课程设计论文气门摇臂轴支座零件的机械加工工艺规程及其夹具设计

目 录一、设计任务1二、零件分析1、零件的作用22、；零件的工艺分析2三、工艺规程的设计1、确定毛坯的制造形成22、基准的选择33、制定工艺路线34、机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定75、确定切削用量及基本工时7四、专用夹具的设计1、问题的提出112、夹具的设计12参考文献14一、设计任务：(1)设计“气门摇臂轴支座”零件的机械加工工艺规程及其铣16孔两端面某的专用夹具。（生产纲领：中批）要求：零件图 一张 毛坯图 一张 机械加工工艺卡 一套 专用夹具装配图 一副 夹具体零件图 一副 设计说明书 一份()生产纲领：中批生产()工作制：单班制工作(4)设计（论文）基本要求：、材料牌号，形位公差，粗糙度，图纸的标题栏及明细表都宜采用新图标。、零件机加工工艺路线应设计多方案（至少个），比较后选最佳方案。、应保证重要表面的加工质量与精度。、机床设备等选用，应考虑其经济性，宜采用通用机床和专用工具夹。、设计应以独立完成为主，图纸表达要正确清晰，计算正确，能借助各种工具书和技术资料获得所需的正确数据。、同一课题组的专用夹具不得一样。7、说明书应内容完整，字迹工整，语言简练，文字通顺。说明书中应重点包括设计方案的分析与论证，考虑问题的出发点和最后选择的依据，必要的计算过程，其他说明等。 二、零件分析：1、零件的作用：摇臂轴是柴油机支撑气门摇臂，内有油道的输送润滑油。摇臂轴支座是用于将摇臂轴固定在柴油机上，为了加强摇臂轴支座的定位，在其底部螺栓孔处有定位凸台，使其定位在缸盖螺栓孔内。2、零件的工艺分析：气门摇臂轴支座共有两组加工表面，他们相互有一定位置要求。现分析如下：（1）以11孔为中心的加工表面，这一组加工表面包括：一个11的孔，一个3的孔，及尺寸为39与11孔垂直两平面。（2）一个16孔与18孔：这一组加工表面包括：一个16孔，一个18 的孔，及尺寸为370.1的与18垂直的平面，尺寸为16与16垂直平面。 这两组加工表面之间有着一定的位置要求，主要是：（1）16孔与18孔的中心线与平面A的平行度公差为0.005。（2）16孔与18孔的中心线与平面A的尺寸公差分别为0.05与0.03。由于上述分析可知：对于这两组加工表面而言，可以先加工其中一组表面，然后借助与专用夹具加工某一组表面，而且保证他们之间的位置精度要求。三、工艺规程的设计：1、确定毛坯的制造形成：零件的材料为HT200，应采用铸件，由于零件为中批生产，其轮廓尺寸也不大。故可采用铸造成型。这对提高生产率，保证加工质量也是有利的。2、基准的选择（1）粗基准的选择：对于一般零件以不加工表面作为粗基准是完全合理的，但对本零件来说，如果以其作为基准，则不能保证16孔与18孔中心线与平面A的平行度，故利用与18孔垂直的两端面为粗基准定位。（2）精基准的选择：精基准的选择主要应该考虑重合的问题在工艺过程中的具体选择。3、制定工艺路线：由于生产类型为中批生产，故采用部分组合机床配合专用夹具，并尽量使工序集中并提高生产率，除此之外还应降低成本。（1）工艺路线方案一：工序一：粗铣11孔两端工序二：精铣11下端面即A面工序三：镗11孔工序四：镗16孔与18孔工序五：铣16孔与18孔两孔端面及倒角工序六：钻3孔工序七：终检（2）工艺路线方案二：工序一：镗16孔与18孔工序二：铣16孔与18孔两孔端面及倒角工序三：镗11孔工序四：铣11孔两端面工序五：精铣11下端面即A面工序六：钻3孔工序七：终检（3）工艺方案的比较与分析：上述两个工艺方案的特点在于：方案一早先加工以11孔中心线为一组表面，然后以此为基准加工16孔与18孔。方案二正好相反，在加工以16孔与18孔的中心线的一组表面，然后再以此为基准加工11孔一组表面。经比较可见，在加工11孔一组表面更容易保证位置精度，只所以把3孔放于工序后，到最后加工是为了工序集中化，使铣镗工序在铣镗组合机床上一并完成。而方案一与方案二相比在保证位置精度上存在缺陷。综合各方面因素，最后的加工路线确定如下：工序1：铣18两端面。零件所采用的基准如下图所示，选用T617A铣镗床专用夹具。工序2：钻、铰18孔及倒角，零件所采用的基准如下图所示基准。选用Z525立式钻床专用夹具。序3：铣11孔两端面，零件所采用的基准如下图所示。选用T617A铣镗床专用夹具。工序4：粗精铣16孔两端面，采用基准如下图所示。选用T617A铣镗床专用夹具。工序5：钻铰16孔及倒角，采用基准如下图所示，选用Z525立式钻床专用夹具。工序6：钻11的孔，所采用的基准如下，选用ZJ5025圆柱立式钻床加工与普通夹具。工序7：钻3的孔，所采用的基准如下，选用ZJ5025圆柱立式钻床加工与普通夹具。工序8：终检以上工艺过程祥见机械加工工艺过程卡片和机械加工工艺卡片。4、机械加工余量、工艺尺寸及毛坯尺寸的确定：“气门摇臂轴支座”零件材料为HT200，生产类型为中型生产，采用铸造上的合模铸造。根据上述原始资料几加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸如下：（1） 18孔两端面，内11孔粗铣Z=1.8，精铣Z=0.1。由于毛坯及以后每道工序（或步骤）的加工都有加工误差，因此所规定的加工余量其实只是名义的加工余量，实际上，加工余量有最大与最小之分。由于本设计规定的零件为中批生产，应该采用调整法加工，因此在最大最小加工余量时，应按调整法加工方式予以确定。有参考资料得：毛坯名义尺寸：37+22=41毛坯最大尺寸：41+20.1=41.2毛坯最小尺寸：41-20.1=40.8粗铣后最大尺寸：37+20.2=37.4粗铣后最小尺寸：37-0.22=37.16精铣后尺寸与零件图尺寸相同为：37（2）钻、铰18孔及倒角，零件所采用的基准如下图所示基准。选用Z525立式钻床专用夹具。钻孔：17.5铰孔：18 Z=0.5mm（5）钻、铰16孔及倒角钻孔：15.5铰孔：16 Z=0.5mm（6）钻11孔，只需粗镗2Z=0.2，为简化毛坯的形状，现直接取其内圆表面直径为9.6。5、确定切削用量及基本工时：工序1：铣18孔端面TZ=0.08/齿（见参考手册）切削速度：查相关手册，得=0.45m/s，即27m/min采用直柄立铣床，dw=40，齿数Z=6则 ns=215r/min故实际切削速度为：=28.26m/min当nw=37.5r/min时，工作后每分钟的进给量fm应为：fm=fzZnw=0.086225=108r/min直接取该值。切削工时：由于是粗铣，故整个铣刀刀盘不必铣过整个工件，采用作图法可得出行程l1+l11+l12=28 l2+l21+l22=27 ，则机动工时为tm=0.509min工序2：钻、铰18孔及倒角（1）钻孔17.5。确定进给量f=0.390.35mm/r由于17.5孔是属于低刚度零件，故进给量应乘系数0.75，则f=（0.390.35）0.75=0.290.35 mm/r现取f=0.25 mm/r查的切削速度为=18m/sns=328 r/min又查的nw=195r/min故实际切削速度为：=1.07m/min切削工时tm=1.046min （2）铰孔18孔。铰孔的用量根据钻孔的切削用量取 F=（1.21.8）钻=（1.21.8）0.650.75=0.5850.87mm/r取f=0.57 mm/r=（）钻=46m/min则主轴转速为n=3451.6r/min，按机床说明书取nw=68r/min=3.737m/min切削工时tm=1.316min（3）倒角C2双面。采用90钻。为了缩短辅助时间，取倒角的主轴转速与铰孔时相同：n=工序3：铣11孔两端面fZ=0.08/齿（见参考手册）切削速度：查相关手册，得=0.45m/s，即27m/min采用直柄立铣床，dw=40，齿数Z=6则 ns=215 r/min现用T617A镗床，查资料取 nw=225r/min故实际切削速度为：=28.26m/min当nw=37.5r/min时，工作后每分钟的进给量fm应为：fm=fzZnw=0.086225=108r/min直接取该值。切削工时：由于是粗铣，故整个铣刀刀盘不必铣过整个工件，采用作图法可得出行程l1+l2+l3=22，则机动工时为tm=0. 5min工序4：铣16孔端面TZ=0.08/齿（见参考手册）切削速度：查相关手册，得=0.45m/s，即27m/min采用直柄立铣床，dw=40，齿数Z=6则 ns=215r/min故实际切削速度为：=28.26m/min当nw=37.5r/min时，工作后每分钟的进给量fm应为：fm=fzZnw=0.086225=108r/min直接取该值。切削工时：由于是粗铣，故整个铣刀刀盘不必铣过整个工件，采用作图法可得出行程l1+l11+l12=28 l2+l21+l22=27 ，则机动工时为tm=0.509min工序5：钻、铰16孔及倒角（1）钻孔15.5。确定进给量f=0.390.35mm/r由于15.5孔是属于低刚度零件，故进给量应乘系数0.75，则f=（0.390.35）0.75=0.290.35 mm/r现取f=0.25 mm/r查的切削速度为=18m/sns=370 r/min又查的nw=195r/min故实际切削速度为：=9.49m/min切削工时t=0.615min（2）铰孔16孔。铰孔的用量根据钻孔的切削用量取 F=（1.21.8）钻=（1.21.8）0.650.75=0.5850.87mm/r取f=0.57 mm/r=（）钻=46m/min则主轴转速为n=3451.6r/min，按机床说明书取nw=68r/min=28.26m/min切削工时t=0.774min（3）倒角C2双面。采用90钻。为了缩短辅助时间，取倒角的主轴转速与铰孔时相同：n=工序6：钻11孔f=0.41mm/r=12.25m/min ns=95.5 4r/min按机床取nw=1250r/min所以实际的切削速度：=157m/min切削工时：t=0.105min工序7：钻3孔f=0.41mm/r=12.25m/min ns=95.5 4r/min按机床取nw=1250r/min所以实际的切削速度：=157m/min切削工时：t=0.060.min以上各工序切削用量，工时定额计算结果，详见机械加工工艺过程卡。四、专用夹具设计为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需设计专用夹具。由于本零件在组合机床上经过多数工序操作，为其设计专用夹具可大大缩短加工各工序间的时间间隔，提高劳动生产率。本夹具将用于T617A铣镗床。1、问题的提出：夹具是用于T617A铣镗床上，用于加工22，28，26几个端面及镗11，16，18三孔。要考虑加工精度，提高劳动生产率，降低劳动强度。2、夹具设计（1）定位基准的选择由零件图可知，存在平行度公差，跳动公差等要求，定位基准选取平面对加工精度有利，在装夹方面也可以方便，快捷安装。由于自定心夹具在结构上过于复杂，古采用平面为定位基准。 为提高劳动生产率，先决定用直柄立铣刀同时铣16两平面。（2）切削力及其夹紧力的计算。刀具：高速钢直柄立铣刀，40mm Z=6则F=式中：Cf=650 ap=3.1mm XF=1.0fz=0.08mm yF=0.72 ac=40mm uF=0.86 dO=225mmqF=0.86 wF=0 Z=6所以F= 436.8 N两把刀同时，F实=2F=873.6N水平分力：FH=1.1F实=960.96N垂直分力：FV=0.3F实=262.08N在计算切削力时，必须考虑安全系数。安全系数K=K1K2K3式中 K1=基本安全系数1.5 K2=加工性质系数1.1 K3=夹具钝化系数1.1 K4=断续切削系数1.1F=KFH=1.51.11.11.1960.96=1918.6N为克服水平切削力，实际夹紧力N应为：N（f1+f2）=KFH所以 N=其中f1及f2为夹具定位面及夹紧面上的摩擦系数：f1=f2=0.25则N= 3837.6 N（3）定位误差定位原理本工序选用采用一个底面，一个V型块及一个菱形销定位。一个底面限制了三个自由度：Z方向的移动，X、Y 方向的转动；一个V型块限制了两个自由度：X方向的移动及Z方向的转动；一个菱形销限制了一个自由度：Y方向的移动。定位元件公差的确定V型块定位误差：因其工序基准与定位基准重合，此时B=0，只有基准位移误差，故，影响工序尺寸的定位误差为： D=Y=0.064而加工尺寸公差为=0.22。故D=0.064/3。因此，此定位可行。铣床夹具设计要点1、 要特别注意工件定位的稳定性和夹紧的可靠性因为铣削加工是多刀多刃断续切削，切削用量和切削力较大。且切削力的方向变化不断，加工时极易产生振动。因此，定位装置的设计和布置应尽量使定位友承面积大些；夹紧力应作用在工件刚度较大的部位上；当从侧面压紧工件时，压板在侧面的着力点应低于工件侧面的支承点；夹紧力应靠近加工面；夹紧装置要有足够的夹紧力，自锁性好，一般不宜采用偏心夹紧，特别是粗铣时。2、 注意提高生产率铣削加工有空行程，加工辅助时间长，因此应尽可能安排多件、多工位加工，夹紧时则尽量采用快速夹紧、联动夹紧和液压气动高效夹紧装置。3、 铣床夹具底面应设置两个定位键通过定位键与铣床工作台T形槽配合，使夹具上定位元件的工作表面相对于铣床的工作台的进给方向具有正确的位置关系。两个定位键相距越远，定向精度越高。除定位外，定位键还能承受部分切削扭矩，减轻夹具的固定螺栓的负荷，增加夹具的稳定性。定位键有矩形和圆柱形两种，矩形定位键更常用，它有A型和B型两种结构形式。A型适用于夹具的定向精度要求不高的场合。B型其侧面开有沟槽，沟槽的上部与夹具体的键槽配合。沟槽的下部与铣床的工作台的T形槽配合，一般应留有磨量0.5，以便与工作台T形槽修配。当工作台T形槽表面平整时可采用圆柱形定位键，但因易磨损，故应用不多。精度高的或重型铣夹具可不设置定位锓，而在夹具体上加工一窄和长平面作为夹具安装时的找正基面，通过找正获得较高的定向精度。4、 设置对刀装置，以便于迅速准确地确定铣刀与夹具的相对位置 对刀装置由对刀块和塞尺组成，其形式根据加工表面的情况而定。常见的对刀块为圆形对刀块，用于单铣单一平面时对刀；夹具底部上的一对定位键可使整个夹具在机床工作台面上有正确的安装位置，以利于铣削加工。本夹具的装配图及夹具零件图详见图纸。参考文献：机械制造工艺学 陈明主编 机械工业出版社机械制造工艺及专用夹具 孙丽媛主编 冶金工业出版社机械制造工艺设计简明手册 李益民主编 机械工业出版社机械加工工艺手册 杨叔子主编 机械工业出版社机床夹具设计 薛源顺主编 机械工业出版社实用机械加工工艺手册 陈宏钧主编 机械工业出版社