机械制造工艺学课程设计 气门摇臂轴支座机械加工工艺规程编制及工装设计.docx

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机械制造工艺学课程设计气门摇臂轴支座机械加工工艺规程编制及工装设计

课程设计

课程名称：

机械制造工艺学

学院：

机械工程学院

专业：

机械设计制造及其自动化

姓名：

唐龙超学号：

070803110245年级：

072级任课教师：

林维

2010年12月23日

机械制造工艺学课程设计任务书

设计题目：

气门摇臂轴支座机械加工工艺规程编制及工装设计

（年产量：

4,000件）

设计内容：

1.编制机械加工工艺规程，填写工艺文献1套，绘

制零件毛坯图1张

2.设计夹具1套，绘制夹具装配图和主要结构零件

图各1张

3.撰写课程设计说明书1份

设计时间：

2010年12月6日～24日

学生姓名：

唐龙超

学生班级：

机自072

指导教师：

林维

2010年12月

图纸

（将所给零件图纸附在此页）

一．序言……………………………………………………

二．零件的分析………………………………………………

2.1零件的工艺分析

三．工艺规程设计…………………………………………

4.1确定毛坯的制造形式

4.2基面的选择

4.3制定工艺路线

4.4机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定

4.5确定切削用量及基本工时

四．夹具设计………………………………………………

5.1定位基准的选择

5.2定位误差分析

5.3切削力及夹紧力计算

毕业小结……………………………………………………

参考文献……………………………………………………

一、序言

毕业设计在我们学完大学的全部基础课、技术基础课之后进行的，这是我们在进行毕业设计对所学各课程的深入综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练，因此，它在我们的大学生活中占有重要的地位。

另外在做完这次毕业设计之后，我得到一次在毕业工作前的综合性训练，我在想我能在下面几方面得到锻炼：

（1）运用机械制造工艺学课程中的基本理论以及在生产实习中学到的实践知识，正确地解决一个零件在加工中的定位，夹紧以及工艺路线安排，工艺尺寸确定等问题，保证零件的加工质量。

（2）提高结构设计能力。

通过设计夹具的训练，获得根据被加工零件的加工要求，设计出高效，省力，经济合理而能保证加工质量的夹具的能力。

（3）学会使用手册以及图表资料。

掌握与本设计有关的各种资料的名称，出处，能够做到熟练的运用。

就我个人而言，我希望通过这次毕业设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己发现问题、分析问题和解决问题的能力，为今后参加祖国的“四化”建设打一个良好的基础。

由于个人能力有限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指教，本人将表示真诚的感谢！

二、零件的分析

2.1零件的工艺分析

该零件几个面都没有尺寸精度的要求，也无粗糙度的要求。

25的孔的粗糙度值要求1.6，需要精加工。

保证其加工精度。

下面的叉口的三个表面都有3.2的粗糙度的要求，所以采用镗和刮来满足精度的要求，同时保证

25的孔和叉口的垂直度。

同时该零件上还需加工40×16的槽，其粗糙度值为6.3，所以一次铣销即可。

但同时要满足该槽与

25的孔的垂直度。

零件图如下：

三、工艺规程设计

根据《机械制造工艺设计简明手册》（机械工业出版出版社、哈尔滨工业大学李益民主编）零件材料为HT200，采用铸造。

根据《机械加工工艺师手册》（机械工业出版出版社、杨叔子主编），得知大批量生产的铸造方法有两种金属模机械砂型铸造和压铸，由于压铸的设备太昂贵，根据手册数据采用铸造精度较高的金属型铸造。

3.1基面的选择

基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。

基面选择的正确与合理，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，甚至还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。

（1）粗基准的选择。

因本零件毛坯是金属模铸造成型，铸件精度较高，所以选择Φ55mm圆左端面作为粗基准加工

40凸台的顶端面。

用一个面和V型块定位即可。

（2）精基准的选择

主要因该考虑基准重合的问题。

当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算。

3.2制定工艺路线

制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等级等技术要求能得到合理的保证。

在生产纲领已确定为大批生产的情况下，可以考虑采用万能性机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。

除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。

通过几个方案的比较，最终确定工艺路线如下：

工序10：

铣削

40凸台顶端，以

55孔的左端面为基准，采用铣床X5020A立式铣床加专用夹具；

工序20：

扩、铰

25的孔，以

40外圆面为基准，采用Z5120A立式钻床加专用夹具。

工序30：

镗、刮

55内孔及其侧面凸台，以

40凸台顶端为基准，采用T58立式镗床；

工序40：

铣

槽，以

25内圆为基准，采用X52K立式铣床加专用夹具；

工序50：

铣成45°斜面，以

25内圆与槽端面为基准，采用X52K立式铣床加专用夹具；

工序60：

铣断，从

处将零件铣断为两个零件，以

顶端为基准，采用Z5120A立式钻床加专用夹具；

工序70：

去毛刺；

工序80：

终检。

3.3机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定

零件材料为HT200，硬度170~220HBS，毛坯重量约1.12kg。

根据《机械加工工艺师手册》（以下简称《工艺手册》机械工业出版出版社、杨叔子主编）知生产类型为大批生产，采用金属模铸造毛坯。

根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：

1、毛坯余量及尺寸的确定

毛坯余量及尺寸的确定主要是为了设计毛坯图样，从而为工件毛坯的制造作准备，主要说明一下毛坯尺寸及相应公差的确定，以便毛坯制造者参考。

根据《金属机械加工工艺人员手册》（以下简称《工艺手册》上海科学技术出版社、赵如福主编），结合加工表面的精度要求和工厂实际，要合理地处理好毛坯余量同机械加工工序余量之间的不足。

.

（1）镗、刮φ55的叉口的上、下端面的加工余量及公差。

该端面的表面粗糙度为3.2，所以用镗床镗和刮。

查《工艺手册》中的表12-3成批和大量生产铸件的尺寸公差等级，查得铸件尺寸公等级CT分为5~7级，选用6级。

再查12-2查得加工余量为4.5mm。

表12-4至表12-5及工厂实际可得：

内孔2Z=4.5mm，公差值为T=1mm；侧面Z=3mm，公差值为T=1mm。

（2）加工45°斜面的上表面的加工余量及公差。

同上方法得：

2Z=4.5，公差值为1mm。

（3）铣40×16的槽的上表面的加工余量及公差。

同上方法得：

Z=3，公差值为1mm。

2、各加工表面的机械加工余量，工序尺寸及毛坏尺寸的确定

1、

顶端的加工余量

此面本不要求加工，但为了后面工序的方便加工和装夹的可靠，工件加工刚度等方面的要求，故将其加工后作为精基准。

由于采用金属模铸造，精度较高，取加工余量为2mm，一次走刀即可，故毛坯最终在

40方向长为82mm。

工序20、钻、扩、粗铰、精铰Φ25孔。

以Φ40外圆和其端面为基准，选用Z5120A立式钻床加专用夹具。

加工表面粗糙度为1.6，通过精铰金额以达到，其毛坯孔直径为

工序30、镗、刮

内圆与侧面

加工面表面粗糙度要求为3.2，内圆采用粗精镗，侧面采用镗床刮，能够达到要求。

各加工余量如下：

内孔直径铸造为50，总厚度为12。

工序40：

铣40×32的面及铣40×16的槽；

要求加工的槽粗糙度为3.2，深度为8mm,在毛坯加工时可以铸造时为实体。

且40

32平面粗糙度为3.2，取毛坯加工余量为3mm.

工序50.斜面为实体一同与毛坯铸造出来。

3.3确定切削用量及基本工时

工序10：

铣削

40凸台顶端，以

55孔的左端面为基准，采用铣床X5020A立式铣床加专用夹具；

1.加工条件

工件材料：

灰铸铁HT200

加工要求：

铣

40凸台的顶端，其表面粗糙度没有要求；只应为方便下道工序的正常进行而加工。

机床：

X5020AS立式铣床。

刀具：

高速钢整体铣刀

2.计算切削用量

①进给量

查《机械加工工艺手册》有:

刀具耐用度t=120min，进给量f=0.1mm;切削量

，切削速度=51.8m/min

故有：

主轴转速

查表取400r/min,其实际切削速度为：

=r/min

切削工时为：

切削力的计算：

=

=1552N

验证电动机功率：

电机选用的是3KW，故能够正常加工。

工序20、钻、扩、粗铰、精铰Φ25孔。

以Φ40外圆和其端面为基准，选用Z5120A立式钻床加专用夹具。

工步1钻Φ23的孔

①进给量

查《机械制造工艺与机床夹具课程设计指导》钻孔进给量f为0.39~0.47mm/r，由于零件在加工

23mm孔时属于低刚度零件，故进给量应乘系数0.75，则f=（0.39~0.47）×0.75=0.29~0.35mm/r，查表得出，现取f=0.25mm/r。

此工序采用Φ23的麻花钻。

所以进给量f=0.25mm/z

2钻削速度

切削速度：

根据手册表查得切削速度V=18m/min。

根据手册nw=300r/min,故切削速度为

3切削工时

l=23mm，l1=13.2mm.

查《工艺手册》切削工时计算公式：

工步2扩Ф24.8孔并倒角

1扩孔的进给量　

查《切削用量手册》表2.10规定,查得扩孔钻扩Φ24.8的孔时的进给量,并根据机床规格选取

F=0.3mm/z

②切削速度

扩孔钻扩孔的切削速度,根据《工艺手册》确定为

V=0.4V钻

其中V钻为用钻头钻同样尺寸的实心孔时的切削速度.故

V=0.4×21.67=8.668m/min

按机床选取nw=195r/min.

③切削工时

切削工时时切入L1=1.8mm,切出L2=1.5mm

工步3粗镗Ф24.94孔

1粗镗孔时的进给量

根据有关资料介绍,镗孔时的进给量和切削速度约为钻孔时的1/2~1/3,故

F=1/3f钻=1/3×0.3=0.1mm/r

V=1/3V钻=1/3×21.67=7.22m/min

②切削速度

按机床选取nw=195r/min,所以实际切削速度

③切削工时

切削工时,切入l2=0.14mm,切出l1=1.5mm.

工步4精镗Ф25孔

1精镗孔时的进给量

根据有关资料介绍,镗孔时的进给量和切削速度约为钻孔时的1/2~1/3,故

F=1/3f钻=1/3×0.3=0.1mm/r

V=1/3V钻=1/3×21.67=7.22m/min

②切削速度

按机床选取nw=195r/min,所以实际切削速度

③切削工时

切削工时,切入l2=0.06mm,切出l1=0mm.

工序30：

镗、刮

55内孔及其侧面凸台，以

凸台顶端定位加专用夹具采用T58立式镗床；

（1）、镗

内孔

进给量

采用镗床，进给量

=0.2mm/z（《机械加工工艺手册》。

铣削速度：

（m/min）

由《机械加工工艺手册》切削速度为0.3m/s，既是18m/min，

主轴转速：

查表取转速为：

118r/min

故实际切削速度为：

切削工时

查《工艺手册》，切削工时计算公式：

切削力的计算：

=1799N

电机功率的验证：

选用的电机是5.5kw,故满足加工要求。

工序40：

铣40×32的面及铣40×16的槽；

铣40×32的面：

1.工件材料：

HT200硬度170~220HBS

该端面的表面粗糙度为3.2，所以先粗铣再精铣。

查《机械加工余量手册》中的表成批和大量生产铸件的尺寸公差等级，查得铸件尺寸公等级CT分为7~9级，选用8级。

再查表查得加工余量为2.0mm。

由《工艺手册》表2.2-1至表2.2-4和《机械制造工艺与机床夹具》中表1-15及工厂实际可得：

Z=4.0mm，公差值为T=1.6mm。

2.机床：

X52K立式铣床，刀具选择高速钢镶齿三面铣刀，选择刀具直径dw=40mm齿数Z=6

3.背吃刀量ap

由于加工余量为2mm，小于6mm，故取ap=2mmae=34mm

4.切削速度；

确定vc=0.45m/s即27m/min每齿进给量为fe=0.20mm/z

由dw=40mm齿数为6

ns=1000v/

dw=1000x27/3.14x40=214.86r/min

查《机加工工艺手册》表3.1-74.取nw=235r/min

故实际切削速度为：

v=

dwnw/1000=

x40x235/1000=29.52m/min

当nw=235r/min时工作台每分钟的进给量fm应为

fm=fzznw=0.20x6x235=282mm/min

根据《机加工工艺手册》表3.1-75，选择fm=300mm/min

5.计算机动工时

查表得L1=8.7mmL2=2mmL=40mm可得出铣刀的行程为L1+L2+L=8.7+2+40=50.7mm

则机动工时为：

tm=L1+L2+L/fm=50.7/300=0.17（min）

铣40x16的槽

1.刀具选用：

高速钢立铣刀

2.切削速度

确定其为vc=0.42m/min即27m/min

每齿进给量fz=0.12mm/z

由dw=16mm齿数为3

ns=1000v/

dw=1000x27/

x16=537.42r/min

查《机加工工艺手册》表3.1-74.取nw=600r/min

故实际切削速度为：

v=лdwnw/1000=

x16x600/1000=30.14m/min

当nw=600r/min时工作台每分钟的进给量fm应为

fm=fzznw=0.12x3x600=216mm/min

根据《机加工工艺手册》表3.1-75，选择fm=235mm/min

3.计算机动工时

查表得L1=9.8mmL2=2mmL=40mm可得出铣刀的行程为L1+L2+L=9.8+2+40=51.8mm

则机动工时为：

tm=L1+L2+L/fm=51.8/235=0.22（min）

工序50;粗铣35×3的上端面

因为该面的粗糙度为6.3，所以粗铣一次即可。

参照《工艺手册》表2.3-9~表2.3-12确定工序尺寸及余量为：

查《工艺手册》表2.2-5，成批和大量生产铸件的尺寸公差等级，查得铸件尺寸公等级CT分为7~9级，选用8级。

MA为F。

公差值T=1.3mm

粗铣35×3的上端面2z=2.0

1进给量

采用端铣刀，齿数4，dw=32mm,每齿进给量

=0.15mm/z（《机械制造工艺与机床夹具课程设计指导》，吴拓、方琼珊主编）。

故进给量f=0.6mm

②铣削速度：

（m/min）（表9.4-8）

由《数控加工工艺》（田春霞主编）中第五章表5-6得切削速度为9~18m/min

根据实际情况查表得V=15m/min

③切削工时

切入l=3mm,行程l1=35。

查《工艺手册》P9-143表9.4-31，切削工时计算公式：

工序60：

切断φ55叉口。

1进给量

采用切断刀，齿数4，每齿进给量

=0.15mm/z（《机械制造工艺与机床夹具课程设计指导》（吴拓、方琼珊主编）。

故进给量f=0.6mm

②铣削速度：

（m/min）（表9.4-8）

由《数控加工工艺》（田春霞主编）中第五章表5-6得切削速度为9~18m/min

根据实际情况查表得V=15m/min

③切削工时

切出l=2mm，切出l1=2mm,行程量=75mm。

查《工艺手册》P9-143表9.4-31，切削工时计算公式：

工序70。

去毛刺。

工序80。

终检。

四、夹具设计

夹具是一种能够使工件按一定的技术要求准确定位和牢固夹紧的工艺装备，它广泛地运用于机械加工，检测和装配等整个工艺过程中。

在现代化的机械和仪器的制造业中，提高加工精度和生产率，降低制造成本，一直都是生产厂家所追求的目标。

正确地设计并合理的使用夹具，是保证加工质量和提高生产率，从而降低生产成本的重要技术环节之一。

同时也扩大各种机床使用范围必不可少重要手段。

（一）提出问题

（1）怎样限制零件的自由度；一面限制三个自由度、两个定位销限制两个自由度。

（2）怎样夹紧；凸轮偏心机构带动支撑钉加紧

（3）怎样使夹具使用合理，便于装卸。

（二）设计思想

设计必须保证零件的加工精度，保证夹具的操作方便，夹紧可靠，使用安全，有合理的装卸空间，还要注意机构密封和防尘作用，使设计的夹具完全符合要求。

本夹具主要用来对40x32的面和40x16的槽进行加工，这个面粗糙度Ra3.2，槽侧面粗糙度Ra3.2，粗铣，精铣以可满足其精度。

所以设计时要在满足精度的前提下提高劳动生产效率，降低劳动强度。

（三）夹具设计

1、定位分析

（1）定位基准的选择

据《夹具手册》知定位基准应尽可能与工序基准重合，在同一工件的各道工序中，应尽量采用同一定位基准进行加工。

故选φ25孔作为定位基准。

（2）定位误差的分析

定位元件尺寸及公差的确定。

夹具的定位元件为两定位销，通过φ55与φ25的孔定位，定位销的直径分别为22mm与55mm，因为该定位的定位基准为φ25孔的轴线，所以基准重合△B=0。

（3）切削力的计算：

铣40x32的面刀具：

镶齿三面铣刀，dw=40mm，Z=6

圆周力Fz=9.81x30ap1.0af0.65ae0.85zdw-0.83kfz（机加工工艺手册2.4—97）

其中ap=2mm，af=0.2mm，ae=34mm，z=6，dw=40mm，kfz=1.0

所以Fz=9.81x30x2x0.35x20.03x6x1.0/21.36=1159N

当用两把到铣削时F实=2Fz=2318N

水平分力：

F水平=0.9F实=2087N

垂直分力：

F垂直=0.7F实=1623N

在计算切削力时，必须把安全系数考虑在内，安全系数K=K1K2K3K4

；

其中K1为基本安全系数1.5

K2为加工性质系数1.1

K3为刀具钝化系数1.1

K4为断续切削系数1.1

所以F=KF水平=1.5x1.1x1.1x1.1x2087=4167N

铣40x16的槽刀具：

立铣刀，dw=16mm，Z=3

圆周力Fz=9.81x30ap1.0aF0.65ae0.83zdw-0.83kfz（机加工工艺手册2.4—98）

其中ap=3mm、af=0.12mm，ae=16mm，z=3，dw=16mm，kfz=1.0

所以Fz=9.81x30x3x0.25x9.99x3x1.0/9.99=663N

水平分力：

F水平=1.2Fz=795N

垂直分力：

F垂直=0.3Fz=199N

在计算切削力时，必须把安全系数考虑在内，安全系数K=K1K2K3K4

其中K1为基本安全系数1.5

K2为加工性质系数1.1

K3为刀具钝化系数1.1

K4为断续切削系数1.1

所以F=KF水平=1.5x1.1x1.1x1.1x795=1587N

毕业设计小结

通过这次毕业设计，我有了很大的收获学到了很多的东西本次毕业设计是我们学玩了大学的全部基础课，专业基础课后进行的这是我们即将离开学院走上工作岗位之前对所学各课进行的一次全面的、深入的、综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练，是我们在走上工作岗位之前一次极好的学习机会，因此它在望没的两年大学生活中占有积极重要的地位。

就我个人而言，我通过本次毕业设计对自己在大学中所学的知识进行一次良好的回顾，并在次基础上有所提高，对自己将来从事的工作进行一次适应性的训练，从而锻炼自己发现问题、思考问题解决问题的能力，并培养认真、严谨的专业精神，为以后参加国家的工业化建设打下一个良好的基础，为早日实现国家的大爷现代化贡献一份力量。

由于个人的能力有限，设计尚有诸多不足之处恳请老师大力支持，在次不胜感谢。

参考文献

1、杨叔子主编.机械加工工艺师手册.北京：

机械工业出版社，2001

2、李益民主编.机械制造工艺设计简明手册.北京：

机械工业出版社，1994

3、孙本绪、熊万武编.机械加工余量手册.北京：

国防工业出版社，1999

4、机床夹具设计手册.北京：

中国科学技术出版社

5、赵家齐主编.机械制造工艺学课程设计指导书.北京.机械工业出版社，2000

6、刘守勇主编.机械制造工业与机床夹具.北京：

机械工业出版社，2000

7、田春霞主编.数控加工工艺.北京：

机械工业出版社，2006

8、吴拓、方琼珊主编.机械制造工艺与机床夹具课程设计指导书.北京：

机械工业出版社，2005

9、黄云清主编.公差配合与测量技术.北京：

机械工业出版社，2001