气门摇杆轴支座加工工艺工装设计及铣端面夹具设计文档格式.docx
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1.3设计目的
现代机械制造工艺设计是机械类专业学生在学完了《机械制造技术基础》等技术基础和专业课理论之后进行的一个实践教学环节。
其目的是巩固和加深理论教学内容，培养学生综合运用所学理论，解决现代实际工艺设计问题的能力。
通过工艺规程及工艺装备设计，学生应达到：
（1）掌握零件机械加工工艺规程设计的能力；
（2）掌握加工方法及其机床、刀具及切削用量等的选择应用能力；
（3）掌握机床专用夹具等工艺装备的设计能力；
（4）学会使用、查阅各种设计资料、手册和国家标准等，以及学会绘制工序图、夹具总装图，标注必要的技术条件等。
2零件工艺性分析
2.1零件的作用
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，Ø
20孔装摇杆轴，轴上两端各装一进气门摇杆，摇杆座通过两个Ø
13mm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。
2.2零件的工艺分析
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-φ13mm孔和φ20mm以及3mm轴向槽的加工。
φ20mm孔的尺寸精度与下端面0.05mm的平行度与左右两端面孔的尺寸精度，直接影响到进气门与排气门的传动精度及密封，2—Ø
13mm孔的尺寸精度，以上下两端面的平行度0.05mm。
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φ20mm孔与左右两端面时以下端面为定位基准，以保证孔轴线与两端面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。
3毛坯的选择
3.1毛坯的种类
毛坯的种类主要有碳钢、合金钢、不锈钢与耐热钢、铸铁与黄铜、青铜、铝合金；
在选择毛坯的制造方法时，首先考虑材料的工艺特性，如铸铁不能锻造，这类材料只能选择铸造；
高碳钢的铸造性和焊接性都较差，一般都采用锻造。
3.2确定毛坯是应考虑到的因素
在确定毛坯时应考虑以下因素：
（1）零件的材料及其力学性能
当零件的材料选定之后，毛坯的类型就大体确定了。
例如，材料为铸铁的零件，自然应选择铸造毛坯；
而对于重要的钢质零件，力学性能要求高时，可选择锻造毛坯。
（2）零件的结构和尺寸
形状复杂的毛坯常采用铸件，但对于形状复杂的薄壁件，一般不能采用砂型铸造；
对于一般用途的阶梯轴，如果各段直接相差不大，力学性能要求不高时，可选择棒料做毛坯，倘若各段直径相差较大，为了节省材料，应选者锻件[6]。
（3）生产类型
当零件的生产批量较大时，应采用精度和生产率都比较高的毛坯制造方法，这时毛坯制造增加的费用可由材料费减少的费用以及机械加工减少的费用来补偿。
（4）现有生产条件
选择毛坯类型时，要结合本企业的具体生产条件，如现场毛坯制造的实际水平和能力，外协的可靠性等。
（5）充分考虑利用新技术，新工艺和新材料的可靠性
为了节约材料和能源，减少机械加工余量，提高经济效益，只要有可能，就必须尽量采用精密锻造，精密铸造，冷挤压。
粉末冶金和工程塑料等新工艺，新技术和新材料[7]。
3.3确定毛坯时的几项工艺措施
实现少切削，无切削加工，是现代机械制造技术的发展趋势。
但是，由于毛坯制造技术的限制，加之现代机器对精度和表面质量的要求越来越高，为了保证机械加工能达到质量要求，毛坯的某些表面仍需留有加工余量。
加工毛坯时，由于一些零件形状特殊，安装和加工不大方便，必须采取一定的工艺措施才能进行机械加工。
3.4毛坯的确定
零件材料是HT15-33。
零件年产量是大批量,而且零件加工的轮廓尺寸不大,在考虑提高生产率保证加工精度后可采用铸造成型，采用方法为砂模机器造型。
零件形状并不复杂，因此毛坯形状可以与零件的形状尽量接近，内孔不铸出。
4工艺规程设计
对于机器中的某一零件，可以采用多种不同的工艺过程完成。
在特定条件下，总存在一种相对而言最为合理的工艺规程，将这个工艺规程用工艺文件的形式加以规定，由此得到的工艺文件统称工艺规程[8]。
4.1工艺规程的作用
工艺规程是生产准备、生产组织、计划调度的主要依据，是指导工人操作的主要技术文件，也是工厂和车间进行设计或技术改造的重要原始资料。
工艺规程的制订须严格按照规定的程序和格式进行，并随技术进步和企业发展，定期修改完善。
（1）根据机械加工工艺规程进行生产准备（包括技术准备）。
在产品投入生产以前，需要做大量的生产准备和技术准备工作，例如，关键技术的分析与研究；
刀、夹、量具的设计、制造或采购；
设备改装与新设备的购置或定做等。
这些工作都必须根据机械加工工艺规程来展开。
（2）机械加工工艺规程是生产计划、调度、工人的操作、质量检查等的依据。
（3）新建或扩建车间（或工段）,起原始依据也是机械加工工艺规程，根据机械加工工艺规程确定机床的种类和数量，确定机床的布置和动力配置，确定生产面积的大小和工人的数量。
4.2定位基准的选择
定位基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，定位基准选择得正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高，否则，加工工艺过程中会问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。
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。
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。
加工左右两端平面时，为了保证位置度求，采用一面两孔定位，限制六个自由度，用下端面与两φ13孔作为定位基准。
镗削Ø
20mm孔的定位夹紧方案为：
用一菱形销加一圆柱销定位两个Ø
13mm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。
精基准的选择：
主要考虑基准重合问题，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。
Ø
20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。
4.3制定工艺路线
制定工艺路线应该使零件的加工精度（尺寸精度、形状精度、位置精度）和表面质量等技术要求能得到合理的保证。
在生产纲领已经确定为大批生产的条件下，可以考虑采用通用机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。
还有，应当考虑经济效果，以便降低生产成本[9]。
4.3.1工艺路线方案一
工序Ⅰ铸造
工序Ⅱ涂漆
工序Ⅲ车上端面
工序Ⅳ钻两φ13通孔
工序Ⅴ精铣下端面
工序Ⅵ铣右端面
工序Ⅶ钻通孔¢
18mm
工序Ⅷ镗孔φ20mm，孔口角1×
45度
工序Ⅸ铣左端面
工序Ⅹ铣轴向槽
工序Ⅺ检验
工序Ⅻ入库
4.3.2工艺路线方案二
工序Ⅰ铸造
工序Ⅱ时效
工序Ⅲ涂漆
工序Ⅳ铣上端面
工序Ⅴ粗,精铣下端面
工序Ⅵ钻两φ13通孔
工序Ⅶ铣右端面
工序Ⅷ钻通孔φ18
工序Ⅸ镗孔到φ20，孔口倒角1×
工序Ⅹ铣左端面
工序Ⅺ铣轴向槽
工序Ⅻ检验
工序ⅩⅢ入库
4.3.3工艺方案的比较与分析
因左右两端面均对φ20mm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，先主要表面后次要表面和先粗加工后精加工的原则，将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φ20mm孔放后面加工。
初步拟订加工路线方案一。
方案一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05应在工序06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—Ø
13mm通孔加工精度的影响。
通过以上的两工艺路线的优、缺点分析，最后确定工艺路线方案一为该零件的加工路线。
该工艺过程详见附表１和附表2，机械加工工艺过程卡片和机械加工工序卡片。
4.4毛坯尺寸的确定与机械加工余量
由于本零件材料为灰铸铁，由《工艺手册得》，毛坯为双侧加工，MA为G，加工精度为8到10级，这里选取9级。
则，由《机械制造工艺设计简明手册》表2.2-4得：
零件延轴线方向的加工余量为：
2x2.5mm=5mm
Ф100径向加工余量为6mm，轴向加工余量为2x2.5mm=5mm
Ф90径向加工余量为2x2.5mm=5mm，轴向加工余量为2x2.5mm=5mm
Ф45径向加工余量为2x2.5mm=5mm
由《机械零件工艺性手册》表：
2-64得：
Ф100，Ф90柱体圆角为：
R=2mm；
右端Ф45的圆角为：
R=4mm；
铸件上的过渡部分尺寸确定为：
R=5mm，C=3mm，H=15mm。
由以上资料得出毛坯尺寸图。
4.5确定切削用量及基本工时
在工艺文件中还要确定每一工步的切削用量。
（1）切削用量指：
背吃刀量asp（即切削深度ap、进给量f及切削速度Vc。
（2）确定方法是：
确定切削深度——>
确定进给量——>
确定切削速度．
（3）具体要求是：
①由工序或工步余量确定切削深度：
精、半精加工全部余量在一次走刀中去除
在中等功率机床上一次走刀ap可达8mm～10mm。
②按本工序或工步加工表面粗糙度确定进给量：
对粗加工工序或工步按加工表面粗糙度初选进给量后还要校验机床进给机构强度。
③可用查表法或计算法得出切削速度Vc查，用公式换算出查或计算法所得的转速nc查，根据Vc查在选择机床实有的主轴转速表中选取接近的主轴转速n机作为实际的转速，再用换算出实际的切削速度Vc机填入工艺文件中。
对粗加工，选取实际切削速度Vc机实际进给量f机和背吃刀量asp之后，还要校验机床功率是否足够等，才能作为最后的切削用量填入工艺文件中。
工序1钻2个φ13mm孔
（1）加工条件
工件材料：
HT200正火，бb=220MPa，190～220HBS
加工要求：
钻扩孔φ13mm
机床选择：
选用立式钻床Z525（见《工艺手册》表4.2-14）
（2）确定切削用量及基本工时
选择φ13mm高速钢锥柄标准麻花钻（见《工艺手册》P84）
d=13L=238mmL1=140mm
f机=0.48mm/r（见《切削手册》表2.7和《工艺手册》表4.2-16）
Vc查=13m/min（见《切削手册》表2.15）
按机床选取n机=195r/min（按《工艺手册》表4.2-15）
所以实际切削速度：
m/min.
基本工时:
l=80mml2=1mm～4mm（取4mm）
按《工艺手册》表6.2-5公式计算1.24（min）
工序2粗、精铣左右端面
（1）粗铣
（a）选择刀具：
根据《工艺手册》表3.1-27，选择用一把YG6硬质合金端铣刀，其参数为：
铣刀外径d0=100mm，铣刀齿数Z=10。
（b）确定铣削深度ap：
单边加工余量Z=2±
0.27，余量不大，一次走刀内切完，则：
a=２mm
（C）确定每齿进给量fz:
根据《切削手册》表3.5，用硬质合金铣刀在功率为4.5kw的X51铣床加工时，选择每齿进给量fz=0.14～0.24mm/z，由于是粗铣，取较大的值。
现取：
fz=0.18mm/z
（d）选择铣刀磨钝标准及刀具耐用度：
根据《切削手册》表3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为1.0mmm～1.5mm，现取1.2mm，根据《切削手册》表3.8铣刀直径d0=100mm的硬质合金端铣刀的耐用度T=180min。
（e）确定切削速度Vc：
根据《切削手册》表3.16可以查Vc：
由ap=２mmfz=0.18mm/z，查得
Vc=77mm/zn=245mm/zVƒ=385mm/z
根据X1632型立铣床说明书（表4.2-35）nc=255r/minVc=400mm/min（横向）
（f）计算基本工时：
l=47mml2=2T=0.14min
（2）精铣
根据《工艺手册》表3.1-27，选择用一把YG6硬质合金端铣刀，铣刀外径d0=100mm，铣刀齿数Z=10
（b）确定铣削深度ap：
由于单边加工余量Z=1，故一次走刀内切完，则：
ap=1mm
（c）确定每齿进给量fz：
由《切削手册》表3.5，用硬质合金铣刀在功率为4.5kw的X51铣床加工时，选择每齿进给量fz=0.14mm/z～0.24mm/z，半精铣取较小的值。
fz=0.14mm/z
根据《切削手册》表3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为1.0mm～1.5mm，现取1.2mm，根据《切削手册》表3.8铣刀直径d0=100mm的硬质合金端铣刀的耐用度T=180min。
由ap≤4mmƒz=0.14mm/z，查得：
Vc=110mm/zn=352mm/zVƒ=394mm/z
根据X1632型立铣床说明书（表4.2-35）nc=380r/minVƒc=400mm/min（横向）
l=40mml2=2mm
所以本工序的基本时间为：
T=t1+t2=0.14+0.12=0.26min
工序3粗镗φ18工序
φ18粗镗余量参考文献[1]表3－83取粗镗为1.8mm，粗镗切削余量为0.2mm,铰孔后尺寸为20H8。
孔轴线到底面位置尺寸为60mm，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。
工序4钻孔φ18mm
选择φ18mm高速钢锥柄标准麻花钻（见《工艺手册》P84）
d=18L=238mmL1=140mm
基本工时：
按《工艺手册》表6.2-5公式计算1.10min
粗镗孔时因余量为1mm,故ap=1mm,
查文献[1]表2.4-8
取V=0.4m/s=24m/min
取进给量为f=002mm/r
n=1000V/πd=1000×
24/3.14×
20=380r/min
查文献[1]得
pm=FzV×
10-3
CF2=180,
XFz=1
Yfz=0.75
nFz=0
Rfz=9.81×
60°
×
180×
2.75ˊ×
0.2×
0.75×
0.4°
1
=1452N
P=0.58kw
取机床效率为0.85
0.78×
0.85=0.89kw>
0.58kw
故机床的功率足够。
下面计算工序09的时间定额
粗镗时：
L/（f×
n）=45/0.2×
380=7.5s
精镗时：
f取0.1mm/s
n）=45/0.1×
380=15s
总机动时间：
T=7.5+15=0.38min
5夹具的设计
5.1夹具的概述
5.1.1机床夹具的基本组成部分
（1）定位元件及定位装置,它与工件的定位基准相接处，用于确定工件在夹具中的正确位置，从而保证加工时工件相对于刀具和机床加工运动之间的相对正确位置。
（2）对刀及引导元件,这些元件的作用是保证工件与刀具之间的正确位置，用于确定刀具在加工前正确位置的元件，称为对刀元件。
用于确定刀具位置并引导刀具进行加工的元件，称为引导元件[10]。
（a）夹紧装置,用于加紧工作,在切削时使使工件在夹具中保持既定位置。
（b）联接元件,用以确定夹具在机床上的位置并于机床相连接
（c）夹具体,用以联接夹具各元件或装置，使之成为一个整体，并通过它将夹具安装在机床上。
（d）其他联接或装置,除上述元件或装置以外的元件或装置。
如某些夹具上的分度装置、防错装置、安全保护装置、为便于拆下工件而设置的顶出器等。
5.1.2机床夹具的作用
（1）保障加工质量
使用机床夹具的首要任务是保证加工精度，特别是保证被加工工件加工面与定位面之间以及被加工表面互相之间的位置精度。
使用机床夹具后,这种精度主要是靠夹具和机床来保证,不再依赖于工人的技术水平。
（a）提高生产效率,降低生产成本
使用夹具后可以减少划线、找正等辅助时间，而且易实现多件、多工位加工。
现代机床夹具中广泛采用气动、液压等机动夹紧装置,可使辅助时间进一步减少。
（b）扩大机床工艺范围
在机床上使用可使加工变得方便，并可扩大机床的工艺范围。
例如，在车床或钻床上使用镗膜，可以代替镗床镗孔。
又如,使用靠模夹具，可在车床或铣床上进行仿形加工。
（c）减轻工人劳动强度，保证安全生产。
5.1.3机床夹具的分类
按机床夹具的使用范围，可划分为5种类型
（1）通用夹具，如车床上常用的三爪自定心卡盘、顶尖，铣床上常用的平口钳、分度头、回转工作台等均属此类夹具。
该类夹具由于具有较大的通用性，故得其名。
通用夹具一般以标准化，并有专门的专业工厂生产，常作为机床的标准附件提供给用户。
（2）专用夹具，这类夹具是针对某一工件的某一工序而专门设计的，因其用途专一而得名。
专用夹具广泛用于批量生产中。
（3）可调整夹具和成组夹具，这类夹具的特点是夹具的部分元件可以更换，部分装置可以调整，以适应不同的零件的加工。
用于相似零件成组加工的夹具，通常称为成组夹具。
与成组夹具相比，可调整夹具的加工对象不很明显，适用范围更广一些。
（4）组合夹具，这类家具有一套标准化的元件，根据零件的加工要求拼装而成，不同元件的不同组合和联接可构成不同结构和用途的夹具。
夹具用完以后，元件可以拆卸重复使用。
这类夹具特别适合于新产品试制和小批生产。
（5）随行夹具，这是一种在自动线或柔线制造系统中使用的夹具。
工件安装在随行夹具上，除完成对工件的定位和夹紧外，还装载着工件随输送装置送往各机床，并在机床上被定位夹紧。
为提高生产效率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用的夹具。
根据我们所需加工的零件，由于其结构较为特殊，一般机床的通用夹具较难以定位及夹紧，因此每道工序都运用专用夹具来加工，加工本零件所需的专用夹具为四个。
5.1.4夹具设计的基本要求
一台优良的机床必须满足下列基本要求：
（1）保证工件的加工精度,保证加工精度的关键，首先在于正确的选定定位基准，定位方法和定位元件，必要时还需要进行定位误差分析，还要注意夹具中其他零件的结构对加工精度的影响，确保夹具能满足工件的加工精度要求。
（2）提高生产效率,专用夹具的复杂程度应与生产纲领相对应，应尽量采用各种快速高效的装夹机构，保证操作方便，缩短辅助时间，提高生产效率[11]。
（3）工艺性能好,专用夹具的结构应力求简单、合理，便于操作、装配、调整、检验、维修等。
（4）使用性能好,专用夹具的操作应简便，省力，安全可靠。
在客观条件允许且又经济适用的前提下，应尽可能采用气动、液压等机械化夹具装置，以减轻操作者的劳动强度。
5.1.5夹具设计规范化的意义
研究夹具设计规范化程序的主要目的在于：
（1）保证设计质量，提高生产效率，夹具设计质量主要表现在
（a）设计方案与生产纲领的适应性；
（b）高位设计与定位副设置的相容性；
（c）夹具设计技术经济指标的先进性；
（d
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