中南大学机辆修造工艺学课程设计任务书课程设计说明书

中南大学-机械制造工艺学课程设计说明书设计题目设计“配气机构摇臂轴”零件的机械加工工艺规程及工艺装备设计者班级交设003班学号11014指导教师陈建农中南大学机车车辆教研室2011年1月12日

中南大学机辆修造工艺学课程设计任务书题目：设计在卧式钻床上钻削φ8.5mm油孔的钻床夹具(中批生产)内容：1.零件图1张2.毛坯图1张3.课程设计任务书1份4.机械加工工艺过程卡片1张5.机械加工工序卡1张6.夹具装配图1张7.课程设计说明书1份序言机械制造工艺学课程设计是在我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业课之后进行的。这是我们在进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练，因此，它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。就个人而言，我希望能通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性的训练，希望在设计中能锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为自己今后参加祖国的“四化”建设打下一个良好的基础。由于能力所限，设计尚有许多不足之处，希望各位老师给予指教。一、零件的分析零件的作用及技术要求配气机构是进、排气管道的控制机构，它按照发动机的作功次序和每一缸的工作循环的要求，适时地开闭进、排气门、向气缸供给可燃混合气（汽油机）或新鲜空气（柴油机）并及时排出废气。一般由凸轮轴、气门推杆、挺柱、气门摇臂、摇臂控制轴、气门导管以及气门等部件构成。摇臂轴是一空心圆轴，用数个支座安装在气缸盖上，摇臂套装在摇臂轴上，并能在轴上作圆弧摆动。轴内孔与主油道相通，供给配气机构润滑油。技术要求：调制硬度HB255~302,B表面淬火，硬度HRC55~60,硬化层深1~1.5mm。为了确保加工零件质量，需要进行探伤检测。（二）零件的工艺性分析配气机构摇臂轴这个零件从附图1上可以看出，它一共有以下7组加工表面，分述如下：Φ50h8轴：轴径mm，表面粗糙度为Ra6.3μm，端倒角2mm×45°。摇臂轴总长：保证尺寸mm，表面粗糙度为Ra0.8μm。端侧面表面粗糙度为Ra6.3μm。Φ27圆槽：槽径Φ27，到端侧面保证尺寸17±0.1mm，铣刀加工，槽深至摇臂轴外径表面保证尺寸17mm，两个，槽间距保证尺寸216±0.1mm，表面粗糙度为Ra6.3μm，。两个Φ5孔：孔径Φ5，两端倒角1.5mm×45°，两孔距95±0.2mm，孔中心轴距离端侧面保证尺寸77.5±0.2mm，表面粗糙度为Ra12.5μm。Φ8.5孔：孔径Φ8.5，两端倒角1mm×45°表面粗糙度为Ra12.5μm。90°销钉孔：孔深5mm，孔中心轴距离端侧面保证尺寸47.5±0.1mm，表面粗糙度为Ra12.5μm。二、工艺规程设计（一）确定毛坯的材料及制造形式配气机构摇臂轴在整个设备中的作用非常重要，需要选用可靠性高的材料。42CrMo钢强度、淬透性高，韧性好，淬火时变形小，高温时有高的蠕变强度和持久强度。零件材料选用42CrMo钢。由于零件为成批生产，而且零件的轮廓尺寸不大，零件的结构比较简单，且考虑到配气机构摇臂轴在使用过程中经常承受交变和冲击性载荷，因此选用锻件，以便使金属纤维尽量不被切断，保证零件工作可靠。可以采用热轧圆钢，可以直接从钢材市场上购得。（二）基面的选择基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面选择的正确与合理，可以是加工质量得到保证，生产率得以提高。否则不但使加工工艺过程中的问题百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，使生产无法进行。由于附图1所示的配气机构摇臂轴零件图上多数尺寸左端面和Φ50轴的圆周面为设计基准，因此必须首先左端面和外圆周面加工好，为后续工序准备基准。根据粗、精基准选择的原则，确定各加工表面的基准如下：Φ8.5孔：摇臂轴外圆圆周面。右端面：摇臂轴左端面。两个半圆槽：摇臂轴左端面。两个Φ5孔：摇臂轴的左端面及半圆槽圆周面。销钉孔：摇臂轴的左端面及半圆槽圆周面。（三）制订工艺路线在对零件进行分析的基础上，制订零件的工艺路线并划分粗精加工阶段。制订工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已确定为成批生产的条件下，可以考虑使用先进设备配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量降低。虽然本次生产的零件并不复杂，但是为了得到更好的经济效益，提供两套工艺路线方案选择。工艺路线方案一粗车、半精车外圆（两次走刀完成）车左端面车右端面精车外圆并对端部倒角铣两头Φ27半圆槽钻Φ8.5孔，并倒角钻两个Φ5孔，钻销钉孔，并对Φ5孔倒角探伤清洗检验，涂油工艺路线方案二粗车外圆半精车外圆车左端面车右端面精磨外圆并对端部倒角铣两头Φ27半圆槽钻Φ8.5孔，钻两个Φ5孔，钻销钉孔，并对Φ8.5孔、Φ5孔倒角探伤清洗检验，涂油3、工艺方案比较与分析工艺路线方案一将粗车和半精车放在一个工序通过两次走刀完成，相比于方案二减少了工件的装夹次数，减少工件在工序间的运输，减少辅助时间和准备终结时间；方案一让工件达到所需精度要求的实现方法为精车，方案二采用磨削加工，考虑到磨削加工需要增加机床种类，而精车只需要在原有的车床基础上进行换刀和给以较小的进给量和切削量即可，提升了经济效益；方案一的钻孔分为两个工序，方案二作为一个工序，由于孔在不同的平面内，需要进行两次装夹，且需要换刀，为了使加工过程中不需要频繁换刀换夹具，所以作为两个工序加工更加合理。综上所述，我们选用工艺路线方案一。（四）机械加工余量、工序尺寸及毛坯确定1、根据上述原始资料及加工工艺，查《简明机械加工工艺手册》（以下简称《工艺手册》），分别确定各加工表面的加工余量、工序尺寸及公差如下：工序工序内容工序余量工序尺寸及公差表面粗糙度μmⅠ1）粗车外圆212.52）半精车外圆16.3Ⅱ车左端面16.3Ⅲ车右端面16.3Ⅳ精车外圆0.50.8Ⅴ铣Φ27半圆槽176.3Ⅵ钻Φ8.5孔6.3Ⅶ1）钻Φ5孔6.32）钻销钉孔6.3Ⅹ探伤Ⅺ清洗Ⅻ检验、涂油2、毛坯选择1）毛坯形状、尺寸及公差根据上述资料所得尺寸可得出毛坯尺寸，毛坯的形状及尺寸如附图2所示。2）确定毛坯技术要求A、锻件无明显锻造缺陷；B、机加工前调质，消除内应力。4）绘毛坯图根据附图1所示的零件结构形状，在各加工表面加上加工余量，绘制毛坯图如附图2所示。（五）选择机床设备及工艺装备根据一般工厂现有的生产条件，为了满足生产需要，先选用各工序所用的设备为：粗车、半精车外圆：选用CA40车床，刀具选用YT5，专用夹具，0~200/0.02mm游标卡尺；选用CA6140车床，刀具选用YG8，专用夹具，0~200/0.02mm游标卡尺；选用CA6140车床，刀具选用YG8，专用夹具，0~200/0.02mm游标卡尺；精车外圆：选用CA40车床，刀具选用YT5，专用夹具，0~200/0.02mm游标卡尺；铣两头Φ27半圆槽：选用x62w卧式铣.床，选用凸半圆铣刀，专用夹具，0~200/0.02mm游标卡尺；钻Φ8.5孔并倒角：选用Z5125立式钻床、Φ8.5标准锥柄麻花钻专用夹具、0~200/0.02mm游标卡尺；钻两个Φ5孔，钻销钉孔，并对Φ5孔倒角：选用Z5125立式钻床、Φ5标准锥柄麻花钻，专用夹具、0~200/0.02mm游标卡尺；(六)确定切削用量及基本工时工序一：(1)粗车加工轴外圆t=2mm由于余量为2mm，因此分一次切削，吃刀深度为=2mm查《切削用量简明手册》，进给量f=0.4mm/r（表1.4）切削加工中参数：Cv=291;m=0.2;xv=0.15;yv=0.22912.14===0.81.54=145.16m/min(2.42m/s)2912142.14====14.97r/s(898r/min)按机床取=900r/min=15r/s52+5+21552+5+2152.14车外圆时==98s(1.6min)(2)半精车加工轴外圆t=1mm由于余量为1mm，因此分二次切削，吃刀深度为=0.5mm查《切削用量简明手册》，进给量f=0.3mm/r（表1.4）切削加工中参数：Cv=291;m=0.1;xv=0.18;yv=0.42912.27===m/min(2.89m/s)2912.27100010003.14===18.29r/s(1097r/min)按机床取=1200r/min=20r/s51+5+12051+5+1202.14车外圆时==95s(1.5min)工序二：车左端面（作为端面定位基准）h8为过渡配合精铣，粗糙度Ra=6.342CrMo为合金调质钢Vc=调质HBS=220-250查表得高速钢刀具的车削速度为10-24m/min1、粗车：t=1mm，查《金属切削手册》表9-3，9-4，9-5，9-6选择高速钢车刀粗车端面：切削用量切削速度vc=65m/min=1.08m/s进给量f=0.65mm/r吃刀量ap=3-5mm刀具耐用度95min《实用金属切削加工工艺手册》表4-28车外圆时调质50-70或0.833-1.167切削速度加工余量参照《金属切削速查速算手册》（以下简称《速算手册》）可选择粗车t=1.0mm，半精车t=0.7mm，则其毛坯尺寸：L=250+2×（1+0.7）=253.4mm 查《金属切削手册》表9-12，9-14，选择如下：fz=0.08mm，v=24m/min，则：=101.9r/min取nw=102r/min,则V=24.021m/min40.8mm/min机动工时为：2、半精车：t=0.7mm查《金属切削手册》表9-3，选择高速钢车刀，D=70mm，z=8。查《金属切削手册》表9-12，9-14，选择：V=24.178m/minmm/min机动工时为0.58min工序三：车右端面以左端面为定位基准方法同工序二。工序四：精车加工轴外圆t=0.5mm由于余量为0.5mm，因此分二次切削，吃刀深度为=0.25mm查《切削用量简明手册》，进给量f=0.2mm/r（表1.4）切削加工中参数：Cv=291;m=0.2;xv=0.18;yv=0.42912.27===283.97m/min(4.73m/s)2912.2710001000===30.13r/s(1807r/min)按机床取=1807r/min=30r/s50.5+5+250.5+5+2车外圆时==94s(1.5min)工序五：铣轴两端Φ27半圆槽，t=17mm，查《金属切削手册》表9-3，选择高速钢凸半圆铣刀铣凹半圆，D=125mm,z=10,查《金属切削手册》表9-12，9-14，选择如下：fz=0.09mm/齿，则：（1）每转进给量f为：f=fzz=0.0910=0.9mm/转（2）每分钟进给量Vf为：Vf=fzzn=0.9转/分（3）每齿进给量fz为：VffVffznz2700.09mm/齿30010（4）取转速nw=300r/min，则切削速度Vc为：=300=300m/min1000wDnVcVf——铣刀每分钟进给量Z——铣刀齿数N——铣刀转速（4）机动时间：0.90.960v==4.05mm/s铣削一个U型槽的时间是t1=17/v=17/4.05=4.2s机动时间为：T=340/243+0.5=1.64min工序六：钻Φ8.5的中心孔查《金属切削手册》，选择高速钢标准麻花钻，d0=8.5mm,转速选择n=375转/分8.58.5375d0n(1)切削速度Vc===10.01m/minVfVfn(2)进给量f==经查表选择f=0.66，则单位时间进给量Vf=nf=375mm/min(3)钻孔深度ap=250mm(4)材料切除率Q=0.25d0d0fVc=0.25立方毫米分钻孔时间：d0Vf=(250+2.55)/247.5=1.02min工序七：钻两个Φ5孔，钻销钉孔，并对Φ5孔倒角（1）钻φ5mm孔钻两个Φ5孔，钻销钉孔，并对Φ5孔倒角：选用Z5125A立式钻床、Φ5标准锥柄麻花钻专用夹具、0~200/0.02mm游标卡尺；确定进给量选取f=0.10mm/r修正系数0.7故f=0.075mm/r切削速度v=0.25m/s按机床选取所以实际切削速度切削工时：=6mm，=4mm，=3mm三、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。设计第Ⅵ道工序——钻φ8.5mm孔的钻床夹具。本夹具将用于2K2103C卧式钻床，刀具为错齿内排屑深孔钻。(一)问题的提出利用本夹具主要用来钻φ8.5mm孔，其工序要求有：待加工孔的基本尺寸φ8.5mm，表面粗糙12.5；(二)夹具设计1、定位基准的选择本工序以摇臂轴的外圆表面为基准，进行加工。2、夹紧力大小计算在本工序中，钻削力与夹紧力方向垂直，在钻削力的作用下，有可能产生工件平移和转动两种可能。为此，应按这两种情况分别计算所需的夹紧力，然后将计算结果与实际夹紧力相比较，从而确定夹具的可行性。（1）计算钻削力和钻削扭矩查《金属切削机床夹具设计手册》可知：钻削扭矩：轴向钻削力：式中M——切削扭矩（N·m）D——钻头直径（mm）Px——轴向切削力（N）S——每转进给量（mm）Kp——修正系数（2）选定安全系数取安全系数K=1.2（3）计算所需夹紧力a．防止工件平移所需夹紧力取工件与夹具体之间的摩擦系数则夹紧力： ——心轴所承受的力因为，故工件不会发生水平方向的移动b．防止工件转动所需的夹紧力W由转矩平衡方程，可列如下：可求得：W=3980.32N由《机床夹具设计手册》表1-2-23得螺母拧紧力=4200N，因为> W，故工件不会发生转动。通过分析计算可知，本工序中钻削扭矩和钻削力较小，工件以Φ8.5孔在心轴上定位，心轴直径大，刚性好，能承受钻削扭矩和轴向钻削力。3、定位误差分析定位元件尺寸及公差确定。夹具的主要定位元件为一菱形销和一圆柱销，孔与销间隙配合。工件的工序基准为孔心，当工件孔径为最大，定位销的孔径为最小时，孔心在任意方向上的最大变动量等于孔与销配合的最大间隙量。本夹具是用来在立式钻床上加工，所以工件上孔与夹具上的定位销保持固定接触。此时可求出孔心在接触点与销中心连线方向上的最大变动量为孔径公差多一半。工件的定位基准为已加工好的Φ8.5孔。工序尺寸方向与固定接触点和销中心连线方向相同，则其定位误差为：Td=Dma