氣門搖桿軸支座工藝和鏜φ20孔夾具設計

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機械制造工藝學課程設計任務書 題目：設計氣門搖桿軸支座零件的機械加工工藝規(guī)程及專用夾具 內容：（1）零件一毛坯合圖 1張 （2）機械加工工藝規(guī)程卡片 12張 （3）夾具裝配總圖 1張 （4）夾具零件圖 一張 （5）課程設計說明書 一份 原始資料：該零件圖樣一張；生產綱領6000件/年。 班級： 學生： 指導老師： 時間： 年 月 日 目錄 第一部分： 設計目的………………………………………………… 1 第二部分：設計步驟 一、零件的作用………………………………………… 1 二、確定毛坯，畫毛坯——零件合圖……………… 2 三、工藝規(guī)程設計…………………………………… 3 四、加工工序設計…………………………………… 8 五、時間定額計算……………………………………… 10 六、夾具設計………………………………………… 12 設計目的： 機械制造工藝學課程設計是在學完了機械制造工藝學(含機床夾具設計)和大部分專業(yè)課，并進行了生產實習的基礎上進行的一個教學環(huán)節(jié)。這次設計使我們能綜合運用機械制造工藝學中的基本理論，并結合生產實習中學到的實踐知識，獨立地分析和解決工藝問題。初步具備了設計一個中等復雜程度零件（氣門搖桿軸支座）的工藝規(guī)程的能力和運用夾具設計的基本原理和方法，擬訂夾具設計方案，完成家具結構設計的能力，也是熟悉和運用有關手冊，圖表等技術資料及編寫技術文件技能的一次實踐機會，為今后的畢業(yè)設計及未來從事的工作打下良好的基礎。 由于能力所限，經驗不足，設計中還有許多不足之處，希望各位老師多加指導。 一． 零件的分析 （一） 零件的作用 氣門搖桿軸支座是柴油機一個主要零件。是柴油機搖桿座的結合部，?20（+0.10—+0.16）孔裝搖桿軸，軸上兩端各裝一進氣門搖桿，搖桿座通過兩個?13mm孔用M12螺桿與汽缸蓋相連，3mm軸向槽用于鎖緊搖桿軸，使之不轉動。 （二） 零件的工藝分析 由附圖1得知，其材料為HT200。該材料具有較高的強度，耐磨性，耐熱性及減振性，適用于承受較大應力，要求耐磨的零件。 該零件上主要加工面為上端面，下端面，左右端面，2-?13mm孔和?20（+0.1——+0.06）mm以及3mm軸向槽的加工。 ?20（+0.1——+0.06）mm孔的尺寸精度以及下端面0.05mm的平面度與左右兩端面孔的尺寸精度，直接影響到進氣孔與排氣門的傳動精度及密封，2——?13mm孔的尺寸精度，以上下兩端面的平行度0.055mm。因此，需要先以下端面為粗基準加工上端面，再以上端面為粗基準加工下端面，再把下端面作為精基準，最后加工?20（+0.1——+0.06）mm孔時以下端面為定位基準，以保證孔軸相對下端面的位置精度。 由參考文獻（1）中有關孔的加工的經濟精度機床能達到的位置精度可知上述要求可以達到的零件的結構的工藝性也是可行的。 二． 確定毛坯，畫毛坯——零件合圖（附圖2） 根據零件材料確定毛坯為鑄件，已知零件的生產綱領為6000件/年，通過計算，該零件質量約為3Kg，由參考文獻（5）表1—4、表1—3可知，其生產類型為大批生產，毛坯的鑄造方法選用砂型機器造型。此外，為消除殘余應力，鑄造后安排人工時效處理。參考文獻（1）表2.3—12；該種鑄造公差等級為CT10~11，MA-H級。參考文獻（1）表2.3-12，用查表方法確定各表面的加工余量如下表所示： 加工表面 基本尺寸 加工余量等級 加工余量數值 說明 上端面 48mm H 4mm 單側加工 下端面 50mm H 3mm 單側加工 左端面 35mm H 3mm 單側加工 右端面 35mm H 3mm 單側加工 三、工藝規(guī)程設計 （一） 定位基準的選擇： 精基準的選擇：氣門搖桿軸支座的下端面既是裝配基準又是設計基準，用它作為精基準，能使加工遵循基準重合的原則，實現(xiàn)V形塊十大平面的定位方式（V形塊采用聯(lián)動夾緊機構夾緊）。?20（+0.1——+0.06）mm孔及左右兩端面都采用底面做基準，這使得工藝路線又遵循“基準統(tǒng)一”的原則，下端面的面積比較大，定位比較穩(wěn)定，夾緊方案也比較簡單，可靠，操作方便。 粗基準的選擇：考慮到以下幾點要求，選擇零件的重要面和重要孔做基準。 第一， 在保證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盡量均勻，此外，還要保證定位夾緊的可靠性，裝夾的方便性，減少輔助時間，所以粗基準為上端面。 鏜削?20（+0.1——+0.06）mm孔的定位夾緊方案： 方案一：用一菱形銷加一圓柱銷定位兩個?13mm的孔，再加上底面定位實現(xiàn)，兩孔一面完全定位，這種方案適合于大批生產類型中。 方案二：用V形塊十大平面定位 V形塊采用聯(lián)動夾緊機構實現(xiàn)對R10的外圓柱表面進行定位，再加底面實現(xiàn)完全定位，由于?13mm孔的秒個精度不需要很高，故用做定位銷孔很難保證精度，所以選擇方案二。 （二） 制定加工工藝路線 根據各表面加工要求，和各種加工方法能達到的經濟精度，確定各表面及孔的加工方法如下： 上端面：精銑。 下端面：粗銑 左端面：粗銑—精銑 右端面：粗銑—精銑 2—?13mm孔：鉆孔。 3mm 軸向槽—精銑 ?20（+0.1—+0.006）mm：鉆孔—粗鏜—精鏜 因左右兩端面均對?20（+0.1—+0.006）mm孔有較高的位置要求，故它們的加工宜采用工序集中原則，減少裝次數，提高加工精度。 根據先面后孔，先主要表面后次要表面和先粗加工后精加工的原則，將端面的精銑和下端面的粗銑放在前面，下端面的精銑放在后面，每一階段要首先加工上端面后鉆孔，左右端面上?20（+0.1—+0.006）mm孔放后面加工。初步擬訂加工路線如下： 工序號 工序內容 鑄造 時效 涂漆 00 車上端面 01 鉆兩通孔 02 精銑下端面 03 銑右端面 04 鉆通孔￠18mm 05 鏜孔?20mm，孔口角１*４５度 06 銑左端面 07 銑軸向槽 08 檢驗 09 入庫 上述方案遵循了工藝路線擬訂的一般原則，但某些工序還有一些問題還值得進一步討論。如車上端面，因工件和夾具的尺寸較大，在臥式車床上加工時，它們慣性力較大，平衡困難；又由上端面不是連續(xù)的圓環(huán)面，車削中出現(xiàn)斷續(xù)切削容易引起工藝系統(tǒng)的震動，故改動銑削加工。 工序03應在工序02前完成，使上端面在加工后有較多的時間進行自然時效，減少受力變形和受熱變形對2—?13mm通孔加工精度的影響。 修改后的工藝路線如下： 序號 工序內容 簡要說明 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 鑄造 時效 涂漆 精銑上端面 精銑下端面 鉆兩通孔 銑右端面 鉆通孔?18 鏜孔到?20，孔口倒角1*45度 銑左端面 銑軸向槽 檢驗 入庫 消除內應力 防止生銹 先加工粗基準面 加工經基準 先面后孔 先面后孔 后鏜削余量 次要工序后加工 （三）選擇加工設備及刀、夾、量具 由于生產類型為大批生產，故加工設備適宜通用機床為主，輔以少量專用機床的流水生產線，工件在各機床上的裝卸及各機床間的傳動均由人工完成。 粗銑上端面：考慮到工件的定位夾緊方案及夾具結構設計等問題，采用立銑選擇X1632立式銑床。（參考文獻（1）表6-18），選擇直徑D為?80mm立銑刀，參考文獻（1）表7-88，通用夾具和游標卡尺。 粗銑下端面：采用上述相同的機床與銑刀，通用夾具及游標卡尺。 精銑下端面：采用上述相同的機床與銑刀，通用夾具及游標卡尺。 粗銑左端面：采用臥式銑床X1632，參考文獻（1）表6—21，采用以前的刀具，專用夾具及游標卡尺。 精銑左端面：采用臥式銑床X1632,參考文獻（1）表6—21，專用夾具及游標卡尺。 鉆2-?18mm孔：采用Z3025B*10，參考文獻（1）表6—26，通用夾具。刀具為d為?18.0的直柄麻花鉆，參考文獻（1）表7—111。 鉆?18孔：鉆孔直行為?118mm，選擇搖臂鉆床Z3025參考文獻（1）表6—26，采用錐柄麻花鉆，通用夾具及量具。 鏜?20（+0.1——+0.06）mm孔：粗鏜：采用臥式組合鏜床，選擇功率為1.5KM的ITA20鏜削頭，參考文獻（1）白喔—88。選擇鏜通孔鏜刀及鏜桿，專用夾具，游標卡尺。 四、加工工序設計 經查參考文獻（1）表3—12可得，銑削上端面的加工余量為4mm，又由零件對上頂端表面的表面精度RA=12.5mm可知，粗銑的銑削余量為4mm。 底面銑削余量為3mm，粗銑的銑削余量為2mm，精銑余量1mm，精銑后公差登記為IT7～ＩＴ８。 取每齒進給量為fz＝０.２mm／z（粗銑） 取每齒進給量為f＝０.５mm／r（精銑） 粗銑走刀一次ap＝２mm，精銑走刀一次ap＝１mm 初步取主軸轉速為１５０r／min（粗銑），取精銑主軸的轉速為３００r／min，又前面已選定直徑Ｄ為?８０mm，故相應的切削速度分別為：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 又由機床切削功率P=167.9*10^-5ap^0.9f2aeznkpm 取Z=10個齒，pm=1.代入得： 　　　　pm=１６７.９＊２.０^0.9*(0.2)^50*2.5*10*1 pm=0.861(km) 又因前查的機床的功率為１.５kw/h 若效率為０.8P,則 ０. ８P=6.0>pm 故選擇主軸的轉速為１５０m/min (2)工序５中的粗鏜?１８工序。 ?１８粗鏜余量參考文獻［１］表３－８３取粗鏜為１.８mm，粗鏜切削余量為0.2mm,鉸孔后尺寸為　　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 公差等級 工序尺寸及公差 ?18 粗鏜 1.8 ____ ?19.8 ?19.2 精鏜 0.2 H8 20H8 孔軸線到底面位置尺寸為６0mm 因精鏜與粗鏜的定位的下底面與V型塊，精鏜后工序尺寸為20.02±0.08mm，與下底面的位置精度為0.05mm,與左右端面的位置精度為0.06mm,且定位夾緊時基準重合，故不需保證。0.06mm跳動公差由機床保證。 粗鏜孔時因余量為1.9mm,故ap=1.9mm, 查文獻［１］表２. 4-8 取V=0.4m/s=24m/min 去進給量為f=002mm/r n=1000V/πd=1000*24/3.14*20=380r/min 查文獻的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 　　　　取機床效率為０.８５ 0.78*0.85=0.89kw>0.58kw 故機床的功率足夠。 五、時間定額計算 下面計算工序５的時間定額 （１） 機動時間 粗鏜時：L/(f*n)=45/0.2*380=7.5s 精鏜時：f取0.1mm/s L/(f*n)=45/0.1*380=15s 總機動時間:T=7.5+15=22.5s (2)輔助時間： 操作內容 每次時間 (min) 粗鏜 精鏜 操作次數 時間min 操作次數 時間min 裝夾 2 1 2 - - 換刀 1 1 1 1 1 測量 0.1 1 0.1 1 0.1 卸夾 1.5 - - 1 1.5 開機到開始的時間 0.3 1 1 1 0.3 退刀 0.1 1 1 1 0.1 所以輔助時間Ta為： 　　　　　　　Ta=2+1+0.1+1.5+0.3*2+0.1*0.1*2 =6.5min 作業(yè)時間為Ta+Tb=605+0.37=6.87 min 該工序單位加工時間為6.87min　　　　　　　　　　　 五、填寫機械加工工藝卡和機械加工工序卡 工藝文件詳見附表。 六、夾具設計 本次設計的夾具為第５道工序粗——精鏜?２０（+０.１—+０.０６）mm孔。該夾具為雙支承前后引導鏜床夾具。 １、 確定設計方案 該孔的設計基準為下端面，故以下端平面做定位基準，實現(xiàn)“基準重合”原則；另加兩Ｖ形塊從前后兩方向實現(xiàn)對Ｒ１０的外圓柱面進行夾緊，從對工件的結構形狀分析，若工件以下端面朝下放置在支承板上，定位夾緊就比較穩(wěn)定，可靠，也容易實現(xiàn)。 工件以下端面在夾具上定位，限制了三個自由度，其余三個自由度也必須限制。用哪種方案合理呢？ 　方案１　在２—?１３的通孔內插入一現(xiàn)邊銷限制一個移動自由度，再以兩孔的另一個孔內側面用兩個支承釘限制一個移動自由度和一個轉動自由度。這種定位方案從定位原理上分析是合理的，夾具結構也簡單。但由于孔和其內側面均不規(guī)定其精密度，又因結構原因，夾緊力不宜施加在這樣的定位元件上，故工件定位面和定位元件之間很可能會接觸不好，使定位不穩(wěn)定。這個方案不宜采用。 方案２　用兩個Ｖ形塊夾緊前后兩外圓柱面，用兩鉸鏈壓板壓在工件的下端，這樣就限制了兩個移動自由度和一個轉動自由度，這種方案定位可靠，可實現(xiàn)完全定位。 ２計算夾緊力并確定螺桿直徑 參考文獻（３）表１－２－１１，因夾具的夾緊力與切削力方向相反，實際所需夾緊力Ｆ夾與切削力Ｆ之間的關系Ｆ夾＝ＫＦ 安全系數Ｋ在夾緊力與切削力方向相反后時，Ｋ＝３，由前面的計算可知Ｆ＝１４５２.３Ｎ 所以Ｆ夾＝ＫＦ＝３*１４５２.３＝４３５６.９Ｎ F0= F夾/2=1178.4（N） 參考文獻3表1-24，從強度考慮，用一個M10的螺柱完全可以滿足要求，M10的許應夾緊為3924N，所以螺桿直徑為d=10mm 3.定位精度分析 ?20（+0.10—+0.16）孔的精加工是在一次裝夾下完成的，具體采用的是前后支撐引導的夾具機構，機床與鏜桿之間所采用的是浮動連接，故機床主軸振動可略不計，?20（+0.10—+0.16）孔的加工精度主要由鏜模來保證。 圖見附表。 因為孔的軸線與底面的平行度要求為0.05。故兩鏜模裝配后同軸度要求應小于0.05，又因為鏜套與鏜桿?18 H6（+0.03—0）/h5(0—-0.009)，其最大間隙為 Xmax=0.013+0.009=0.022mm =0.022/310=0.00007 被加工孔的長度為42mm 取兩孔同軸度誤差為0.03mm 則 ΔT1=2×42×0.00007=0.006 ΔT2=0.03mm 所以ΔT=ΔT1+ΔT2=0.036 又以為 0.036<0.05 0.006<0.06 所以夾具能滿足零件加工精度的要求。 零件圖，零件——毛坯合圖另附 參考文獻： （１） 陳宏均 主編 實用加工工藝手冊 （２） 孟少農 主編 機械加工工藝手冊 （3） 機床夾具設計手冊 （4） 鄭修本 主編 機械制造工藝學 17