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1、课程设计说明书全套CAD图纸，工艺卡等，联系153893706气门摇臂轴支座机械加工工艺规程及工艺装备设计序言机械制造工艺学课程设计是在学完机械制造工艺学（含机床夹具设计）和大部分专业课，并进行过金工实习。为了巩固所学知识和毕业设计，对所学各课程的进行一次深入的综合性的总复习,我们进行了本次课程设计。通过这次课程设计使我们能综合运用机械制造工艺学的基本理论，并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，初步具备了设计一个气门式摇臂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，完成夹具结构设计的能力，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等基本
2、技能的一次实践机会，为今后的毕业设计未来将从事的工作进行一次适应性训练。由于能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予批评指正。一、零件的分析(一)零件的作用题目所给的零件是1105柴油机中摇臂座结合部的气门摇臂轴支座。其中18+0.0270mm（18IT8）孔装摇臂轴，轴上两端各装一进、排气门摇臂。另一16+0.110mm（16IT11）孔内装一减压轴，用于减低汽缸内压力，便于起动柴油机。两孔间距为560.05mm可保证减压轴在摇臂上打开气门，实现减压。该零件通过11mm孔用M10螺杆与汽缸盖相连。该零件可以先铸为一体，再进行各种加工工艺来满足各项要求。(二)零件的工艺分析零件的材料为
3、HT200，灰铸铁生产工艺简单，铸造性能优良，但塑性较差、脆性高，不适合磨削，为此以下是气门式摇臂轴支座需要加工表面以及与加各工表面之间的位置要求：1、11mm孔内圆周面、18+0.0270mm和16+0.110mm孔内圆周面及其倒角。2、28、26两圆的前后端面，支座上端面及支座下底端面。3、18+0.0270mm孔中心线与支座下端面平行度误差为0.05 16+0.110mm孔中心线与支座下端面平行度误差为0.05 28孔的前后两端面与18+0.0270mm孔中心线圆跳度误差为0.1由上面分析可知，可以粗加工气门摇臂轴支座下端面，然后以此作为基准采用专用夹具进行加工，并且保证位置精度要求。再
4、根据各加工方法的经济精度及机床所能达到的位置精度，并且此气门摇臂轴支座零件没有复杂的加工曲面，所以根据上述技术要求采用常规的加工工艺均可保证。二、确定毛坯1、确定毛坯种类：零件材料为HT200。考虑零件在机床运行过程中所受冲击不大，零件结构又比较简单，生产类型为中批生产，故选择木摸手工砂型铸件毛坯。查机械制造工艺设计简明手册第38页表2.2-3,选用铸件尺寸公差等级为CT-12。2、确定机械加工加工余量：查机械制造工艺设计简明手册第41页表2.2-5，选用加工余量为MA-12H级，并查表2.2-4确定各个加工面的铸件机械加工余量如表1-1所示：表1-1 机械加工余量(mm)简 图气门摇臂轴支座
5、各面加工余量注：T1是支座上端平面，T2是支座下底端平面，D1是11孔内圆柱面是，D2是支座下5mm高的台阶右、前、后三面1.22支座上端面T1沿轴线长度方向基本尺寸是39mm、加工余量取5mm、选单侧加工2.支座下底面T2沿22轴线方向基本尺寸是39mm、加工余量取5mm、选单侧加工3.28圆柱前后端面基本尺寸是370.1mm、加工余量取3.52mm、选双侧加工 4.26圆柱前后端面基本尺寸是16mm、加工余量取3.52mm、选双侧加工5由于18和16两孔直径小于30，为了在制造工艺上方便可以铸造成实体。3、确定毛坯尺寸及毛坯尺寸公差：由上面所查的机械加工余量适用于机械加工表面粗糙度Ra1.
6、6m。分析本零件，除18IT8和16IT11两孔以外，其余各表面皆Ra1.6m，因此这些表面的毛坯尺寸只需将零件的尺寸加上所查得的加工余量值即可。则毛坯尺寸如表1-2所示：表1-2 毛坯尺寸及毛坯尺寸公差（mm）零件尺寸加工余量铸件尺寸铸件尺寸公差根据下底面395445.6查机械制造工艺设计简明手册表2.2-1上端面445495.6370.13.52440.15.6163.52235.64、绘制铸件毛坯图见：附件2气门摇臂轴支座毛坯图三、工艺规程设计(一)选择定位基准：1 粗基准的选择：以零件支座上端面T1为主要的定位粗基准，以支座下5mm高台阶前后右三面（D2）为辅助粗基准。2 精基准的选择
7、：考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便，依据“基准重合”原则和“基准统一”原则，以粗加工后的底面T2为主要的定位精基准，以11内院表面D1为辅助的定位精基准。（二）制定工艺路线根据零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求，以及加工方法所能达到的经济精度，在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用万能性机床配以专用工卡具,并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。查机械制造工艺设计简明手册（后简称简明手册）第20页表1.4-7、1.4-8、1.4-11，选择零件的加工方法及工艺路线方案如下：工序 粗铣支座下底端面T2，以T1为粗基准，采用X51立式铣床
8、加专用夹具；工序 粗铣支座上端面T1，以T2为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具；工序 钻11孔，以T2和D3为定位基准，采用Z3025摇臂钻床加专用夹具；工序 粗铣28圆柱前后端面，以T2和D1为定位基准，采用X51立式铣床床加专用夹具；工序 粗铣26圆柱前后端面，以T2和D1为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具；工序 钻、扩18和16孔，以T2和D1为定位基准，采用Z3025摇臂钻床加专用夹具；工序 钻3斜孔，以T1和D1为定位基准，采用Z3025摇臂钻床加专用夹具；工序 精铣支座下底面T2，以T1和D1为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具；工序 精铣28圆柱前后端面，以T2和
9、D1为定位基准，采用X51立式铣床加专用夹具；工序 粗铰、精铰18和16孔，以T2和D1为定位基准，采用Z3025摇臂钻床加专用夹具；工序 去毛刺；工序 终检。（三）机械加工余量、工序尺寸及公差的确定1、圆柱表面工序尺寸： 前面根据资料已初步确定工件各面的总加工余量，现在确定各表面的各个加工工序的加工余量如下：加工表面加工内容加工余量经济精度等级工序尺寸(mm)表面粗糙度（m）工序余量(mm)最小最大11（D1）钻IT1211+0.18012.518IT8（孔内圆周面）钻16.0IT1216+0.180 12.515.8216.0扩1.8IT1017.8+0.0706.31.731.98粗铰0
10、.14IT917.94+0.04303.20.0970.21精铰0.06IT818+0.02701.60.0330.10316IT11（孔内圆周面）钻14IT1214+0.18012.513.8214扩1.8IT1015.8+0.0706.31.731.98粗铰0.14IT815.94+0.02703.20.1130.21精铰0.06IT716+0.01801.60.0420.0873（孔内圆周面）钻IT123+0.1012.52、平面工序尺寸：工序号工序内容加工余量(mm)基本尺寸(mm)经济精度工序尺寸偏差工序余量（mm）最小最大铸件5.049.0CT122.5铸件3.5244.0CT12
11、3.5铸件3.5223.0CT123.501粗铣支座下底面（T2）4.045.0120-0.251.57.7502粗铣支座上端面（T1）4.041.0120-0.251.57.7504粗铣28前后端面2.5239.0120-0.251.510.7506粗铣26前后端面3.5216.0120-0.183.510.6809精铣支座下底面（T2）2.039.080-0.0391.754.28910精铣28前后端面1.0237.08+0.1-0.10.8752.6253、确定切削用量及时间定额：工序 粗铣支座下底端面T2，以T1为粗基准1. 加工条件工件材料：HT200 b=170250Mpa，采用铸
12、造，工件尺寸Amax=22mm L=36mm加工要求：粗铣支座下底端面T2，加工余量4.0mm机床：X51立式铣床；刀具：YG6硬质合金端铣刀。根据切削用量手册（后简称切削手册）表3.1可选铣削宽度e=50mm 铣削深度p=4mm 取刀具直径d0=80mm 齿数Z=10切削手册表3.2选择刀具前角00后角08副后角0=10倾角s=20主偏角Kr=50过渡刃Kr=20副偏角Kr=5 2. 切削用量1）确定切削深度p 因为余量较小，故选择p=4mm，一次走刀即可完成。2）确定每齿进给量fz 由于本工序为粗加工，尺寸精度和表面质量可不考虑，从而可采用不对称端铣，以提高进给量提高加工效率。根据简称简明
13、手册表4.2-35查得X51立式铣床功率为4.5KW 根据切削手册表3.5查的使用YG6硬质合金端铣刀加工的每齿进给量为0.140.24 mm/z 则每转进给量为1.42.4mm/r根据机床进给量可查得选择：f=1.6mm/r。那么每齿进给量fz=0.16mm/z3）确定刀具寿命及磨钝标准 根据切削手册表3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为1.52.0mm；由于铣刀直径d0=80mm，故刀具使用寿命T=180min（据简明手册表3.8）。4）计算切削速度V和每分钟进给量Vf 根据切削手册表3.27查的切削速度Vc公式为： （m/min） 其中：e=50mm p=4mm Cv=245 qv=0.2
14、 Xv=0.15 Yv=0.35 Uv=0.2 Pv=0 m=0.32 T=180min fz=0.16mm/z根据根据切削手册表3.16查的，当d0=80mm时Z=10 Ksv=0.8 Kmv=0.8 则Kv=KsvKmv=0.80.8=0.64将以上数据代入公式： 确定机床主轴转速：。根据机床特性和简明手册表4.2-36，选择nc=945r/min 因此实际切削速度Vc为：Vc=m/min=237 m/min根据简明手册表3.16选择每分钟进给量Vft=400 mm/min 故实际每分钟进给量Vf=VftKv=4000.64=256 mm/min5)校验机床功率 根据切削手册表3.24，查
15、的近似为Pcc=2.0kw,根据机床使用特性，主轴允许功率Pcm=4.5/0.75kw=6kwPcc=2.0 kw。故校验合格。最终确定:ap=4.0mm，nc=945r/min，vf=256mm/s，vc=237m/min，fz=0.16mm/z。6）计算基本工时 tmL/ vf，L=l+ y+，l=36mm.查切削手册表3. 26，入切量及超切量为：y+=18mm，则：tmL/ Vf=(36+18)/256=0.2min。工序 粗铣支座上端面T1，以T2为定位基准 其刀具选择、切削用量和时间定额及其计算过程同工序一样。工序 钻11孔，以T2和D3为定位基准1. 选择钻头根据切削手册表2.1
16、和表2.2选择高速钢麻花钻钻头，钻头采用标准型钻头，粗钻时d0=11mm 后角012，二重刃长度be=1.5mm ，棱带长度L1=1.0mm ，2=100，=252. 选择切削用量（1）确定进给量f根据切削手册表2.7查的f=0.520.62 mm/r 其中钻11孔深L=41mm由于Yd=41/11=3.73 所以进给速度f需要乘以修正系数，系数为0.95 则 f=（0.520.62）0.95=（0.50.6）mm/r 按照钻头强度选择：查切削手册表2.8钻头允许的进给量为f=1.2 mm/r 由于以上两个进给量相差太大，受限制的进给量是工艺要求，其值为（0.50.6）mm/r 。根据简明手册
17、表4.2-13和机床Z3025查的最终选择进给量f=0.5 mm/r 由于是通孔加工，为了避免即将钻穿时钻头折断，故应在即将钻穿时停止自动进给而改为手动进给。 （2）确定钻头磨钝标准及寿命 查切削手册表2.12有后刀面最大磨损限度为0.50.8mm 寿命T=60min（3）确定切削速度Vc根据切削手册表2.30钻床切削速度计算公式为：（m/min） 其中：Cv=11.1 Zv=0.25 Xv=0 Yv=0.4 m=0.125 f=0.5mm/r d0=11mm T=60min 根据切削手册表2.31查的修正系数Kmv=1.0故 确定机床主轴转速：根据简明手册表4.2-12 选主轴转速n=315
18、r/min故实际切削速度（4）检验机床扭矩及功率查切削手册表2.21当f=0.6 d0=11mm时Mt=16 Nm修正系数KMm=1.0故Mc=16 Nm 查简明手册表4.2-11机床最大扭矩Mmax=196 Nm ，Z3025机床主电机功率Pe=2.2Kw ，查切削手册表2.23钻头消耗功率Pc=1.0 Kw 根据机床工作特点实际Pe=2.2/0.75=3 Kw由于 McMmax PcPe 所以切削用量可用校验合格 即：f=0.5mm/r n=315r/min Vc=11m/min3.计算基本工时 根据查简明手册表6.2-5公式为：Tm=(L+l1+l2)/nf 其中L=49mm 取l1=2
19、mm l2=3mm 则：Tm=(49+2+3)/3150.5=0.34min工序 粗铣28圆柱前后端面，以T2和D1为定位基准 由于加工零件不变，加工条件和工序和工序都一样，所以:刀具：YG6硬质合金端铣刀，刀具参数形状和工序刀具相同do=80mm Z=10机床：X51立式铣床 每齿进给量fz=0.16mm/z铣刀加工余量为2.52 比较小故选择切削深度p=2.5mm 一次走到完成铣刀刀齿后刀面最大磨损量为1.52.0mm 铣刀寿命T=180min 粗铣28圆柱前后端面尺寸同工序中的加工尺寸比较接近，故其切削速度、每齿进给量、检验机床功率等都同工序一样计算 计算基本工时Tm： TmL/ vf，
20、L=l+ y+，l=28mm.查切削手册表3. 26，入切量及超切量为：y+=17mm，则：tmL/ Vf=(28+17)/256=0.18min。工序 粗铣26圆柱前后端面，以T2和D1为定位基准 其刀具选择、切削用量和时间定额及其计算过程同工序一样。其中计算基本工时Tm： TmL/ vf，L=l+ y+，l=26mm.查切削手册表3. 26，入切量及超切量为：y+=17mm，则：tmL/ Vf=(26+18)/256=0.17min。工序 钻、扩18和16孔，以T2和D1为定位基准1.选择钻头根据切削手册表2.1和2.2，选择高速钢麻花钻钻头，粗钻时do=16mm，钻头采用修磨棱带及横刃，
21、后角o12，二重刃长度b=2.5mm,横刀长b=1.5mm,棱带长度， 2.选择切削用量 （1）确定进给量按加工要求确定进给量：查切削手册表2.7：由于钻18孔深度l=44mm 则：l/d=44/16=2.753由切削手册表2.7,系数为0.5则： 按钻头强度选择:查切削手册表2.8,钻头允许进给量为：以上二个进给量比较得出，受限制的进给量是工艺要求，其值为：0.31-0.38mm/r。根据简明手册表4.2-13和机床Z3025查的最终选择进给量由于是通孔加工，为避免即将钻穿时钻头折断，故应在即将钻穿时停止自动进给而改为手动进给。根据切削手册表2.19查出,钻孔时轴向力Ff=2600N，轴向力
22、修正系数为1.0，故Ff=2600N。根据Z3025摇臂钻床使用说明书和查简明手册表4.2-11，机床进给机构允许的最大轴向力为7848NFf，故所选进给量可用。（2）确定钻头磨钝标准及寿命根据切削手册表2.12查得：后刀面最大磨损限度为0.50.8mm寿命T=60min（3）切削速度Vc查切削手册表2.30，切削速度计算公式为： （m/min）其中， ，mm/r T=60min 根据切削手册表2.31查得修正系数： 故 机床主轴转速：根据简明手册表4.2-12的Z3025钻床选n=315r/min 实际切削速度： （4）检验机床扭矩及功率查切削手册表2.21，当f=0.3, do=16mm时
23、，查得Mt=20Nm，修正系数Km =1.0，故MC=20 Nm。查简明手册表4.2-11 和Z3025机床有主轴最大扭转力矩Mmax=196 Nm 主电机功率Pe=1.7/0.75=3Kw 查切削手册表2.23,钻头消耗功率：Pc1.0kw。由于，故切削用量可用校验合格，即：，（5）、计算基本工时根据查简明手册表6.2-5公式为：Tm=(L+l1+l2)/nf 其中L=30mm 取l1=2mm l2=3mm 则：Tm=(30+2+3)/3150.3=0.37min3、扩孔至17.8（1）查切削手册表2.10，扩孔进给量为：，并由Z3025机床使用特性最终选定进给量为：。（2）根据加工工艺特性
24、和资料，切削速度 ，其中为用钻头钻同样尺寸实心孔时的切削速度，故 机床主轴转速： 根据简明手册表4.2-12选择n=250r/min 实际切削速度 （3）检验机床扭矩及功率 查切削手册表2.21 当f=1.0mm d=17.8mm时Mt=65 Nm修正系数为Km=1.0故Mc=MtKm=65 Nm 查简明手册表4.2-11有主轴最大扭转力矩Mmax=196 Nm主电机功率Pe=2.2/0.75=3Kw 查切削手册表2.23有钻头消耗功率Pc=1.0Kw 由于： McMmax PcPcc=1.8 kw。故校验合格。最终确定:ap=2.0mm，nc=945r/min，vf=256mm/s，vc=2
25、37m/min，fz=0.14mm/z。6）计算基本工时 tmL/ vf，L=l+ y+，l=36mm.查切削手册表3. 26，入切量及超切量为：y+=18mm，则：tmL/ Vf=(36+18)/256=0.21min。工序 精铣28圆柱前后端面，保证圆跳动公差不超过0.1，表面精度达到Ra=3.2m，以T2和D1为定位基准 由于加工余量为1.02比较小，其中刀具选择，加工工艺特性与工序相同，故切削用量同工序相同 基本工时：精铣时查切削手册表3. 26，入切量及超切量为：y+=18mmL=28mm则 tmL/ Vf=(28+18)/256=0.18min。工序 粗铰、精铰18和16孔保证平行
26、度不超过0.05，表面精度达到Ra=1.6m，以T2和D1为定位基准（1） 粗铰至17.94mm刀具选择高速钢专用铰刀，铰刀几何参数根据切削手册表2.6选取刀具直径do=17.5mm后角o8 前角=0齿背倾斜角1=18 机床：Z3025摇臂钻床 根据切削手册表2.24查：铰刀进给量f=0.51.0mm/r ,切削速度Vc=814m/min ，切削深度p=0.10.15mm 根据Z3025机床选取进给量f=0.52mm/r ,切削速度Vc=12m/min ，切削深度p=0.14mm 机床主轴转速：根据简明手册表4.2-12和Z3025钻床特性选择nc=200r/min 因此实际切削速度Vc为：V
27、c=m/min=11 m/min计算基本工时： 根据查简明手册表6.2-5公式为：Tm=(L+l1+l2)/nf 其中L=37mm 取l1=2mm l2=3mm 则：Tm=(37+2+3)/2000.5=0.42min（2） 精铰至18mm刀具选择高速钢专用铰刀，铰刀几何参数根据切削手册表2.6选取刀具直径do=18mm后角o8 前角=0齿背倾斜角1=18 机床：Z3025摇臂钻床 根据加工工艺特性精铰孔切削速度V精=0.8V粗 ；其中V粗为用铰刀铰同样尺寸的孔时切削速度，其中V粗=11m/min 故V精=0.5V粗=0.811=8.8m/min 机床主轴转速同粗铰时加工的主轴转速一样n=20
28、0r/min其中精铰铰刀进给量相应小于粗铰时的进给量，故选取f=0.5mm/r计算基本工时：精铰加工的工时与粗铰加工的工时差不多大约为0.5min（3）粗铰、精铰16孔保证平行度不超过0.05，表面精度达到Ra=1.6m，以T2和D1为定位基准刀具参数和形状选择，切削用量和时间定额及其计算过程粗铰、精铰16孔同一样 粗铰时基本工时大约为0.4min 精铰时基本工时大约为0.5min四、 夹具设计为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。经过与老师协商，决定设计第道工序钻、扩孔的钻床夹具。本夹具将用于Z3025摇臂钻床，刀具选用高速钢麻花钻钻头。(一)问题的提出本夹具主要
29、用于钻、扩、铰孔，由于本道工序的18和16两孔要满足平行度误差为0.05，同时钻、扩孔后要铰孔保证两孔的表面粗糙度为Ra=1.6m因此要保证加工的精度，所以，本道工序加工时，主要应该考虑如何提高位置平行精度，在此基础上在一定程度上提高劳动生产率，降低劳动强度。 (二)夹具设计 1、定位基准选择 考虑工件的加工结构，可以采用“两面一销”的定位方式。即用11孔作为销的位置，26园端面支撑工件，支座下底面T2为主要定位面。同时考虑到生产率要求不是很高，故可以采用手动夹紧。 2、切削力及夹紧力计算 机床采用Z3025摇臂钻床，刀具：高速钢麻花钻钻头，钻18孔是的刀具直径为16mm，钻16孔是刀具直径为
30、14mm，钻两孔的进给量f=0.3mm/r由切削手册表3.32查得钻孔时轴向力和扭矩计算力公式： 轴向力Ft: 扭矩Mc： 其中： 根据切削手册表3.33表查的KMF=KMM=1.0钻18孔时轴向力：钻16孔时轴向力：钻18孔时扭矩：钻16孔时扭矩：在计算切削轴向力时必须把安全系数考虑在内，安全系数其中根据金属切削机床夹具设计手册可以查到：为基本安全系数1.5； 为加工性质系数为1.1； 为刀具钝化系数为1.1； 为断续切削系数为1.1。所以，实际钻18孔时轴向力为：F=KFt=1.51.11.11.12565=5121N实际钻16孔时轴向力为：F=KFt=1.51.11.11.12244=5
31、4480N为克服水平切削力，实际夹紧力N应为 其中分别为夹具定位面及夹紧面上的摩擦系数，。则 ：钻18孔时的夹紧力为钻16孔时的夹紧力为此时18孔和16孔的夹紧力N大于各自所需切削轴向力F，故本夹具可以安全工作。3、定位误差分析 前几道工序中已经使工件尺寸达到要求，零件中两孔尺寸为，与定位面T2和11孔的配合尺寸为，由相关手册查得，定位孔11尺寸为11+0.180，因此可以求得其最大间隙为，所以能满足精度要求。4夹具设计及操作的简要说明如前所述，由于是中批量生产，故采用手动夹紧即可满足要求。由于本工序处于粗加工阶段，故对精度要求不是很高，必须保证刀具与工件的相对位置精度。夹具装有对刀块，可以使夹具在一批零件的加工之前很好地对刀（与塞尺配合使用）；同时夹具体底面的一对固定钻套可以使整个夹具在机床工作台上有一个正确的安装位置，以有利于钻削加工。夹具装配图及夹具体零件图分别见附图3和附图4。参考文献:1赵家奇,机械制造工艺学课程设计指导书2版 机械工业出版社,2000.10.2艾兴,肖诗纲主编,切削用量简明手3版 机械工业出版社,1997.83 金属切削机床夹具设计手册 上海柴油机厂工艺设备研究所编，1984.124李益民主编,机械制造工艺设计简明手册 机械工业出版社,1993.45何铭新 钱可强主编,工程制图（第五版） 高等教育出版社,2005.5。
