo（0.350.45C;1.902.60Si;00.0

16、35P;00.030S;9.010.05Cr；0.60Ni;0.700.90Mo；0.631S30.160.32S2一级0.320.63S40.16由此可知，锻件的形状复杂系数选择s40（2）锻件材质系数M锻件材质系数分为两级，分别为M1和M2级别，如表3.2所示18表3.2锻件材质系数级别钢的最高含碳量合金钢的合金元素最高总含量M10.65%0.65%3%由所选材料4cr10si2mo的元素含量知，锻件材质系数为M1。(3)零件表面粗糙度由零件图纸知，该发动机进气门各加工表面的粗糙度Ra均大于等于0.4微米。根据上述诸因素，确定该锻件的尺寸公差和机械加工余量，如下表3.3所示。表3.3机械加

17、工余量及锻造毛坯尺寸公差加工表面零件尺寸机械加工余量毛坯公差毛坯尺寸进气门左右端面112h10(1.52.0)取2弧度R9(1.52.0)取1.5气门杆(1.52.0)取2气门头边缘(1.52.0)取2考虑到小端面要钻中心孔并且最终工序要去除中心孔，所以应取为。毛坯简图如下图3.1所示。图3.1毛坯简图3.2 基准的选择定位基面的选择是确定加工方案，拟定零件的机械加工路线中首先要做的重要工作。基准选择的正确、合理与否，将直接影响工件的生产效率和加工质量。3.2.1 定位基准的选择定位基准有精基准与粗基准之分，一般先确定精基准，然后再确定粗基准。根据选择定位基准的基本方法来选择基准。定位基准选择

18、的一般原则：(1)应尽量选择零件尺寸上有重要位置精度关联的主要表面为定位基准，因为这样的表面是决定该零件其他表面的基准，也是主要设计基准。(2)首先应考虑保证空间的位置精度，再考虑保证尺寸精度。因为在加工过程中，保证空间位置精度要有时要比尺寸精度困难的多。10(3)选择最大尺寸的表面为安装面(限制三个自由度)，选最长距离的表面为导向面(限制两个自由度)，选最小尺寸的表面支承面(限制一个自由度)。3.2.2 粗基准的选择方法(1)选加工余量小的、较准确的、表面质量较好的、面积较大的毛面作为粗基准。因此，不应选有毛刺的分型面等做粗基准。(2)选重要表面为粗基准，因为重要表面一般都要求余量均匀。(3

19、)选不加工的表面为粗基准，这样可以保证加工表面和不加工表面之间的相对位置要求，同时可以在一次安装中加工更多的表面。(4)粗基准一般只能使用一次。3.2.3精基准的选择方法(1)基准重合。尽量选择设计基准为定位基准，这样就没有基准不重合误差。(2)基准统一。为了减少夹具类型和数量，或为了进行自动化生产，在零件的加工过程中，对于多个加工工序，选择统一的定位基准。(3)互为基准。对某些空间位置精度要求很高的零件，通常选用互为基准、反复加工的原则。(4)自为基准。对于某些要求高的表面，在精加工时，为了保证加工精度，要求加工表面的余量很小并且均匀，这时常以加工表面本身定位，待到夹紧后将定位元件移去，在进

20、行加工19。根据以上定位基准的选择方法，精基准与粗基准的选择如下：(1)精基准的选择：根据精基面的选择原则，选择精基面时，要首先考虑基准重合的问题，即在可能的情况下，应尽量选择设计基准为定位基准。因为各加工表面对零件两端面中心线的圆跳度为0.01mm。因此加工？7mm、？8mm、？32mm、圆锥面时选择零件两端的中心线以及外圆的表面柱面为定位基准，可以满足设计要求。各阶梯轴端面和零件端面为精基准。零件两端面互为基准。(2)粗基准的选择：根据粗基准的选择原则，为了加工出以上精基面，应以外圆和一个端面为粗基面，钻两端中心孔。3.3 数控加工工艺路线的拟定加工工艺路线的拟定是制定工艺规程的总体布局，

21、包括确定的加工方法、划分加工阶段、决定工序的集中与分散、加工顺序的安排以及安排热处理、检验以及其他辅11助工序（去毛刺、到角）。它不但影响加工的质量和效率，而且影响工人的劳动的强度、设备投资、车间面积、生产成本等。因此拟定工艺路线是制定工艺规程的关键性一步，必须在充分调查研究的基础上提出工艺方案，并加以分析比较，最终确定一个经济合理的方案20,2103.3.1 零件表面数控加工方法的确定根据零件图上各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，查表平面加工方案的经济精度和表面粗糙度；查表外圆表面加工方案的经济精度和表面粗糙度；确定零件各表面的加工方法如下表3.4所示。表3.4发动机进气门各表面的加工方案加

22、工表面尺寸及偏/mm尺寸精度等级表面粗糙度加工方案气门杆IT9Ra0.4粗车-精车-磨削锁圆槽IT9Ra0.8粗车-精车-磨削气门杆断面112h10IT4Ra0.4粗车-精车-磨削大端端面112h10IT4粗车-精车气门锥面IT7Ra0.4粗车-精车-磨削气门头TI8粗车-精车顶部端半圆槽R20-车颈部粗车-精车通过对该零件图和零件工艺仔细的分析，零件表面加工难度大、加工质量要求高。根据数控加工内容选择原则，通常优先考虑数控加工的内容为：使用通用机床无法加工的内容；通用机床很难加工，即使使用通用机床能加工，加工质量也难保证的内容；通用机床工作效率低、工人手工操作的劳动强度大的内容。相比之下，下

23、列内容不宜选择数控加工：需要通过较长时间来占机调整的加工内容，如以毛坯的粗基准定位来加工第一精基准，需要用专用的工装；加工的部位分散，需要多次安装，多次设置不同原点，数控加工比较麻烦；按某些特定的样板加工的型面轮廓，这样获取数据困难，同时增加编程难度。12根据以上原则，本零件需要采用数控加工，但是对于一个零件来说，往往并不是全部加工的工艺过程都适合在数控机床上完成，而往往只是其中的一部分加工工艺内容适合数控加工，所以本零件的加工表面：气门杆、锁圆槽、弧度、锥面的精车适合在数控车床上加工以及顶部端半圆槽也适合在数控车床上加工，各表面的粗车加工内容适合在普通车床加工220由上分析知，由于数控加工方

24、法是穿插于零件加工的整个工艺过程中，因而要与其它加工工艺衔接好，如斜街的不好就容易产生矛盾，如：要不要留加工余量，具体留多少；定位面与孔的形位公差要求及精度的要求；对校形工序的技术要求；对毛坯的热处理状态等最好的办法是相互建立这些状态要求，本零件加工方法具体衔接过程为图3.2所示。图3.2加工流程普通外圆磨削中心外圆磨削，工件磨削时按一个固定的旋转中心旋转。当工件以中心孔为基准在两顶尖间装时，两顶尖的的尖端构成工件的旋转中心，这种形式可以达到较高的圆度和同轴度要求。普通外圆磨床和外能外圆磨床均属此种磨削形式23故本工艺磨削形式为普通外圆磨削。磨削加工又分为普通磨削和精密磨削，各加工方法经济加工

25、能力如下表3.5和表3.6所示24,25o表3.5普通磨削的经济加工能力磨削方式尺寸精度表面粗糙度/微米外圆磨削IT6IT5Ra0.80.2内圆磨削IT7IT6Ra0.80.2平面磨削IT6IT5Ra0.40.2无心磨削Ra0.80.113表3.6精密磨削经济加工能力磨削方式尺寸精度表面粗糙度/微米外圆精密磨削IT6IT1Ra0.160.02内圆精密磨削IT7IT5Ra0.1250.063平面精密磨削Ra0.10.025精密螺纹磨削IT7IT5Ra0.050.025由发动机进气门加工质量要求知，可选普通磨削综合以上分析，修订发动机进气门各表面的加工方案如下表3.7所示。表3.7发动机进气门各表

26、面的加工方案加工表面尺寸及偏/mm尺寸精度等级表面粗糙度加工方案气门杆IT9Ra0.4粗车-数控精车-普通磨削锁圆槽IT9Ra0.8粗车-数控精车-普通磨削气门杆断面112h10IT4Ra0.4粗车-数控精车-普通磨削大端端面112h10IT4-粗车-数控精车气门锥面300.1IT7Ra0.4粗车-数控精车-普通磨削气门头32h8TI8-粗车-数控精车顶部端半圆槽R20-数控粗车颈部8-粗车-数控精车3.3.2 加工阶段的划分及工序的集中与分散(1)加工阶段的划分该进气门加工质量要求较高，可将加工阶段划分成粗加工、精加工和磨削几个阶段。在粗加工阶段，首先要将精基准加工好，使后续的工序等都可采用

27、已加工的精基准定位加工，以保证其它要加工表面的精度要求。(2)工序的集中与分散本课题采用工序集中原则安排进气门的加工工序。该进气门的生产类型为小批生产且零件的加工精度要求比较高，在一次的装夹中加工了许多表面，如数控精车加工，有利于保证各加工表面之间的相对位置精度要求。3.3.3 工序顺序的安排(1)机械加工工序遵循“先基准后其它”原则首先加工基准一粗车两端端面，钻中心孔；遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工序；遵循“先主后次”原则，先加工主要表面一进气门气门杆、锁圆槽、圆弧一后加工次要表面一顶端半圆槽。由此初拟进气门机械加工工序安排，具体如下表3.8所示。(2)热处理工序热处

28、理的工序一般安排顺序如下：表3.8进气门机械加工工序安排(初拟)14工序号工序内容简要说明0粗车进气门两端面，精车大端面至5mm”先基准后其它”05钻两端中心孔”先基准后其它”10粗车气门杆、锁圆槽、颈部“先粗后精”、“先主后次”15粗车气门头、粗车气门锥面、弧度“先粗后精”、“先主后次”20数控精车气门杆、锁圆槽、弧度、气门锥面、气门头“先粗后精”、“先主后次”25磨气门杆、锁圆槽、气门锥面“先主后次”30去除顶尖孔、倒角“先主后次”35磨小端面“先主后次”40数控车顶端半圆槽“先主后次”45大端面倒角1）为了改善工件的切削性能而进行的热处理工序，如正火、退火、调质等热处理，应安排在切削加工

29、之前。2）为了消除工件的内应力而需要进行的热处理工序，如实效热处理，应安排其在粗加工的之后，精加工的之前进行。3）为了得到零件所要求的物理机械使用性能，如表面处理渗碳、渗氮、淬火等热处理工序，一般应该把该热处理合理地安排在粗加工和半精加工的之后，精加工的之前进行。4）对于需要整体淬火的零件，则应该在淬火之前，将所有已经用金属切削的刀具加工的表面都加工完，而且表面已经过淬火后，一般仅能进行磨削加工240依据以上理论，进气门加工安排如下热处理工序：模锻后，进行调质处理，调质硬度为HRC2837,以改善其切削性能；精加工后进行表面处理，气门杆表面离子渗氮（厚度不小于0.1mm）,气门锥面堆焊船基合金

30、（厚度不小于0.4mm）；气门杆的小端面在磨削之前进行局部淬火（淬火厚度不小于4毫米，硬度大于等于50HRC）,以改变其机械物理性能。（3）辅助工序辅助工序有很多，如检验、洗涤、平衡、去毛刺、打钢印等等。根据需要具体安排。本机械加工应安排：在精加工后安排去毛刺；所有机械加工后一般应安排成品检15验；清洗，验收。在综合考虑上述工序安排原则的基础上，拟定进气门的机械工艺路线如上表3.9所示。表3.9进气门机械加工工艺路线(修改后)工序号工序内容定位基准0热处理05粗车进气门两端面外圆柱面10钻两端中心孔外圆柱面15粗车气门杆、锁圆槽、颈部外圆柱面、中心孔20粗车气门头、气门锥面、弧度外圆柱面、中心

31、孔25去毛刺30数控精车气门杆、锁圆槽、弧度、气门锥面、气门头两中心孔35表面处理40磨气门杆、锁圆槽、气门锥面两中心孔45去除顶尖孔、倒角外圆柱面50热处理55磨小端面外圆柱面60半精车大端面、大端面倒角外圆柱面65数控车顶端半圆槽外圆柱面70成品检验75清洗、验收80上油、入库3.3.4 加工设备及工艺装备的选用机床和工艺装备的选择应在满足零件加工工艺的需要和可靠地保证零件加工质量的前提下，与生产批量和生产节拍相适应，并应在优先考虑采用标准化的工艺装备和充分利用现有条件，以降低生产准备费用。机床的一般选用原则如下：(1)机床规格能满足加工零件要求：影响工件可加工性，机床的主参数，例如普通车

32、的刀架上最大工件圆转直径、最大工件长度；影响夹具、刀具；影响切削用量。(2)能满足零件加工精度和表面粗糙度要求;16(3)满足生产率和经济性要求18。根据以上原则，本加工工艺规程选择的加工设备及工艺装备如下表3.10所示。表3.10加工设备及工艺装备工序号工序内容加工设备工艺装备0热处理加热炉硬度计05粗车进气门两端面卧式车床CA6140450端面车刀、游标卡尺10钻两端中心孔卧式车床CA6140游标卡尺、中心钻15粗车气门杆、锁圆槽、颈部卧式车床CM6125900外圆车刀、游标卡尺、专用夹具20粗车气门头、气门锥面、弧度卧式车床CA6140900外圆车刀、游标卡尺25去毛刺钳工台油光锂30数

33、控精车气门杆、锁圆槽、弧度、气门锥面、气门头数控车床CK6140专用夹具、900外圆车刀、游标卡尺35表面处理40磨气门杆、锁圆槽、气门锥面外圆磨床M131W游标卡尺、外径千分尺45去除顶尖孔、倒角卧式车床CM6125铜皮、通用机具、游标卡尺50热处理淬火机等55磨小端面外圆磨床M131W虎钳、游标卡尺、百分表60大端面、倒角卧式车床CA6140游标卡尺、铜皮、通用夹具65数控车顶端半圆槽数控车床CK6140游标卡尺、铜皮、通用夹具70成品检验塞规、百分表、卡尺等75清洗、验收清洗机80上油、入库3.4 加工余量、工序尺寸、公差及基本时间的确定3.4.1 加工余量的确定确定加工余量的方法有三种

34、：计算法、查表法和经验法。计算法：在影响因素清楚的情况下，计算法是比较准确的。要做到对余量影响因17素清楚的情况，必须具备一定的测量手段和掌握必要的统计分析资料。在掌握各因素大小的条件下，才能进行余量的比较准确的分析。查表法：此法主要以工厂生产实践和经验研究积累的经验所制成的表格为基础，并结合实际加工情况加以修正，确定加工余量。这种方法方便、迅速，生产上广泛应用。经验法：有一些有经验的工程技术人员或工人根据经验确定加工余量的大小。由经验确定的加工余量往往偏大，这主要是因为主观上怕出废品的缘故。这种方法多在单件小批生产中采用18,19。同时应考虑前道工序的加工精度和表面质量。加工质量和表面质量较

35、好，应取较小的余量；反之，应取较大的余量。应考虑前道工序的加工方法、设备、安装以及加工过程中变形所应起的各表面间相互位置的空间偏差。安装误差大，工件变形大，应取较大的余量。空间偏差大，选较大加工余量。本机械加工工艺的加工余量是主要依据查表法确定的。粗车及半精车外圆加工余量与轴类工件外圆磨削余量参考值分别如表3.11和表3.12所示25。表3.11粗车及半精车外圆加工余量零件基本尺寸直径余量经或未经热处理零件的粗车半精车未经热处理经热处理折算长度200200400200200400 6101.51.70.81.01.01.3 10181.51.71.01.31.31.5 18302.02.21.

36、31.31.31.5 30502.02.21.41.51.51.9表3.12轴类工件外圆磨削余量参考值工件材料磨削表面前状况热处理直径余量18碳钢工件表面刚整，粗糙度Ra1.6以下微米，无缺陷高硬度件0.030.08合金钢淬火调质件0.050.10不锈钢未经处理件0.10.15碳钢工件表面较刚整，粗糙度Ra3.2微米，无缺陷高硬度件淬火调质件未经处理件0.050.10合金钢0.100.15不锈钢0.10.20碳钢粗糙度Ra6.33.2微米，不光整、局部软硬不均高硬度件淬火调质件未经处理件0.050.12合金钢0.150.20不锈钢0.200.25根据上表选择发动机进气门的气门杆、锁圆槽和锥面磨

37、削直径加工余量为0.1mm。综合以上两表及各加工方法加工经济精度，得工序尺寸及公差如下表3.13所示。3.4.2 切削用量及基本时间确定(1)切削用量概述切削用量包含切削速度、进给量及背吃刀量三项。切削用量的选择原则：选择切削用量应根据工件的材料、道具的材料、机床的功率、工艺系统刚度和加工精度要求等情况，在保证工序质量的前提下，充分利用刀具的切削性能和机床功率、转矩等特性、获得高生产率和低加工成本；从刀具耐用度(刀具寿命)的规律出发，首先应选定背吃刀量ap,其次选定进给量f,最后选定切削速度vc；粗加工时，加工精度和表面粗糙度要求不高，毛坯余量较大，因此选择粗加工余量时，应尽量保证较高的金属切

38、除率，以提高生产率，精加工时，加工精度和表面粗糙度要求较高，加工余量小且均匀，因此选择切削用量时应着重保证加工质量，并在此基础上尽量提高生产率。背吃刀量的选择：由于粗加工时是以提高生产率为主要目标，所以在留出半精加工、精加工余量后，应尽量将粗加工余量一次切除，一般ap可达810mm。到遇到断续切削、加工余量太大或不均匀时，则应考虑多次走刀，而此时的背吃刀量应依次19递减，粗加工时，由于背吃刀量大，切削力、切削功率也大、应注意机床功率和工艺系统刚度；精加工时，应根据粗加工余量留下的余量确定背吃刀量，使加工余量小而均匀。表3.13各主要加工表面余量、工序尺寸及公差加工表面工序单边余量/mm工序尺寸

39、/mm公差粗车端面1118IT11粗车外圆11mm19IT11粗车外圆11mm0.58IT11粗车锁圆槽1R1IT11粗车气门头外圆1.533IT11粗车弧度R10.50.5R10IT11粗车气门锥面22IT11数控精车外圆8mm0.458IT11数控精车锁圆槽R1mm0.4R1.4IT11数控精车外圆9mm0.5。8IT11数控精车弧度R10mm1R9IT11数控精车锥面0.452.9IT11数控精车气门头外圆33mm0.532IT11粗磨锁圆槽0.04R1.48IT11粗磨气门才f外圆0.047.02IT11粗磨气门锥面0.042.98IT11精磨锁圆槽0.01R1.5IT11精磨气门杆0

40、.017IT11精磨气门锥面0.013IT11粗磨气门小端面0.4113.02IT11精磨气门小端面0.1113IT11进给量的选择：粗加工时对表面粗糙度要求不高，在工艺系统刚度和强度好的情况下，可以选用大一些的进给量；精加工时，应主要考虑公家表面粗糙度要求,20般表面粗糙值越小，进给量也相应减小。切削速度的选择：切削速度主要应根据工件和道具的材料来选定。粗加工时，主要受刀具寿命和机床功率的限制。如超出机床需用功率，则应适当降低切削速度；精加工时，切削深度和进给量选用的都较小，在保证合理刀具寿命的情况下，切削速度应选取得尽可能高，以保证加工精度和表面质量，同时满足生产率的要求18,20,21。

41、切削用量选定后，应根据已选定的机床，将进给量和切削速度修整为机床所具有的进给量和转速，并计算出实际的切削速度。工序卡上填写的切削量应是修正后的进给量和转速。转速与切削速度的计算公式为：n=vc/(3.14d)上式中：d刀具(或工件)直径，mm；Vc切削速度，m/min。(2)加工工序及基本时间的确定1)工序15粗车端面，工序图如下图3.2所示。图3.3粗车端面工步1粗车小端面a.切削深度：在切削原理中学过，选择粗加工切削余量时，应“优先采用较大的切削深度，其次是进给量、最后才是选择合适的切削速度”。现端面粗车余量为1mm,一次走刀完成。ap=1mm。b.进给量查表取0.4mm/r,即f=0.4

42、mm/r。c.切削速度查表选取60m/min,即vc=60m/min。d.确定机床主轴转速n=1000*60/(3.14*11)=1737.11r/min。对照车床CA6140资料，取实际转速n=1400r/min。e.重新确定切削速度vc=3.14*11*1400/1000=48.36m/min因此本工步最后确定切削用量是ap=1mm,f=0.4mm/r,n=1400r/min,vc=48.36m/minf.基本时间21由工艺学知，车削基本时间的计算式为tj=(1+11+12)*i/(n*f)上式中：1=(d-di)/2(d为工件直径，di为车圆环的内径或车槽后的底径，车实体端或切断时=0)

43、;11切入长度(11=ap/tgkr+(23)mm,kr为刀具主偏角)；12切出长度(12=35mm);n主轴转速；f进给量；i进名&次数26。故本工步的基本时间为：tj1=(1+11+12)*i/(n*f)=(4.5+3+1)*1/(1400*0.4)=0.015min。工步2粗车大端面a.切削深度现端面粗车余量为1mm,一次走刀完成。ap=1mm。b.进给量查表取0.45mm/r,即f=0.45mm/r。c.切削速度查表选取60m/min,即vc=60m/min。d.确定机床主轴转速n=1000*60/(3.14*36)=530.781r/min。对照车床CA6140资料，取实际转速n=5

44、00r/min。e.重新确定切削速度vc=3.14*36*500/1000=56.52m/min。本工步最后确定切削用量是ap=1mm,f=0.45mm/r,n=500r/min,vc=56.52m/min。f.基本时间车削基本时间的计算式为tj=(1+11+12)*i/(n*f)上式各参数如上所述。所以本工步的基本时间为：tj2=(1+11+12)*i/(n*f)=(18+3+1)*1/(500*0.45)=0.098min。本工序的基本时间为：22tj=tj1+tj2=0.015+0.098=0.113min。2)工序25粗车气门杆外圆、锁圆槽，其工序图如下图3.3所示。工步1粗车？11至

45、？9a.切削深度：现粗车余量为2mm,一次走刀完成。所以ap=1mm。b.进给量查表取0.4mm/r,即f=0.4mm/r。图3.4粗车气门杆外圆、锁圆槽c.切削速度查表选取60m/min,即vc=60m/min。d.确定机床主轴转速n=1000*60/(3.14*11)=1737.11r/min对照车床CM6125资料，取实际转速n=1250r/min。e.重新确定切削速度vc=3.14*11*1250/1000=43.18m/min。本工步最后确定切削用量是：ap=1mm,f=0.4mm/r,n=1250r/min,vc=43.18m/min。f.基本时间由工艺学知，车削基本时间的计算式为

46、tj=(l+l1+l2)*i/(n*f)上式中：l切削长度；l1切入长度(l1=ap/tgkr+(23)mm,kr为刀具主偏角)；l2切出长度(l2=35mm);n主轴转速；f进给量；i进给次数。所以本工步的基本时间为：tj1=(l+l1+l2)*i/(n*f)=(100+3+1)*1/(1250*0.4)=0.208min。工步2粗车11至9a.切削深度:现粗车余量为1mm,一次走刀完成。ap=0.5mm。b.进给量查表取0.35mm/r,即f=0.35mm/r。23c.切削速度查表选取60m/min,即vc=60m/min。d.确定机床主轴转速n=1000*60/(3.14*9)=2123

47、.14r/min。对照车床CM6125资料，取实际转速n=2000r/min。e.重新确定切削速度vc=3.14*9*2000/1000=56.52m/min。本工步最后确定切削用量是：ap=0.5mmf=0.35mm/rn=2000r/minvc=56.52m/min。f.基本时间车削基本时间的计算式为tj=(l+l1+l2)*i/(n*f)上式中各参数如上所述。故本工步的基本时间为：tj2=(l+l1+l2)*i/(n*f)=(99+3+1)*1/(2000*0.35)=0.147min。工步3粗车锁圆槽a.切削深度:现粗车余量为2mm,一次走刀完成。ap=1mm。b.进给量查表取0.3m

48、m/r,即f=0.3mm/r。c.切削速度查表选取60m/min,即vc=60m/min。d.确定机床主轴转速n=1000*60/(3.14*8)=2388.54r/min。对照车床CM6125资料，取实际转速n=2000r/min。e.重新确定切削速度vc=3.14*8*2000/1000=50.24m/min。本工步最后确定切削用量是：ap=1mm,f=0.3mm/r,n=2000r/min,vc=50.24m/min。f.基本时间车削基本时间的计算式为tj=(l+l1+l2)*i/(n*f)上式中：l=(d-d1)/2(d为工件直径，d1为车圆环的内径或车槽后的底径，车实24体端或切断时

49、=0),其它参数如上所述。所以本工部的基本时间为:tj3=(1+11+12)*i/(n*f)=(1+3+1)*1/(2000*0.3)=0.007min。本工序的基本时间为：tj=tj1+tj2+tj3=0.208+0.147+0.007=0.362min。3)工序30粗车外圆、弧度、锥面，其工序图如下图3.4所示。图3.5粗车外圆、弧度、锥面工步1粗车气门头外圆a.切削深度：现粗车余量为3mm,一次走刀完成。ap=1.5mm。b.进给量查表取0.4mm/r,即f=0.4mm/r。c.切削速度查表选取60m/min,即vc=60m/min。d.确定机床主轴转速n=1000*60/(3.14*3

50、6)=530.78r/min。对照车床CA6140资料，取实际转速n=500r/min。e.重新确定切削速度vc=3.14*36*500/1000=56.52m/min。本工步最后确定切削用量是：ap=1.5mm,f=0.4mm/r,n=500r/min,vc=56.52m/min。f.基本时间车削基本时间的计算式为tj=(l+l1+l2)*i/(n*f)上式中各参数如工序25的工部1所述。所以本工步的基本时间为：tj1=(l+l1+l2)*i/(n*f)=(6+3+1)*1/(500*0.4)=0.05min。工步2粗车锥面a.切削深度:现粗车余量为2mm,一次走刀完成。ap=2mm。b.进

51、给量查表取0.35mm/r,即f=0.35mm/r。c.切削速度查表选取60m/min,即vc=60m/min。d.确定机床主轴转速25n=1000*60/(3.14*33)=579.04r/min。对照车床CA6140资料，取实际转速n=560r/min。e.重新确定切削速度vc=3.14*33*5600/1000=58.03m/min。本工步最后确定切削用量是：ap=2mm,f=0.35mm/r,n=560r/min,vc=58.03m/min。f.基本时间车削基本时间的计算式为tj=(l+l1+l2)*i/(n*f)上式中各参数如如上所述。所以本工步的基本时间为：tj2=(l+l1+l2)*i/(n*f)=(2+3+1)*1/(560*0.35)=0.031min。工步3粗车弧度a.切削深度:现粗车余量为1mm,一次走刀完成。ap=0.5mm。b.进给量查表取0.35mm/r,即f=0.35mm/r。c.切削速度查表选取60m/min,即vc=60m/min。d.