畢業(yè)設(shè)計（論文）氣門搖桿軸支座夾具設(shè)計

河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計說明書畢業(yè)設(shè)計河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計說明書 氣門搖桿軸支座夾具設(shè)計 系 部： 機(jī)電工程系 專 業(yè)： 數(shù)控技術(shù) 班 級： 數(shù)控083 學(xué)生姓名： 牛 學(xué) 號： 08 指導(dǎo)教師： 劉 2010年 05月10日目錄1 零件的分析 31.1零件的作用 3 1.2零件的工藝分析 32 確定毛坯，畫毛坯零件合圖 53 工藝規(guī)程設(shè)計 7 3.1定位基準(zhǔn)的選擇 73.2制定加工工藝路線 73.3選擇加工設(shè)備及刀、夾、量具 93.4加工工序設(shè)計 103.5校驗機(jī)床功率 12 4 夾具設(shè)計 16 4.1確定設(shè)計方案 164.2計算夾緊力并確定螺桿直徑 174.3.定位精度分析 174.4定位元件與夾緊裝置的設(shè)計 18致謝 22參考文獻(xiàn) 23一、零件的分析 1.1 零件的作用氣門搖桿軸支座是柴油機(jī)一個主要零件。是柴油機(jī)搖桿座的結(jié)合部，20（+0.10+0.16）孔裝搖桿軸，軸上兩端各裝一進(jìn)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(zhuǎn)動。其零件圖如下圖： 1.2零件的工藝分析 由附圖1得知，其材料為HT200。該材料具有較高的強(qiáng)度，耐磨性，耐熱性及減振性，適用于承受較大應(yīng)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，2-13mm孔和20（+0.1+0.06）mm以及3mm軸向槽的加工。20（+0.1+0.06）mm孔的尺寸精度以及下端面0.05mm的平面度與左右兩端面孔的尺寸精度，直接影響到進(jìn)氣孔與排氣門的傳動精度及密封，213mm孔的尺寸精度，以上下兩端面的平行度0.055mm。因此，需要先以下端面為粗基準(zhǔn)加工上端面，再以上端面為粗基準(zhǔn)加工下端面，再把下端面作為精基準(zhǔn)，最后加工20（+0.1+0.06）mm孔時以下端面為定位基準(zhǔn)，以保證孔軸相對下端面的位置精度。由參考文獻(xiàn)（1）中有關(guān)孔的加工的經(jīng)濟(jì)精度機(jī)床能達(dá)到的位置精度可知上述要求可以達(dá)到的零件的結(jié)構(gòu)的工藝性也是可行的。二、確定毛坯，畫毛坯零件合圖（附圖2）根據(jù)零件材料確定毛坯為鑄件，通過計算，該零件質(zhì)量約為3Kg，其生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn)，毛坯的鑄造方法選用砂型機(jī)器造型造型。此外，為消除殘余應(yīng)力，鑄造后安排人工時效處理。參考文獻(xiàn)（1）表2.312；該種鑄造公差等級為CT1011級，加工余量等級MA為H級。故取CT為10級，MA為H級。參考文獻(xiàn)（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 各加工表面總余量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40mmH4mm單側(cè)加工下端面50mmH3mm單側(cè)加工左端面35mmH3mm單側(cè)加工右端面35mmH3mm單側(cè)加工參考文獻(xiàn)（1）表2.3-12，鑄件主要尺寸的公差，如表2表2 主要毛坯尺寸及公差主要面尺寸零件尺寸總余量毛坯尺寸尺寸公差下端面50mm50mm4下端面距上端面尺寸78mm3+485mm2.8下端面距20的中心孔尺寸60mm363mm2.8三、工藝規(guī)程設(shè)計3.1定位基準(zhǔn)的選擇：精基準(zhǔn)的選擇：氣門搖桿軸支座的下端面既是裝配基準(zhǔn)又是設(shè)計基準(zhǔn)，用它作為精基準(zhǔn)，能使加工遵循基準(zhǔn)重合的原則，實現(xiàn)V形塊定位方式（V形塊采用聯(lián)動夾緊機(jī)構(gòu)夾緊）。20（+0.1+0.06）mm孔及左右兩端面都采用底面做基準(zhǔn)，這使得工藝路線又遵循“基準(zhǔn)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。粗基準(zhǔn)的選擇：考慮到以下幾點(diǎn)要求，選擇零件的重要面上端面作粗基準(zhǔn)。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(zhǔn)為上端面。在鉆、鏜削20（+0.1+0.06）mm孔時可有兩種夾緊方案：方案一：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)一面兩銷完全定位，這種方案適合于大批生產(chǎn)類型中。方案二：用V形塊定位V形塊采用聯(lián)動夾緊機(jī)構(gòu)實現(xiàn)對R10的外圓柱表面進(jìn)行定位限制5個自由度，再加底面限制1個自由度實現(xiàn)完全定位。由于13mm孔的表面精度不是很高，故用做定位銷孔很難保證精度，所以選擇方案二。3.2制定加工工藝路線根據(jù)各表面加工要求，和各種加工方法能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)精度，確定各表面及孔的加工方法如下：上端面：粗銑；下端面：粗銑精銑；左端面：粗銑精銑；右端面：粗銑精銑213mm孔：鉆孔；20（+0.1+0.006）mm：鉆孔粗鏜精鏜；3mm 軸向槽精銑因左右兩端面均對20（+0.1+0.006）mm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，將粗銑上端面和鉆兩通孔放在前面，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20（+0.1+0.006）mm孔放后面加工。初步擬訂加工路線如下：工序號工序內(nèi)容鑄造時效涂漆10車上端面20鉆兩通孔30銑左右端面40精銑下端面50鉆通孔18mm60鏜孔20mm，孔口角1x45度70銑左端面80銑軸向槽90檢驗100入庫上述方案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(jìn)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，故改動為銑削加工。工序30應(yīng)在工序20前完成，使上端面在加工后有較多的時間進(jìn)行自然時效，減少受力變形和受熱變形對213mm通孔加工精度的影響。修改后的工藝路線如下：序號工序內(nèi)容簡要說明102030405060708090100鑄造時效涂漆粗銑下端面粗銑上端面粗銑左右端面（同時，不準(zhǔn)調(diào)頭）鉆兩通孔13精銑下端面精銑左右端面（同時，不準(zhǔn)調(diào)頭）鉆通孔18鏜孔到20，孔口倒角0.5*45度粗精銑軸向槽檢驗入庫消除內(nèi)應(yīng)力防止生銹減小加工粗基準(zhǔn)面誤差加工粗基準(zhǔn)面保證左右端面的跳動度先面后孔加工精基準(zhǔn)保證左右端面的跳動度后鏜削余量3.3選擇加工設(shè)備及刀、夾、量具由于生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn)，故加工設(shè)備適宜通用機(jī)床為主，輔以少量專用機(jī)床的流水生產(chǎn)線，工件在各機(jī)床上的裝卸及各機(jī)床間的傳動均由人工完成。粗銑下端面：考慮到工件的定位夾緊方案及夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計等問題，采用立銑選擇X51立式銑床。（參考文獻(xiàn)（1）表6-18），選擇直徑D為80mm面銑刀，參考文獻(xiàn)（1）表7-88，通用夾具和游標(biāo)卡尺。粗銑上端面：采用上述相同的機(jī)床與銑刀，通用夾具及游標(biāo)卡尺。精銑下端面：采用上述相同的機(jī)床與銑刀，通用夾具及游標(biāo)卡尺。粗銑左端面：采用臥式銑床X6132，參考文獻(xiàn)（1）表621，采用以前的刀具，專用夾具及游標(biāo)卡尺。精銑左端面：采用臥式銑床X6132,參考文獻(xiàn)（1）表621，專用夾具及游標(biāo)卡尺。鉆2x13mm孔：采用Z525，參考文獻(xiàn)（1）表626，通用夾具。刀具為d為13.0的直柄麻花鉆，參考文獻(xiàn)（1）表7111。鉆18孔：鉆孔直行為18mm，選擇搖臂鉆床Z525參考文獻(xiàn)（1）表626，采用錐柄麻花鉆，通用夾具及量具。鏜20（+0.1+0.06）mm孔：粗鏜：采用臥式鏜床，選擇功率為1.5KM的ITA20鏜削頭，參考文獻(xiàn)（1）。選擇鏜通孔鏜刀及鏜桿，專用夾具，游標(biāo)卡尺。3.4加工工序設(shè)計工序10：粗銑下端面(1)加工條件工件材料：HT200,=170240MPa，鑄造;工件尺寸：=13，l=36;加工要求：粗銑上端面加工余量4機(jī)床：X51立式銑床；刀具：立銑刀。銑削寬度ae90,深度ap6,齒數(shù)z=12,故根據(jù)機(jī)械制造工藝設(shè)計簡明手冊表3.1，取刀具直徑d0=80。根據(jù)切削用量手冊后表3.16，選擇刀具前角00后角016，副后角0=8，刃傾角：s=10,主偏角Kr=60,過渡刃Kr=30,副偏角Kr=5。(2)切削用量1）確定切削深度ap 根據(jù)手冊等，選擇ap=1.15，兩次走刀即可完成。2）確定每齒進(jìn)給量fz 由于本工序為粗加工，尺寸精度和表面質(zhì)量可不考慮，從而可采用不對稱端機(jī)床功率為4.5kw（據(jù)簡明手冊表4.2-35，X51立式銑床）選擇： fz=83.9mm/min。3）確定刀具壽命及磨鈍標(biāo)準(zhǔn) 根據(jù)切削手冊表3.7，銑刀刀齒后刀面最大磨損量為1.5mm；由于銑刀直d0=80，故刀具使用壽命T=180min（據(jù)簡明手冊表3.8）。4）計算切削速度vc和每分鐘進(jìn)給量vf根據(jù)切削手冊表3.16，當(dāng)d0=80，Z=12，ap7.5，fz0.18mm/z時，vt=98m/min,nt=250r/min,vft=471mm/min。各修正系數(shù)為：kMV= 1.0，kSV= 0.8。 切削速度計算公式為：其中 ，將以上數(shù)據(jù)代入公式：確定機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速： 。根據(jù)簡明手冊表4.2-36，選擇,因此，實際進(jìn)給量和每分鐘進(jìn)給量為：=3.5校驗機(jī)床功率 根據(jù)切削手冊表3.24，近似為,根據(jù)機(jī)床使用說明書，主軸允許功率。故校驗合格。最終確定: 6)計算基本工時 ，查切削手冊表3. 26，入切量及超切量為：則： 工序20 粗銑上表面粗銑上端面： 刀具，機(jī)床與上到工序相同，得出 , 工序30 粗銑左右端面粗銑左右端面：同時粗銑左右端面，圓盤銑刀一次加工完成不準(zhǔn)調(diào)頭計算切削用量： =2由 機(jī)械加工工藝手冊表15.53可知：由切削用量手冊表9.4-8可知： Vt=10.91m/s,nt=1.35r/s,Vft=1.70m/s 各系數(shù)為 所以有 V=0.34x0.69x0.8=0.19m/s V=0.75r/s V=0.94mm/s取 所以實際切削速度： 確定主軸轉(zhuǎn)速： 切削工時： 工序40 鉆兩13通孔 鉆孔查機(jī)械制造工藝設(shè)計手冊表3-38，取查機(jī)械制造工藝設(shè)計手冊表3-42，取 查表機(jī)械制造工藝設(shè)計簡明手冊4.2-15，機(jī)床為Z525，選擇轉(zhuǎn)速實際切削速度：v= 切削工時帶入公式：工序50 精銑下端面與工序10相同。.工序60 精銑左右端面與工序30相同工序70 鉆通孔18鉆通孔18，工序步驟與工序20#相同，代入數(shù)據(jù)得出結(jié)果: , 工序80 鏜孔到20因精鏜與粗鏜的定位的下底面與V型塊，精鏜后工序尺寸為20.020.08，與下底面的位置精度為0.05,與左右端面的位置精度為0.06, 且定位夾、緊時基準(zhǔn)重合，故不需保證。0.06跳動公差由機(jī)床保證。粗鏜余量取為1.8，精鏜切削余量為0.2,精鏜后尺寸為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級工序尺寸及公差粗鏜_精鏜粗鏜孔時因余量為1.8,故ap=1.8,查機(jī)械制造工藝設(shè)計手冊2-8 V=0.4m/s=24m/min取進(jìn)給量為 f=0.02mm/r 故實際切削速度為： 此時作臺每分鐘進(jìn)給量應(yīng)為：計算切削基本工時：工序90 粗精銑軸向槽：加工條件：機(jī)床：x6132臥式銑.床.刀具：直齒三面刃銑刀其中 d=80, z=18 計算切削用量： 由機(jī)械加工工藝手冊表15-53，表15-55可知： 確定主軸轉(zhuǎn)速： 切削工時： tm=0.75min 四、夾具設(shè)計本次設(shè)計的夾具為第5道工序粗精鏜20（+0.1+0.06）mm孔。該夾具為雙支承前后引導(dǎo)鏜床夾具。4.1.確定設(shè)計方案該孔的設(shè)計基準(zhǔn)為下端面，故以下端平面做定位基準(zhǔn)，實現(xiàn)“基準(zhǔn)重合”原則；另加兩形塊從前后兩方向?qū)崿F(xiàn)對R10的外圓柱面進(jìn)行夾緊，從對工件的結(jié)構(gòu)形狀分析，若工件以下端面朝下放置在支承板上，定位夾緊就比較穩(wěn)定，可靠，也容易實現(xiàn)。工件以下端面在夾具上定位，限制了三個自由度，其余三個自由度也必須限制。用哪種方案合理呢？方案1在213的通孔內(nèi)插入一現(xiàn)邊銷限制一個移動自由度，再以兩孔的另一個孔內(nèi)側(cè)面用兩個支承釘限制一個移動自由度和一個轉(zhuǎn)動自由度。這種定位方案從定位原理上分析是合理的，夾具結(jié)構(gòu)也簡單。但由于孔和其內(nèi)側(cè)面均不規(guī)定其精密度，又因結(jié)構(gòu)原因，夾緊力不宜施加在這樣的定位元件上，故工件定位面和定位元件之間很可能會接觸不好，使定位不穩(wěn)定。這個方案不宜采用。方案2用兩個V形塊夾緊前后兩外圓柱面，用兩鉸鏈壓板壓在工件的下端，這樣就限制了兩個移動自由度和一個轉(zhuǎn)動自由度，這種方案定位可靠，可實現(xiàn)完全定位。4.2.計算夾緊力并確定螺桿直徑參考文獻(xiàn)（3）表1211，因夾具的夾緊力與切削力方向相反，實際所需夾緊力F夾與切削力F之間的關(guān)系F夾KF安全系數(shù)在夾緊力與切削力方向相反后時，K=3，由前面的計算可知F=1452.3N所以F夾KF3x1452.3=4356.9NF0= F夾/2=1178.4（N）參考文獻(xiàn)3表1-24，從強(qiáng)度考慮，用一個M10的螺柱完全可以滿足要求，M104.3.定位精度分析20（+0.10+0.16）孔的精加工是在一次裝夾下完成的，具體采用的是前后支撐引導(dǎo)的夾具機(jī)構(gòu)，機(jī)床與鏜桿之間所采用的是浮動連接，故機(jī)床主軸振動可略不計，20（+0.10+0.16）孔的加工精度主要由鏜模來保證。圖見附表。因為孔的軸線與底面的平行度要求為0.05。故兩鏜模裝配后同軸度要求應(yīng)小于故兩鏜模裝配后同軸度要求應(yīng)小于0.05，又因為鏜套與鏜桿18 H6（+0.030）/h5(0-0.009)，其最大間隙為Xmax=0.013+0.009=0.022mm=0.022/310=0.00007被加工孔的長度42mm取兩孔同軸度誤差為0.03mm則 T1=2420.00007=0.006T2=0.03mm所以T=T1+T2=0.036又以為0.036<0.050.006<0.06所以夾具能滿足零件加工精度的要求。4.4.定位元件與夾緊裝置的設(shè)計(1)定位元件定位元件是用來確定工件正確位置的元件。被加工工件的定位基面與夾具定位元件直接接觸或相配合。工件定位方式不同，夾具定位元件的結(jié)構(gòu)形式也不同，V形塊定位，工件的定位基準(zhǔn)始終在V型塊兩定位面的對稱中心平面內(nèi)，對中性好，能使工件的定位基準(zhǔn)軸線在V形塊兩斜面的對稱平面上，而不受定位基準(zhǔn)直徑誤差的影響，其次V形塊定位安裝方便。本設(shè)計中采用兩個形塊（圖4.1）夾緊前后兩外圓柱面，用壓板壓在工件的下端，這樣就限制了兩個移動自由度和一個轉(zhuǎn)動自由度。其次設(shè)計中，采用了定位塊保證工件在加工時，螺桿和工件不會偏移。 1-v形塊 2-支座圖4.1 v形塊(2)夾緊裝置的設(shè)計夾緊裝置是使工件在外力作用下仍能保持其正確定位位置的裝置。本設(shè)計采用的夾緊裝置是一對螺旋壓板夾緊機(jī)構(gòu)。螺旋夾緊機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、自鎖性能好、夾緊可靠，是手動夾緊中常用的一種夾緊機(jī)構(gòu) 。其結(jié)構(gòu)如圖4.2所示(3)鏜模與夾具體的設(shè)計鏜模的設(shè)計I鏜套 本設(shè)計鏜套采用軸承外滾式鏜套，作用：回轉(zhuǎn)精度低，但是剛性好，適合適合轉(zhuǎn)速高的粗加工和精加工。其與鏜桿的配合主要采用H7/h6/h5。精加工時，鏜套內(nèi)孔的圓度公差取被加工孔的圓度公差的1/6或者1/5。鏜套內(nèi)外圓的同軸度一般小于0.0050.01。如圖4.3所示，滾動軸承外滾式回轉(zhuǎn)鏜套，鏜套2支承在兩個滾動軸承上，軸承安裝在鏜模支架 1的軸承孔中，軸承孔的兩端用軸承端蓋3封住。這種鏜套采用標(biāo)準(zhǔn)滾動軸承，所以設(shè)計、制造和維修方便，鏜桿轉(zhuǎn)速高，一般摩擦面線速度 v 0.4m/s 。但徑向尺寸較大，回轉(zhuǎn)精度受軸承精度影響。可采用滾針軸承以減小徑向尺寸，采用高精度軸承提高回轉(zhuǎn)精度。1-鏜模支架 2-鏜套 3-軸承套圖4.3 鏜套II.鏜桿鏜桿的直徑按經(jīng)驗公式一般去d=（0.70.8）D，一般應(yīng)大于25，不得小于15。同根鏜桿的直徑應(yīng)相同，便于制造和保證加工加工精度。主要的技術(shù)參數(shù)：導(dǎo)向部分的圓度和圓柱度的公差為其直徑的1/2；鏜桿的同軸度在500內(nèi)為0.01；鏜桿的傳動銷孔軸線和鏜桿軸線的垂直度和位置度均小于0.01；導(dǎo)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夾具體夾具體是用于連接夾具各元件及裝置,使其成為一個整體的基礎(chǔ)件,并與機(jī)床有關(guān)部位連接,以確定夾具相對于機(jī)床的位置.其在設(shè)計時應(yīng)滿足以下基本要求:I.應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度保證在加工過程中, 夾具體在夾緊力,切削力等外力作用下,不至于產(chǎn)生不允許的變形和震動.II.結(jié)構(gòu)應(yīng)簡單,具有良好工藝性. 在保證強(qiáng)度和剛度條件下,力求結(jié)構(gòu)簡單,體積小,重量輕,以便于操作.III.尺寸要穩(wěn)定.對于鑄造夾具體,要進(jìn)行時效處理,以消除內(nèi)應(yīng)力.保證夾具體加工尺寸的穩(wěn)定.IV.便于排屑為防止加工中切削聚積在一起定位元件工作表面或其他裝置中,而影響工件的正確定位和夾具的 正常工作,在設(shè)計夾具體時,要考慮切削的排除問題.選擇夾具體毛坯結(jié)構(gòu)時,應(yīng)以結(jié)構(gòu)合理性,工藝性,經(jīng)濟(jì)性,標(biāo)準(zhǔn)化的可能性以及工廠的具體條件為依據(jù)綜合考慮. 零件圖，零件毛坯合圖另附致謝在設(shè)計的過程中非常感謝劉靜香等老師的指導(dǎo)，在老師們的指導(dǎo)下完成了畢業(yè)設(shè)計。參考文獻(xiàn)1 廖漢元，孔建益，鈕國輝.腭式破碎機(jī)M. 北京:機(jī)械工業(yè)出版設(shè)社.19882 陳于萍，高曉扛. 互換性與測量技術(shù)M. 北京: 高等教育出版社.20053 寇世瑤，司堯華.機(jī)械制圖.北京: 高等教育出版社.20044 徐起賀.機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ).北京：科學(xué)出版社，20075 徐錦康.新編機(jī)械設(shè)計師手冊.北京：機(jī)械工業(yè)出版社.199523