机械制造技术课程设计-气门摇杆零件加工工艺及铣φ32外圆上端面夹具设计.docx

摘要本次设计主要是关于气门摇杆的机械加工及夹具设计，其中包括机械制造工艺学，机械制图技术，机床夹具设计技术等，具体细分又包括零件的机械加工工艺分析，毛坯的种类和材料，毛坯的制造方式，机械加工工艺过程卡的填写，机械加工工存简图的绘制，机床刀具的选择和夹具的选择，设计铳床夹具的定位装置，支掾装置，导向装置的设计，每一个知识点都是对以前学过知识的全面总结与考核。关键i司：机械加工：夹具设计：毛坯：钻床夹具摘要O第I章绪论I1. 1选题的目的和意义I1.2夹具设计调查分析I第2堂气门摇杆零件的分析22.1 零件的作用22.2 零件的结构分析22.3 零件的尺寸公差分析32.4 零件的表面粗糙度分析3第3章气门摇杆的工艺规程分析43.1 确定生产类型和生产纲领43.2 确定毛坯类型43.3 计算加工余量43.4 定位基准的选择53.5 加工方法的选择63.6 加工工序的安排63.7 确定各工序余73.8 切削用量计算71 .铳端面计算72 .钻孔计算83 .镣孔计算9第4空气门摇杆的铳床夹具设计104.1 问题的提出104.2 定位基准的选择104.3 切削力和央紧力的计算104.4 定位误差分析I1.4.5 夹具设计及操作的简要说明12结语12参考文献1315致谢第1章绪论1. 1选题的目的和意义制造业是一个国家的立国之本，是一个国家的民族产业和支柱产业，也是反映一个国家经济实力的重要标志，是为国家创造财富的重要产业.制造技术支持着制造业的发展，当今制造技术的发展使传统制造业革新了他原来的面目，制造工艺与夹具同样取得了较快发展。所谓工艺，是使各种原材料、半成品成为产品的方法和过程。进行机械加工工艺设计是保证产品质量、节约能源、降低成本的重:要手段，是企业进行生产准备，计划调度、加工操作、生产安全、技术检测和健全劳动组织的玳要依据，也是企业上品种、上质量、上水平，加速产品更新，提高经济效益的技术保证。机械零件加工精度是机械零件加工痂量的核心部分.零件的加工精度是指零件完工后的实际几何参数（尺寸、形状和相互位置）对理想几何参数的符合程度,符合程度越高。机械加工工艺对加工精度的影响主要体现在加工工艺的受力变形、加工工艺的几何精度以及工艺系统的热变形三个方面。加工粕度包括：尺寸精度，形状精度，位置精度。提高加工及高度的措施归纳为：减少误差法；误差补偿法（误差抵消法）：误差转移法;就地加工法：误差平均法.夹具的出现可鸵地保证加工精度,提高整体工作效率，减轻劳动强度,充分发挥和扩大机床的工艺性能，机床夹具设计是工艺装备设计中的个重要组成部分，是保证产品质量和提高劳动牛产率的一项重要技术措施。在设计过程中应深入实际，进行调包研究，吸取国内外的先进技术，制定出合理的设计方案，再进行具体的设计。夹具是制造系统的重要组成部分，是机械制造中的一项重要工艺装备.，工件在机床上进行加工时，为了保证加工精度和提高生产效率,必须使工件相对刀具占仃正确位置.完成之功能的辅助装置成为机床夹具。它的主要用于保证产品的加工质量、减轻劳动强度、辅助产品检测、展示、运输等。不论是传统制造，还是现代制造系统，夹具都是十分重要的。因此，好的夹具设计可以提高产品劳动生产率，保证和提高加工精度，降低生产成本等，还可以扩大机床的使用范围，从而使产品在保证精度的前提下提高效率、降低成本。当今激烈的市场竞争和企业信息化的要求，企业对夹具的设计及制造提出了更高的要求。机床夹具按其使用范围可分为以I；五种基本类型。通用夹具：通用夹具具有一定的通用性。专用夹具：专用夹具是针对某一种工件的某一个工序而专门设计的。通用可调挖夹具和成组夹具：通用可调整夹具和成组夹具的特点是夹具的部分元件可以更换，部分装置可以调整，以适应不同零件的加工。组合夹具：组合夹具是由一套完全标准化的元件，根据零件的加工要求拼装而成的夹具。组合夹具的适用范围可以从不同角度来谈:从产品的批量来看，组合夹具最适于新产品研制、忒制、.单件和小批量生产。因此，对于产品变化频繁、该型周期短、产品类型多的企业选用组合夹具最为适宜，能收到最显著的经济效果：从加工工序来看，组合夹具应用极为广泛，它可以方便的组成各类机床使用的夹具；从加工工件的几何形状和尺寸看，组合夹具一般不受工件形状的限制.工件的工艺分析及夹具设计是工艺工程师必备的专业亲历.这次设计使我们能综合运用了械制图学，机械设计，机械制造工程学，互换性与测址技术中的基本理论和方法独立地分析和解决工艺与夹具设计中的问题，初步具备了设计一个中等及杂程度零件(气门摇杆轴支座)的工艺规程的能力和运用夹具设计的基本原理和方法，拟订夹具设计方案，完成家具结构设计的能力，也是熟悉和运用有关手册，图表等技术资料及编写技术文件技能的一次中和性实践机会，为今后从事的工作打下良好的基础.1.2夹具设计调查分析钟春明等人研究的减速箱箱体加工工艺及夹具设计文字提到“在零件加工产业中心，有关机械减速结构与夹具优化达标状况，将直接影响后续工作流程的交接力度。在相对科学的工艺编制流程之下，涉及材质消耗数批与生产均衡条件将得到顺利延展.机床夹具在机械制造工序中具有不可替代的应要疏通地位，其将人工劳动强度有力规避,同时保证产品制备质量，所以他在设计变速箱体加工工艺进行夹具结构匹配，保证高精度的制孔条件,并充分考虑内部结构公差的影响状况”.张军等人研究的门80箱体零件的加工工艺与夹具设计的分析文字提到“体零件在加工是需要进行机械加工工艺路线的制定、定位基准的选择、箱体重要表面的加工工艺分析等，夹具设计的合理性成为保证箱体类零件精度的关键”.龚志坚等人研究的450型装载机变速箱箝体关键加工工序的夹具设计通过研究50型装载机变速箱箝体的设计，得到以下的分析结果“依据5()型装我机变速箱体数控化批量加工的要求，在分析箱体的结构特点和加工技术要求的基础匕提出了关键加工工序夹具的结构方案，并通过在加工精度、结构设计等方面的分析优化，确定了最佳的设计方案。对夹具的定位元件、央索装身进行了详细设计,保证J'夹具满足加工技术要求及夹紧的可靠性。详细介绍J'夹具在机床上的安装校正过程”.第2章气门摇杆零件的分析2.1零件的作用气门摇杆是柴油机一个主要零件，是柒油机摇杆座的结合部,零件的结构分析气门摇杆是一个#常更杂的零件，从图2可以看到零件的主要结构为内孔结螺纹孔结构等组成。tU4r<m<<5.<tN«tMU图2.1气门摇杆的事件图2.3 零件的尺寸公差分析对于气门摇杆写件的重要尺寸进行分析，零件G38内孔的尺寸上偏差0.05,下偏差0.03mm,由28内孔的端面厚度尺寸为46mm,尺寸上偏差0.15,下偏差0.25mm,零件右端设计巾IO通孔，。10通孔和38端孔的中心距为74.8mm,尺寸上偏差0，卜偏差01.mm,零件左端设计M1.o螺纹孔。2.4 零件的表面粗糙度分析表面质量决定了表面加工方法，所以对表面粗糙度进行分析，首先零件钛认的表面粗糙度为不去除材料的方式加工，38内孔的表面粗糙度为Ra3.2um,经济加工的精度为IT8级，厚度24mm端面和厚度46mm端面的表面粗糙度为Ra3.2Pm,经济加工的精度为1T8级。第3章气门摇杆的工艺规程分析3.1 确定生产类型和生产纲领气门摇杆是易损件，尤其是气门摇杆大孔部分时间长了就会磨损和断裂，所以生产量按照中大批量进行设计，假设气门摇杆一年生产4000件，参考£机械制造基础课程设计指导教程书中P4页确定公式(2/),计算生产量。N=QW(I+a%)(1.+b%)(1)其中：N一零件的生产纲领Q一零件的年产址M每台设备的零件数量a一备品率(本次取3%)b一废品率(本次取0.5%)N=QM(1+a%)(1+b%)=4(XX)x1x(1+3%)(1+0.5%)=4140如果要生产4000件气门摇杆，需要做好生产4140件的准备，气门摇杆零件的重量约为2kg,属于小型机械零件，属于中批生产。3.2 确定毛坯类型常将用来加工制造各种不同工件的坯料称之为毛坯,在生产实际中生产加工毛坯的方法方式繁多，冲压件、焊接、铸造以及铸造等较为多见的几种毛坯加工制造方式。本次的材料为HT200,确定毛坯的类型为砂型铸造。3.3 计算加工余量本次设计机械制造技术基础课程设计指导教程P27-28页的内容，通过选择铸造等级，毛坯余量等级，在通过P26给定的参考公式进行计算，得到毛坯余fit尺寸.参考F>27,表2/大批垃生产的毛坯铸造等级的公差等级选择CTM）级,加工余量等级为F级，首先计算宽度24nnm的加工余量：根据表2-3,确定CT=2.4mn,根据表2-4,确定加工余用RAM=OSmm,根据基本尺寸24mm,得到：R=F+2×RMA+CT/2=24+2×0.5+2.4/2=26.2mm.取整为27mm,单边余量1.5mm.计算厚度46nn的加工余信：根据表2-3,确定CT=2.8mm,根据表2-4.确定加工余力RM=0.5mm.根据基本尺寸46mm.得到：R=F+2xRMA+CT/2=46+2×0.5+2.8/2=48.4mm取整为49mn,单边余量1.5mm。计算38内孔mm的加工余量:根据表2-3,确定CT=2.8mm,根据表2-4.确定加工余力RM=0.5mm.根据基本尺寸46mm,得到：R=F-2×RMA-CT/2=38-2×0.5-2.8/2=35.6mmMZS?为35mm,IO内孔和MIO螺经孔按实心铸造。图3.2气门摇杆毛坯图3.4 定位基准的选择选择零件的重要面和电要孔做基准。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，所以粗基准为毛坯面.气门摇杆的精加工基准选择巾38内孔和宽度46nn的端面为精加工基准.3.5 加工方法的选择零件38内孔的尺寸上偏差0.05,下偏差0.03mm,可以使用镣床加工，厚度尺寸为46mm端面，尺寸上偏差0.15,下偏差0.25mm可以使用诜床加工，10通孔和M1.O螺纹孔选择估床加工。3.6 加工工序的安排综合上述分析，对零件的加工工艺进行分析，加工工序如下：工序：铸造毛坯（砂型铸造）。工序二：时效处理工序三：以厚度16mm为基准，铳削加工宽度46mm平面，美于中心线对称工序四：以宽度46mm平面为基准，铳削加工632外圆上端面。工序五：以宽度46mm平面为基准，洗削加工632外圆卜.端面。工序六：以宽度46mm平面为基准，悭孔G38,到尺寸要求工序七:以-38内孔和C面为基准，中心钻定位,钻一10通孔工序八：以e38内孔和M0内孔为基准，中心钻定位，钻G8.5通孔，攻丝M1.o工序九：去除加工毛刺工序卜：按照零件图进行零件检验加工工序二如下：工序：铸造毛坯（砂型铸造）。工序二：时效处理工序三：以厚度16mm为基准，铳削加工宽度46mm平面，关于中心线对称工序四：以厚度16mm为基准，镣孔力38,到尺J要求工序五：以G38内孔和C面为基准，中心钻定位，钻GIO通孔工序六：以宽度46mm平面为基准，铳削加工32外圆上端面。工序七：以宽度46mm平面为基准，铳削加工巾32外圆下端面。工序八：以"38内孔和610内孔为基准,中心钻定位,钻山8.5通孔，攻丝MIO工序九：去除加工毛刺工序十：按照零件图进行零件检验对上面的工艺进行分析，第一套工艺是按照先面后孔的加工原则进行加工，第二套加工工艺是在一次装夹中尽可能的加工多的位巴，综合对比，使用在中批量生产的时候选择第一套工艺进行生产。加工设备选择立式铳床X51,T68卧式钺床，73025摇雪钻床等，在铳端面时选择D50的端面铳刀，钻孔时根据控制的规则选择专用的麻花钻和丝锥加工，镣孔选择浮动镇刀.3.7 确定各工序余量气门摇杆厚度尺寸46mm的端面，根据机械制造技术基础课程设计指导教程书中P41表2-25铳平面加工余员，并且根据毛坯尺寸的实际余量进行计算，端面的单边余量为1.5粗铳的加工余量为0.5,然后在精铳次，到尺寸要求。表3-1小孔端面加工加工方法单向余m毁济精度工序尺寸表面粗糙度粗蜕1IT1.1.O46.5+0.16.3精蜕0.5IT846工3.238的内孔尺寸,根据6机械制造技术基础课程设计指导教程P40表2-22按照7级，8级,9级精度加工预先铸出或者冲出的孔,这个表上只有645和小50的孔，所以参考这个表格，在根据零件的实际情况确定小孔加工余里见表2-3。表3-3大孔余量加工方法余心经济制度工序尺寸表面粗糙度粗镣2.7m（般）87.7（般）12.5精镣0.3iT8（X）38（：雷）6.33.8 切削用量计算1 .铳端面计算切削计算的参数根据经验选择，也可以参考6机械制造设计基础课程设计指导教程3等书籍，选择的加工参数合理即可.因为计算出的参数并不一定会用在实际的加工中，在实际加工时耍根据加工的实际情况来调整转速和进给的百分比,当然也和操作者的经验有关，本次计算仅关键部分为例，进行计算。先计算粗铳加工端面，刀具的选择D50,8刃面铳刀，铳端面的铳削速度参考6机械制造设计基础课程设计指导教程PI05表5-16高速钢圆柱铳刀铳铜及灰铸铁的铳削速度，进给量参考P99表5-5而速钢面铳刀，圆柱铳刀和圆盘铳刀的进给国：，以上述的内容为参考，还可以参考刀具的说明书等资料。选择切削深度ap=1.mm,每齿进给员也=OJ8mmr,切削速度v=85mmin,计算加工转速，公式参考Y机械制造设计基础课程设计指导教程P98,I(X)Ov11d100oX85-×5()500rmin(2)计能粗铳端面的加工时间，公式参考仪机械制造设计基础课程设计指导教程P1I9表5-47铳削基本时间。i-/,÷5410+1()-500x018=0.7min<3)计算精加工端面的参数，精加工的时候适当的提高一下转速，然后降低进给fit,这样加工出的表面质量会更高，由于表面的加工余址并不多，所以切削深度不需要变化。选择切削深度ap=1.mm,每齿进给切也=0.08mmr,切削速度V=100mmin,计算加工转速：100Ov701100OX1.oO%X5060()nin计算精铳端面的加工时间。=1.4nin/+/,÷5÷IO÷IOfux600x0.082 .钻孔计算钻孔的切削速度参考£机械制造设计基础课程设计指导教程PI07表5-22高速钢麻花钻钻削不同材料的切削速度，PI08表5-23高速钢及硬旗合金扩孔钻孔时的进给，麻花使选择4>10麻花钻，以上述的内容为参考，还可以参考刀具的说明书等资料。选择切削深度叩=3mm,进给量fz=0.2mnVr,切削速度,=22mmin,计修加工转速:100Ovm1.照U7“min,×1O计算扩孔的加工时间,公式参考6机械制造设计基础课程设计指导教程PU7表5-43钻削基本时间。(1AH=16÷5÷5三02n,n7(X)M).2(5)3 .镣孔计算镣孔的切削速度参考黑机械制造设计基础课程设计指导教程P1.12表5-36高速钢镣刀镣孔的的切削用量，镣孔加工使用的是浮动镣刀，比如要加工巾37.7的孔，就将刀具调整刀¢37.7,这样以加工<t>37.7的参数进行计兑，粗加工的时候可以进给速度快一点，快速的去除较多的余批，转速要低，这样吃力量才大。选择切削深度ap=1mm,进给域fz=0.2mmr,切削速度=50mmin,计算加工转速:吧1.=侬出Ininrai,×37.7计算粗镣孔的加工时间.乜=竺1*=0.7疝40062精镣孔选择转速和进给和精加工面的原理是样的，都是提高转速，降低进给量，选择切削深度ap=2mm,进给量fz=0.08m11Vr,切削速度=70nVmin,计算加工转速:!1.=100×7600rminm1.-×38计算精镣孔的加工时间.3=竺*=1.2n而加600x0.08第4章气门摇杆的铳床夹具设计为了提高劳动生产率，保证加工斯量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。由指导老师的分配工序4：以宽度46mm平面为基准，铳削加工巾32外圆上端面，粗糙渡为Ra3.2的铳床夹具.4.1 问题的提出本夹具主要用于以宽度46mm平面为基准，铳削加工巾32外圆上端面，粗糙渡为Ra3.2,因此设计此夹具时既要考虑生产效率，也要考虑力32外圆上端面的质量。4.2定位基准的选择拟定加工路线的第一步是选择定位基准。定位基准的选择必须合理，否则聘直接影响所制定的零件加工工艺规程和最终加工出的零件质量。基准选择不当往往会增加工序或使工艺路线不合理，或是使夹具设汁更加困难甚至达不到零件的加工精度（特别是位置精度）要求。因此我们应该根据零件图的技术要求，从保证零件的加工精度要求出发，合理选择定位基准.此零件图没有较悬的技术要求,也没有较离的平行度和对称度要求，所以我们应考虑如何提高劳动效率，降低劳动强度.提育加工精度.4.3 切削力和夹紧力的计算1 .计郭铳削力由小32外国上端面工时计算知，a（,=2.0nn,f.=O.25mm.8=42mmd=50mm=59由简明机床夹具设计手册表3-3知K,=0.75即F=490N"ZTe产Z=490×2.0x,×0.25ft74×50,x,×42ft9×5N490×2×O.358×0.02X28.9025N1OI4N2 .计兜夹紧力所需夹索力，查表5得，Wk=WK,安全系数K=KOK用号舄K,K.式中K0-r为各种因素的安全系数，杳表得：K-1.2x1.0x1.2x1.0x13x1.0x1.0-1.872,当计算K<2.5时，取K=2.5孔轴部分由皿2螺母锁紧，表3T6螺母的夹紧力为538ONW1=53M)X2.5N=I3450N由上计算得W。F,因此采用该夹案机构工作是可靠的.4.4 定位误差分析1 .基准位移误差、.由于定位副的制造误差或定位副配合同间所导致的定位基准在加工尺寸方向上最大位翼变动量，称为基准位移误差，用、,表示。工件以38孔在轴上定位32外圆上端面，如果工件内孔直径与釉外圆直径做成完全一致，做无间隙配合，即孔的中心线与轴的中心线位置重合，则不存在因定位引起的误差。但实际上，轴和工件内孔都有制造误差，于是工件套在轴上必然会有间隙，孔的中心线与轴的中心线位置不重合，导致这批工件的加工尺寸H中附加J'工件定位基准变动误差，其变动量即为最大配合间隙.按下式计算Y=amin=I(OM-dtnin)式中AY基准位移误差，ranDin”孔的最大直径，mmdmn外圆的最小直径，gA=g(。皿-4g)=；x(38.05-37.959)mm-0.0455mm2 .基准不重合误差AH加工尺寸h的基准是外圆柱面的母线上，但定位基准是工件圆柱孔中心线，这种由于工序基准与定位基准不重合导致的工序基准在加工尺寸方向上的最大位置变动量，称为基准不重合误差，用41.,表示。基准不重合误差为AB=g可式中b基准不重合误差，mm为一一工件的最大外圆面积直径公差，mmAB=g心=×0.02mm=0.01mm4.5夹具设计及操作的简要说明如前所述，在设计夹具时，应该注意提高劳动生产率避免干涉。应使夹具结构简单，便丁操作，降低成本.提高夹具性价比。本道工序为铳床夹具选择用心轴、快换垫圈和六角螺母等组成的央紧机构进行夹紧工件.本工序铳削余量小，铳削力小，所以股的手动央索就能达到本工序的要求。结语总体来说，此次设计中制定的工艺规程是比较合理的。保证了零件的加工质S.达到了零件的相关技术要求，并尽量提高生产率。夹具设计原理正确.夹具设计可行合理。该夹具确保了加工痂量，不仅工艺结构简单,而11操作简便，定位准确，夹紧迅速省力，效率较高。因此，这个设计是成功的。本设计对同类型中小零件的工艺编制、夹具设计有借鉴意义，同时我对工艺编制和夹具设计也有J'更深的理解.参考文献1 邹吉，呼咏.机械制造技术基触课程设计指导教程北京：机械工业出版社,2011.2 张俊红.内燃机制造工艺学=Interna1.CombustionEngineManufacturingTechno1.ogyM.天津：天津大学出版社，2009.3 吴拓.现代机床夹具设计及实例M.北京：化学工业出版社，2014.4 普瀚心.连杆零件的机械加工工艺规程和专用夹具设计J中国机械，2016(3):41-44.5 龚志坚，冯培锋，闫勇刚.50型装载机变速箱箱体关键加工工序的夹具设计口.煤矿机械，2012(05):132-134.6 李文斐.变速箱体机械加工规程及钻侧面(后)螺钉孔机夹具设计J.内燃机与配件,2019,285(09):103-104.7 黄艳，胡义华，农胜隆，eta1.变速箱体双工位钻镇专用夹具设计J1.组合机床与自动化加工技术，2017(11):155-157.8 钟春明.减速箱箱体加工工艺及夹具设计U1.科技致富向导，2014(21):140-140.致谢在本次设计制造气门描杆的夹具设计和工艺设计的整个过程中,遇到了许多困难和挫折，幸好得到指导老册的的梢助，经过老加的悉心教导和指点，才使得我顺利完成本次毕业设计。但是由于自身能力水平受限，设计过程的时间较为仓促，严重缺乏实际的设计经验，故使得本文设计的气门摇杆的夹具设计和工艺设计还存在诸多的不足，清各位指导老师批评指正。最后，感谢指导老师的教导，感谢同学们的热情帮助,感谢母校的栽培，我必将努力工作，积极进取，为机械事业贡献力量，为母校争光添彩。