气门摇杆轴支座加工工艺与夹具设计

气门摇杆轴支座加工工艺与夹具设计Last revision on 21 December 2020毕业设计说明书课 题名称 气门摇臂轴支座加工工艺及钻床夹具W分院/专业班级学号学生姓名指导教师：二O一六年五月摘要本次课题是是气门摇臂轴支座的。18的孔的钻床夹具设计。流程大致如下： 零件加工工序，零件设计方案，确定计算过程和零件夹具设计。本零件表面加工方法的选定、零件的工艺路径选定、零件的工艺装备的选 定、零件的加工步骤的划分、零件的精工设备的选定、零件毛坯的尺寸、零件 加工余量、零件的公差的选定等对于制作工艺规程都是需要解决的问题。而这 个零件的夹具设计需要考虑的是零件的定位误差的计算与分析、零件定位方案 的选定、零件定位元件的选择、钻床夹具夹紧力的计算、夹具体毛坯的结构及 夹具元件配合的选定。经过这次设计对零件的工艺规程、专用夹具、零件工艺路线的制定、零件 的工艺方案的选择有了更深刻的认识。还有零件结构的合理设计、加工工艺性 的设计，保证它的加工质量，对于提高零件的生产效率起着十分重要的意义。 通过对这个零件的加工过程的设计，可以看出每个加工过程很好的配合是设计 出一个好的产品的关键。关键词：机械零件；加工工艺；钻床夹具；定位；夹紧AbstractThis topic is the valve rocker arm shaft bearing hole drilling fixture design Process is as follows: roughly parts processing process, parts design scheme, calculation process and parts fixture design is determined.This parts selection of surface machining method, parts of process path selected, parts of the selection of process equipment, parts of the division of process steps, selection of parts of seiko equipment, parts of blank size, parts machining allowance, parts tolerance of the selected for production process procedures are need to solve the problem. And the parts of fixture design is to consider parts of calculation and analysis of fixing error, selection of scheme of parts, parts positioning element selection, drilling fixture clamping force calculation, clip the specific stiucture of blank and fixture element with selected.After the design of parts of process planning, process routes of the special fixture, parts development, parts of the choice of process scheme had a more profound understanding Parts and the design of the structure of reasonable design, processing technology, guarantee the quality of it, to improve the production efficiency of parts plays a very important significance. Through the design of the machining process of this part, it can be seen that each process good cooperation is the key to design a good product. Key words： mechanical parts; processing technology; positioning; the clampingk目 第1章绪论课题背景机械加工业是国民经济的支柱产业，现代机械制造技术是机械加工业赖以 生存和发展的重要保障。随着科技不断的发展，零件加工技术的不断进步，使 机械工业得到了很好的的发展。一些新的零件也越来越多，这就需要设计各种 夹具来满足新的加工需求。机械的加工工艺是制造机械零件的方法、程序和技巧；是保证产品质量、 完成产品的设计和降低加工成本的主要手段。工艺水平的高低、生产规模的大 小和解决各种加工工艺问题的方法以及手段都要通过机械加工工艺来得到体 现。机械制造中，需要检验工序、装配工序以及加工顺序等，需要使用大量的 夹具，夹具的使用可以提高零件的加工精度，提高零件的加工效率，可以提高 操作劳动的条件，扩大机床的工艺范围。夹具能有效的保证工件的加工精度， 提高零件的生产效率，降低生产成本。因此，夹具是机械加工制造的一项重要 的工艺装备，它们的研究对于机械加工工业有着相当重要的意义。本文研究的主要内容本文研究的主要内容有：(1)气门摇臂轴支座的作用，以及该零件在机器中的重要性。(2)气门摇臂轴支座的工艺分析，技术要求，零件制造毛坯种类的选择，零件加工工艺尺寸的确定，基准面的选择，零件工艺方案的制定。(3)在钻该零件上。11的孔时定位基准的选择.定位误差的分析,该零件 的装夹，定位元件的选用.夹紧元件的选用.导向元件的选用。本次设计的意义(1)在一定基础上巩固了我们平时上课所学的内容。(2)也能加强我们查阅资料的能力，了解一下相关内容。(3)通过绘制零件图，使我们对于cad的应用更加熟练。(4)掌握了一些设计的方法，培养我们曰后工作的能力。第2章零件的分析气门摇臂轴支座的作用如图2-1是气门摇臂轴支座的三维图，它与其它零部件相配，组成一个组 合体，然后装在机器上，与其它零件配合工件，气门摇臂轴支座是机械结构中 的一个重要零件。由于它和其它零件配合工作，又是机械中的支承件，所以它 对于机械加工零件的轴向压力、零件的磨损、及零件的回转平稳度有非常重要 的影响。图2-1气门摇臂轴支座三维图气门摇臂轴支座的技术分析如下图2-2,气门摇臂轴支座共有几组主要的加工面，它们相互之间有一 定的关联和要求。它的结构相对比较复杂、加工技术要求比较高、零件需要加 工的表面比较多。所以选择一个合理的机械结构的工艺性对保证零件的加工的 质量、提高零件的生产的效率、降低零件的加工制造的成本有着重要的意义。零件每个待加工表面都有一些位置要求，如下：(1) B面与A面之间的平行度要求为。(2)以6的孔的轴心线与A面之间的平行度要求为。(3)。28的孔的后端面的圆跳动要求为。(4) A面与B面的粗造度要求为。(5)。28的孔的前后端面粗糙度要求为。(6)。26的孔的前后端面和。11的孔的内壁粗糙度要求为。图2-2气门摇臂轴支座零件图第3章零件的工艺规程的设计确定零件的毛坯类型零件毛坯的类型选择主要是根据以下因素：(1)设计图所规定的材料及需要满足的机械性能；(2)零件的外形结构和尺寸；(3)零件批量制造的经济性；(4)目前毛坯制的造水平。由零件图中的要求可以知道零件的材料是QT500-5,需要大批量的生产， 根据实际零件的结构相对比较复杂，所以我选择的是金属型浇铸，零件的主要 外形尺寸相对较小，一边的余量不大，要求零件的结构要细密，能够承受规定 的压力，所以我选择的零件的主体材料是灰铸铁。零件的机械加工工艺尺寸的确定零件的工序尺寸的计算要根据具体零件图上的设计尺寸、已确定的每个工 序的加工余量和选好的定位基准的转换来进行。确定工序尺寸的方法是，由被加工表面的最后形成的尺寸依次向前加上加工余量得到每个工序的具体尺寸, 最后得到的工序的工序尺寸按设计要求标注。零件的具体工序尺寸计算步骤如下所示：(1)工件上的某一个被加工表面每个需要加工的工序的加工余量由查表法确定；(2)确定零件每个工序尺寸公差和偏差除了最终的加工之外，根据每个工序采 用的不同的加工方法和最理想的经济加工精度，确定每道工序的工序尺寸公 差，并且按照孔偏大轴偏小的原则标注工序尺寸的公差。根据零件的加工精度要求，确定零件的工序尺寸，余量取,1mm,查可得如下具体工序尺寸 如表。表3-1工序尺寸表图3-1毛坯图基准面的选择基面选择得合理，可以让加工的质量得到保证。如果基面选择的不合理就会导致加工过程出现较大误差，难以加工出尺寸精度符合要求的零件，甚至还会造成零件出现大批量不符合要求的情况，最终的结果是可能导致零件没有办 法继续生产。(1)毛坯的粗基准的选定粗基准是工件开始粗加工所应用的基准，是未经过加工的表面。一般选择比较平整、光滑、有足够大的表面积的表面作为粗基准。由于工件的结构尺寸 相对较复杂，加工的粗基准选择的是否合理，对于每个加工工序能否达到合理 的加工余量和需要加工的面与不需要加工面的位置关系有比较大的影响。按照一般粗基准选择的原则(粗基准在一般情况下只允许使用一次，尽量 表面重复使用，一些表面不要加工，就要尽量选择与需要加工的表面有一定的 位置关系的面作粗基准。还需要求加工余量尽量小且比较均匀的表面作为粗基 准。),根据实际的情况选取A面作为粗基准，并且利用这一平面做定位面， A A T以消除零件在X、y、Z位置上的自由度。(2)精基准的选择因为考虑到工件的表面积比较大，所以通常选工件比较合适的面作为统一 的精基准，这样做的好处是可以避免因为基准转换过程中而产生的累积误差， 更加有利于提高工件的每个主要表面的位置精度，在一次装夹的情况下尽可能 加工多的零件表面能有效保证精度还能有效减少夹具数量，缩短零件的生产周 期，降低成本，同时，零件的底面又是设计基准和安配基准，符合基准重合的 原则，能有效的避免基准不重合误差的产生，因此零件加工的精基准也选则A 面。图3-2剖视图工艺方案的制定根据表3-1确定毛坯的尺寸为44 x 42 x 21,根据毛坯的材料特性选择热处 理方法用退火，根据零件的结构选择基准面为底平面粗精加工底面和顶面， 加8的孔是定位基准加工要求较高，分别粗精加工孔的前后端面，加6的孔加工 要求不高，直接粗铳前后端面，最后分别钻，扩，较。18,例6,例1,姆的孔， 去毛刺。旦工艺过程如表3-2所示。表3-2工艺过程卡南工院机械加工工艺过程卡片产品型号零件图号产品名称气门摇臂轴支座零件名称气门摇臂轴支座共1贞第1页材料牌号HT200毛坯种 类铸造毛坯尺寸毛坯件数1每台件数1备注工序号工序名称工序内容车间工段设备工艺装备工时1铸造毛坯83x65x432毛坯的退火处理3铳粗，精铳零件底平面金工立式铳床X52K彼质合金铳刀，游标卡尺1铳粗，精铳零件底平面.1. -同上同上5铳粗，精精。18孔前前面金工同上同上6铳粗，精铳。18孔前前面同上同上7铳粗,精铳。16孔前端而同上同上8铳粗，精铳。16孔前端面同上同上9钻钻,扩，较例8孔钻床Z525麻花钻游标卡尺10钻钻，扩，较。16孔.1 -同上同上11钻钻，扩，校加1孔金工同上同上12钻钻。3孔金工同上同上13钳工去毛刺14入库设!：校:。审核标准化会签工序7:钻,扩，钱16孔现选择工序7作为实例计算加工过程中所需要的具体参数。1.工步1的切削用量：确定加工已经知道的条件：被加工的材料一一HT200加工工序一一钻e16的孔设备一一钻床,Z525（1）选取加工刀的具性能参数如下直柄麻花钻（GB1直柄麻），材料是HSS,直径 *12nm0选择的麻花钻的几何形状及参数尺寸（根据金属切削速查速算手册M皿）如下表3-3所示：双维修磨横刃，螺旋角B=3（T ,峰角2。=118 ,后角。二12 ,横刃斜角 （P 60 , b-2mnit 1-4mmo表3-3通用型麻花钻的主要集合参数钻头直径 d/mm钻头长度mm峰角2/()后角a 0/()横刃斜角*/（。）191182840- 6020262224232122252026182716282914301210100S（2）决定进给量2进给量根据表3-4选取入（3）确定切削速度因为孔的深径比为L/D=39/ll=,被加工的材料是HT200所以参考（机械工人切削实用 技术手册1川）下表表3-4加工材料深 径 比L/D切削用量直径D (mm)灰铸铁可锻铸铁81012162025303540-60170-269HBHT200KTZ450-06KTZ550-进给 量 ni/rHT250HT300HT35O04 KTZ650-02KTZ700-02 钵铸铁切削 速度 m/min161616171717181818转速r/min6405104203352702201901653-8进给 量 m/r切削 速度 ni/min131313141414151515转速r/min520420350270220170150125查表可以知道加工时的切削速度是13m/min ,转速是350r/min。2.工步2的切削用量：（1）确定加工已经知道的条件：被加工的材料HT200加工要求一一扩。16孔设备一一钻床,Z525（2）选择使用的刀具性的能参数根据实际加工情况，选择扩孔刀，d=16mm. （3）决定进给量f;。16的扩钻进给量根据表3-4选取ro（4）确定切削速度扩孔削速度根据表3-4,选择扩孔刀的切削速度是3.工步3的切削用量：（1）加工已经知道的条件：被加工的材料HT200加工要求一一钦。16孔 设备一一钻床,Z525（2）选取使用的刀具性的能参数选择刀具为钱刀，材料选择硬质合金，钦刀的直径选择d=16nmu（3）决定进给量f：（根据机械工人切削实用技术手册1川）表3-5机较时切削速度和进给量的选择较削的进给量为钻削进给量的3-4倍。根据上表，进给量可选择的范围是，因 为钻削的进给量是，所以我选择的进给量为x=r。（4）确定较削速度根据表3-5,刀具材料是硬质合金，工件材料是铸铁，所以较削速度可以选择的范围 是10-14,我选择的较削速度是13nVmin第四章夹具设计为了提高生产的效率，保证生产质量，扩大机床的使用范围，需要设计零件 的专用夹具。经过指导老师指定，决定设计钻孔夹具。问题的提出最主要问题是如何选择零件的定位基准。设计的夹具主要是用来钻回1孔，其他平面的形位公差和表面要求较高，以8孔的内表面都已加工出来，可 以用来作为定位面。在保证零件经济性和劳动强度的同时可以设计较为简单的 夹具。如何保证被加工孔与底面的垂直度同样是一个重要的问题，如果零件定 位不合理就会导致被加工孔的轴线垂直度不符合要求。图4-1剖视图气门摇臂轴支座的定位方案定位基准的选择由零件图可知，由于例8的孔已经加工出来，可以选择孔作为定位基准，定位选择定位销和削边销。图4-2气门摇臂轴支座主视图定位元件的选用根据零件的结构特性，我选择的定远方案是一面两销定位，能有效地限制 气门摇臂轴支座的自由度，还能可靠地保证零件具有确定的加工位置。根据实 际情况因为零件的结构比较特殊，我所选择的是一个圆柱销一个削边销定位， 削边销主要保证零件的自由度不被重复限制。具体结构如图4-3o图4-3固定式定位销表4-2固定式定位销的规格及主要尺寸DHdD1Lhh 1Bbb 1Cc 1基 本 尺 寸极限 偏差14181615+22305D-24341264010根据（机床夹具设计手册网）表4-4固定式圆柱销尺寸如下图图4-3定位销图4-4固定式圆柱销削边销的尺寸如图4-5所示图4-5削边销定位误差分析与计算夹具主要的定位元件是定位销和削边销，它能零件的两个自由度,另一端面 限制了三个自由度。绕刀具旋转方向的自由度不需要限制。图4-6剖视图基准位移误差：7:5加+5“+&/根据图4-6已知3d尸；根尸；X二所以基准位移误差为+二+二；3二所以定位方案可行。气门摇臂轴支座的夹紧方案的设计零件的装夹就是在机床上对零件进行加工时为了保证加工表面相对于其他 表面的尺寸精度和位置精度，首先需要使零件在机床上有确定的位置，在加工 过程中能承受各种力，并且始终保持初始的位置。前者是零件的定位，后者是 零件的夹紧。考虑到零件的结构特性以及被加工位置，可以选用v型块，螺旋 机构，根据实际操作考虑，初步选择螺旋夹紧机构。零件夹紧元件结构的选定在钻孔加工过程中，工件受到切削力、惯性力等的作用为了保证在外力作 用下工件任然能保持确定的加工位置，不发生振动或位移的情况所以需要设计 零件的夹紧机构。夹紧机构由动力装置、夹紧元件、中间传力机构组成。夹紧 装置应该满足下列要求：在夹紧的过程中，应该有利于零件的定位，不能破坏 零件的确定位置；夹紧力应使零件的定位基面紧贴夹具的定位支撑，不能使其 离开定位支撑；夹紧力的作用要可靠，合适，安全。夹紧装置应该操作方便， 省力安全；要求结构简单，易于制造；具有良好的自锁性能。如图4-7；夹紧元件为1,中间传力元件为2,动力装置为3。主要是利用 螺旋机构让夹紧元件压紧。28孔的端面，并且所选择的螺纹升角小，有利于实 现加紧机构的自锁性。动力装置是手柄，能实现夹紧力的安全可靠。图4-7夹紧机构剖视（1）切削力的估算:（根据机械切削加工技术泗）F二xx,式中A=apxf, ap为切削深度，f为进给量。K根据（根据机械切削工人常用计算手册17）表3-11 K,为1413。 根据表3-4, f=oF二 x x x。（2）零件夹紧力的估算：（根据机床夹具C15：）表4-1各种螺栓的许用夹紧力及夹紧扭矩螺纹公称直径 mm810121620242730许用夹紧力N2550392456901030015696225632894035316加在螺 母上的 夹紧扭 矩 N*mm螺母 支撑 面有 轮动 轴承螺母 支撑 面无 滚动 轴承从上表可以看出许用夹紧力为10300L由以上结论可得，许用夹紧力大于切削力。所以选择直径为16的螺旋机构夹紧可行。其他元件的设计及选择刀具导向元件的设计在机床夹具设计过程中，需要要加入刀具的导向元件钻套。在实际生 产中可以根据被加工工件的具体结构形式和被加工孔的精度要求，选择不同结 构形式的钻套。钻套的主要作用是用来确定钻头、饺刀等寸刀具的轴线位置。保证零件上 被加工孔的加工精度，节约人工对刀的时间，在一定程度上提高生产效率。 本设计采用的是固定钻套B型，钻套结构如下图4-9所示：图4-9固定钻套结构表4-2钻套的规格及主要尺寸dHDD1habrc基 本 尺 寸极限 偏差H6极限偏差H7基 本 尺 寸极限 偏差 n 6用 于 H6用 于 H711+0+01218+2242如图4-9,在钻模板与钻套之间加装一个衬套，衬套的材料一般选择比较 耐磨的硬质合金，提高使用寿命，衬套能有效地保护钻模板防止钻套与钻模板 长期直接接触导致钻模板的磨损，避免钻模板的频繁更换，而钻模板就可以使 用价格较便宜的金属以降低使用成本。图4-10钻模板剖视夹具体能够保证零件可靠地固定在钻床上，从而保证了零件在加工过程中 够减少界干扰而产生的误差，因为夹具体的精度要求不高，所以选择的材料是 铸铁HT200。夹具体的底面需要与钻床接触，且精度有要求，所以需要精加工 夹具体的底面。夹具体与钻床采用螺栓固定，根据钻床说明书，T型槽的间距 为120mm,其余尺寸没有要求根据实际情况决定。图4-11夹具体零件图夹具体的三维图如下图4-10所示图4-12夹具体三维图气门摇臂轴支座的装配图和零件的三维图图4-13夹具装配图图4-14夹具三维图第五章结论与展望夹具设计是我大学生活中学习到的最主要的内容之一，在学习完大部分专 业课程之后要求我们会自己合理的设计机械零件的夹具，这次夹具设计是我们 在进行自己独立设计之前对三年来所学习的专业课程的一次综合性的复习，也 是一次锻炼我们能力的机会。这次设计首先要了解夹具的意义和夹具的背景，知道夹具的重要性和实用 性。其次了解夹具的发展趋势看看夹具至今以来的进化历程，然后是了解我所 设计夹具的零件的作用，气门摇臂轴支座主要是翻遍汽油机的启动，跟着是分 析这个零件的工艺，保证零件能用最经济最简单的方法加工出来，下面是了解 气门摇臂轴支座的技术要求。检查确定的工艺能否满足在实际使用中的要求。 下一步就是选定毛坯及确定毛坯的尺寸，毛坯要近可能的接近工件的形状，对 于一些没有要求且精度要求不高的尺寸可以直接用毛坯铸造出来，减少后期作 业的工作量也要尽可能满足加工要求。接下来就是对毛坯进行加工，首先制定 零件的工艺路线。我选择的是钻例1的孔的夹具设计，根据零件的形状选择的 定位基准为例8与如6的孔，定位方案选择的是一面两销，定位元件为削边销和 定位销，在选择定位方案的过程中我查阅的很多夹具图册，并结合零件的实际 形状最后才决定选择一面两销的方案。下面是夹紧方案，夹紧方案是通过一个 轴套利用螺旋机构对零件进行夹紧以及实现自锁保证零件在加工时不脱落。还 要设置一个钻模板方便刀具的快速定位钻套保护钻模板，节约加工时间。夹具 体选择普通钻床夹具的夹具体形状，根据零件尺寸确定夹具体的尺寸。这就是 我这次设计大概完成的工作。我希望我在将来的事业中也能像我现在这样遇到不理解的敢于思考，不断谦虚的请教别人。这次的设计也在一定程度上锻炼了我敢于想象敢于付出实 践，遇到问题不轻易放弃的能力。现在科技发展迅速，零件的种类越来越多且 零件所要求的加工精度越来越高，所以对夹具的要求也越来越高，要求我们不 断地设计出更好用跟方便快捷的新夹具，希望以后的夹具设计得越来越好，越 来越方便快捷。参考文献许晓场.专用机床设备设计M,重庆：重庆大学出版社，2003o孙已德机床夹具图册M,北京：机械工业出版社，1984 ： 20-23o3东北重型机械学院等.机床夹具设计手册M,上海：上海科学技术出版社， 1979。孟少龙.机械加工工艺手册第1卷M,北京：机械工业出版社，1991O李洪.机械加工工艺手册M,北京：机械工业出版社，1990。6马贤智.机械加工余量与公差手册M,北京：中国标准出版社，1994。上海金属切削技术协会.金属切削手册M,上海：上海科学技术出版社， 1984。网周永强.高等学校设计指导M,北京：中国建材工业出版社，2002o刘文剑.曹天河，赵维，夹具工程师手册M,哈尔滨：黑龙江科学技术出版 社 1987。余光国.马俊，张兴发，机床夹具设计M,重庆：重庆大学出版社，1995。11李庆寿.机械制造工艺装备设计适用手册M,银州：宁夏人民出版社， 1991。12王光斗.王春福.机床夹具设计手册M,上海科学技术出版社，2000.13陈宏钧.金属切削速查速算手册M,机械工业出版社，1999。14王吉华.机械工人切削实用技术手册M,湖南科学技术出版社，2013。15傅承基.杨桂珍.机床夹具，东南大学出版社，1995。16奥利菲.博尔克纳.机械切削加工技术M,湖南科学技术出版社，2014。17雒运强.机械切削工人常用计算手册M,化学工业出版社，2006。18陈建刚.机床夹具设计，北京邮电大学出版社，2012o19徐鸿本.机床夹具设计手册，辽宁科学技术出版社，2004。致谢三年的大学生活即将结束，几个月的夹具设计，即将结束。在这次的设计 中所经历的坎坷使我慢慢成熟，在学校的这段时间里，我收获良多，现在所经 历的一切将让我更加珍惜和期盼未来的生活。本课题的设计思路是在老师的细心指导下慢慢展现出来的，在此，我表示 真挚的感谢，从毕业题目的确定到设计的完成，每一步都得到了老师的耐心的 修改，每当选择上出现一些难题时老师都会教我如何使用一些工具书，学会一 些表格的查阅，在一些计算上遇到难题时，老师就会展示出丰富的实际的使用 经脸，和卓越的理论知识，一步一步的指导我完成每一步的计算，在一些绘图 方面出现问题时老师就会给我补习一些绘图知识，还会教我如何使用绘图软 件。让我不得不赞叹我们指导老师学识的渊博和丰富的实际使用经脸。总之，我的整个毕业设计是指导老师，小组同学和我共同努力完成的成 果，在几个月的设计中，我们的合作十分愉快，他们教会了我许多东西，这是 我人生中的一笔十分珍贵的财富，在此我还是再次向给予过我帮助的老师们和 同学们表示衷心的感谢！当然，在这最后三年的学习生涯中我的专业课的老师们也给了我很多帮 助，是他们教会了我许多专业上的知识，同时也会教我们许多以后在社会上有 用的知识，教会我们以后如何在自己的岗位上做得更好，如何处理好与同事之 间的人际关系等。最后我再次向这三年中教过我的所有老师表示衷心的感谢！同时向在百忙之中评阅我的方案并且提出宝贵意见的三位评委老师表示最真挚的感谢之情，也向所有关心过我，帮助过我，指导过我的老师和同学们表 示衷心的感谢，祝他们在以后的生活工作中一帆风顺，万事如意！最后因为我所学习的知识有有限，时间也很紧所以在我的毕业设计中可能 会有很多不符合实际使用习惯或者很多不完善的地方，甚至有很多错误的地方 也请各位老师多多指导、多多包涵。在以后的工作中我一定会不断地思考，不 断地完善我自己。