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氣門搖臂軸支座加工工藝
及夾具設計
學生姓名：
學生學號：
院 （系）：
年級專業(yè)：
指導教師：
1 緒論 1
1.1課題背景及發(fā)展趨勢 1
2 氣門搖臂軸支座加工工藝規(guī)程設計 3
2.1零件的分析 3
2.1.1零件的作用 3
2.1.2零件的工藝分析 3
2.2氣門搖臂軸支座加工的主要問題和工藝過程設計所應采取的相應措施 4
2.2.1確定毛坯的制造形式 4
2.2.2基面的選擇 4
2.2.3確定工藝路線 4
2.2.4機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 5
2.2.5確定切削用量 6
2.2.6確定基本工時 17
2.3小結 22
總結 40
參考文獻 1
致 謝 22
21
1 緒論
加工工藝設計是對所學專業(yè)知識的一次鞏固，是在進行社會實踐之前對所學各課程的一次深入的綜合性的總復習，也是理論聯(lián)系實際的訓練。
機床夾具已成為機械加工中的重要裝備。機床夾具的設計和使用是促進生產發(fā)展的重要工藝措施之一。隨著我國機械工業(yè)生產的不斷發(fā)展,機床夾具的改進和創(chuàng)造已成為廣大機械工人和技術人員在技術革新中的一項重要任務。
1.1課題背景及發(fā)展趨勢
材料、結構、工藝是產品設計的物質技術基礎，一方面，技術制約著設計；另一方面，技術也推動著設計。從設計美學的觀點看，技術不僅僅是物質基礎還具有其本身的“功能”作用，只要善于應用材料的特性，予以相應的結構形式和適當?shù)募庸すに?，就能夠?chuàng)造出實用，美觀，經濟的產品，即在產品中發(fā)揮技術潛在的“功能”。
技術是產品形態(tài)發(fā)展的先導，新材料，新工藝的出現(xiàn)，必然給產品帶來新的結構，新的形態(tài)和新的造型風格。材料，加工工藝，結構，產品形象有機地聯(lián)系在一起的，某個環(huán)節(jié)的變革，便會引起整個機體的變化。
工業(yè)的迅速發(fā)展，對產品的品種和生產率提出了愈來愈高的要求，使多品種，對中小批生產作為機械生產的主流，為了適應機械生產的這種發(fā)展趨勢，必然對
機床夾具提出更高的要求。
2 氣門搖臂軸支座加工工藝規(guī)程設計
2.1零件的分析
2.1.1零件的作用
題目給出的零件是氣門搖臂軸支座。它的主要的作用是用來支承、固定的。要求零件的配合要符合要求。
2.1.2零件的工藝分析
零件的材料為HT200，灰鑄鐵生產工藝簡單，鑄造性能優(yōu)良，但塑性較差、脆性高，為此以下是氣門搖臂軸支座需要加工表面以及加工表面的位置要求?，F(xiàn)分析如下：
本設計所設計的零件是1105柴油機中搖臂結合部的氣門搖臂軸支座，它是柴油機上氣門控制系統(tǒng)的一個重要零件。直徑為18mm的孔用來裝配搖臂軸，軸的兩端各安裝一進、排氣氣門搖臂。直徑為16mm的孔內裝一個減壓軸，用于降低汽缸內壓力，便于啟動柴油機。兩孔間距56mm，可以保證減壓軸在搖臂上打開氣門，實現(xiàn)減壓。兩孔要求的表面粗糙度和位置精度較高，工作時會和軸相配合工作，起到支撐的作用，直徑11的孔用M10的螺桿與汽缸蓋相連，直徑3的孔用來排油，各部分尺寸零件圖中詳細標注。
2.2氣門搖臂軸支座加工的主要問題和工藝過程設計所應采取的相應措施
2.2.1確定毛坯的制造形式
零件的材料HT200。由于小批生產的水平，而且零件的輪廓尺寸不大，鑄造表面質量的要求高，故可采用鑄造質量穩(wěn)定的適合鑄造。便于鑄造和加工工藝過程，而且還可以提高生產率。
2.2.2基面的選擇
（1）粗基準的選擇 對于本零件而言，按照粗基準的選擇原則，選擇本零件的未加工表面是底表面作為加工的粗基準，可用裝夾對肩臺進行加緊，利用一個V形塊支承28圓的外輪廓作主要定位，以限制z、z、y、y四個自由度。再以一面定位消除x、x兩個自由度，達到完全定位,就可加工Φ11的孔。
（2）精基準的選擇 主要考慮到基準重合的問題，和便于裝夾，采用Φ11的孔下端面作為精基準。
2.2.3確定工藝路線
工藝路線的分析：
以Ф11mm的孔下端面為精基準，先銑下端面。再鉆孔，從而保證了兩孔中心線的尺寸與右端面的垂直度。符合先加工面再鉆孔的原則。
從提高效率和保證精度這兩個前提下。所以我決定采用此方案進行生產。具體的工藝過程如表(機械加工工藝過程卡片)所示。
2.2.4機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定
氣門搖臂軸支座的材料是HT200，生產類型為小批生產。由于毛坯用采用金屬模鑄造, 毛坯尺寸的確定如下：
由于毛坯及以后各道工序或工步的加工都有加工公差，因此所規(guī)定的加工余量其實只是名義上的加工余量，實際上加工余量有最大加工余量及最小加工余量之分。
由于本設計規(guī)定零件為小批量生產，應該采用調整法加工，因此計算最大與最小余量時應按調整法加工方式予以確定。
毛坯與零件不同的尺寸有：(具體見零件圖)故臺階已被鑄出,根據參考文獻[14]的銑刀類型及尺寸可知選用6mm的銑刀進行粗加工,半精銑與精銑的加工余量都為0.5mm。
1）加工Φ11的端面，根據參考文獻[8]表4-35和表4-37考慮3mm，粗加工2mm到金屬模鑄造的質量和表面的粗糙度要求，精加工1mm，同理上下端面的加工余量都是2mm。
2）對Φ18的內表面加工。由于內表面有粗糙度要求1.6?？捎靡淮未旨庸?.9mm，一次精加工0.1mm就可達到要求。
3）加工寬度為39mm的兩端面時，用銑削的方法加工。由于加工表面有粗糙度的要求，而銑削的精度可以滿足，故采取分四次的銑削的方式，每次銑削的深度是2.5mm。
4）鉆孔Φ16時要求加工一半，留下的余量裝配時鉆鉸，為提高生產率起見，仍然采用Φ16的鉆頭，切削深度是2.5mm。
5）鉆Ф3孔，由于粗糙度要求，因此考慮加工余量2mm?？梢淮未旨庸?.85mm，一次精加工0.15就可達到要求。
2.2.5確定切削用量
工序1：粗、精銑孔下平面
（1）粗銑孔下平面
加工條件：
工件材料： HT200，鑄造。
機床：X52K立式銑床。
查參考文獻[7]表30—34
刀具：硬質合金三面刃圓盤銑刀（面銑刀），材料：， ，齒數(shù)，此為粗齒銑刀。
因其單邊余量：Z=1.9mm
所以銑削深度：
每齒進給量：根據參考文獻[3]表2.4-75，取銑削速度：參照參考文獻[7]表30—34，取。
機床主軸轉速： 式（2.1）
式中 V—銑削速度；
d—刀具直徑。
由式2.1機床主軸轉速：
按照參考文獻[3]表3.1-74
實際銑削速度：
進給量：
工作臺每分進給量：
：根據參考文獻[7]表2.4-81,
（2）精銑孔下平面
加工條件：
工件材料： HT200，鑄造。
機床： X52K立式銑床。
參考文獻[7]表30—31
刀具：高速鋼三面刃圓盤銑刀（面銑刀）：， ，齒數(shù)12，此為細齒銑刀。
精銑該平面的單邊余量：Z=0.1mm
銑削深度：
每齒進給量：根據參考文獻[7]表30—31，取
銑削速度：參照參考文獻[7]表30—31，取
機床主軸轉速，由式（2.1）有：
按照參考文獻[7]表3.1-31
實際銑削速度：
進給量，由式（1.3）有：
工作臺每分進給量：
工序2：加工孔Φ11到要求尺寸
工件材料為HT200鐵，硬度200HBS?？椎闹睆綖?5mm，公差為H7，表面粗糙度。加工機床為Z535立式鉆床，加工工序為鉆、擴、鉸，加工刀具分別為：鉆孔——Φ9mm標準高速鋼麻花鉆，磨出雙錐和修磨橫刃；擴孔——Φ11.7mm標準高速鋼擴孔鉆；鉸孔——Φ12mm標準高速鉸刀。選擇各工序切削用量。
（1）確定鉆削用量
1）確定進給量 根據參考文獻[7]表28-10可查出，由于孔深度比，，故。查Z535立式鉆床說明書，取。
根據參考文獻[7]表28-8，鉆頭強度所允許是進給量。由于機床進給機構允許的軸向力（由機床說明書查出），根據表28-9，允許的進給量。
由于所選進給量遠小于及，故所選可用。
2）確定切削速度、軸向力F、轉矩T及切削功率 根據表28-15，由插入法得：
，
，
由于實際加工條件與上表所給條件不完全相同，故應對所的結論進行修正。
由參考文獻[7]表28-3，，，故
查Z535機床說明書，取。實際切削速度為：
由表28-5，，故
3）校驗機床功率 切削功率為
機床有效功率
故選擇的鉆削用量可用。即
，，，
相應地
，，
（2）確定擴孔切削用量
1）確定進給量 根據參考文獻[7]表28-31，。根據Z535機床說明書，取=0.57mm/r。
2）確定切削速度及 根據參考文獻[7]表28-33，取。修正系數(shù)：
，
故
查機床說明書，取。實際切削速度為
（3）確定鉸孔切削用量
1）確定進給量 根據參考文獻[7]表28-36，，按該表注4，進給量取小植。查Z535說明書，取。
2）確定切削速度及 由參考文獻[7]表28-39，取。由
參考文獻[7]表28-3，得修正系數(shù)，
故
查Z535說明書，取，實際鉸孔速度
（4）各工序實際切削用量 根據以上計算，各工序切削用量如下：
鉆孔：，，，
擴孔：，，，
鉸孔：，，，
工序3：粗精銑寬度為39mm的兩面
（1）粗銑寬度為39mm的下平臺
加工條件：
工件材料： HT200，鑄造。
機床：X52K立式銑床。
查參考文獻[7]表30—34
刀具：硬質合金三面刃圓盤銑刀（面銑刀），材料：， ，齒數(shù)，此為粗齒銑刀。
因其單邊余量：Z=2mm
所以銑削深度：
每齒進給量：根據參考文獻[3]表2.4-75，取銑削速度：參照參考文獻[7]表30—34，取。
由式2.1得機床主軸轉速：
按照參考文獻[3]表3.1-74
實際銑削速度：
進給量：
工作臺每分進給量：
：根據參考文獻[7]表2.4-81,
被切削層長度：由毛坯尺寸可知，
刀具切入長度：
式（2.2）
刀具切出長度：取
走刀次數(shù)為1
（2）精銑寬度為39mm的兩面黃肌瘦
加工條件：
工件材料： HT200，鑄造。
機床： X52K立式銑床。
由參考文獻[7]表30—31
刀具：高速鋼三面刃圓盤銑刀（面銑刀）：， ，齒數(shù)12，此為細齒銑刀。
精銑該平面的單邊余量：Z=1.0mm
銑削深度：
每齒進給量：根據參考文獻[7]表30—31，取
銑削速度：參照參考文獻[7]表30—31，取
機床主軸轉速，由式（2.1）有：
按照參考文獻[3]表3.1-31
實際銑削速度：
進給量，由式（2.3）有：
工作臺每分進給量：
被切削層長度：由毛坯尺寸可知
刀具切入長度：精銑時
刀具切出長度：取
走刀次數(shù)為1
工序4： 鉆Ф18孔
工件材料為HT200鐵，硬度200HBS?？椎闹睆綖?8mm，，表面粗糙度。加工機床為Z535立式鉆床，鉆孔——Φ16mm標準高速鋼麻花鉆，磨出雙錐和修磨橫刃；擴孔——Φ18mm標準高速鋼擴孔鉆。選擇各工序切削用量。
（1）確定鉆削用量
1）確定進給量 根據參考文獻[7]表28-10可查出，由于孔深度比，，故。查Z535立式鉆床說明書，取。
根據參考文獻[7]表28-8，鉆頭強度所允許是進給量。由于機床進給機構允許的軸向力（由機床說明書查出），根據參考文獻[7]表28-9，允許的進給量。
由于所選進給量遠小于及，故所選可用。
2）確定切削速度、軸向力F、轉矩T及切削功率 根據參考文獻[7]表28-15，由插入法得：
，
，
由于實際加工條件與上表所給條件不完全相同，故應對所的結論進行修正。
由參考文獻[7]表28-3，，，故
查Z535機床說明書，取。實際切削速度為：
由參考文獻[7]表28-5，，故
3）校驗機床功率 切削功率為
機床有效功率
故選擇的鉆削用量可用。即
，，，
相應地
，，
（2）確定擴孔切削用量
1）確定進給量 根據參考文獻[7]表28-31，。根據Z535機床說明書，取=0.57mm/r。
2）確定切削速度及 根據參考文獻[7]表28-33，取。修正系數(shù)：
，
故
查機床說明書，取。實際切削速度為
工序5：鉆Φ3孔鉆Φ16孔
（1）加工Φ3孔
工件材料為HT200鐵，硬度200HBS?？椎闹睆綖?mm。加工機床為Z535立式鉆床，加工工序為鉆孔至Φ3，選用Φ3的麻花鉆頭。
切削深度：
進給量：根據參考文獻[5]表2.4-39，取
切削速度：參照參考文獻[5]表2.4-41，取
由式（2.1）機床主軸轉速：
，取
實際切削速度：
被切削層長度：
刀具切入長度：
刀具切出長度：
走刀次數(shù)為1
（2）鉆Φ16孔
工件材料為HT200鐵，硬度200HBS。孔的直徑為14mm，表面粗糙度。加工機床為Z535立式鉆床，加工工序為锪鉆，加工刀具為：鉆孔——Φ16mm鉆。
1）確定切削用量
確定進給量 根據參考文獻[7]表28-10可查出，由于孔深度比，，故。查Z535立式鉆床說明書，取。
根據參考文獻[7]表28-8，鉆頭強度所允許是進給量。由于機床進給機構允許的軸向力（由機床說明書查出），根據參考文獻[7]表28-9，允許的進給量。
由于所選進給量遠小于及，故所選可用。
確定切削速度、軸向力F、轉矩T及切削功率 根據表28-15，由插入法得：
，
，
由于實際加工條件與上表所給條件不完全相同，故應對所的結論進行修正。
由參考文獻[7]表28-3，，，故
查Z535機床說明書，取。實際切削速度為
由參考文獻[7]表28-5，，故
校驗機床功率 切削功率為
機床有效功率
故選擇的鉆削用量可用。即
，，，
相應地
，，
工序6：粗精銑Φ16端面
工件材料為HT200鐵，硬度200HBS。要求粗糙度，用回轉分度儀加工，粗精銑與水平成36゜的臺肩。用立式銑床X52K，使用組合夾具。
（1）粗銑Φ16端面
加工條件：
工件材料： HT200，鑄造。
機床：X52K立式銑床。
查參考文獻[7]表30—34
刀具：硬質合金三面刃圓盤銑刀（面銑刀），材料：， ，齒數(shù)，此為粗齒銑刀。
因其單邊余量：Z=2mm
所以銑削深度：
每齒進給量：根據參考文獻[3]表2.4-75，取銑削速度：參照參考文獻[7]表30—34，取
由式（2.1）機床主軸轉速：
按照參考文獻[7]表3.1-74
實際銑削速度：
進給量：
工作臺每分進給量：
：根據參考文獻[7]表2.4-81,
被切削層長度：由毛坯尺寸可知，
刀具切入長度：
刀具切出長度：取
走刀次數(shù)為1
（2）精銑Φ16上端面
加工條件：
工件材料： HT200，鑄造。
機床： X52K立式銑床。
參考文獻[7]表30—31
刀具：高速鋼三面刃圓盤銑刀（面銑刀）：， ，齒數(shù)12，此為細齒銑刀。
精銑該平面的單邊余量：Z=1.0mm
銑削深度：
每齒進給量：根據參考文獻[7]表30—31，取
銑削速度：參照參考文獻[7]表30—31，取
機床主軸轉速，由式（1.1）有：
按照參考文獻[3]表3.1-31
實際銑削速度：
進給量，由式（2.3）有：
工作臺每分進給量：
被切削層長度：由毛坯尺寸可知
刀具切入長度：精銑時
刀具切出長度：取
走刀次數(shù)為1
2.2.6確定基本工時
（1）粗銑、精銑Φ11孔下平面
加工條件：
工件材料：HT200鑄鐵，200MPa
機床：X525K機床
刀具：高速鋼鑲齒套式面銑刀
粗銑的切削工時
被切削層長度：由毛坯尺寸可知，
刀具切入長度：
刀具切出長度：取
走刀次數(shù)為1
機動時間：
根據參考文獻[5]表2.5-45可查得銑削的輔助時間
精銑的切削工時
被切削層長度：由毛坯尺寸可知
刀具切入長度：精銑時
刀具切出長度：取
走刀次數(shù)為1
機動時間：
根據參考文獻[5]表2.5-45可查得銑削的輔助時間
銑Φ25孔下表面的總工時為：t=+++=0.34+1.42+0.41+0.41=2.58min
（2）鉆孔
加工條件：
工件材料：HT200鑄鐵，200MPa
機床：Z535立式鉆床
刀具：鉆孔——標準高速鋼麻花鉆，磨出雙錐和修磨橫刃；擴孔——標準高速鋼擴孔鉆；鉸孔——標準高速鉸刀
鉆孔工時：切入3mm、切出1mm，進給量，機床主軸轉速，
鉸孔：，，，
=（30+3+1）/0.43×195=0.41min
根據參考文獻[5]表2.5-41可查得鉆削的輔助時間
擴孔工時：切入3mm、切出1mm，進給量，機床主軸轉速
=（30+3+1）/0.57×275=0.22min
根據參考文獻[5]表2.5-41可查得鉆削的輔助時間
鉸孔工時：切入3mm、切出1mm，進給量，機床主軸轉速
=（30+3+1）/1.6×100=0.21min
根據參考文獻[5]表2.5-41可查得鉆削的輔助時間
總工時：t=+++++=0.41+0.22 +0.21+1.77+1.77+1.77=6.15min
（3）粗精銑寬度為39mm的丙端面
工件材料：HT200，金屬模鑄造
加工要求：粗銑寬度為39mm的兩端面，精銑寬度為90mm的下平臺達到粗糙度3.2。
機床：X52K立式銑床
刀具：高速鋼鑲齒式面銑刀
計算切削工時
粗銑寬度為39mm的下平臺
根據參考文獻[9]進給量f=3mm/z，切削速度0.442m/s，切削深度1.9mm，走刀長度是249mm。機床主軸轉速為37.5z/min。
切削工時：=249/(37.5×3)=2.21min。
根據參考文獻[5]表2.5-45可查得銑削的輔助時間
精銑寬度為30mm的下平臺
根據參考文獻[9]進給量f=3mm/z，切削速度0.442m/s，切削深度0.1mm，走刀長度是249mm。機床主軸轉速為37.5z/min。
切削工時：=249/(37.5×3)=2.21min
根據參考文獻[5]表2.5-45可查得銑削的輔助時間
粗精銑寬度為39mm的兩端面的總工時：
t=+++=2.21+2.21+0.41+0.41=5.24min
（4）鉆孔Φ18
工件材料：HT200，金屬模鑄造，
加工要求：粗糙度要求，
機床：Z535立式鉆床
刀具：高速鋼鉆頭Φ16，
計算基本工時
用Φ16擴孔Φ18的內表面。根據參考文獻[9]進給量f=0.64mm/z，切削速度0.193m/s，切削深度是1.5mm，機床主軸轉速為195r/min。走刀長度是36mm。
基本工時：
=2×36/(0.64×195)=0.58 min。
根據參考文獻[5]表2.5-41可查得鉆削的輔助時間
用Φ18擴孔Φ18的內表面。根據參考文獻[9]進給量f=0.64mm/z，切削速度0.204m/s，切削深度是0.5mm，機床主軸轉速為195r/min。走刀長度是36mm。
基本工時：
=2×36/(0.64×195)=0.58 min。
根據參考文獻[5]表2.5-41可查得鉆削的輔助時間
總的基本工時：t=+++=4.7min。
（5）鉆Φ3孔及锪鉆Φ16孔
加工條件：
工件材料：HT200，金屬模鑄造，
機床：Z535立式鉆床
刀具：高速鋼鉆頭Φ3，，Φ16鉆
鉆Φ3孔的工時
被切削層長度：
刀具切入長度：
刀具切出長度：
走刀次數(shù)為1
機動時間：
根據參考文獻[5]表2.5-41可查得鉆削的輔助時間
攻M8螺紋的工時
被切削層長度：
刀具切入長度：
刀具切出長度：
走刀次數(shù)為1
機動時間：
根據參考文獻[5]表2.5-41可查得鉆削的輔助時間
鉆Φ16梯的工時
锪鉆孔進給量，機床主軸轉速，
被切削層長度：
刀具切入長度：
刀具切出長度：
走刀次數(shù)為1
機動時間：
由參考文獻[5]表2.5-41可查得鉆削的輔助時間
t=+
t=0.19+1.77=1.96min
該工序的總工時為： 1.96+0.07+0.05+1.77+1.77=5.62min
（6）粗精銑Φ16端面
工件材料：HT200，金屬模鑄造
加工要求：粗銑寬度為30mm的下平臺，精銑寬度為16mm的端面達到粗糙度12.5。
機床：X52K立式銑床
刀具：高速鋼三面刃圓盤銑刀（面銑刀）：， ，齒數(shù)12，此為細齒銑刀。
粗銑Φ16端面切削工時
被切削層長度：由毛坯尺寸可知，
刀具切入長度：
刀具切出長度：取
走刀次數(shù)為1
機動時間：
根據參考文獻[5]表2.5-45可查得銑削的輔助時間
精銑Φ16端面切削工時
被切削層長度：由毛坯尺寸可知
刀具切入長度：精銑時
刀具切出長度：取
走刀次數(shù)為1
機動時間：
根據參考文獻[5]表2.5-45可查得銑削的輔助時間
銑2-M6上端面切削總工時：t=+++=0.17+1.05+0.41+0.41=2.04min
根據參考文獻[5]表2.5-41可查得鉆削的輔助時間
總工時為：t=2++=3.75min
根據計算所得的機動時間加上每道工序間的輔助時間。所用是實際時間為：
所以該方案滿足生產要求。
2.3小結
機械加工工藝規(guī)程是規(guī)定產品或零部件機械加工工藝過程和操作方法等的工藝文件。對加工工藝規(guī)程的設計，可以了解了加工工藝對生產、工藝水平有著極其重要的影響。生產規(guī)模的大小、工藝水平的高低以及解決各種工藝問題的方法和手段都要通過機械加工工藝來體現(xiàn)。
4 總結
本設計研究過程中仍然存在不足之處，有的問題還待于進一步深入，具體如下：
（1）缺乏實際工廠經驗，對一些參數(shù)和元件的選用可能不是非常合理，有一定的浪費。
（2）與夾具相關的刀具和量具的了解還不太清楚。
（3）系統(tǒng)的設計不太完善，在與計算機配合進行精確的數(shù)據采集和控制上還有一些不足。
（4）使用有一定的局限：人工操作多，零部件磨損度在實際中尚不明確。
參考文獻
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