气门摇杆支座说明书.doc

工艺学课程设计
机械制造工艺学基础
课程设计

课题名称：机械制造工艺学程程设计

班级： 机设1304

姓名： 王聪

指导老师：邓根清

机械工程学院
2015 年 12月

《机械制造工艺学课程设计》任务书
一、课程概述
课程名称: 机械制造工艺学
课程编号：总学时数: 一周
学 分: 1
课程类别: 专业课
课程要求: 必修
授课专业: 机械设计制造与自动化专业
先修课程: 机械制图、机械设计、互换性与技术测量、机械制造工艺学等
二、本课程的目的和任务
本课程设计是学生在学完机械制造工艺学课程、进行了生产实习之后的一个综合性和实践性很强的教学环节，学生通过课程设计，能综合运用所学基本理论以及在生产实习中学到的实践知识进行工艺及结构设计的基本训练，掌握机械制造过程中的加工方法、加工装备等基本知识，提高学生解决实际工程问题的能力，为后续课程的学习及今后从事科学研究、工程技术工作打下较坚实的基础。
三、 课程设计的基本内容
（一）对零件（中等复杂程度）进行工艺分析，画零件图。
（二）选择毛坯的制造方式。
（三）制订零件的机械加工工艺规程
1．选择加工方案，制订工艺路线；
2．选择定位基准；
3．选择各工序所用的机床设备和工艺装备（刀具、夹具、量具等）；
4．确定加工余量及工序间尺寸和公差；
5．确定切削用量
（四）填写工艺文件
1．填写机械加工工艺卡片；
2．填写机械加工工序卡片。
（五）编写设计说明书。
四、课程设计的基本要求
（一）通过本课程设计，应使学生在以下几方面得到锻炼：
1．能运用机械制造工艺学课程中的基本理论和生产实习中学到的实践知识，正确地解决一个零件在加工中的定位、夹紧以及工艺路线安排、工艺尺寸确定等问题，保证零件的加工质量。
2.学会使用手册及图标资料。掌握与本设计有关的各种资料的名称及用途，做到熟练运用。
（二）在规定时间内应完成以下任务：
1．机械加工工艺卡片一张；
2．机械加工工序卡片一套；
3．设计说明书一份。
目录
一 零件分析 3
1.1零件作用分析 3
1.2零件工艺分析 3
二 毛坯的选择 3
2.1选择毛坯 3
2.2确定毛坯尺寸及公差 4
2.3设计毛坯图 5
三 工艺规程设计 5
3.1定位基准的选择 5
3.2零件表面加工方法的选择 6
3.3制定工艺路线 6
3.3选择加工设备及刀具、夹具、量具 7
3.4 机械加工余量确定及工序尺寸计算 7
3.5 工序设计 8
3.5.1 加工余量的确定及工序尺寸 8
3.5.2 确定切削用量 8
3.5.3 时间定额计算 10
3.6填写机械加工工艺过程卡和机械加工工艺卡 11
四 摇杆轴支座专用镗孔夹具设计 11
4.1工件自由度分析及定位方案的确定 11
4.2夹紧力分析 12
4.3定位误差及定位精度分析 12
4.4定位元件与夹紧装置设计 13
4.5镗模与夹具体的设计 14
4.6使用操作说明 16
五 参考文献 17

一 零件分析
1.1零件作用分析
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。
1.2零件工艺分析
由零件图得知，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。 该零件上主要加工面为上端面，下端面，左右端面，2孔和以及3mm轴向槽。加工孔的尺寸精度以及下端面0.05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，2孔的尺寸精度，以上下两端面的平行度0.055。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。
二 毛坯的选择
2.1选择毛坯
由设计题目的图纸可知，该零件材料为HT200，其具有较高的强度、耐磨性、耐热性及减振性，零件外形结构较复杂，因此确定毛坯为铸件，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。

2.2确定毛坯尺寸及公差
①求最大轮廓尺寸
根据零件图计算轮廓尺寸，长50mm，宽44mm。高78mm，故最大轮廓尺寸为78mm。
②选取公差等级CT
由《课程设计指导书》表5-2得，铸造方法按机器造型，铸件材料按灰铸铁，得公差等级CT范围8——12级，取为10级。
③求铸件尺寸公差
根据加工面的基本尺寸和铸件公差等级CT，由《课程设计指导书》表5-1查得，公差相对于基本尺寸对称分布。
④求机械加工余量等级
由《课程设计指导书》表5-3，铸造方法按机器造型，铸件材料按灰铸铁，得机械加工余量等级范围E——G级，取为F级。
⑤求机械加工余量RMA
对所加工表面取同一个数值，由《课程设指导书》表5-4查得最大轮廓尺寸为78mm，加工余量等级为F级，得RMA数值为1mm。
⑥求毛坯尺寸
2孔较小，铸成实心；孔要求精加工，也可铸成实心，上端面、下端面应为：
上端面：
下端面：
左右端面尺寸应为：
即

将毛坯尺寸列于表2-1中。

表2-1 气门摇杆支座铸件毛坯尺寸公差与加工余量
项目
上端面
下端面
左右端面
2孔
孔
公差等级
10
10
10
-
-
加工面基本尺寸
78
60
42
-
-
铸件尺寸公差
3.2
2.8
2.8
-
-
机械加工余量等级
F
F
F
-
-
RMA
1
1
1
-
-
毛坯基本尺寸
80.6
62.4
45.4
0
0

2.3设计毛坯图
根据零件图，将加工表面尺寸按表2-1毛坯尺寸画出，即得毛坯图，详见文件气门摇杆支座所有图卡中毛坯图。

三 工艺规程设计
3.1定位基准的选择
粗基准的选择：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
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。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。
3.2零件表面加工方法的选择
根据各表面加工要求，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：粗铣。公差等级IT12，表面粗糙度Ra12.5um
下端面：粗铣—精铣. 公差等级IT8，表面粗糙度Ra6.3um
左右端面：粗铣—精铣. 公差等级IT8，表面粗糙度Ra1.6um
2孔：钻孔.公差等级IT12，表面粗糙度Ra12.5um.
3mm 轴向槽：粗铣. 公差等级IT10，表面粗糙度Ra12.5um
孔：钻孔、粗镗、精镗. 公差等级IT8，表面粗糙度Ra3.2um
3.3制定工艺路线
因左右两端面均对孔有较高的位置要求，故它们的加工宜采用工序集中原则，减少安装次数，提高加工精度。根据先面后孔以及先主要表面后次要表面和先粗加工后精加工原则，将上端面下端面的粗铣放在前面，左右端面上孔放后面加工。则该表面加工可按下述工艺路线进行。
工件加工工序如下：
序号
工序内容
定位基准
01#
铸造

03#
粗铣下端面
上端面 + 左右端面
04#
粗铣上端面
下端面 + 左右端面
05#
粗铣左右端面（同时，不准调头）
下端面 + 外圆柱面
06#
钻两通孔
下端面 + 外圆柱面
07#
精铣下端面
上端面 + 左右端面
08#
精铣左右端面（同时，不准调头）
下端面 + 外圆柱面
9#
镗孔到，孔口倒角2*45度
下端面 + 外圆柱面
10#
粗铣轴向槽
下端面 + 外圆柱面
11#
终检

3.3选择加工设备及刀具、夹具、量具
由于生产类型为大批生产，故加工设备适宜通用机床为主，辅以少量专用机床的流水生产线，工件在各机床上的装卸及各机床间的传动均由人工完成。
(1) 粗铣上端面：考虑到工件的定位夹紧方案及夹具结构设计等问题，采用立铣选择XA5032立式升降台铣床。（《课程设计指导书》表5-13），选择直径D为Ø80mm硬质合金圆柱铣刀，《课程设计指导书》表5-16，通用夹具和游标卡尺。
(2)粗铣下端面：采用上述相同的机床与铣刀，通用夹具及游标卡尺。
(3)精铣下端面：采用上述相同的机床与铣刀，通用夹具及游标卡尺。
(4)粗铣左右端面：采用卧式铣床CA6140，采用以前的刀具，专用夹具及游标卡尺。
(5)精铣左右端面：采用卧式铣床CA6140，专用夹具及游标卡尺。
(6)钻2mm孔：采用专用机床夹具。刀具为D为的锥柄麻花钻（《课程设计指导书》表5-19）。
(7)钻孔：钻孔直行为mm，选择立式钻床XA5032立式升降台铣床，刀具为D为的锥柄麻花钻，通用夹具及量具。
(8)镗mm孔：采用卧式组合镗床，选择镗通孔镗刀及镗杆，专用夹具，游标卡尺。
(9)铣3mm轴向槽：卧式铣床CA6140，刀具选用锯片铣刀，mm（《课程设计指导书》表5-18）。
3.4 机械加工余量确定及工序尺寸计算
由以上可得，铣削上端面的加工余量为2.6mm，又由上顶端表面的表面精度RA=12.5um可知，粗铣的铣削余量为2.6mm。底面铣削余量为2.4mm，粗铣的铣削余量为1.4mm，精铣余量1mm，Ra=6.3um。左右端面的铣削余量为3.4mm（双侧余量），粗铣的铣削余量为2.4mm，精铣余量1mm。工序40#粗镗，粗镗余量取粗镗为1.8mm，精镗切削余量为0.2mm,铰孔后尺寸为20H8,各工步余量和工序尺寸公差列于下表。

表3-1 各工步加工尺寸
加工表面
加工方法
余量
公差等级
工序尺寸及公差
孔
粗镗
1.8
-
19.8
孔
精镗
0.2
H8
20H8
45.4左右端面
粗铣
2.4（双侧）
-
43
43左右端面
精铣
1（双侧）
d9
42d9
80.6上端面
粗铣
2.6
-
78
62.4下端面
粗铣
1.4
-
61
61下端面
精铣
1
-
60

3.5 工序设计
对工序进行工序设计
3.5.1 加工余量的确定及工序尺寸
工步Ⅰ 粗镗Φ18，由表5-42得粗镗余量1.8mm。则工序尺寸为Φ19.8mm
工步Ⅱ 精镗Φ19.8，由表5-42得精镗余量为0.2mm，得20H8。
3.5.2 确定切削用量
因精镗与粗镗的定位是下底面与V型块，精镗后工序尺寸为20.02±0.08mm，与下底面的位置精度为0.05,与左右端面的位置精度为0.06, 且定位夹、紧时基准重合，故不需保证。0.06跳动公差由机床保证。
工步Ⅰ 粗镗孔时因余量为1.8mm,故=1.8mm,
查《机械制造工艺设计手册》2-8，取切削速度

取进给量为

则

选择
故实际切削速度为：

此时工作台每分钟进给量应为：

查文献得

取

=950.6N

取机床功率为0.85

故机床效率足够
工步Ⅱ 精镗孔时，因余量为0.2mm，取
取V=1.2m/s=72m/min ，f=0.04mm/r，则

选择

则实际切削速度为

3.5.3 时间定额计算
1）机动时间
粗镗时：
精镗时：
其中，，，取，，。
总机动时间：
2）辅助时间：
操作内容
每次时间
(min)
粗镗
精镗
操作次数
时间min
操作次数
时间min
装夹
2
1
2
-
-
换刀
1
1
1
1
1
测量
0.1
1
0.1
1
0.1
卸夹
1.5
-
-
1
1.5
开机到开始的时间
0.3
1
0.3
1
0.3
退刀
0.1
1
0.1
1
0.1

所以辅助时间
3）作业时间
1.96+6.4=8.36min
4）布置工作地时间 取， 则

5）休息与生理需要时间 取 ，则

6）单件时间
=（1.96+6.4+0.25+0.25）min=8.86min
3.6填写机械加工工艺过程卡和机械加工工艺卡
工件文件详见气门摇杆所有图卡。

四 摇杆轴支座专用镗孔夹具设计
4.1工件自由度分析及定位方案的确定
本次设计工序55#镗孔到的专用夹具。
该孔的设计基准为下端面，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。下面分析限制其余三个自由度的两种方案的合理性。
方案一　在2孔内插入一现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不规定其精密度，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。
方案二　用两个V形块夹紧前后两外圆柱面，用两铰链压板压在工件的下端，这样就限制了两个移动自由度和一个转动自由度，这种方案定位可靠，可实现完全定位。
综上，选择方案二的定位方案。
4.2夹紧力分析
根据生产率要求，运用手动夹紧可以满足。一般夹紧力等于切削力乘以一个安全系数。本设计采用螺旋夹紧机构，使压板压紧工件，实现夹紧，有效提高了工作效率。压紧夹紧力主要作用是防止工件在镗削力作用下产生的倾覆和振动，手动螺旋夹紧是可靠的，可免去夹紧力的计算。
4.3定位误差及定位精度分析
孔的精加工是在一次装夹下完成的，具体采用的是前后支撑引导的夹具机构，机床与镗杆之间所采用的是浮动连接，故机床主轴振动可略不计，孔的加工精度主要由镗模来保证。
因为孔的轴线与底面的平行度要求为0.05。故两镗模装配后同轴度要求应小于0.05，又因为镗套与镗杆 H6（+0.03—0）/h5(0—-0.009)，其最大间隙为：
Xmax=0.013+0.009=0.022mm
=0.022/310=0.00007
被加工孔的长度为42mm
取两孔同轴度误差为0.03mm
则
ΔT1=2×42×0.00007=0.006mm ΔT2=0.03mm
所以ΔT=ΔT1+ΔT2=0.036
又因为 0.036<0.05
0.006<0.06
所以夹具能满足零件加工精度的要求。
4.4定位元件与夹紧装置设计
①定位元件设计
定位元件是用来确定工件正确位置的元件。被加工工件的定位基面与夹具定位元件直接接触或相配合。工件定位方式不同，夹具定位元件的结构形式也不同，V形块定位，工件的定位基准始终在V型块两定位面的对称中心平面内，对中性好，能使工件的定位基准轴线在V形块两斜面的对称平面上，而不受定位基准直径误差的影响，其次V形块定位安装方便。本设计中采用两个V形块（图4.1）夹紧前后两外圆柱面，用压板压在工件的下端，能够限制五个自由度，包括限制了两个移动自由度和一个转动自由度。其次设计中，采用了定位块保证工件在加工时，螺杆和工件不会偏移。

1-V形块 2-支座
图4.1 V形块
②夹紧装置设计
夹紧装置是使工件在外力作用下仍能保持其正确定位位置的装置。本设计采用的夹紧装置是一对螺旋压板夹紧机构。螺旋夹紧机构具有结构简单、制造容易、自锁性能好、夹紧可靠，是手动夹紧中常用的一种夹紧机构 。其结构如图4.2所示。

1-螺杆 2-压板 3-圆柱销
图4.2 螺旋夹紧机构
4.5镗模与夹具体的设计
（1）镗模的设计
①镗套
本设计镗套采用轴承外滚式镗套，其特点是刚性好，适合适合转速高的粗加工和精加工，但回转精度低。其与镗杆的配合主要采用H7/h6/h5。精加工时，镗套内孔的圆度公差取被加工孔的圆度公差的1/6或者1/5。镗套内外圆的同轴度一般小于0.005～0.01。如图4.3所示，滚动轴承外滚式回转镗套，镗套2支承在两个滚动轴承上，轴承安装在镗模支架 1的轴承孔中，轴承孔的两端用轴承端盖3封住。这种镗套采用标准滚动轴承，所以设计、制造和维修方便，镗杆转速高，一般摩擦面线速度V＞ 0.4m/s 。但径向尺寸较大，回转精度受轴承精度影响。可采用滚针轴承以减小径向尺寸，采用高精度轴承提高回转精度。

1-镗模支架 2-镗套 3-轴承套
图4.3 镗套
②镗杆
镗杆的直径按经验公式一般取d=（0.7～0.8）D，一般应大于25mm，不得小于15mm。同根镗杆的直径应相同，便于制造和保证加工加工精度。
主要的技术参数：
导向部分的圆度和圆柱度的公差为其直径的1/2；
镗杆的同轴度在500内为0.01；
镗杆的传动销孔轴线和镗杆轴线的垂直度和位置度均小于0.01；
导向部分的表面粗糙度Ra一般在0.8～0.4，刀孔的表面粗糙度在0.4～0.1
(2)夹具体的设计
夹具体是用于连接夹具各元件及装置,使其成为一个整体的基础件,并与机床有关部位连接,以确定夹具相对于机床的位置。
其在设计时应满足以下基本要求：
①应有足够的强度和刚度保证在加工过程中, 夹具体在夹紧力,切削力等外力作用下,不至于产生不允许的变形和振动。
②结构应简单,具有良好工艺性。在保证强度和刚度条件下,力求结构简单,体积小,重量轻,以便于操作。
③尺寸要稳定。对于铸造夹具体,要进行时效处理,以消除内应力。保证夹具体加工尺寸的稳定。
④便于排屑为防止加工中切削聚积在一起定位元件工作表面或其他装置中,而影响工件的正确定位和夹具的正常工作,在设计夹具体时,要考虑切屑的排除问题。
选择夹具体毛坯结构时,应以结构合理性,工艺性,经济性,标准化的可能性以及工厂的具体条件为依据综合考虑.其夹具体设计见图4.4。

图4.4 夹具体
夹具装配图见附录四。
4.6使用操作说明
夹具的操作：该夹具是用于精加工的，装配完成后，安装在镗床工作台上，。安装后要检查安装是否存在误差，如有应设法消除，以免造成加工误差。安装工件时，将工件放置底板上，然后顺时针旋转摇柄，旋进V形块夹紧工件。然后压板压住工件下端，旋紧螺杆螺母。镗杆通过镗套和工件已钻好的孔，从另一镗套出。镗刀沿镗杆加工工件。加工完成后，退出镗刀，退出镗杆。松开螺母螺杆。摇柄逆时针旋出后取出工件。
结构特点：该夹具结构简单，操作方便

五 参考文献
1.机械制造工艺学课程指导书 主编 李大磊 王栋
2.机械制造工艺学 主编 王先逵
3.互换性与测量技术 主编 刘金华 谭湘夫
4.切削用量简明手册 主编 艾兴 肖诗纲
5.机床夹具设计手册