2022年气门摇臂轴支座加工工艺及夹具设计方案说明书3.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 序 言 由于知才能所限,设计中尚有很多不足之处,恳请各位老师赐予指教；机械制造 技术基础课程设计是我们学完高校的全部基础课程课、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化的综合性的总复习,也是 一次理论联系实际的训练,因此,它在我们四年的高校学习中占有重要的位置；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；详细是工艺设 计,工序卡、工艺过程卡的编制,夹具设计；就我个人而言,我期望能通过这次课程设计对自己将来将从事的工作进行一次适 应性训练,从中锤炼自己分析问题、解决问题的才能,能够更深

2、化懂得课本学问,并 能够很好的应用理论学问,为以后更好地胜任我的工作岗位打好基础；1 / 15 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 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；mm孔装摇臂轴,轴两端各安装一进、排气气门摇臂；内压力,便于启动柴油机,两孔间距mm孔内装一个减压轴,用于降低汽缸 mm,可以保证减压轴在摇臂上打开气门,实现减压；该零件通过 mm小孔用 M10螺杆与汽缸相连；该零件是柴油机气门掌握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

3、标注完整,能够表达清晰零件的各个部分,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,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 mm、mm孔加工要求较高,两孔中间距 mm,mm孔中心与底平面距离 mm,mm孔中心与底面距离 49 0.05mm；有平行度要求,表面粗糙度 1.6 ,需精加工,mm小孔直接钻出即可,另 斜小孔直接钻出；2. 面的加工该零件需加工平面为22 36 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

4、求高,粗铣即可；26 圆柱两端面粗铣,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；图一2 / 15 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 二、 工艺规程设计一）确定毛坯的制造形式零件材料为 HT200,生产纲领为6000 件/ 年,依据挑选毛坯应考虑的因素,该零件体积较小、外形不是很复杂,外表面采纳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,设备简洁,故本零件毛坯采纳砂型 机器造型；二）基面的挑选 基面挑

5、选是工艺规程设计中的重要工作之一,基面挑选的正确与合理,可以使加工质 量得到保证,生产率得到提高；否就,加工工艺过程中的问题百出,更有甚者,仍会 造成零件大批报废,使生产无法正常进行； 1 ）粗基准挑选：依据有关粗基准的挑选原就即当零件有不加工表面时应以这些不加工表面作粗基准：如零件有如干个不加工表面时,就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）；粗基准挑选应为后续加工供应精基准,保证加工面与不加工面之间的位置要求或合理安排各加工面的余量,对该零件应以要求与余量匀称的重要表面为粗基准,故该零件挑选未加工的底面为粗基准加工上端面；2）精基准挑选：应当主要考虑如何保证加工精度和装

6、夹便利,为排除基准不重合误差,应当以设计基准为精基准；三）制订工艺路线制订工艺路线动身点,应当是使零件的几何外形、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证；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,仍应当考虑经济成效,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2 退火3 粗铣 28、 26 圆柱两端面4 精铣 28 圆柱两端面5 粗铣 22 圆柱端面 22 36 底面6 精铣 22 36 底面7 钻孔 11 8 钻、扩、粗铰、精铰 18、 16 两孔至图样尺寸并锪倒角 1 459 钻孔 3 3

7、 / 15 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 10 去锐边、毛刺11 终检、入库2. 工艺路线方案二：工序号工序内容1 451 铸造2 退火3 粗铣 22 圆柱端面、 22 36 底面4 精铣 22 36 底面5 精铣 28 圆柱端面、 26 圆柱端面6 精铣 28 圆柱两端面7 钻孔 11 8 钻、扩、铰 18、 16 两孔至图样尺寸并锪倒角9 钻孔 3 10 去锐边、毛刺11 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 28、 26 两圆柱端面,然后以此为基面加工 22 36 底

8、面,再以该底面为定位基准加工孔；方案二就与此相反,先是加工 22 36 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” 原就,而方案一前后精基准挑选不符合；用方案一加工的两、孔达不到图样的要求,因此方案二好,但是认真考虑后仍是有问题；依据先面后孔、先主要表面后次要表面和先粗加工后精加工的原就,最终的加工路线 确定如下：序号工序内容定位基准1 铸造改善材料性能2 退火3 粗铣底平面以上圆柱端面定位4 粗铣圆柱上端面以底面定位5 粗铣、圆柱两端面以上圆柱端面定位6 精铣底平面7 钻孔划线8 精铣圆柱端面以底面定位4 / 15 名师归纳总结 - - - -

9、 - - -第 4 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 9 钻扩铰、孔以底面定位10 、两孔两端倒角各圆柱端面两孔11 钻孔、12 去毛刺、锐边13 终检,入库4. 挑选加工方法：挑选加工方法应当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 挑选铣削加工；对于上端面 圆柱端面,粗糙度 12.5 ,无其他要求,粗铣即可；底 圆柱端面粗糙度要求 12.5 ,无其他要求,采纳粗铣即 面 22 36 采纳粗铣精铣；可；圆柱 2 端面粗糙度要求 3.2 ,圆跳动 0.1 ,采纳粗

10、铣精铣；孔的加工：、3 孔粗糙度 12.5 ,直接钻孔即可；、孔粗糙度 要求 1.6 ,精度等级较高,有平行度要求,采纳钻扩铰孔即可满意要求；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HT200,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： CT810）,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

11、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 ,铸件尺寸公差值：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 尺加 工余加工余量说明取下行寸量等级数值22 36 底平面mm）G mm）底面,双侧加工44 2.5 数据） 22 圆柱上端44 G 2.5 双侧加工5 / 15 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 面 28 圆柱端面42 G 2.5 双侧加工 取下行数据） 26 圆柱端面21 G 2.5 双侧

12、加工表 2 主要毛坯尺寸及公差 mm）主要面尺寸零件尺寸总余量毛坯尺寸公差 CT 22 圆柱与底平39 4.5 44 9 面 28 圆柱42 3.5 42 9 26 圆柱16 3.5 21 9 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：圆柱轴向尺寸,上端面铣削,余量 2.5mm,下底面粗铣余量 2mm,精铣余量0.5mm；圆柱轴向尺寸 37 0.1mm,两端面粗铣余量 2mm,精铣余量 0.5mm；轴向尺寸 16mm,圆柱两端面粗铣,余量 2.5mm 钻孔

13、加工余量：孔 mm钻扩铰余量：钻孔：扩孔：至 5 2Z=1.8mm 铰孔：mm 2Z=0.2mm 孔 mm钻扩铰余量：钻孔：扩孔：至 5 2Z=1.8mm 铰孔：mm 2Z=0.2mm 、两孔直接钻出五）挑选加工设备及工艺装备1. 平面加工：采纳铣削,工序 3、4、5、6、8 由于是批量生产,要求加工效率较高,挑选立式铣床采纳端铣效率较高；挑选机床型号 X52 2. 孔加工：工序 7、9、11,挑选立式钻床 Z525,工序 9 采纳摇臂钻床 Z3025；6 / 15 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 3. 夹具挑选

14、：该零件的加工内容是孔和端面,其中孔、精度要求高,孔是斜小孔,铣底平面,都需要专用夹具；精铣圆柱两端面精度要求较高,且有圆跳动要求,需采纳专用夹具其余加工采纳通用夹具；4. 刀具挑选 ：铣削加工：挑选错齿三面刃铣刀；钻削加工：钻孔 采纳锥柄麻花钻 GB1438-85）直径 d=11mm,采纳 d=3mm锥柄麻花钻；钻孔 采纳 d=16mm锥柄麻花钻,钻孔 采纳 d=14mm锥柄麻花钻； 由文献 1 表 3.1-6 ）；扩孔、分别采纳d=17.8mm,d=15.8mm锥柄扩孔钻 GB1141-84）由文献 1 表 3.1-8 ）铰孔、分别挑选d=18mm,d=16mm锥柄机用铰刀GB1133-8

15、4）由文献 1 表 3.1-17 ）；六） 确定切削用量及基本工时：1. 工序 3 工序实际切削用量=0.105mm/z,=950mm/min,n=750 r/min=12.5r/s v=2.18m/s 时间定额： min 2. 工序 4 粗铣上端面： 由同组郭远波得 工序实际切削用量=0.105mm/z,=900mm/min,n=750 r/min=12.5r/s v=2.18m/s 时间定额：0.022 min ：由同组郭辉强得）3. 工序 5粗铣、两圆柱两端面）切削用量准时间定额工序时间定额 : 本工序加工面为两个圆柱的 0.04 min 0.037 min 4 个端面 , 时间为加工

16、4 个端面的和 . =0.077 min ；由于每个圆柱要铣2 个端面,时间是运算时间的2 倍,总时间=0.15min；4. 工序 6 5. 工序 7钻孔）切削用量准时间定额： 切削用量准时间定额 : 由同组郭辉强得）工序时间定额：0.097min 、）切削用量准时间定额：7. 工序 9钻、扩、铰孔 A. 钻孔至,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=8 r/s=480 r/min =500r/min 由文献 1 表 4.2-12 ,机床为 Z3025,挑选转速就实际切削速度：

17、v= =0.37 mm/r 扩孔至 15.8 钻孔 f=0.5 mm/r 由文献 11 表 9-42 ）v=0.48 m/s 由文献 11 表 9-44）=9.7 r/s=582 r/min 由文献 1 表 4.2-12 ,机床为 Z3025,挑选转速：=630r/min =10.5 r/s 实际切削速度： v= =0.52 m/s 铰孔：由文献 11 表 9-50 ,f=1.0mm/r ,v=0.155m/s 带入：=3.09r/s=185.4r/min；=200r/min ；由文献 1 表 4.2-12 ,机床为 Z3025,挑选转速 实际速度： v=0.167m/s；时间定额： s s

18、5.3s B.钻至=18.819 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：=5.95r/s=357 r/min 取机床实际转速：=400m/min,就实际切削速度： v=0.32 m/s 扩孔至 17.8 f=0.5 mm/r 由文献 11 表 9-42 ）v=0.48 m/s 由文献 11 表 9-44 ）代入公式：8 / 15 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - =8.6 r/s=516r /min 取机床实际转速： n=63

19、0 r/min=10.5r/s 实际切削速度： v=0.599m/s 铰孔由文献 11 表 9-50 ,f=1.8mm/r ,v=0.13m/s 代入 =2.3 r/s=138 r/min；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：26 s 8.7s 1.3 s =36 s 工序总时间定额：55 s 1min 8. 工序 11钻孔）切削用量准时间定额：由同组郭辉强得）切削工时： =17.1 s 9 / 15 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 三、夹具设计由于

20、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：本次设计挑选设计工序9 钻扩铰孔、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 孔中 心 与 底 面 距 离mm, 孔中 心 与 底 面 距 离mm；两孔中心距mm；夹具设计应第一满意这些要求,并保证较高的生产效率,仍应考虑夹具零件制造的工艺性和生产经济性,加工过程中夹具的操作应 便利,定位夹紧稳固牢靠,夹详细应具有较好的刚性；二）夹具的设计：1. 定位方案分析 依据图纸要求,为保证加工质量,在工件上钻孔,工

21、序基准应与设计基准相同；工序基准为：11、36 22 底平面、和圆柱端面；3 个自由度,以28 侧面方案一： 工件以 36 22 底平面作为主要定位面,限制定位一个移动自由度和一个转动自由度,仍有一个移动自由度由短定位螺钉侧面定 位；如图二、三：图二10 / 15 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图三方案二： 工件以 圆柱端面作为主要定位面,限制 3 个自由度,和 圆柱面用一固定 V 型块和活动 V 型块定位,限制 3 个自由度；再在 端面加一帮助支撑；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

22、是、及保证两孔的距离56 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打算；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、49,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 2. 定位误差分析：36 22底平面的平行度和距离；所以选用方案一；定位误差是指由于定位不准引起的

23、某一工序的尺寸或位置精度要求方面的加工误 差；对夹具设计中采纳的定位方案,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,或满意装夹 +对定 +过程 T,即可认为定位方案符合加工要求；11 / 15 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 对于本次设计的夹具,需要保证的尺寸要求：保证孔 中心与底面距离mm,孔中心与底面距离mm；两孔中心距0；mm；其中两孔中心距由钻模板上两钻套的中心距保证；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,基准不重合误差为导向装置的设计

24、：导向装置主要是钻模板,导向元件是钻套,加工中需要钻扩铰 3 个工步,为削减装夹时间,削减帮助时间,钻套分别挑选钻模板图见附图 3. 夹紧装置的设计：依据夹紧力方向的原就 16 和 18 的固定钻套；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；依据夹紧力作用点的原就 1）,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固受力区 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 采纳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

25、）,夹紧力的作用点应尽可能靠近工件的加工表面,以保证夹紧力的稳固性和牢靠 性,减小工件的夹紧力,防止加工过程产生振动；依据以上要求,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 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. 切削力及夹紧力的运算：A 切削力的运算：刀具为高速钢锥柄麻花钻,直径 的轴向力运算公式：d=16mm,f=0.26mm/r ,由文献 4 表 232,钻孔其中=365.9,ZF=1.0,YF=0.8 ,=0.94 带入公式钻孔至的轴向力：=1873 N 钻孔至的轴向力：=1639 N B 夹紧力的确定：12 / 15

26、 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 分析工件夹具中的受力情形：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 间的摩擦力平稳切削轴向力,定位面板材料为铸铁,工件材料为铸铁,摩擦系数为 0.5 ；由文献 12 公式 5-2 ：式中为摩擦力,为静摩擦因素,为正压力,带入式得：=3746 N,就实际夹紧力 F=K,K为安全系数；K= 由文献 2 表 1-2-1 、表 1-2-2 ：K=1.2 1.2 1.0 1.0 1.0=1.44 F=1.44 3746=5394N 5. 校验夹紧元件的强度：

27、夹紧拉杆材料为 20Cr,材料塑性大,受力为拉力,发生塑性变形,当达到肯定限 度或断裂,零件不能正常工作,就发生失效；失效发生在零件的薄弱环节；拉杆示意图如下：图五 夹紧拉杆图 A- A 截面是该零件最易失效的部分,取该截面分析：故拉杆强度合格；,=190MPa 对塑性材料有： 13 / 15 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 四 设计心得作为机械制造专业的同学,最重要的就是机械加工工艺规程的制定和工装夹具的设计；通过夹具设计,我把握了机械加工工艺规程的设计和工装夹具设计的基本步骤和方法；工艺规程设计第一是分析了

28、零件的技术要求,包括被加工面的尺寸精度和几何外形精度,各被加工表面之间的相互位置精度,被加工表面的表面加工质量及热处理要求,对毛坯的要求等等；夹具设计第一是确定工件的定位方案,然后确定夹紧方案,挑选动力装置；挑选合理的机床组合,拟订合理的加工路线,确定机床、刀具、夹具,假如需要专用夹具,就需要设计专用夹具；运算确定切削用量,机床转速、时间定额等；然后编制工艺规程文件,如工艺过程卡,工序卡片； 参考资料一 李益民 . 机械制造工艺设计简明手册 M. 北京：机械工业出版社,1993.4 二加工工艺手册 三机械加工工艺手册 四机械加工工艺设计有用手册 五机床夹具设计手册 六机械制造工艺设计手册 七夹具 - 非标准夹紧装置 八课程设计指导手册九 切 削 用 量 简 明 工 艺 手 册14 / 15 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 15 页精选学习资料 - - - - - - - - - 15 / 15 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 15 页