气门摇杆轴支座的机械加工工艺及工装夹具设计.doc

高等教育自学考试毕业设计说明书 河南科技大学毕业设计说明书（机械制造及自动化）地 市： 南 阳 准考证号： 280108230147 姓 名： 崔 峻 河南省高等教育自学考试高等教育自学考试毕业设计说明书1.题目 气门摇杆轴支座的机械加工工艺及工装夹具设计 2.本环节自2012 年5 月1 0日起至2012 年 9 月 18日止 3.进行地点 河南工业职业技术学院 4.内容要求4.1 毕业设计（论文）应该在培养计划所规定的时限内完成。毕业设计（论文）时间根据各助学考试学校情况确定，但原则上不得少于12周。4.2 毕业设计（论文）原则上一般在助考院校的校内进行。毕业设计场所由助考院校安排。4.3 严格执行指导教师资格认定条件和程序，选拔具有较丰富的教学经验、水平高、教风严谨、责任心强、为人师表、教书育人的教师从事指导工作。4.4 毕业设计（论文）要切实做到与科学研究、技术开发、经济建设和社会发展紧密结合，必须明确每个学生应独立完成的任务，使每个学生都受到较全面的训练。指导教师：余东满批准日期：2012年5月10日27摘 要气门摇杆轴支座是柴油机中摇杆结合部分, 它是柴油机一个重要零件。本次毕业设计课题是摇杆轴支座加工工艺规程与专用镗孔夹具设计，设计中综合应用了工程图学，机械设计，机械制造工程学，机械几何精度设计等相关课程知识。其中摇杆轴装在20孔中，轴上两端各装一进气门摇杆；摇杆座通过两个13孔用M12螺杆与汽缸盖相连，3mm轴向槽用于锁紧摇杆轴，使其不能转动。汽缸盖内每缸四阀使燃烧室充气最佳，气门由摇杆凸轮机构驱动，摩擦力小且气门间隙由液压补偿。这种结构可能减小燃油消耗并改善排放。本毕业设计在摇杆轴支座工艺规程设计过程中，详细的分析了摇杆轴支座的加工工艺，通过工艺方案的比较与分析选择得到了符合技术要求的工序，形成了机械加工工艺过程卡和机械加工工序卡。本设计进行了镗孔专用夹具的设计，阐述了定位方案的选择、夹紧方案的确定、夹具体与镗模设计，运用AutoCAD完成了此专用夹具的装配图和夹具体的零件图。此外，还进行了摇杆轴支座零件的和镗夹具主要零件三维造型设计。关键词： 气门摇杆轴支座,工艺性,加工工艺性,CADABSTRCTThe design of the parts of diesel engine valve rocker shaft rocker with bearing, valve rocker shaft bearing of diesel engine rocker seat is combined, it is one of the important parts of diesel engine. The rocker shaft mounted in a20 hole, shaft are respectively installed with a valve rocker; rocker seat through two than13holes with screw and cylinder cover connected M12,3mm axial groove for locking rocker shaft, so that it cant move. The inside of the cylinder head of four valve per cylinder combustion chamber inflatable best, valve consists of a rocker cam drive, small friction force and the valve clearance by the hydraulic compensation. This structure can reduce fuel consumption and emission. The graduation design rocker shaft bearing process planning process, a detailed analysis of the rocker shaft bearing process meet the technical requirements of the comparison and analysis of the process scheme selection process, the formation of the machining process Cards and machining step card. This design, the design of a special jig boring on the choice of positioning program, clamping scheme determined, specific folders and the boring mold design, to use AutoCAD complete this special fixture assembly drawings and folders specific parts diagram. In addition, the rocker shaft bearing parts of the main parts of the three-dimensional design and boring fixture.KEY WORDS: valve rocker shaft support; technology; processing technology,CAD目 录摘要3ABSTRACT3引 言4第1章 零件的分析5第2章 工艺规程的设计62.1确定毛坯的的制造形式62.2制订工艺路线62.3机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定62.4确定切削用量及基本工时7第3章 专用夹具的设计143.1铣E、B端面的夹具设计143.1.1 问题的提出143.1.2 定位基准的选择143.1.3定位元件的设计143.1.4 切削力及夹紧力计算143.1.5 定向键与对刀装置设计163.1.6 夹具设计及操作简要说明173.2钻、扩、铰16孔的夹具设计203.2.1问题提出203.2.2 定位基准的选择203.2.3定位元件的设计203.2.4切削力及夹紧力计算203.2.5 夹具设计及操作简要说明20总 结23致 谢24参 考 文 献25前 言机械制造业是制造具有一定形状位置和尺寸的零件和产品，并把它们装备成机械装备的行业。机械制造业的产品既可以直接供人们使用，也可以为其它行业的生产提供装备，社会上有着各种各样的机械或机械制造业的产品。我们的生活离不开制造业，因此制造业是国民经济发展的重要行业，是一个国家或地区发展的重要基础及有力支柱。从某中意义上讲，机械制造水平的高低是衡量一个国家国民经济综合实力和科学技术水平的重要指标。气门摇杆轴支座的加工工艺规程及其铣50底面与粗车、半精车、精车16孔的夹具设计是在学完了机械制图、机械制造技术基础、机械设计、机械工程材料等进行设计之后的下一个教学环节。正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及工艺路线安排，工艺尺寸确定等问题，并设计出专用夹具，保证零件的加工质量。本次设计也要培养自己的自学与创新能力。因此本次设计综合性和实践性强、涉及知识面广。所以在设计中既要注意基本概念、基本理论，又要注意生产实践的需要，只有将各种理论与生产实践相结合，才能很好的完成本次设计。本次设计水平有限，其中难免有缺点错误，敬请老师们批评指正。第1章 零件的分析 图1-1气门摇杆轴支座共有六组加工表面，现分述如下：1、50底面2、上端面3、2-13孔4、轴向槽5、2-32端面6、20孔第2章 工艺规程的设计2.1 确定毛坯的的制造形式由零件图可知，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，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，下底面，左右两端面，2-13孔，20（+0.06+0.10）孔以及3mm宽的轴向槽。其中20（+0.06+0.10）孔的尺寸精度以及下端面相对于20（+0.06+0.10）孔轴线的平行度及左右端面的尺寸精度，直接影响到进气孔与排气门的转动精度和密封性。因此，需要先以上端面为粗基准加工下端面，再以下端面为精基准加工上端面，最后加工20（+0.06+0.10）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。由机械加工工艺手册中有关孔的加工的经济精度机床能达到的位置精度可知，上述要深圳市可以达到的零件结构的工艺性也是可行的。根据零件材料确定毛坯为铸件，已知零件的类型为大批量生产，故毛坯的铸造方法用砂型机器造型。此外，为消除残余应力，铸造后安排人工时效处理。由机械加工工艺手册查得该种铸造公差等级为CT1011，加工余量等级MA选择H级。2.2 制订工艺路线（1）、工艺路线方案一：工序10：铸造工序20：时效工序30：粗、精铣50底面工序40：粗铣上端面工序50：钻2-13通孔工序60：铣轴向槽工序70：粗车、半精车、精车左右两32端面工序 80：钻18的孔，扩孔至19.8、铰孔至20，倒角工序90：清洗去毛刺工序100：验收工序110：入库（2）、工艺路线方案二：工序10：铸造工序20：时效工序30：粗、精铣50底面工序40：粗铣上端面工序50：铣轴向槽工序60：粗车、半精车、精车左右两32端面工序 70：钻18的孔，扩孔至19.8、铰孔至20，倒角工序80：钻2-13通孔工序90：清洗去毛刺工序100：验收工序110：入库（3）、工艺方案的分析：上述两个工艺方案的特点在于：方案一与方案二的区别是：方案一把钻2-13孔放的相对靠前，这样做为后面工序的加工提供了定位基准，节约了夹具设计的时间，提高了生产效率，故我们采用方案一：具体的工艺过程如下：工序10：铸造工序20：时效工序30：粗、精铣50底面工序40：粗铣上端面工序50：钻2-13通孔工序60：铣轴向槽工序70：粗车、半精车、精车左右两32端面工序 80：钻18的孔，扩孔至19.8、铰孔至20，倒角工序90：清洗去毛刺工序100：验收工序110：入库2.3 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定“气门摇轴支座”零件材料HT200，毛坯的重量约为1.4g，生产类型为大批量生产，采用砂型机铸造毛坯。1、50底面，表面粗糙度为Ra6.3，查切削用量手册表2-8得，单边总余量Z=2.0粗铣 单边余量Z=1.5精铣 单边余量Z=0.52、上端面，表面粗糙度为Ra6.3，查切削用量手册表2-8得，单边总余量Z=2.0粗铣 单边余量Z=1.5精铣 单边余量Z=0.53、2-13孔，因孔的尺寸不大，很难铸造成型，故采用实心铸造4、轴向槽，因尺寸不大，很难铸造成型，故采用实心铸造5、32端面，表面粗糙度为Ra1.6，查切削用量手册表2-8得，单边总余量Z=2.0粗车 单边余量Z=1.5半精车 单边余量Z=0.4精车 单边余量Z=0.16、20孔，因孔的尺寸不大，很难铸造成型，故采用实心铸造7、不加工表面毛坯按照零件图给定尺寸为自由度公差，由铸造可直接获得。2.4 确定切削用量及基本工时工序10：铸造工序20：时效工序30：粗、精铣50底面工步一：粗铣50底面1. 选择刀具刀具选取端铣刀，刀片采用YG8,，。2. 决定铣削用量1） 决定铣削深度 因为加工精度相对较高，故分两次（即粗铣、精铣）完成，则2） 决定每次进给量及切削速度 根据X51型铣床说明书，其功率为为4.5kw，中等系统刚度。根据表查出 ，则 (2-1)按机床标准选取475 (2-2)3） 计算工时切削工时：，则机动工时为 (2-3)工步二：精铣50底面1. 选择刀具刀具选取端铣刀，刀片采用YG8,，。2. 决定铣削用量1） 决定铣削深度 因为加工精度相对较高，故分两次（即粗铣、精铣）完成，则2） 决定每次进给量及切削速度 根据X51型铣床说明书，其功率为为4.5kw，中等系统刚度。根据表查出 ，则 (2-1)按机床标准选取675 (2-2)3） 计算工时切削工时：，则机动工时为 (2-3)工序40：粗铣上端面1. 选择刀具刀具选取端铣刀，刀片采用YG8,，。2. 决定铣削用量1） 决定铣削深度 因为加工精度相对不高，故一次加工即可完成，则2） 决定每次进给量及切削速度 根据X51型铣床说明书，其功率为为4.5kw，中等系统刚度。根据表查出 ，则 (2-1)按机床标准选取900 (2-2)3） 计算工时切削工时：，则机动工时为 (2-3)工序50：钻2-13通孔确定进给量：根据参考文献表2-7，当钢的，时，。由于本零件在加工13孔时属于低刚度零件，故进给量应乘以系数0.75，则根据Z525机床说明书，现取切削速度：根据参考文献表2-13及表2-14，查得切削速度所以 (2-1) 根据机床说明书，取，故实际切削速度为 (2-2)切削工时：，则机动工时为 (2-3)总的工时：T=2 =1.474min工序60：铣轴向槽选择刀具刀具选取锯片铣刀，刀片采用YG8,，。2. 决定铣削用量1） 决定铣削深度 因为加工余量不大，故可在一次走刀内铣完，则2） 决定每次进给量及切削速度 根据X51型铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。根据表查出 ，则 (2-1)按机床标准选取275 (2-2)当275r/min时 (2-4)按机床标准选取3） 计算工时切削工时： ，则机动工时为 (2-3)工序70：粗车、半精车、精车左右两32端面工步一：粗车左右两32端面1） 车削深度，表面粗糙度为Ra1.6，故可以选择ap=1.5mm，三次走刀（粗车、半精车、精车）即可完成所需长度。2）机床功率为7.5kw。查切削手册表3.8,f=0.140.24mm/z。选较小量f=0.14 mm/z。3） 查后刀面最大磨损及寿命 查切削手册表3.7，后刀面最大磨损为1.01.5mm。查切削手册表3.8，寿命T=180min4） 计算切削速度 按切削手册，查得 Vc98mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s据CA6140卧式车床车床参数，选择nc=475r/min,Vfc=475mm/s则实际切削速度V c=3.1480475/1000=119.3m/min,实际进给量为f zc=V fc/ncz=475/(30010)=0.16mm/z。()5)校验机床功率 查切削手册Pcc=1.1kw,而机床所能提供功率为PcmPcc。故校验合格。最终确定 ap=1.5mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，V c=119.3m/min，f z=0.16mm/z。6）计算基本工时tmL/ Vf=(16+1.5+3)/（4750.16）=0.2697min。 (2-3)总的工时：T=2 tm =0.539min工步二：半精车左右两32端面1） 车削深度，表面粗糙度为Ra1.6，故可以选择ap=0.4mm，三次走刀（粗车、半精车、精车）即可完成所需长度。2）机床功率为7.5kw。查切削手册表3.7，f=0.140.24mm/z。选较小量f=0.14 mm/z。3） 查后刀面最大磨损及寿命 查切削手册表3.7，后刀面最大磨损为1.01.5mm。查切削手册表3.8，寿命T=180min4） 计算切削速度 按切削手册，查得 Vc98mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s据CA6140卧式车床车床参数，选择nc=475r/min,Vfc=475mm/s则实际切削速度V c=3.1480475/1000=119.3m/min,实际进给量为f zc=V fc/ncz=475/(30010)=0.16mm/z。()5)校验机床功率 查切削手册6.8，Pcc=1.1kw,而机床所能提供功率为PcmPcc。故校验合格。最终确定 ap=1.5mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，V c=119.3m/min，f z=0.16mm/z。6）计算基本工时tmL/ Vf=(16+0.4+3)/（4750.16）=0.2553min。()总的工时：T=2 tm =0.511min工步三：精车左右两32端面1） 车削深度，表面粗糙度为Ra1.6，故可以选择ap=0.1mm，三次走刀（粗车、半精车、精车）即可完成所需长度。2）机床功率为7.5kw。查切削手册表3.8，f=0.140.24mm/z。选较小量f=0.14 mm/z。3） 查后刀面最大磨损及寿命 查切削手册表3.7，后刀面最大磨损为1.01.5mm。查切削手册表3.8，寿命T=180min4） 计算切削速度 按切削手册，查得 Vc98mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s据CA6140卧式车床车床参数，选择nc=475r/min,Vfc=475mm/s则实际切削速度V c=3.1480475/1000=119.3m/min,实际进给量为f zc=V fc/ncz=475/(30010)=0.16mm/z。5)校验机床功率 查切削手册Pcc=1.1kw,而机床所能提供功率为PcmPcc。故校验合格。最终确定 ap=1.5mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，V c=119.3m/min，f z=0.16mm/z。6）计算基本工时tmL/ Vf=(16+0.1+3)/（4750.16）=0.2513min。 (2-3)总的工时：T=2 tm =0.503min工步四：倒角工序 80：钻18的孔，扩孔至19.8、铰孔至20，倒角工步一钻孔至18确定进给量：根据参考文献表2-7，当钢的，时，。由于本零件在加工18孔时属于低刚度零件，故进给量应乘以系数0.75，则根据Z525机床说明书，现取切削速度：根据参考文献表2-13及表2-14，查得切削速度所以 (2-1) 根据机床说明书，取，故实际切削速度为 (2-2)切削工时：，则机动工时为 (2-3)工步二：扩孔利用钻头将孔扩大至，根据有关手册规定，扩钻的切削用量可根据钻孔的切削用量选取根据机床说明书，选取则主轴转速为，并按机床说明书取，实际切削速度为 (2-2)切削工时：，则机动工时为 (2-3)工步三：铰孔根据参考文献表2-25，得查参考文献表4.2-2，按机床实际进给量和实际转速，取，实际切削速度。切削工时：，则机动工时为 (2-3)工序90：清洗去毛刺工序100：验收工序110：入库第3章 专用夹具的设计为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。有老师分配的任务，我被要求设计工序30:粗、精铣50底面工序70：粗车、半精车、精车32两端面，选用机床：X51铣床，CA6140车床3.1 铣50底面的夹具设计3.1.1 问题的提出 本夹具主要用于粗、精铣50底面，属于工序303.1.2 定位基准的选择以上端面作为定位基准，工件的2-20外圆面作为辅助基准，来实现工件的完全定位。3.1.3 定位元件的设计定位基准为上端面及工件2-20外圆面，对应该的定位元件分别为：夹具体表面，固定V型块，活动V型块。3.1.4 切削力及夹紧力计算 （1）刀具： 采用端铣刀 60mm 机床： X51立式铣床 由3 所列公式 得 (3-1)查表 9.48 得其中： 修正系数 z=24 代入上式，可得 F=889.4N 因在计算切削力时，须把安全系数考虑在内。安全系数 K= (3-2)其中：为基本安全系数1.5 为加工性质系数1.1 为刀具钝化系数1.1 为断续切削系数1.1所以 (3-3)（2）夹紧力的计算选用夹紧螺钉夹紧机 由(3-4) 其中f为夹紧面上的摩擦系数，取 F=+G G为工件自重 (3-5)夹紧螺钉： 公称直径d=8，材料45钢 性能级数为6.8级 (3-6) (3-7)螺钉疲劳极限： (3-8)极限应力幅： (3-9)许用应力幅： (3-10)螺钉的强度校核：螺钉的许用切应力为 (3-11) s=3.54 取s=4 得 满足要求 (3-12)经校核： 满足强度要求，夹具安全可靠，3.1.5 定向键与对刀装置设计定向键安装在夹具底面的纵向槽中，一般使用两个。其距离尽可能布置的远些。通过定向键与铣床工作台T形槽的配合，使夹具上定位元件的工作表面对于工作台的送进方向具有正确的位置。根据GB220780定向键结构如图所示：图 3-1 夹具体槽形与螺钉图根据T形槽的宽度 a=18mm 定向键的结构尺寸如下：表 3-1 定向键数据表 BLHhD夹具体槽形尺寸公称尺寸允差d允差公称尺寸允差D18-0.011-0.02725125126.817+0.0236对刀装置由对刀块和塞尺组成，用来确定刀具与夹具的相对位置。塞尺选用平塞尺，其结构如下图所示： 图 3-2 平塞尺图塞尺尺寸为：表 3-2 平塞尺尺寸表公称尺寸H允差dC2-0.0060.253.1.6 夹具设计及操作简要说明本工件采用夹具体表面、固定V型块、活动V型块来实现工件的定位， 夹紧则是通过调节活动V型块来实现，这样操作简单，迅速，特别适合大批量生产，总体来说这套夹具是非常不错的。能满足批量生产要求夹具装配图如下： 图3-3 夹具装配图夹具图附图如下： 图3-4 夹具图3.2 粗车、半精车、精车32两端面的夹具设计3.2.1问题提出本夹具主要用来粗车、半精车、精车32两端面，属于工序70.3.2.2 定位基准的选择以50底面及2-13孔作为定位基准。3.2.3定位元件的设计本工序选用的定位基准为50底面及2-13孔，工件被完全定，所选的定位元件为：分度盘表面、圆柱销、菱形销（即削边销）。3.2.4切削力和夹紧力的计算由于本道工序主要完成工艺孔的钻孔加工，钻削力。由切削手册得：钻削力 式 （3-13）钻削力矩 式 （3-14）式中： 代入公式（3-13）和（3-14）得 本道工序加工工艺孔时，夹紧力方向与钻削力方向相同。因此进行夹紧立计算无太大意义。3.2.5 夹具设计及简要操作说明本工件采用分度盘，一个圆柱销、一个削边销来定位，通过两移动压板夹紧工件，这样操作更加简单，迅速，特别适合大批量生产，总体来说这套夹具是非常不错的。能满足批量生产要求装配图附图如下： 图3-5 装配图夹具图附图如下： 图3-6 夹具图 总 结设计即将结束了，时间虽然短暂但是它对我们来说受益菲浅的，通过这次的设计使我们不再是只知道书本上的空理论，不再是纸上谈兵，而是将理论和实践相结合进行实实在在的设计，使我们不但巩固了理论知识而且掌握了设计的步骤和要领，使我们更好的利用图书馆的资料，更好的更熟练的利用我们手中的各种设计手册和AUTOCAD等制图软件，为我们踏入社会打下了好的基础。设计使我们认识到了只努力的学好书本上的知识是不够的，还应该更好的做到理论和实践的结合。因此同学们非常感谢老师给我们的辛勤指导，使我们学到了好多，也非常珍惜学院给我们的这次设计的机会，它将是我们踏入社会的关键一步参考文献1刘建华.机械设计课程设计指导.北京:化学工业出版社,2008年2刘建华 杜鑫.切削用量手册.北京:北京交通大学出版社,2010年3王昆.机械设计基础课程设计.北京:高等教育出版社,1995年4魏增菊.机械制图.北京:化学工业出版社, 2010年5吴宗泽 罗圣国.机械零件设计课程设计. 北京:高等教育出版社, 2002年6 张培金 蔺联芳.机械设计课程设计.上海：上海交通大学出版社， 1992年7刘俊龙 何在洲.机械设计课程设计.上海：机械工业出版社，1993年8成大先主编.机械设计手册.第三版.北京：化学工业出版社.19899机械设计编委会.机械设计手册.第三版.北京：机械工业出版社.200410周明衡主编.联轴器选用手册.第一跋.北京：化学工业出版社.200811濮良贵、纪名刚主编.机械设计.第七版.北京：高等教育出版社，201112孙宝骏 罗借鉴.机械零件设计课程设计. 北京:高等教育出版社, 2002年13于兴志 蔺荣.机械设计课程设计.上海：上海交通大学出版社， 1992年14何大才 何需.机械设计课程设计.上海：机械工业出版社，1993年15王坤主编.机械设计手册.第三版.北京：机械工业出版社.1989致 谢这次设计使我收益不小，为我今后的学习和工作打下了坚实和良好的基础。但是，查阅资料尤其是在查阅切削用量手册时，数据存在大量的重复和重叠，由于经验不足，在选取数据上存在一些问题，不过我的指导老师每次都很有耐心地帮我提出宝贵的意见，在我遇到难题时给我指明了方向，最终我很顺利的完成了毕业设计。这次设计成绩的取得，与指导老师的细心指导是分不开的。在此，我衷心感谢我的指导老师余东满，特别是每次都放下他的休息时间，耐心地帮助我解决技术上的一些难题，他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成，他都始终给予我细心的指导和不懈的支持。多少个日日夜夜，他不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，除了敬佩指导老师的专业水平外，他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。在此谨向指导老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。 河南科技大学毕业设计说明书（机械制造及自动化）机械加工工艺卡 地 市： 南 阳 准考证号： 280108230147 姓 名： 崔 峻 河南省高等教育自学考试