气门摇杆支座工艺与工装设计

目 录序言-1一、分析零件图纸并确定其生产类型-1二、选择毛坯尺寸，设计毛坯图-3三、选择加工方法，制定工艺路线-6四、加工工序设计-8五、工艺过程卡和加工工序卡-10六、时间定额计算-21七、夹具设计-22设计小结-24气门摇杆支座工艺与工装设计摘要：本文对气门摇杆支座的加工难点、生产类型进行了分析，针对零件的结构特点进行毛坯设计、对其工艺过程进行了设计。为提高生产效率，设计了铣削窄槽夹具，对其它零件的加工有一定的借鉴意文。关键词：气门摇杆支座 工艺 夹具 设计序 言机槭制造技术基础课程设计是在学完了机槭制造技术基础和大部分专业课，并进行了生产实习的基础上进行的又一个实践性教学环节。这次设计使我们能综合运用机槭制造技术基础中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决了零件机槭制造工艺问题，设计了机床专用夹具这一典型的工艺装备，提高了结构设计能力，为今后从事的工作打下了良好的基础。由于能力所限，经验不足，设计中还有许多不足之处，希望各位老师多加指教。一、分析零件图纸并确定其生产类型1、零件的作用气门摇杆轴支座是柴油机一个主要零件（见图1-1）。是柴油机摇杆座的结合部，20孔装摇杆轴，轴上两端各装一进气门摇杆，摇杆座通过两个13mm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。图1-1 气门摇杆支座立体图2、零件的结构分析该零件是属于箱体零件，典型通过对该零件的重新绘制，知道了得原图的视图正确、完整，尺寸、公差及技术要求齐全。该零件上主要加工面为上端面，下端面，左右端面，2-13mm孔和20mm以及3mm轴向槽的加工。20mm孔的尺寸精度以及下端面与20mm 孔的中心轴线的平行度为0.05mm与左右两端面孔的尺寸精度等，直接影响到进气孔与排气门的传动精度及密封，以及2-13mm孔的尺寸精度，和上下两端面的平行度0.055mm。图1-2 气门摇杆支座零件图3、零件的生产类型依设计题目知：Q=6000台/年，n=2件/台；结合生产实际，备品率a和废品率b都为4%。带入公式（2-1）得该零件的生产纲领N=60002（1+4%）（1+4%）=12979.2件/年零件是机床上的杠杆,质量为0.5kg,查表2-1可知其为轻型零件，生产类型为大批生产。二、选择毛坯尺寸，设计毛坯图1、选择毛坯由零件图（见图1-2）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。因此应该选用铸造件，保证零件工作可靠。由于零件年产量为12910件，属于大批生产，而且零件的轮廓尺寸不大，故可以采用砂型铸造。这从提高生产率、保证加工精度考虑，也是应该的。2、确定机械加工余量、毛坯尺寸和公差参见机械制造技术基础课程设计指南第五章第一节，灰铸铁的公差及机械加工余量按GB/T 6414-1999 确定。要确定毛坯的尺寸公差及机械加工余量，应先确定如下各项因素。基本概念铸件基本尺寸R 机械加工前的毛坯铸件的尺寸，包括必要的机械加工余量。尺寸公差CT 允许尺寸的变动量。要求的机械加工余量RMA 在毛坯铸件上为了随后可用机械加工方法去除铸造对金属表面的影响，并使之达到所要求的表面特征和必要的尺寸精度而留出的金属余量。单侧作机械加工时,RMA与铸件其他尺寸之间的关系如(2-1)表示。对圆柱形的铸件部分或在双侧机械加工的情况下，RMA要加倍，如（2-1）表示。对内腔作机械加工相对应的表达式如（2-3）表示。 R=F+RMA+CT/2 （2-1） R=F+2RMA+CT/2 （2-2） R=F-2RMA+CT/2 （2-3）F为最终机械加工后的尺寸公差等级铸件公差有16级，常用的为CT4CT13，该零件采用砂型铸造手工造型，材料是灰口铸铁，根据表5-1查得，公差为CT11CT14。3、要求的机械加工余量根据表5-4和5-5查得，铸件的机械加工余量为24mm。4、确定毛坯尺寸由零件图可知，所有的表面粗糙度都3.2um,所以所有表面加工余量都无须增大。分析本零件，有的表面只需粗加工，这时可取所查数据的小值，需要精加工和半精加工时可取其大值。综上所述，确定毛坯尺寸见下表2-1。零件尺寸单面加工余量铸件尺寸零件尺寸单面加工余量铸件尺寸132实心1522154182实心4825022H74实心124212836H742882286R252R27454535、确定毛坯尺寸公差表2-1 底板座架的毛坯（铸件）尺寸由于零件是铸件，所以尺寸公差一般非常大，根据表5-3查得，公差带在5.6至11mm。6、设计毛坯图根据以上数据，设计出该零件的毛坯图见图2-2图2-2 气门摇杆支座毛坯图三、选择加工方法，制定工艺路线1、定位基准的选择本零件总体是带孔的杆状，后加一个半圆带孔的底座。以孔（中心线）为其设计基准（也是装配基准和测量基准），为避免由于基准不重合而产生的误差，应以孔为定位基准，即遵循“基准重合”的原则。具体而言，选通孔及左端面为精基准。粗基准也可以用左端面。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，实现V形块十大平面的定位方式（V形块采用联动夹紧机构夹紧）。20mmmm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。 粗基准的选择：考虑到以下几点要求，选择零件的重要面和重要孔做基准。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20mm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。在加工20mm前先要铣左右两端面。最后铣3mm的槽。由参考资料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第一， 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2、零件表面加工方法的选择本零件的加工面有外圆、内孔、端面、平面及小孔等，材料为HT200。以公差等级和表面粗糙度要求，参考有关指南资料，其加工方法选择如下。1）面的加工方法2）孔的加工方法3）3、制定工艺路线根据更表面加工要求，和各种加工方法能达到的经济精度，确定各表面及孔的加工方法如下：上端面：精铣 下端面：粗铣 左端面：粗铣精铣 右端面：粗铣精铣213mm孔：钻孔 3mm轴向槽精铣 20mm钻孔粗镗精镗因左右两端面均对20mm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，先主要表面后次要表面和先粗加工后精加工的原则，将端面的精铣和下端面的粗铣放在前面，下端面的精铣放在后面，每一阶段要首先加工上断面后钻孔，左右端面上20mm孔放后面加工。加工工艺路线如下：序号工序内容简要内容铸造时效消除内应力涂漆防止生锈01精铣上端面先加工粗基准面02精铣下端面加工经基准03钻两通孔先面后孔04铣右端面先面后孔05钻通孔18mm06镗孔20mm，孔口角1*45度后镗削余量07铣左端面08铣轴向槽次要工序后加工09检验10入库四、加工工序设计经查参考文献1、表312可得，铣削上端面的加工余量为4mm，又由零件对上顶端表面的表面精度RA=12.5mm可知，粗铣的铣削余量为4mm。底面铣削余量为3mm，粗铣的铣削余量为2mm，精铣余量为1mm，精铣后公差登记为IT7IT8。取每齿进给量为fz=0.2/z（粗铣）取每齿进给量为f=0.5mm/r（精铣）粗铣走刀一次ap=2mm，精铣走刀一次ap=1mm初步取主轴转速为150r/mn（粗铣），取精铣主轴的转速为300r/min，又前面已选定直径D为80mm，故相应的切削速度分别为：校核粗加工。V粗=Dn/1000=3.14*80*150/1000=37.68V精=Dn/1000=3.14*80*300/1000=75.36又由机床切削功率P=16.9*10-5ap0.9f2aeznkpm取Z=10个齿，pm=1.代入得：pm=167.9*2.00.9*（0.2）50*2.5*10*1pm=0.861（km）又因前查的机床的功率为1.5kw/h若效率为0.8P，则0.8P=6.0pm故选择主轴的转速为150m/min2、工序5中的粗镗18工序。18粗镗余量参考文献1表383取粗镗为1.8mm，粗镗切削余量为0.2mm，铰孔后尺寸为20H8，各工部余量和工序尺寸公差列于表23加工表面加工方法余量公差等级工序尺寸及公差18粗镗1.8_19.819.2精镗0.2H820H823孔轴线到底面位置尺寸为60mm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20.020.08mm，与下底面的位置精度为0.05mm，与左右端面的位置精度为。06mm，且定位夹紧时基准重合，故不需保证。0.06mm跳动公差由机床保证。 粗镗孔时因余量为1.9mm，故ap=1.9mm，查文献1表2.4-8 取V=0.m/s=24m/min去进给量为f=002mm/rN=1000V/d=1000*24/3.14*20=380r/min查文献的Fz=9.81*60nFzapXFzKFzPm=FzV*10-3CF2=180XFz=1Yfz=0.75NFz=0Rfz=9.81*60*180*2.75*0.20.75*0.4*1=1452NP=0.58kw取机床效率为0.850.78*0.85=0.89kw0.58kw故机床的功率足够五、工艺过程卡和加工工序卡11机械加工工艺过程卡片文件编号(厂名全称)机械加工工艺过程卡片产品型号零(部)件图号共 1 页产品名称零(部)件名称第 1 页材料牌号毛坯种类毛坯外形尺寸每坯件数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序时间准终单件1铸件铸造2时效处理热处理3粗铣粗铣下底面至61.5 Ra12.5机加工X51立式铣床量具：游标卡尺、粗糙块夹具：专用铣夹具刀具：高速钢三面刃铣刀16.24粗铣半精铣粗铣、半精铣上底面至58 Ra6.3机加工X51立式铣床同上23.25半精铣半精铣下底面至59 Ra6.3机加工X51立式铣床刀具：高速钢错齿三面刃铣刀其余同上366粗铣粗铣后端面至32.7 Ra12.5机加工X51立式铣床量具：游标卡尺、粗糙块夹具：专用铣夹具刀具：圆柱铣刀97粗铣半精铣粗铣、半精铣前端面至31.7 Ra3.2机加工X51立式铣床量具：游标卡尺、粗糙块夹具：专用铣夹具刀具：镶齿套式面铣刀95.78半精铣半精铣后端面至31 Ra6.3机加工X51立式铣床同上19.29粗镗粗镗至 Ra12.5机加工CM6125卧式车床刀具：YG8硬质合金镗刀夹具：专用夹具量具：游标卡尺 塞规1410钻孔钻孔 Ra12.5机加工Z525立式钻床刀具：莫式锥度麻花钻夹具：专用夹具量具：游标卡尺 塞规3411半精镗精镗半精镗至 Ra3.2，倒角机加工CM6125卧式车床刀具：YG3高速钢镗刀 夹具：专用夹具量具：游标卡尺 塞规1912铣槽铣槽口 Ra12.5机加工X51立式铣床刀具：锯片铣刀夹具：专用夹具量具：游标卡尺1513终检机械加工工艺过程卡产品名称零件名称零件图号材料名称及牌号毛坯种类或材料规格总工时工序号工序名称工序简要内容设备名称及型号夹具量具工时1铸件2时效处理3粗铣粗铣下底面至61.5 Ra6.3游标卡尺4粗铣半精铣13机械加工工序卡片文件编号(厂名全称)机械加工工艺过程卡片产品型号零(部)件图号共 10页产品名称零(部)件名称第 1 页车间工序号工序名称材料牌号机加工车间3粗铣HT200毛坯种类毛坯外形尺寸每坯件数每台件数铸件52x50x5811设备名称设备型号设备编号同时加工件数立式铣床X511夹具编号夹具名称冷却液专用铣床夹具工序时间准终单件工步号工步内容工艺装备主轴转速/(r/min)切削速度/(m/min)进给量/(mm/r)背吃刀量/(mm)走刀次数工时定额基本辅助1粗铣下底面量具：游标卡尺、粗糙块夹具：专用铣夹具刀具：高速钢错齿三面刃铣刀6520.423.361.0116.2描图描校底图号装订号*编制(日期)审核(日期)会签(日期)*a标记处数更改文件号签字日期标记处数更改文件号签字日期机械加工工序卡片文件编号(厂名全称)机械加工工艺过程卡片产品型号零(部)件图号共 10 页产品名称零(部)件名称第2 页车间工序号工序名称材料牌号机加工车间4粗铣半精铣HT200毛坯种类毛坯外形尺寸每坯件数每台件数铸件52x50x5811设备名称设备型号设备编号同时加工件数立式铣床X511夹具编号夹具名称冷却液专用铣床夹具工序时间准终单件23.2工步号工步内容工艺装备主轴转速/(r/min)切削速度/(m/min)进给量/(mm/r)背吃刀量/(mm)走刀次数工时定额基本辅助1粗铣上底面量具：游标卡尺、粗糙块夹具：专用铣夹具刀具：高速钢三面刃铣刀6520.423.361.017.22半精铣上底面同上8025.132.00.7116描图描校底图号装订号*编制(日期)审核(日期)会签(日期)*a标记处数更改文件号签字日期标记处数更改文件号签字日期机械加工工序卡片文件编号(厂名全称)机械加工工艺过程卡片产品型号零(部)件图号共 10页产品名称零(部)件名称第 3 页车间工序号工序名称材料牌号机加工车间5半精铣HT200毛坯种类毛坯外形尺寸每坯件数每台件数铸件52x50x5811设备名称设备型号设备编号同时加工件数立式铣床X511夹具编号夹具名称冷却液专用铣床夹具工序时间准终单件工步号工步内容工艺装备主轴转速/(r/min)切削速度/(m/min)进给量/(mm/r)背吃刀量/(mm)走刀次数工时定额基本辅助1半精铣下底面刀具：高速钢错齿三面刃铣刀量具：游标卡尺、粗糙块夹具：专用铣夹具8025.132.00.7136描图描校底图号装订号*编制(日期)审核(日期)会签(日期)*a标记处数更改文件号签字日期标记处数更改文件号签字日期机械加工工序卡片文件编号(厂名全称)机械加工工艺过程卡片产品型号零(部)件图号共 10页产品名称零(部)件名称第 4 页车间工序号工序名称材料牌号机加工车间6粗铣HT200毛坯种类毛坯外形尺寸每坯件数每台件数铸件52x50x5811设备名称设备型号设备编号同时加工件数立式铣床X511夹具编号夹具名称冷却液专用铣床夹具工序时间准终单件工步号工步内容工艺装备主轴转速/(r/min)切削速度/(m/min)进给量/(mm/r)背吃刀量/(mm)走刀次数工时定额基本辅助1粗铣后端面量具：游标卡尺、粗糙块夹具：专用铣夹具刀具：圆柱铣刀6512.864.641.019描图描校底图号装订号*编制(日期)审核(日期)会签(日期)*a标记处数更改文件号签字日期标记处数更改文件号签字日期机械加工工序卡片文件编号(厂名全称)机械加工工艺过程卡片产品型号零(部)件图号共 10 页产品名称零(部)件名称第 5 页车间工序号工序名称材料牌号机加工车间7粗铣半精铣HT200毛坯种类毛坯外形尺寸每坯件数每台件数铸件52x50x5811设备名称设备型号设备编号同时加工件数立式铣床X511夹具编号夹具名称冷却液专用铣床夹具工序时间准终单件工步号工步内容工艺装备主轴转速/(r/min)切削速度/(m/min)进给量/(mm/r)背吃刀量/(mm)走刀次数工时定额基本辅助1粗铣前端面量具：游标卡尺、粗糙块夹具：专用铣夹具刀具：镶齿套式面铣刀6516.370.51.0176.52半精铣前端面同上6516.3710.7119.2描图描校底图号装订号*编制(日期)审核(日期)会签(日期)*a标记处数更改文件号签字日期标记处数更改文件号签字日期机械加工工序卡片文件编号(厂名全称)机械加工工艺过程卡片产品型号零(部)件图号共 10页产品名称零(部)件名称第 6页车间工序号工序名称材料牌号机加工车间8半精铣HT200毛坯种类毛坯外形尺寸每坯件数每台件数铸件52x50x5811设备名称设备型号设备编号同时加工件数立式铣床X511夹具编号夹具名称冷却液专用铣床夹具工序时间准终单件工步号工步内容工艺装备主轴转速/(r/min)切削速度/(m/min)进给量/(mm/r)背吃刀量/(mm)走刀次数工时定额基本辅助1半精铣后端面量具：游标卡尺、粗糙块夹具：专用铣夹具刀具：镶齿套式面铣刀6516.3710.7119.2描图描校底图号装订号*编制(日期)审核(日期)会签(日期)*a标记处数更改文件号签字日期标记处数更改文件号签字日期机械加工工序卡片文件编号(厂名全称)机械加工工艺过程卡片产品型号零(部)件图号共 10页产品名称零(部)件名称第 7 页车间工序号工序名称材料牌号机加工车间9粗镗HT200毛坯种类毛坯外形尺寸每坯件数每台件数铸件52x50x5811设备名称设备型号设备编号同时加工件数卧式加工中心中中1夹具编号夹具名称冷却液专用夹具工序时间准终单件工步号工步内容工艺装备主轴转速/(r/min)切削速度/(m/min)进给量/(mm/r)背吃刀量/(mm)走刀次数工时定额基本辅助1粗镗刀具：YG8硬质合金镗刀夹具：专用夹具量具：游标卡尺 塞规2086104.80.150.5414描图描校底图号装订号*编制(日期)审核(日期)会签(日期)*a标记处数更改文件号签字日期标记处数更改文件号签字日期机械加工工序卡片文件编号(厂名全称)机械加工工艺过程卡片产品型号零(部)件图号共 10页产品名称零(部)件名称第 8 页车间工序号工序名称材料牌号机加工车间10钻孔HT200毛坯种类毛坯外形尺寸每坯件数每台件数铸件52x50x811设备名称设备型号设备编号同时加工件数立式钻床Z5251夹具编号夹具名称冷却液专用钻床夹具工序时间准终单件工步号工步内容工艺装备主轴转速/(r/min)切削速度/(m/min)进给量/(mm/r)背吃刀量/(mm)走刀次数工时定额基本辅助1钻孔刀具：莫式锥度麻花钻夹具：专用夹具量具：游标卡尺 塞规394130.6134描图机械加工工序卡片文件编号(厂名全称)机械加工工艺过程卡片产品型号零(部)件图号共10 页产品名称零(部)件名称第 10 页车间工序号工序名称材料牌号机加工车间11粗铣HT200毛坯种类毛坯外形尺寸每坯件数每台件数铸件52x50x5811设备名称设备型号设备编号同时加工件数立式铣床X511夹具编号夹具名称冷却液专用铣床夹具工序时间准终单件工步号工步内容工艺装备主轴转速/(r/min)切削速度/(m/min)进给量/(mm/r)背吃刀量/(mm)走刀次数工时定额基本辅助1铣槽口 刀具：锯片铣刀夹具：专用夹具量具：游标卡尺72515手动15六、时间定额计算下面计算工序5的时间定额1、 机动时间粗镗时：L/（f*n）=45/0.2*380=7.5s精镗时：f取0.1mm/sL/（f*n）45/0.1*380=15s 总机动时间：T=7.5+15=22.5s2、 辅助时间：操作内容每次时间粗镗精镗（min）操作次数时间min操作次数时间min装夹212-换刀11111测量0.110.110.1卸夹1.5-11.5开机到开始的时间0.31110.3退刀0.11110.1所以辅助时间Ta为： Ta=+0.1+1.5+0.3*2+0.1*0.1*2=6.5min作业时间为Ta+Tb=605+0.37=6.87min该工序单位加工时间为6.87min七、夹具设计本次设计的夹具为第5道工序粗精镗20mm孔。该夹具为双支承前后引导镗床夹具。1、 确定设计方案该孔德设计基准为下端面，故以下端平面做定位基准，实现“基准重合”原则：另加两V形块从前后两方向实现对R10的外圆柱面进行夹紧，从对工件的结构形状分析，若工件以下端面朝下放置在支承板上，定位夹紧就比较稳定，可靠，也容易实现。 工件以下端面在夹具上定位，限制了三个自由度，其余三个自由度也必须限制。用哪种方案合理呢？ 方案1 在213的通孔内插入一削边销限制一个移动自由度，再以两孔的另一个孔内侧面用两个支承钉限制一个移动自由度和一个转动自由度。这种定位方案从定位原理上分析是合理的，夹具结构也简单。但由于孔和其内侧面均吧规定其精密度，又因结构原因，夹紧力不宜施加在这样的定位元件上，故工件定位面和定位元件之间很可能会接触不好，使定位不稳定。这个方案不宜采用。 方案2 在底部打两个工艺孔，大平面限制x转动y转动z移动三个自由度，圆柱销限制xy移动，削边销限制z转动，这种方案地位可靠，可实现完全定位。夹具装配图夹具图设计小结课程设计是机械设计当中的非常重要的一环，本次课程设计时间略显得仓促一些。但是通过本次设计，从中得到的收获还是非常多的。四年时间里，我们在课堂上掌握的多是专业基础课的理论面，如何把我们所学到的专业基础理论知识用到实践中去呢？我想做类似的设计就为我们提供了良好的实践平台。在做本次设计的过程中，我感触最深的当数查阅大量的设计手册了。一次次翻阅机械设计手册等书，是为了让自己的设计更加完善，更加符合工程标准。我们有扎实的理论基础，当然还要懂得如何将一个零件从看图纸到生产加工出来，选择最佳的制造方法及加工工艺路线，本次设计正是综合的体现。本次课程设计由于时间的仓促，还有许多地方有不足之处。又由于水平有限，难免会有错误，还望老师批评指正。参考文献：1、实用加工工艺手册2、机械加工工艺手册3、机床夹具设计手册4、机械制造工艺学25