设计气门摇杆轴支座零件的机械加工工艺规程及专用夹具.doc

机械制造工艺学课程设计说明书
题目：设计气门摇杆轴支座零件的机械加工工艺规程及专用夹具
内容：（1）零件图 1张
(2)毛坯图 1张
（3）机械加工工艺规程卡片 12张
（4）夹具装配总图 1张
（6）夹具零件图 1张
（7）课程设计说明书 1份
原始资料：该零件图样一张；生产纲领5000件/年。

《机械制造技术》课程设计任务书
机械工程系06级机制（4）班适用

按照分组要求（全班同学共39人，分为13个小组，每组3名同学），每组同学在提供的备选题中选择一种零件。
一、 设计题目：
编制××零件机械加工工艺规程。
二、 设计依据：
零件资料：（每小组）该零件图样一张；
生产纲领：年产量5000件/年；
生产班次：每日1班，全年按300天计算。
三、 设计内容：
⑴、 绘制零件、毛坯图各一张（3#图）；
⑵、 编制零件工艺规程，绘制并填写工艺规程卡片；
⑶、 绘制并填写零件重点工序加工工序卡；
⑷、 编写零件机械加工工艺规程及工艺装备设计计算说明书。
四、 设计要求：
工艺规程可行，参数选择正确，设计计算准确，文字语句通顺，视图绘制规整。
五、 设计时间：
三周（有效日21天）。
具体分配如下：
布置任务、准备资料 1天
参数选择及计算 5天
绘制零件、毛坯合图 3天
编制工艺规程并填写工艺规程卡片 4天
绘制指定重点工序的工序卡片 3天
整理设计计算说明书及答辩 3天
六、 参考资料：
⑴、 机械制造基础相关教材
⑵、 互换性与技术测量相关教材
⑶、 机械工艺师设计手册
零件图

附图1：气门摇杆轴支座

目录
第一部分：

设计目的………………………………………………… 1

第二部分：设计步骤
一、零件的作用………………………………………… 1

二、确定毛坯，画毛坯、零件图……………… 2

三、工艺规程设计…………………………………… 3

四、加工工序设计…………………………………… 8

五、工序尺寸的计算…………………………………… 10

六、确定切削用量时及基本工时

七、夹具设计…………………………………………

八、填写机械加工工艺卡和机械加工工序卡

第一部分
设计目的：
机械制造工艺学课程设计是在学完了机械制造工艺学(含机床夹具设计)和大部分专业课，并进行了生产实习的基础上进行的一个教学环节。这次设计使我们能综合运用机械制造工艺学中的基本理论，并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。初步具备了设计一个中等复杂程度零件（气门摇杆轴支座）的工艺规程的能力和运用夹具设计的基本原理和方法，拟订夹具设计方案，完成家具结构设计的能力，也是熟悉和运用有关手册，图表等技术资料及编写技术文件技能的一次实践机会，为今后的毕业设计及未来从事的工作打下良好的基础。
由于能力所限，经验不足，设计中还有许多不足之处，希望各位老师多加指导。
第二部分
一． 零件的分析
（一） 零件的作用
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，Ø20（+0.10—+0.16）孔装摇杆轴，轴上两端各装一进气门摇杆，摇杆座通过两个Ø13mm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。
（二）零件的工艺分析
由附图1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-Ø13mm孔和Ø20（+0.1——+0.06）mm以及3mm轴向槽的加工。
Ø20（+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，2——Ø13mm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Ø20（+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。
（三）确定零件的生产类型
依设计题目知：Q=5000件/年，结合生产实际，备品率a%和废品率b%分别取3%和0.5%。查表1-3知气门摇杆支座属轻型零件，计算后由表1-4知，该零件生产类型为大批生产。

二确定毛坯，画零件图、毛坯图（附图2）
根据零件材料确定毛坯为铸件，已知零件的生产纲领为5000件/年，通过计算，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2.3—12；该种铸造公差等级为CT10~11，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
48mm
H
4mm
单侧加工
下端面
50mm
H
3mm
单侧加工
左端面
35mm
H
3mm
单侧加工
右端面
35mm
H
3mm
单侧加工

三、工艺规程设计
（一） 定位基准的选择：
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）。Ø20（+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。
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。
第一， 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。
第二，镗削Ø20（+0.1——+0.06）mm孔的定位夹紧方案：
方案一：用一菱形销加一圆柱销定位两个Ø13mm的孔，再加上底面定位实现，两孔一面完全定位，这种方案适合于大批生产类型中。
方案二：用V形块十大平面定位
V形块采用联动夹紧机构实现对R10的外圆柱表面进行定位，再加底面实现完全定位，由于Ø13mm孔的秒个精度不需要很高，故用做定位销孔很难保证精度，所以选择方案二。
（二） 制定加工工艺路线
1、表面加工方法的确定
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：

加工表面
加工方案
上端面
精铣
下端面
粗铣
左端面
粗铣—精铣
右端面
粗铣—精铣
2—Ø13mm孔
钻孔
3mm 轴向槽
精铣
Ø20（+0.1—+0.006）mm孔
钻孔—粗镗—精镗

因左右两端面均对Ø20（+0.1—+0.006）mm孔有较高的位置要求，故它们的加工宜采用工序集中原则，减少装次数，提高加工精度
2、工艺路线的确定
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，将上端面的精铣和下端面的粗铣放在前面，下端面的精铣放在后面，每一阶段要首先加工上端面后钻孔，左右端面上Ø20（+0.1—+0.006）mm孔放后面加工。初步拟订加工路线如下：
工序号
工序内容

铸造

时效

涂漆
00
车上端面
01
钻两通孔
02
精铣下端面
03
铣右端面
04
钻通孔¢18mm
05
镗孔Ø20mm，孔口角１*４５度
06
铣左端面
07
铣轴向槽
08
检验
09
入库

上述方案遵循了工艺路线拟订的一般原则，但某些工序还有一些问题还值得进一步讨论。如车上端面，因工件和夹具的尺寸较大，在卧式车床上加工时，它们惯性力较大，平衡困难；又由上端面不是连续的圆环面，车削中出现断续切削容易引起工艺系统的震动，故改动铣削加工。
工序02应在工序01前完成，使上端面在加工后有较多的时间进行自然时效，减少受力变形和受热变形对2—Ø13mm通孔加工精度的影响。

修改后的工艺路线如下：
序号
工序内容
简要说明

01
02
03
04
05
06
07
08
09
10

铸造
时效
涂漆
精铣上端面
精铣下端面
钻两通孔
铣右端面
钻通孔Ø18
镗孔到Ø20，孔口倒角1*45度
铣左端面
铣轴向槽
检验
入库

消除内应力
防止生锈
先加工粗基准面
加工精基准
先面后孔
先面后孔

后镗削余量

次要工序后加工

四、机床设备及工艺装备的选用
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。
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X1632立式铣床。（参考文献（1）表6-18），选择直径D为Ø80mm立铣刀，参考文献（1）表7-88，通用夹具和游标卡尺。
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。
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。
粗铣左端面：采用卧式铣床X6132，参考文献（1）表6—21，采用以前的刀具，专用夹具及游标卡尺。
精铣左端面：采用卧式铣床X6132,参考文献（1）表6—21，专用夹具及游标卡尺。
钻2-Ø13mm孔：采用Z3025B*10，参考文献（1）表6—26，通用夹具。刀具为d为Ø13.0的直柄麻花钻，参考文献（1）表7—111。
钻Ø18孔：钻孔直行为Ø118mm，选择摇臂钻床Z3025参考文献（1）表6—26，采用锥柄麻花钻，通用夹具及量具。
镗Ø20（+0.1——+0.06）mm孔：粗镗：采用卧式组合镗床，选择功率为1.5KM的ITA20镗削头，参考文献（1）白喔—88。选择镗通孔镗刀及镗杆，专用夹具，游标卡尺。

五、工序尺寸的计算

工序06的尺寸链计算
加工过程为：
1）铣右端面
2）钻通孔Ø18，保证工序尺寸p1
3）粗镗，保证工序尺寸p2
4）精镗，保证工序尺寸p3，达到零件设计尺寸D的要求，D=20 +0.1 +0.06
5）倒角
如图，可找出工艺尺寸链

求解工序尺寸及公差的顺序如下：
（1）从图知，p3=D
（2）从图知，p3=p2+Z2 ，其中Z2是精镗的余量，Z2 =0.2mm，则p2=p3- Z2 =20-0.2=19.8mm，由于工序尺寸p2是在粗镗中保证的，查参考资料（5）中表1-20知，粗镗工序的经济加工精度等级为IT12,因此确定该工艺尺寸公差为IT12，其公差值为0.35mm，故p2=（19.8±0.175）mm；
（3）从图所示的尺寸链知，p2=p1+Z1 其中Z1 为粗镗的余量，Z1 =1.8mm，p1=p2- Z1
=19.8-1.8=18mm，查参考资料（5）中表1-20知，确定钻削工序的经济加工精度等级为IT13，其公差值为0.54mm，故p1=（18±0.27）mm。
为验证确定的工序尺寸及公差是否合理，还需对加工余量进行校核。
（1）余量Z2的校核，在图b所示的尺寸链里Z2是封闭环，故
Z2max=p3max-p2min=（20+0.1-（19.8-0.175））mm=0.475mm
Z2min=p3min-p2max=（20-0.1-（19.8+0.175））mm=-0.075mm
（2）余量Z1的校核，在图a所示的尺寸链中Z1是封闭环，故
Z1 max=p2max-p1min=（19.8+0.175-（18-0.27））mm=2.245mm
Z1 min=p2min-p1max=（19.8-0.175-（18+0.27））mm=1.355mm
余量校核结果表明，所确定的工序尺寸公差是合理的。
将工序尺寸按“入体原则”表示：p1=18.27-0.540 mm，p2=19.9750-0.35 mm，p3=20 +0.1+0.06 mm

六、 确定切削用量及基本工时

工序Ⅰ：粗铣上端面，保证表面粗糙度要求Ra12.5 um

经查参考文献（1）表3—12可得，铣削上端面的加工余量为4mm，又由零件对上顶端表面的表面精度RA=12.5mm可知，粗铣的铣削余量为4mm。
确定每齿进给量及铣削深度
取每齿进给量为fz＝0.2mm／z（粗铣）
铣削宽度a=2.5mm，铣削深度a=50mm
切削速度：初步取主轴转速为150r／min（粗铣）
又前面已选定直径Ｄ为Ø80mm，故相应的切削速度分别为：

切削工时：
粗铣：

工序Ⅱ：铣削底面

底面铣削余量为3mm，粗铣的铣削余量为2mm，精铣余量1mm，精铣后公差登记为IT7～IT8。
确定每齿进给量及铣削深度
取每齿进给量为fz＝0.2mm／z（粗铣）
取每齿进给量为fz＝0.05mm／z（精铣）（参考《切削手册》表3-3）
粗铣走刀一次ap＝2mm，精铣走刀一次ap＝1mm
切削速度：初步取主轴转速为150r／min（粗铣），取精铣主轴的转速为300r／min。
又前面已选定直径Ｄ为Ø80mm，故相应的切削速度分别为：

符合要求。
切削工时：
粗铣：
精铣：
故：基本时间

工序Ⅲ：钻2×¢13两通孔

切削用量
刀具选择：选择高速钢麻花钻，do=φ13mm，
查《切削手册》 ， 所以，按钻头强度选择 按机床强度选择，最终决定选择机床已有的进给量 经校验 校验成功。
钻头磨钝标准及寿命：　
后刀面最大磨损限度（查《切削手册》）为0.5～0.8mm，寿命。
切削速度，查《切削手册》：
修正系数
故

查《切削手册》机床实际转速为
故实际的切削速度
校验扭矩功率
所以
故满足条件，校验成立。
切削工时：

工序Ⅳ：铣￠32mm圆拄的右端面

右端面铣削余量为3mm，粗铣的铣削余量为2mm，精铣余量1mm，精铣后公差登记为IT7～IT8。
确定每齿进给量及铣削深度
取每齿进给量为fz＝0.2mm／z（粗铣）
取每齿进给量为fz＝0.05mm／z（精铣）（参考《切削手册》表3-3）
粗铣走刀一次ap＝2mm，精铣走刀一次ap＝1mm
切削速度：初步取主轴转速为150r／min（粗铣），取精铣主轴的转速为300r／min。
又前面已选定直径Ｄ为Ø80mm，故相应的切削速度分别为：

符合要求。
切削工时：
粗铣：
精铣：
故：基本时间

工序Ⅴ：钻通孔￠18mm

本工序为钻φ18mm通孔，采用锥柄麻花钻，直径d=18mm，使用切削液
确定进给量f
由于孔径和深度都很大，宜采用自动进给，fz=0.20mm/r。
选择钻头磨钝标准及耐用度
根据表5-130，钻头后刀面最大磨损量为0.8mm，耐用度T=50min。
确定切削速度V
由表5-132，σ=670MPa的HT200的加工性为5类，根据表5-127，进给量f=0.20mm/r，由表5-131，可查得V=17m/min，n=1082r/min。根据Z3025立式钻床说明书选择主轴实际转速.
基本时间

工序Ⅵ：镗孔￠20mm，孔口倒角1×45°

Ø１８粗镗余量参考文献［１］表３－８３取粗镗为１.８mm，精镗切削余量为0.2mm,铰孔后尺寸为　　20H8,
各工部余量和工序尺寸公差列于表２－３
加工表面
加工方法
余量
公差等级
工序尺寸及公差
Ø18
粗镗
1.8
____
ø19.8
Ø19.8
精镗
0.2
H8
20H8
孔轴线到底面位置尺寸为６0mm
因精镗与粗镗的定位的下底面与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0.05mm,与左右端面的位置精度为0.06mm,且定位夹紧时基准重合，故不需保证。0.06mm跳动公差由机床保证。
确定每齿进给量及铣削深度
粗镗孔时因余量为1.8mm,故ap=1.8mm,
查文献［１］表２. 4-8
取
取进给量为
转速：n=1000V/πd=1000*24/（3.14*20）=380r/min
功率校验：
查文献的
CFz=180,

　　　　取机床效率为0.85
0.78*0.85=0.66kw>0.58kw
故机床的功率足够。

工序Ⅶ：铣￠32mm圆拄的左端面

左端面铣削余量为3mm，粗铣的铣削余量为2mm，精铣余量1mm，精铣后公差登记为IT7～IT8。
确定每齿进给量及铣削深度
取每齿进给量为fz＝0.2mm／z（粗铣）
取每齿进给量为fz＝0.05mm／z（精铣）（参考《切削手册》表3-3）
粗铣走刀一次ap＝2mm，精铣走刀一次ap＝1mm
切削速度：初步取主轴转速为150r／min（粗铣），取精铣主轴的转速为300r／min。
又前面已选定直径Ｄ为Ø80mm，故相应的切削速度分别为：

符合要求。
切削工时：
粗铣：
精铣：
故：基本时间

工序Ⅷ：铣宽度为3mm轴向槽

本工序为铣深12mm,宽3mm的槽。所选刀具为切槽铣刀，铣刀直径d=3mm，
确定每齿进给量f
根据资料所知，用切槽铣刀加工铸铁，查得每齿进给量f=0.52～0.10mm/z、现取f=0.52mm/z。
选择铣刀磨损标准及耐用度
根据资料所知，用切槽铣刀加工铸铁，铣刀刀齿后刀面的最大磨损量为0.20mm，耐用度T=60min。
确定切削速度和每齿进给量f
根据资料所知，依据铣刀直径d=3mm，铣削宽度a=3mm，铣削深度a =12mm，耐用度T=60min时查取Vc＝98mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s。
根据XA6132型立式铣床主轴转速表查取，nc=300r/min,Vfc=475mm/s。
则实际切削：
Vc =
Vc==4.25m/min

校验机床功率
据资料可知，切削功率的修正系数k=1，则P= 2.8kw，P=0.8 kw，可知机床功率能满足要求。
基本时间
根据资料所知高速钢圆柱铣刀铣面基本时间为：
t=
t==1.96min

七、夹具设计
本次设计的夹具为第５道工序粗——精镗Ø２０（+０.１—+０.０６）mm孔。该夹具为双支承前后引导镗床夹具。
1、确定设计方案
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。用哪种方案合理呢？
方案１　在２—Ø１３的通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２　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。
２计算夹紧力并确定螺杆直径
参考文献（３）表１－２－１１，因夹具的夹紧力与切削力方向相反，实际所需夹紧力Ｆ夹与切削力Ｆ之间的关系Ｆ夹＝ＫＦ
安全系数Ｋ在夹紧力与切削力方向相反后时，，由前面的计算可知
所以

参考文献3表1-24，从强度考虑，用一个M10的螺柱完全可以满足要求，M10的许应夹紧为3924N，所以螺杆直径为d=10mm

3.定位精度分析
Ø20（+0.10—+0.16）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，Ø20（+0.10—+0.16）孔的加工精度主要由镗模来保证。
图见附表。
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Ø18 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

所以
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。
八、填写机械加工工艺卡和机械加工工序卡

参考文献：
（１） 陈宏均 主编 实用加工工艺手册
（２） 艾兴、肖诗纲 主编 切削用量简明手册
（３） 机床夹具设计手册
（４） 赵家齐 主编 机械制造工艺学课程设计指导书
（５） 李益民 主编 机械制造工艺设计简明手册
（６） 王凡 主编 实用机械制造工艺设计手册