气门摇杆轴支座夹具设计.doc

课程设计摘 要在这几周时间里，我们进行了机械制造加工工艺设计及夹具设计。机械设计制造基础课程设计是在学完了机械制造基础课(含机床夹具设计)和大部分专业课（材料力学、机械原理等），并在进行了生产实习的基础上进行的一个教学过程。这次设计使我们能综合运用机械制造工艺学中的一些基本理论，并结合生产实习中学到的一些实践知识，独立地分析和解决工艺上的问题。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用夹具设计的基本原理和方法，制订夹具设计方案，完成夹具结构设计的能力，也是熟悉和运用相关手册，图表等技术资料及编写技术文件技能的一次难得的实践机会，为今后的毕业设计及未来从事的工作奠定良好的基础。由于所掌握的知识不全面且能力所限，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关键词：气门摇杆 夹具 目 录摘 要I第一章 零件的工艺分析11.1零件的功能、结构及生产类型的确定11.1.1零件的作用11.1.2 零件的工艺分析21.1.3 零件的生产类型2第二章 毛坯的选择32.1确定毛坯的类型、制造方法和尺寸及其公差32.2毛坯的技术要求3第三章 基准的选择43.1粗基准的选择：43.2精基准的选择4第四章 制订工艺路线54.1确定各加工面的加工方法54.2拟定加工工艺路线54.2.1工艺路线方案164.2.2工艺路线方案274.3工艺方案的比较与分析7第五章 工序设计95.1工序12 的尺寸链计算95.2机械加工余量、工艺尺寸及毛坯尺寸的确定105.3切削余量及基本工时的确定10第六章 夹具设计166.1设计方案166.2加紧方案17设计心得19参考文献20附录21第一章 零件的工艺分析1.1零件的功能、结构及生产类型的确定1.1.1零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孔装摇杆轴，轴上两端各装一进气门摇杆，摇杆座通过两个孔用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。其零件图如下图： 图3.1 摇杆轴支座1.1.2 零件的工艺分析由图3.1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，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-孔和以及3mm轴向槽的加工孔的尺寸精度以及下端面0.05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，2孔的尺寸精度，以上下两端面的平行度0.055。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以达到的零件的结构的工艺性也是可行的。1.1.3 零件的生产类型依照设计题目可知：该零件的生产纲领为5000件/年，查表可知生产类型是大批量生产。第二章 毛坯的选择2.1确定毛坯的类型、制造方法和尺寸及其公差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。由212可知该种铸造公差等级为CT1011，MA-H级。2.2毛坯的技术要求1 铸件必须经过时效处理;2 铸件不得有气孔、砂眼等铸造缺陷。 第三章 基准的选择基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基准面的选择是否真确与合理关系到零件的加工质量,以及生产效率的高低。如果选择不当,在加工过程中出现很多问题,更可能造成零件的大批报废使生产无法进行。3.1粗基准的选择：选择零件的重要面和重要孔做基准。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。3.2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。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，操作方便。第四章 制订工艺路线4.1确定各加工面的加工方法上下端面：粗铣精铣左右端面：粗铣精铣 端面：粗铣精铣2-孔：钻孔 孔：钻孔粗镗精镗3mm 轴向槽精铣因左右两端面均对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。根据先面后孔原则，将上端面下端面的粗铣放在前面，左右端面上孔放后面加工。4.2拟定加工工艺路线制订工艺路线的出发点，应当是使零件的几何尺寸形状，尺寸精度位置精度等技术要求能得到合理的保证。4.2.1工艺路线方案1加工路线方案工序号工序内容01铸造02时效03涂漆04车上端面05铣下端面06钻两通孔 07铣左右端面08钻通孔09镗孔10轴向槽11铣检验12入库4.2.2工艺路线方案2以V形块定位的加工路线方案工序号 工序内容01铸造02时效03涂漆04粗铣上下端面05精铣上下端面06钻两通孔07钻两通孔的螺纹08粗铣左右端面09精铣左右端面10钻孔11镗孔12铣轴向槽13清洗14入库4.3工艺方案的比较与分析上述两个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。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，故应当选择铣削加工。因为在零件图纸中要求左右端面的跳动度为0.06，所以需要同时铣削左右端面，保证两端的平行度。工序30#应在工序25#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213通孔加工精度的影响。综上所述选择方案二。最后确定的工件加工工序如下：序号 工序内容定位基准01铸造02时效03涂漆04粗铣下端面上端面（3）+左右端（3）05粗铣上端面下端面（3）+左右端（3）06粗左右端面（同时，不准调头）下端面(3)+ 外圆柱面07钻两通孔13下端面(3)+ 外圆柱面08精铣下端面上端面（3）+左右端（3）09精铣上端面下端面（3）+左右端（3）10精铣左右端面（同时，不准调头）下端面(3)+ 外圆柱面11钻通孔18下端面(3)+ 两通孔13（3）12镗孔到20 下端面(3)+ 两通孔13（3）13粗-精铣轴向槽下端面(3)+ 外圆柱面14入库 第五章 工序设计5.1工序12 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p13）粗镗，保证工序尺寸p24）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+0.065）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IT12,因此确定该工艺尺寸公差为IT12，其公差值为0.35mm，故p2=（19.80.175）mm；（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IT13，其公差值为0.54mm，故p1=（180.27）mm。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-p2min=（20+0.1-（19.8-0.175）mm=0.475mmZ2min=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-p1min=（19.8+0.175-（18-0.27）mm=2.245mmZ1 min=p2min-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=18.27-0.540mm，p2=19.9750-0.35mm，p3=20+0.1+0.06mm5.2机械加工余量、工艺尺寸及毛坯尺寸的确定因工件的生产类型为成批生产，毛的铸造方法选用砂型机器造型。根据表2.3-12确定各表面的加工余量如下表所示：表3.1 各表面加工余量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48H4单侧加工下端面50H3单侧加工左端面35H3单侧加工右端面35H3单侧加工5.3切削余量及基本工时的确定（一） 机械加工余量确定根据文献（1）可知计算底面加工余量公式如下。 式中 ： e 余量值； 铸件的最大尺寸； 加工表面最大尺寸； C 系数根据表3-12查表得出各个加工面得加工余量。经查表312可得，铣削上端面的加工余量为4，又由零件对上顶端表面的表面精度RA=12.5可知，粗铣的铣削余量为4。底面铣削余量为3，粗铣的铣削余量为2，铣余量1，精铣后公差登记为IT7IT8。左右端面的铣削余量为3，粗铣的铣削余量为2，精铣余量1，精铣后公差登记为IT7，根据表312确定余量2。工序40粗镗18工序。粗镗余量表3-83取粗镗为1.8，粗镗切削余量为0.2,铰孔后尺寸为20H8,各工步余量和工序尺寸公差列于下表表3.2 各工步加工尺寸加工表面加工方法余量公差等级工序尺寸及公差粗镗_精镗（二）确定切削用量及基本工工序04：粗铣下端面(1)加工条件工件材料：HT200,=170240MPa，铸造;工件尺寸：=13，l=36;加工要求：粗铣上端面加工余量4机床：X51立式铣床；刀具：立铣刀。铣削宽度ae90,深度ap6,齿数z=12,故根据机械制造工艺设计简明手册表3.1，取刀具直径d0=80。根据切削用量手册后表3.16，选择刀具前角00后角016，副后角0=8，刃倾角：s=10,主偏角Kr=60,过渡刃Kr=30,副偏角Kr=5。(2)切削用量1）确定切削深度ap 根据手册等，选择ap=1.15，两次走刀即可完成。2）确定每齿进给量fz 由于本工序为粗加工，尺寸精度和表面质量可不考虑，从而可采用不对称端机床功率为4.5kw（据简明手册表4.2-35，X51立式铣床）选择： fz=83.9mm/min。3）确定刀具寿命及磨钝标准 根据切削手册表3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为1.5mm；由于铣刀直d0=80，故刀具使用寿命T=180min（据简明手册表3.8）。4）计算切削速度vc和每分钟进给量vf根据切削手册表3.16，当d0=80，Z=12，ap7.5，fz0.18mm/z时，vt=98m/min,nt=250r/min,vft=471mm/min。各修正系数为：kMV= 1.0，kSV= 0.8。 切削速度计算公式为：其中 ，将以上数据代入公式：确定机床主轴转速： 。根据简明手册表4.2-36，选择,因此，实际进给量和每分钟进给量为：=5)校验机床功率 根据切削手册表3.24，近似为,根据机床使用说明书，主轴允许功率。故校验合格。最终确定:6)计算基本工时，查切削手册表3. 26，入切量及超切量为：则：工序05：粗铣上端面： 刀具，机床与上到工序相同，得出 , 工序0:6粗铣左右端面：同时粗铣左右端面，圆盘铣刀一次加工完成不准调头计算切削用量： =2由 机械加工工艺手册表15.53可知：由切削用量手册表9.4-8可知： 各系数为 所以有 取 所以实际切削速度： 确定主轴转速： 切削工时： 工序07：钻孔查机械制造工艺设计手册表3-38，取查机械制造工艺设计手册表3-42，取 查表机械制造工艺设计简明手册4.2-15，机床为Z525，选择转速实际切削速度：v= 切削工时带入公式：工序08：精铣下端面与工序5#相同。工序45# 精铣上端面与工序10#相同.工序50# 精铣左右端面与工序15#相同工序11：钻通孔18，工序步骤与工序20#相同，代入数据得出结果: , 工序12镗孔到20因精镗与粗镗的定位的下底面与V型块，精镗后工序尺寸为20.020.08，与下底面的位置精度为0.05,与左右端面的位置精度为0.06, 且定位夹、紧时基准重合，故不需保证。0.06跳动公差由机床保证。粗镗孔时因余量为1.9,故,查机械制造工艺设计手册2-8 取进给量为 故实际切削速度为： 此时作台每分钟进给量应为：计算切削基本工时：工序13铣槽：加工条件：机床：x6132卧式铣.床.刀具：直齿三面刃铣刀其中 , 计算切削用量： 由机械加工工艺手册表15-53，表15-55可知： 确定主轴转速： 切削工时： 第六章 夹具设计本本次设计的夹具为第4、5道工序，粗精铣上下端面，要求使上下两端面的平行度为0.055。该夹具为V型块和U型压板来加紧加工。6.1设计方案以外圆面作为定位基准，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定位，平面定位用压板进行压紧，定位夹紧就比较稳定，可也容易实现。方案： 用两个同样的形块固定在底座上，将工件横放在V型块上，然后用两个压板压紧，这样就限制了移动自由度和转动自由度，然后用镗刀加工，这种方案可以减少加工步骤，同时能够确保上下表面的平行度，定位可靠，容易到达加工定位加紧的要求。定位；定位元件是用来确定工件正确位置的元件。被加工工件的定位基面与夹具定位元件直接接触或相配合。工件定位方式不同，夹具定位元件的结构形式也不同，V形块定位，工件的定位基准始终在V型块两定位面的对称中心平面内，对中性好，能使工件的定位基准轴线在V形块两斜面的对称平面上，而不受定位基准直径误差的影响，其次V形块定位安装方便。本设计中采用两个形块（图4.1）夹紧前后两外圆柱面，用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。其次设计中，采用了定位块保证工件在加工时，螺杆和工件不会偏移。 1-v形块 2-支座 图4.1 v形块6.2加紧方案夹紧方案采用两个压板夹紧，图纸如下 图 4.2 压板6.3计算夹紧力并确定螺杆直径参考文献（）表11，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F = KF = 31452.3 = 4356.9N 夹0 F = F / 2 =1178.4N 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=10mm6.4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。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=0.022mmmin X =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DT1 = 2* 42*0.00007 = 0.006mmT2 =0.03mm所以 DT=T 1+DT 2=0.036mm又因为：0.0360.050.0060.06所以夹具能满足零件加工精度的要求则DT1 = 2* 42*0.00007 = 0.006mmT2 =0.03mm所以 DT=T 1+DT 2=0.036mm又因为：0.0360.050.0060.06所以夹具能满足零件加工精度的要求 设计心得经过三个星期的课程设计让我懂得了很多，非常感谢张老师的精心指导，让我真正的学到了很多不太懂得的知识，并熟练掌握这些知识。这次课程设计是我大学最有意义的事情之一，每一次课程设计都会让你有一个新的了解，新的突破，不断超越自己。在设计中才能发现自己的不足，这次设计中我们也遇到了很多的问题，但是由于我们不断地探讨和研究，我们最终坚信的完成了这次课程设计。课程设计的过程如下：1当我拿到课题的时候不知从何下手，感觉自己面前的任务是自己无法完成的，随即查阅了很多资料，这才让我慢慢的了解到了这个课题。2经过我们小组的探讨和研究，我们慢慢清晰了我们的思路，最终确定了我们的工序，同时张老师给予了我们极大的帮助。3我们确定工序后，我们小组就各自分配了自己的任务，确定自己要做的夹具，我们开始了自己的夹具设计。4在这次设计中，我们熟悉了CAD和PROE的使用，也懂得了CAD和PROE的重要性，并发现自己在这方面的能力实在是太薄弱了，在这段时间通过不断地努力和学习终于掌握了它们的用法。5也学会怎么去查找资料和去翻阅手册。总之：这次课程设计让我学会了很多，也让我学到了以前在书本上学不到的知识。让我对我们专业有了更多的了解和认识，这次设计过程中，老师给予了我们极大的帮助，让我们更加顺利的完成了这次设计。最后非常感谢张志强老师对我们的悉心指导 参考文献1 李昌年. 机床夹具设计与制造M.机械工业出版社,2007.2 李益民.机械制造工艺设计简明手册M.机械工业出版社,1999.3 艾兴,肖诗纲.切削用量简明手册第三版M.机械工业出版社,2007.4 孙丽媛.机械制造工艺及专用夹具M.冶金工业出版社,2002.5 吴宗泽，罗圣国.机械设计课程设计手册M.高等教育出版社,2006.6 李洪.机械加工工艺手册M.北京出版社,1996.7 孟少龙.机械加工工艺手册M.机械工业出版社,1991.8 崇凯.机械制造技术基础课程设计指南M.化学工业出版社,2007.9 肖继德，陈宁平.机床夹具设计M. 机械工业出版社,2004.附录机械加工工艺过程卡片长沙大学机电工程系机械加工工艺过程卡片产品型号零件图号第 1 页产品名称气门摇杆轴支座零件名称气门摇杆轴支座共 1 页材料牌号HT200毛坯种类铸件毛坯外型尺寸每毛坯可制件数1每台件数1备注工序号工序名称工序内容加工车间设备名称及编号工艺设备名称及编号技术等级时间定额/min夹具刀具量具单件准备-终结10铸造采用砂型铸造机器造型铸造车间20热处理时效处理热处理车间30粗铣端面粗铣上端面金工车间X52K型铣床专用夹具直齿端铣刀两用游标卡尺IT1340粗铣端面粗铣下端面金工车间X52K型铣床专用夹具直齿端铣刀两用游标卡尺IT1350粗铣端面粗铣两侧面,两端面倒角金工车间X6130A卧式铣床专用夹具直齿端铣刀两用游标卡尺IT1160粗加工孔钻20mm的孔金工车间Z3025摇臂钻床专用夹具莫氏麻花钻内径千分尺70半精铣端面半精铣下端面金工车间X52K型铣床专用夹具直齿端铣刀两用游标卡尺IT1180精铣端面半精铣，精铣两侧面金工车间X6130A卧式铣床专用夹具直齿端铣刀两用游标卡尺IT1190粗加工孔钻13mm的孔（其孔轴线距离20孔轴线14mm）金工车间Z3025摇臂钻床专用夹具莫氏麻花钻内径千分尺IT8100粗加工孔钻另一13mm的孔金工车间Z3025摇臂钻床专用夹具莫氏麻花钻内径千分尺IT8110半精加工孔扩 铰的通孔，两端孔口倒角;金工车间Z3025摇臂钻床专用夹具莫氏麻花钻内径百分表IT80120粗铣槽粗铣3.5mm的横槽金工车间X52K型铣床专用夹具高速钢立铣刀两用游标卡尺IT7130去毛刺平锉140清洗清洗机清洁液150检验塞规百分表卡尺更改内容编制抄写校对审核批准22