课程设计气门摇杆轴支座加工工艺及夹具设计(全套).pdf

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1、 机械制造工艺学课程设计说明书 题目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 内容 1零件图 1 张 (2)毛坯图 1 张 3机械加工工艺规程卡片 12 张 4夹具装配总图 1 张 6夹具零件图 1 张 7课程设计说明书 1 份 原始资料该零件图样一张生产纲领 5000件/年。班级 学生 学号 指导老师 时间 机械制造技术课程设计任务书 机械工程系 06 级机制4班适用 按照分组要求全班同学共 39 人分为 13 个小组每组 3 名同学 每组同学在提供的备选题中选择一种零件。一、设计题目 编制零件机械加工工艺规程。二、设计依据 零件资料 每小组该零件图样一张 生产纲领年产量 5000

2、 件/年 生产班次每日 1 班全年按 300 天计算。三、设计内容、绘制零件、毛坯图各一张3#图 、编制零件工艺规程绘制并填写工艺规程卡片、绘制并填写零件重点工序加工工序卡、编写零件机械加工工艺规程及工艺装备设计计算说明书。四、设计要求 工艺规程可行参数选择正确设计计算准确文字语句通顺视图绘制规整。五、设计时间 三周有效日 21 天。具体分配如下 布置任务、准备资料 1 天 参数选择及计算 5 天 绘制零件、毛坯合图 3 天 编制工艺规程并填写工艺规程卡片 4 天 绘制指定重点工序的工序卡片 3 天 整理设计计算说明书及答辩 3 天 六、参考资料、机械制造基础相关教材、互换性与技术测量相关教材

3、、机械工艺师设计手册 零件图 附图1气门摇杆轴支座 目录 第一部分 设计目的 第二部分设计步骤 一、零件的作用 二、确定毛坯画毛坯、零件图 三、工艺规程设计 四、加工工序设计 五、工序尺寸的计算 六、确定切削用量时及基本工时 七、夹具设计 八、填写机械加工工艺卡和机械加工工序卡 第一部分 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

4、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。由于能力所限经验不足设计中还有许多不足之处希望各位老师多加指导。第二部分 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。二零件的工艺分析 由附图 1 得知其材料为 HT200。该材料具有较高的强度耐磨性耐热性及减振性

5、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+0.06mm 以及 3mm 轴向槽的加工。20+0.1+0.06mm 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+0.06mm 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

6、以达到的零件的结构的工艺性也是可行的。三确定零件的生产类型 依设计题目知Q=5000 件/年结合生产实际备品率 a%和废品率 b%分别取 3%和 0.5%。查表 1-3 知气门摇杆支座属轻型零件计算后由表 1-4 知该零件生产类型为大批生产。二确定毛坯画零件图、毛坯图附图 2 根据零件材料确定毛坯为铸件已知零件的生产纲领为 5000 件/年通过计算该零件质量约为 3Kg 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 CT1011MA-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确定各

7、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 48mm H 4mm 单侧加工 下端面 50mm H 3mm 单侧加工 左端面 35mm H 3mm 单侧加工 右端面 35mm H 3mm 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+0.06mm 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

8、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。第二镗削 20+0.1+0.06mm 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

9、 1、表面加工方法的确定 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 加工表面 加工方案 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+0.006mm 孔 钻孔粗镗精镗 因左右两端面均对 20+0.1+0.006mm 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 2、工艺路线的确定 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上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+0.0

10、06mm 孔放后面加工。初步拟订加工路线如下 工序号 工序内容 铸造 时效 涂漆 00 车上端面 01 钻两通孔 02 精铣下端面 03 铣右端面 04 钻通孔18mm 05 镗孔 20mm孔口角*度 06 铣左端面 07 铣轴向槽 08 检验 09 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 02 应在工序 01 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

11、 通孔加工精度的影响。修改后的工艺路线如下 序号 工序内容 简要说明 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 铸造 时效 涂漆 精铣上端面 精铣下端面 钻两通孔 铣右端面 钻通孔 18 镗孔到 20孔口倒角 1*45 度 铣左端面 铣轴向槽 检验 入库 消除内应力 防止生锈 先加工粗基准面 加工精基准 先面后孔 先面后孔 后镗削余量 次要工序后加工 四、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 X1

12、632 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 X6132参考文献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 X6132,参考文献1表 621专用夹具及游标卡尺。钻 2-13mm 孔采用 Z3025B*10参考文献1表 626通用夹具。刀具为 d 为 13.0 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

13、 626采用锥柄麻花钻通用夹具及量具。镗 20+0.1+0.06mm 孔粗镗采用卧式组合镗床选择功率为1.5KM 的 I TA20 镗削头参考文献1白喔88。选择镗通孔镗刀及镗杆专用夹具游标卡尺。五、工序尺寸的计算 工序 06 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 p1 3粗镗保证工序尺寸 p2 4精镗保证工序尺寸 p3达到零件设计尺寸 D 的要求D=20 +0.1+0.06 5倒角 如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+Z2 其中 Z2是精镗的余量Z2=0.2mm则 p2=p3-Z2=20-0.2=19.8mm由

14、于工序尺寸 p2 是在粗镗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 I T12,因此确定该工艺尺寸公差为 I T12其公差值为 0.35mm故 p2=19.80.175mm 3 从图所示的尺寸链知 p2=p1+Z1 其中 Z1 为粗镗的余量 Z1 =1.8mm p1=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 I T13其公差值为 0.54mm故 p1=180.27mm。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 Z2的校核在图 b 所示的尺寸链里 Z2是封闭环故 Z2max=p3max

15、-p2min=20+0.1-19.8-0.175 mm=0.475mm Z2min=p3min-p2max=20-0.1-19.8+0.175 mm=-0.075mm 2余量 Z1的校核在图 a所示的尺寸链中 Z1是封闭环故 Z1 max=p2max-p1mi n=19.8+0.175-18-0.27 mm=2.245mm Z1 mi n=p2mi n-p1max=19.8-0.175-18+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 p1=18.27-0.540 mm p2=19.9750-0.35 mm p3=20 +0.1+

16、0.06 mm 六、确定切削用量及基本工时 工序粗铣上端面保证表面粗糙度要求 Ra12.5 um 经查参考文献1表 312 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 f z 0.2mmz粗铣 铣削宽度 ae=2.5mm铣削深度 aP=4mm 切削速度初步取主轴转速为 150r mi n粗铣 又前面已选定直径为 80mm故相应的切削速度分别为 3.14/10003.14 80 150/100037.68/minvDnm=粗 切削工时 粗铣122()2 765.07min150 0.

17、2czllltcnf+=工序铣削底面 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 I T7I T8。确定每齿进给量及铣削深度 取每齿进给量为 f z 0.2mmz粗铣 取每齿进给量为 f z0.05mmz精铣 参考切削手册表 3-3 粗铣走刀一次 ap2mm精铣走刀一次 ap1mm 切削速度初步取主轴转速为 150r mi n粗铣 取精铣主轴的转速为 300rmi n。又前面已选定直径为 80mm故相应的切削速度分别为 3.14/10003.14 80 150/100037.68/minvDnm=粗 3.14/10003.14 80 300/100075.3

18、6/minvDnm=精 符合要求。切削工时 粗铣122()2 815.4min150 0.2czllltcnf+=精铣122()2 812.7min300 0.2czllltcnf+=故基本时间5.42.78.1minCjttt=+=+=基本 工序钻 213 两通孔 切削用量 刀具选择选择高速钢麻花钻do=13mm 查 切削手册 rmmf/86.070.0=262.0313ld=所以rmmf/70.0=按钻头强度选择rmmf/55.1=按机床强度选择rmmf/63.0=最终决定选择机床已有的进给量rmmf/48.0=经校验max7085FFf=校验成功。钻头磨钝标准及寿命 后刀面最大磨损限度查

19、切削手册 为 0.50.8mm寿命min60=T。切削速度查切削手册 rmmvc/10=修正系数 0.1=TVK 0.1=MVK 0.1=tvK 5.1=Kxv 0.11=vK 10=apvK 故rmmvc/15=010001000 15367.4/min3.14 13svxnrd=查切削手册机床实际转速为 420/mincnr=故实际的切削速度 011.87/1000scd nvmm r=校验扭矩功率 NmMc73=NmMm2.144=所以mcMM EcPkwP0.58kw 故机床的功率足够。工序铣32mm 圆拄的左端面 左端面铣削余量为 3mm粗铣的铣削余量为 2mm精铣余量 1mm精铣后

20、公差登记为 I T7I T8。确定每齿进给量及铣削深度 取每齿进给量为 f z 0.2mmz粗铣 取每齿进给量为 f z0.05mmz精铣 参考切削手册表 3-3 粗铣走刀一次 ap2mm精铣走刀一次 ap1mm 切削速度初步取主轴转速为 150r mi n粗铣 取精铣主轴的转速为 300rmi n。又前面已选定直径为 80mm故相应的切削速度分别为 3.14/10003.14 80 150/100037.68/minvDnm=粗 3.14/10003.14 80 300/100075.36/minvDnm=精 符合要求。切削工时 粗铣122()2 432.87min150 0.2czlllt

21、cnf+=精铣122()2 431.43min300 0.2jczllltnf+=故基本时间2.87 1.434.3minCjttt=+=+=基本 工序铣宽度为 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fZ=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 fzc 根据资料所知依据铣刀直径 d=3mm铣削宽度 ae=3mm铣

22、削深度 aP=12mm耐用度 T=60min 时查取 Vc98mm/sn=439r/mi n,Vf=490mm/s。根据 XA6132 型立式铣床主轴转速表查取nc=300r/mi n,Vf c=475mm/s。则实际切削 Vc=10000cnd Vc=3.14 3 4751000=4.25m/mi n 校验机床功率 据资料可知切削功率的修正系数 kmpc=1则 Pcc=2.8kwPct=0.8 kw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 tm=zcfnl2 tm=2(425)300 0.16+=1.96mi n 七、夹具设计 本次设计的夹具为第道工序粗精镗

23、+.+.mm 孔。该夹具为双支承前后引导镗床夹具。1、确定设计方案 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 在的通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

24、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 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。计算夹紧力并确定螺杆直径 参考文献表因夹具的夹紧力与切削力方向相反实际所需夹紧力夹与切削力之间的关系夹 安全系数在夹紧力与切削力方向相反后时K=3 由前面的计算可知F=1452.3 所以3 1452.34356.9FKFN=夹 0/21178.4FFN=夹 参考文献 3 表 1-24从强度考虑用一个 M10 的螺柱完全可以满足要求M10的许应夹紧为 3924N所以螺杆直径为 d=1

25、0mm 3.定位精度分析 20+0.10+0.16孔的精加工是在一次装夹下完成的具体采用的是前后支撑引导的夹具机构 机床与镗杆之间所采用的是浮动连接故机床主轴振动可略不计20+0.10+0.16孔的加工精度主要由镗模来保证。图见附表。因为孔的轴线与底面的平行度要求为 0.05。故两镗模装配后同轴度要求应小于0.05又因为镗套与镗杆 18 H6+0.030/h5(0-0.009)其最大间隙为 Xmax=0.013+0.009=0.022mm minX=0.022/310=0.00007 被加工孔的长度为 42mm 取两孔同轴度误差为 0.03mm 则 12 42 0.000070.006Tmm=2T=0.03mm 所以12T=T+T=0.036mm 又因为 0.0360.05 0.0060.06 所以夹具能满足零件加工精度的要求。八、填写机械加工工艺卡和机械加工工序卡 参考文献 陈宏均 主编 实用加工工艺手册 艾兴、肖诗纲 主编 切削用量简明手册 机床夹具设计手册 赵家齐 主编 机械制造工艺学课程设计指导书 李益民 主编 机械制造工艺设计简明手册 王凡 主编 实用机械制造工艺设计手册