气门摇臂轴支座的机械加工工艺及夹具设计.docx
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气门摇臂轴支座的机械加工工艺及夹具设计
气门摇臂轴支座的机械加工工艺及夹具设计
1绪论
11.1本设计的内容及意义1
2气门摇臂轴支座的机械加工工艺规程设计2
2.1.零件的工艺分析及生产类型的确定
22.2选择毛坯种类确定加工余量4
2.3绘制毛坯图6
2.4选择加工方法，制定工艺路线73
专用夹具的设计28
3.1确定夹具的结构方案28
3.2设计夹具体294
总结295
参考文献30
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气门摇臂轴支座的机械加工工艺及夹具设计
1绪论
L1本设计的内容及意义
本次设计是在我们学完了大学的全部基础课，技术基础课以及专业课之后而进行。
此次的设计是对大学期间所学各课程及相关的应用绘图软件的一次深入的综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练。
其目的在于：
1（巩固我们在大学里所学的知识，也是对以前所学知识的综合性的检验；
2（加强我们查阅资料的能力，熟悉有关资料；
3（树立正确的设计思想，掌握设计方法，培养我们的实际工作能力；
4（通过对气门摇臂轴支座的机械制造工艺设计，使我们在机械制造工艺规程设
计，工艺方案论证，机械加工余量计算，工艺尺寸的确定，编写技术文件及查阅技术文献等各个方面受到一次综合性的训练。
初步具备设计一个中等复杂程度零件的工艺规程的能力。
5.能根据被加工零件的技术要求，运用夹具设计的基本原理和方法，学会拟定夹具设计方案，完成夹具结构设计，初步具备设计出高效，省力，经济合理并能保证加工质量的专用夹具的能力。
6（通过零件图，装配图绘制，使我们对于AutoCAD绘图软件的使用能得到进一步的提高。
本次设计的主要内容为:
首先运用AutoCAD软件绘制气门摇臂轴支座的二维零件图，然后根据图纸的技术要求等确定生产类型。
最后，对某道加工工序进行夹具装配图及主要零件图的设十。
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2气门摇臂轴支座的机械加工工艺规程设计
2.1.零件的工艺分析及生产类型的确定
2.1.1零件的作用
本设计所设计的零件是1105柴油机中摇臂结合部的气门摇臂轴支座，它是柴油机上气门控制系统的一个重要零件。
直径为18mm的孔用来装配摇臂轴，轴的两端各安装一进、排气气门摇臂。
直径为16mm的孔内装一个减压轴，用于降低汽缸内压力，便于启动柴油机。
两孔间距56mm,可以保证减压轴在摇臂上打开气门，实现减压。
两孔要求的表面粗糙度和位置精度较高，工作时会和轴相配合匚作，起
技术要求
1.未注明匠角均为R3；
2、去锐边毛刺镣边；
3.材料为；用2coi
1、时效分理HBS187-22。
J--T刃丽
图2.1气门摇臂轴支座零件图
2.1.2零件的工艺分析
通过对气门摇臂轴支座零件图的重新绘制，知原图样的视图正确、完整，尺
寸、公差以及技术要求齐全。
通过对零件图的详细审阅，该零件的基本工艺状况
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已经大致掌握。
主要工艺状况如下叙述：
零件的材料为HT200,灰铸铁的生产工艺简单，铸造性能优良，但是塑性较
差、脆性较高、不适合磨削，而且加工面主要集中在平面加工和孔的加工。
根据对
零件图的分析，该零件需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求如下：
外圆的上端面以及与此孔相通的通孔，粗糙度均为12.5;1.,22,11
2.36mm下端面，根据零件的总体加工特性，366mm为整个机械加工过程中主
要的基准面，粗糙度为12.5,因此在制定加工方案的时候应当首先将此面加工出
来；
3.外圆的前后端面，粗糙度为12.5;前后端面倒的角，粗糙度为
12.51,281,45
以及的通孔，在这里由于通孔所要求的精度较高，因此该孔的的加工是
一,18,18
个难点，其所要求的表面粗糙度为1.6,且该孔的轴线与36mm下端面的平行度为0.05,且该孔的轴线圆跳动公差为0.1需要选择适当的加工方法来达到此孔加工的技术要求。
4.的前后端面，粗糙度为2.5;前后端面倒的角，粗糙度为12.5;以,261,45
及的通孔，的通孔同样也是本零件加工一个比较重要的部分，观察零件
图,16,16
就可以知道，的孔要求的表面粗糙度和位置精度和的通孔一样都是比较
高，16,18
的，的通孔表面粗糙度为1.6,孔的轴线与36mm的地面的平行度为0.05;,16
通过上面零件的分析可知，36mm下端面和,22上端面的表面粗糙度要求都不是很高，因此都不需要精加工来达到要求，而且这两个面也是整个加工工程中主要的定位基准面，因此可以粗加工或者半精加工出这两个面而达到精度要求，再以此作为基准采用专用夹具来对其他表面进行加工，并且能够更好的保证其他表面的位置精度要求。
总的看来，该零件并没有复杂的加工曲面，属于较为简单的零件，所以根据各加工表面的技术要求采用常规的加工工艺均可保证，简单的工艺路线安排如下:
将零件定位夹紧，加工出36mm下端面以及,22上端面，并钻出，11的通孔，然后再以这先加工出来的几个表面为基准定位，加工出，28和,26的
18和，16外圆端面，并钻出这两个精度要求比较高的空，最后翻转零件，深
孔加
3工出的斜油孔。
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2.1.3确定零件的生产类型
零件的生产类型是指企业（或车间、工段、班组、工作地等）生产专业化程度的分类，它对工艺规程的制订具有决定性的影响。
生产类型一般可分为大量生产、成批生产和单件生产三种类型，不同的生产类型由着完全不同的工艺特征。
零件的生产类型是按零件的年生产纲领和产品特征来确定的。
生产纲领是指企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划。
年生产纲领是包括备品和废品在内的某产品年产量。
零件的生产纲领N可按下式计算：
NQmab,,,（1%）（1%）
式中N一一零件的生产纲领
Q一一产品的年产量（台、辆/年）
m--一每台（辆）产品中该零件的数量（件/台、辆）
%a备品率，一般取2%~4%
%--b废品率，一般取0.396-0.7%
根据上式就可以计算求得出零件的年生产纲领，再通过查表，就能确定该零件的生产类型。
而本次零件气门摇臂轴支座的的生产类型为大批量生产。
2.2选择毛坯种类确定加工余量
选择毛坯种类
机械加工中毛坯的种类有很多种，如铸件、锻件、型材、挤压件、冲压件、焊接组合件等，同一种毛坯乂可能有不同的制造方法。
为了提高毛坯的制造质量，可以减少机械加工劳动量，降低机械加工成本，但往往会增加毛坯的制造成本。
选择毛坯的制造方法一般应当考虑一下几个因素。
（1）.材料的工艺性能
材料的工艺性能在很大程度上决定毛坯的种类和制造方法。
例如，铸铁，铸造青铜等脆性材料不能锻造和冲压，由于焊接性能差，也不宜用焊接方法制造组合毛坯，而只能用铸造。
低碳钢的铸造性能差，很少用于铸造;但由于可锻性能，可焊接性能好，低碳钢广泛用于制造锻件、型材、冲压件等。
（2）.毛坯的尺寸、形状和精度要求
毛坯的尺寸大小和形状复杂程度也是选择毛坯的重要依据。
直径相差不大的阶梯轴宜采用棒料;直径相差较大的宜采用锻件。
尺寸很大的毛坯，通常不采
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用模锻或压铸、特种铸造方法制造，而适宜采用自由锻造或是砂型铸造。
形状复杂的毛坯，不宜采用型材或自由锻件，可采用铸件、模锻件、冲压件或组合毛坯。
（3）.零件的生产纲领
选择毛坯的制造方法，只有与零件的生产纲领相适应，才能获得最佳的经济效益。
生产纲领大时宜采用高精度和高生产率的毛坯制造方法，如模锻及熔模铸造等;生产纲领小时，宜采用设备投资少的毛坯制造方法，如木模砂型铸造及自由锻造。
根据上述内容的几个方面来分析本零件，零件材料为HT200,首先分析灰铸铁材料的性能，灰铸铁是一种脆性较高，硬度较低的材料，因此其铸造性能好，切削加工性能优越，故本零件毛坯可选择铸造的方法;其次，观察零件图知，本设计零件尺寸并不大，而且其形状也不复杂，属于简单零件，除了几个需要加工的表面以外，零件的其他表面粗糙度都是以不去除材料的方法获得，若要使其他不进行加工的表面达到较为理想的表面精度，可选择砂型铸造方法;再者，前面已经确定零件的生产类型为大批量生产，可选择砂型铸造机器造型的铸造方法，较大的生产批量可以分散单件的铸造费用。
因此，综上所述，本零件的毛坯种类以砂型铸造机器造型的方法获得。
确定毛坯尺寸及机械加工总余量
根据零件图计算零件的轮廓尺寸为长83mm,宽37mm,高62mm。
查阅《机械制造
[3]技术基础课程设计指导教程》表2-1按铸造方法为砂型铸造机器造型，零件材料为灰铸铁，查得铸件公差等级为CT8-CT12,取铸件公差等级为CT10。
[3]再根据毛坯铸件基本尺寸查阅《机械制造技术基础课程设计指导教程》表2-3,按前面已经确定的铸件公差等级CT10差得相应的铸件尺寸公差。
[3]查阅《机械制造技术基础课程设计指导教程》表2-5按铸造方法为砂型铸造机器造型，材料为灰铸铁，查得铸件所要求的机械加工余量等级为E-G,将要求的机械加工余量等级确定为G,再根据铸件的最大轮廓尺寸查阅《机械制造工艺设计
[13]简明手册》表2.2-4要求的铸件机械加工余量。
Ram,1.6,Ram,1.6,由于所查得的机械加工余量适用于机械加工表面，的加
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工表面，机械加工余量要适当放大。
分析本零件，除了的外，，18和，16Ram,1.6,没有一个加工表面的表面粗糙度是小于1.6的，也就是所有的加工
表面
因此一般情况下这些表面的毛坯尺寸只需将零件的尺寸加上所查得Ram,1.6,
的余量值即可，但是由于大部分表面加工都需经过粗加工和半精加工，因此余量将要放大，这里为了机械加工过程的方便，除了孔以外的加工表面，将总的加工余量统一为一个值。
如下表：
表2.1毛坯尺寸及机械加工总余量表
加工基本铸件尺寸机械加工总余铸件
表面尺寸公差量尺寸
39mm2.64471.3,上端面，22
39mm471.3,下端面2.6436mm
37mm2.64451.3,前端面,28
37mm451.3,2.64后端面，28
16mm241.1,2.24,26前端面
16mm241.1,2.24后端面，26
2.3绘制毛坯图
13]]
（1）确定铸造斜度根据《机械制造工艺设计简明手册》表2.2-6本零件毛
00坯砂型铸造斜度为，。
35
（2）确定分型面由于毛坯形状对称，且最大截面在中间截面，为了起模以及
便于发现上下模在铸造过程中的错移，所以选择前后对称中截面为分型
面。
（3）毛坯的热处理方式为了去除内应力，改善切削性能，在铸件取出后进行
机械加工前应当做时效处理。
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图2.2气门摇臂轴支座毛坯图
14]选择加工方法，制定工艺路线
2.3.1定位基准的选择
定位基准的选择在工艺规程制定中直接影响到工序数目，各表面加工顺序，夹具结构及零件的精度。
定位基准分为粗基准和精基准，川毛坯上未经加工的表面作为定位基准成为粗基准，使用经过加工表面作为定位基准称为精基准。
在制定工艺规程时，先进行精基准的选择，保证各加工表面按图纸加工出来，再考虑用什么样的粗基准来加工精基准。
粗基准的选择原则1.
为保证加工表面与不加工表面之间的位置精度，则应以不加工表面为粗基准。
若工件上有很多歌不加工表面，应选其中与加工表面位置精度要求较高的表面为粗基准。
为保证工件某重要表面的余量均匀，应选重要表面为粗基准。
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应尽量选光滑平整，无飞边，浇口，冒口或其他缺陷的表面为粗基准，以便定位准确，夹紧可靠。
粗基准一般只在头道工序中使用一次，应精良避免重复使用。
2.精基准的选择原则
“基准重合”原则应尽量选择加工表面的设计基准为定位基准，避免基准不重合引起的定位误差。
“基准统一”原则尽可能在多数工序中采用同一组精基准定位，以保证各表面的位置精度，避免因基准变换产生的误差，简化夹具设计与制造。
“自为基准“原则某些精加工和光整加工工序要求加工余量小而均匀，应选该加工表面本身为精基准，该表面与其他表面之间的位置精度由先行工序保证。
”互为基准“原则当两个表面相互位置精度及尺寸、形状精度都要求较高时，可采用“互为基准”方法，反复加工。
所选的精基准应能保证定位准确、夹紧可靠、夹具简单、操作方便。
根据上述定位基准的选择原则，分析本零件，根据气门摇臂轴支座零件图，本零件时带有孔的形状比较简单的零件，孔、孔以及孔均为零件设计基准，，18,16,11
均可选为定位基准，而且孔和孔设计精度较高（亦是装配基准和测量基，18,16准），工序将安排这两个孔在最后进行，为遵循“基准重合”原则，因此选择先进行加工的孔和加工后的36mm下底面作为精基准，在该零件需要加工的表面,11
中，由于外圆面上有分型面，表面不平整有飞边等缺陷，定位不可靠，应选,28外圆端面及未加工的36mm下端面为粗基准。
零件的表面加工方法的选择2.3.2
根据本零件图上所标注的各加工表面的技术要求，查《机械制造工艺设计简明
[13]手册》表L4-7,表1.4-8,通过对各加工表面所对应的各个加工方案的
比较，最后确定本零件各加工表面的加工方法如下表：
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表2.2气门摇臂轴支座各加工表面方案
表面粗糙度
需加工表面尺寸精度等级加工方案,mRa/
上端面,22,ml2.5IT14粗铳
m6.336mm下端面IT12粗铳？
半精铳
m前端面3.2,28IT11粗铳？
半精铳
后端面，28,m3.2IT11粗铳?
半精铳
前端面,26,ml2.5IT14粗铳
后端面,26,ml2.5IT14粗铳
通孔,U,ml2.5IT14钻
0.027,18通孔，m1.6IT8钻？
粗钱?
精钱0
0.11,16通孔，ml.6IT8钻?
粗山?
精在0
0,m12.5偏内孔,310IT14钻
2.3.3加工阶段的划分
本零件气门摇臂轴支座加工质量要求较高，可将加工阶段分为粗加工，半精加工几个阶段。
在粗加工阶段，首先将精基准备好，也就是先将36mm下端面和通孔加工出，11来，使后续的工序都可以采用精基准定位加工，保证其他加工表面的精度要求;然后粗铳粗基准上端面、外圆前后端面、外圆前后端面，在半精加工,22,28,26
0.027,18阶段，完成对外圆前后端面的半精铳，钻?
扩?
粗钱?
精钱出通孔
和，280
0.110,16通孔，并钻出，3偏内孔。
100
2.3.4工序的集中与分散
本零件采用工序集中原则安排零件的加工工序。
本零件气门摇臂轴支座的生产
类型为大批量生产，可以采用各种机床配以专用工具、夹具、以提高生产率;而
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且运用工序集中原则使工件的装夹次数少，不但可缩短辅助时间，而且由于在一次装夹中加工了许多表面，有利于保证各加工表面之间的相对位置精度要求。
2.3.5工序顺序的安排
1.机械加工顺序
（1）遵循“先基准后其他”原则，首先加工精基准，即在前面加工阶段先加工
36mm下端面以及通孔。
，11
（2）遵循“先粗后精”原则，先安排粗加工工序，后安排精加工工序。
0.11,16（3）遵循“先主后次”原则，先加工主要表面和外圆前后端
面，，28,260
0.0270,18通孔，通孔，后加工次要表面偏内孔。
3100
（4）遵循“先面后孔”原则，先加工36mm下端面，上端面，后加工通孔;先加
22,,11
0.11,0.027,16,18工和外圆前后端面,后加工通孔,通孔。
28,2600
2（热处理工序
机械加_E前对铸件毛坯进行时效处理，时效处理硬度HBS187-220,时效处理的主要目的是消除铸件的内应力，稳定组织和尺寸，改善机械性能，这样可以提高毛坯进行加工的切削性能。
3.辅助工序
毛坯铸造成型后，应当对铸件毛坯安排清砂工序，并对清砂后的铸件进行一次尺寸检验，然后再进行机械加工，在对本零件的所有加工工序完成之后，安排去毛刺、清洗、终检工序。
2.3.6确定工艺路线
在综合考虑上述工序的顺序安排原则基础上，确定了该气门摇臂轴支座零件的工艺路线如下：
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气门摇臂轴支座的机械加工工艺及夹具设计
图2.3定位面，加工面代号指示图工序？
:
铸造;
工序？
:
清砂,检验；
工序？
：
时效处理HBS187-220
工序？
：
以36mm下底面C以及外圆端面G或F定位，粗铳上端面A;,28,22工
序？
：
以粗铳后的上端面A以及外圆端面G或F定位，粗铳36mm下底,22,28
面C;半精铳36mmF底面C;
工序？
：
以加工后的36mm下端面C,36mm底座左端面B以及28端面G或F定
位，，
钻通孔；，11
工序？
：
以加工后的内孔表面H,以加工后的36mm下端面C以及28后端面G,11,定位，粗铳28前端面F,粗铳26前端面I,半精铳28前端面F;,,,
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工序？
：
以加工后的内孔表面H,以加工后的36mm卜端而C以及前端面,28,11
定位F,粗铳后端面J,粗铳后端面G,半精铳后端面G;,26,28,28工序？
：
以
加工后的内孔表面H,以加工后的36mm下端面V,端面G或F,28,11
0.027,18定位，钻?
扩?
粗钱?
精钱通孔，并倒角；0
内孔表面G,以加工后的36mm卜端面C,端面G或F工序？
:
以加工后的,28,11
0.11,16定位，钻?
扩?
粗较?
精较通孔,并倒角；0
00工序？
：
以上端面A偏以及端面G或F定位，钻偏内孔；，2210,28,310工序？
:
钳工去毛刺，清洗；
工序?
？
:
终检。
2.3.7加工设备及工艺装备选择
机床及工艺装备的选择是制定工艺规程的一项重要工作，它不但直接影响工件的加工质量，而且还影响工件的加工效率和制造成本。
1.机床的选择原则
机床的加工尺寸范围应与零件的外廓尺寸相适应；
机床的精度应与工序要求的精度相适应；
机床的功率应与工序要求的功率相适应；
机床的生产率应与工件的生产类型相适应；
还应与现有的设备条件相适应。
2.夹具的选择
本零件的生产类型为大批量生产，为提高生产效率，所用的夹具应为专用夹具。
3.刀具的选择
刀具的选择主要取决于工序所采用的加工方法、加工表面的尺寸、工件材料、所要求的精度以及表面粗糙度、生产率及经济性等。
在选择时应尽可能采用标准刀具，必要时可采用符合刀具和其他专用刀具。
4.量具的选择
量具主要根据生产类型和所检验的精度来选择。
在单件小批量生产中应采用通用量具，在大批量生产中则采用各种量规和一些高生产率的专用量具。
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气门摇臂轴支座的机械加工工艺及夹具设计
[13]查《机械制造工艺设计简明手册》所选择的加工工艺装备如下表所示：
表
2.3气门摇臂轴支座加工工艺装备选用
工序号机床设备刀具量具工序？
铸游标卡尺工序？
检（免填）游标卡尺工序？
热处理游标卡尺
X5325B工序？
铳硬质合金端铳刀游标卡尺
X5325B工序？
铳硬质合金端铳刀游标卡尺
直柄麻花钻11,Z3O32*1O/1工序？
钻卡尺、塞规
X5325B工序？
铳硬质合金端铳刀游标卡尺
X5325B工序？
铳硬质合金端铳刀游标卡尺
麻花钻、扩钻、机
Z3032*10/l工序？
钻内径千分尺，塞规
用较刀
麻花钻、扩钻、机
Z3032*10/l工序？
钻内径千分尺，塞规
用较刀
直柄麻花钻，3Z3032*10/l工序？
钻塞规
内径千分尺、游标
工序?
？
检
卡尺、塞规2.3.8工序间加工余量的确定
[3]查《机械制造技术基础课程设计指导教程》表2-28,表2-35,并综合对毛坯尺寸以及已经确定的机械加工工艺路线的分析，确定各工序间加工余量如下表:
表2.4机械加工工序间加工余量表
工步
工序号工步内容加工余量/mm
号
粗铳,22上端面A工序？
14
1粗铳36mm下底面C3工序？
2半精铳36mm下底面C1
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通孔钻，11工序？
111
粗铳前端面F,2813
粗铳前端面I,26工序？
24
半精铳前端面F,2831
粗铳后端面J,2614
粗铳后端面G28,工序？
23
半精铳后端面G,2831
117钻的通孔，17
20.85扩孔至,17.85
工序？
30.09粗较至，17.94
40.06精较至，189H
115钻通孔，15
20.85扩孔至,15.85
工序？
30.10粗较至，15.95
40.05精较至,169H
0工序？
13钻偏内孔，310
2.3.9切削用量以及基本时间定额的确定
工序？
粗铳上端面A,22
（1）切削深度。
amm,4p
（2）进给量的确定此工序选择YG6硬质合金端铳刀，查表选择硬质合金端铳
DL刀的具体参数如下：
D=80mm,=70mm,d=27mm,L=36mm,=30mm,11
齿数z=10,根据所选择的X61卧式铳床功率为4KW,查《机械制造技术基
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气门摇臂轴支座的机械加工工艺及夹具设计
[2]fmmz,,0.200.09/础课程设计指南》表5-146,得取fz=0.20mm/rz
ofmmr,,,0.20102/
（3）切削速度的确定根据所知的J2件材料为HT200,硬度HBS187-220,根据
《机
[10[v械加工工艺师手册》表30-23,选择切削速度二65m/niin。
c
651000,计算主轴转速，查《机械制造基础课程设计基础
nr,,258/min3.1480,
,2553.1480[3]教程》表4-18得11=255”11）回,然后计算实际
vm,,64/mincl000（4）基本时间的确定
铳削常用符号如下：
z——铳刀齿数
f铳刀每齿的进给量，mm/zz
f工作台的水平进给量，mm/minMz
fffnz,工作台的进给量，mm/min,MMz
a铳削宽度，mme
a铳削深度，mmp
d——铳刀直径，mm
[2]查《机械制造技术基础课程设计指南》表2-28得此工序机动时间计算公式:
111,,12T,jfMz
根据铳床的数据，主轴转速n=255r/min,工作台进给量
fznmm,,,,，,0.210255510/minf=ozM
f根据机床说明书取二480mm/min;切削加工面L=22nlmM
根据《机械加工工艺师手册》，表30-9查得=7,12
111,,2912T,,,0.06minojf480Mz
工序？
加工36mm下端面
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1.工步一粗铳36mm下底面C
amm,
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