气门摇杆轴支座设计说明书.docx
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气门摇杆轴支座设计说明书
机械制造技术基础
课程设计说明书
设计题目：
设计“气门摇杆轴支座”零件的
机械加工工艺规程及工艺装备
设计者：
顾玉佩
班级：
机械工程及自动化0606班
学号：
0401060632
指导老师：
薛国祥
江南大学
2009年7月5日
江南大学
机械制造技术基础课程设计任务书
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2—3张
（4）夹具装配总图1张
（5）夹具零件图1张
（6）课程设计说明书1份
原始资料：
该零件图样一张；生产纲领30000件/年。
班级:
机械工程及自动化0606班
学号:
0401060632
学生：
顾玉佩
指导老师：
薛国祥
系主任：
2009年7月5日
序言………………………………………………4
一、零件的工艺分析及生产类型的确定……………5
二、选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛配图………7
三、工艺规程设计……………………………………9
四、加工工序设计……………………………………15
五、时间定额计算……………………………………17
六、夹具设计………………………………………19
七、参考文献………………………………………21
序言
机械制造技术基础课程设计是在学完了机械制造技术基础和大部分专业课，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技术基础中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决了零件机械制造工艺问题。
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。
顾玉佩于江南大学
2009年6月28日
一、零件的工艺分析及生产类型的确定
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，
mm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。
气门摇杆支座零件图
2.零件的工艺分析
气门摇杆轴支座的材料为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个Ø13mm孔和
mm以及3mm轴向槽的加工。
mm孔的尺寸精度以及下端面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个Ø13mm孔的尺寸精度，以上下两端面要有较好的的平行度。
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
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。
3.零件的生产类型
零件年生产量达到30000件，按照设计要求为大批大量生产。
二、选择毛坯，确定毛坯尺寸，设计毛坯图
1.选择毛坯
该零件材料是HT200，这种材料适合铸造，已知零件的生产纲领为30000件/年，通过计算，该零件质量约为3Kg，由参考文献
（1）表2-34可知，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。
这从提高零件生产率、保证加工精度上考虑也是应该的。
此外，为消除残余应力，铸造后安排人工时效处理。
2.确定机械加工余量、毛坯尺寸和余量
由于生产类型为成批、大批生产，考虑毛坯生产成本和机械加工成本，毛坯制造方法为砂型铸造，
20孔需精加工，要留加工余量，故孔不宜铸出，其他小孔不铸出，所以铸造时，不铸造孔。
参考文献
（2）表5-1得该种铸造公差等级为CT8~12·，MA-H级。
参考文献
（1）表2-70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
20mm
H
2.5mm
单侧加工
下端面
50mm
H
3mm
单侧加工
左端面
32mm
H
2.5mm
双侧加工
右端面
32mm
H
2.5mm
双侧加工
3.设计毛坯图
4.毛坯热处理方式
毛坯铸造后应安排正火处理，以消除残余应力，并是不均匀的金相组织通过重新结晶而得到细化、均匀的组织，从而改善加工性。
三、工艺规程设计
拟订工艺路线的内容除选择定位基准外，还要选择各加工表面的加工方法，安排工序的先后顺序，确定加工设备，工艺装备等。
工艺路线的的拟定要考虑使工件的几何形状精度，尺寸精度及位置精度等技术要求得到合理保证，成批生产还应考虑采用组合机床，专用夹具，工序集中，以提高效率，还应考虑加工的经济性。
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，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）。
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。
1.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，所以粗基准为下端面的上端面，同时以便保持8mm的厚度。
2.零件表面加工方法
几个主要的定位夹紧方案设定如下：
1.上下端面的加工：
方案一：
先以大平面定位，用压板夹紧下端面，铣上端面；然后以上端面定位，用虎钳夹紧，加工下端面
方案二：
先以下端面的上端面定位，用V形块夹住圆柱体夹紧，加工下端面；再以下端面为基准，用压板夹紧，加工上端面；最后以上端面定位，以虎钳夹紧，加工下端面。
评价&选择：
方案一加工的下端面比较粗糙，而且无法保证下端面的8mm的厚度要求；方案二不仅保证了下端面8mm的厚度要求，而且下端面更加光滑，使用互为基准加工上下端面是合适的。
所以选择方案二。
2.镗削
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
评价&选择
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。
3.制定加工工艺路线
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：
上端面：
粗铣
下端面：
精铣
左端面：
粗铣—精铣
右端面：
粗铣—精铣
Ø13mm孔：
钻孔。
3mm轴向槽—精铣
mm孔：
钻孔—粗镗—精镗
因左右两端面均对
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。
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
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03应在工序02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
铸造
时效
涂漆
粗铣下端面
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
镗内孔角，镗外孔角
铣左端面镗内孔角，镗外孔角
铣轴向槽
检验
入库
消除内应力
防止生锈
先加工粗基准面
互为基准加工
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
4.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。
粗铣下端面：
考虑到工件的定位夹紧方案及夹具结构设计等问题，由参考文献
（2）表5-71，采用立铣选择X53K立式铣床，选择直径D为Ø80mm立铣刀，专用夹具和游标卡尺。
粗铣上端面：
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X61W，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X61W,专用夹具及游标卡尺。
钻2-Ø13mm孔：
由参考文献
（2）表5-63，采用Z3025，通用夹具。
刀具为d为Ø13.0的直柄麻花钻。
钻Ø18孔：
钻孔直行为Ø18mm，选择摇臂钻床Z3025，采用锥柄麻花钻，通用夹具及量具。
镗
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。
四、加工工序设计
（1）经查参考文献
（1）表2-70可得，铣削上端面的加工余量为2.5mm，又由零件表面的表面精度RA=6.3um可知，粗铣的铣削余量为2.5mm，第一次初加工铣削量为2mm。
取每齿进给量为af＝０.２mm／z.
粗铣走刀一次ap＝２mm，参考文献
（1）表8-27。
初步取主轴转速为１５０r／min（粗铣），取精铣主轴的转速为450r／min，又前面已选定直径Ｄ为Ø８０mm，故相应的切削速度分别为：
校核粗加工。
Ｖ粗＝πＤn／１０００＝３.１４×８０×１５０／１０００＝３７.６８m/s
（2）经查参考文献
（1）表2-70可得，铣削上端面的加工余量为2.5mm，又由零件表面的表面精度RA=12.5um可知，粗铣的铣削余量为2.5mm。
底面铣削余量为2.5mm，粗铣的铣削余量为2mm，精铣余量0.5mm，精铣后公差登记为IT7～ＩＴ８。
取每齿进给量为af＝０.２mm／z.
粗铣走刀一次ap＝２mm，精铣走刀一次ap＝0.5mm，参考文献
（1）表8-27。
初步取主轴转速为１５０r／min（粗铣），取精铣主轴的转速为450r／min，又前面已选定直径Ｄ为Ø８０mm，故相应的切削速度分别为：
校核粗加工。
Ｖ粗＝πＤn／１０００＝３.１４×８０×１５０／１０００＝３７.６８m/s
Ｖ精＝πＤn／１０００＝３.１４×８０×45０／１０００＝113.10m/s
五、时间定额计算
下面计算工序1的时间定额
（1）机动时间
粗铣时：
L/（f×n）=50/（0.2×150）=1.7s
（2）辅助时间：
操作内容
每次时间
（min）
粗铣
操作次数
时间min
装夹
1
1
1
换刀
1
1
1
测量
0.1
1
0.1
卸夹
1.5
-
-
开机到开始的时间
0.3
1
1
退刀
0.1
1
1
所以辅助时间Ta为：
Ta=1+1+0.1+1.5+0.3×2+0.1×0.1×2
=5.5min
作业时间为Ta+Tb=5.5min
该工序单位加工时间为5.5min
下面计算工序2的时间定额
（2）机动时间
粗铣时：
L/（f×n）=50/（0.2×150）=1.7s
粗铣时：
L/（f×n）=50/（0.2×450）=0.6s
（2）辅助时间：
操作内容
每次时间
（min）
粗铣
操作次数
时间min
装夹
1
1
1
换刀
1
1
1
测量
0.1
2
0.2
卸夹
1.5
-
-
开机到开始的时间
0.3
1
1
退刀
0.1
1
1
所以辅助时间Ta为：
Ta=1+1+0.2+1.5+0.3×2+0.1×0.1×2=5.6min
作业时间为Ta+Tb=5.6min
该工序单位加工时间为5.6min
填写机械加工工艺卡和机械加工工序卡
工艺文件详见附表。
六、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.定位精度分析
mm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，
mm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Ø18H6（+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=0.006
ΔT2=0.03mm
所以ΔT=ΔT1+ΔT2=0.036
又以为
0.036<0.05
0.006<0.06
所以夹具能满足零件加工精度的要求。
参考文献：
1.《实用加工工艺手册》张震宸主编，航空工业出版社出版
2.《机械制造技术基础课程设计指南》崇凯主编，化学工业出版社出版
3.《机床夹具设计手册》上海科学出版社出版
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