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四川大学

本科生毕业设计

题目气门摇臂轴支座的机械加工工艺规程及夹具设计系别机械工程系

专业机械设计制造及其自动化

学生姓名

学号年级

指导教师

二Ο一五年六月十六日

四川大学锦城学院气门摇臂轴支座的机械加工工艺规程设计

绪论 (1)

一、课题设计的零件 (4)

1.1课题零件的作用 (5)

1.2机械制造加工工艺技术相关知识 (5)

1.2.1机械制造加工工艺 (5)

1.2.2对零件专用夹具设计的相关知识 (6)

1.2.3机床夹具的分类 (7)

1.2.4夹具设计要求及其特点 (8)

2.1选择毛坯，绘制毛坯图 (9)

2.1.1选择毛坯 (9)

2.1.2毛坯尺寸及加工余量的确定 (9)

二、气门摇臂轴支座的机械加工工艺设计 (11)

2.1零件的工艺分析及生产类型的确定 (11)

2.1.1零件的工艺分析 (12)

2.1.2零件的生产类型 (14)

2.2毛坯的选择与绘制 (14)

2.2.1毛坯的尺寸与机械加工总余量的确定 (15)

2.2.2毛坯图的设计 (16)

2.2.3毛坯图的绘制 (16)

2.3毛坯的加工方法及工艺路线 (17)

2.3.1毛坯定位基准的确定 (17)

2.3.2表面加工工序及加工方法的选择 (18)

2.3.3划分加工阶段 (20)

2.3.4工序顺序安排 (20)

2.3.5零件工艺路线的确定 (21)

2.3.6零件的加工装备及设备的选择 (23)

2.3.7加工余量的确定 (25)

2.3.8切削用量及时间定额确定 (26)

绪论

对于现代工艺来说，合理的先进的现代工艺对提高生产效率，提升装配效率和降低人工成本有着重要的作用，机械加工工艺对于产品和零件的质量起着决定性的作用，而产品的质量包括零件的加工表面质量和加工尺寸精度等。而零件的加工精度是属于其加工的理想精度与实际精度之间的符合程度，而他们的符合程度越高，相应的加工季度也越高。而在一定的加工工具的前提下确定出相对合理的加工工艺不仅仅能提高产品的加工精度还能降低其废品率改善生产条件提高生产率。相对于同一零件来说没在有不同的工艺手段制造出来的零件也有不同的质量，为了减少工时降低生产成本我们需要选择一个最优的方案，一个最符合零件加工的方案。

一切需要设计加工的零件都需要制定相应的加工工艺规程。合理的加工规程在满足其相应的技术要求和技术参数的前提下保证其先进性，合理性及安全可靠性。

在同一个产品被设计出来之后，加工人员可以根据不同价加工方法实现对零件的加工生产。对于单件小批量的零件来说，零件的加工只需要满足零件的加工要求即可，对于其生产成本和生产效率来说没有太多的要求，但是对于小批量的零件生产来说，它的设计不仅仅要满足产品的加工要求同时还需要尽可能地提高其生产效率，稳定零件质量。

在设计零件加工工艺设计过程中，零件夹具设计是零件设计的重要环节。零件夹具在生产过程中不仅仅可以保证零件的加工精度，保证零件生产过程中的安全。

通过这次对零件的设计制造，可以使我们尽可能地了解机械制造加工工艺在

生产中的各种问题，同时也能使我们在设计中充分对工艺尺寸精度和加工余量的计算有一个整体的训练，同时让我们更加熟练的运用所学的知识，在确保零件的加工能顺利的进行同时还要满足高效，经济的原则，同时还能保证加工质量和加工专业夹具的能力。还能进一步提高我们的AutoCAD的使用能力。

专用夹具是在生产大批量零件中不可缺少的重要组成部分，在现代加工技术的高速发展下，需要满足高效，高精密的前提下，专用夹具的使用极大提高了加工效率，同时还能保证高精密，而现在的夹具正朝着高效，高精密，模块化，通用化的方向发展。

虽然在现代加工中数控机床以及加工中心得到了广泛的使用，艰巨啊了夹具的部分功能，但是夹具在加工生产中依然必不可少，而夹具的设计再加工周期中又有很重要的地位，它不仅仅影响着产品的研发周期，及其上市时间，同时还影响这产品的质量，优质的夹具不仅能稳定产品质量同时还能提高生产效率，提升企业的营运能力。现代夹具的设计不仅仅推动了计算机辅助设计系统的研发还替身了其独立性，通常我们会认为CAD和CAM是靠着CAPP做桥梁来实现联通，但是其不然，对于现代技术来说CAD和CAM是计算机辅助装备设计的接口，它连接了CAT和CAPP。

从现代理论分析来看，夹具设计是一项根据设计者经验来设计机械夹具，但是对工程分析和一些设计的技巧却要求很高，因为一个好的技巧不仅仅能减少工时还能从分利用现有资源完成对林间的加工，而对于工程分析确实意向较难得问题，怎样将这些问题由计算机程序显示出来一只都是一个难题，但是随着科学发展人类已经掌握了一部分技术来支撑这项技术的推动。

在国外已经有一定的技术基础，例如计算机辅助夹具设计系统，该铣工是利

用空间投影技术来实现虚拟建模，然后利用数学几何的统发通过ＰＯＳＥ等一些列李彤网络来实现夹具的虚拟布局。

增加夹具规划器：

在现有的研究开发中系统QTC中增加一个夹具规划器，也就是夹具规划模块，由此就可以是的在全自动化的装配中能经行交互性设计来完成装配图的绘制，但是由于现有的技术，我们只能使用改技术来完成一些极其简单的零件的夹紧装置的设计。

随着现代技术的发展，制造业也有了长足的进步，在产品设计及产品研发方面不仅仅减少了其研发周期，提升了更新换代的顺序，同时也使传统的大规模生产逐渐的被中小批量生产所取代。而且现代制造中已经逐步适应柔性化生产，国外的大企业已经把柔性生产系统作为新兴产品生产的主要手段。并且这种生产方式将成为一种机械制造发展的趋势，这种趋势势不可挡。必将颠覆传统的生产模式，但是该生产模式需要完成两个重点，一是机床的设计和工件的夹装。而夹具在这其中又是重中之重，组合和夹具的设计在整个零件设计过称重只需要其５％～２０％的时间但是却能极大的提高其生产效率，因此我们通常可以理解为组合夹具就是现代生产中柔性夹具的诠释。由于组合夹具的灵活性，同时又有设计周期短，成本低等特点，可以加快产品的更新换代，满足同系列产品的大批量生产，因此柔性系统在现代生产中越来越受到企业的青睐。

成组技术在现代制造工业中已经得到了广泛的运用，最开始，成组技术被使用在工序上，通俗的讲就是把零件的安装方法，加工方法或者一些类似的加工程序合成一个工序，这样不仅能加快工序的完成同时还能满足零件的工艺要求，大大的提高了生产效率。因此在只需要少许调整或者更换少量零件就能完成零件的

加工，使得企业效率得到了极大的提升。

因此，在现代生产中，夹具的运用对于企业的生产率的提高有着至关重要的作用，一个企业能否在保证生产质量的前提下提升生产效率提高企业的营业能力，夹具的设计起着至关重要的作用。

一、课题设计的零件

1.1课题零件的作用

本次课题设计的零件是气门摇臂轴支座部件，该零件为1105柴油机上的重要零件用来控制气门系统。该零件共有四个孔：孔1为φ18mm的通孔，主要是用来安装摇臂轴，而轴的两端分别安装了进气与排气气门摇臂机构；而孔1和孔2两孔间距为56mm,能使气门被打开，实现减压的效果，因此两空的粗糙度和位置精度要求相对较高，而再工作时需要有轴与之配合，起到支撑保护作用；孔3为φ11mm的孔。此孔用来与M10的螺杆和气缸盖链接；孔4为φ3mm的孔，孔4主要用来排油。该零件其他部分尺寸在零件图中有详细标注。

1.2机械制造加工工艺技术相关知识

1.2.1机械制造加工工艺

气门摇臂轴支座机械加工工艺规程

（a）.根据产品及相应的产品零件装配图进行加工工艺分析

在对产品进行工艺规程设计时，我们需要掌握零件在整体产品中所处的位置及其所承担的作用，明确部件所需的技术要求，及其主要的工作面，以便在整个工艺设计过程中加以保证。并且明确零件的形状结构、材料、硬度及其冷热处理等情况，并掌握该零件主要的工艺规程，对零件的整体设计有一个总体的构想。

根据对零件的了解，分析零件所需要加工的表面及每个加工面的位置精度，尺寸精度，表面粗糙度，形状精度及冷热处理等方面的加工要求；并且分析明确主要加工面和次要加工面，在选择加工面时需要了解加工面对零件加工方法的影响，以确定加工顺序；对所有的技术要求进行整理归纳，确保零件的加工质量。

（b）.确定零件的生产类型及生产纲领

根据的生产图标可知，气门摇臂轴支座为小型零件，根据其生产需要确定为大批量生产。

（c）.确定毛坯的种类和制造方法

在机械加工中由于毛配的种类有很多，所以我们选择毛坯时的制造方法需要根据以下几个方面来考虑：1、零件的生产纲领；2、材料的工艺性能；3、采用新型材料、新工艺、新技术的可能性；4、零件毛坯的尺寸、形状及其精度要求。除了以上的要求，我们需要使零件在加工过程中需要满足的技术要求及其加工特点，同时需要尽可能地降低零件的生产成本保证零件生产的经济性。

（d）.确定毛坯尺寸和公差

毛坯的尺寸和公差是在生产中提高零件的生产效率降低零件的生产成本，保证零件的加工质量的重要保证。在毛坯的制造中需要留有一定的加工余量，加工余量过大会提高生产成本，增加加工量，加大加工工时；而加工余量过小会影响零件的加工工艺性，使得不合格产品正价，降低合格率，增加生产成本，因此适量的加工余量对于降低生产成本，减少加工工时起着重要作用。同时在设计毛坯的加工余量时需要保证零件的各项加工指标，以保证零件的整体性。

（e）.制定毛坯的加工工艺顺序

确定加工工艺顺序包括以下几点：1、确定定位基准；2、确定各表面加工工艺方案；3、确定各个阶段的加工工艺划分；4、确定工艺顺序。确定加工工艺顺序是另加设计制定的重点。

（f）.根据零件图确定零件的合适的加工余量并计算出毛坯的尺寸及公差。并计算出零件加工工序尺寸及公差。

（g）.确定各个加工工序的加工设备，确定加工设备所使用的量具及加工刀具等工艺装备。

（h）.编制零件的加工工艺文件

1.2.2对零件专用夹具设计的相关知识

零件在机械加工中必须处于正确的加工位置才能保证零件加工的准确。对于一个正确的加工位置所使用的生产工艺装备被统称为夹具，而夹具也有多种分类，根据不同的分类也有不同的作用。

而在气缸摇臂支座的制造中我们仅需要用到定位夹具。定位夹具是为了保证加工工件的精度，使工件能安装特定的位置，并且能在加工中保证这个位置不发证变化，能够稳定。而在工件的安装过程中需要夹紧，而这两个过程在加工中统称为安装。

（a）.确保零件的加工工艺，并且能稳定零件的质量

在大批量生产过程中，我们需要保证加工零件的位置精度，一般都会使用专用的定位夹具，由于专用的定位夹具的使用，可以保证零件的加工精度，由于使用了专用的定位夹具，还可以保证零件在加工中不会受到运动的影响，或将运动的影响降到最低，以保证零件的加工质量从而稳定零件的加工质量。

（b）.提高生产效率，将低生产成本，提高企业盈利能力

使用专用的定位夹具，能快速的定位零件，减少零件定位所用的时间，降低单位时间额定。同时专用夹具的使用能将低生产成本，提高企业盈利能力。1.2.3机床夹具的分类

（a）.专用夹具，专用夹具是指在生产某种零件时，为之特定设计的一种夹具称之为专用夹具，因为专用夹具是针对某一特定零件，所以不需要考虑其通用性。为此在设计专用夹具时我们可以不必考虑夹具是否设计的紧凑，是否方便操作。但是，专用夹具的使用是为了提高零件的加工精度提高企业的生产效率因此专用夹具只适合大批量生产。

（b）专业化拼装夹具，专业化拼装夹具是为某些零件设计加工工序的各个加工工序设计专用的夹具，而把这种夹具称之为专业化拼装夹具，从其设计他的

特点来看，专业化拼装夹具具有一定的通用性，但是专业化通用家具又是为某一类夹具所设计拼装而成的。所以专业化拼装夹具又有专用夹具的优点。

（c）可调调式夹具，可调式夹具具有可调性，也就是在生产完某种零件之后可以通过调整夹具的个别元件便可生产，用可调夹具，专用可调夹具的针对性不较强，所以生产的产品种类不多；通用可调夹具可以改变比较多的原件而使其能够生产多种零件，使用的范围也比专用可调夹具大。可调式夹具在工业生产的柔性线中运用的比较大，因此其在现代工业生产有着不可或缺的角色。

1.2.4夹具设计要求及其特点

（a）.夹具设计的特点

1）在设计夹具时，设计人员需要全面掌握生产工艺，同时需要设计人员在设计某零件的专用夹具时需要全面了解相应的机床及其辅助设备，只有保证以上要求才能设计出合理可行的方案。

2）夹具的设计需要保证零件的加工质量和生产效率，然而零件的加工质量又是重中之重，因此在设计时需要分清主次，然而对于零件精度要求不高的零件，可以根据相应的设计要求提高生产效率。

3）夹紧装置夹紧力及转动机构的设计对夹具的结构有较大影响，因此在生产夹具时需要时设计与生产相契合.

4）这类夹具设计时时直接为某项产品的生产而服务的，此时需要多按考其他夹具，根据相应的工件的刚度来保证手里剑，通常不作详细计算而减少设计周期。但是必须要注意的是在定位精度和夹紧力等设计时依然需要进行计算分析。

（b）.设计的基本要求

1）夹具的设计应该与其使用方法和生产规模相适应。正确的处理好两者的关系可以保证质量、效率、方便及经济性之间的关系。

2）保证方便使用，便于装载、便于安装、便于测量、便于夹紧、便于观察、便于运输、当然首要的是保证其安全性，安全第一。

3）保证零件的加工精度。

4）在其经济性的同时需要保证该夹具的工艺性等必要的生产要求。

2.1选择毛坯，绘制毛坯图

2.1.1选择毛坯

根据零件图可以知道零件的材料选用HT200，我们能确定的是使用灰铸铁，考虑到零件是起支撑作用，而且灰铸铁是一种脆性高，硬度低的材料，因此我们选择使用铸造的方式来生产毛坯。又因为根据零件图可知，零件的尺寸相对较小，并且零件的结构并不复杂，所以该零件属于简单零件。除了几个孔的加工精度较高，其他表面的加工精度要求并不高，所以可以选择砂型铸造机器的铸造方法，这样可以降低生产成本。更具以上分析我们可以确定，气门摇臂轴支座的毛坯采用砂型造型机器造型的方法来获得。

2.1.2毛坯尺寸及加工余量的确定

根据零件图确定出零件的外轮廓尺寸：长83mm；宽37mm；高62mm。

查阅《机械制造工艺设计简明手册》表1.3-1常用毛坯的制造方法与工艺特点（P8）金属模机械砂型，灰铸铁，大批量生产，精度等级CT8~CT10，加工余量G，取铸件精度等级CT10。

根据毛坯铸件基本尺寸查阅《机械制造工艺设计简明手册》表1.4-6,外圆表面加工的经济精度与表面粗糙度（P19）经济精度为8~10外表面加工方法为粗车→半精车。所以确定外表面加工方法为粗车→半精车。

根据毛坯的加工尺寸和其加工余量等级可以查阅《机械制造工艺设计简明手册》表2.2-5要求的铸件机械加工余量（RMA）（P39）最大尺寸83，加工余量等级G，加工余量1.4

二、气门摇臂轴支座的机械加工工艺设计

2.1零件的工艺分析及生产类型的确定

本次课题设计的零件是气门摇臂轴支座，该零件为1105柴油机上气门控制系统的一个重要零件。该零件共有四个孔：孔1为直径18mm的孔，孔2为直径16mm的孔，用来安装减压轴，可降低气缸内的压力。而孔1和孔2两孔间距为56mm,保证气门能顺利打开，实现减压的效果，因此两空的粗糙度和位置精度要求相对较高，而再工作时需要有轴与之配合，起到支撑保护作用；孔3为直径11mm的孔。此孔用来与M10的螺杆和气缸盖链接；孔4为直径3mm 的孔，孔4主要用来排油。

图2.1 气门摇臂轴支座零件图

2.1.1零件的工艺分析

根据已知图形的尺寸，同时也知道了气门摇臂轴支座生产的技术要求。通过对图的全面分析，已经大致掌握了其基本的生产工艺状况，现将工艺生产状况做一下说明：

由图可知零件的材料为HT200，HT200为灰铸铁。而灰铸铁的生产工艺相对简单，但是灰铸铁的塑形比较差，容易断裂，不适合使用磨削。根据零件图分析，可以知道的是该零件的加工面主要是4个孔的加工和2个表面的加工。现将加工的要求简述如下：

1.孔1为直径18mm的通孔其具有较高的精度要求，因此这个孔属于难加

工孔，而且其粗糙度要求为1.6，差为0.1需要适当的加工方法来满足这些加工的技术要求。而孔1的直径为28mm的外圆的技术要求较低，生产工艺相对简单，粗糙度同样为12.5。相对的技术要求不高，生产工艺简单，因此在加工圆时主要注意加工直径为18mm的孔；

2.孔2为直径16mm的孔，孔2 的加工精度要求和孔1一样，都比较高，同时孔2的加工同时还要满足与孔1的位置精度要求。孔2的粗糙度为1.6，孔的轴线与36mm的地面的平面度也为0.05。但是孔2的直径为26mm的外圆的粗糙度比孔1的外圆高，为2.5，前后端倒角为1×45°角，倒角粗糙度为12.5。相应的生产工艺比孔1的外圆加工精度要求较高，所以注意区分孔1和孔2外圆加工方法。

3.孔3为直径11mm上午通孔，孔3的直径为22mm的外圆的端面粗糙度一样为12.5。因此孔3及其外圆的加工工艺相对简单。

4.孔4为直径3mm的通孔，该孔的粗糙度为12.5。同时该孔为泄油孔，其位置要求不要，但是加工时固定较难。需要注意固定工件。

5.加工36mm的下端面，下端面在整个零件加工过程中属于加工基准面，粗糙度为12.5，因为是基准面，所以在加工时需要最先加工该面。

由上面的加工分析并为了保证零件生产时的各项技术要求，可以大致确定其初加工加工工序安排如下：

1.将零件定位夹紧，加工出36mm的下端面以及孔3的直径为22mm的外圆的外端面并钻出孔3直径为11mm的通孔；

2.通过36mm的I面作为基准面加工出孔1和孔2的直径分别为28mm和26mm的外端面圆，并精钻孔1和孔2直径分别为18mm和16mm的两个高精

度要求的孔；倒出

3.翻转零件，加工出直径为3mm 的孔4

2.1.2零件的生产类型

零件的生产类型是根据企业对不同零件的要求及需求所知道那个出来的。一般可分为大批量生产，中批量生产和单件小批量生产三种类型，不同的生产类型对应着不同的生产工艺特性。零件的生产纲领N 可按一下公式计算得到：

(1%)(1%)

a b N Qm a b =++式中 N----零件的生产纲领

Q----产品的年产量（台、辆/年）

m----每台（辆）产品中该零件的数量（件/台、辆）

%---备品率，一般取2%-4%

%---废品率，一般取0.3%-0.7% 根据以上公式我们可以计算出其生产纲领，然后通过查表法确定其生产类型。

根据《机械制造工艺设计简明手持》表1.1-2生产类型与生产纲领的关系（P2）可得出气门摇臂轴支座为轻型零件，该零件的生产类型为大批量生产。

2.2毛坯的选择与绘制

毛坯的选择需要根据零件样本根据其性能来分析，该零件采用的材料为HT200，因此可以确定该材料为灰铸铁，灰铸铁脆性比较高，但是其铸造性能比较好，切削加工性能比较好，因此该零件的毛坯选择铸造的方式更适合。由于从零件图可以得知该零件结构比较简单，且尺寸不大，属于简单零件，除几个需要加工的面外，零件的粗糙度都比较大，可以不用去材料的方法加工得到。为了使其表面加工比较好，可以使用砂型铸造，同时该零件属于大批量生产类型，可以选择金属模机械砂型，可以节省工时同时可以减少单件零件的生产成本。根据以上分析可以确定该零件毛坯采用的方法为金属模机械砂型获得。

2.2.1毛坯的尺寸与机械加工总余量的确定

零件尺寸：长83mm、宽37mm、高62mm。

查阅《机械制造工艺设计简明手册》表1.3-1常用毛坯的制造方法与工艺特点（P8）按照金属模机械砂型，零件为灰铸铁，可得零件公差等级为CT8—CT10，可取公差等级CT10.加工余量等级G，毛坯尺寸公差1mm-3mm。

查阅《机械制造工艺设计简明手册》表2.2-6毛坯组件典型的机械加工余量等级（P39）砂型铸造及其造型，灰铸铁，可以确定其加工余量等级为E-G由上表可得加工余量确定为G。

查阅《机械制造工艺设计简明手册》表 2.2-5要求的铸件机械加工余量（RMA）（P39）最大尺寸83mm，余量等级为G可以确定其加工余量为1.4mm。由于外表面大部分需要经过粗加工→半精加工，因此可以将加工余量适当放大为3mm。

查阅《机械制造工艺设计简明手册》表2.2-1铸件尺寸公差（P37）可以确定个表面的尺寸公差。

表2.1机械加工余量与毛坯尺寸

2.2.2毛坯图的设计

（1）根据《机械制造工艺设计简明手册》表2.2-9各种铸造方法的最小铸造斜度（P41）可以得到砂型铸造毛坯外表面最小斜度0°30′，内表面斜度1°。

（2）根据零件图可知毛坯的形状堆成，而且最大截面在对称中心，为了方便安装和模的质量，采用前后对称中截面为分型面

（3）为了去除内应力，提升切削性能，把铸件取出之后要进行机械加工之前的时效处理。

2.2.3毛坯图的绘制

图2.2气门摇臂轴支座毛坯图

2.3毛坯的加工方法及工艺路线

2.3.1毛坯定位基准的确定

由于各表面的加工工序不一样，夹具的结构和零件的精度也会有不同的区别。

定位基准有两种，分别为粗基准和精基准，在工艺生产中，对毛坯的加工所选用的基准，一般称之为粗基准，而在加工中需要经过加过之后做定位基准的基准成为精基准。一般情况下，在工艺规程的制定中，先分析得出确定精基准。

更具定位基准选择的原则，根据零件图分析零件。气门摇臂轴支座属于带有孔的形状较简单的零件，直径为φ18的孔1、直径为φ16的孔2和直径为φ11的孔3均为零件的设计基准，他们都可以作为零件的定位基准。根据图上可以知道，孔1和孔2的加工精度要求较高，粗糙度等要求都较高，因此需要将孔1和孔2这两个孔安排在之后进行，因此，我们可以选择孔3作为精基准，并且将36mm 的下底面也作为精基准。由于该毛坯是砂型铸造所得，因此外表面会不平整，因此我们可以选择孔2的外圆的上表面和为进行加工的36mm的下端面作为零件的出基准。

2.3.2表面加工工序及加工方法的选择

按照技术要求，查阅《金属切削铣加工手册》表2.1-3外表面加工的精度与表面粗糙度（P32)；查阅《机械制造工艺设计简明手册》1.4-7内圆表面加工的经济精度与表面粗糙度（P19）。