机械制造工艺.docx
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机械制造工艺
一、零件的分析
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（+0.10—+0.16）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、零件材料：
由零件图知零件材料为HT200，抗拉强度和塑性低，但铸造性能和减震性能好，主要用来铸造汽车发动机汽缸、汽缸套、车床床身等承受压力及振动部件。
主要化学成分：
C:
3.1~3.5%，Si:
1.8~2.1%，Mn:
0.7~0.9%，P<0.15%，S≤0.12%
机械性能：
σb≥200Mpa
3、主要加工表面：
根据零件图可知，有机加工要求的都需要加工
（1）2×Ø13mm孔，表面粗糙度Ra12.5
（2）Ø20（+0.1——-0.06）mm的孔，表面粗糙度Ra12.5
（3）3mm轴向槽的加工，表面粗糙度Ra12.5
（4）下端面加工，保尺寸50，表面粗糙度Ra6.3
（5）上端面加工，保尺寸40，表面粗糙度Ra12.5
（6）左右两端面，表面粗糙度Ra1.6
（7）Ø20（+0.1——-0.06）mm孔的尺寸精度以及下端面0.05mm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。
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Ø20（+0.1——-0.06）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
4、零件的生产类型
大批量生产
5、零件的工艺分析
二、确定毛坯、绘制毛坯简图
1．选择毛坯
零件材料是HT200，零件年产量为大批量生产,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。
此外，为消除残余应力，铸造后安排人工时效处理
2.确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量
（1）公差等级由气门摇杆轴支座的功用和技术要求而定
（2）由零件图可知，该气门摇杆轴支座各加工表面的粗糙度Ra均大于等于1.6
根据上述因素，确定该锻件的尺寸公差和机械加工余量
参考文献
（1）；该种铸造公差等级为CT10~11级，加工余量等级MA为H级。
故取CT为10级，MA为H级。
参考文献
（1），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
40mm
H
4mm
单侧加工
下端面
50mm
H
3mm
单侧加工
左端面
35mm
H
3mm
单侧加工
右端面
35mm
H
3mm
单侧加工
参考文献
（1），铸件主要尺寸的公差，如表2
表2主要毛坯尺寸及公差
主要面尺寸
零件尺寸
总余量
毛坯尺寸
尺寸公差
下端面
50mm
—
50mm
4
下端面距上端面尺寸
78mm
3+4
85mm
2.8
下端面距Ø20的中心孔尺寸
60mm
3
63mm
2.8
绘制毛坯简图
三、工艺方案和内容的论证
1、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。
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形块定位方式（V形块采用联动夹紧机构夹紧）。
Ø20（+0.1——+0.06）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，选择零件的重要面上端面作粗基准。
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。
在钻、镗削Ø20（+0.1——+0.06）mm孔时可有两种夹紧方案：
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一面两销完全定位，这种方案适合于大批生产类型中。
方案二：
用V形块定位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限制5个自由度，再加底面限制1个自由度实现完全定位。
由于Ø13mm孔的表面精度不是很高，故用做定位销孔很难保证精度，所以选择方案二。
2、拟订工艺路线
工艺路线的拟订是制订工艺规程的总体布局，包括：
确定加工方法，划分加工阶段，决定工序的集中与分散，加工顺序的安排，以及安排热处理、检验及其他辅助工序（去毛刺、倒角等）。
它不但影响加工的质量和效率，而且影响到工人的劳动强度、设备投资、车间面积、生产成本等。
因此，拟订工艺路线是制订工艺规程的关键性一步，必须在充分调查研究的基础上，提出工艺方案，并加以分析比较，最终确定一个最经济合理的方案
3、零件表面加工方法的选择
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：
表2
加工表面
加工方案
上端面
精铣
下端面
粗铣
左端面
粗铣—精铣
右端面
粗铣—精铣
2×Ø13mm孔
钻孔
3mm轴向槽
精铣
Ø20（+0.1—-0.006）mm孔
钻孔—粗镗—精镗
4、工序的集中与分散
气门摇杆轴支座加工工序安排应注意两个影响精度的因素：
（1）气门摇杆轴支座的刚度比较低，在外力作用下容易变性；
（2）铸件切削时会产生较大的残余应力。
因此在气门摇杆轴支座加工工艺中，各主要表面的粗糙加工工序一定要分开，且采用大批生产，减少辅助时间，所以采用工序集中原则。
5、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。
因左右两端面均对Ø20（+0.1—+0.006）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，将粗铣上端面和钻两通孔放在前面，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Ø20（+0.1—+0.006）mm孔放后面加工。
初步拟订加工路线如下：
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
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 1×45 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
5.1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
5.2工艺路线方案
序号
工序内容
简要说明
01
02
03
04
05
06
07
08
09
10
铸造
时效
涂漆
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，孔口倒角1×45度
铣左端面
铣轴向槽
检验
入库
消除内应力
防止生锈
先加工粗基准面
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
6.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，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Ø80mm面铣刀，参考文献
（1）表7-88，通用夹具和游标卡尺。
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X6132，参考文献
（1）表6—21，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X6132,参考文献
（1）表6—21，专用夹具及游标卡尺。
钻2xØ13mm孔：
采用Z525，参考文献
（1）表6—26，通用夹具。
刀具为d为Ø13.0的直柄麻花钻，参考文献
（1）表7—111。
钻Ø18孔：
钻孔直行为Ø18mm，选择摇臂钻床Z525参考文献
（1）表6—26，采用锥柄麻花钻，通用夹具及量具。
镗Ø20（+0.1——+0.06）mm孔：
粗镗：
采用卧式镗床，选择功率为1.5KM的ITA20镗削头，参考文献
（1）。
选择镗通孔镗刀及镗杆，专用夹具，游标卡尺。
四、工序设计与计算
1．确定加工余量、工序尺寸和公差。
工序Ⅰ：
粗铣上端面，保证表面粗糙度要求Ra12.5um
经查参考文献
（1）表3—12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。
确定每齿进给量及铣削深度
取每齿进给量为fz＝0.2mm／z（粗铣）
铣削宽度a
=2.5mm，铣削深度a
=50mm
切削速度：
初步取主轴转速为150r／min（粗铣）
又前面已选定直径Ｄ为Ø80mm，故相应的切削速度分别为：
切削工时：
粗铣：
工序Ⅱ：
铣削底面
底面铣削余量为3mm，粗铣的铣削余量为2mm，精铣余量1mm，精铣后公差登记为IT7～IT8。
确定每齿进给量及铣削深度
取每齿进给量为fz＝0.2mm／z（粗铣）
取每齿进给量为fz＝0.05mm／z（精铣）（参考《切削手册》表3-3）
粗铣走刀一次ap＝2mm，精铣走刀一次ap＝1mm
切削速度：
初步取主轴转速为150r／min（粗铣），取精铣主轴的转速为300r／min。
又前面已选定直径Ｄ为Ø80mm，故相应的切削速度分别为：
符合要求。
切削工时：
粗铣：
精铣：
故：
基本时间
工序Ⅲ：
钻2×¢13两通孔
切削用量
刀具选择：
选择高速钢麻花钻，do=φ13mm，
查《切削手册》
，所以
，按钻头强度选择
按机床强度选择
，最终决定选择机床已有的进给量
经校验
校验成功。
钻头磨钝标准及寿命：
后刀面最大磨损限度（查《切削手册》）为0.5～0.8mm，寿命
。
切削速度，查《切削手册》：
修正系数
故
，查《切削手册》机床实际转速为
，故实际的切削速度
校验扭矩功率
所以
故满足条件，校验成立。
切削工时：
工序Ⅳ：
铣￠32mm圆拄的右端面
右端面铣削余量为3mm，粗铣的铣削余量为2mm，精铣余量1mm，精铣后公差登记为IT7～IT8。
确定每齿进给量及铣削深度
取每齿进给量为fz＝0.2mm／z（粗铣）
取每齿进给量为fz＝0.05mm／z（精铣）（参考《切削手册》表3-3）
粗铣走刀一次ap＝2mm，精铣走刀一次ap＝1mm
切削速度：
初步取主轴转速为150r／min（粗铣），取精铣主轴的转速为300r／min。
又前面已选定直径Ｄ为Ø80mm，故相应的切削速度分别为：
符合要求。
切削工时：
粗铣：
精铣：
故：
基本时间
工序Ⅴ：
钻通孔￠18mm
本工序为钻φ18mm通孔，采用锥柄麻花钻，直径d=18mm，使用切削液
确定进给量f
由于孔径和深度都很大，宜采用自动进给，fz=0.20mm/r。
选择钻头磨钝标准及耐用度
根据表5-130，钻头后刀面最大磨损量为0.8mm，耐用度T=50min。
确定切削速度V
由表5-132，σ=670MPa的HT200的加工性为5类，根据表5-127，进给量f=0.20mm/r，由表5-131，可查得V=17m/min，n=1082r/min。
根据Z3025立式钻床说明书选择主轴实际转速.
基本时间
工序Ⅵ：
镗孔￠20mm，孔口倒角1×45°
Ø18粗镗余量参考文献[1]表3-83取粗镗为1.8mm，精镗切削余量为0.2mm,铰孔后尺寸为20H8,
表2-3各工部余量和工序尺寸公差
加工表面
加工方法
余量
公差等级
工序尺寸及公差
Ø18
粗镗
1.8
____
ø19.8
Ø19.8
精镗
0.2
H8
20H8
孔轴线到底面位置尺寸为６0mm
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20.02±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。
确定每齿进给量及铣削深度
粗镗孔时因余量为1.8mm,故ap=1.8mm,
查文献［１］表２.4-8
取
取进给量为
转速：
n=1000V/πd=1000*24/（3.14*20）=380r/min
功率校验：
查文献的
CFz=180,
四、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。
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