汽车发动机中的左右摆杆夹具设计和实现 汽车工程管理专业

课题名称左摆动杠杆的加工工艺及夹具设计摘要近年来，在中国汽车市场发展的迅速，中国汽车的销售量已经连续多年在全球销量第一。得利于近年来汽车市场的很好的向上趋势；再加上，汽车发动机是汽车动力的来源，相当于汽车的心脏，决定了汽车的动力性能、安全性能、环保程度、以及经济性能，所以国内的汽车发动机市场发展迅速，对于其中核心零件左右摆杆的研究显得尤为必要。按照毕设设计任务书的具体要求，在本文中对汽车发动机中的左摆动杠杆加工工艺及其专用夹具为对象完成设计并对具体的设计过程予以说明。主要内容包括左摆动杠杆加工工艺工艺方案的制定、组合机床配置型式的选择、总体设计和夹具设计。在制定工艺过程中，要确定各工序的安装工位和该工序需要的工步，加工该工序的机车及机床的进给量，切削深度，主轴转速和切削速度，该工序的夹具，走刀次数和走刀长度，最后计算该工序的基本时间，辅助时间和工作地服务时间。对应工序的夹具设计，夹具设计所采用的定位方案，方案的可行性分析，以及各个零件部件的装配图和多视图。通过该左摆动杠杆零件进行结构分析，结合实际的加工装备对其进行工艺设计，确定了零件的毛坯材料、尺寸、定位基准、加工内容和工艺流程。关键词：左摆动杠杆；加工工艺；切削用量；夹具设计

AbstractAccordingtothespecificrequirementsofthedesigntaskbook,inthispaper,theleftswingleverprocessingtechnologyanditsspecialfixturearedesignedfortheobjectandthespecificdesignprocessisexplained.Themaincontentsincludetheformulationoftheleftswinglevermachiningprocess,theselectionofthecombinedmachineconfiguration,theoveralldesignandthefixturedesign.Inthisarticle,thedesignoftheleftswinglevermachiningprocessanditsspecialfixtureconsistsoftwoparts,oneisthecombinedleftswinglevermachiningprocesspart,andtheotheristhedesignpartofthespecialfixture.Intheprocessofformulatingtheprocess,itisnecessarytodeterminetheinstallationstationofeachprocessandthestepsrequiredfortheprocess,thefeedrateofthelocomotiveandthemachinetoolforprocessingtheprocess,thedepthofcut,thespindlespeedandthecuttingspeed,thejigoftheprocess,thetoolandThemeasuringtool,aswellasthenumberofpassesandthelengthofthepass,theadoptionofthepositioningschemeoftheworkpiece,andfinallycalculatesthebasictimeoftheprocess,theauxiliarytimeandtheservicetimeoftheworkplace.Thefixturedesignforthecorrespondingprocess,thepositioningschemeusedforthefixturedesign,thefeasibilityanalysisofthesolution,andtheassemblydrawingandmulti-viewofeachpart.Throughthestructuralanalysisoftheleftswingleverpart,theprocessdesigniscarriedoutincombinationwiththeactualprocessingequipment,theblankmaterial,size,positioningreference,processingcontentandprocessflowofthepartaredetermined,andtheprocessingrouteisdrawnup.Theprocessparameterssuchastheworkdifference,machiningallowanceandcuttingamount,andbasicworkingtimequotawereselectedandcalculated.Themachiningprocessdesignoftheleftswingleverwascompleted,andtheprocessspecificationcardwascompiledindetail.Forthetwostepsoftheleftswingleverjointsurfaceandthereducerbearinghole,theanalysisandcalculationofthecuttingforce,theclampingforce,thepositioningerrorandtheaccuracyofthefixturewerecarriedout,andthefixturedesignofthetwoprocesseswascompleted.Keywords:leftswinglever;machiningprocess;cuttingamount;fixturedesign

目录TOC\o"1-3"\h\u148摘要 I25834ABSTRCT II绪论1第12805一章、左摆动杠杆的过程分析 2122341.1左摆杆的效果 2196911.2左摆杆的技术要求 384901.3左摆杆的过程分析 353021.4确定左摆杆的生产类型 3第20397二章、确定毛坯、绘制毛坯简图 4273002.1选择毛坯 4205022.2确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量 528398第三章、拟定左摆动杠杆工艺路线 436673.1定位基准的选择 6163953.2表面加工方法的确定 6123143.3加工阶段的划分 6290503.4工序的集中与分散 7217973.5工序顺序的安排 7239213.6确定工艺路线 727279第四章、加工余量、工序尺寸、和公差的确定 10208314.1选择加工设备与工艺设备 10127734.2加工余量工序尺寸及公差的确定 1121284第五章、切削用量、时间定额的计算 15250565.1粗精铣宽24mm，毛坯28mm，的下表面 15280145.2孔的加工 16138075.3铣槽 2091195.4时间定额的计算 2110988第六章、专用夹具的设计 23292106.1、问题提出 23232306.2定位基准的选择 2397256.3定位元件的设计 23137406.4切削力和夹紧力的计算 23285516.5定位误差分析 2440176.6夹具设计及简要操作说明 24总结2526902致谢 265603参考文献 27绪论近年来，在中国汽车市场发展的迅速，中国汽车的销售量已经连续多年在全球销量第一。得利于近年来汽车市场的很好的向上趋势；再加上，汽车发动机是汽车动力的来源，相当于汽车的心脏，决定了汽车的动力性能、安全性能、环保程度、以及经济性能，所以国内的汽车发动机市场发展迅速。而车用柴油机压缩比例大，热效率较高，经济性能良好，排放性能优异，比汽油机高出许多，所以柴油机多用于重卡、挖掘机、拖拉机、搅拌机等多种车型。这些大型的设备也支撑起国家一些很重要行业，同时在日常的生活是不可缺少的一部分。而目前，我国的柴油机技术落后国际先进水平很多，许多方面的研究还处于空白状态，使得柴油机的技术落后，性能差，维修也不完善，导致污染严重，很多人都对柴油机抱有不好的情感。而左摆动杠杆就是柴油机内左摆动器内的一个重要且不可缺少的一部分，所以研究与讨论这个柴油机内的零部件很有必要。研究与讨论柴油机内的左摆动杠杆，也许能够帮助各种用柴油机车型能够很好的在动力方面更加的出色，更加省油，在环保方面可以出色，同时会增加使用寿命。作为一名工程技术人员，对我们而言，毕业设计相当于基础训练最后的一个重要过程，我们能够在设计和完成毕业设计的过程中熟练使用在本科学习阶段所接触到的知识，并且加固对于基础知识的印象以及理解。除此之外，在涉及具体方案、收集相关资料，手册和国家标准、规范的运用，设计方案的应用，零部件图及总装图的绘制等方面有定较全面的段练，并使每个学生树立起正确的设计思想和良好的工作作风。一个零件往往有多个工序要加工，如果在普通机床上加工，通常要一个工序一个工序的进行，这样的生产效率远远无法满足实际要求，并且对于最终成品各项形状或精度等方面的要求都无法得到可靠地保障，除此之外，工人工作压力大，尤其是对于需要进行大规模生产的工业来说。不仅生产成本居高不下，而且生产周期也得到了极大地延长。针对以上所提出的各种问题以及缺陷，可通过设置一个多头轴在普通机床上来克服种种问题，然而此方法在面对柴油机左右动摆杆零件加工是也会束手无策。此时，只能采用专用夹具才能最优的解决各种疑难杂症。

第一章、左摆动杠杆的工艺分析图1-11.1左摆动杠杆的作用车用柴油机压缩比例大，热效率较高，经济性能良好，排放性能优异，比汽油机高出许多，所以柴油机多用于重卡、挖掘机、拖拉机、搅拌机等多种车型。这些大型的设备也支撑起国家一些很重要行业，同时在日常的生活是不可缺少的一部分。而目前，我国的柴油机技术落后国际先进水平很多，许多方面的研究还处于空白状态，使得柴油机的技术落后，性能差，维修也不完善，导致污染严重，很多人都对柴油机抱有不好的情感。而左摆动杠杆就是柴油机内左摆动器内的一个重要且不可缺少的一部分，其由定轴管、拨叉以及杠杆体等部分组成，在左右摆动杆两端设有孔，在两种配有紧密的钢球头。1.2左摆动杠杆的工艺分析 左摆动杠杆是发动机的主要零件之一，左摆动杠杆部件作为机械加工的典型部件，精度大，形状规则不一，制造困难，且量产多，左摆动杠杆技术及夹具设计对教学具有典型的意义。连棒把活塞和曲轴结合起来，系上连棒小头和活塞的结，和活塞一起进行往返运动，左摆动杠杆的大头和曲柄连接起来，与曲轴一起进行旋转运动.球必须具有充分的结构和疲劳的强度，外力的作用下，杆身应该不应该显著地弯曲，连杆的大小也应该不会显著地变圆.轴承是头的头由于机器热轴，巨型头盖，以及链接螺栓的损坏，机器会受到严重损伤。对零件图技术要求进行分析可知，摆动杆上下和左右端面有较高的加工精度要求，因此需要进行精加工处理，对生产纲领进行分析可知，本零件为大批量生产，因此在毛坯加工时选择锻造的方法，其他面无需加工，技术要求如上表1-1，在本零件中有孔加工精度要求相对较高，因此采用粗铰，精铰的加工方式保证加工精度，分析可知，该零件具有较高的工艺性。1.3左摆动杠杆的技术要求对零件图技术要求进行分析可知，摆动杆上下和左右端面有较高的加工精度要求，因此需要进行精加工处理，对生产纲领进行分析可知，本零件为小批量生产，因此在毛坯加工时选择锻造的方法，其他面无需加工，技术要求如上表1-1，在本零件中有孔加工精度要求相对较高，因此采用粗铰，精铰的加工方式保证加工精度，表1-1技术要求1.4确定左摆动杠杆的生产类型根据本次毕业设计相关要求可知，生产纲领为5000件/年，m=1件/年，结合零件生产实际可知，备用品率和废品率分别为3%和0.5%。将所得结果代入可知生产纲领为大批量生产，且该零件为小型零件，总重为0.9kg。第二章、确定毛坯、绘制毛坯简图2.1选择毛坯在进行左摆动杠杆坯件的制造方式选择时首先要考虑到零件为何种生产类型，以及材料的可塑性和可加工性等因素，同时还要考虑零件对材料的性能要求如何、零件的形状和尺寸，车间的生产条件和采用先进的制造空白方法来确定制造毛坯的方法。根据批量生产的生产计划，左摆动杠杆用于锻造毛坯。有两种类型的左摆动杠杆锻造，一种是分别锻造，另一种是整体锻造。在随后的加工过程中需要切割整体锻造毛坯。为了保证在左摆动杠杆加工件完成切削加工工艺后具有较好的表面精度，应尽量将整体左摆动杠杆大孔加工成椭圆形，这种做法有利于左摆动杠杆工件的分体锻造。相较于分体锻造而言，整体锻造形式存在设备功率过大，金属纤维切割难等诸多问题。就具体的左摆动杠杆的加工而言，采用整体锻造有助于减少材料的加工损失，可大大提升锻造效率，其所应用的磨具较少，因而整体锻造是左摆动杠杆加工的主要形式之一。由此可知坯料类型制造方式的选择应当使得总生产升本控制在企业可接受的范围之内，同时需保障具有一定的性能。综合分析可知，本零件生产类型为大批量生产，形状复杂，且生产进度较高，应当采用模锻的方式进行锻造，毛坯斜度为5度。2.2确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量根据表2-1确定左摆动杠杆毛坯公差尺寸以及机械加工余量的确定，在确定毛坯的加工工艺之前首先要分析尺寸公差和加工余量。2.2.1公差等级对上述左摆动杠杆零件图进行分析可知，左摆动杠杆零件的公差等级不高，为普通级。2.2.2锻件重量根据加工后的重量进行分析可知，加工前的左摆动杠杆锻件重量估计为2.3Kg2.2.3锻件形状复杂系数对左摆动杠杆零件零件图及其加工个工艺进行分析可知，本文所加工的零件尺寸为179mm×32mm×24mm,由此可通过下式完成复杂系数的计算：2.2.4锻件材质系数本文所选择的毛坯材料为45钢，属于碳素钢范畴，因此本零件锻件材质系数为级。2.2.5零件表面粗糙度根据零件图进行分析可知，该零件的表面粗糙度要求为Ra≥1.6um，由此可查阅相关资料，得到锻件的尺寸公差以及具体的加工余量，最后结果如下表2-1所示表2-1尺寸公差及机械加工余量第三章、拟定左摆动杠杆工艺路线3.1定位基准的选择左摆动杠杆零件的形状较为复杂，要求具有一定的精度和刚度要求，从图纸信息可知，其技术要求高，因此加工过程中的基准选择问题是换挡拨叉加工的重要问题之一。在实际进行加工的过程中，左摆动杠杆零件大小端的尺寸较大，因而将大头作为定位基准，为了保证小头孔的精度和尺寸，采用了引用加工原理，在基准选择时采用了互为基准的采原则进行处理。左摆动杠杆零件加工路线布置在主加工面周围。左摆动杠杆零件的连接过程大致可分为三个不同阶段，第一阶段是左摆动杠杆零件和盖板在切割工序之前的而加工，第二阶段是左摆动杠杆零件加工，第三阶段是加工后各部件的装配。现在介绍其精基准和粗基准的选择。3.1.1精基准的选择 对于主表面的处理，遵循“通用后的第一个基准”处理原则。左摆动杠杆零件的主加工面是头孔和两端的尺寸。最为重要的是加工面和左摆动杠杆零件体之间的连接面处理，以及左摆动杠杆零件表面等等。根据零件的技术和装配要求，选择上端和下端面为精准，在实际加工中以这两个面作为基准在加工时更为方便。3.1.2粗基准的选择在左右摆动杠杆零件加工过程中粗表面应当是平整的，且没有毛刺或其他缺陷，因此在本零件加工过程中采用右端面作为粗基准。3.2表面加工方法的确定按照左摆动杠杆零件一级上个加工表面的尺寸精度以及表面粗糙度等，确定加工各表面的加工方法。表3-1各表面加工方案3.3加工阶段的划分对零件图分析后可知，本零件的加工质量以及精度等要求较高，因此在具体加工过程中应当将加工阶段划分为粗加工、半精加工以及精加工阶段。在第一阶段中应当选择后基准为后文的加工奠定基础，忽略钻孔其他孔，在精加工阶段中完成精度最高孔的加工。3.4工序的集中与分散根据零件的生产纲领可知，本零件为大批量生产，因此采用工序集中过程，专用机器以及固定装置，提升生产率，集中操作的主要原则是安装数量少，可有效缩短加工时间。3.5工序顺序的安排3.5.1机械加工工序对于主表面的处理，遵循“通用后的第一个基准”处理原则。左摆动杠杆零件的主加工面是头孔和两端的尺寸。最为重要的是加工面和左摆动杠杆零件体之间的连接面处理，以及左摆动杠杆零件表面等等。根据零件的技术和装配要求，选择上端和下端面为精准，在实际加工中以这两个面作为基准在加工时更为方便。按照先主要面后次要面的加工原则进行加工；先加工面后加工孔，随后加工剩下的几个孔。3.5.2热处理工序在模锻成型之后进行切边和调质处理，为了保证零件具有良好的机械强度，应当进行适当的表面处理，如喷丸，喷丸可提升表面硬度，增强其硬度和耐磨性，提升加工效果。3.5.3辅助工序在完成半精加工之后进行去毛刺和中间检验工序，精加工进行去毛刺和终检，综上所述，该左右摆动杠杆零件的加工工序为：基准加工、主表面加工、粗加工、热处理以及主要孔精加工。3.6确定工艺路线对上述工序进行综合考虑之后按照相应的工序进行安排，下表为左右摆动杠杆的加工工艺路线：加工工序安排第四章、加工余量、工序尺寸、和公差的确定4.1选择加工设备与工艺设备4.1.1选择机床根据不同的工序选择机床

1）工序1、2、3、4、、10、11为粗铣和精铣，不同工序步骤不多。各工序不同时成品生产不要求很高的生产率，因此利用利用立式机床即可满足生产要求，本零件外廓尺寸不大，因此对于精度的要求不高，因此采用X51机床。

铣床参数如下：

型号X51,锥度：7:24,孔径：。转速：。

工作台面积：。行程。

进给量:纵向：、横向：、升降：。快速移动速度:纵向、横向、升降。。

2)工序为钻、绞孔，精度要求较高，且粗糙度数值小，利用精密加工机床可满足要求，因此在本文中选用Z515

钻床的参数如下：

；；；；。

4.1.2选择夹具在本零件加工过程中除了粗铣以及精铣等工序之外需要专用夹具之外，其他工序加工使用通用零件即可完成。

4.1.3选择刀具在刀具选选择时应当按照材料硬度以及具体的工序完成。

4.2加工余量工序尺寸及公差的确定按照原始资料以及上文所制定的加工工艺路线，确定不同工序的加工余量，工序尺寸以及毛坯尺寸最终确定如喜爱：1、上端面2、下端面3、后端面4、前端面5、左端面6、右端面7、φ12H8孔8、φ6孔9、φ12*11孔10、φ15H8孔11、φ12*18孔12、宽2mm槽13、宽8mm槽第五章、切削用量、时间定额的计算5.1粗精铣宽24mm，毛坯28mm，的下表面

：

：取

（式5-1）

：：

：

28~30刀具切入长度：：取

（5-1）有：

,由式(2.3)有:

:

切入长度:精铣时刀具切出长度:取

走刀次数为1

5.2孔的加工工序30、50、60确定钻削用量,,,故。查Z535说明书,取。

。轴向力根据表28-9,。及，f可用。

（1）确定钻孔的切削用量钻孔查得钻头直径小于10。进给量为0.20～0.35。则取确定切削速度，切削速度计算公式为，刀具耐用度T=35则==1.6==72=2.64=（2）钻螺纹孔及攻螺纹（）（）=（）（）：（293）：(3)孔φ15H8：14.85～14.92；钻孔14～14.018 图5-1 1）=14mm2）3)扩孔工步1）=0.85mm2）3），。1）2）3)取n=140r/min实际转速

1),。

2）。（根据）故取

（1）确定进给量f

。确定切削速度v及n。，（根据）

故5.3铣槽工序80

5.4时间定额的计算一、计算盲孔的时间，,,带入2）,按，，查得，，，，，,本例取，：钻孔：扩孔：精铰：2%～7%，2%～4%,在此均取3%，：钻孔时间：扩孔时间：铰孔时间：钻孔单件总时间：扩孔单件总时间：铰孔单件总时间：：二、钻孔在此加工条件下f=0.32mm/r，查出，则根据得实际切削速度为确定，（4），，取，第六章、专用夹具的设计夹具在机械制造过程中运用广泛，指的是在整个制造工艺流程中，发挥定位的功能，找准夹紧工件、确定工件与机床、刀具的相对位置的装置；此装置可以达到提升精度和效率的作用。现代社会中，科学技术作为第一生产力，始终保持高效飞速的发展；现代机械制造产业也随之不断提升到新的高度，而夹具作为机械产业的重要装置，也被大量运用到相应的加工操作中，如刀具制造、检测设备的制造、模具的选择和设计等等，这些制造过程都无法离开夹具，其重要作用可见一斑，可以说社会的进步依赖于科技的发展，科技的发展离不开制造业的创新和进步，而制造业飞跃的基石正是以夹具为代表的各种重要零件、装置的有机组合。故而，在制造过程中，夹具有着极为重要的作用。具体来说，在机械制造过程中，夹具既可以进行有机加工，同时也可以应用到装配与检验之中，其品质的高低将对加工质量、生产效率和制造成本产生本质影响。为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用的夹具。钻Ф12孔，选用机床：X525立式钻床。6.1、问题提出该夹具的主要作用是为工序钻Ф12孔服务，由于该孔无精度要求，因此在加工以及夹具选用中以提升生产力为主要指标，在本工序以此来作为设计依据。6.2定位基准的选择。6.3定位元件的设计mm取Lmm6.4切削力和夹紧力的计算式（5-2）式（5-3）2在本道工序加工工艺设计时，夹紧力方向和钻削方向一致，因此只要满足夹紧部位的销钉强度、刚度即可满足加工需求。6.5:定位误差分析（式6-4）式中：————————————代入（式5-5）得：==(2)转角误差（式6-5）式中：————————————————销孔的最大偏差————销孔的最小偏差————削边销最小配合间隙其中：则代入（式5-6）得：则：6.6夹具设计及简要操作说明夹具设计时主要决定工件的定位基准和定位基准，工件的六点定位原理和定位元件的选择。通过对本夹具的工艺进