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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(chǎn)綱領6000件/年。
班級：
學生：
指導老師：
2008年9月20日
目錄
第一部分：
序言 ………………………………………………………………………… 2
一 設計目的……………………………………………………………… 2
二 設計感想與體會 …………………………………………………… 2
第二部分：工藝規(guī)程與夾具設計過程
工藝規(guī)程與夾具設計過程 ……………………………………………… 4
一、設計題目,計算生產(chǎn)綱領及生產(chǎn)型………………………………… 4
二、零件的分析………………………………………………………5 (一) 零件的作 ……………………………………………………………… 5
(二) 零件的工藝分析 ……………………………………………………… 5
三、確定毛坯的制造方法，初步確定毛坯 ……………………… 6
四、工藝規(guī)程設計 ………………………………………………………… 6
(一) 定位基準的選擇 ……………………………………………………6
（二）零件表面加工方法的選擇………………………………………… 7
（三）制定加工工藝路線 ……………………………………………… 8
（四）選擇加工設備及刀、夾、量具 ………………………………… 10
五、加工工序設計 ……………………………………………………… 11
(一) 確定切削用量及基本工時 ………………………………………… 11
六、填寫機械加工工藝卡和機械加工工序卡 …………………………17
七、夾具設計…………………………………………………………………17
（一）問題的提出………………………………………………………………17
（二） 夾具設計的有關計算………………………………………………17
（三） 夾具結構設計及操作簡要說明…………………………………20八、主要參考文獻…………………………………………………………21
序 言
一、設計目的：
現(xiàn)代機械制造工藝設計是機械類專業(yè)學生在學完了《機械制造技術基礎》等技術基礎和專業(yè)課理論之后進行的一個實踐教學環(huán)節(jié)。其目的是鞏固和加深理論教學內容，培養(yǎng)學生綜合運用所學理論，解決現(xiàn)代實際工藝設計問題的能力。通過工藝規(guī)程及工藝裝備設計，學生應達到：
1、掌握零件機械加工工藝規(guī)程設計的能力；
2、掌握加工方法及其機床、刀具及切削用量等的選擇應用能力；
3、掌握機床專用夾具等工藝裝備的設計能力；
4、學會使用、查閱各種設計資料、手冊和國家標準等，以及學會繪制工序圖、夾具總裝圖，標注必要的技術條件等。
?
二、設計感想與體會：
三周的課程設計就是一個團隊合作的過程。所謂1+1>2，一個團隊的合作，使我們的設計成果不到三周時間就漸漸呈現(xiàn)在我們的眼前?？粗矍暗氖止D紙、CAD圖和設計計算的手稿，三周的設計過程一幕幕浮現(xiàn)在眼前。
三周的設計讓我們學到了很多東西。這次設計可以說是三年的課程學習所掌握的所有機械工程學科的基礎知識的融會貫通，因為我們以前曾經(jīng)學得很好，但是都是理論的東西，學習了馬克思主義哲學之后，終于知道理論聯(lián)系實際才使我們有了更進一步的體會。
在這次設計中，我學會的如何設計、如何計算，更重要的是我學會了合作，我懂得了團隊合作的重要性。我們以前做的設計都是一個人的，而且規(guī)模小，不需要什么規(guī)劃，這次可以說是綜合了我們的所有智慧。同時，得到了我們的指導老師的大力支持。
由于我們水平所限，設計中難免有錯誤和不妥之處，在此還誠請指導老師批評指正。
工藝規(guī)程與夾具設計過程
一、根據(jù)生產(chǎn)綱領，確定生產(chǎn)類型：
該零件是柴油機上的氣門搖桿軸支座，按照指導老師的要求，設計此零件為大批量生產(chǎn)。
二 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-φ13mm孔和φ20mm以及3mm軸向槽的加工。φ20mm孔的尺寸精度與下端面0.05mm的平行度與左右兩端面孔的尺寸精度，直接影響到進氣門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0.05mm。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φ20mm孔與左右兩端面時以下端面為定位基準，以保證孔軸線與兩端面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(jīng)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。
三 確定毛坯的制造方法，初步確定毛坯形狀，（附圖2）
根據(jù)零件的用途及其結構，材料確定為HT200，毛坯為鑄件，零件形狀簡單，因此毛坯形狀需與零件的形狀盡量接近，又因內孔很小，不可鑄出。已知零件的生產(chǎn)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(chǎn)類型為大批生產(chǎn)，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：
表1
加工表面
基本尺寸
加工余量等級
加工余量數(shù)值
說明
上端面
82mm
H
2mm
單側加工
下端面
82mm
H
2mm
單側加工
左端面
46mm
H
2mm
單側加工
右端面
46mm
H
2mm
單側加工
四 工藝規(guī)程設計
（一） 定位基準的選擇：
定位基準的選擇是工藝規(guī)程設計中的重要工作之一，定位基準選擇得正確與合理，可以使加工質量得到保證，生產(chǎn)率得以提高，否則，加工工藝過程中會問題百出，更有甚者，還會造成零件大批報廢，使生產(chǎn)無法正常進行。
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。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。加工左右兩端平面時,為了保證位置度求,采用一面兩孔定位,限制六個自由度,用下端面與兩φ13孔作為定位基準. 鏜削?20mm孔的定位夾緊方案為：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(chǎn)類型中。
精基準的選擇：主要考慮基準重合問題，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。?20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。
（二） 零件表面加工方法的選擇：
本零件的加工面有端面、內孔、槽等，材料為HT200灰鑄鐵，參考《機械制造工藝設計簡明手冊》（以下簡稱《工藝手冊》）表1.4-7、表1.4-8及表1.4-17其加工方法選擇如下：
上端面：粗銑。 下端面：精銑
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
?20mm：鉆孔—粗鏜—精鏜
（三） 制定加工工藝路線
制定工藝路線的出發(fā)點，應當是使零件的加工精度（尺寸精度、形狀精度、位置精度）和表面質量等技術要求能得到合理的保證。在生產(chǎn)綱領已經(jīng)確定為中批量生產(chǎn)的條件下，可以考慮采用通用機床配以專用夾具并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。除此以外，還應當考慮經(jīng)濟效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。
方案一：表2
工序號
工序內容
01
鑄造
02
時效
03
涂漆
04
車上端面
05
鉆兩φ13通孔
06
精銑下端面
07
銑右端面
08
鉆通孔￠18mm
09
鏜孔φ20mm，孔口角１*４５度
10
銑左端面
11
銑軸向槽
12
檢驗
13
入庫
方案二：表3
序號
工序內容
簡要說明
01
02
03
04
05
06
07
08
09
10
11
12
13
鑄造
時效
涂漆
銑上端面
粗,精銑下端面
鉆兩φ13通孔
銑右端面
鉆通孔φ18
鏜孔到φ20，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(jīng)基準
先面后孔
先面后孔
后鏜削余量
次要工序后加工
工藝方案的比較與分析：
因左右兩端面均對φ20mm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(shù)，提高加工精度。
根據(jù)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φ20mm孔放后面加工。初步擬訂加工路線方案一。方案一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05應在工序06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。
通過以上的兩工藝路線的優(yōu)、缺點分析，最后確定工藝路線方案一為該零件的加工路線。該工藝過程詳見附表１和附表2，機械加工工藝過程卡片和機械加工工序卡片。
（四） 選擇加工設備及刀、夾、量具
由于生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)，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(chǎn)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。
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φ80mm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，通用夾具游標卡尺。
粗銑左端面：采用立式銑床X1632，參考文獻（1）表6—21，采用以前的刀具，專用夾具游標卡尺。
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-φ13mm孔：采用Z3025，參考文獻（1）表6—26，通用夾具。刀具為d為φ13mm的直柄麻花鉆，參考文獻（1）表7—111。
鉆φ18mm孔：鉆孔直行為φ18mm，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φ20mm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。
五 加工工序設計
(一) 確定切削用量及基本工時（機動時間）
在工藝文件中還要確定每一工步的切削用量。(1)切削用量指：背吃刀量asp(即切削深度ap)、進給量f及切削速度Vc 。(2)確定方法是：確定切削深度——>確定進給量——>確定切削速度．(3)具體要求是：①由工序或工步余量確定切削深度：精、半精加工全部余量在一次走刀中去除；在中等功率機床上一次走刀ap可達8～10mm。②按本工序或工步加工表面粗糙度確定進給量：對粗加工工序或工步按加工表面粗糙度初選進給量后還要校驗機床進給機構強度：③可用查表法或計算法得出切削速度Vc查，用公式 換算出查表或計算法所得的轉速nc查，根據(jù)Vc查在選擇機床實有的主軸轉速表中選取接近的主軸轉速n機作為實際的轉速，再用 換算出實際的切削速度Vc機填入工藝文件中。對粗加工，選取實際切削速度Vc機、實際進給量f機和背吃刀量asp之后，還要校驗機床功率是否足夠等，才能作為最后的切削用量填入工藝文件中。
１ 工序鉆２個φ１３mm孔
(1)、加工條件
工件材料：HT200正火，бb=220MPa，190～220HBS
加工要求：鉆擴孔φ１３mm
機床選擇：選用立式鉆床Z525（見《工藝手冊》表4.2-14）
(2)、確定切削用量及基本工時
選擇φ１３mm高速鋼錐柄標準麻花鉆（見《工藝手冊》P84）
d=13 L=238mm L1=140mm
f機=0.48mm/r (見《切削手冊》表2.7和《工藝手冊》表4.2-16)
Vc查=13m/min （見《切削手冊》表2.15）
按機床選取n機=195r/min（按《工藝手冊》表4.2-15）
所以實際切削速度： m/min.
基本工時：
l=80mm ) l2=(1～4)mm(取4mm)
按《工藝手冊》表6.2-5公式計算1.24（min）
２ 工序 粗、精銑左右端面
（２） 粗銑
1）、選擇刀具：
根據(jù)《工藝手冊》表3.1-27，選擇用一把YG6硬質合金端銑刀，其參數(shù)為：銑刀外徑d0=100mm，銑刀齒數(shù)Z=10。
2）、確定銑削深度a p：
單邊加工余量Z=２±0.27，余量不大，一次走刀內切完，則：a p=２mm
3）、確定每齒進給量fz:
根據(jù)《切削手冊》表3.5，用硬質合金銑刀在功率為4.5kw的X51銑床加工時，選擇每齒進給量fz=0.14～0.24mm/z，由于是粗銑，取較大的值。現(xiàn)?。篺z=0.18mm/z
4）、選擇銑刀磨鈍標準及刀具耐用度：
根據(jù)《切削手冊》表3.7，銑刀刀齒后刀面最大磨損量為1.0～1.5mm，現(xiàn)取1.2mm，根據(jù)《切削手冊》表3.8銑刀直徑d0=100mm的硬質合金端銑刀的耐用度T=180min。
5）、確定切削速度Vc：
根據(jù)《切削手冊》表3.16可以查Vc：
由 ap=２mm fz=0.18mm/z，查得
Vc=77mm/z n=245mm/z V?=385mm/z
根據(jù)X1632型立銑床說明書（表4.2-35）
nc=255 r/min V?c=400 mm/min (橫向)
6）、計算基本工時：
l=47mm l2=2 T=0.１４ min
（２）精銑
1）、選擇刀具：
根據(jù)《工藝手冊》表3.1-27，選擇用一把YG6硬質合金端銑刀，銑刀外徑d0=100mm，銑刀齒數(shù)Z=10
2）、確定銑削深度ap：
由于單邊加工余量Z=1，故一次走刀內切完，則：a p= 1 mm
3）、確定每齒進給量fz:
由《切削手冊》表3.5，用硬質合金銑刀在功率為4.5kw的X51銑床加工時，選擇每齒進給量fz=0.14～0.24mm/z，半精銑取較小的值?，F(xiàn)?。篺z=0.14mm/z
4）、選擇銑刀磨鈍標準及刀具耐用度：
根據(jù)《切削手冊》表3.7，銑刀刀齒后刀面最大磨損量為1.0～1.5mm，現(xiàn)取1.2mm，根據(jù)《切削手冊》表3.8銑刀直徑d0=100mm的硬質合金端銑刀的耐用度T=180min。
5）、確定切削速度Vc：
根據(jù)《切削手冊》表3.16可以查Vc：
由 ap≤4mm ?z=0.14mm/z，查得：
Vc=110mm/z n=352mm/z V?=394mm/z
根據(jù)X1632型立銑床說明書（表4.2-35）
nc=380 r/min V?c=400 mm/min (橫向)
6）、計算基本工時：
l=40 mm l2 =2
? 所以本工序的基本時間為：
T=t1+t2=0.14+0.12=0.26min
（３）工序粗鏜φ１８工序
φ１８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
φ18
粗鏜
1.8
____
?19.8
φ19.2
精鏜
0.2
H8
20H8
孔軸線到底面位置尺寸為６0mm，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。
(2.1) 鉆孔φ18mm
選擇φ18mm高速鋼錐柄標準麻花鉆（見《工藝手冊》P84）
d=18 L=238mm L1=140mm
f機=0.48mm/r (見《切削手冊》表2.7和《工藝手冊》表4.2-16)
Vc查=13m/min （見《切削手冊》表2.15）
按機床選取n機=195r/min（按《工藝手冊》表4.2-15）
所以實際切削速度：
基本工時：
l=80mm ) l2=(1～4)mm(取4mm)
按《工藝手冊》表6.2-5公式計算 1.10min
粗鏜孔時因余量為1mm,故ap=1mm,
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。
下面計算工序09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=0.38min
六 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。
七 夾具設計
為了提高勞動生產(chǎn)率，保證加工質量，降低勞動成本，需要設計專用夾具。按指導老師的布置，設計第07與１０道工序——粗，精銑φ３２mm左右兩端面銑床夾具。本夾具將用于X51立式銑床，刀具為YG6硬質合金端銑刀，對工件φ３２mm端面。
（一） 問題的提出：
本夾具主要用于銑φ３２mm端面，由于該端面精度要求高，所以，在本道工序加工時，應該考慮其精度要求，同時也要考慮如何提高勞動生產(chǎn)率。
（二） 夾具設計的有關計算：
⑴、定位基準的選擇：
由零件圖可知，φ３２mm端面應對下端面有垂直度要求，并且左右兩端面有平行度要求。為了使定位誤差為零，應該選擇以φ20孔定位的定心夾具。但這種定心夾具在結構上將過于復雜，因此這里只選用以φ13和下端面為主要定位基面。
⑵、切削力及夾緊力計算：
刀具：YG6硬質合金端銑刀
(見《切削手冊》表3.28)
其中：CF=54.5，ap=4.5，XF=0.9，fZ=0.18，YF=0.74，ae=28，UF=1.0，d0=100，qF=1.0，n=255，WF=0，Z=10
∴F=54.5×4.50.9×0.180.74×28×10/(100×2550)≈166.1(N)
水平分力：FH=1.1F實≈182.7(N)
垂直分力：FV=0.3F實≈49.8(N)
在計算切削力時，必須安全系數(shù)考慮在內。
安全系數(shù): K=K1K2K3K4。
其中：K1=1.5 K2=1.1 K3=1.1 K4=1.1
∴F／=KFH=（1.5×1.1×1.1×1.1）×182.7=364.8 (N)
實際加緊力為F加= KFH/（U1*U2）=364.8/0.5=729.6 (N)
其中U1和U2為夾具定位面及加緊面上的磨擦系數(shù)，U1=U2=0.025
螺母選用M16X1.5細牙三角螺紋，產(chǎn)生的加緊力為
W=2M/D2tg(a+6055)+0.66(D3- d3 )/（D2- d2)
其中： M=19000 N.M D2=14.8mm a=2029， D=23mm d=16mm
解得： W=1O405 (N)
此時螺母的加緊力W已大于所需的729.6的加緊力F加，故本夾具可安全工作。
1. 心軸取材料為Q235
2. 查表得Q235的許用彎曲應力為： 158Mpa
3. 彎曲應力=M/Wz=32FL/ 3.14 d3=99.4X32X0.028/[3.14X(0.022)2]
4. =2.67<< 許用彎曲應力158Mpa
(3)定位誤差分析
由于基準重合,故軸,徑向尺寸無極限偏差、形狀和位置公差，故徑向尺寸無基準不重合度誤差。即不必考慮定位誤差，只需保證夾具的心軸的制造精度和安裝精度。且工件是以內孔在心軸上定位，下端面靠在定位塊上，該定位心軸的尺寸及公差現(xiàn)規(guī)定為與零件內孔有公差相同。因為夾緊與原定位達到了重合，能較好地保證了銑φ３２mm端面所得到的尺寸和下端面形位公差要求。
（三） 夾具結構設計及操作簡要說明：
如前所述，在設計夾具時，應該注意提高勞動率。為此，在螺母夾緊時采用活動手柄，以便裝卸，夾具體底面上的一對定位槽可使整個夾具在機床工作臺上有正確的安裝位置，以利于銑削加工。結果，本夾具總體的感覺還比較緊湊。
為了保證零件加工精度，我們采用可換定位銷來進行定心加緊。夾具體底面上的一對定位槽
與銑床工作臺的T型槽相連接，保證夾具與銑床縱向進給方向相平行的位置，使夾具在機床工作臺上占有一正確加工位置。此外，為了把夾具緊固在銑床工作臺上，夾具體兩端設置供T型螺栓穿過夾具用的兩個U型耳座。
夾具上裝有對刀塊裝置，可使夾具在一批零件的加工之前很好的對刀（與塞尺配合使用）；同時，夾具體底面上的一對定位鍵可使整個夾具在機床工作臺上有一正確的安裝位置，以有利于銑削加工。
銑床夾具的裝配圖及夾具體零件圖分別見附圖3附圖4。
主要參考文獻
?1．段明揚主編.現(xiàn)代機械制造工藝設計實訓教程.桂林:廣西師范大學出版社,2007
2．段明揚主編.現(xiàn)代制造工藝設計方法.桂林:廣西師范大學出版社,2007
3.??? 李益民主編.機械制造工藝設計簡明手冊.北京:機械工業(yè)出版社,2003
4. 艾 興等編.切削用量簡明手冊.北京:機械工業(yè)出版社,2002
5. 東北重型機械學院等編.機床夾具設計手冊.上海:上海科技出版社,1990
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7．互換性及測量技術(東南大學出版社 2000)
8．朱冬梅等編.畫法幾何及機械制圖.北京:高等大學出版社,2000
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