气门摇杆轴支座设计.doc

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1、 河 南 机 电 高 等 专 科 学 校 机 械 制 造 技 术课 程 设 计 说 明 书 目 录第1章 零件分析 1页1.1 零件作用分析 1页1.2 零件工艺分析 1页 第2章 确定毛坯、画毛坯零件合图 3页第3章 工艺规程设计 4页3.1 定位基准的选择 4页3.2 制定工艺路线 4页3.3 选择加工设备及刀、夹、量具 6页3.4 加工工序设计 7页3.5 时间定额计算 11页3.6 填写机械加工工艺过程卡和机械加工工序卡 12页第4章 摇杆轴支座镗孔专用夹具设计 13 页 4.1 工件自由度分析及定位方案的确定 13页4.2 夹紧力的计算 13页4.3 定位误差的计算及定位精度分析 1

2、4页 4.4 定位元件及夹紧装置设计 14页 4.5 镗模与夹具体的设计 16页4.6 操作说明 18页第1章 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。其零件图如下图： 图1.1 摇杆轴支座1.2 零件工艺分析由图1.1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-孔和以及3mm轴向槽的加工孔的尺寸精度以及下端面0.0

3、5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。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。第2章 确定毛坯、画毛坯零件合图（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8000件/年，通过计算，该零件质量约为3Kg，由参考文献（5）表14、表13可知，其生产类型为大批生产，毛坯的铸造

4、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2.312；该种铸造公差等级为CT1011，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48mmH4mm单侧加工下端面50mmH3mm单侧加工左端面35mmH3mm单侧加工右端面35mmH3mm单侧加工第3章 工艺规程设计3.1 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。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

5、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：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。3.2 制定工艺路线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：上下端面：粗铣精铣左右端面：粗铣精铣 端面：粗铣精铣2-孔：钻孔 3mm 轴向槽精铣孔：钻孔粗镗精镗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，减少装次数，提高加工精度。根据先面后孔原则，将上端面下端面的粗铣放在前

6、面，左右端面上孔放后面加工。初步拟订以下两个加工路线方案加工路线方案（一）工序号工序内容05#铸造10#时效15#涂漆25#车上端面30#铣下端面35#钻两通孔 40#铣左右端面45#钻通孔50#镗孔55#轴向槽60#铣检验65#入库（二）以V形块定位的加工路线方案工序号 工序内容05#铸造10#时效15#涂漆25#粗铣下端面30#粗铣上端面35#粗铣左右端面45#钻两通孔50#精铣下端面55#精铣上端面60#精铣左右端面65#钻孔65#镗孔70#铣轴向槽75#入库上述两个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。车上端面，因工件和夹具的尺寸较大，在卧式车床上加

7、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，故应当选择铣削加工。因为在零件图纸中要求左右端面的跳动度为0.06，所以需要同时铣削左右端面，保证两端的平行度。工序30#应在工序25#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213通孔加工精度的影响。综上所述选择方案二。最后确定的工件加工工序如下：序号 工序内容定位基准05#铸造10#时效15#涂漆20#粗铣下端面上端面（3）+左右端（3）25#粗铣上端面下端面（3）+左右端（3）30#粗左右端面（同时，不准调头）下端面(3)+ 外圆柱面35#钻两通孔13下

8、端面(3)+ 外圆柱面40#精铣下端面上端面（3）+左右端（3）45#精铣上端面下端面（3）+左右端（3）50#精铣左右端面（同时，不准调头）下端面(3)+ 外圆柱面55#钻通孔18下端面(3)+ 外圆柱面60#镗孔到20 下端面(3)+ 外圆柱面65#粗-精铣轴向槽下端面(3)+ 外圆柱面70#入库 3.3选择加工设备及刀、夹、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。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X51立式铣床。（参考文献（1）表6-18），选择直径D为80

9、mm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X1632，参考文献（1）表621，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X1632,参考文献（1）表621，专用夹具及游标卡尺。钻2-18mm孔：采用Z525，参考文献（1）表626，通用夹具。刀具为d为18.0的直柄麻花钻，参考文献（1）表7111。钻18孔：钻孔直行为118mm，选择摇臂钻床Z525参考文献（1）表626，采用锥柄麻花钻，通用夹具及量具。镗20（+0.1+

10、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，选择镗通孔镗刀及镗杆，专用夹具，游标卡尺。3.4 加工工序设计（一） 机械加工余量确定根据文献（1）可知计算底面加工余量公式如下。 式中 ： e 余量值； 铸件的最大尺寸； 加工表面最大尺寸； C 系数根据表3-12查表得出各个加工面得加工余量。经查表312可得，铣削上端面的加工余量为4，又由零件对上顶端表面的表面精度RA=12.5可知，粗铣的铣削余量为4。底面铣削余量为3，粗铣的铣削余量为2，铣余量1，精铣后公差登记为IT7IT8。左右端面的铣削余量为3，粗铣的铣削余量为2，精铣余量1，精铣后公差登记为IT7I

11、T8，根据表312确定余量2。工序40粗镗18工序。粗镗余量表3-83取粗镗为1.8，粗镗切削余量为0.2,铰孔后尺寸为20H8,各工步余量和工序尺寸公差列于下表表3.2 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粗镗_精镗= （二）确定切削用量及基本工时工序20#：粗铣下端面1)加工条件工件材料：HT200,=170240MPa，铸造;工件尺寸：=13，l=36;加工要求：粗铣上端面加工余量4机床：X51立式铣床；刀具：立铣刀。经查参考文献（1）表312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。底面铣削余量

12、为3mm，粗铣的铣削余量为2mm，精铣余量1mm，精铣后公差登记为IT7IT8。取每齿进给量为fz0.2mmz（粗铣）取每齿进给量为f0.5mmr（精铣）粗铣走刀一次ap2mm，精铣走刀一次ap1mm初步取主轴转速为150rmin（粗铣），取精铣主轴的转速为300rmin，又前面已选定直径为80mm，故相应的切削速度分别为：校核粗加工。3.1480150/100037.68m/min=3.1480300/1000=75.36m/min又由机床切削功率P=取Z=10个齿，=1,n=150/60=2.5r/s ,=168mm, =2mm,=0.2mm/z.代入得：=4kw又因前查的机床的功率为4.

13、5kw/h 若效率为0.85P,则0.85p=3.825kw4kw重新选择主轴的转速为118m/min，则=3.1480118/1000=29.64m/min 将其带入公式得 = =3.15kw3.825kw故机床功率足够2)计算基本工时 ，查切削手册表3. 26，入切量及超切量为：则： 工序25# 粗铣上端面： 刀具，机床与上到工序相同，得出 , 工序30#粗铣左右端面：同时粗铣左右端面，圆盘铣刀一次加工完成不准调头计算切削用量： =2由 机械加工工艺手册表15.53可知：由切削用量手册表9.4-8可知： 各系数为 所以有 取 所以实际切削速度： 确定主轴转速： 切削工时： 工序35# 钻孔

14、查机械制造工艺设计手册表3-38，取查机械制造工艺设计手册表3-42，取 查表机械制造工艺设计简明手册4.2-15，机床为Z525，选择转速实际切削速度：v= 切削工时带入公式：工序40# 精铣下端面与工序20#相同。工序45# 精铣上端面与工序25#相同.工序50# 精铣左右端面与工序30#相同工序55#钻通孔18，工序步骤与工序35#相同，代入数据得出结果: , 工序60#镗孔到20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20.020.08，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。粗镗孔时因

15、余量为1.9,故,查机械制造工艺设计手册2-8 取进给量为 故实际切削速度为： 此时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故机床效率足够精镗孔时，因余量为0.2mm，取取v=1.2m/s=72m/min f=0.1mm/r工序65#铣槽：加工条件：机床：x6132卧式铣.床.刀具：直齿三面刃铣刀其中 , 计算切削用量： 由机械加工工艺手册表15-53，表15-55可知： 确定主轴转速： 切削工时： 3.5 时间定额计算下面计算工序60的时间定额1）机动时间 粗镗时： 精镗时： 总机动时间：=0.58+1.17=1.75min 2）辅助时间：操作内容每次时间(mi

16、n)粗镗精镗操作次数时间min操作次数时间min装夹212-换刀11111测量0.110.110.1卸夹1.5-11.5开机到开始的时间0.310.310.3退刀0.110.110.1所以辅助时间3）作业时间 1.75+6.4=8.15min4）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 =（1.75+6.4+0.24+0.24）min=8.63min3.6 填写机械加工工艺过程卡和机械加工工序卡 工件文件详见附表。第4章 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 本次设计的夹具为第60 道工序镗孔到20 孔夹具 该孔的设计基准为下端面，故以下端平

17、面做定位基准，实现“基准重合”原则；另加两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-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

18、不宜采用。方案2用两个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。4.2 夹紧力的计算 计算切削力与夹紧力的计算及螺杆的直径：根据机床夹具设计手册表5-37查表可知： 根据机床夹具设计手册表2-4-8取取在计算切削力时，必须考虑安全系数 式中： 基本安全系数；取1.4 加工性质系数；取0.9刀具钝化系数；取0.9断续切削系数；取1.0安全系数在夹紧力与切削力方向相反后时：由机床夹具设计手册表1-2-11紧力与切削力方向相反，实际所需夹紧力与切削力之间的关系。安全系数在夹紧力与切N削力方向相反后时，由前面的计算

19、可知 由机床夹具设计手册表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=10。 4.3 定位误差的计算及定位精度分析20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，20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，其最大间隙为 被加工孔的长度为 ,取两孔同轴度误差为则 所以 因为 ，由以上计算可知夹具能满足零件加工精度的要求4.4 定位元件及夹紧装置设计（1） 定位元件定位元件是用来确定工

20、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。本设计中采用两个形块（图4.1）夹紧前后两外圆柱面，用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。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）夹紧装置的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

21、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 圆销柱 3-大头螺栓 图4.2 螺旋夹紧机构 4.5镗模与夹具体的设计(1)镗模的设计镗套 本设计镗套采用轴承外滚式镗套，作用：回转精度低，但是刚性好，适合适合转速高的粗加工和精加工。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0.0050.01。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

22、，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 镗套镗杆镗杆的直径按经验公式一般去d=（0.70.8）D，一般应大于25，不得小于15。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R一般在0

23、.80.4，刀孔的表面粗糙度在0.4.17(2)夹具体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: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震动.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.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.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,要考虑切削的排除问题.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.其夹具体设计见附图4.4。图4.4夹具体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，后顺时针旋转摇柄，旋进V形块夹紧工件。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18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。18