铣气门摇臂轴支座φ18mm孔两端面的铣床夹具设计.docx

一零件的分析1（一）零件的作用1（一）零件的工艺分析1二工艺规程设计2（一）确定毛坯的制造形式2（一）基面的选择2（三）定位与夹紧方案3（四）制定工艺路线3（五）选择加工设备及刀、夹、量具4（六）加工工序设计5三夹具设计13（一）零件本工序的加工要求分析13（二）拟定定位方案和选择定位元件14（三）定位误差计算14（四）确定夹紧方案14（五）确定对刀装置14（六）夹具精度分析和计算15四设计小结17参考文献19-零件的分析（一）零件的作用题目所给定的零件（见图1）是1105柴油机中摇臂座结合部的气门摇臂轴支座。18廿期面孔装摇臂轴，轴上两端各装一进、排气门摇臂。16/3mm孔内装一减压轴，用于降低气缸内压力，便于起动柴油机。两孔间距该为56±0.05三n,可保证减压轴在摇臂上打开气门，实现减压。零件通过11mm孔用M10螺杆与气缸盖相连。I"I 氏淤 Iil_1.aHIjI*力13;ttH;5.#琳:BTlM.（二）零件的工艺分析该零件上的主要加工面为18°2711m,16027mm,Umm孔以及各孔两端面。18r7mm孔的尺寸精度，与A面的平行度为O.05mm,两端面对孔中心线的圆跳动为0.1mm,直接影响摇臂轴对A面的平行度，以及进排气门摇臂的同轴度。因此，在加工它们时，最好能在一次装夹下将两端面同时加工出来。16r27mm孔的尺寸精度，与A面的平行度为0.05mm,直接影响减压轴与A面的平行度。该孔与中1827mm间距尺寸精度为56±0.05mm,直接影响减压轴在摇臂上打开气门。由参考文献1中有关面和孔的经济精度及机床能达到的位置精度可知，上述技术要求是可以达到的，零件的结构工艺性也是可行的。二工艺规程设计（一）确定毛坯的制造形式根据零件材料确定毛坯为铸件。由题目知零件的生产纲领为1万件/年。由参考文献2表1-4、表1-3可知，其生产类型为大批生产，毛坯的铸造方法选用砂型机器造型。零件有肋板结构，故需要挖砂造型。此外，为消除残余应力，铸造后应安排人工时效。由参考文献3表2.3-6可知，该种铸件的尺寸公差等级为IT8-10级，加工余量等级MA为G级。故取IT为10级，MA为G级。（二）基面的选择1 .精基准的选择：气门摇臂轴支座的A面和Ilmm孔是设计基准，用它们做精基准，其余各面和孔的加工也能用它定位,这样使工艺路线遵循了“基准统一”的原则。此外，A面的面积较大，定位比较稳定，夹紧方案也比较简单、可靠，操作方便。2 .粗基准的选择：考虑到以下几点要求，选择中Urnm孔上端面，以及18；。27mm和中16/27mm两端面为粗基准，第一，在保证各加工面均有余量的前提下，使重要孔的加工余量尽量均匀；第二，保证装入各孔的零件定位准确，夹紧可靠，且能够按要求正常工作。（三）定位与夹紧方案最先进行机械加工的表面是精基准A面和llmm孔，因此可用一块支撑板限制A面的3个自由度，用一跟心棒插入中IImm孔限制2个自由度，再用一个防转销顶在16fmm孔的旁侧，这样，工件的6个自由度全部被限定。最后，用螺栓与支撑板进行夹紧。综上所述，考虑到方案的可操作性，兼顾工作效率，本方案采用一根特殊的，两端带螺纹，中间带支撑板的定位销来完成定位与夹紧。（四）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条件下，可以考虑采用专用夹具，并尽量使工序集中以提高生产效率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。因此，确定各表面的加工方法为，A面：粗铳一半精铳；中Umm孔另一端面：粗铳；18卅27小小孔两端面：粗铳f半精铳；中1627mm孔两端面：粗铳；Umm孔：钻；1627mm孔：钻f扩一钱；18/27m孔：钻f扩一较。因为中16-27mm孔与18川27四孔有较高的平行度及位置精度要求，故它们的加工宜采用工序集中的原则，即分别在一次装夹下将两空同时加工出来，以保证其精度要求。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A面、llmm孔另一端面，以及16027mm孔与18;0027mm孔两端面的粗加工放在前面，精加工放在后面。因此，拟订工艺路线方案如下:序号工序内容简要说明铸造时效消除内应力涂底漆防止生锈10钳工划线校正各孔中心20粗铳A面及l1mm孔另一端面先加工基准面30半精铳A面提高基准精度40钻l1mm孔后加工孔50粗铳16"mm孔及Igo。®mm孔两端面先加工面60钻扩校中1635mm孔至孔口倒角1×45°留精扩校余量70钻扩校中1804°mm孔至中1704°mm,孔口倒角1×45°留精扩校余量80精扩校16/35mm孔，并提高精度至16；°"mm提高精度90精扩较l8；0040mm孔，并提高精度至l8；0027mm提高精度100检验110入库（五）选择加工设备及刀、夹、量具由于生产类型为大批量生产，加工设备易以通用机床为主,配以专用夹具，工件在各机床上的装卸及各机床间的传送均由人工完成。粗铳A面及中U孔另一端面，采用卧式双面组合铳床，因切削功率较大，应采用功率为5.5KW的1TX32型铳削头，选择直径为40mm的C类可转位面铳刀（参考文献3表4.4-40）专用夹具，游标卡尺。半精铳A面，采用卧铳，选择X62W卧式铳床（参考文献3表3.1-73）,刀具型号与粗铳相同。采用半精铳专用夹具及游标卡尺、刀口型直尺。粗铳16孔及18孔两端面，采用功率为5.5KW的ITX32型铳削头，选择直径为“35mm的C类可转位面铳刀，机床为卧式双面组合铳床，专用夹具、游标卡尺。钻孔较16孔直15,18孔直17,孔口倒角1X45°,钻孔选用摇臂钻床Z3025（参考文献3表3.1-30）锥柄麻花钻（参考文献1表4.3-9）锥柄扩孔复合钻，扩孔时倒角。选用锥柄机用绞刀、专用夹具、快换夹头、游标卡尺及塞规。（六）加工工序设计1.工序20粗铳及工序30半精铳A面工序查参考文献3表2.3-59,得平面加工余量Z甲为0.9mm,ATn已知A面总余量Z均为4mm,故粗加工余量2御=4-0.9=3.Immo查参考文献表2.4-73,取粗铳的每齿进给量为fz=0.2mmz,取精度铳的每转进给量产0.5m机，粗铳走刀1次,ap-ti.5mm,精铳走刀1次，ap=l.5mm0查参考文献3表3.1-74,取粗铳的主轴转速为15（kmin,取精铳的主轴转速为3004min0又前面已选定铳刀直径D为640mm,故相应的切削速度为：Dn % 10003,14X40X1501000=18.84mmin=37.68 m/min-Dn3.14X40X300“精一000_1000校核机床功率（只校核粗加工工序）：切削功率为:匕二167.9×10-5araeznkpm取Z=Io个齿，则n=-=2.5rs=168mmap=3.5mmfz=0.2mmzkpm=代入式中得：pn,=167.9XIO5×3.50-9×O.2074X168×10×2.5×>6.62kw由文献3表3.1-73得机床功率为7.5kw,取效率为0.85,则7.5×0.85=6.375kw<6.62kw故重新选择主轴转速为1184min,则：JrDn3.14×40×118iz.V*o=14.8m/min粗IoOO1000'带入PM公式得：Pm=I67.9×IO5X3.50-9XO.2074X168×10××15.2kw<6.375kw60故机床功率足够。2.工序40钻(I)II孔工序因(Ml孔为一次钻出，故其钻削余量为Z钻=11/2=5.5mm,116I孔的公差等级F9。参考文献3表2.4-41,用插入法求得钻由11孔的切削速度V=0.445""s=26.7mmin,由此算出转速为：n=1000v/d=1000×26.7/3.14×ll=773rmin按机床实际转速取11=630rmin,则实际切削速度为：v=3.14×ll×6301000=21.76mmin参考文献3表2.4-69,得：%=9.81X42.7d/。%(N)M=9.81×0.02Id"。(Nm)分别求出钻611孑L%和M如下：%=9.81X42.7X11XO.408×1=2427NM=9.81×0.021×ll2×0.4°$X>15.63Nm它们均小于机床的最大进给力7840N和机床的最大扭转力矩196Nnb故机床刚度足够。3.粗铳16；。UnIm孔及中18r27mm孔两端面工序计算与工序20相同，取粗铳的每齿进给量为人=().2三z,取精度铳的每转进给量产05%帆，粗铳走刀1次，p=3.5mm,精铳走刀1次，=1.5mmo查参考文献3表3.1-74,取粗铳的主轴转速为15O“min,取精铳的主轴转速为30(kmin°又前面已选定铳刀直径D为19mm,故相应的切削速度为：JTDn 3.14X35X150“粗一000_ IOOOJIDn 3.14×35×300 一 / .%=1。一1000与2.97 mmn=16.485 m/min机床的功率校核同工序20。4.钻扩钱18；0040mm孔至中1704°mm工序1704°mm孔的扩校余量参考文献表2.3-48取Z扩=1.3InnbZ较=0.2mm,由此可算出Z钻=IT.3-0.2=7mm。各工序的余量和工序尺寸及公差列于表K表118；°财mm孔各工序余量和工序尺寸及公差(mm)加工表面加工方法余量公差等级工序尺寸及公差17j0040钻7.51517j0040扩1.3H9616.8/05817j0040钱0.2F817;0040参考文献3表2,4-38,并参考Z3025机床说明书，取钻6参考文献3表2.4-41,用插入法求得钻15孔的切削速度v=0.545ms=32.7z11min,由此算出转速为：100Ov1OOO×32.7匚八oo/.n=650.88wmmd3.14X151按机床实际转速取n=590rmin,则实际切削速度为：v=3.14×15X590/1000=27.789mmin参考文献3表2.4-41,得：Ff=98.1×42.7J008kF(N)M=9.81×0.021盘08kM(Nm)分别求出钻18孔的Ff和M如下：Ff=98,1×42.7×15×0.4°8×1=2836NM=9.81×0.021×152×0.408×1=22.73Nm它们均小于机床的最大进给力7840N和机床的最大扭转力矩196Nm,故机床刚度足够。扩l6.8；。58孔，参考文献3表2.4-50,并参考机床实际进给量，取f=0.3w。参考文献1表3-54,扩孔的切削速度为(g故取K*-=½t=-×27.789=13.89Mmin力/钻2由此算出转速为：n=lI三=1000×13.89/3.14X16.8=263.4minJTd按机床实际转速取n=270min参考文献3表2.4-58,较孔的进给量取f=0.4三参考文献3表2.4-60,取较孔的切削速度为：v=0.3zns,=18w/min,由此算出转速n=2=10OT×18=337.2minJrd3.14Ai(按机床实际转速取n=350rmin,则实际切削速度为：V二2二3.14祁德350=18.68Mmin100O1000,5.钻扩钱16产5加孔至155加工序取进给量为f=07mmr,则v=25.4mminn=WOOv=154=622.2minTld3.14×13,按机床实际转速取n=650rmin则实际切削速度为：v=3.14×13X650/1000=26.53Mmin参考文献3表2.4-41,得：Ff=98,1X42.7J008kF(N)M=9.81×0.02108kM(Nm)分别求出钻16孔的Ff和M如下：Ff=98.1×42.7×13×0.4°8×1=2616NM=9.81×0.021×132×0.408×1=16.73Nm它们均小于机床的最大进给力7840N和机床的最大扭转力矩196Nm,故机床刚度足够。扩削4.8；。加孔，参考文献3表2.4-50,并参考机床实际进参考文献1表3-54,扩孔的切削速度为一；).,故取十/二；×26.53=13.265Mmin由此算出转速为：n=!=i000×13.265/3.14×14.8=285.4rmind按机床实际转速取n=300rmi。参考文献3表2.4-58,较孔的进给量取f=0.4mmr参考文献3表2.4-60,取钱孔的切削速度为：v=0.3m/s-18m/min,由此算出转速"甯=W=3822"min按机床实际转速取n=400rmin,则实际切削速度为:冗dn WOO= 3.14祁启400=18. 84Mmin6.时间定额计算根据本次设计要求，只计算一道工序工时。下面计算工序70钻扩校618廿。27所孔的时间定额。机动时间由参考文献3表2.5-7,得钻孔的计算公式为：安Jn1=-c+(l-2)2=l-4钻15孔：l1=yc¾(一)0+l.56.Olmml=37mm¢(I2=3将以上数据及已选定的f、n代入公式，得 37 + 6. 01 + 30.5 × 590-0.156min参考文献3表2.5-7,得扩孔和钱孔的计算公式为:t-1+11+121.=粤Cg+(12)扩16.8mm孔：ll=-15c(一)0+l.53.05mml=37mm取L=3将以上数据及已选定的f、n代入公式，得37 + 3. 05 + 30.3X2700.478min较17mm孔：I1=1二；68噩45。+1.5=1.6mml=37mm12=3将以上数据的前面已选定的f及n带入公式，得:产BR-总机动时间%,也即基本时间Tb为：Tb=0.156+0.478÷0.297=0.931min辅助时间参考文献3表2.5-41确定如表2所示表2辅助时间操作内容每次需用时间钻615F16.8较4>17操作次数、时间次数、时间次数、时间主轴变速0.02510.02510.02510.025变换进给量0.02510.025移动摇臂0.01520.0310.01510.015升降钻杆0.01520.0320.0320.03装卸刀具0.0610.0610.0610.06卡尺测量0.120.220.2塞规测量20.5开停车主轴运转清洗铳屑0.0150.020.04各工序的辅助时间为：钻15孔0.37min,扩16.8mm孔O.33min,钱O17mm孔O.63mi110装卸工件时间参考文献3表2.5-42取1.5min所以辅助时间L为：工=0.37+0.33+0.63+1.5=2.83min作业时间TB=Th+T=0.931÷2.83=3.761min布置工作地时间TS参考文献2取a=3%,则l；=TBa=3.761×3%0.113min体息与生理需要时间Tr参考文献取B=3%,则Tr=TB=3.761×3%=0.113min准备与终结时间Te参考文献3表2.5-44,取各部分时间为：中等件：33min升降摇臂：InIin深度定位:0.3min使用回转夹具：10Inin试钱刀：7min由题意已知生产批量为：1万件,则ln=(33+1+0.3+10+7)/6000=0.008min单件时间Tp=Tb÷Ta÷Ts÷Tr=0.931+2.83+0.113+0.113=3.987min单件计算时间TCX=I+Ten=3.987+0.008=3.995min三夹具设计图1所示为气门摇臂轴支座零件图，根据老师布置的要求,现需设计铳18mm孔两端面的铳夹具。(一)零件本工序的加工要求分析本工序的加工要求，铳18mm孔的两端面，两端面表面粗糙度为(3.211,圆跳动不允许超过0.1mm。故本工序采用两把高速钢三面刃铳刀，对工件的两个端面同时进行铳削加工。（二）拟定定位方案和选择定位元件1 .定位方案以A面和Ilnrni孔作为定位基准，限制五个自由度，再加一个防转销限定工件一个自由度，这样工件六个自由度全部被限定。2 .选择定位元件根据定位方式，采用带台肩的定位销，其它装工件部分的直径为611h6°（三）定位误差计算工序尺寸36mm定位误差分析如下：由于定位孔与定位销为任意边接触，则：Y=D÷d+xmin=（0.039+0.016+0.009）mm=0.064mm所以aD=ZB+ZY=（O+O.064）mm=0.064<-k3因此，定位精度足够。由于加工要求不高，其它精度可不必计算。（四）确定夹紧方案采用如摘要所述的定位销，用M8螺母把工件轴夹紧在定位销上，下端用双螺母结构将定位销与夹具固定在一起。（五）确定对刀装置1.根据加工要求采用GB2240-80圆形刀块；塞尺符合GB2240-80,基本尺寸及偏差20°.mm。2.计算对刀尺寸图2圆形对刀块计算时应把尺寸化为双向对称偏差，即37±0.1符合要求H=372-2=16.5mm公差取工件相应公差的1/3,即×O.1=0.033mm3H=16.5±0.016mm(六)夹具精度分析和计算本夹具总图上与工件加工精度直接有关的技术要求如下:定位销表面尺寸111)6定位件与对刀块的位置尺寸(16.5±0.016)mm对刀塞尺度2°。04丽.定位销轴线与夹具安装面平行度公差为O.03mm对刀块工作表面对夹具安装面的垂直度为O.03mm(1)尺寸37±0.Imm的精度分析D=0.064mmT=O.16mmA=×20=0.0086mm233D2+T2+ZA2=O.0642+0.162+0.00862=0.172mm<k所以此夹具能保证37±0.Imm尺寸。四设计小结本次课程设计是在学完了机械制造工艺学及机床夹具设计课程，并进行了生产实习的基础上进行的一个实践环节，它要求我们全面地综合运用本课程及有关选修课程的理论和时间知识，进行零件加工工艺规程设计和机床夹具设计。从大一至今的历次课程设计中，数本次最为艰苦了，40左右的高温，教室里只有一个风扇，从早到晚衣服都被汗水泡着。以往五周才能完成的课程设计题目，现在必须在两周内完成，这对我们是一个巨大的挑战。幸亏有老师耐心的指导，冯老师的认真负责的确感动了所有的人，每天早上过来，一直忙到中午将近1点，两周时间天天如此，这在历次课程设计中也是很少见的。我们从冯老师身上不仅学到了知识，更重要的是学到了对学问的认真和尊重，以及对工作的负责，这些都是在书本上很难学到的。本次课程设计，从头到尾感觉就是艰苦，每天早上七点多来教室，晚上两点多回去，外加三个通宵。在这些天虽然自己水平所限，在设计中令老师有许多不满，但我也可以问心无愧地说，我已经尽力了，说良心话，这次的确是我最认真的一次课程设计了。说说收获吧！本次设计实际上对我们所学课程的一次综合运用，涉及到的知识有工程材料与热加工工艺、机械设计、机械精度设计与检测、金属切削机床、金属切削原理与刀具等，许多以往比较含糊的东西，在这次训练中也得到澄清。通过本次训练，我们可以结合生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决工艺问题，初步具备设计一个中等复杂程度零件的工艺规程的能力。现在，我们能够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，拟订夹具设计方案，完成夹具结构设计,提高了我们结构设计的能力。本次设计之后，我们运用有关手册、规范、图表等技术资料的能力大大提高，此外，我们识图、制图、运算和编写技术文件的基本技能也大大加强。这次课程设计是毕业设计前的最后一次课程设计，它必将对我们以后的工作和学习产生重要的影响，这次课程设计中的所学所得也必将牢记在心。我想以后的工作再苦再累也不过如此，在以后的工作中我会发扬本次课程设计的艰苦奋斗精神，用老师教给的知识认真完成每一项艰巨的任务。参考文献1王绍俊主编.机械制造工艺设计手册.北京：机械工业出版社，19872郑修本，冯冠大主编.机械制造工艺学.北京：机械工业出版社，19913李洪主编.机械加工工艺手册.北京：北京出版社，19904张龙勋主编.机械制造工艺学课程设计指导书及习题.北京：机械工业出版社，19975东北重型机械学院编.机床夹具设计手册（第二版）.上海:上海科学技术出版社，19886龚定安，蔡建国主编.机床夹具设计原理.西安：陕西科学技术出版社，19927李家宝主编.夹具设计.北京：机械工业出版社，19658路亚衡主编.机械制造工艺学.武汉：华中理工大学出版社，19859刘友才主编.机床夹具设计.北京：机械工业出版社，199210吴宗泽主编.机械设计课程设计手册.北京：高等教育出版社,199911李华主编.机械制造技术.北京：机械工业出版社，2005