夹具毕业设计论文课程设计气门摇杆轴支座加工工艺及夹具设计
石河子大学机械电气工程学院
课程设计说明书
课题: 气门摇杆轴支座加工工艺及夹具设计
院系：机械电气工程学院
班级：机制08级二班
学号： 2008092684
学生姓名：余哲
指导教师：魏敏
2011年 9 月 14日
前言
课程设计是对所学课程的一次深入的综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练。本次设计的内容是柴油机气门摇杆支座的加工工艺及主要工序工装设计。具体是工艺设计，工序卡、工艺过程卡的编制，钻→扩→铰孔的夹具设计。
通过机床工艺及夹具设计，汇总所学专业知识为一体(如《机械制造工艺》、《机械零件设计》、《金属切削机床》、《公差与配合》)。让我们对所学的专业课得以巩固、复习及实用，在理论与实践上有机结合；使我们对各科的作用更加深刻的熟悉与理解，并为以后的实际工作奠定坚实的基础！
在这次设计中我们主要是设计气门摇杆支座的加工工艺。此次课程设计过程中，我们小组成员齐心协力、共同努力完成了此项设计。在此期间查阅了大量的书籍，并且得到了有关老师的指点就我个人而言，通过本次课程设计，我希望能够提高自己分析问题、解决问题的能力，能够更深入理解课本知识，并能够很好的应用到实际工作之中，为以后更好地胜任我的工作岗位打好基础。
由于知识、能力有限，在设计中仍有许多不足之处，希望各位老师给予指教。
摘要：机械制造是国家工业体系的重要基础。机械制造技术水平的提高与进步对整个国民经济的发展，以及科技、国防实力的
提高有着重要的影响，是衡量一个国家的科技水平和综合国
力的重要标志之一，下面主要介绍了气门摇杆支座的加工工
艺及主要工序设计。
关键词：机械制造、气门摇杆、工艺、工序
设计目的：
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。
第二部分
一．零件的分析
（一）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，?20（+0.10—+0.16）孔装摇杆轴，轴上两端各装一进气门摇杆，摇杆座通过两个?13mm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
由零件图得知，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。
该零件主要加工面为上端面，下端面，左右端面，2-?13mm孔和?20（+0.1——+0.06）mm以及3mm轴向槽的加工。
?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——?13mm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?20（+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。二．确定毛坯，画毛坯——零件合图
根据零件材料确定毛坯为铸件，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如下表所示：
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48mm H 3mm 单侧加工下端面50mm H 3mm 单侧加工左端面35mm H 3mm 单侧加工
右端面35mm H 3mm 单侧加工三、工艺规程设计
（一）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。?20（+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。
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。
（二）制定加工工艺路线
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：
上端面：精铣
下端面：粗铣
左右端面：粗铣—精铣
2—?13mm孔：钻孔。
3mm 轴向槽—精铣
?20（+0.1—+0.006）mm：钻孔—粗镗—精镗
因左右两端面均对?20（+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。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?20（+0.1—+0.006）mm孔放后面加工。初步拟订加工路线如下：
工序号工序内容
铸造
时效
涂漆
00 车上端面
01 钻两通孔
02 精铣下端面
03 铣右端面
04 钻通孔￠18mm
05 镗孔?20mm，孔口角１*４５度
06 铣左端面
07 铣轴向槽
08 检验
09 入库
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03应在工序02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—?13mm通孔加工精度的影响。
修改后的工艺路线如下：
序号工序内容简要说明
01
02
03
04
05
06
07
08
09
10
11 铸造
时效
涂漆
粗铣上端面，
粗铣下端面
钻两通孔
铣左右端面
钻通孔?18
镗孔到?20，孔口倒角1×45度
粗铣轴向槽
精铣轴向槽
检验
入库
消除内应力
防止生锈
先加工粗基准面
加工经基准
先面后孔
先面后孔
后镗削余量
次要工序后加工
（三）选择加工设备及刀、夹、量具
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?80mm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。粗铣左右端面：采用卧式铣床X1632，参考文献（1）表6—21，采用以前的刀具，专用夹具及游标卡尺。
精铣左右端面：采用卧式铣床X1632,参考文献（1）表6—21，专用夹具及游标卡尺。
钻2-?18mm孔：采用Z3025B*10，参考文献（1）表6—26，通用夹具。刀具为D为?18.0的直柄麻花钻，参考文献（1）表7—111。钻?18孔：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?20（+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）选择镗通孔镗刀及镗杆，专用夹具，游标卡尺。
四、加工工序设计
经查参考文献（1）表3—12可得，铣削上端面的加工余量为
3mm，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3mm。
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。
取每齿进给量为fz＝0.2mm／z（粗铣）
取每齿进给量为f＝0.5mm／r（精铣）
粗铣走刀一次ap＝２mm，精铣走刀一次ap＝１mm
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?80mm，故相应的切削速度分别为：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
取Z=10个齿，pm=1.代入得：
pm=167.9×2.0^0.9×(0.2)^50×2.5×10×1
pm=0.861(km)
又因前查的机床的功率为１.５kw/h 若效率为０.8P,则
0.8P=6.0>pm
故选择主轴的转速为150r/min
(2)工序５中的粗镗? 18工序。
?18粗镗余量参考文献［１］表３－83取粗镗为1.8mm，粗镗切削余量为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
加工表面加工方法余量公差等级工序尺寸及公差?18 粗镗 1.8 ____ ? 19.8
?19.2 精镗0.2 H8 20H8
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,且定位夹紧时基准重合，故不需保证。0.06mm跳动公差由机床保证。
粗镗孔时因余量为1.9mm,故ap=1.9mm,
查文献［１］表２. 4-8
取V=0.4m/s=24m/min
去进给量为f=002mm/r
n=1000V/πd=1000×24/3.14×20=380r/min
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
取机床效率为0.85
0.78×0.85=0.89kw>0.58kw
故机床的功率足够。
五、时间定额计算 工序Ⅰ：粗铣上端面：
通过查《机械加工工艺手册》及相关加工要求，可以求得：主轴转速为150r/min.
由公式V=
1000
dn π,得进给量f z =0.2mm/z
机动时间T j =mz f l l l 21++=48+0.5(d-e a d 22-)+z+z/mz f
其中，d---铣刀直径，mm; mz f ---工作台的水平进给量，mm/min; e a ---铣削宽度（垂直于铣刀轴线方向测量的切削尺寸）
，mm; )3~1()(5.02
21+--=e a d d l ; );3~1(2=l
代入数据得： S T j 6.4= 工序Ⅱ：半精铣下端面：
①粗铣下端面：通过查机械加工工艺手册及相关要求，求得主轴转速 n=150r/min.
由公式1000
dn
v π=
得：切削速度
s m v /63.060×1000150
×80×14.3==
机动时间mz
j f l l l T 21++=
其中，d---铣刀直径，m; mz f ---工作台的水平进给量，mm/min; e a ---铣削宽度（垂直于铣刀轴线方向测量的切削层尺寸）
，mm; ).3~1()(5.02
21+--=e a d d l 3~12=l
代入数据得： S T j 6.6=
②精铣下端面: 根据相关要求，通过查《机械加工工艺手册》得，取每转进给量为r mm f /5.0= 取精铣主轴的转速为300r/min, 由公式1000
dn
v π=
,得 切削速度s m s m v /26.1/60
×1000300
×80×14.3==
机动时间mz
j f l l l T 2
1++=
其中，d---铣刀直径，m; mz f ---工作台的水平进给量，mm/min; e a ---铣削宽度（垂直于铣刀轴线方向测量的切削层尺寸）
，mm; ).3~1()(5.02
21+--=e a d d l 3~12=l
代入数据得： S T j 5.9= 工序Ⅲ： 钻孔2-φ13mm
通过查《机械加工工艺手册》及相关加工要求，可知： 取主轴转速为200r/min. 由公式V=
1000
dn
π,得切削速度s m s m v /14.0/60
×1000200
×13×14.3==
通过查表11-10，可知：
进给量f=0.58mm/r 切削深度mm mm d a p 5.62/132/===
机动时间T j =fn l l l 21++
其中，l ---深孔 )3~1()(5.0221+--=e a d d l ; );4~1(2=l 代入数据得： S T j 3.4= 工序Ⅳ： 半精铣右端面
①粗铣右端面： 通过查《机械加工工艺手册》及相关加工要求，可知： 取主轴转速为150r/min. 由公式1000
dn
v π=
得：切削速度s m v /63.060
×1000150
×80×14.3==
每齿进给量为 z f =0.2mm/z, 机动时间mz
j f l l l T 2
1++=
其中:).3~1()(5.0221+--=e a d d l 3~12=l ;
d---铣刀直径，m; mz f ---工作台的水平进给量，mm/min; e a ---铣削宽度（垂直于铣刀轴线方向测量的切削层尺寸），mm; 代入数据得：S T j 5.4=
②半精铣时：n=300r/min, v=1.26m/s, 每转进给量f=0.5mm/r; 代入数据得：S T j 5.8= 其余不变。 ③倒角??452 主轴转速n=150r/min 切削速度 1000
dn
v π=
s m /63.060
×1000150
×80×14.3==
工序Ⅴ：钻孔到φ18mm
根据相关加工要求，参考工具书《机械加工工艺手册》可知， 取主轴转速n=200r/min ，由于钻头直径d=18mm ，故切削深度
a p=d/2=18/2mm=9mm 。
根据公式60x 1000nd
v π=
,得
切削速度60x 1000nd v π==60
x 1000200
x 18x 14.3m/s=0.19m/s
根据相关加工要求，参考工具书《机械加工工艺手册》可得，进给量
f n=0.16mm/r 。
机动时间公式Tj=L/f n =l+l 1+l 2/f n 。 其中，l ——孔深
l 1=d
2
cotk γ+（1~2） l 2=1~4 工序Ⅵ：镗孔到φ20mm
①粗镗：出镗孔时因加工余量为1.8mm ，故切削深度为a p =1.8mm 。 根据相关加工要求，同时参考工具书《机械加工工艺手册》
可知，取切削速度v=0.4m/s.。
根据公式n=
d v
π1000得， 主轴转速n=20
x 14.324
x 1000r/min=380r/min
根据相关加工要求，同时参考工具书《机械加工工艺手册》
查得进给量为f=0.2mm /r 。
机动时间Tj=
n *f L =380
x 2.045s=0.6s ②半精镗：出镗孔时因加工余量为0.2mm ，故切削深度为a p =0.2mm 。 根据相关加工要求，同时参考工具书《机械加工工艺手册》
可知，取切削速度v=0.4m/s.。
根据公式n=
d v
π1000得， 主轴转速n=20
x 14.324
x 1000r/min=380r/min
根据相关加工要求，同时参考工具书《机械加工工艺手册》
查得进给量为f=0.1mm /r 。
机动时间Tj=
n *f L =380
x 1.045s=1.18s ③孔口倒角：根据相关加工情况，取主轴转速n=380r/min,切削速度
v=0.4m/s,切削深度a p =2mm 。
工序Ⅶ：半精铣 ① 粗铣时：
根据相关加工要求，参考相关工具书《机械加工工艺手册》
查表可得，取主轴转速为n=150r/min 。
根据公式v=
60x 1000dn
π,得
切削速度v=60
x 1000150
x 80x 14.3m/s=0.63m/s 。
根据相关加工要求，参考相关工具书《机械加工工艺手册》
查表，取每齿进给量为f z =0.2mm/z ，切削深度mm 2a p =。
机动时间T j =l+l 1+l 2/f MZ ； 其中，()3~1d 5.0a d
l 2
e 2
1+??
? ?
?--
=
l 2=1~3
d ——铣刀直径，mm ；
a e
——铣削深度，mm ；
f MZ ——工作台的水平进给量，min mm ; 代入相关数据，得 T j =4.5s ② 半精铣时：
根据相关加工要求，参考相关工具书《机械加工工艺手册》
查表可得，取主轴转速为n=300r/min 。
根据公式v=
60x 1000dn
π,得
切削速度v=60
x 1000300
x 80x 14.3m/s=1.26m/s 。
根据相关加工要求，参考相关工具书《机械加工工艺手册》
查表，取每转进给量为f n =0.5mm/z ，mm 1a p =。
机动时间T j =l+l 1+l 2/f MZ ； 其中，()3~1d 5.0a d
l 2
e 2
1+??
? ?
?--
=
l 2=1~3
d ——铣刀直径，mm ；
a e
——铣削深度，mm ；
f MZ ——工作台的水平进给量，min mm ; 代入相关数据，得 T j =8.5s ③ 倒角：
根据实际加工情况，取主轴转速n=150r/min 。
由相关公式60x 1000dn
v π=
，得
切削速度s m 63.0s m
60
x 1000150x 80x 14.360x 1000===dn v π。 工序Ⅷ：粗铣
根据相关加工要求，参考工具书《机械加工工艺手册》查表
可知，取主轴转速n=210r/min 。
根据公式v=
60x 1000dn
π,得
切削速度v=60
x 1000210
x 3x 14.3m/s=0.03m/s 。
根据相关加工要求，参考上述资料，查得每齿进给量
f z =0.01mm/z ，取切削宽度a e =3mm 。
机动时间T j =（l+l 1+l 2）i/f MZ 其中，l 1=0.5d+（1~2） l 2=1~3 取i=1
d ——铣刀直径，mm 。
f MZ ——工作台的水平进给量，mm/min;
代入相关数据，得
T j=5s
六、填写机械加工工艺卡和机械加工工序卡
七、设计卡具
（一）确定设计方案
用于在卧式铣床上加工?20孔两端面。工件以2×?13孔及端面为定位基准，用一面两销实现完全定位。由螺母夹紧工件。夹具的分度分别由两个挡块限位。分度后旋转手柄，由压板将分度盘锁紧。（二）夹紧力计算
参考文献（３）表１－２－１１，因夹具的夹紧力与切削力方向相反，实际所需夹紧力Ｆ夹与切削力Ｆ之间的关系Ｆ夹＝ＫＦ
安全系数Ｋ在夹紧力与切削力方向相反后时，Ｋ＝３，由前面的计算可知Ｆ＝１４５２.３Ｎ
所以Ｆ夹＝ＫＦ＝３*１４５２.３＝４３５６.９Ｎ
F0= F夹/2=1178.4（N）
参考文献3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=10mm
（三）定位误差的计算
根据零件图的要求，?32圆柱的两端面的平行度要求为0.05，加工的过程中采用平面定位。
△jw=0
△bc=Td/2=(-0.060+0.142) / 2=0.041
△dw=△jw+△bc=0.041<0.05
满足精度要求
八、总结
本次设计是在完成大学的全部基础课、技术基础课、专业课学习之后进行的一次设计。此次课程设计是对所学各课程的一次深入的综合性的总复习，设计的知识面比较广范，能把我们所学的知识都联系起来，也是一次理论联系实际的训练，能够使我们的知识掌握更牢，并能提升我们分析问题，解决问题的能力。因此，它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。
我掌握了机械加工工艺规程的设计和工装夹具设计的基本步骤和方法。工艺规程设计首先是分析了零件的技术要求，包括被加工面的尺寸精度和几何形状精度，各被加工表面之间的相互位置精度，被加工表面的表面加工质量及热处理要求，对毛坯的要求等等。并对达到各个技术要求的主要影响因素进行了分析，计算确定毛坯尺寸，了解各种机械加工机床的加工范围，加工能够达到的精度。选择合理的机床组合，拟订合理的加工路线，确定机床、刀具、量具、夹具，如果需要专用夹具，就需要设计专用夹具。计算确定切削用量，机床转速、时间定额等。然后编制工艺规程文件，如工艺过程卡，工序卡片。
专用夹具的设计是针对不同的机床和零件的被加工表面设计专门的夹具以满足加工精度要求、提高加工效率，降低工人劳动强度。夹具设计包括：定位元件或定位装置、夹紧元件或夹紧装置、对刀及引导元件、夹具体组成、连接元件、其他元件或装置。本次设计的是
钻床夹具，加工一个比较大的孔，需要精加工。所以夹具对定位、导向装置要求较高。而生产类型为大批，故应该选择液压或气动夹紧方式，以降低工人劳动强度和缩短辅助时间，提高效率。
通过设计对所学各课程的一次深入的综合性的总复习，提升了我独立分析问题，解决问题的能力，专业知识也有很大的提高。对我以后在工作中起到相当大的作用。
第三部分：参考文献
（１）石河子大学机械工程系主编机械制造工艺学课程设计指导书（２）孟少农主编机械加工工艺手册
（3）机床夹具设计手册
（4）王先逵主编机械制造工艺学