机械制造工艺学课程设计说明书

机械制造工艺学课程设计说明书

题目：设计气门摇杆轴支座零件的机械加工工艺规程及专用夹具

学生姓名 学 号 班 级 指导老师 完成日期

目录

第一节 序言 ..................................................................................................................................... 3

第二节 零件的分析 ......................................................................................................................... 3

一、零件工用分析 ................................................................................................................... 3 二、零件的工艺分析 ............................................................................................................... 4 第三节 机械加工工艺规程制定 ..................................................................................................... 4

一、确定生产类型 ................................................................................................................... 4 二、确定毛胚制造形式 ........................................................................................................... 5 三、定位基准的选择： ........................................................................................................... 5 四、选择加工方法、制定工艺路线 ....................................................................................... 6 五、确定加工余量及毛坯尺寸 ............................................................................................... 8 七、工序设计 ......................................................................................................................... 10

(一)选择加工设备与工艺装备 ...................................................................................... 10 （二）确定工序尺寸 ..................................................................................................... 11 八、确定切削用量和基本时间 ............................................................................................. 13 九、夹具设计 ......................................................................................................................... 19

（一）底面夹具设计 ..................................................................................................... 19 （二）钻D=13mm孔夹具设计 .................................................................................... 20 (三) 钻D=20mm孔及铣其两端面夹具设计 ................................................................ 20 （四）槽的铣销加工夹具设计 ..................................................................................... 20 十、填写机械加工工艺卡和机械加工工序卡 ..................................................................... 20

第一节 序言

机械制造工艺学课程设计是在学完了机械制造工艺学(含机床夹具设计)和大部分专业课，并进行了生产实习的基础上进行的一个教学环节。这次设计使我们能综合运用机械制造工艺学中的基本理论，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中等复杂程度零件（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实践机会，为今后的毕业设计及未来从事的工作打下良好的基础。

第二节 零件的分析

一、零件工用分析

气门摇杆轴支座是柴油机一个主要零件。是柴油机摇杆座的结合部，Ø20（+0.10—+0.16）孔装摇杆轴，轴上两端各装一进气门摇杆，摇杆座通两个Ø13mm孔用 M12螺杆与汽缸盖相连，3mm轴向槽用于锁紧摇杆轴，使之不转动。

二、零件的工艺分析

由题目得，其材料为 HT200。该材料具有较高的强度，耐磨性，耐热性及减振性，适用于承受较大应力，要求耐磨的零件。该零件上主要加工面为上端面，下端面，左右端面，2-Ø13mm孔和 Ø20（+0.1— -0.06）mm以及 3mm轴向槽的加工。Ø20（+0.1—— -0.06）mm孔的尺寸精度以及下端面 0.05mm的平面度与左右两端面孔的尺寸精度，直接影响到进气孔与排气门的传动精度及密封，2——Ø13mm孔的尺寸精度，以上下两端面的平行度 0.055mm。因此，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，最后加工 Ø20（+0.1——+0.06）mm孔时以下端面为定位基准，以保证孔轴相对下端面的位置精度。由参考文献（1）中有关孔的加工的经济度机床能达到的位置精度可知上述要求可以达到的零件的结构的工艺性也是可行的。

第三节 机械加工工艺规程制定

一、确定生产类型

依设计题目知：Q=4000件/年，结合生产实际，备品率 a%和废品率 b%分别取 3%和 0.5%。查表知气门摇杆支座属轻型零件，该零件生产类型为大批生产.

二、确定毛胚制造形式

根据零件材料确定毛坯为铸件，已知零件的生产纲领为 4000件/年，通过计算，该零件质量约为 3Kg，，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。此外，为消除残余应力，铸造后安排人工时效处理。参考文献（1）表 2.3—12；该种铸造公差等级为 CT10~11，MA-H级。参考文献（1）表 2.3-12，用查表方法确定各表面的加工余量确定各表面的加工余量

三、定位基准的选择：

精基准的选择：气门摇杆轴支座的下端面既是装配基准又是设计基准，用它作为精基准，能使加工遵循基准重合的原则，实现 V形块十大平面的定位方式（V形块采用联动夹紧机构夹紧）。Ø20（+0.1——+0.06）mm孔及左右两端面都采用底面做基准，这使得工艺路线又遵循“基准统一”的原则，下端面的面积比较大，定位比较稳定，夹紧方案也比较简单，可靠，操作方便。粗基准的选择：考虑到以下几点要求，选择零件的重要面和重要孔做基准。

第一，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，所以粗基准为上端面。 第二，镗削Ø20（+0.1——+0.06）mm孔的定位夹紧方案：

方案一：用一菱形销加一圆柱销定位两个Ø13mm的孔，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。

四、选择加工方法、制定工艺路线

1、表面加工方法的确定

根据各表面加工要求，和各种加工方法能达到的经济精度，确定各表面及孔的加工方法如下：

加工表面 下底面 2—Ø13mm孔 加工方案 精铣 钻孔 粗铣—精铣 两端面 Ø20mm孔 钻孔-镗孔 精铣 槽 因左右两端面均对 Ø20（+0.1—+0.006）mm孔有较高的位置要求，故它们的加工宜采用工序集中原则，减少装次数，提高加工精度

2、工艺路线的确定

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，将上端面的精铣和下端面的粗铣放在前面，下端面的精铣放在后面，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

路线如下：

上述方案遵循了工艺路线拟订的一般原则，但某些工序还有一些问题还值得进一步讨论。如车上端面，因工件和夹具的尺寸较大，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的圆环面，车削中出现断续切削容易引起工艺系统的震动，故改动铣削加工。工序 02应在工序 01前完成，使上端面在加工后有较多的时间进行自然时效，减少受力变形和受热变形对2—Ø13mm通孔加工精度的影响。

修改后的工艺路线如下：

五、确定加工余量及毛坯尺寸

根据零件材料确定毛坯为铸件，已知零件的生产纲领为 5000件/年，通过计算，该零件质量约为 3Kg，，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。此外，为消除残余应力，铸造后安排人工时效处理。

参考文献（1）表 2.3—12；该种铸造公差等级为 CT10~11，MA-H级。参考文献（1）表 2.3-12，用查表方法确定各表面的加工余量确定各表面的加工余量

如下表所示：

毛坯尺寸图：

七、工序设计

(一)选择加工设备与工艺装备

由于生产类型为大批生产，故加工设备适宜通用机床为主，辅以少量专用机床的流水生产线，工件在各机床上的装卸及各机床间的传动均由人工完成。粗铣上端面：考虑到工件的定位夹紧方案及夹具结构设计等问题，采用立铣选择 X1632立式铣床。（参考文献（1）表 6-18），选择直径 D为Ø80mm立铣刀，参考文献（1）表7-88，通用夹具和游标卡尺。粗铣下端面：采用上述相同的机床与铣刀，通用夹具及游标卡尺。精铣下端面：采用上述相同的机床与铣刀，通用夹具及

游标卡尺。粗铣左端面：采用卧式铣床 X6132，参考文献（1）表 6—21，采用以前的刀具，专用夹具及游标卡尺。精铣左端面：采用卧式铣床X6132,参考文献（1）表6—21，专用夹具及游标卡尺。钻 2-Ø13mm孔：采用 Z3025B*10，参考文献（1）表 6—26，通用夹具。刀具为d为Ø13.0的直柄麻花钻，参考文献（1）表7—111。钻Ø18孔：钻孔直行为Ø118mm，选择摇臂钻床 Z3025参考文献（1）表 6—26，采用锥柄麻花钻，通用夹具及量具。镗Ø20（+0.1——+0.06）mm孔：粗镗：采用卧式组合镗床，选择功率为1.5KM的 ITA20镗削头，参考文献（1）白喔—88。选择镗通孔镗刀及镗杆，专用夹具，游标卡尺。

（二）确定工序尺寸

工序06的尺寸链计算 加工过程为： 1）铣右端面

2）钻通孔Ø18，保证工序尺寸p1 3）粗镗，保证工序尺寸p2

4）精镗，保证工序尺寸p3，达到零件设计尺寸D的要求，D=20 5）倒角

如图，可找出工艺尺寸链

求解工序尺寸及公差的顺序如下： （1）从图知，p3=D

（2）从图知，p3=p2+Z2，其中 Z2是精镗的余量，Z2 =0.2mm，则 p2=p3- Z2=20-0.2=19.8mm，由于工序尺寸 p2是在粗镗中保证的，查参考资料（5）中表1-20知，粗镗工序的经济加工精度等级为IT12,因此确定该工艺尺寸公差为IT12，其公差值为0.35mm，故p2=（19.8±0.175）mm；

（3）从图所示的尺寸链知，p2=p1+Z1其中Z1为粗镗的余量，Z1 =1.8mm，p1=p2-Z1=19.8-1.8=18mm，查参考资料（5）中表1-20知，确定钻削工序的经济加工精度等级为IT13，其公差值为0.54mm，故p1=（18±0.27）mm。为验证确定的工序尺寸及公差是否合理，还需对加工余量进行校核。

（4）余量 Z2的校核，在图b所示的尺寸链里 Z2是封闭环，故

Z2max=p3max-p2min=（20+0.1-（19.8-0.175））mm=0.475mm Z2min=p3min-p2max=（20-0.1-（19.8+0.175））mm=-0.075mm

（5）余量Z1的校核，在图 a所示的尺寸链中Z1是封闭环，故Z1 max=p2max-p1min=（19.8+0.175-（18-0.27））mm=2.245mm Z1 min=p2min-p1max=（19.8-0.175-（18+0.27））mm=1.355mm 余量校核结果表明，所确定的工序尺寸公差是合理的。

将工序尺寸按“入体原则”表示:

八、确定切削用量和基本时间

工序Ⅰ：粗铣上端面，保证表面粗糙度要求Ra12.5 um

经查参考文献（1）表3—12可得，铣削上端面的加工余量为4mm，又由零件对上顶端表面的表面精度RA=12.5mm可知，粗铣的铣削余量为4mm。确定每齿进给量及铣削深度取每齿进给量为fz＝0.2mm／z（粗铣）铣削宽度 a e =2.5mm，铣削深度 a P =4mm切削速度：初步取主轴转速为150r／min（粗铣）又前面已选定直径Ｄ为Ø80mm，故相应的切削速度分别为：

工序Ⅱ：铣削底面

底面铣削余量为3mm，粗铣的铣削余量为2mm，精铣余量1mm，精铣后公差登记为IT7～IT8。确定每齿进给量及铣削深度取每齿进给量为fz＝0.2mm／z（粗铣）取每齿进给量为fz＝0.05mm／z（精铣）（参考

《切削手册》表3-3）粗铣走刀一次ap＝2mm，精铣走刀一次ap＝1mm 切削速度：初步取主轴转速为 150r／min（粗铣），取精铣主轴的转速为 300r／min。又前面已选定直径Ｄ为Ø80mm，故相应的切削速度分别为：

符合要求。 切削工时：

工序Ⅲ：钻2×¢13两通孔

刀具选择：选择高速钢麻花钻，do=φ13mm，

钻头磨钝标准及寿命：

后刀面最大磨损限度（查《切削手册》）为0.5～0.8mm，寿命T =60min。 切削速度，查《切削手册》：

工序Ⅳ：铣￠32mm圆拄的右端面

右端面铣削余量为3mm，粗铣的铣削余量为2mm，精铣余量1mm，精铣后公差登记为IT7～IT8。 确定每齿进给量及铣削深度

取每齿进给量为fz＝0.2mm／z（粗铣）

又前面已选定直径Ｄ为Ø80mm，故相应的切削速度分别为：

符合要求。 切削工时：

工序Ⅴ：钻通孔￠18mm

本工序为钻 φ18mm通孔，采用锥柄麻花钻，直径 d=18mm，使

用切削液确定进给量f由于孔径和深度都很大，宜采用自动进给，取每齿进给量为fz＝0.05mm／z（精铣）（参考《切削手册》表3-3） 粗铣走刀一次ap＝2mm，精铣走刀一次ap＝1mm

切削速度：初步取主轴转速为 150r／min（粗铣），取精铣主轴的转速为 300r／minfz=0.20mm/r。选择钻头磨钝标准及耐用度根据表5-130，钻头后刀面最大磨损量为 0.8mm，耐用度 T=50min。确定切削速度V由表 5-132，σ=670MPa的 HT200的加工性为 5类，根据表 5-127，进给量 f=0.20mm/r，由表 5-131，可查得 V=17m/min，n=1082r/min。根据Z3025立式钻床说明书选择主轴实际转速.基本时间：

工序Ⅵ：镗孔￠20mm，孔口倒角1×45°

Ø１８粗镗余量参考文献［１］表３－８３取粗镗为１.８mm，精镗切削余量为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

孔轴线到底面位置尺寸为６0mm因精镗与粗镗的定位的下底面与 V型块，精镗后工序尺寸为 20.02±0.08mm，与下底面的位置精度为 0.05mm,与左右端面的位置精度为 0.06mm,且定位紧时基准重合，故不需保证。0.06mm跳动公差由机床保证。确定每齿进给量及铣削深度粗镗孔时因余量为1.8mm,故ap=1.8mm,

功率校验：

0.78*0.85=0.66kw>0.58kw，故机床的功率足够。

工序Ⅶ：铣￠32mm圆拄的左端面

左端面铣削余量为3mm，粗铣的铣削余量为2mm，精铣余量1mm，精铣后公差登记为IT7～IT8。确定每齿进给量及铣削深度取每齿进给量为fz＝0.2mm／z（粗铣）取每齿进给量为fz＝0.05mm／z（精铣）（参考《切削手册》表3-3）粗铣走刀一次ap＝2mm，精铣走刀一次ap＝1mm切削速度：初步取主轴转速为 150r／min（粗铣），取精铣主轴的转速为 300r／min。

又前面已选定直径Ｄ为Ø80mm，故相应的切削速度分别为

符合要求 切削工时:

工序Ⅷ：铣宽度为3mm轴向槽

本工序为铣深12mm,宽3mm的槽。所选刀具为切槽铣刀，铣刀直径d=3mm，确定每齿进给量f Z根据资料所知，用切槽铣刀加工铸铁，查得每齿进给量 f Z =0.52～0.10mm/z、现取 f Z =0.52mm/z。选择铣刀磨损标准及耐用度根据资料所知，用切槽铣刀加工铸铁，铣

刀刀齿后刀面的最大磨损量为0.20mm，耐用度 T=60min。确定切削速度和每齿进给量f根据资料所知，依据铣刀直径 d=3mm，铣削宽度 a e =3mm，铣削深度 a P=12mm，耐用度 T=60min时查取Vc＝98mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s。根据 XA6132型立式铣床主轴转速表查取，nc=300r/min,Vfc=475mm/s。 则实际切削： 校验机床功率

据资料可知，切削功率的修正系数 k mpc =1，则 P cc = 2.8kw，P ct =0.8 kw，

可知机床功率能满足要求。 基本时间

根据资料所知高速钢圆柱铣刀铣面基本时间为：

九、夹具设计 （一）底面夹具设计

实现目的：对毛坯件进行夹紧，加工底面。

设计方案：采用以上端面为定位基准，两边“U“型槽进行夹紧，以

螺栓、螺杆配合夹紧的方式。

（二）钻D=13mm孔夹具设计

实现目的：对D=13mm孔进行加工

设计方案：以已加工底面作为定位基准。采用两边“U“型槽配合以螺栓、螺杆配合夹紧进行夹紧，并设计辅助导套装置实现钻孔的定位。

(三) 钻D=20mm孔及铣其两端面夹具设计

实现目的：钻D=20mm孔及铣D=20mm孔两端面。

设计方案：以已加工底面作为定位基准，下方加以圆柱套进行自由度的限制，再配合以螺栓、螺杆配合夹紧进行夹紧从而实现对加工件的固定定位。

（四）槽的铣销加工夹具设计

设计目的：加工3mm槽

实现方式：以已加工底面作为定为基准，配合“V”型槽底部固定，再配合以螺栓、螺杆配合夹紧进行夹紧从而实现对加工件的固定定位。

十、填写机械加工工艺卡和机械加工工序卡

参考文献：

（１）陈宏均主编实用加工工艺手册

（２）艾兴、肖诗纲主编切削用量简明手册 （３）机床夹具设计手册

（４）赵家齐主编机械制造工艺学课程设计指导书 （５）李益民主编机械制造工艺设计简明手册 （６）王凡主编实用机械制造工艺设计手册