1、气门摇杆轴支座机械课程设计第 3 章 摇杆轴支座机械加工工艺规程设计3.1 零件的图纸与工艺分析 3.1.1 零件的作用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 孔装摇杆轴，）。 16.0(2轴上两端各装一进气门摇杆，摇杆座通过两个 孔用 M12 螺杆与汽缸盖相连，3mm 轴向槽用于锁紧摇13杆轴，使之不转动。其零件图如下图：图 3.1 摇杆轴支座3.1.2 零件的工艺分析由图 3.1 得知，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- 孔和13以及 3mm 轴向槽
2、的加工 孔的尺寸精度以及下端面 0.05 的平）。 16.0(2）。 16.0(2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 孔的尺寸精度，以上下两端面的平行度 0.055。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 孔时以下端面为定位基准，以保证孔轴相对）。 16.0(2下端面的位置精度。由参考文献（1）中有关孔的加工的经济精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。3.2 工艺规程定性设计3.2.2 生产类型与毛坯制造方法的确定根据零件材料确定毛坯为铸件，已知零件的生产
3、纲领为 1000 件/年，通过计算，该零件质量约为 3Kg，由表 14、表 13 可知，其生产类型为成批生产，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。由212 可知该种铸造公差等级为 CT1011，MA-H 级。3.2.3 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。 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）16.0.(2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：选择零件的重要面和重要孔做基准。在保证各加
4、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。3.2.4 工艺路线的拟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：上下端面：粗铣精铣左右端面：粗铣精铣 端面：粗铣精铣2- 孔：钻孔 133mm 轴向槽精铣孔：钻孔粗镗精镗）6.0.(2因左右两端面均对 孔有较高的位置要求，故它们的加工宜采用工序集中原则，）1减少装次数，提高加工精度。根据先面后孔原则，将上端面下端面的粗铣放在前面，左右端面上孔放后面加工。初步拟订以下两个加工路线方案）16.0.(2加工路线方案（一）
5、工序号 工序内容05# 铸造10# 时效15# 涂漆25# 车上端面30# 铣下端面35# 钻两通孔 40# 铣左右端面45# 钻通孔 1850# 镗 孔）6.0.(255# 轴向槽60# 铣检验65# 入库（二）以 V 形块定位的加工路线方案上述两个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。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，故应当选择铣削加工。因为在零件图纸中要求左右端面的跳动度为 0.06，所以需要同时铣削左右端面，保证两端的平行度。工序 30
6、#应在工序 25#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 213 通孔加工精度的影响。综上所述选择方案二。最后确定的工件加工工序如下：工序号 工序内容05# 铸造10# 时效15# 涂漆25# 粗铣下端面30# 粗铣上端面35# 粗铣左右端面45# 钻两通孔 1350# 精铣下端面55# 精铣上端面60# 精铣左右端面65# 钻 孔1865# 镗 孔）（ 06.270# 铣轴向槽75# 入库序号 工序内容 定位基准05# 铸造10# 时效15# 涂漆20# 粗铣下端面 上端面（3）+左右端（3）25# 粗铣上端面 下端面（3）+左右端（3）30# 粗左右端面
7、（同时，不准调头） 下端面(3)+ 外圆柱面35# 钻两通孔13 下端面(3)+ 外圆柱面40# 精铣下端面 上端面（3）+左右端（3）45# 精铣上端面 下端面（3）+左右端（3）50# 精铣左右端面（同时，不准调头） 下端面(3)+ 外圆柱面55# 钻通孔 18 下端面(3)+ 外圆柱面60# 镗孔到 20 下端面(3)+ 外圆柱面65# 粗-精铣轴向槽 下端面(3)+ 外圆柱面70# 入库 3.3 工艺规程定量设计3.3.1 机械加工余量、工艺尺寸及毛坯尺寸的确定因工件的生产类型为成批生产，毛的铸造方法选用砂型机器造型。根据表 2.3-12 确定各表面的加工余量如下表所示：表 3.1 各
8、表面加工余量 加工表面 基本尺寸 加工余量等级 加工余量数值 说明上端面 48 H 4 单侧加工下端面 50 H 3 单侧加工左端面 35 H 3 单侧加工右端面 35 H 3 单侧加工3.3.2 切削余量及基本工时的确定（一） 机械加工余量确定根据文献（1）可知计算底面加工余量公式如下。 15.02maxCeA式中 ： e 余量值；铸件的最大尺寸；max加工表面最大尺寸；AC 系数根据表 3-12 查表得出各个加工面得加工余量。经查表 312 可得，铣削上端面的加工余量为 4，又由零件对上顶端表面的表面精度 RA=12.5 可知，粗铣的铣削余量为 4。底面铣削余量为 3，粗铣的铣削余量为 2
9、，铣余量 1，精铣后公差登记为 IT7IT8。左右端面的铣削余量为 3，粗铣的铣削余量为 2，精铣余量 1，精铣后公差登记为IT7，根据表 312 确定余量 2。工序 40 粗镗 18 工序。粗镗余量表 3-83取粗镗为 1.8，粗镗切削余量为 0.2,铰孔后尺寸为 20H8,各工步余量和工序尺寸公差列于下表表 3.2 各工步加工尺寸加工表面 加工方法 余量 公差等级 工序尺寸及公差18粗镗 8.1_ 8.192.9精镗 20H20H（二）确定切削用量及基本工工序 20#：粗铣下端面(1)加工条件工件材料：HT200, =170240MPa，铸造;工件尺寸： =13，l=36;bmax加工要求
10、：粗铣上端面加工余量 4机床：X51 立式铣床；刀具：立铣刀。铣削宽度 ae90,深度 ap6,齿数 z=12,故根据机械制造工艺设计简明手册表 3.1，取刀具直径d0=80。根据切削用量手册后表 3.16，选择刀具前角 00后角 016，副后角 0=8，刃倾角：s=10,主偏角 Kr=60,过渡刃 Kr=30,副偏角 Kr=5。(2)切削用量1）确定切削深度 ap 根据手册等，选择 ap=1.15，两次走刀即可完成。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机床功率为 4.5kw（据简明手册表 4.2-35，X51 立式铣床）选择： f z=
11、83.9mm/min。3）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 1.5mm；由于铣刀直 d0=80，故刀具使用寿命T=180min（据简明手册表 3.8）。4）计算切削速度 vc和每分钟进给量 vf根据切削手册表 3.16，当 d0=80，Z=12，a p7.5，f z0.18mm/z 时，vt=98m/min,nt=250r/min,vft=471mm/min。各修正系数为：k MV= 1.0，k SV= 0.8。 切削速度计算公式为：vpevzpTcuayfxqvm0其中 ， ， ， ， ， ，ae384245vC.0qv15.xv3.0yv， ， ，
12、 ， ，.0.1kSvMv .vv32min8T，zfz/.02Z将以上数据代入公式： min/142 8.012.735.081.80243.vc 确定机床主轴转速： 。r/inwcsdv根据简明手册表 4.2-36，选择 ,因此，实际进给量和每分390m/inv30,fcc钟进给量为：=cv10nd0254.18/i/i0.m/s/s 139/ fnczfzc 5)校验机床功率 根据切削手册表 3.24，近似为 ,根据机床使用说明书，主轴允许功率3.kwPc。3.750.kw45Pcm故校验合格。最终确定:0.1m/zf18/inv390m/sv0r/inc.a zcfp ，6)计算基本工
13、时，176,L/v,tmly查切削手册表 3. 26，入切量及超切量为： 则：400.mi/Tf工序 25# 粗铣上端面： 刀具，机床与上到工序相同，得出, 20ea.5ap163.2/inf0m =t294/i=v96r/minc ns工序 30#粗铣左右端面：同时粗铣左右端面，圆盘铣刀一次加工完成不准调头计算切削用量： =2pa由 机械加工工艺手册表 15.53 可知：f rmzf /4.210.由切削用量手册表 9.4-8 可知：.70/s v.35r/sn 1.9/svfttt ，各系数为 69Kmfmv8.ss所以有 s/10.340V75r/.9s=取 47.5r/min0.92r
14、/snt47.5r/min0.92r/st1.0/svfc所以实际切削速度： 1.6/i =f1./i= dv0确定主轴转速： 7l215l4r/min=r/sd0vn切削工时： .1ijT工序 35# 钻孔 13查机械制造工艺设计手册表 3-38，取 m/in 98f查机械制造工艺设计手册表 3-42，取 1.v27r/i10dn查表机械制造工艺设计简明手册4.2-15，机床为 Z525，选择转速r/s 9.8r/mi 54w实际切削速度：v= = 10wdn0.31/s1.切削工时带入公式： .6min2wjflT工序 40# 精铣下端面与工序 5#相同。工序 45# 精铣上端面与工序 1
15、0#相同.工序 50# 精铣左右端面与工序 15#相同工序 55#钻通孔 18，工序步骤与工序 20#相同，代入数据得出结果:, m20ea.5ap163.2m/in=f45 /intv96r/in=c ns工序 60#镗孔到 20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 20.020.08，与下底面的位置精度为 0.05,与左右端面的位置精度为 0.06, 且定位夹、紧时基准重合，故不需保证。0.06 跳动公差由机床保证。粗镗孔时因余量为 1.9,故 ,1.9ap查机械制造工艺设计手册2-824m/in0./sV取进给量为 rfi/381dvn故实际切削速度为： in/50w
16、此时作台每分钟进给量 应为：fmmin/25.6nZwz计算切削基本工时： i4.1fyltm工序 65#铣槽：加工条件：机床：x6132 卧式铣.床.刀具：直齿三面刃铣刀其中 ,80d1z计算切削用量： pa由机械加工工艺手册表 15-53，表 15-55 可知：132.6m/in /inv136af确定主轴转速： 75r/i=d0 切削工时： .intm3.4.1 摇杆轴支座机械加工工艺过程卡3.4.2 摇杆轴支座机械加工工序卡第 4 章 摇杆轴支座专用镗孔夹具设计4.1 镗夹具的结构形式与设计要点。4.1.1 镗床夹具的典型结构形式镗床夹具又称为镗模，主要用于加工箱体或支座类零件上的精密
17、孔和孔系。主要由镗模底座、支架、镗套、镗杆及必要的定位和夹紧装置组成。镗床夹具的种类按导向支架的布置形式分为双支承镗模、单支承镗模和无支承镗模.（1）前后双支承镗模；（2）无支承镗床夹具。4.1.2 镗床夹具的设计要点(1) 导引方式及导向支架镗杆的引导方式分为单、双支承引导。单支承时，镗杆与机床主轴采用刚性连接，主轴回转精度影响镗孔精度，故适于小孔和短孔的加工。双支承时，镗杆和机床主轴采用浮动联接。所镗孔的位置精度取决于模两导向孔的位置精度，而与机床主轴精度无关。镗模导向支架主要用来安装镗套和承受切削力。因要求其有足够的刚性及稳定性，故在结构上一般应有较大的安装基面和必要的加强筋；而且支架上
18、不允许安装夹紧机构来承受夹紧反力，以免支架变形而破坏精度。(2) 镗套镗套的结构形式和精度直接影响被加工孔的精度。常用的镗套有：固定式镗套 固定式镗套外形尺寸小，结构简单，导向精度高，但镗杆在镗套内一边回转，一边作轴向移动，镗套易磨损，故只适用于低速镗孔。回转式镗套 随镗杆一起转动，与镗杆之间只有相对移动而无相对转动的镗套。这种镗套大大减少了磨损，也不会因摩擦发热而“卡死”。因此，它适合于高速镗孔。(3) 镗杆和浮动接头镗杆是镗模中一个重要部分。镗杆直径 d 及长度主要是根据所镗孔的直径 D 及刀具截面尺寸 BB 来确定。镗杆直径 d 应尽可能大，其双导引部分的 L/d10 为宜；而悬伸部分的
19、 L/d45，以使其有足够的刚度来保证加工精度。用于固定镗套的镗杆引进结构有整体式和镶条式两种。 当双支承镗模镗孔时，镗杆与机床主轴通过浮动接头而浮动连接。4.2 摇杆轴支座专用镗孔夹具总体结构方案该孔的设计基准为下端面，故以下端平面做定位基准，实现“基准重合”原则；另加两形块从前后两方向实现对 R10 的外圆柱面进行夹紧，从对工件的结构形状分析， 若工件以下端面朝下放置在支承板上，定位夹紧就比较稳定，可靠，也容易实现。工件以下端面在夹具上定位，限制了三个自由度，其余三个自由度也必须限制。用哪种方案合理呢？方案 1 在 2- 孔内插入一现边销限制一个移动自由度，再以两孔的另一个孔内侧面用两个支
20、承钉3限制一个移动自由度和一个转动自由度。这种定位方案从定位原理上分析是合理的，夹具结构也简单。但由于孔和其内侧面均不规定其精密度，又因结构原因，夹紧力不宜施加在这样的定位元件上，故工件定位面和定位元件之间很可能会接触不好，使定位不稳定。这个方案不宜采用。方案 2 用两个形块夹紧前后两外圆柱面，用两铰链压板压在工件的下端，这样就限制了两个移动自由度和一个转动自由度，这种方案定位可靠，可实现完全定位。4.3 定位元件与夹紧装置的设计4.3.1 定位元件定位元件是用来确定工件正确位置的元件。被加工工件的定位基面与夹具定位元件直接接触或相配合。工件定位方式不同，夹具定位元件的结构形式也不同，V 形块
21、定位，工件的定位基准始终在 V 型块两定位面的对称中心平面内，对中性好，能使工件的定位基准轴线在 V 形块两斜面的对称平面上，而不受定位基准直径误差的影响，其次 V 形块定位安装方便。本设计中采用两个形块（图 4.1）夹紧前后两外圆柱面，用压板压在工件的下端，这样就限制了两个移动自由度和一个转动自由度。其次设计中，采用了定位块保证工件在加工时，螺杆和工件不会偏移。 1-v 形块 2-支座图 4.1 v 形块4.2.2 夹紧装置的设计夹紧装置是使工件在外力作用下仍能保持其正确定位位置的装置。本设计采用的夹紧装置是一对螺旋压板夹紧机构。螺旋夹紧机构具有结构简单、制造容易、自锁性能好、夹紧可靠，是手
22、动夹紧中常用的一种夹紧机构 。其结构如图 4.2 所示1-螺杆 2 圆销柱 3-大头螺栓图 4.2 螺旋夹紧机构 4.4 镗模与夹具体的设计(1)镗模的设计镗套 本设计镗套采用轴承外滚式镗套，作用：回转精度低，但是刚性好，适合适合转速高的粗加工和精加工。其与镗杆的配合主要采用 H7/h6/h5。精加工时，镗套内孔的圆度公差取被加工孔的圆度公差的 1/6 或者 1/5。镗套内外圆的同轴度一般小于 0.0050.01。如图 4.3 所示，滚动轴承外滚式回转镗套，镗套 2 支承在两个滚动轴承上，轴承安装在镗模支架 1 的轴承孔中，轴承孔的两端用轴承端盖 3 封住。这种镗套采用标准滚动轴承，所以设计、
23、制造和维修方便，镗杆转速高，一般摩擦面线速度 v 0.4m/s 。但径向尺寸较大，回转精度受轴承精度影响。可采用滚针轴承以减小径向尺寸，采用高精度轴承提高回转精度。1-镗模支架 2-镗套 3-轴承套图 4.3 镗套镗杆镗杆的直径按经验公式一般去 d=（0.70.8）D，一般应大于 25，不得小于 15。同根镗杆的直径应相同，便于制造和保证加工加工精度。主要的技术参数：导向部分的圆度和圆柱度的公差为其直径的 1/2；镗杆的同轴度在 500 内为 0.01；镗杆的传动销孔轴线和镗杆轴线的垂直度和位置度均小于 0.01；导向部分的表面粗糙度 R 一般在 0.80.4，刀孔的表面粗糙度在 0.4.17
24、(2)夹具体夹具体是用于连接夹具各元件及装置,使其成为一个整体的基础件,并与机床有关部位连接,以确定夹具相对于机床的位置.其在设计时应满足以下基本要求:应有足够的强度和刚度保证在加工过程中, 夹具体在夹紧力,切削力等外力作用下,不至于产生不允许的变形和震动.结构应简单,具有良好工艺性. 在保证强度和刚度条件下,力求结构简单,体积小,重量轻,以便于操作.尺寸要稳定.对于铸造夹具体,要进行时效处理,以消除内应力.保证夹具体加工尺寸的稳定.便于排屑为防止加工中切削聚积在一起定位元件工作表面或其他装置中,而影响工件的正确定位和夹具的 正常工作,在设计夹具体时,要考虑切削的排除问题.选择夹具体毛坯结构时
25、,应以结构合理性,工艺性,经济性,标准化的可能性以及工厂的具体条件为依据综合考虑.其夹具体设计见附图 4.4。图 4.4 夹具体4.5 夹具工作能力的计算（1）计算切削力与夹紧力的计算及螺杆的直径：根据机床夹具设计手册表 5-37 FYfZKCF0d81.9查表可知：75.0Y1FX根据机床夹具设计手册表 2-4-8取 取24m/inV02/rfi/38v10nrd在计算切削力时，必须考虑安全系数4321K式中： 基本安全系数；取 1.4 加工性质系数；取 0.92刀具钝化系数；取 0.93K断续切削系数；取 1.04安全系数 在夹紧力与切削力方向相反后时：k4321KNfCFFYZ.5d8.
26、90由机床夹具设计手册表 1-2-11 紧力与切削力方向相反，实际所需夹紧力 与切削力 之间的关夹F系 。安全系数 在夹紧力与切 N 削力方向相反后时 ，由前面的计算可知KF夹 33.1452KF96夹 .7/0夹由机床夹具设计手册表 1-24，从强度考虑，用一个 M10 的螺柱完全可以满足要求，M10 的许应夹紧为 3924N，所以螺杆直径为 d=10。 （2）定位精度分析20 孔的精加工是在一次装夹下完成的，具体采用的是前后支撑引导的夹具机构，机床与镗杆之间所采用的是浮动连接，故机床主轴振动可略不计，20 孔的加工精度主要由镗模来保证。因为孔的轴线与底面的平行度要求为 0.05。故两镗模装配后同轴度要求应小于 0.05，其最大间隙为02.MAX被加工孔的长度为 ,取两孔同轴度误差为423.则 61T0.所以 32因为 ，5.036.6.由以上计算可知夹具能满足零件加工精度的要求
