气门摇杆轴支座加工工艺工装设计.docx

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气门摇杆轴支座加工工艺工装设计

四川职业技术学院

毕业论文

气门摇杆轴支座加工工艺工装设计

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摘要

气门摇杆轴支座是某企业产品中的关键零件之一，本课题要求根据企业生产需要和气门摇杆轴支座零件的加工要求，首先完成零件的加工工艺规程设计，在此基础之上，选择其关键工序之一进行专用夹具及加工用组合机床设计，并完成必要的设计计算。

本机床所用夹具的通用性强，工件采用液压定位夹紧，快速方便。

定位采用一面一心轴的定位方式，夹紧采用液压加紧，采用这种方式完全能够满足精度要求。

而且简易方便，制造成本低，通用性好。

由于气门摇杆轴支座的生产量比较大，为了保证产品质量，提高加工效率，需要对其加工工艺进行优化设计，并在关键工序使用组合机床或专用机床进行加工。

通过设计，综合运用了大学期间的多数基础和专业知识，加深所学知识体系，掌握了运用各项绘图软件进行设计的方法和技巧,熟悉了工程应用设计。

关键词气门摇杆轴支座零件分析工艺路线夹具设计组合机床

Abstract

Theaxilebushisoneofthekeypartsofanenterpriseproducts,thistextexpoundsmainlythemachiningtechnologyandthedesignofclampingdeviceoftheconnectingrodandmodularmachinetooloftheaxilebush.Theprecisionofsize,theprecisionofprofileandtheprecisionofposition,oftheconnectingrodisdemandedhighly,andtherigidityoftheconnectingrodisnotenough,easytodeform,soarrangingthecraftcourse,needtoseparatetheeachmainandsuperficialthickfinishmachiningprocess.Reducethefunctionofprocessingthesurplus,cuttingforceandinternalstressprogressively,revisethedeformationafterprocessing,canreachthespecificationrequirementforthepartfinally.Astheoutputoftheaxilebushisverylarge,itisneedtomakeoptimaldesignforthemachiningtechnologyandusemodularmachinetoolforpivotalmachiningprocess,toensureproductqualityandtoimprovetheprocessingefficiency.

Throughthisdesign,theknowledgeofmorebasicandspecialtywassyntheticallyapplited.Thesystemofknowledgewelearnedwasintensified.Controlledtomakeuseofvariousmethodandtechniquesthatthepaintingsoftwarecarryonadesign,thedesignofengineeringapplicationwasknownwell.

KeywordsAxileBushPrecisionProcessingTechnologyDesignofClampingDeviceModularMachineTool

目录

摘要（三号黑体，居中）1

AbstractII

1引言3

1.1机械制造业及其现状3

1.2机械制造业的发展趋势4

1.3设计目的4

2零件工艺性分析6

2.1零件的作用6

2.2零件的工艺分析6

3毛坯的选择7

3.1毛坯的种类7

3.2确定毛坯是应考虑到的因素7

3.3确定毛坯时的几项工艺措施7

3.4毛坯的确定8

4工艺规程设计9

4.1工艺规程的作用9

4.2定位基准的选择9

4.3制定工艺路线10

4.4毛坯尺寸的确定与机械加工余量11

4.5确定切削用量及基本工时11

4.6定位误差分析15

5夹具的设计16

5.1夹具的概述16

5.2夹具的设计及操作简要说明18

结束语22

参考文献24

致谢25

1引言

机械加工工艺是规定产品或零件机械加工工艺过程和操作方法，是指导生产的重要的技术性文件。

它直接关系到产品的质量、生产率及其加工产品的经济效益，生产规模的大小、工艺水平的高低以及解决各种工艺问题的方法和手段都要通过机械加工工艺来体现，因此工艺规程编制的好坏是生产该产品的重要保证和重要依据。

夹具结构设计在加深对课程基本理论的理解和加强对解决工程实际问题能力的培养方面发挥极其重要的作用[1]。

利用更好的夹具可以保证加工质量，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的加工面与定位面以及被加工表面相互之间的位置精度；提高生产率、降低成本，使用夹具后可以减少划线、找正等辅助时间，且易于实现多工位加工[2]。

扩大机床工艺范围，在机床上使用夹具可使加工变得方便，并可扩大机床工艺范围。

减轻工人劳动强度，保证安全生产。

为了让夹具有更好的发展，夹具行业应加强产、学、研协作的力度，加快用高新技术改造和提升夹具技术水平的步伐，创建夹具专业技术网站，充分利用现代信息和网络技术，与时俱进地创新和发展夹具技术。

 1.1机械制造业及其现状

在国民经济的各条战线上广泛使用着大量的机械、机床、工具、仪器、仪表等工艺装备。

这些工艺装备的制造过程总称为机械制造，生产这些工艺装备的工业即是机械制造业[3]。

机械制造业的主要任务就是围绕各种工程材料的加工技术，研究其工艺，并设计和制造各种工艺装备。

机械制造业是国民经济的基础和支柱，是向其他各部门提供工具、仪器和各种机械设备的技术装备部。

据西方工业国家统计，机械制造业创造了60%的社会财富，完成45%的国民经济收入。

如果没有机械制造业提供质量优良、技术先进的技术装备，那么信息技术、新材料技术、海洋工程技术、生物工程技术、以及空间技术等新技术群的发展将会受到严重的制约。

因此，一个国家的经济竞争归根结底是机械制造业的竞争，机械制造业的发展水平是衡量一个国家经济实力和科学技术水平的重要标志之一。

机械制造业是一个历史悠久的产业，经历了一个漫长发展过程。

蒸汽机和电力的两次工业革命使机械制造业发生了巨大变革，世界各国都逐渐充分重视、发展和应用机械制造技术。

经过建国五十多年的发展，机械工业已经成为我国工业中产品门类比较齐全，具有相当规模和一定技术基础的支柱产业之一。

改革开放以来，机械工业引进了大量的国外先进技术，加上国内自行研究开发的成果，使机械产品的结构正向合理化方向发展，对市场的适应能力日益明显增强。

但是，与工业发达国家相比，我国的机械制造仍存在阶段性的差距。

集中表现为制造技术的落后——在设计方法和手段、制造工艺、制造过程自动化及管理技术诸方面都明显落后于工业发达国家。

制造技术的落后严重制约了机械工业的进一步发展，使我国机械传动工业的技术来源大部分依赖引进国外技术，全员劳动生产率低，机械产品质量差，可靠性低，缺乏竞争力[4]。

1.2机械制造业的发展趋势

1.2.1常规工艺的不断优化

常规工艺优化的方向是实现高效化、精密化、强韧化、轻量化，以形成优质高效、低耗、少（无）污染的先进实用工艺为主要目标，同时实现工艺设备、辅助工艺、工艺材料、检测控制系统的成套工艺服务，使优化工艺易于为企业采用[5]。

1.2.2新型加工方法的不断出现和发展

包括精密加工和超精密加工、微细加工、特种加工及高密度能加工、新硬材料加工技术、表面功能性覆盖技术和复合加工，以适应机械产品更新换代对制造工艺提出的更高、更新的制造模式。

1.2.3自动化等高新技术与工艺的精密结合

微电子、计算机和自动化技术与工艺及设备的相结合，使传统工艺面貌产生显著、本质的变化，如生产线自动控制、在线检测自适应控制、计算机辅助工艺过程设计、计算机辅助夹具设计、计算机辅助装备工艺设计和智能制造系统等。

中国的机械制造工业任重而道远，我们必须不断开拓进取，改进制造技术，使制造业达到一个新的高度。

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，Ø20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。

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—Ø13mm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。

钻铰孔Ø20mm孔的定位夹紧方案为：

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。

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。

Ø20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钻铰孔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钻铰孔到φ20，孔口倒角1×45度

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—Ø13mm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

（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，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。

现取：

fz=0.14mm/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1.0mm～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。

（e）确定切削速度Vc：

根据《切削手册》表3.16可以查Vc：

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）

（f）计算基本工时：

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钻铰孔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

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：

基本工时：

l=80m