机械制造技术基础课程设计-气门摇杆轴支座的加工工艺规程及粗铣上端面夹具设计.doc

前言 机械制造业是制造具有一定形状位置和尺寸的零件的产品，并把它们装备成机械装备的行业。机械制造业的产品既可以直接供人们使用，也可以为其它行业的生产提供装备，社会上有着各种各样的机械或机械制造业的产品。我们的生活离不开制造业，因为制造业是国民经济发展的重要行业，是一个国家或地区发展的重要基础及有力支柱。从某种意义上讲，机械制造业水平的高低是衡量一个国家国民经济综合实力和科学技术水平的重要指标。 气门摇杆轴支座的加工工艺规程及其铣50底面与粗车，半精车，精车16孔的夹具设计是在学完了机械制图，机械制造技术基础，机械设计，机械工程材料等进行设计之后的下一个教学环节，工艺尺寸确定等问题，并设计出专用夹具，保证零件的加工质量。本粗设计也要培养自己的自学与创新能力因此本次设计综合性和实践性强，涉及知识面广。所以在设计中既要注意基本概念，基本理论，又要注意生产实践的需要，只有将各种理论与生产实践相结合，才能很好的完成本次设计。第1章 零件的分析1.1 零件的作用气门摇杆轴支座是柴油机中摇杆结合部分，它是柴油机一个重要零件，本次课程设计课题是摇杆轴支座加工工艺与专用夹具机设，设计中综合应用了机械设计，机械制造基础等相关课程知识。其中摇杆轴装在20孔中，轴上两端各装一进气门摇杆；摇杆座通过两个13孔用M12螺杆与气缸盖相连，3mm轴向槽用于锁紧摇杆轴，使其不能转动，气缸盖内每缸四阀使燃烧室充气最佳，气门由摇杆凸轮机构驱动，摩擦力小且气门间隙由液压补偿。这种结构可以减小燃油消耗并改进排放。本次设计在摇杆轴支座工艺规程设计过程中，详细的分析了摇杆轴支座的加工工艺，通过工艺方案的比较分析选择得到了符合技术要求的工序，形成了机械加工工艺卡。本设计进行了钻孔专用夹具的设计，阐述了定位方案的选择，加紧方案的确定，夹具体的设计。运用AutoCAD完成了此专用夹具的装配图和夹具体的零件图。1.2 零件的工艺分析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：该零件材料为HT200，具有高强度，耐磨性，抗震性及耐热性，适用于承受较大的压力。该零件上主要加工面为上端面，下端面，左右端面，2-13mm 孔和 20（+0.1+0.06）mm 以及 3mm 轴向槽的加工。20（+0.1+0.06）mm 孔的尺寸精度以及下端面 0.05mm 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，213mm 孔的尺寸精度，以上下两端面的平行度 0.055mm。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（+0.1+0.06）mm 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。1.3 加工表面分类气门摇杆轴支座共有六组加工表面，现分述如下：1. 50底面2. 上端面3. 2-13孔4. 轴向槽5. 2-32端面6. 20孔1.4毛坯分析根据零件材料确定毛坯为铸件，该零件质量约为 3Kg，其生产类型为大批生产，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。参考文献（1）表 2.312；该种铸造公差等级为 CT1011，MA-H 级。参考文献（1）表 2.3-12，用查表方法确定各表面的加工余量确定各表面的加工余量如下表所示：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48H2单侧下端面50H2单侧左端面32H2单侧右端面32H2单侧第2章工艺规程的设计2.1 确定毛坯的制造形式 由零件图可知，其材料为HT200，该材料具有较高的强度，耐磨性，耐热性及减震性，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，下底面，左右端面，2-13孔，20孔以及3mm宽的轴向槽。其中20孔的尺寸精度以及下端面相对于20孔轴线的平行度及左右端面的尺寸精度，直接影响到进气孔与排气孔的转动精度和密封性。因此，需要先以上端面为粗基准加工下底面，再以下底面为精基准加工上端面，最后加工20时以下底面为定位基准，以保证孔轴线相对下底面的位置精度。 根据零件材料确定毛坯为铸件，已知零件的类型为大批量生产，故毛坯的铸造方法是砂型机器造型。此外，为消除残余应力，铸造后安排人工时效处理。由工艺手册查的该种铸造公差等级为CT1011，加工余量等级MA选择H级。2.2 粗，精基准的选择：2.2.1 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）。20（+0.1+0.06）mm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。 2.2.2 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。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2.3 制定工艺路线（1）工艺路线方案一：工序1： 铸造工序2： 时效工序3： 粗，精铣50底面工序4： 粗铣上端面工序5： 钻2-13通孔工序6： 铣轴向槽工序7： 粗车，半精车，精车左右两32端面工序8： 钻18的孔，扩孔至19.8，铰孔至20，倒角工序9： 清洗去毛刺工序10：验收工序11：入库（2）工艺路线方案二：工序1： 铸造工序2： 时效工序3： 粗，精铣50底面工序4： 粗铣上端面工序5： 铣轴向槽工序6： 粗车，半精车，精车左右两32端面工序7： 钻18的孔，扩孔至19.8，铰孔至20，倒角工序9： 清洗去毛刺工序10：验收工序11：入库（3）工艺方案的分析： 上述两个工艺方案的特点在于：方案一把钻2-13孔放的相对靠前，这样做为后面工序的加工提供了定位基准，节约了夹具设计的时间，提高了生产效率，所以我们采用方案一具体的工艺过程如下：工序1： 铸造工序2： 时效工序3： 粗，精铣50底面工序4： 粗铣上端面工序5： 钻2-13通孔工序6： 铣轴向槽工序7： 粗车，半精车，精车左右两32端面工序8： 钻18的孔，扩孔至19.8，铰孔至20，倒角工序9： 清洗去毛刺工序10：验收工序11：入库2.4 机械加工余量，工序尺寸的确定 气门摇杆轴支座零件毛坯材料HT200，生产类型为大批量生产，采用砂型机器铸造毛坯1. 50底面，表面粗糙度为Ra6.3，查切削用量手册得，单边总余量Z=2.0粗铣 单边余量Z=1.5精铣 单边余量Z=0.52. 上端面，表面粗糙度为Ra12.5，查切削用量手册得，单边总余量Z=2.0粗铣 单边余量Z=2.03. 2-13孔，因为孔的尺寸不大，所以很难铸造成型，故采用实心铸造4. 轴向槽，因为尺寸不大，所以很难铸造成型，故采用实心铸造5. 32端面，表面粗糙度为Ra1.6，查切削用量手册得，单边总余量Z=2.0粗铣 单边余量Z=1.5半精铣 单边余量Z=0.4精车 单边余量Z=0.16. 20孔，因为孔的尺寸不大，所以很难铸造成型，故采用实心铸造7. 不加工表面毛坯按照零件图给定尺寸为自由度公差，由铸造可直接获得2.5 确定切削用量及基本工时工序1： 铸造工序2： 时效工序3： 粗，精铣50底面工布一：粗铣50底面1. 选择刀具刀具选取端铣刀，刀片采用YG8ap=1.5mm, d0=60mm, v=85m/min, z=42. 确定铣削用量1）确定铣削深度因为加工精度相对较高，故分两次（即粗铣，精铣）完成，则ap=1.5mm2）确定每次进给量及切削速度根据X51型铣床说明书，其功率为4.5kw，中等系统刚度查表的fz=0.2mm/齿，则ns=(1000v)/(d)=(100085)/( 60)=451.2r/min按机床标准选取nw=475r/minv=dnw/1000=60475/1000=89.5m/min3) 计算工时切削工时：l=25mm, l1=1.5mm, l2=3mm, 则机动工时为tm=(l+l1+l2)/(nwf)=(25+1.5+3)/(4750.2)=0.311min工步二：精铣50底面1. 选择刀具刀具选取端铣刀，刀片采用YG8，ap=0.5mm, d0=40mm, v=85m/min, z=42. 确定铣削用量1） 确定铣削深度 因为加工精度相对较高，故分两次（即粗铣，精铣）完成，则ap= 0.5mm2)确定每次进给量及切削速度根据X51型铣床说明书，其功率为4.5kw，中等系统刚度查表的fz=0.2mm/齿，则ns=(1000v)/(d)=(100085)/( 30)=451.2r/min按机床标准选取nw=475r/minV=dnw/1000=60475/1000=89.5m/min3) 计算工时切削工时：l=25mm, l1=0.5mm, l2=3mm, 则机动工时为tm=(l+l1+l2)/(nwf)=(25+0.5+3)/(4750.2)=0.3min工序4：粗铣上端面1. 选择刀具刀具选取端铣刀，刀片采用YG8ap=2.0mm, d0=30mm, v=85m/min, z=42. 确定铣削用量1）确定铣削深度 因为加工精度相对不高，故一次加工即可完成，则ap=2.0mm2）确定每次进给量及切削速度根据X51型铣床说明书，其功率为4.5kw，中等系统刚度查表的fz=0.2mm/齿，则ns=(1000v)/(d)=(100085)/( 30)=902.3r/min按机床标准选取nw=900r/minv=dnw/1000=30900/1000=84.8m/min3) 计算工时切削工时：l=45mm, l1=2.0mm, l2=3mm, 则机动工时为tm=(l+l1+l2)/(nwf)=(25+2.0+3)/(9000.2)=0.278min工序5：钻2-13通孔确定竟给量f:根据参考文献，当钢的b800MPa,d0=13mm时，f=0.390.47m/r。由于本零件在加工13孔时属于低强度零件，故进给量应乘以系数0.75，则f=(0.390.47) 0.75=0.290.35mm/r根据Z525机床说明书，现取f=0.25mm/r切削速度：根据参考文献，查的切削速度v=18m/min，所以ns=(1000v)/(d)=(100018)/( 13)=440.9r/min根据机床说明书，取nw=475r/min.故实际切削速度为v=dnw/1000=13475/1000=19.4m/min切削工时：l=78mm, l1=6.5mm, l2=3mm, 则机动工时为tm=(l+l1+l2)/(nwf)=(78+6.5+3)/(4750.25)=0.7368min总的工时：T=2 tm=1.474min工序6：铣轴向槽选择刀具刀具选择锯片铣刀，刀片采用YG8，ap=3.0mm, d0=80mm, v=75m/min, z=43. 确定铣削用量a) 确定铣削深度因为加工余量不大，故可在一次走刀内铣完，则ap=3.0mmb) 确定每次进给量及切削速度根据X51型铣床说明书，其功率为7.5kw,中等系统刚度。根据查表得出fz=0.2mm/齿，则ns=(1000v)/(d)=(100075)/( 80)=298.6r/min按机床标准选取nw=275r/minv=dnw/1000=80275/1000=69.1m/min当nw=275r/min时fm=fzznw=0.24275=220mm/r按机床标准选取fm=200mm/r3)计算工时 l1=45mm, l2=2mm, 则机动工时为tm=(l1+l2)/(nwf)=(45+2)/(2750.2)=0.909min工序7：粗车，半精车，精车左右两32端面工歩一：粗车左右两32端面1) 车削深度，表面粗糙度为Ra1.6，故可以选择ap=1.5mm，三次走刀，即可完成所需长度2) 机床功率为7.5kw。查切削用量手册，f=0.140.24mm/z。选较小量f=0.14mm/z3) 查后刀面最大磨损及寿命后刀面最大磨损为1.01.5mm寿命T=180min4) 计算切削速度 按切削用量手册，查的Vc=98mm/s，n=439r/min，Vr=490mm/s5) 据CA6140卧式车床车床参数，选择nc=475r/min,Vfc=475mm/s则实际切削速度Vc=3.1480475/1000=119.3m/min,实际进给量为fzc=Vrc/ncz=475/(30010)=0.16mm/z6) 校验机床功率 查切削用量手册Pcc=1.1kw,而机床所能提供功率为PcmPcc 故校验合格最终确定ap=1.5 nc=475r/min Vfc=475mm/s Vc=119.3m/min Fz=0.16mm/z7) 计算基本工时tn=L/Vf=(16+1.5+3)/(4750.16)=0.2697min总的工时:T=2 tn=0.539min工歩二：半精铣左右两32端面1） 车削深度，表面粗糙度为Ra1.6，故可以选择ap=0.4mm，一次走刀，即可完成所需长度2） 机床功率为7.5kw。查切削用量手册，f=0.140.24mm/z。选较小量f=0.14mm/z3） 查后刀面最大磨损及寿命后刀面最大磨损为1.01.5mm寿命T=180min4） 计算切削速度 按切削用量手册，查的Vc=98mm/s，n=439r/min，Vr=490mm/s据CA6140卧式车床车床参数，选择nc=475r/min,Vfc=475mm/s则实际切削速度Vc=3.1480475/1000=119.3m/min,实际进给量为Fzc=Vrc/ncz=475/(30010)=0.16mm/z5） 校验机床功率 查切削用量手册Pcc=1.1kw,而机床所能提供功率为PcmPcc 故校验合格最终确定ap=1.5 nc=475r/min Vfc=475mm/s Vc=119.3m/min fz=0.16mm/z6） 计算基本工时tn=L/Vf=(16+0.4+3)/(4750.16)=0.2553min总的工时:T=2 tn=0.511min工歩三：精车左右两32端面1） 车削深度，表面粗糙度为Ra1.6，故可以选择ap=0.1mm，一次走刀，即可完成所需长度8) 机床功率为7.5kw。查切削用量手册，f=0.140.24mm/z。选较小量f=0.14mm/z9) 查后刀面最大磨损及寿命后刀面最大磨损为1.01.5mm寿命T=180min10) 计算切削速度 按切削用量手册，查的Vc=98mm/s，n=439r/min，Vr=490mm/s11) 据CA6140卧式车床车床参数，选择nc=475r/min,Vfc=475mm/s则实际切削速度Vc=3.1480475/1000=119.3m/min,实际进给量为Fzc=Vrc/ncz=475/(30010)=0.16mm/z12) 校验机床功率 查切削用量手册Pcc=1.1kw,而机床所能提供功率为PcmPcc 故校验合格最终确定ap=1.5 nc=475r/min Vfc=475mm/s Vc=119.3m/min Fz=0.16mm/z13) 计算基本工时tn=L/Vf=(16+1.5+3)/(4750.16)=0.2697min总的工时:T=2 tn=0.539min工歩四：倒角工序8：钻18的孔，扩孔至19.8，铰孔至20，倒角工歩一：钻孔至18确定进给量f：根据参考文献，当钢的b800MPa，do=18mm时，f=0.390.47m/r。由于本零件在加工18孔时属于低强度零件，故进给量应乘以系数0.75，则f=(0.390.47) 0.75=0.290.35mm/r根据Z525机床署名书，现取f=0.25mm/r切削速度：根据参考文献差得切削速度v=18m/min所以ns=(1000v)/(d)=(100018)/( 18)=318.5r/min根据机床说明书，取nw=275r/min,故实际切削速度为v=dnw/1000=18275/1000=15.5m/min切削工时：l=42mm, l1=9mm, l2=3mm, 则机动工时为tm=(l+l1+l2)/(nwf)=(42+9+3)/(2750.25)=0.785min工歩二：扩孔19.8mm利用钻头将18mm孔扩大至19.8mm，根据有关手册规定，扩钻的切削用量可根据钻孔的切削用量选取F=(1.21.8)f钻=（1.21.8）0.650.75=0.5850.87mm/r根据机床说明书选取f=0.15mm/rv=(1/21/3)v钻=（1/21/3）12=64m/min则主轴转速为n=51.634r/min，并按机床说明书取nw=68/min，实际切削速度为v=dnw/1000=19.868/1000=4.2m/min切削工时：l=42mm, l1=0.9mm, l2=3mm, 则机动工时为tm=(l+l1+l2)/(nwf)=(42+0.9+3)/(680.57)=1.184min工歩三：铰20 +0.10 +0.06 mm孔根据参考文献f=0.20.4mm/r，v=812m/min，得ns=169.8254.65r/min查参考文献，按机床实际进给量和实际转速，取f=0.10mm/r，nw=198r/min，实际切削速度v=9.33m/min切削工时：l=42mm, l1=0.1mm, l2=3mm, 则机动工时为tm=(l+l1+l2)/(nwf)=(42+0.1+3)/(1980.1)=2.278min工序9： 清洗去毛刺工序10： 验收工序11： 入库第3章 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，需要设计专用夹具。现对 工序4 粗铣上端面 进行专用夹具设计：（一）、 问题的提出 本夹具主要用来粗铣上端面，只需保证表面精度，除此之外无其他特殊技术要求。但加工到本道工序时，就有一个精铣过的底面，因此仅可以以下底面为定位精基准来粗铣上端面。此外，本道工序加工时还应考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度。（二）、夹具设计1、定位和加紧装置设计 因为只有底面是精加工表面，为精基准面，所以以下底面作为定位基准，实现“基准统一”原则；另加零件在本道工序加工过程中，定位较简单，只需限制Z方向的移动自由度和绕X、Y方向的转动自由度，以下地面为定位基准完全可以满足要求。考虑零件加紧时，因所有孔均未加工，上端面需要加工，因此只能在零件底座上施加加紧力，此处采用两个水平压板加紧，加紧力比较稳定、可靠，能够满足要求，且容易实现。2、定位键与对刀装置设计 为保证夹具体能够准确安装在机床上，在夹具底面的纵向槽中安装两个定位键，定向键采用标准间，两定位键距离适当远些，以便于定向。根据T型槽的宽度a=18mm 定位键的结构图如下：定位键数据表BLHhDh1夹具体槽形尺寸工程尺寸允差d公差d4B2H2工程尺寸允差D48-0.009-0.022148563.48+0.015 对刀装置由对刀块和塞尺组成，用来确定刀具与夹具的相对位置，塞尺选用平尺赛。起结构如下图所示：塞尺尺寸为：工程尺寸H允差d2-0.0063、切削力及加紧力的计算（1）、刀具：采用端铣刀60mm机床：X51立式铣床F=(CFap XF fZ YZ ae uF z)/(d0qvnwF )查表得修正系数kv=1.0Cf=30 qF=0.83 XF=1.0 Yf=0.65 uF=0.83 ap=8 z=24 wF=0 代入上式，可得F=889.4N因为在计算切削力时，须把安全系数考虑在内安全系数K=K1K2K3