气门摇杆轴支座夹具设计

在这儿周时间里，我们进行了机械制造加工工艺设计及夹具设计。机械设汁制造 基础课程设计是在学完了机械制造基础课（含机床夹具设汁）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，并结合主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1/26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1 64. 2. 2工艺路线方案2 74. 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1912/26参考文献20附录21III / 26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20(+0。10016)孔装摇杆轴，轴上两端各装一进气门摇杆，摇杆座通过两个13孔用H12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，2-13孔和D20（+0100.以及3mm轴向槽的加工 20（也100.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，2-013孔的尺寸精度，以上下两 端面的平行度0.035。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（乂。100.16）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。24/26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。由机械加工工艺手册212可知该种铸造公差等级为CT1O1, 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乂是设计基准，用它作为精基准，能使加 工遵循基准重合的原则。20(+0.10 0.16)孔及左右两端面都采用底面做基准，这使 得工艺路线乂遵循“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：粗铳一精铳左右端面：粗铳一精铳端面：粗铳一精铳2-013孔：钻孔20(+0.10 0.16)孔：钻孔一粗锂一精镇3mm轴向槽一精铳因左右两端面均对20(+0.100.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 粗铳放在前面，左右端面上20(+0.10 0.16)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，应当是使零件的儿何尺寸形状，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加丄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铳下端面06钻两通孔07铳左右端面08钻通孔1809镇20(+0.10 0.16)孑l10轴向槽11铳检验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粗铳上下端面05精铳上下端面06钻两通孔1307钻两通孔13的螺纹08粗铳左右端面09精铳左右端面10钻18孔11堂20( + 0.1 - -+0.06)孔12铳轴向槽13清洗14入库4.3T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；乂山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，故应当选择铳削加工。因为在零件图纸中要求左右端面的跳动度为0.06,所以需要同时铳削左右端面， 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2-013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粗铳下端面上端面（3） +左右端（3）05粗铳上端面下端面（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钻两通孔门3下端面（3）+外圆柱面08精铳下端面上端面（3） +左右端（3）09精铳上端面下端面（3） +左右端（3）10精铳左右端面（同时，不准调头）下端面（3）+外圆柱面11钻通孔018下端面（3）+两通孔3（3）12镇孔到020下端面（3）+两通孔3（3）13粗-精铳轴向槽下端面（3）+外圆柱面14入库第五章工序设计5.1 T序12的尺寸链计算加工过程为：1) 铳右端面2) 钻通孔.18,保证工序尺寸pl3) 粗锤，保证工序尺寸p2D 二 20爲。64) 精镇，保证工序尺寸p3,达到零件设计尺寸D的要求,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是精镇的余量,Z2 =0. 2mm,则p2=p3- Z2 =20-0. 2=19. 8mm,由于工序尺寸p2是在粗锤中保证的，查参考资料(5)中表 1-20知，粗锤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p2二(19. 80. 175) mm；(3) 从图所示的尺寸链知，p2二pl+Zl其中Z1为粗镇的余量，Z1二1.8mm, pl二p2- Z1二19. 8-1. 8二18mm,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pl= (180.27) mmo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二0. 475mmZ2min=p3minp2max= (20-0. 1 -(19.8+0.175) ) mm二-0. 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-plmin= (19. 8+0. 175- (18-0.27) ) mm=2. 245mm Zi in=p2min-plmax= (19. 8-0. 175- (18+0. 27) ) mm=l. 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：pl=18. 27mm, p2=19. 975 0-0. 35mm, p3=20p. i-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。根据机械加工工艺手册表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(-)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；Amax 铸件的最大尺寸；A加工表面最大尺寸;c系数根据机械加工工艺手册表3-12查表得出各个加工面得加工余量。经査机械加工工艺手册表312可得，铳削上端面的加工余量为4, 乂由零件 对上顶端表面的表面精度RA二12. 5可知，粗铳的铳削余量为4。底面铳削余量为3,粗 铳的铳削余量为2,铳余量1,精铳后公差登记为IT7IT8。左右端面的铳削余量为 3,粗铳的铳削余量为2,精铳余量1,精铳后公差登记为I T7IT8,根据机械加 工工艺手册表312确定余量2。工序40粗镇018工序。粗锂余量表3-83取粗僮为 1. 8,粗镇切削余量为0. 2,较孔后尺寸为20H&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18粗锂1.8爭19.8419.2精镇().2HS20/8（二）确定切削用量及基本工工序04：粗铳下端面（1）加工条件工件材料：HT200, bb=170240MPa,铸造；工件尺寸：amax=13, 1=36;加工要求：粗铳上端面加工余量4机床：X51立式铳床；刀具：立铳刀。铳削宽度比090,深度sW6,齿数z二12,故根据机械制造工艺设计简明手册表 3.1,取刀具直径do=80o根据切削用量手册后表3.16,选择刀具前角Yo = O后 角a o=16,副后角a 二8 ,刃倾角：X s=10，主偏角Kr二60，过渡刃Kr e 二30，副偏角 Kr =5。（2）切削用量1）确定切削深度根据手册等，选择&尸1.15，两次走刀即可完成。2）确定每齿进给量乞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立式铳床）选择：f=83. 9mm/mino3）确定刀具寿命及磨钝标准根据切削手册表3.7,铳刀刀齿后刀面最大磨损量为1.5mm；由于铳刀直 d。二80,故刀具使用寿命T=180min （据简明手册表3. 8）。4）计算切削速度和每分钟进给量刃根据切削手册表 3.16,当 d。二80, Z二 12, eW7.5, f=W0. 18mm./z 时， vt=98m/min, n-=250r/min, vf-=471mm/mino 各修正系数为：kyv二 1. 0, ksv- 0.8。 切削 速度计算公式为：Vc = kTapXzyvUeUvZ其中 4 =38?？，（ip = 4mfn , G = 245 , %，= 2, x =0.15 ,儿=出， R产也心= l0x0.8 = 0.8 ,心= 0.2 ,P、= ,加= 0.32 , T = 180min ,/, = 0.1 Smm / z z _ 12将以上数据代入公式：245x125 x0.2“Vc = 77-x0.8180 032 x 4 x 0.15 x 0.08 x 0.35 x 72 x 0.2 x 12=142 m / iniii确定机床主轴转速:lOOOvc=150r/min根据简明手册表4.2-36,选择nc = 300r/min, vfc = 390mnVmin，因此，实际进给量和每分钟进给量为:Trd.n 3.14x125x3001000f z = v J z = 390/300 x 12 nmVs = O.lnnVs ZLIt IK A5）校验机床功率根据切削手册表3.24,近似为P“=3.3kw，根据机床使用说明书，主轴允许功女 Pcm = 4.5 x 0.75kw = 3.375kw P“故校验合格。最终确定:ap =4.0, nc = 300r/niii , vf = 390mnVs , vc = I ISnVnin , fz =0.IninVz6）计算基本工时tm = L/v,L = L+ + ,/ = 176查切削手册表3. 26,入切量及超切量为：y + A = 40则：T m = L/v t = 0.64niiin工序05：粗铳上端面：刀具，机床与上到工序相同，得出ae = 20 mm ,心=o.5mm f = 163.2m/minns = 960r/nin vt = 29.54nVnin tln =0.3 Inin工序0:6粗铳左右端面：同时粗铳左右端面，圆盘铳刀一次加工完成不准调头计算切削用量：（忻2山机械加工工艺手册表15. 53可知：f = a / x z = 0.20 x 12 = 2.4mm 1 r由切削用量手册表9. 4-8可知：V = 10.91nVs , n, =1.35r/s ,vn =1.70Vs各系数为Kmvv = Kmn = Kml =0.69Ksv = Ksn = Ksf = 0.8所以有v = 0.34 X 0.69 X 0.8 = 0.19m/sV = 0.75r/sV = 0.94min/s取 nt = 0.792r/s = 47.5r/nin nt =0.792r/s = 47.5r/nin vfc = l.OnnVsv =加!“ = 14.55m/minf = 152.6mm/mn所以实际切削速度：1确定主轴转速:1|+】厂1亦 1 = 75mmOOv n =7r/s = 545r/niinT i = O.lmin切削工时:工序07：钻孔0口 查机械制造工艺设计手册表3-38,取f =98mm/min查机械制造工艺设计手册表3-42,取v = ll.lm/min1000nd=272r/min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nw = 545 r/nin = 9.08 r/s实际切削速度:V二 1000 二9.08x3.14x11 =Q3im/s1000Tj = / + 人-=0.36min 切削工时带入公式：广工序08：精铳下端面与工序5#相同。工序45#精铳上端面与工疗;10#相同.工序50#精铳左右端面与工序15#相同工序11：钻通孔018,工序步骤与工序20#相同，代入数据得出结果:ac = 20 mm , =o.5nim f = 163.2m/minfJx = 960r/min vc = 15nVnin t nl = 1.45niin工序12镇孔到020因精锤与粗镇的定位的下底面与V型块，精锂后工序尺寸为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。粗镇孔时因余量为1. 9,故aP = L9,查机械制造工艺设计手册2-8V = 0.4m/s= 24m/min取进给量为f = OO2mm/rlOOOxv,n = 380,7 minTttlv = J = 15m/ min故实际切削速度为：1000此时作台每分钟进给量几”应为:f m = f.Znw = 5625 / nin计算切削基本工时：/ + + tm = 1.45 nunf m工序13铳槽：加工条件:机床：X6132卧式铳床.刀具：直齿三面刃铳刀其中d = 80, z = 18计算切削用量： =10由机械加工工艺手册表15-53,表15-55可知:af = 136 /nin v = 132.6nVmin确定主轴转速：1000vn = = 375r/min叫切削工时：tm = 0.75min第六章夹具设计本本次设计的夹具为第4、5道工序，粗精铳上下端面，要求使上下两端面的平行 度为0. 055o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v形块从前后两方向实 现对R1 0的外圆柱面进行定位，平面定位用圧板进行压紧，定位夹紧就比较稳定， 可也容易实现。方案：用两个同样的V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山度和转动自由度，然后用纟堂刀加工，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，定位可鼎，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V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山度和一个转动自山度。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6. 3计算夹紧力并确定螺杆直径参考文献(3 )表】一 2-11,因夹具的夹紧力与切削力方向相反，实际所需夹 紧力F夹与切削力F之间的关系F夹=K F安全系数K在夹紧力与切削力方向相反后时，K二3，由前面的计算可知F二1452.3所以尸 KF 31452.34356.9N 夹0 尸 尸/21178. 4A7 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二10mm6. 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，具体釆用的是前后支撑 引导的夹具机构，机床与锤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锤模来保证。因为孔的轴线与底面的平行度要求为o05。故两锂模装配后同轴度要求应小于o05, 又因为镇套与镇杆.18 H6 (+0. 030) /h5(0-0. 009),其最大间隙为Xmax=0. 013+0. 009=0.022mmmin X 二0. 022/310二0. 00007被加工孔的长度为42mm取两孔同轴度误差为0. 03mm则 71242 0.000070.006沏 T2 =0. 03mm所以T二 AT 1+ T 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 712420.000070.006肠 T2 =0. 03mm所以T二 AT 1+ T 2 二0.036mm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。课程设讣的过程如 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讣。最后非常感谢张志强老师对我们的悉心 指导参考文献11李昌年.机床夹具设讣与制造M.机械工业出版社,2007. 李益民.机械制造工艺设计简明手册M.机械匸业出版社，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,2007.41孙丽媛.机械制造工艺及专用夹具M.冶金工业出版社,2002. 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 肖继徳，陈宇平.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产品 型号页1x 第艺产品 名称气门摇杆轴支座气门摇杆轴支座页1x 共料号 材牌毛坯种类铸件毛坯外型尺寸毛可件 每坯制数IX每台件数n备 注n工序号工序 名称n工间 加车设备轲称 及编号技术等级间/min 时狐夹具nn准备 -终LJ用造型 采铸造造间 铸车nnnn处车 热理间nnnn30粗面工间 金车铳 型 K25 RX侏专用夹具齿铳直端刀1Jn10粗面工间 金车铳 型K25 EX床专用夹具齿铳 直端刀1JIXIT3n500粗铳两侧 面，两端 面倒角 0.5 x 45工间 金车E专用夹具齿铳 直端刀用标尺 两游卡IXIT160mm200 L 孑钻的金车专用夹具氏花 莫麻钻径分 内千尺nnFl半面半而工间 金车专用 夹具齿铳 直端刀两用游 标卡尺080n半精铳， 精铳两侧面工间 金车5专用夹具齿铳 直端刀用标尺 两游卡IXIT1n90onmm其距孔线 7 线20 右孔轴enun) 钻的孔离轴14工间金车n专用夹具莫氏 麻花 钻径分 内千尺T8 In001x0 L 一 m 另| 钻135金车专用夹具莫氏 麻花钻径分 内千尺T8 Ino lx半精加工 孔较1 口角。;1 Av a+0.4B7?X4 、20丁舒计.5 扌0的两何o工间 金车R专用夹具氏花 莫麻钻径分 内百表T8 Io槽铳粗粗铳3. 5mm 的 横槽金车铳 型K25尺X床专用夹具速立刀 高钢短1Jnn301x刺 毛 去o14洗 土円 7机 洗 ;7i洁 淸液501x!r更改内容编制抄 写E审核23/26