铣气门摇臂轴支座φ18mm 孔两端面的铣床夹具设计.pdf

河南工业大学机电工程学院课程设计说明书 目 目 录录 一 零件的分析.1（一）零件的作用.1（二）零件的工艺分析.1 二 工艺规程设计.2（一）确定毛坯的制造形式.2（二）基面的选择.2（三）定位与夹紧方案.3（四）制定工艺路线.3（五）选择加工设备及刀、夹、量具.4（六）加工工序设计.5 三 夹具设计.13（一）零件本工序的加工要求分析.13（二）拟定定位方案和选择定位元件.14（三）定位误差计算.14（四）确定夹紧方案.14（五）确定对刀装置.14（六）夹具精度分析和计算.15 四 设计小结.17 参考文献.191铣气门摇臂轴支座铣气门摇臂轴支座18mm18mm 孔两端面的铣床夹具设计 孔两端面的铣床夹具设计 一 零件的分析一 零件的分析（一）零件的作用 题目所给定的零件（见图 1）是 1105 柴油机中摇臂座结合 部的气门摇臂轴支座。0.027018+mm 孔装摇臂轴，轴上两端各装一 进、排气门摇臂。0.027016+mm 孔内装一减压轴，用于降低气缸内 压力，便于起动柴油机。两孔间距该为 560.05mm，可保证减 压轴在摇臂上打开气门，实现减压。零件通过11mm 孔用 M10 螺杆与气缸盖相连。图 1 气门摇臂轴支座（二）零件的工艺分析2该零件上的主要加工面为0.027018+mm，0.027016+mm，11 mm 孔以 及各孔两端面。0.027018+mm 孔的尺寸精度，与 A 面的平行度为 0.05mm,两端 面对孔中心线的圆跳动为 0.1mm，直接影响摇臂轴对 A 面的平行 度，以及进排气门摇臂的同轴度。因此，在加工它们时，最好 能在一次装夹下将两端面同时加工出来。0.027016+mm 孔的尺寸精度，与 A 面的平行度为 0.05mm,直接 影响减压轴与 A 面的平行度。该孔与0.027018+mm 间距尺寸精度为 560.05mm，直接影响减压轴在摇臂上打开气门。由参考文献1中有关面和孔的经济精度及机床能达到的 位置精度可知，上述技术要求是可以达到的，零件的结构工艺 性也是可行的。二 工艺规程设计二 工艺规程设计（一）确定毛坯的制造形式 根据零件材料确定毛坯为铸件。由题目知零件的生产纲领 为 1 万件/年。由参考文献2表 1-4、表 1-3 可知，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。零件有肋板 结构，故需要挖砂造型。此外，为消除残余应力，铸造后应安 排人工时效。由参考文献3表 2.3-6 可知，该种铸件的尺寸公差等级为 IT8-10 级，加工余量等级 MA 为 G 级。故取 IT 为 10 级，MA 为 G 级。（二）基面的选择 1精基准的选择：气门摇臂轴支座的 A 面和11 mm 孔是设 计基准，用它们做精基准，其余各面和孔的加工也能用它定位，这样使工艺路线遵循了“基准统一”的原则。此外，A 面的面积3较大，定位比较稳定，夹紧方案也比较简单、可靠，操作方便。2粗基准的选择：考虑到以下几点要求，选择11 mm 孔上 端面，以及0.027018+mm 和0.027016+mm 两端面为粗基准，第一，在保 证各加工面均有余量的前提下，使重要孔的加工余量尽量均匀；第二，保证装入各孔的零件定位准确，夹紧可靠，且能够按要 求正常工作。（三）定位与夹紧方案 最先进行机械加工的表面是精基准 A 面和11 mm 孔，因此可 用一块支撑板限制 A 面的 3 个自由度，用一跟心棒插入11 mm 孔限制 2 个自由度，再用一个防转销顶在0.027016+mm 孔的旁侧，这样，工件的 6 个自由度全部被限定。最后，用螺栓与支撑板 进行夹紧。综上所述，考虑到方案的可操作性，兼顾工作效率，本方 案采用一根特殊的，两端带螺纹，中间带支撑板的定位销来完 成定位与夹紧。（四）制定工艺路线 制定工艺路线的出发点，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 确定为大批生产的条件下，可以考虑采用专用夹具，并尽量使 工序集中以提高生产效率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。因此，确定各表面的加工方法为，A 面：粗铣半精铣；11 mm 孔另一端面：粗铣；0.027018+mm 孔两 端面：粗铣半精铣；0.027016+mm 孔两端面：粗铣；11 mm 孔：钻；0.027016+mm 孔：钻扩铰；0.027018+mm 孔：钻扩铰。因为0.027016+mm 孔与0.027018+mm 孔有较高的平行度及位置精 度要求，故它们的加工宜采用工序集中的原则，即分别在一次 装夹下将两空同时加工出来，以保证其精度要求。4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 A 面、11 mm 孔另一端面，以及0.027016+mm 孔与0.027018+mm 孔两端面的粗加工放在前面，精加工放在后面。因此，拟订工艺路线方案如下：序号 工序内容 简要说明简要说明 铸造 时效 消除内应力 涂底漆 防止生锈 10 钳工划线 校正各孔中心 20 粗铣 A 面及11mm孔另一端面 先加工基准面 30 半精铣 A 面 提高基准精度 40 钻11mm孔 后加工孔 50 粗铣0.11016+mm 孔及0.027018+mm 孔两端面 先加工面 60 钻扩铰0.35016+mm 孔至0.35015+mm，孔口倒角1 0 45 留精扩铰余量 70 钻扩铰0.040018+mm 孔至0.040017+mm，孔口倒角1 0 45 留精扩铰余量 80 精扩铰0.35016+mm 孔，并提高精度至0.11016+mm提高精度 90 精扩铰0.040018+mm 孔，并提高精度至0.027018+mm提高精度 100 检验 110110 入库（五）选择加工设备及刀、夹、量具 由于生产类型为大批量生产，加工设备易以通用机床为主，配以专用夹具，工件在各机床上的装卸及各机床间的传送均由 人工完成。粗铣 A 面及11 孔另一端面，采用卧式双面组合铣床，因切 削功率较大，应采用功率为 5.5KW 的 1T32 型铣削头，选择直 径为40mm 的 C 类可转位面铣刀(参考文献3表 4.4-40)、专5用夹具，游标卡尺。半精铣 A 面，采用卧铣，选择 X62W 卧式铣床(参考文献3 表 3.1-73)，刀具型号与粗铣相同。采用半精铣专用夹具及游标 卡尺、刀口型直尺。粗铣16 孔及18 孔两端面，采用功率为5.5KW 的 1T 32 型铣削头，选择直径为35mm 的 C 类可转位面铣刀，机床为 卧式双面组合铣床，专用夹具、游标卡尺。钻孔铰16 孔直15，18 孔直17，孔口倒角 1045，钻孔选用摇臂钻床 Z3025(参考文献3表 3.1-30)锥柄麻花钻(参考文献1表 4.3-9)锥柄扩孔复合钻，扩孔时倒角。选用锥 柄机用绞刀、专用夹具、快换夹头、游标卡尺及塞规。（六）加工工序设计 1.工序 20 粗铣及工序 30 半精铣 A 面工序 查参考文献3表 2.3-59，得平面加工余量 A精 Z 为 0.9mm，已知 A 面总余量AZ总 为 4mm，故粗加工余量AZ粗=4-0.9=3.1mm。查参考文献3表 2.4-73，取 粗铣 的每齿进给量 为0.2Zfmm=，取精度铣的每转进给量=0.5mm r，粗铣走刀 1 次，pa=3.5mm，精铣走刀 1 次，pa=1.5mm。查参考文献3表 3.1-74，取粗铣的主轴转速为150minr，取精铣的主轴转速为300minr。又前面已选定铣刀直径 D 为 40mm，故相应的切削速度为:Dn3.1440150=18.84m min10001000v粗 Dn3.1440300=37.68m min10001000v精 校核机床功率(只校核粗加工工序)：切削功率mP为:mP=50.90.74167.910pzenpmafa z k6取 z=10 个齿，则15060=2.5r s=168mmeapa=3.5mm0.2mm z=1pmk代入式中得：167.9=mp5100.93.50.740.2168102.51=6.62kw由文献3表3.173得机床功率为 7.5kw，取效率为 0.85，则 7.50.85=6.375kw6.62kw 故重新选择主轴转速为118minr，则：Dn3.1440118=14.8m min10001000v粗 带入mp 公式得：=167.9mp5100.93.50.740.2168101186015.2kw6.375kw 故机床功率足够。2.工序 40 钻11 孔工序 因11 孔为一次钻出，故其钻削余量为Z钻=11/2=5.5mm，11 孔的公差等级 F9。参考文献3表 2.4-41，用插入法求得钻11 孔的切削速 度 v=m min0.445=26.7m s，由此算出转速为：n=1000v/d=100026.7/3.1411=773r min按机床实际转速取 n=630minr，则实际切削速度为：v=3.1411630/1000=21.76m min参考文献3表 2.4-69，得：fF=9.8142.70.80Fd fk(N)M=9.810.02120.80Md fk(Nm)分别求出钻11 孔fF和 M 如下：fF=9.8142.7110.80.41=2427N7M=9.810.0212110.80.41=15.63Nm 它们均小于机床的最大进给力 7840N 和机床的最大扭转力 矩 196Nm，故机床刚度足够。3粗铣0.11016+mm 孔及0.027018+mm 孔两端面工序 计算与工序 20 相同，取粗铣的每齿进给量为0.2Zfmm=，取精度铣的每转进给量=0.5mm r，粗铣走刀 1 次，pa=3.5mm，精铣走刀 1 次，pa=1.5mm。查参考文献3表 3.1-74，取粗铣的主轴转速为150minr，取精铣的主轴转速为300minr。又前面已选定铣刀直径 D 为 19mm，故相应的切削速度为:Dn3.1435150=16.485m min10001000v粗 Dn3.1435300=32.97m min10001000v精 机床的功率校核同工序 20。4钻扩铰0.040018+mm 孔至0.040017+mm 工序0.040017+mm 孔 的 扩 铰 余 量 参 考 文 献 3 表 2.3-48 取Z扩=1.3mm，Z铰=0.2mm，由此可算出172Z钻=-1.3-0.2=7mm。各 工序的余量和工序尺寸及公差列于表 1。表 10.027018+mm 孔各工序余量和工序尺寸及公差(mm)加工表面 加工表面 加工方法 加工方法 余量 余量 公差等级 公差等级 工序尺寸及公差工序尺寸及公差0.040017+钻 7.5 150.040017+扩 1.3 H9016.8+0.058 0.040017+铰 0.2 F80.040017+参考文献3表 2.4-38，并参考 Z3025 机床说明书，取钻815 孔的进给量 f=0.5mm/r。参考文献3表 2.4-41，用插入法求得钻15 孔的切削速 度 v=0.545m s=32.7minm，由此算出转速为：n=1000vd=10003.1432.7 15=650.88minm按机床实际转速取 n=590minr，则实际切削速度为：v=3.1415590/1000=27.789minm参考文献3表 2.4-41，得：fF=98.142.70d0.8f kF(N)M=9.810.02120d0.8f kM(Nm)分别求出钻18 孔的fF 和 M 如下：fF=98.142.7150.80.41=2836N M=9.810.0212150.80.41=22.73Nm 它们均小于机床的最大进给力 7840N 和机床的最大扭转力 矩 196Nm，故机床刚度足够。扩016.8+0.058 孔，参考文献3表 2.4-50，并参考机床实际进 给量，取 f=0.3mm r。参考文献1表 3-54，扩孔的切削速度为(1123)V钻，故取VV扩 钻 1 2=1227.789=13.89minm由此算出转速为:n=1000vd=100013.89/3.1416.8=263.4minr按机床实际转速取 n=270minr9参考文献3表 2.4-58，铰孔的进给量取 f=0.4mm r参考文献3表 2.4-60，取铰孔的切削速度为：v=0.3m s=18minm,由此算出转速 n=1000vd=10003.14 18 17=337.2minr按机床实际转速取 n=350minr，则实际切削速度为：v=1000dn=3.14 17 350 1000=18.68minm5.钻扩铰0.35016+mm 孔至0.35015+mm 工序 取进给量为 f=0.7mm/r，则 v=25.4m/min n=1000vd=10003.1425.4 13=622.2minr按机床实际转速取 n=650minr则实际切削速度为:v=3.1413650/1000=26.53minm参考文献3表 2.4-41，得：fF=98.142.70d0.8f kF(N)M=9.810.02120d0.8f kM(Nm)分别求出钻16 孔的fF 和 M 如下：fF=98.142.7130.80.41=2616N M=9.810.0212130.80.41=16.73Nm 它们均小于机床的最大进给力 7840N 和机床的最大扭转力 矩 196Nm，故机床刚度足够。扩014.8+0.046 孔，参考文献3表 2.4-50，并参考机床实际进10给量，取 f=0.3mm r。参考文献1表 3-54，扩孔的切削速度为(1123)V钻，故取VV扩 钻 1 2=1226.53=13.265minm由此算出转速为:n=1000vd=100013.265/3.1414.8=285.4minr按机床实际转速取 n=300minr。参考文献3表 2.4-58，铰孔的进给量取 f=0.4mm r参考文献3表 2.4-60，取铰孔的切削速度为：v=0.3m s=18minm,由此算出转速 n=1000vd=10003.14 18 15=382.2minr按机床实际转速取 n=400minr，则实际切削速度为：v=1000dn=3.14 15 400 1000=18.84minm6.时间定额计算 根据本次设计要求，只计算一道工序工时。下面计算工序 70 钻扩铰0.027018+mm 孔的时间定额。机动时间 由参考文献3表 2.5-7，得钻孔的计算公式为：12=njlllft+12=rDlctgk+(12)21=l4 钻15 孔：11511822l=ctg0()+1.56.01mm l=37mm 取2l=311将以上数据及已选定的f、n代入公式，得0.50min0.156=jt37+6.01+3 59 参考文献3表 2.5-7，得扩孔和铰孔的计算公式为：1l l=jt2 n+l f12l=rDctgk1 d+(12)扩16.8mm 孔：116.8 156022l=ctg0 ()+1.53.05mm l=37mm 取2l=3将以上数据及已选定的f、n代入公式，得min0.300.478=jt37+3.05+3 27 铰17mm 孔：0117452mm1.6l=ctg16.8+1.5 l=37mm2l=3将以上数据的前面已选定的f 及n 带入公式，得：37 1.6 3min0.43500.297=jt+总机动时间jt，也即基本时间bT为：bT=0.156+0.478+0.297=0.931min 辅助时间 参考文献3表 2.5-41 确定如表 2 所示12表 2 辅助时间 操作内容 每次需用时间 钻15 扩16.8 铰17 操作次数、时间 次数、时间 次数、时间 主轴变速 0.025 1 0.025 1 0.025 1 0.025 变换进给量 0.025 1 0.025 移动摇臂 0.015 2 0.03 1 0.015 1 0.015 升降钻杆 0.015 2 0.03 2 0.03 2 0.03 装卸刀具 0.06 1 0.06 1 0.06 1 0.06 卡尺测量 0.1 2 0.2 2 0.2 塞规测量 2 0.5 开停车 主轴运转 清洗铣屑 0.015 0.02 0.04 各工序的辅助时间为：钻15 孔 0.37min，扩16.8mm 孔 0.33min，铰17mm 孔 0.63min。装卸工件时间参考文献3表 2.5-42 取 1.5min 所以辅助时间aT为：aT=0.37+0.33+0.63+1.5=2.83min 作业时间BT=bT+aT=0.931+2.83=3.761min 布置工作地时间sT参考文献2取 a=3%,则sT=BTa=3.7613%0.113min 体息与生理需要时间rT13参考文献2取=3%,则rT=BT=3.7613%=0.113min 准备与终结时间eT参考文献3表 2.5-44,取各部分时间为：中等件：33min 升降摇臂：1min 深度定位：0.3min 使用回转夹具：10min 试铰刀：7min 由题意已知生产批量为：1 万件,则eT/n=(33+1+0.3+10+7)/6000=0.008min 单件时间pT=bT+aT+sT+rT=0.931+2.83+0.113+0.113=3.987min 单件计算时间cTcT=pT+eT/n=3.987+0.008=3.995min 三 三 夹具设计夹具设计 图 1 所示为气门摇臂轴支座零件图，根据老师布置的要求，现需设计铣18mm 孔两端面的铣夹具。（一）零件本工序的加工要求分析 本工序的加工要求，铣18mm 孔的两端面，两端面表面粗 糙度为aR 3.2m，圆跳动不允许超过 0.1mm。故本工序采用两14把高速钢三面刃铣刀，对工件的两个端面同时进行铣削加工。（二）拟定定位方案和选择定位元件 1.定位方案 以 A 面和11mm 孔作为定位基准，限制五个自由度，再加 一个防转销限定工件一个自由度，这样工件六个自由度全部被 限定。2.选择定位元件 根据定位方式，采用带台肩的定位销，其它装工件部分的 直径为11 。（三）定位误差计算 工序尺寸 36mm 定位误差分析如下：由于定位孔与定位销为任意边接触，则：Y=D+d+min =(0.039+0.016+0.009)mm=0.064mm 所以D=B+Y=(0+0.064)mm=0.06413k因此，定位精度足够。由于加工要求不高，其它精度可不必计算。（四）确定夹紧方案 采用如摘要所述的定位销，用M8螺母把工件轴夹紧在定位 销上，下端用双螺母结构将定位销与夹具固定在一起。（五）确定对刀装置 1.根据加工要求采用 GB2240-80 圆形刀块；塞尺符合15GB2240-80，基本尺寸及偏差00.0142-mm。2.计算对刀尺寸 图 2 圆形对刀块 计算时应把尺寸化为双向对称偏差，即 370.1 符合要求 H=37/2-2=16.5mm 公差取工件相应公差的 1/3，即130.1=0.033mm H=16.50.016mm（六）夹具精度分析和计算 本夹具总图上与工件加工精度直接有关的技术要求如下：定位销表面尺寸 11 6 h 定位件与对刀块的位置尺寸(16.50.016)mm 对刀塞尺度00.0142-mm.定位销轴线与夹具安装面平行度公差为 0.03mm 对刀块工作表面对夹具安装面的垂直度为 0.03mm(1)尺寸 370.1mm 的精度分析 D=0.064mm T=0.16mm H D16A=0.123320=0.0086mm 222 D+T+A=222 0.064+0.16+0.0086=0.172mm23k 所以此夹具能保证 370.1mm 尺寸。17四 四 设计小结设计小结 本次课程设计是在学完了机械制造工艺学及机床夹具设计 课程，并进行了生产实习的基础上进行的一个实践环节，它要 求我们全面地综合运用本课程及有关选修课程的理论和时间知 识，进行零件加工工艺规程设计和机床夹具设计。从大一至今的历次课程设计中，数本次最为艰苦了，0 40 C左右的高温，教室里只有一个风扇，从早到晚衣服都被汗水泡 着。以往五周才能完成的课程设计题目，现在必须在两周内完 成，这对我们是一个巨大的挑战。幸亏有老师耐心的指导，冯 老师的认真负责的确感动了所有的人，每天早上过来，一直忙 到中午将近 1 点，两周时间天天如此，这在历次课程设计中也 是很少见的。我们从冯老师身上不仅学到了知识，更重要的是 学到了对学问的认真和尊重，以及对工作的负责，这些都是在 书本上很难学到的。本次课程设计，从头到尾感觉就是艰苦，每天早上七点多 来教室，晚上两点多回去，外加三个通宵。在这些天虽然自己 水平所限，在设计中令老师有许多不满，但我也可以问心无愧 地说，我已经尽力了，说良心话，这次的确是我最认真的一次 课程设计了。说说收获吧！本次设计实际上对我们所学课程的一次综合 运用，涉及到的知识有工程材料与热加工工艺、机械设计、机 械精度设计与检测、金属切削机床、金属切削原理与刀具等，许多以往比较含糊的东西，在这次训练中也得到澄清。通过本18次训练，我们可以结合生产实习中学到的实践知识，独立地分 析和解决工艺问题，初步具备设计一个中等复杂程度零件的工 艺规程的能力。现在，我们能够根据被加工零件的技术要求，运用夹具设 计的基本原理和方法，拟订夹具设计方案，完成夹具结构设计，提高了我们结构设计的能力。本次设计之后，我们运用有关手册、规范、图表等技术资 料的能力大大提高，此外，我们识图、制图、运算和编写技术 文件的基本技能也大大加强。这次课程设计是毕业设计前的最后一次课程设计，它必将 对我们以后的工作和学习产生重要的影响，这次课程设计中的 所学所得也必将牢记在心。我想以后的工作再苦再累也不过如 此，在以后的工作中我会发扬本次课程设计的艰苦奋斗精神，用老师教给的知识认真完成每一项艰巨的任务。19参 参 考 考 文 文 献献 1 王绍俊主编机械制造工艺设计手册北京：机械工业出 版社，1987 2 郑修本，冯冠大主编机械制造工艺学北京：机械工业 出版社，1991 3 李洪主编机械加工工艺手册北京：北京出版社，1990 4 张龙勋主编机械制造工艺学课程设计指导书及习题北 京：机械工业出版社，1997 5 东北重型机械学院编机床夹具设计手册（第二版）上海：上海科学技术出版社，1988 6 龚定安，蔡建国主编机床夹具设计原理西安：陕西科 学技术出版社，1992 7 李家宝主编夹具设计北京：机械工业出版社，1965 8 路亚衡主编机械制造工艺学武汉：华中理工大学出版 社，1985 9 刘友才主编机床夹具设计北京：机械工业出版社，1992 10 吴宗泽主编机械设计课程设计手册北京：高等教育出 版社，1999 11 李华主编机械制造技术北京：机械工业出版社，2005