气门摇杆支座机械制造专业课程设计项目说明指导书.docx

机械制造课程设计任务书
题目：设计气门摇杆轴支座零件机械加工工艺规程及专用夹具
内容：（1）零件一毛坯合图 1张
（2）机械加工工艺规程卡片 12张
（3）夹具装配总图 1张
（4）夹具零件图 一张
（5）课程设计说明书 一份
原始资料：该零件图样一张；生产纲领6000件/年。

班级：
学生：
指导老师：
时间： 年 月 日

目录

第一部分：

设计目标………………………………………………… 1

第二部分：设计步骤
一、零件作用………………………………………… 1

二、确定毛坯，画毛坯——零件合图……………… 2

三、工艺规程设计…………………………………… 3

四、加工工序设计…………………………………… 8

五、时间定额计算……………………………………… 10

六、夹具设计………………………………………… 12

设计目标：
机械制造课程设计是在学完了机械制造(含机床夹具设计)和大部分专业课，并进行了生产实习基础上进行一个教学步骤。这次设计使我们能综合利用机械制造工艺学中基础理论，并结合生产实习中学到实践知识，独立地分析和处理工艺问题。初步含有了设计一个中等复杂程度零件（气门摇杆轴支座）工艺规程能力和利用夹具设计基础原理和方法，拟订夹具设计方案，完成家俱结构设计能力，也是熟悉和利用相关手册，图表等技术资料及编写技术文件技能一次实践机会，为以后毕业设计及未来从事工作打下良好基础。
因为能力所限，经验不足，设计中还有很多不足之处，期望各位老师多加指导。
一． 零件分析
（一） 零件作用
气门摇杆轴支座是柴油机一个关键零件。是柴油机摇杆座结合部，Ø20（+0.10—+0.16）孔装摇杆轴，轴上两端各装一进气门摇杆，摇杆座经过两个Ø13mm孔用M12螺杆和汽缸盖相连，3mm轴向槽用于锁紧摇杆轴，使之不转动。
（二） 零件工艺分析
由附图1得悉，其材料为HT200。该材料含有较高强度，耐磨性，耐热性及减振性，适适用于承受较大应力，要求耐磨零件。
该零件上关键加工面为上端面，下端面，左右端面，2-Ø13mm孔和Ø20（+0.1——+0.06）mm和3mm轴向槽加工。
Ø20（+0.1——+0.06）mm孔尺寸精度和下端面0.05mm平面度和左右两端面孔尺寸精度，直接影响到进气孔和排气门传动精度及密封，2——Ø13mm孔尺寸精度，以上下两端面平行度0.055mm。所以，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，最终加工Ø20（+0.1——+0.06）mm孔时以下端面为定位基准，以确保孔轴相对下端面位置精度。
由参考文件（1）中相关孔加工经济精度机床能达成位置精度可知上述要求能够达成零件结构工艺性也是可行。

二． 确定毛坯，画毛坯——零件合图（附图2）
依据零件材料确定毛坯为铸件，已知零件生产纲领为6000件/年，经过计算，该零件质量约为3Kg，由参考文件（5）表1—4、表1—3可知，其生产类型为大批生产，毛坯铸造方法选择砂型机器造型。另外，为消除残余应力，铸造后安排人工时效处理。参考文件（1）表2.3—12；该种铸造公差等级为CT10~11，MA-H级。参考文件（1）表2.3-12，用查表方法确定各表面加工余量以下表所表示：

加工表面
基础尺寸
加工余量等级
加工余量数值
说明
上端面
48mm
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

三、工艺规程设计

（一） 定位基准选择：
精基准选择：气门摇杆轴支座下端面既是装配基准又是设计基准，用它作为精基准，能使加工遵照基准重合标准，实现V形块十大平面定位方法（V形块采取联动夹紧机构夹紧）。Ø20（+0.1——+0.06）mm孔及左右两端面全部采取底面做基准，这使得工艺路线又遵照“基准统一”标准，下端面面积比较大，定位比较稳定，夹紧方案也比较简单，可靠，操作方便。
粗基准选择：考虑到以下几点要求，选择零件关键面和关键孔做基准。
第一， 在确保各加工面全部有加工余量前提下，使关键孔或面加工余量尽可能均匀，另外，还要确保定位夹紧可靠性，装夹方便性，降低辅助时间，所以粗基准为上端面。
镗削Ø20（+0.1——+0.06）mm孔定位夹紧方案：
方案一：用一菱形销加一圆柱销定位两个Ø13mm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
V形块采取联动夹紧机构实现对R10外圆柱表面进行定位，再加底面实现完全定位，因为Ø13mm孔秒个精度不需要很高，故用做定位销孔极难确保精度，所以选择方案二。
（二） 制订加工工艺路线
依据各表面加工要求，和多种加工方法能达成经济精度，确定各表面及孔加工方法以下：
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：钻孔—粗镗—精镗
因左右两端面均对Ø20（+0.1—+0.006）mm孔有较高位置要求，故它们加工宜采取工序集中标准，降低装次数，提升加工精度。
依据先面后孔，先关键表面后次要表面和先粗加工后精加工标准，将端面精铣和下端面粗铣放在前面，下端面精铣放在后面，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。初步拟订加工路线以下：
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

上述方案遵照了工艺路线拟订通常标准，但一些工序还有部分问题还值得深入讨论。如车上端面，因工件和夹具尺寸较大，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圆环面，车削中出现断续切削轻易引发工艺系统震动，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时间进行自然时效，降低受力变形和受热变形对2—Ø13mm通孔加工精度影响。
修改后工艺路线以下：
序号
工序内容
简明说明

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
预防生锈
先加工粗基准面
加工经基准
先面后孔
先面后孔

后镗削余量

次要工序后加工

（三）选择加工设备及刀、夹、量具
因为生产类型为大批生产，故加工设备适宜通用机床为主，辅以少许专用机床流水生产线，工件在各机床上装卸及各机床间传动均由人工完成。
粗铣上端面：考虑到工件定位夹紧方案及夹具结构设计等问题，采取立铣选择X1632立式铣床。（参考文件（1）表6-18），选择直径D为Ø80mm立铣刀，参考文件（1）表7-88，通用夹具和游标卡尺。
粗铣下端面：采取上述相同机床和铣刀，通用夹具及游标卡尺。
精铣下端面：采取上述相同机床和铣刀，通用夹具及游标卡尺。
粗铣左端面：采取卧式铣床X1632，参考文件（1）表6—21，采取以前刀具，专用夹具及游标卡尺。
精铣左端面：采取卧式铣床X1632,参考文件（1）表6—21，专用夹具及游标卡尺。
钻2-Ø18mm孔：采取Z3025B*10，参考文件（1）表6—26，通用夹具。刀具为d为Ø18.0直柄麻花钻，参考文件（1）表7—111。
钻Ø18孔：钻孔直行为Ø118mm，选择摇臂钻床Z3025参考文件（1）表6—26，采取锥柄麻花钻，通用夹具及量具。
镗Ø20（+0.1——+0.06）mm孔：粗镗：采取卧式组合镗床，选择功率为1.5KMITA20镗削头，参考文件（1）白喔—88。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
经查参考文件（1）表3—12可得，铣削上端面加工余量为4mm，又由零件对上顶端表面表面精度RA=12.5mm可知，粗铣铣削余量为4mm。
底面铣削余量为3mm，粗铣铣削余量为2mm，精铣余量1mm，精铣后公差登记为IT7～ＩＴ８。
取每齿进给量为fz＝０.２mm／z（粗铣）
取每齿进给量为f＝０.５mm／r（精铣）
粗铣走刀一次ap＝２mm，精铣走刀一次ap＝１mm
初步取主轴转速为１５０r／min（粗铣），取精铣主轴转速为３００r／min，又前面已选定直径Ｄ为Ø８０mm，故对应切削速度分别为：校核粗加工。
Ｖ粗＝πＤn／１０００＝３.１４＊８０＊１５０／１０００＝３７.６８
Ｖ精＝πＤn／１０００＝３.１４＊８０＊３００／１０００＝７５.３６
又由机床切削功率P=167.9*10^-5ap^0.9f2aeznkpm
取Z=10个齿，pm=1.代入得：
　　　　pm=１６７.９＊２.０^0.9*(0.2)^50*2.5*10*1
pm=0.861(km)
又因前查机床功率为１.５kw/h 若效率为０.8P,则
０. ８P=6.0>pm
故选择主轴转速为１５０m/min
(2)工序５中粗镗ø１８工序。
Ø１８粗镗余量参考文件［１］表３－８３取粗镗为１.８mm，粗镗切削余量为0.2mm,铰孔后尺寸为　　20H8,各工部余量和工序尺寸公差列于表２－３
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
Ø19.2
精镗
0.2
H8
20H8

孔轴线到底面位置尺寸为６0mm
因精镗和粗镗定位下底面和V型块，精镗后工序尺寸为20.02±0.08mm，和下底面位置精度为0.05mm,和左右端面位置精度为0.06mm,且定位夹紧时基准重合，故不需确保。0.06mm跳动公差由机床确保。
粗镗孔时因余量为1.9mm,故ap=1.9mm,
查文件［１］表２. 4-8
取V=0.4m/s=24m/min
去进给量为f=002mm/r
n=1000V/πd=1000*24/3.14*20=380r/min
查文件Fz=9.81*60^nFzCFzapXFzV^nFzKFz
pm=FzV*10^-3
CF2=180,
XFz=1
Yfz=0.75
nFz=0
Rfz=9.81*60°*180*2.75ˊ*0.2^0.75*0.4°*1
=1452 N
P=0.58 kw
　　　　取机床效率为０.８５
0.78*0.85=0.89kw>0.58kw
故机床功率足够。
五、时间定额计算
下面计算工序５时间定额
（１） 机动时间
粗镗时：L/(f*n)=45/0.2*380=7.5s
精镗时：f取0.1mm/s
L/(f*n)=45/0.1*380=15s
总机动时间:T=7.5+15=22.5s
(2)辅助时间：

操作内容
每次时间
(min)
粗镗
精镗
操作次数
时间min
操作次数
时间min
装夹
2
1
2
-
-
换刀
1
1
1
1
1
测量
0.1
1
0.1
1
0.1
卸夹
1.5
-
-
1
1.5
开机到开始时间
0.3
1
1
1
0.3
退刀
0.1
1
1
1
0.1
所以辅助时间Ta为：
　　　　　　　Ta=2+1+0.1+1.5+0.3*2+0.1*0.1*2
=6.5min
作业时间为Ta+Tb=605+0.37=6.87 min
该工序单位加工时间为6.87min　　　　　　　　　　　
五、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
此次设计夹具为第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”标准；另加两Ｖ形块以前后两方向实现对Ｒ１０外圆柱面进行夹紧，从对工件结构形状分析，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，也轻易实现。
工件以下端面在夹具上定位，限制了三个自由度，其它三个自由度也必需限制。用哪种方案合理呢？
　方案１　在２—Ø１３通孔内插入一现边销限制一个移动自由度，再以两孔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，夹具结构也简单。但因为孔和其内侧面均不要求其精密度，又因结构原因，夹紧力不宜施加在这么定位元件上，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。这个方案不宜采取。
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下端，这么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计算夹紧力并确定螺杆直径
参考文件（３）表１－２－１１，因夹具夹紧力和切削力方向相反，实际所需夹紧力Ｆ夹和切削力Ｆ之间关系Ｆ夹＝ＫＦ
安全系数Ｋ在夹紧力和切削力方向相反后时，Ｋ＝３，由前面计算可知Ｆ＝１４５２.３Ｎ
所以Ｆ夹＝ＫＦ＝３*１４５２.３＝４３５６.９Ｎ

F0= F夹/2=1178.4（N）
参考文件3表1-24，从强度考虑，用一个M10螺柱完全能够满足要求，M10许应夹紧为3924N，所以螺杆直径为d=10mm

3.定位精度分析
Ø20（+0.10—+0.16）孔精加工是在一次装夹下完成，具体采取是前后支撑引导夹具机构，机床和镗杆之间所采取是浮动连接，故机床主轴振动可略不计，Ø20（+0.10—+0.16）孔加工精度关键由镗模来确保。
图见附表。
因为孔轴线和底面平行度要求为0.05。故两镗模装配后同轴度要求应小于0.05，又因为镗套和镗杆Ø18 H6（+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
又认为
0.036<0.05
0.006<0.06
所以夹具能满足零件加工精度要求。

零件图，零件——毛坯合图另附
参考文件：
（１）
（２）
（3）