课程设计说明书《气门摇臂》终稿.docx

1、课程设计说明书气门摇臂终稿摘要：摇臂是汽车发动机的配气机构的零件之一。配气机构分为气门组件和气门运动组件，而摇臂属气门运动组件。其作用是将凸轮轴和推杆传来的运动和作用力，改变方向，使给气门组件，使气门开启和关闭，进而受到很大的弯矩，因此应有足够的强度和刚度，并且质量要轻。摇臂是一个双臂杠杆，其中在12H7孔内安装一个铜衬套，在衬套内再安装一个摇臂轴作为支点，长短臂就绕着该支点摆动。两臂不等长，长短臂比值为1.82.2，这个比值称为摇臂的传动比。在摇臂的长端加工有螺纹孔，用来推动气门并安装调节螺钉以调节气门与气门座在冷车时的间隙。在摇臂的短端加工一个槽和一个孔，采用槽加销轴的结构与推杆相连。工作

2、时，凸轮轴通过挺柱（实际上是凸轮的滚子从动件）来推动推杆给摇臂一个使摇臂绕支点摆动，实现气门的开启和关闭。一台四缸冲程发动机需要摇臂8个。假设一个发动机厂一年生产发动机10万台，就需要摇臂80万个，因此摇臂这个零件属大批大量生产性质。摇臂的关键尺寸是20H7孔、8.8H7孔、M6螺纹孔及宽为11.5+0.1 0，底面为斜面的槽。目录一、设计的目的和要求 11.1设计目的 11.2设计内容 1二、气门摇臂的机械加工工艺规程设计 12.1气门摇臂机械加工工艺规程的制订 12.2零件的工艺分析及生产类型的确定 22.2.1零件的工艺分析 22.2.2确定零件的生产类型 22.3选择毛坯种类，绘制毛坯

3、图 32.3.1 选择毛坯种类 32.3.2确定毛坯尺寸及机械加工总余量 42.3.3 设计毛坯图 42.3.4 绘制毛坯图 52.4选择加工方法，制定工艺路线 52.4.1 定位基准的选择 52.4.2 零件的表面加工方法的选择 62.4.3加工阶段的划分 62.4.4工序的集中与分散 62.4.5工序顺序的安排 72.4.6 确定工艺路线 72.4.7 加工设备及工艺装备选择 82.4.8各工序加工余量的确定 92.4.9重要工序切削用量的确定 10三、 气门摇臂零件专用夹具的设计 113.1 确定夹具的结构方案 113.1.1确定定位方案，选择定位元件 113.1.3 确定夹紧机构 12

4、3.1.4 确定辅助定位装置 123.2设计夹具体 133.3 在夹具装配图上标注尺寸、配合及技术要求 13四、总结 14参考文献 15一、设计的目的和要求1.1设计目的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

5、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。1.2设计内容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，经分析本次设计的零件年产量为100000件，属大批量生产。其

6、次进行工艺分析，确定毛坯类型和制造方法，气门摇臂的材料为ZL105，拟采用以铸造的形式进行毛坯的制造，并确定零件的机械加工工艺路线，完成机械加工工序设计，进行必要的经济分析。最后，对某道加工工序进行夹具装配图及主要零件图的设计。二、气门摇臂的机械加工工艺规程设计2.1气门摇臂机械加工工艺规程的制订（1）根据零件图和产品装配图，对零件进行工艺分析在对气门摇臂进行工艺规程设计时，应掌握该零件在部件或总成中的位置、公用以及部件或总成对该零件提出的技术要求，明确零件的主要工作表面，以便在拟定工艺规程过程中采取措施予以保证掌握零件的结构形状、材料、硬度及热处理等情况，了解该零件的主要工艺特点，形成工艺规

7、程设计的总体构想。分析零件上有哪些表面需要加工，以及各加工表面的尺寸精度、形状精度、位置精度、表面粗糙度及热处理等方面的技术要求；明确哪些表面是主要加工表面，以便在选择表面加工方法及拟定工艺路线时重点考虑；对全部技术要求应进行归纳整理。（2）计算零件的生产纲领，确定生产类型根据零件图查表可知，气门摇臂为轻型零件，根据生产要求将确定该零件为大批量生产。（3）确定毛坯种类和制造方法机械加工中毛坯种类有很多种，如铸件、锻件、型材、挤压件、冲压件及焊接组合件等。根据气门摇臂零件图所选择的材料，气门摇臂轴支座零件加工工程中应达到的技术指标和加工特点，零件生产的经济性，如何选择合适的毛坯种类也是设计重点。

8、其次，如何选择毛坯制造方法也是设计中必不可少的环节，一般地，选择毛坯的制造方法应考虑一下几个方面因素：a、材料的工艺性能；b、毛坯尺寸、形状和精度要求；c、零件生产纲领；d、采用新型材料、新工艺、新技术的可能性。（4）确定毛坯尺寸和公差如何确定毛坯尺寸，也就是如何确定加工余量，对确保加工质量、提高生产率和降低成本都有重要的意义。余量不能确定过大或是过小，所以应当选择合适的方法来确定加工余量，保证零件加工各项尺寸及技术指标。同时，选择合适的尺寸公差对零件加工和零件生产的经济型也有很大的影响。（5）拟定工艺路线拟定工艺路线包括：定位基准的选择；各表面加工方法的确定；加工阶段的划分；工序集中程度的确

9、定；工序顺序的安排。这也将是气门摇臂轴支座机械加工工艺规程设计制定的重点（6）确定各个工序的加工余量，计算工序尺寸及公差（7）选择各个工序的机床设备及刀具、量具等工艺装备 （8）确定各个工序的切削用量和时间定额（9）编制工艺文件2.2零件的工艺分析及生产类型的确定2.2.1零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已经大致掌握。主要工艺状况如下叙述：零件的材料为ZL105,采用压铸工艺，铸造性能优良，其密度小，比强度大，耐蚀耐磨，切削性能好，但是体积收缩大其加工面主要集中在槽的加工和孔的

10、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：1）27外圆和20凸台的上下端面以及M6螺纹孔的上端面，根据零件的总体加工特性，27外圆的上下端面为整个机械加工过程中主要的基准面，粗糙度为1.6，因此在制定加工方案的时候应当首先将此面加工出来，其余端面粗糙度均为3.2；2）20H7和8.8H7的孔，根据零件的总体工艺需要，两孔为整个机械加工过程中主要的定位基准面，粗糙度为0.8，两孔孔距误差不大于0.01，因此在制定加工方案的时候应当注意其位置精度；3）宽度为11.5+0.1 0的槽，粗糙度为3.2，其具体尺寸见零件图，并且设计其工装。4）加工各孔的倒角均为145

11、。通过上面零件的分析可知，27外圆和20凸台的上下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27外圆和20凸台的上下端面并倒角，接着钻出19.9和8.6的通孔并铰孔，接着加工螺纹孔端面并钻孔攻丝倒角，然后再以这先加工出来的几个表面

12、为基准定位，加工槽，最后去毛刺。2.2.2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：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。 根据本零件的设计要求，Q=100000台，m=8件/台，分别取备品

13、率和废品率3%和0.5%，将数据代入生产纲领计算公式得出N=828120件/年，零件质量为0.1kg，根据机械制造技术基础课程设计指导教程3表1-3，表1-4可知该零件为轻型零件，本设计零件气门摇臂的生产类型为大批量生产。2.3选择毛坯种类，绘制毛坯图2.3.1 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，同一种毛坯又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

14、。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

15、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ZL105，首先分析铸铝材料的性能，铸铝是一种密度小，塑性高的材料，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

16、，可选择压铸的铸造方法，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压铸的方法获得。2.3.2确定毛坯尺寸及机械加工总余量零件的轮廓尺寸根据零件图计算查阅机械制造技术基础课程设计指导教程3表2-1 按铸造方法为压铸机造型，零件材料为灰铸铁，查得铸件公差等级为CT4-CT6，取铸件公差等级为CT5。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3表2-3 ，按前面已经确定的铸件公差等级CT5差得相应的铸件尺寸公差。查阅机械制造技术基础课程设计指导教程3表2-5 按铸造方法为压铸造造型，材料为铸铝，查得铸件所要求的机械加工余量等级为B-D,将要求的机械加工余

17、量等级确定为D，再根据铸件的最大轮廓尺寸查阅机械制造工艺设计简明手册13表2.2-4 要求的铸件机械加工余量。由于所查得的机械加工余量适用于机械加工表面，的加工表面，机械加工余量要适当放大。分析本零件，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2.3.2 毛坯尺寸及机械加工总余量表加工表面基本尺寸铸件尺寸公差机械加工总余量铸件尺寸20孔的上下端面2

18、7mm0.624310.318.8的孔上下端面24mm0.624280.31螺纹孔端面14mm0.62 2160.312.3.3 设计毛坯图（1）确定铸造斜度 根据机械制造工艺设计简明手册13表2.2-6 本零件毛坯压铸斜度为1530。（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。2.3.4 绘制毛坯图图2.3.4 气门摇臂毛坯图2.4选择加工方法，制定工艺路线2.4.1 定位基准的选择定位基准的选择在工艺规程

19、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，用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。1）粗基准的选择原则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。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

20、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

21、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、孔均为零件设计基准，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准），工序将安排这两个孔在前面进行，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孔下底面作为精基准，在该零件需要加工的表面中，应选毛坯面为粗基准。2.4.2 零件的表面加工方法的选择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手册13表1.4-7，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：表2.4.2 气门摇臂各加工表面方案需加工表面尺寸

22、精度等级表面粗糙度Ra/加工方案20孔的上下端面IT81.6粗铣半精铣8.8的孔上下端面IT113.2粗铣半精铣螺纹孔端面IT81.6粗铣半精铣20孔H73.2钻粗铰精铰8.8的孔H712.5钻粗铰精铰M6螺纹孔IT14钻攻丝宽11.5的槽IT113.2铣2.4.3加工阶段的划分本零件气门摇臂加工质量要求较高，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，也就是先将两孔端面加工出来，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；然后粗加工20和8.8的孔，在半精加工阶段，钻粗铰精铰出两孔。2.4.4工序的集中与分散本零件采用工序分散原则安排零件的

23、加工工序。本零件气门摇臂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；而且运用工序分散原则使加工效率提高。2.4.5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出两孔端面。（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。（3）遵循“先主后次”原则，先加工主要表面和两孔前后端面，再加工螺纹和槽。（4）遵循“先面后孔”原则，先加工两孔上下端面，再钻孔。 2热处理工序机械加工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，

24、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洗工序，并对清洗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。2.4.6 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，确定了该气门摇臂零件的工艺路线如下：工序5：铸造；工序10：以毛坯定位，铣20孔两端面； 工序15：以毛坯定位，铣8.8孔两端面； 工序20：以加工后的20孔下端面定位，采用浮动支撑，扩19.7通孔；工序25：以加工后的20孔下端面定位，采用浮动支撑，打小孔端面中心孔；工序30：以加工后的20孔下端面定位，采用浮动支撑，在小

25、孔端面加工8.5的孔；工序35：以加工后的20孔下端面定位，采用浮动支撑，在小孔端面将8.5的孔铰至8.7；工序40：以加工后的20孔下端面定位，采用浮动支撑，在大孔端面将19.7的孔铰至19.9；工序45：以加工后的20孔下端面定位，采用浮动支撑，在大孔端面将19.9的孔铰至20；工序50：两孔端面的倒角；工序55：采用专用夹具，以加工的20孔定位，旋转一定角度，使螺纹孔端面水平，铣平面；工序60：采用专用夹具，以加工的20孔定位，旋转一定角度，使螺纹孔端面水平，加工5.1的螺纹预孔；工序65：采用专用夹具，以加工的20孔定位，旋转一定角度，使螺纹孔端面水平，加工M6的螺纹；工序70：M6孔

26、两端倒角工序75：采用专用夹具，以底面，20和8.8的两孔定位，加以浮动支撑，用死点加紧机构夹紧，加工宽11.5的槽；工序80：以加工后的20孔下端面定位，采用浮动支撑，在大孔端面将8.7的孔铰至8.8；工序85：钳工去毛刺。2.4.7 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

27、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。查机械制造工艺设计简明手册13所选择的加工工艺装备如下表所示：表4.7气门摇臂加工工艺装备选用工序号机床设备刀具量具工序10 铣 卧式铣床组合刀具游标卡尺工序15 铣卧式铣床组合

28、刀具游标卡尺工序20 钻数控铣床直柄麻花钻19.7卡尺、塞规工序25 钻数控铣床直柄麻花钻2游标卡尺工序30 钻数控铣床直柄麻花钻8.5游标卡尺工序35 铰数控铣床机用铰刀8.7内径千分尺，塞规工序40 铰数控铣床机用铰刀19.9内径千分尺，塞规工序45 铰数控铣床机用铰刀20内径千分尺塞规工序55 铣数控铣床端铣刀游标卡尺工序60 钻数控铣床麻花钻5.1游标卡尺、塞规工序65 攻丝数控铣床M6的丝锥螺纹塞规工序75 铣立式铣床三面刃铣刀专用塞规2.4.8各工序加工余量的确定查机械制造技术基础课程设计指导教程3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

29、工序间加工余量如下表：表2.4.8 机械加工工序间加工余量表工序号工步号工步内容加工余量/mm工序051粗铣20上下端面32半精铣20上下端面1工序101粗铣8.8上下端面32半精铣8.8上下端面1工序151扩16的孔至19.73.7工序201钻中心孔2工序251钻8.5的通孔8.5工序301粗铰至8.70.2工序351粗铰至19.90.2工序401精铰至200.1工序501铣螺纹孔面2工序551钻M6的螺纹预孔4.9工序601攻M6的螺纹1.1工序701铣槽11.5工序751精铰8.7至8.80.12.4.9重要工序切削用量的确定工序75 粗铣槽（1） 切削深度。（2） 进给量的确定 此工序

30、选择YT15硬质合金可转位三面刃圆盘铣刀，查表选择刀具的具体参数如下：D=100mm，齿数z=8，根据所选择的X5032立式铣床，功率为9.09KW,查机械制造技术基础课程设计指南2表5-146，得 取fz=0.09mm/z， mm/r。（3） 切削速度的确定 根据所知的工件材料为ZL105,根据机械加工工艺师手册10表30-23，选择切削速度=134m/min。计算主轴转速，查机械制造基础课程设计基础教程3表4-18得n=510r/min，然后计算实际（4）基本时间的确定 铣削常用符号如下：z铣刀齿数铣刀每齿的进给量，mm/z工作台的水平进给量，mm/min工作台的进给量，mm/min， 铣削宽度，mm铣削深度，mmd铣刀直径，mmI进给次