机械制造课程设计说明书重庆理工大学.docx

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机械制造课程设计说明书重庆理工大学

第一部分：

设计目的……………………………………2

第二部分：

设计步骤

一、零件的分析…………………………………………4

二、确定毛坯，画毛坯、零件图………………………6

三、工艺规程设计………………………………………7

四、加工工序设计………………………………………11

五、确定切削用量时及基本工时………………………13

六、夹具设计……………………………………………24

七、总结…………………………………………………30

八、致谢及参考文献……………………………………33

第三部分：

填写机械加工工艺卡和机械加工工序卡

第四部分：

零件图、毛坯图、夹具装配图、夹具零件图

第一部分

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。

由于能力所限，经验不足，设计中还有许多不足之处，希望老师多加指导。

第二部分

气门摇杆轴支座共有六组加工表面，现分述如下：

1、50底面

2、上端面

3、2-Φ13孔

4、轴向槽

5、2-Φ32端面

6、Φ20孔

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，Ø20（+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Ø13mm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。

该零件上主要加工面为上端面，下端面，左右端面，2-Ø13mm孔和Ø20（+0.1——+0.06）mm以及3mm轴向槽的加工。

Ø20（+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×Ø13mm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Ø20（+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《实用加工工艺手册》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。

（三）确定零件的生产类型

依设计题目知：

Q=4000件/年，结合生产实际，备品率a%和废品率b%分别取3%和0.5%。

查表1-3知气门摇杆支座属轻型零件，计算后由表1-4知，该零件生产类型为中批生产。

二、确定毛坯的制造形式

由零件图可知，其材料为HT200，该材料具有较高的强度、耐磨性、耐热性及减震性，适用于承受较大的应力，要求耐磨的零件。

该零件上主要加工表面为上端面，下底面，左右两端面，2×Φ13孔，Φ20（+0.06~+0.10）孔以及3mm宽的轴向槽的加工。

其中Φ20（+0.06~+0.10）孔的尺寸精度以及下端面相对于Φ20（+0.06~+0.10）孔轴线的平行度及左右端面的尺寸精度，直接影响到进气孔与排气门的转动精度和密封性。

因此，需要先以上端面为粗基准加工下端面，再以下端面为精基准加工上端面，最后加工Φ20（+0.06~+0.10）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《机械加工工艺手册》中有关孔的加工的经济精度机床能达到的位置精度可知，上述要达到的零件结构的工艺性也是可行的。

根据零件材料确定毛坯为铸件，已知零件的类型为大批量生产，故毛坯的铸造方法用砂型机器造型。

此外，为消除残余应力，铸造后安排人工时效处理。

由《机械加工工艺手册》查得该种铸造公差等级为CT10~11，加工余量等级MA选择H级。

《实用加工工艺手册》

《实用加工工艺手册》

《机械加工工艺手册》

三、工艺规程的设计

（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，实现V形块十大平面的定位方式（V形块采用联动夹紧机构夹紧）。

Ø20（+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：

在考虑到以下几点要求，选择零件的重要面和重要孔做基准。

在保证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。

镗削Φ20（+0.1——+0.06）mm孔的定位夹紧方案：

方案一：

用一菱形销加一圆柱销定位两个Φ13mm的孔，再加上底面定位实现，两孔一面完全定位，这种方案适合于大批量生产类型中。

方案二：

用V形块十大平面定位

V型块采用联动夹紧机构实现对R10的外圆柱表面进行定位，再加底面实现完全定位，由于Φ13mm的孔的加工精度不需要很高，故用做定位销孔很难保证精度，所以选择方案二。

（二）制定加工工艺路线

1、表面加工方法的确定

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：

加工表面

加工方案

上端面

精铣

下端面

粗铣

左端面

粗铣—精铣

右端面

粗铣—精铣

2—Ø13mm孔

钻孔

3mm轴向槽

精铣

Ø20（+0.1—+0.006）mm孔

钻孔—粗镗—精镗

因左右两端面均对Ø20（+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

2、工艺路线的确定

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，将上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Ø20（+0.1—+0.006）mm孔放后面加工。

初步拟订加工路线如下：

（1）、工艺路线方案一：

工序10：

铸造

工序20：

时效

工序30：

粗、精铣50底面

工序40：

粗铣上端面

工序50：

钻2-Φ13通孔

工序60：

铣轴向槽

工序70：

粗车、半精车、精车左右两Φ32端面

工序80：

钻Φ18的孔，扩孔至Φ19.8、铰孔至Φ20，倒角

工序90：

清洗去毛刺

工序100：

验收

工序110：

入库

（2）、工艺路线方案二：

工序10：

铸造

工序20：

时效

工序30：

粗、精铣50底面

工序40：

粗铣上端面

工序50：

铣轴向槽

工序60：

粗车、半精车、精车左右两Φ32端面

工序70：

钻Φ18的孔，扩孔至Φ19.8、铰孔至Φ20，倒角

工序80：

钻2-Φ13通孔

工序90：

清洗去毛刺

工序100：

验收

工序110：

入库

（3）、工艺方案的分析：

上述两个工艺方案的特点在于：

方案一与方案二的区别是：

方案一把钻2-Φ13

孔放的相对靠前，这样做为后面工序的加工提供了定位基准，节约了夹具设计的

时间，提高了生产效率，故我们采用方案一：

具体的工艺过程如下：

工序10：

铸造

工序20：

时效

工序30：

粗、精铣50底面

工序40：

粗铣上端面

工序50：

钻2-Φ13通孔

工序60：

铣轴向槽

工序70：

粗车、半精车、精车左右两Φ32端面

工序80：

钻Φ18的孔，扩孔至Φ19.8、铰孔至Φ20，倒角

工序90：

清洗去毛刺

工序100：

验收

工序110：

入库

四、加工工序的计算

“气门摇轴支座”零件材料HT200，毛坯的重量约为1.4g，生产类型为大批量生产，采用砂型机铸造毛坯。

机械加工余量：

1、50底面，表面粗糙度为Ra6.3，查《切削用量手册》表2-8得，单边总余量Z=2.0

粗铣单边余量Z=1.5

精铣单边余量Z=0.5

2、上端面，表面粗糙度为Ra6.3，查《切削用量手册》表2-8得，单边总余量Z=2.0

粗铣单边余量Z=1.5

精铣单边余量Z=0.5

3、2×Φ13孔，因孔的尺寸不大，很难铸造成型，故采用实心铸造。

4、轴向槽，因尺寸不大，很难铸造成型，故采用实心铸造。

5、Φ32端面，表面粗糙度为Ra1.6，查《切削用量手册》表2-8得，单边总余量Z=2.0

粗车单边余量Z=1.5

半精车单边余量Z=0.4

精车单边余量Z=0.1

6、Φ20孔，因孔的尺寸不大，很难铸造成型，故采用实心铸造。

7、不加工表面毛坯按照零件图给定尺寸为自由度公差，由铸造可直接获得。

五、确定切削用量时及基本工时

工序10：

铸造

工序20：

时效

工序30：

粗、精铣50底面

工步一：

粗铣50底面

1.选择刀具

刀具选择端铣刀，刀片采用YG8，

ap=1.5mm，d0=60mm，v=85m/min，z=4。

2.决定铣削用量

1）决定铣削深度

因为加工精度相对较高，故分两次（即粗铣、精铣）完成，则ap=1.5mm

2）决定每次进给量及切削速度

根据X51型铣床说明书，其功率为为4.5kw，中等系统刚度.

根据表查出fz=0.2mm/齿，则

按机床标准选取nw＝475r/min

3）计算工时

切削工时：

l=25mm，l1=1.5mm，l2=3mm，则机动工时为

工步二：

精铣50底面

1.选择刀具

刀具选择端铣刀，刀片采用YG8

ap=0.5mm，d0=40mm,v=85m/min,z=4

2.决定铣削用量

1）决定铣削深度

因为加工精度相对较高，故分两次（即粗铣，精铣）完成，则ap=0.5mm

2）决定每次进给量及切削速度

根据X51型铣床说明书，其功率为为4.5kw，中等系统刚度。

根据表查出fz=0.2mm/齿，则

按机床标准选取nw＝675r/min

2）计算工时

切削工时：

l=25mm，l1=0.5mm,l2=3mm,则机动工时为

工序40：

粗铣上端面

1.选择刀具

刀具选取端铣刀，刀片采用YG8

ap=2.0mm，d0=30mm，v=85m/min，z=4。

2.决定铣削用量

1）决定铣削深度

因为加工精度相对不高，故一次加工即可完成，则

ap=2.0mm

2）决定每次进给量及切削速度

根据X51型铣床说明书，其功率为为4.5kw，中等系统刚度。

根据表查出fz=0.2mm/齿，则

按机床标准选取nw=900r/min

3）计算工时

切削工时:

l=45mm，l1=2.0mm，l2=3mm，则机动工时为

工序50：

钻2×Φ13通孔

确定进给量f：

根据参考文献《机床夹具设计手册》表2-7，当钢的MPabσ<800，d0=φ13mm时，

f=0.39~0.47m/r。

由于本零件在加工Φ13孔时属于低刚度零件，故进给量应乘以系数0.75，

则f=（0.39~0.47）×0.75=0.29~0.35mm/r

根据Z525机床说明书，现取f=0.25mm/r

切削速度：

根据参考文献《机床夹具设计手册》表2-13及表2-14，查得切削速度v=18m/min所以

根据机床说明书，取nw=475r/min，故实际切削速度为

切削工时：

l=78mm，l1=6.5mm，l2=3mm,则机动工时为

总的工时：

T=2tm=1.474min

工序60：

铣轴向槽

1、选择刀具

刀具选取锯片铣刀，刀片采用YG8,

ap=3.0mm，d0=80mm，v=75m/min，z=4。

2.决定铣削用量

1）决定铣削深度

因为加工余量不大，故可在一次走刀内铣完，则

ap=3.0mm

2）决定每次进给量及切削速度

根据X51型铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。

根据表查出fz=0.2mm/齿，则

按机床标准选取nw＝275r/min

《切削用量手册》

表2-8

《X51铣床说明书》

《X51铣床说明书》

《机床夹具设计手册》表2-7、2-13及2-14

当nw＝275r/min时

fm=fzznw=0.2×4×275=220mm/r

按机床标准选取fm=200mm/r

3）计算工时

切削工时：

l1=45mm，l2=2mm，则机动工时为

工序70：

粗车、半精车、精车左右两Φ32端面

工步一：

粗车左右两Φ32端面

1）车削深度，表面粗糙度为Ra1.6，故可以选择ap=1.5mm，三次走刀（粗车、半精车、精车）即可完成所需长度。

2）机床功率为7.5kw。

查《切削手册》f=0.14~0.24mm/z。

选较小量f=0.14mm/z。

3）查后刀面最大磨损及寿命

查《切削手册》表3.7，后刀面最大磨损为1.0~1.5mm。

查《切削手册》表3.8，寿命T=180min

4）计算切削速度按《切削手册》，查得Vc＝98mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s

据CA6140卧式车床车床参数，选择nc=475r/min,Vfc=475mm/s

则实际切削速度Vc=3.14×80×475/1000=119.3m/min,实际进给量为fzc=Vfc/ncz=475/（300×10）=0.16mm/z。

5）校验机床功率查《切削手册》Pcc=1.1kw,而机床所能提供功率为Pcm>Pcc。

故校验合格。

最终确定ap=1.5mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，Vc=119.3m/min，fz=0.16mm/z

6）计算基本工时

tm＝L/Vf=（16+1.5+3）/（475×0.16）=0.2697min

总的工时：

T=2tm=0.539min

工步二：

半精车左右两Φ32端面

1）车削深度，表面粗糙度为Ra1.6，故可以选择ap=0.4mm，三次走刀（粗车、半精车、精车）即可完成所需长度。

2）机床功率为7.5kw。

查《切削手册》f=0.14~0.24mm/z。

选较小量f=0.14mm/z。

3）查后刀面最大磨损及寿命

查《切削手册》表3.7，后刀面最大磨损为1.0~1.5mm。

查《切削手册》表3.8，寿命T=180min

4）计算切削速度按《切削手册》，查得Vc＝98mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s

据CA6140卧式车床车床参数，选择nc=475r/min,Vfc=475mm/s

则实际切削速度Vc=3.14×80×475/1000=119.3m/min,实际进给量为fzc=Vfc/ncz=475/（300×10）=0.16mm/z。

5）校验机床功率查《切削手册》Pcc=1.1kw,而机床所能提供功率为Pcm>Pcc。

故校验合格。

最终确定ap=1.5mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，Vc=119.3m/min，fz=0.16mm/z。

6）计算基本工时

tm＝L/Vf=（16+0.4+3）/（475×0.16）=0.2553min。

总的工时：

T=2tm=0.511min

工步三：

精车左右两Φ32端面

1）车削深度，表面粗糙度为Ra1.6，故可以选择ap=0.1mm，三次走刀（粗车、半精车、精车）即可完成所需长度.

2）机床功率为7.5kw。

查《切削手册》f=0.14~0.24mm/z。

选较小量f=0.14mm/z。

3）查后刀面最大磨损及寿命

查《切削手册》表3.7，后刀面最大磨损为1.0~1.5mm。

查《切削手册》表3.8，寿命T=180min

4）计算切削速度按《切削手册》，查得Vc＝98mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s

据CA6140卧式车床车床参数，选择nc=475r/min,Vfc=475mm/s

则实际切削速度Vc=3.14×80×475/1000=119.3m/min,实际进给量为fzc=Vfc/ncz=475/（300×10）=0.16mm/z。

5）校验机床功率查《切削手册》Pcc=1.1kw,而机床所能提供功率为Pcm>Pcc。

故校验合格。

最终确定ap=1.5mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，Vc=119.3m/min，fz=0.16mm/z。

6）计算基本工时

tm＝L/Vf=（16+0.1+3）/（475×0.16）=0.2513min。

总的工时：

T=2tm=0.503min

工步四：

倒角

工序80：

钻Φ18的孔，扩孔至Φ19.8、铰孔至Φ20，倒角

工步一钻孔至φ18

确定进给量：

根据参考文献《切削手册》表2-7，当钢的σb<800MPad0=φ18mm时，f=0.39~0.47m/r由于本零件在加工Φ18孔时属于低刚度零件，故进给量应乘以系数0.75，则

f=（0.39~0.47）×0.75=0.29~0.35mm/r

根据Z525机床说明书，现取f=0.25mm/r

切削速度：

根据参考文献《切削手册》表2-13及表2-14，查得切削速度

v=18m/min所以

根据机床说明书，取nw=275r/min，故实际切削速度为

切削工时：

l=42mm，l1=9mm，l2=3mm，则机动工时为

工步二：

扩孔φ19.8mm

利用钻头将φ18mm孔扩大至φ19.8mm，根据有关手册规定，扩钻的切削用量可根据钻孔的切削用量选取

根据机床说明书，选取f=0.15mm/r

则主轴转速为n=51.6~34r/min，并按机床说明书取nw=68r/min，实际切削速度为

切削工时：

l=42mm，l1=0.9mm，l2=3mm，则机动工时为

根据参考文献《切削手册》表2-25，f=0.2~0.4mm/r，

v=8~12m/min，得ns=169.8~254.65r/min

查参考文献《切削手册》表4.2-2，按机床实际进给量和实际转速，取

f=0.10mm/r，nw=198r/min，实际切削速度v=9.33m/min。

切削工时：

l=42mm，l1=0.1mm，l2=3mm，则机动工时为

工序90：

清洗去毛刺

工序100：

验收

工序110：

入库

《切削手册》表3.73.8

《CA6140卧式车床说明书》

<切削手册》表3.7-3.8

《CA6140卧式车床说明书》

《切削手册》3.7-3.8

《CA6140卧式车床说明书》

《切削手册》表2。

7

《Z525机床说明书》

《切削手册》表2-13及2-14

《切削手册》表2-25

《切削手册》表4.2-2

六、夹具设计

本次设计的夹具为第30道工序：

粗、精铣50下端面。

铣50下端面的夹具设计

一、问题的提出：

本夹具主要用于粗、精铣50下端面，属于工序

二、定位基准的选择：

以上端面为定位基准，工件的2×Φ20外圆面作为辅助基准，来实现工件的完全定位。

三、定位元件的设计：

定位基准为上端面及工件的2×Φ20外圆面，对应的定位元件分别为：

夹具体表面、固定V型块、活动V型块。

四、切削力及夹紧力的计算：

（1）刀具：

采用端铣刀Φ60mm

（2）机床：

X51立式铣床

由公式

查表9.4-8得其中：

修正系数

因在计算切削力时，须把安全系数考虑在内。

安全系数K=K1K2K3K4

其中：

K1为基本安全系数1.5

K2为加工性质系数1.1

K3为刀具钝化系数1.1

K4为断续切削系数1.1

所以F′=KF=1775.7N

（3）夹紧力的计算

选用夹紧螺钉夹紧机由N（f1+f2）=KF′

其中f为夹紧力面上的摩擦系数，取f1=f2=0.25

F=P2+GG为工件自重

夹紧螺钉：

公称直径d=8,材料45钢，性能级数为6.8级

螺钉疲劳极限：

极限应力幅：

许用应力幅：

螺钉的强度校核：

螺钉的许用切应力为

[s]=3.5~4取[s]=4

得[τ]=120MPa

经校核：

满足强度要求，夹具安全可靠

五、定向键与对刀装置设计

定向键安装在夹具底面的纵向槽中，一般使用两个。

其距离尽可能布置的远些。

通过定向键与铣床工作台T形槽的配合，使夹具上定位元件的工作表面对于工作台的送进方向具有正确的位置。

根据GB2207—80定向键结构如图所示：

图夹具体槽形与螺钉图

根据T形槽的宽度a=18mm

定向键的结构尺寸如下：

查表9.4-8

《机床夹具设计手册》

切削力

F’=1775.7N

夹紧力：

N=3551.4

许用切应力

为120MPa

表1定向键数据表

对刀装置由对刀块和塞尺组成，用来确定刀具与夹具的相对位置。

塞尺选用平塞尺，其结构图如下图所示：

图1平塞尺图

塞尺尺寸为：

表2平塞尺尺寸表

六、夹具设计及操作简要说明

本工件采用夹具体表面，固定V型块，活动V型块来实现工件的定位，夹紧则是通过调节活动V型块来实现，这样操作简单，迅速，特别适合中批量生产，总体来说这套夹具是非常不错的，可以满足批量生产要求。

七、总结

通过对气门摇杆轴支座的机械加工工艺及对Ø13mm孔夹具的设计，使我们学到了许多有关机械加工的知识,这对于我们以后的学习和实践都起到了至关重要的作用，使我们对学习夹具和工艺性设计产生了浓厚的兴趣，相信这次课程设计过后我们才能有夯实基础的感觉，遇到难题不放弃不胆怯的决心，对于实际的内容，我们主要归纳为以下两个方面：

第一方面：

气门摇杆轴支座件外形较复杂，而刚性较差。

且其技术要求很高，所以适当的选择机械加工中的定位基准,是能否保证气门摇杆轴支座技术要求的重要问题之一。

在气门摇杆轴支座的实际加工过程中，选用气门摇杆轴支座的底面作为定位基面，为保证2——Ø13mm孔尺寸精度和形状精度，可采用自为基准的加工原则；保证两孔的中心距精度要求，可采用互为基准原则加工。

对于加工主要表面，按照“先基准后一般”