气门摇臂毕业设计说明书 - 图文

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目 录

摘 要 ....................................................................................................................................... I ABSTRACT ............................................................................................................................... II 第1章 绪 论...................................................................................................................... 1

1.1课题发展概况 .................................................................................................................... 1

1.1.1零件的作用 .............................................................................................................. 1 1.1.2柴油机相关知识介绍 .............................................................................................. 1 1.1.3机械制造工艺技术相关知识 .................................................................................. 2 1.2毕业设计的内容及意义 .................................................................................................... 6

第2章 气门摇臂支座的机械加工工艺规程设计 .................................................... 8

2.1零件的工艺分析及生产类型的确定 ................................................................................ 8

2.1.1零件的作用 .............................................................................................................. 8 2.1.2零件的工艺分析 ...................................................................................................... 8 2.1.3确定零件的生产类型 .............................................................................................. 8 2.2选择毛坯种类,绘制毛坯图 ............................................................................................ 9

2.2.1选择毛坯种类 .......................................................................................................... 9 2.2.2确定毛坯尺寸及机械加工总余量 .........................................................................10 2.3选择加工方法,制定工艺路线 .......................................................................................13

2.3.1粗基准的选择原则 .................................................................................................13 2.3.2精基准的选择原则 .................................................................................................14 2.3.3零件的表面加工方法的选定 .................................................................................14 2.3.4机械加工工艺顺序的安排原则 .............................................................................15 2.4加工设备及工艺装备选择 ...............................................................................................17

2.4.1机床的选择原则 .....................................................................................................17 2.4.2夹具的选择 .............................................................................................................17 2.4.3刀具的选择 .............................................................................................................17 2.4.4量具的选择 .............................................................................................................18 2.4.5确定工序间加工余量 .............................................................................................18 2.5确定切削用量及基本时间 ...............................................................................................20

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第3章 气门摇臂轴支座零件专用夹具设计 ............................................................34

3.1确定夹具的结构方案 .......................................................................................................34

3.1.1确定定位方案,选择定位元件 .............................................................................34 3.1.2确定导向装置 ........................................................................................................ 36 3.1.3确定夹紧机构 .........................................................................................................37 3.1.4确定辅助定位装置 .................................................................................................37 3.2设计夹具体 .......................................................................................................................37 3.3 在夹具装配图上标注尺寸、配合及技术要求 ..............................................................38

第4章 总 结.....................................................................................................................39 参考文献 .....................................................................................................................................41 附 录 ..........................................................................................................................................42 致 谢 ..........................................................................................................................................43

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摘 要

机械加工行业作为一个传统而富有活力的行业,近几十年取得了突飞猛进的发展,在新经济时代,行业呈现新的发展趋势,由此对其它的质量,性能要求有了新的变化。现在的机械加工行业发生着结构性变化,工艺工装的设计与改良已成为企业生存和发展的必要条件,工艺工装的设计与改良直接影响加工产品的质量与性能。

本文首先介绍了气门摇臂轴支座的作用和工艺分析,其次确定毛坯尺寸,然后进行了工艺规程设计,最后进行夹具设计。此次设计是对气门摇臂轴支座的加工工艺和夹具设计,其零件为锻件,具有体积小,零件结构简单的特点,由于面比孔容易加工,在制定工艺规程时,就应该先加工面,再以面为基准来加工其它。其中,各工序夹具都采用专用夹具,其机构设计简单,方便且能满足要求。

关键词: 气门摇臂支座 工艺分析 工艺规程设计 夹具设计

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I

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ABSTRACT

Machining industry, as a traditional and vibrant industry, has been rapidly developed for a few past decades. In the new economic area, the industry presented a new development trend, and the trends also change the quality and the performance of the production in some new abstracts. Machining industry is now take place in structural changes, process design and improvement of equipment has become the necessary conditions of the enterprise survival and development, process equipment design and improved products directly affect the quality and performance.

This article introduces the role and process analysis of the valve rocker arm bearing support, followed by determining blank size, and then proceeds to order the design process, the final fixture design. What will be designed is the machining process and fixture design of the Valve Rocker Arm Bearing support, which has the characteristics of three abstract. Its components for castings, with a small size, simple structure and the characteristics of parts, because the surface is easier than the easy processing, point of order in the development process, the surface on the first processing, and then to surface as a benchmark to other processing, Including the processing used special fixture, and its design is simple, convenient and can meet the requirements.

KEYWORDS: Valve rocker arm bearing support, process analysis, Process design, fixture design.

II

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第1章 绪 论

1.1课题发展概况

1.1.1零件的作用

本设计所设计的零件是柴油机中摇臂结合部的气门摇臂,它是柴油机上气门控制系统的一个重要零件。在内燃机中,每个气缸配备两个摇臂,摇臂穿于轴上,起作用在于:曲轴的旋转推动推杆上下运动,推杆推动轴上的摇臂做有规律的摆动,从而推动气门的开启与关闭,实现发动机的做功冲程。顶端的小孔用来注油,润滑摇臂与轴的配合面,延长零件的使用寿命。其各部分尺寸在零件图中做详细标注。

1.1.2柴油机相关知识介绍

柴油机是用柴油作燃料的内燃机。柴油机属于压缩点火式发动机,它又常以主要发明者狄塞尔的名字被称为狄塞尔引擎。

柴油机在工作时,吸入柴油机气缸内的空气,因活塞的运动而受到较高程度的压缩,达到500~700℃的高温。然后将燃油以雾状喷入高温空气中,与高温空气混合形成可燃混合气,自动着火燃烧。燃烧中释放的能量作用在活塞顶面上,推动活塞并通过连杆和曲轴转换为旋转的机械能。

柴油机可按不同的特征分类:

? 按转速分为高速、中速和低速柴油机;

? 按燃烧室的型式分为直接喷射式、涡流室式和预燃室式柴油机等; ? 按气缸进气方式分为增压和非增压柴油机;

? 按气体压力作用方式分为单作用式、双作用式和对置活塞式等柴油机; ? 按用途分为船用柴油机、机车柴油机等。

随着现代社会进程的加快,柴油机发挥的社会作用不可估量,特别是在社会工业化之后,柴油机作为动力内燃机的一种,在社会的各个领域无处不在,工业、农业、汽车、船舶、公路工程、港口工程等,在这些领域里柴油机发挥着巨大的作用,为社会创造着巨大的效益。在这领域中,柴油机所发挥的作用也是不尽相同,所以根据作用的需要,柴油机也被设计出了很多种型号,各种型号功率不同,发挥的作用大小也就不一样,创造出的价值也不一样。但是柴油机的污染排放也是一个不小的社会问题,随着社会的发展,人类对

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生活质量要求的提高,预示着人类对空气质量的要求也在提高,而高污染排放的柴油机必定不能满足人类的这一生活需求,但是柴油机已经是社会发展不可缺少的一个重要零部分,彻底取代柴油机在目前的技术条件下似乎还不太可能。人类的智慧永远是无法估量的,现代的设计师们正在朝着设计出高效率,低排放,质量轻,生产简单的柴油机这一目标奋斗着,而这一目标也将越来越近。随着社会的需要,各种型号不一,功率不一的柴油机生产数量将不断的增长,而气门摇臂轴支座是柴油机上不可或缺的一个零件,也就是意味着气门摇臂轴支座的生产数量也将是与日俱增,为了创造出更大的效益,设计出轻便,经久耐用,便于生产的气门摇臂轴支座这一零件是很有必要的。

柴油机具有热效率高的显著优点,其应用范围越来越广。随着强化程度的提高,柴油机单位功率的重量也显著降低。为了节能,各国都在注重改善燃烧过程,研究燃用低质燃油和非石油制品燃料。此外,降低摩擦损失、广泛采用废气涡轮

增压并提高增压度、进一步轻量化、高速化、低油耗、低噪声和低污染,都是柴油机的重要发展方向。

1.1.3机械制造工艺技术相关知识 1.1.3.1机械加工工艺基础知识

(1)根据零件图和产品装配图,对零件进行工艺分析

在对气门摇臂周支座进行工艺规程设计时,应掌握该零件在部件或总成中的位置、功用以及部件或总成对该零件提出的技术要求,明确零件的主要工作表面,以便在拟定工艺规程过程中采取措施予以保证;

分析零件上有哪些表面需要加工,以及各加工表面的尺寸精度、形状精度、位置精度、表面粗糙度及热处理等方面的技术要求,明确哪些表面是主要加工表面,以便在选择表面加工方法及拟定工艺路线时重点考虑,对全部技术要求应进行归纳整理。

掌握零件的结构形状、材料、硬度及热处理等情况,了解该零件的主要工艺特点,形成工艺规程设计的总体构想。

(2)计算零件的生产纲领,确定生产类型

根据零件图查表可知,气门摇臂轴支座为轻型零件,根据生产要求将确定该零件为大量生产。

(3)确定毛坯种类和制造方法

机械加工中毛坯种类有很多种,如铸件、锻件、型材、挤压件、冲压件及焊接组合件等。根据气门摇臂轴支座零件图所选择的材料,气门摇臂轴支座零件加工工程中应达到的

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技术指标和加工特点,零件生产的经济性,如何选择合适的毛坯种类也是设计重点。其次,如何选择毛坯制造方法也是设计中必不可少的环节。一般地,选择毛坯的制造方法应考虑一下几个方面因素:

? ? ? ?

材料的工艺性能

毛坯尺寸、形状和精度要求 零件生产纲领

采用新型材料、新工艺、新技术的可能性

(4)确定毛坯尺寸和公差

如何确定毛坯尺寸,也就是如何确定加工余量,对确保加工质量、提高生产率和降低成本都有重要的意义。余量不能确定的过大或是过小,所以应当选择合适的方法来确定加工余量,保证零件加工各项尺寸及技术指标。同时,选择合适的尺寸公差对零件加工和零件生产的经济型也有很大的影响。

(5)拟定工艺路线

拟定工艺路线包括:定位基准的选择;各表面加工方法的确定;加工阶段的划分;工序集中程度的确定;工序顺序的安排。这也将是气门摇臂轴支座机械加工工艺规程设计制定的重点。

(6)确定各个工序的加工余量,计算工序尺寸及公差 (7)选择各个工序的机床设备及刀具、量具等工艺装备 (8)确定各个工序的切削用量和时间定额 (9)编制工艺文件

1.1.3.2机床夹具设计基础知识

在机械制造的各个加工工艺工程中,必须使工件在工艺系统中处于正确的位置,以保证加工质量,并提高生产效率。我们把为了使工件处于正确位置上所使用的各种工艺装备称为夹具,如检验夹具、焊接夹具、装配夹具等。

在机床上对工件进行切削加工时,为了保证加工精度,必须正确地安放工件,使工件相对于刀具和机床占有正确的位置,这一过程称为“定位”。为了保护这个正确围着在加工过程中稳定不变,应该对工件施加一定的夹紧力,这个过程称为“夹紧”。这两个过程总称为“安装”。在机床上实现安装任务的工艺装备,就是“机床夹具”。

机床夹具的种类很多,其中,使用范围最广泛的是通用夹具,如车床上用的三爪卡盘和铣床上用的平口虎钳等。这类夹具的规格尺寸已经标准化,由专业厂进行生产。而用于批量生产,专门为工件某加工工序服务的专用夹具,则必须由各个制造厂自行设计制造。

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由于专用夹具的设计制造在很大程度上影响加工质量、生产率、劳动条件和生产成本,因此,它是各个机械制造厂新产品投资、老产品改进和工艺更新中的一项重要生产技术准备工作,也是每一个从事机械加工工艺的技术人员必须掌握的基础知识。

机床夹具在机械加工中起着重要的作用,所以应用十分广泛。归纳起来有以下几个方面的作用:

(1)保证工件的加工精度,稳定产品质量

夹具在机械加工中的基本作用就是保证工件的相对位置精度。由于采用了能直接定位的夹具,因此,可以准确地确定工件相对于刀具和机床切削成形运动中的相互位置关系,不受或者少受各种主观因素的影响,可以稳定可靠地保证加工质量。

(2)提高劳动生产率和降低加工成本

提高劳动生产率,降低单件时间定额的主要技术措施是增大切削用量和压缩 辅助时间。采用机床夹具,既可以提高工件加工时的刚度,有利于采用较大的切削用量,又可以省去划线找正等工作,使安装工作的辅助工时大大减小,因此能显著地提高劳动生产率和降低成本。

(3)改善工人劳动条件

采用夹具后,工件的装卸显然比不用夹具方便、省力、安全。使用专用夹具安装工件,定位方便、迅速,夹紧可采用增力、机动等装置,因此可以减轻工人的劳动强度,还可设计保护装置,确保操作者安全。

(4)在流水线生产中,便于平衡生产节拍

工艺工程中,当某些工件所需要工序时间特别长时,可以采用多工位或高效夹具等,以提高生产效率,使生产节拍能够比较平衡。

1.1.3.3机床夹具分类 (1)专用夹具

专用夹具是针对某一种工件的一定工序而专门设计的。因为不需要考虑通用性,所以夹具可以设计得结构紧凑、操作方便。还可以按需要采用各种省力机构、动力装置、分度装置等。因此,此类夹具可以保证较高的加工精度和劳动生产率,但是,由于这类夹具的专用性很强,并且设计和制造周期较长,制造费用也较高。当产品变更时,往往因无法再使用而报废。因此,这类夹具主要在产品固定和工艺稳定的较大批量生产中应用。

(2)可调式夹具

可调式夹具的特点是:加工完一种零件后,通过调整或更换夹具中的个别元件,即可加工形状相似、尺寸和加工相近的多种零件。可调式夹具又可以分为通用可调夹具和专用

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可调夹具。通用可调夹具如滑柱式钻模等,使用范围较大。专门化可调夹具常称为成组夹具,通常配合成组技术,用于装夹和加工一组结构与工艺相似的工件。

因为这类夹具是在专门夹具基础上少量更换或调整夹具元件,因此,只能到达有限目标的通用化。即使这样,也极大提高了专用夹具在多品种、中小批量生产中使用的经济性。

(3)专门化拼装夹具

专门化拼装夹具是针对其工件的特定工序加工要求,由事先制造好的通用性较强的标准化元件和部件拼装组成。从这个特点来看,这类夹具具有很大的通用性,但同时又是为某一种特定工序而专门拼装的夹具。因此,这类夹具又具有专门夹具的优点。

(4)自动化生产用夹具

自动化生产用夹具主要是自动生产线上所使用的夹具。基本上分为两类:一类是固定式夹具,它与一般专用夹具相似;一类是随行夹具,它除了具有一般夹具所担负的安装工件任务外,还担负着沿自动线输送工件的任务。即该工件从一个工位移动到下一个工位。故称为“随行夹具”。属于自动化生产夹具的还有数控机床夹具。

1.1.3.4夹具设计的特点和基本要求 ? 夹具设计的特点

(1)针对性强,设计人员必须全面掌握工艺和生产现场的实际情况。

专用夹具是为某零件的某工序设计的,设计人员必须全面了解和掌握产品零件的要求,工艺过程的安排以及所使用的机床、刀具,辅具的具体情况才可能提出合理可行的最佳方案,确定最合理的定位、夹紧装置。

(2)保证加工质量和劳动生产率是夹具设计的两项主要任务,而保证加工质量又是第一位的。因此,设计时应重点把住定位方案的确定和精度分析这两道关。对于制造精度要求不高的零件,其夹具设计应该重点保证提高劳动生产率和改善劳动条件。

(3)夹紧机构对整个夹具结构起决定性作用。

夹紧装置的结构形式和种类很多,选用的灵活性很大,特别是夹紧装置中力源及传动机构的设计对夹具结构的影响最大。因此,在同样能保证工序要求的情况下,每个人设计的结构可能大不相同。而不同复杂程度的夹具在不同的生产规模条件下其经济效果也不一样,设计人员必须使自己的设计和生产规模相适应,不可片面追求高精度而忽视了经济性。

(4)夹具的制造多属于单件生产,因此,设计时应考虑采用组合加工,修配和调整等措施来保证夹具的制造精度,尽可能地考虑设置修配和调整环节,而不能完全依靠用完全互换的办法保证制造精度。

(5)设计周期短,一般不进行强度刚度计算。

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夹具设计是直接为产品生产服务的生产技术准备工作,其设计周期要求短,因此设计时多采用参照法或是凭经验确定的办法来保证受力件的强度和刚度,通常不进行详细计算,有时采用简便公式或用图表作为设计参考。应该注意的是,在设计一些具有较高精度的夹具时,应该对定位精度、夹紧力等进行必要的计算和分析。

? 设计的基本要求

夹具设计的原则是经济和适用,它可以概括为“好用、好造、好修”这六个字,其中好用是主要的,但好用也必须以不脱离生产现场的实际制造和维修水平 为前提。具体要求为:

(1)夹具的构造应与其用途和生产规模相适应,正确处理好质量、效率、方便性与经济性四者的关系。

(2)保证工件精度。

(3)保证使用方便,要便于装卸、便于夹紧、便于测量、便于观察、便于排屑排液、便于安装运输,保证安全第一。

(4)注意结构工艺性,对加工、装配、检验和维修等问题应通盘考虑,以降低制造成本。

1.2毕业设计的内容及意义

本次毕业设计是在我们学完了大学的全部基础课,技术基础课以及专业课之后而进行的。此次的设计是对大学期间所学各课程及相关的应用绘图软件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。其目的在于:

1、巩固我们在大学里所学的知识,也是对以前所学知识的综合性的检验; 2、加强我们查阅资料的能力,熟悉有关资料;

3、树立正确的设计思想,掌握设计方法,培养我们的实际工作能力;

4、通过对气门摇臂轴支座的机械制造工艺设计,使我们在机械制造工艺规程设计,工艺方案论证,机械加工余量计算,工艺尺寸的确定,编写技术文件及查阅技术文献等各个方面受到一次综合性的训练,初步具备设计一个中等复杂程度零件的工艺规程的能力。

5、能根据被加工零件的技术要求,运用夹具设计的基本原理和方法,学会拟定夹具设计方案,完成夹具结构设计,初步具备设计出高效,省力,经济合理并能保证加工质量的专用夹具的能力。

6、通过零件图,装配图绘制,使我们对于AutoCAD和Pro/E等绘图软件的使用能得到进一步的提高。

本次设计的主要内容为:

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首先,手工绘制气门摇臂轴支座的二维零件图,然后根据图纸的技术要求等确定生产类型,经分析本次设计的零件年产量为60000件,属大量生产;

其次,进行工艺分析,确定毛坯类型和制造方法,气门摇臂轴支座的材料为45号钢,拟采用以锻造的形式进行毛坯的制造,运用AutoCAD软件绘制气门摇臂支座的二维毛坯图,并确定零件的机械加工工艺路线,完成机械加工工序设计,进行必要的经济分析;

最后,对某道加工工序进行夹具装配图及主要零件图的设计。

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第2章 气门摇臂支座的机械加工工艺规程设计

2.1零件的工艺分析及生产类型的确定

2.1.1零件的作用

本设计所设计的零件是柴油机中摇臂结合部的气门摇臂,它是柴油机上气门控制系统的一个重要零件。在内燃机中,每个气缸配备两个摇臂,摇臂穿于轴上,起作用在于:曲轴的旋转推动推杆上下运动,推杆推动轴上的摇臂做有规律的摆动,从而推动气门的开启与关闭,实现发动机的做功冲程。顶端的小孔用来注油,润滑摇臂与轴的配合面,延长零件的使用寿命。其各部分尺寸在零件图中做详细标注。

2.1.2零件的工艺分析

零件的材料为45钢,该材料具有较高的机械强度,耐磨性,耐热性和减震性能。该

?0.021M10?1?5H的螺纹孔以及R9.5mm的圆弧面,(0)mm孔、零件的主要加工表面为?26H7它们相互间有一定的位置要求。现分析如下:

?0.021(0)mm孔为基准加工孔两端面保证垂直度为0.04mm;加工圆弧面(1)以?26H7保证平行度为0.02mm;加工小平面保证垂直度为0.06mm。

?0.021?0.021(0)mm孔、M10?1?5H螺纹孔为基准铣削?26H7(0)mm孔(2)以垂直?26H7前后两端面,保证其对称度为0.3mm。

由以上分析可知,对于M10?1?5H螺纹孔以及R9.5mm的圆弧面而言,可以借助专用夹具加工表面,并且保证它们之间的位置精度要求。

2.1.3确定零件的生产类型

零件的生产类型是指企业(或车间、工段、班组、工作地等)生产专业化程度的分类,它对工艺规程的制订具有决定性的影响。生产类型一般可分为大量生产、成批生产和单件生产三种类型,不同的生产类型由着完全不同的工艺特征。零件的生产类型是按零件的年生产纲领和产品特征来确定的。生产纲领是指企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划。年生产纲领是包括备品和废品在内的某产品年产量。零件的生产纲领N可按下式计算:

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N?Qn(1??%)(1??%)

式中 N———零件的年产量(件/年)

Q———产品的年产量(台/年)

n———每台产品中,该零件的数量(件/台)

α%——备品的百分率(一般取2%~4%) β%——废品的百分率(一般取0.3%~0.7%)

根据上式就可以计算求得出零件的年生产纲领,再通过查表,就能确定该零件的生产类型。

根据本零件的设计要求,Q=10000台,n=6件/台,分别取备品率和废品率3%和0.5%,将数据代入生产纲领计算公式得出N=62109件/年,且零件质量小于100kg ,根据《金属机械加工工艺人员手册》第四版,第十七章表17-5(1192页)可知该零件为轻型零件,本设计零件——气门摇臂轴支座的的生产类型为大量生产。

2.2选择毛坯种类,绘制毛坯图

2.2.1选择毛坯种类

机械加工中毛坯的种类有很多种,如铸件、锻件、型材、挤压件、冲压件、焊接组合件等,同种毛坯又可能有不同的制造方法。提高毛坯的制造质量,可以减少机械加工劳动量,降低机械加工成本,但往往会增加毛坯的制造成本。所以,选择毛坯的制造方法一般应该考虑以下几个因素:

2.2.1.1材料的工艺性能以及零件对材料组织和性能的要求

材料的工艺性能在很大程度上决定着毛坯的种类和制造方法。例如,铸铁和青铜不能锻造,只能选铸件;钢制零件的形状复杂,机械性能要求不高时,可用铸钢件,机械性能高,宜选用锻件毛坯;零件的形状若不复杂,且机械性能要求不高时,可用棒料。铸铁质零件采用铸造毛坯。

2.2.1.2毛坯的结构形状和外形尺寸以及精度要求

毛坯的尺寸大小和形状复杂程度也是选择毛坯的重要依据。例如,对于阶梯轴类零件,当各台阶直径相差不太大时,可用棒料;若相差较大,则宜采用锻件毛坯。形状复杂和薄避的毛坯,一般不应采用金属型铸造;尺寸较大的毛坯,通常不采用模锻、压铸和精铸,多数采用砂型铸造、自由锻造及焊接等方法制造毛坯。

2.2.1.3零件生产纲领的大小

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生产纲领在很大程度上决定了采用某种毛坯制造方法,只有毛坯的制造方法与零件的生产纲领相适应,才能获得最佳的经济效益。生产纲领小时,宜采用设备投资少的毛坯制造方法,如木模砂型铸造及自由锻造。生产纲领大时,宜采用高精度和高生产率的毛坯制造方法,如模锻及熔模铸造。此时虽然一次投资较大,但增加的毛坯制造费用可由减少材料消耗及机械加工费用的减少来补偿。

2.2.1.4现场的生产条件

这里主要考虑现场的毛坯制造的实际工艺水平、设备状况以及外协的可能性和经济性,但同时也要考虑因生产发展而采用较先进的毛坯制造方法。

根据上述内容的几个方面来分析本零件,由前述零件的作用分析中可知,该零件主要起支撑作用,且长时间与凸轮轴接触,磨损是该零件的主要失效形式,因此零件材料选择45号钢。首先分析45号钢的材料性能,45号钢为优质碳素结构钢,广泛用于机械制造,属中碳钢,具有很好的锻造性能,其机械性能良好,有良好的切削性能和机械强度,常用于负荷较高的耐磨零件,故本零件毛坯可选用锻造的方法;其次,观察图纸可知,本设计零件的最大尺寸小于100mm,其尺寸并不大,而且零件形状也不复杂,属于简单零件,除了几个需要加工的表面外,零件的其它表面粗糙度都是以不去除材料的方法获得的;再者,考虑到前述已经确定零件的生产类型为大量生产。因此,若既要保证其他不进行机械加工的表面精度,又要保证零件获得高的机械强度和耐磨性能,同时考虑经济效益,调高产品生产率,则可以采用模型锻造,而较大的生产批量可以弥补毛坯锻造费用。综上所述,本零件的毛坯种类以模型锻造的方法获得。

2.2.2确定毛坯尺寸及机械加工总余量 2.2.2.1确定分模位置

确定分模位置最基本的原则是保证锻件形状尽可能与零件形状相同,使锻件容易从锻模中型槽中取出。因此,锻件的侧表面不得有内凹的形状,并且使模膛的宽度大而深度小。锻模分模位置应选在具有最大水平投影尺寸的位置上,应使飞边能切除干净,不产生飞刺。对金属流线有要求的锻件,应保证锻件有最好的纤维分布。根据气门摇臂支座的零件形状,采用前后对称的直线分型模。

2.2.2.2确定机械加工余量,毛坯尺寸和公差

钢制模锻件的公差及机械加工余量按GB/T12362-2003确定。要确定锻件毛坯的尺寸公差及机械加工余量,应先确定如下各项因素:

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(1)锻件公差等级

锻件公差等级由该零件的功用和技术要求,确定其锻件公差等级为普通级。 (2)锻件质量mf

根据零件成品质量0.25kg,估算锻件质量为mf为0.40kg。 (3)锻件形状复杂系数S

由《金属机械加工工艺人员手册》第955页查得锻件的形状复杂系数

S?mfmN

式中 mf——锻件质量 mN——锻件外廓包容体质量

该锻件采用圆形锻件,假设其最大值为?50mm,长92mm ,则由《金属机械加工工艺人员手册》查得:

mf??4dh??2?4?50?92?7.85?102?6?1.418kg

故锻件形状的复杂系数为S?mfmN?0.401.418?0.282

由于0.28介于0.16和0.32之间,故该零件的形状复杂系数S属于S3级。 (4)锻件的材质系数M

由于该零件材料为45号钢,是碳的质量分数小于0.65%的碳素钢,故该锻件的材质系数属于M1级。

2.2.2.3确定机械加工余量

根据锻件质量,零件表面粗糙度,形状复杂系数查《金属机械加工工艺人员手册》表12-25,由此查得单边余量在厚度方向为1.0~1.5mm,水平方向也为1.0~1.5mm。即锻件各处直径的单面余量为1.0~1.5mm,各轴向尺寸的单面余量亦为1.0~1.5mm。

2.2.2.4确定毛坯尺寸

上述查得的加工余量适用于机械加工表面粗糙度Ra?1.6?m。Ra?1.6?m的表面,余

?0.021(0)量要适当增大。分析本零件,?26H7 孔内表面精度要求较高,查《金属机械加工工

艺人员手册》表4-34可知,该孔的精度等级为IT7,对应的表面粗糙度为Ra1.25?m。R9.5mm圆弧端面需要经过抛光处理,查《机械制造技术基础课程设计指南》表5-14可知,抛光处理后,圆弧端面的精度等级为IT6~IT8,对应表面粗糙度为Ra0.025?m~Ra0.2?m。而

?0.021(0)本零件需要进行机械加工的表面有M10?1-5H螺纹孔及其上下端面,?26H7 孔及其?0.021(0)前后端面,?2.5油孔。虽然?26H7 孔表面粗糙度小于1.6?m,余量要适当加大,但

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由于其它需要加工的大部分表面都需经过粗加工和半精加工,因此余量要适当放大,这里为了机械加工方便,除孔以外的加工表面,将总的加工余量统一为一个值。其中M10?1-5H?0.021螺纹孔、?26H7 孔、?2.5油孔不在锻造时获得,而由后期机械加工获得。其它表面(0)的尺寸精度由锻造模具即可保证其精度,无需机械加工。毛坯尺寸公差依据锻件质量、材质系数、形状复杂系数,由《金属机械加工工艺人员手册》表12-16,表12-18中查得。

综上所述,锻件毛坯尺寸见表2-1。

表2-1 气门摇臂支座毛坯 (锻件)尺寸 机械加工 基本尺寸 锻件尺寸公差 锻件尺寸 总余量 17mm 面 ?26H7(0?0.021加工表面 螺纹孔上下端依据 1.6mm 4mm 21?0.5mm?1.1 表12-16 ) 29mm 1.6mm 4mm 33?0.4mm?1.2 表12-18 孔前后端面 R9.5mm 圆弧端面 2.2.2.5设计毛坯图 (1)确定圆角半径

由气门摇臂零件图可确定锻件的圆角半径为R=3mm。 (2)确定拔模斜度

本零件的锻件模锻斜度按《金属机械加工工艺人员手册》表12-23确定。查表取其模锻斜度为3°。

(3)确定毛坯的热处理方式

钢制气门摇臂支座毛坯经锻造后应安排正火,以消除残余的锻造应力,并使不均匀的金相组织通过重新结晶而得到细化、匀的金相组织,从而改善加工性能。

9.5mm 1.6mm 2mm 11.5?0.5mm?1.1 表12-16 12

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2.2.2.6绘制毛坯图

图2-1

2.3选择加工方法,制定工艺路线

定位基准的选择在工艺在工艺规程制定中直接影响到工序数目,各表面加工顺序,夹具结构及零件的精度。

定位基准分为粗基准和精基准,用毛坯上未经加工的表面作为定位基准称为粗基准。使用经过机械加工的表面作为定位基准称为精基准。在制定工艺规程时,先进行精基准的选择,保证各加工表面按图纸加工出来,再考虑用什么样的粗基准来加工精基准。

2.3.1粗基准的选择原则 粗基准的选择遵循如下原则:

(1)选择加工余量小的、较准确的、表面质量好的、面积较大的毛面作为粗基准,不应选择有毛刺的分型面等作为基准。

(2)选择重要表面作为粗基准,因为重要表面一般都要求余量均匀。

(3)选不加工的表面作为粗基准,这样可以保证加工表面和不加工表面之间的相对位置要求,同时可以在一次安装下加工更多的表面。

(4)粗基准一般只能使用一次。,因为粗基准为毛面,定位基准位移误差较大,如重复使用,将造成较大的定位误差,不能保证加工要求。因此,在制定工艺规程时,第一道工序、第二道工序一般都是为了加工出精基准。

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2.3.2精基准的选择原则 精基准的选择遵循如下原则: (1)基准重合原则

尽量选择设计基准作为定为基准,这样就没有基准不重合误差。但有时出于加工工艺的合理性要求,需要选择非设计基准作为定位基准。定位基准与设计基准不重合时,将产生不重合定位误差,需分析定位误差,并根据尺寸链关系计算定位工艺尺寸,判断工艺条件是否满足工艺尺寸的精度要求。

(2)基准统一原则

为了减少夹具类型和数量,或者为了进行自动化生产,在零件的加工过程中,对于多个加工工序,选择统一的定位基准。

(3)互为基准原则

某些精加工和光整加工工序要求加工余量小而均匀,应选该加工表面本身为精基准,该表面与其它表面之间的位置精度由先行工序保证。

(4)自为基准原则

对于某些技术要求很高的表面,在精密加工时,为了保证加工精度,要求加工表面的余量很小并且均匀,这时常以加工面本身定位,待到夹紧后将定位元件移去,再进行加工。

所选的精基准应能保证定位准确、夹紧可靠、夹具简单、操作方便。

根据上述定位基准的选择原则,分析本零件,根据气门摇臂轴支座零件图,本零件为

?0.021(0)带有孔的形状较复杂的零件,孔?26H7为零件的设计基准,且其设计精度较高,同

时亦是装配和测量基准,工序将安排该孔的精加工在最后进行。为遵循“基准重合”原则,

?0.021(0)因此选择加工后的?36mm后端面和?26H7为精基准。由于毛坯锻件技术要求中已要

求去毛刺锐边,故选择?36mm圆柱外面及未加工的?36mm后端面为粗基准。

2.3.3零件的表面加工方法的选定 2.3.3.1加工方案的确定

根据零件图上所要求的各加工表面的技术要求,查《机械制造技术基础课程设计指南》表5-14,表5-15,表5-16以及表5-21。通过对各加工表面所对应的各个加工方案比较,最终确定本零件表面的加工方法如下:

表2-2 气门摇臂轴支座各表面加工方案 待加工表面 尺寸精度等级 表面粗糙度Ra/?m 加工方案 14

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?26H7?0.0210mm孔 IT12 孔 IT12 孔 IT7 IT12 IT12 5H IT13 IT7 3.2 1.6 12.5 12.5 6.3 12.5 0.2 粗铣→半精铣 钻→拉 粗铣 粗铣 攻螺纹 钻 精铣→抛光 3.2 粗铣→半精铣 前端面 ?26H7?0.0210mm后端面 ?26H7?0.0210mm?16mm圆柱上端面 ?16mm圆柱下端面 M10X1-5H螺纹孔 ?2.5mm注油孔 R9.5mm圆弧面 2.3.3.2加工阶段的划分

本零件气门摇臂支座加工质量要求较高,可将加工阶段分为粗加工,半精加工,精加工几个阶段。在粗加工阶段,首先将精基准准备好。即先将?26H7?0.0210mm孔和该孔的后

端面加工出来,使后续工序都可以采用精基准定位加工,保证其它加工表面的精度要求。然后粗铣?16mm圆柱上下端面、钻M10X1-5H螺纹孔、钻?2.5mm注油孔、精铣R9.5mm圆弧面;在半精加工阶段完成螺纹孔螺纹的加工;在精加工阶段,精拉?26H7至要求精度,抛光R9.5mm圆弧面。

2.3.3.3工序的集中与分散

本零件采用工序集中原则安排零件的加工工序。本零件气门摇臂轴支座的生产类型为大批量生产,可以采用各种机床配以专用夹具,以提高生产率。而且运用工序集中原则使工件的装夹次数减少,不但可以缩短辅助时间,而且由于在一次装夹中加工了许多表面,有利于保证各加工表面之间的相对位置精度要求。

2.3.4机械加工工艺顺序的安排原则

2.3.4.1机械加工工工艺顺序安排遵循如下原则: (1)先基面后其它

前道工序为后道工序准备好定位基准,因此第一道工序总是先把精基准加工出来。 (2)先主后次

安排主要表面(指装配基面、工作表面等),后安排次要表面(指键槽、螺钉孔等),但要放在最终精加工和光整之前。

?0.0210mm孔

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(3)先粗后精

主要表面的粗、精加工要分开,按照粗加工—半精加工—精加工—光整加工顺序安排工序。

(4)先面后孔

由于平面定位比较稳定,装夹方便,一般零件多选用平面为精基准,因此,总是先加工平面后加工孔。但若零件平面小,不方便定位,则应先加工孔。

2.3.4.2热处理工序

钢制气门摇臂支座毛坯锻件在机械加工前进行正火处理,正火的目的是消除残余的锻造应力,并使不均匀的金相组织通过重新结晶而得到细化,匀化组织,从而改善加工性能。

2.3.4.3辅助工序

毛坯锻造成型之后,应当对锻件毛坯安排去毛刺飞边工序,并对锻件进行一次尺寸检验,然后再进行机械加工,在对本零件的所有加工完成之后,再安排去毛刺,清洗,终检工序。

2.3.4.4确定工艺路线

综合考虑上述工序的顺序安排原则,确定该气门摇臂轴支座零件的工艺路线如下所示:

工序 1 锻造。

工序 2 去飞边毛刺,检验毛坯尺寸。 工序 3 正火,匀化组织,消除残余应力。

?26H7(0?0.021?0.021(0)mm孔后端面和?36mm外圆柱面定位,粗铣、半精铣 工序4 以?26H7)mm孔前后端面。 孔至?24mm。

?0.021(0)mm孔后端面和?36mm外圆柱面定位,钻工序5 以半精铣之后的?26H7?26H7(0?0.021)mm

?0.021?0.021(0)(0)工序 6 以加工后的?26H7mm孔(即?24mm孔)后端面和?26H7mm孔定

位,粗铣?16mm圆柱上下端面至圆柱高度为17mm。

?0.021?0.021(0)(0)工序7 以加工后的?26H7mm孔(即?24mm孔)后端面和?26H7mm孔定

位,钻M10X1-5H螺纹孔至?8mm。

?0.021?0.021(0)(0)工序8 以加工后的?26H7mm孔(即?24mm孔)后端面和?26H7mm孔定

位,钻削注油孔至?2.5mm。

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?0.021?0.021工序9 以加工后的?26H7mm孔(即?24mm孔)后端面和?26H7mm孔定(0)(0)位,铣油槽。

?0.021?0.021工序 10 以加工后的?26H7mm孔(即?24mm孔)后端面和?26H7mm孔定(0)(0)位,攻螺纹至要求的规格,即M10X1-5H。

?0.021?0.021工序 11 以加工后的?26H7mm孔(即?24mm孔)后端面和?26H7mm孔定(0)(0)位,精铣R9.5mm圆弧端面至R9.6mm。

工序 12 圆弧面表面淬火。

?0.021?0.021工序 13 以加工后的?26H7mm孔(即?24mm孔)后端面和?26H7mm孔定(0)(0)位,精磨R9.5mm圆弧端面至要求精度。

?0.021工序14 以半精铣之后的?26H7(0)mm孔后端面和?36mm外圆柱面定位,拉削

?0.021?26H7(0)mm孔至要求精度。

?0.021(0)工序 15 ?26H7mm孔倒角。

工序 16 镶铜套。 工序 17 清洗。 工序 18 终检,入库。

2.4加工设备及工艺装备选择

机床及工艺装备的选择是制定工艺规程的一项重要工作,它不但直接影响工件的加工质量,而且还影响工件的加工效率和制造成本。

2.4.1机床的选择原则

机床的加工尺寸范围应与零件的外廓尺寸相适应; 机床的精度应与工序要求的精度相适应; 机床的功率应与工序要求的功率相适应; 机床的生产率应与工件的生产类型相适应; 还应与现有的设备条件相适应。 2.4.2夹具的选择

本零件的生产类型为大批量生产,为提高生产效率,所用的夹具应为专用夹具。 2.4.3刀具的选择

刀具的选择主要取决于工序所采用的加工方法、加工表面的尺寸、工件材料、所要求的精度以及表面粗糙度、生产率及经济性等。在选择时应尽可能采用标准刀具,必要时可

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采用符合刀具和其他专用刀具。

2.4.4量具的选择

量具主要根据生产类型和所检验的精度来选择。在单件小批量生产中应采用通用量具,在大批量生产中则采用各种量规和一些高生产率的专用量具。

查《机械制造技术基础课程设计指南》表5-55、表5-61、表5-71、表5-74、表5-108,选择的加工工艺装备如下表所示:

表2-3 气门摇臂轴支座加工工艺装备 工序号 工序1 锻 工序2 检 工序3 热处理 工序4 铣 工序5 钻 工序6 铣 工序7 钻 工序8 钻 工序9 铣 工序10 攻 工序11 铣 工序12 热处理 工序13 抛光 工序14 拉 工序15 倒角 工序16 镶 工序17 检 工序18 入库 2.4.5确定工序间加工余量

查《机械制造技术基础课程设计指南》表5-40~表5-47,表5-48~表5-51,并综合对毛坯尺寸以及已经确定的机械加工工艺路线的分析,确定各工序之间的机械加工余量如

18

机床设备 刀具 量具 游标卡尺 无 游标卡尺 游标卡尺 立式铣床X53T 摇臂钻床Z3040 立式铣床X53T 摇臂钻床Z3040 摇臂钻床Z3040 立式铣床X53T 85016攻丝机 立式铣床X53T 高速钢端铣刀 锥柄麻花钻 高速钢直柄立铣刀 锥柄麻花钻 直柄麻花钻 成型铣刀 丝锥 成型铣刀 无 游标卡尺 卡尺、塞规 游标卡尺 卡尺、塞规 卡尺、塞规 游标卡尺 螺纹塞规 半径规 磨床M7130 拉床L6110A 摇臂钻床Z3040 砂轮 拉刀 直柄锥面锪钻 半径规 内径千分尺 塞规 游标卡尺 无 内径千分尺 游标卡尺 河北工程大学科信学院毕业设计

下表:

表2-4 机械加工工序间加工余量 工序号 工步号 1 工步内容 ?0.021粗铣?26H7孔(0)加工余量/mm 1 前端面 ?0.021粗铣?26H7孔(0)2 工序4 3 后端面 ?0.021半精铣?26H7(0)1 孔前端面 ?0.021半精铣?26H7(0)1 4 孔后端面 ?0.021(0)钻?26H7mm孔1 工序5 1 至?24mm 粗铣?16mm圆柱 24 1 工序6 2 上端面 粗铣?16mm圆柱 下端面 钻M10X1-5H螺纹孔至?8mm 钻削注油孔 至?2.5mm 铣油槽 攻螺纹 精铣R9.5mm圆弧端面至R9.6mm 抛光圆弧面至R9.5mm ?0.021(0)拉?26H7孔至?0.0212 2 工序7 1 8 工序8 工序9 工序10 工序11 1 1 1 1 2.5 2 2 1.9 工序13 1 0.1 工序14 1 ?26H7(0?26H7(0)mm 1 ?0.021)mm孔 1 工序15 1 倒角 19

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2.5确定切削用量及基本时间

?0.021工序4 粗铣,半精铣?26H7mm孔前后端面。 (0)?0.021工步一 粗铣?26H7mm孔前端面。 (0)(1) 切削用量

?0.021本工步为粗铣?26H7(0)mm孔前端面,所选刀具为高速钢端铣刀,铣刀直径为

d=80mm,宽度l=12mm,齿数z=10。查《机械制造技术基础课程设计指南》表5-143选择铣刀的基本形状。由于加工钢料的抗拉强度?b?600~700Mpa,故选前角?0?15?,后角,?0?6?(端齿),主偏角?r?60?。已知铣削宽度ae?36mm,铣削深?0?16?(周齿)

度ap?1mm机床选用X53T型立式铣床。

① 确定每齿进给量fz。

依据《机械制造技术基础课程设计指南》表5-71,表5-144查得X53T立式铣床的功率为10kw,工艺系统刚性为中等,镶齿端铣刀加工钢料,查得每齿进给量

fz?0.08~0.15mm/z。现取fz?0.09mm/z。

② 选择刀具磨钝标准及耐用度。

依据《机械制造技术基础课程设计指南》表5-148,用高速钢端铣刀加工钢料,铣刀刀齿后刀面最大磨损量为1.8mm。铣刀直径为d=80mm,由表5-149查得耐用度T=180min。

③ 确定切削速度和工作台每分钟进给量fMz。

依据《机械制造技术基础课程设计指南》表2-17中公式计算切削速度:

CVdTapmxVqVVC?fzyVaeuVzpVkV

式中,CV?41mm,qV?0.25,xV?0.1,yV?0.2,uV?0.15,pV?0.1,m?0.2,

ap?1mm,T=180min,fz?0.09mm/z,ae?36mm,z=10,d=80mm,kV?1.0。

则切削速度为:

VC?CVdTapmxVqVfzyVaeuVzpVkV?41?801800.20.25?10.1?0.090.2?360.15?100.1?1.0?25.62m/min

n?1000?VC??d?1000?25.62??8020

?101.94r/min

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查《机械制造技术基础课程设计指南》表5-72,根据X53T型立式铣床主轴转速表,选择转速n=112r/min=1.86r/s,则实际切削速度为:

VC?1.86???801000?0.47m/s

工作台每分钟进给量为:

fMz?fz?z?n?0.1?10?112?112mm/min

查《机械制造技术基础课程设计指南》表5-73,根据X53T型立式铣床工作台进给表,选择fMz?110mm/min。则实际的每齿进给量为:

fz?fMzz?n?11010?112?0.098mm/z

④ 校验机床功率。

查《机械制造技术基础课程设计指南》表2-18的计算公式。 铣削时功率(kw)为:

PC?FC?V1000

铣削时圆周力(N)为:

FC?CFapxFfzFaenwFyuFzdqFkFC式中,CF?788,xF?0.95,yF?0.8,uF?1.1,wF?0,qF?1.1,ap?1mm,

fz?0.098mm/z,ae?36mm,z=10,d=80mm,n=112m/min,kFc?1.0 。

则铣削时圆周力(N)为:

CFapxFFC?fznyFaeuFzdqFwFkFC?788?10.95?0.098801.10.8?3601.1?10?112?1.0?1474.52N而实际铣削速度为VC?0.47m/s,则实际功率为:

PC?FC?V1000?1474.52?0.471000?0.70kw

X53T型立式铣床主电动机的功率为10kw,故所选切削用量可以采用。所确定的切削用量如下:

fz?0.098mm/z,fMz?112mm/min,n=112r/min,VC?0.47m/s

fz ——实际每齿进给量mm/z

fMz——实际工作台每分钟进给量mm/min

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n ——实际转速r/min

VC——实际铣削速度

(2) 基本时间

查《机械制造技术基础课程设计指南》表2-28可知,端面铣刀铣平面的基本时间为:

Tj?aptankrl?l1?l2fMz式中,l1?0.5(d?d?ae)?22?(1~2)?2.5mm,ae?36mm,ap?1mm,d=80mm

l=36mm,fMz?112mm/min,l2?2mm。 则基本时间 Tj?36?2.5?2112?0.3616min?22s。

?0.021(0)工步三 半精铣?26H7mm孔前端面。

(1) 切削用量

本工步为半精铣前端面,所选刀具仍为高速钢端面铣刀,铣刀直径d=80mm,宽度l=12mm,齿数z=10。机床亦选用X53T型立式铣床。

① 确定每齿进给量fz。

本工步要求表面粗糙度为Ra3.2,根据《机械制造技术基础课程设计指南》表5-144,每转进给量fr?0.5~1.2mm/r,现取fr?0.6mm/r,则:

fz?frz?0.610?0.06mm/z

②选择刀具磨钝标准及耐用度。

依据《机械制造技术基础课程设计指南》表5-148可知,铣刀刀齿后刀面最大磨损量为0.5mm,由表5-149查得耐用度T=180min。

③确定切削速度和工作台每分钟进给量fMz。

依据《机械制造技术基础课程设计指南》表2-17中公式计算切削速度:

VC?CVdTapmxVqVfzyVaeuVzpVkV?41?801800.20.25?10.1?0.060.2?360.15?100.1?1.0?35.35m/min

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n?1000?35.35??80?140.7r/min

根据《机械制造技术基础课程设计指南》表5-72查得X53T型立式铣床转速表。选择转速n=140r/min=2.33r/s,实际切削速度: 工作台每分钟进给量为:

fMz?fz?z?n?0.06?10?140?84mm/min

根据《机械制造技术基础课程设计指南》表5-73,X53T型立式铣床工作台进给量表,选择fMz?80mm/min。则实际每齿进给量为fz?用量为:

fz?0.06mm/z,fMz?80mm/min,n=140r/min,VC?0.59m/s

fz ——实际每齿进给量mm/z

fMz——实际工作台每分钟进给量mm/min

fMzz?n?8010?140?0.057mm/z。由此确定切削

n ——实际转速r/min

VC——实际铣削速度

(2) 基本时间

Tj?l?l1?l2fMz?36?6.35?280?0.56min?34s?0.021(0)粗铣,半精铣?26H7mm孔后端面。

由于该工序与工序4的加工余量,所选用的刀具机床以及加工方法一致,故其切削用量与

基本时间与加工前端面一样。即:

?0.021(0)工步二 粗铣?26H7mm孔后端面。

(1)切削用量

fz?0.098mm/z,fMz?112mm/min,n=112r/min,VC?0.47m/s

fz ——实际每齿进给量mm/z

fMz——实际工作台每分钟进给量mm/min

n ——实际转速r/min

VC——实际铣削速度

(2)基本时间

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基本时间 Tj?36?7.5?2112?0.4035min?22s

?0.021工步四 半精铣?26H7mm孔后端面。 (0)(1)切削用量

fz?0.06mm/z,fMz?80mm/min,n=140r/min,VC?0.59m/s

fz ——实际每齿进给量mm/z

fMz——实际工作台每分钟进给量mm/min

n ——实际转速r/min

VC——实际铣削速度

(2)基本时间 基本时间 Tj?36?6.35?280?0.56min?34s

?0.021(0)工序5 钻?26H7mm孔至?24mm。

(1) 切削用量

本工序为钻孔,刀具选用高速钢锥柄麻花钻头,刀具直径为d=24mm,钻头沟槽长度为

l1?160mm,总长度为l?281mm,使用切削液。

① 确定背吃刀量ap。

双边余量为24mm,显然单边余量为ap?② 确定进给量f。

根据《机械制造技术基础课程设计指南》表5-127可知,进给量f为0.39~0.47mm/r,现取f=0.40mm/r。

③ 确定钻削速度V。

根据《机械制造技术基础课程设计指南》表5-130选择钻头磨钝标准及耐用度。查表可知,钻头后刀面最大磨损量为1.0mm。耐用度为T=50min。根据表2-13中钻削计算公式可知:

VC?CVdTapmzV242?12mm。

xVfyVkV式中,CV?6.6,d=24mm,zV?0.4,xV?0,yV?0.5,m=0.2,T=50min,ap?12mm,

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f=0.40mm,kV?1.0。 所以

CVdTapmzV0.40.5VC?xVfyVkV?6.6?24500.20?12?0.40?1.0?17.014m/min

n?1000?17.014??24?225.66r/min。

查《机械制造技术基础课程设计指南》表5-62,Z3040型摇臂钻床转速表,取n=250r/min=4.16r/s。则实际切削速度为:

VC?n???d1000?250???241000?18.85m/min?0.314m/s

综上所述,确定切削用量如下:

n=250r/min,VC?0.314m/s,ap?12mm,f=0.40mm/r。

n ——实际转速r/min

VC——实际铣削速度

ap ——背吃刀量

f ——实际进给量

(2)基本时间

查《机械制造技术基础课程设计指南》表2-26,查得钻削机动时间计算公式:

f?nf?nD24(1~2)??cot59??2?9.2mm,l2?2mm 式中,l=29mm,l1??cotkr?2229?9.2?2?0.402min?25s。 则基本时间为Tj?0.40?250Tj?L?l?l1?l2

工序6 粗铣?16mm圆柱上下端面。 工步一 粗铣?16mm圆柱上端面。 (1)切削用量

本工步为粗铣?16mm孔上端面,所选刀具为高速钢直柄立铣刀,铣刀直径为d=16mm,宽度l=16mm,齿数z=3。查《机械制造技术基础课程设计指南》表5-143选择铣刀的基本形状。由于加工钢料的抗拉强度?b?600~700Mpa,故选前角?0?15?,后角?0?20?(周

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齿),?0?8?(端齿),主偏角?r?90?。已知铣削宽度ae?3.25mm,铣削深度ap?3mm。机床选用X53T型立式铣床。

①确定每齿进给量fz。

依据《金属机械加工工艺人员手册》表14-69,查得X53T立式铣床的功率为10kw,工艺系统刚性为中等,高速钢立铣刀加工钢料,查得每齿进给量fz?0.05~0.07mm/z。现取fz?0.06mm/z。

②选择刀具磨钝标准及耐用度。

依据《机械制造技术基础课程设计指南》表5-148,用高速钢立铣刀加工钢料,铣刀刀齿后刀面最大磨损量为0.5mm。铣刀直径为d=16mm,由表5-149查得耐用度T=60min。

③确定切削速度和工作台每分钟进给量fMz。

依据《机械制造技术基础课程设计指南》表2-17中公式计算切削速度:

CVdTapmxVqVVC?fzyVaeuVzpVkV

式中,CV?21.5mm,qV?0.45,xV?0.1,yV?0.5,uV?0.5,pV?0.1,m?0.33,

ap?2mm,T=60min,fz?0.06mm/z,ae?3.25mm,z=3,d=16mm,kV?1.0。

则切削速度为:

VC?CVdTapmxVqVfzyVaeuVzpVkV?21.5?16600.330.45?20.1?0.060.5?3.250.5?30.1?1.0?36.70m/min

n?1000?VC??d?1000?36.70??16?730.12r/min

查《机械制造技术基础课程设计指南》表5-72,根据X53T型立式铣床主轴转速表,选择转速n=710r/min=11.83r/s,则实际切削速度为:

VC?11.83???161000?0.60m/s

工作台每分钟进给量为:

fMz?fz?z?n?0.06?3?710?127.8mm/min

查《机械制造技术基础课程设计指南》表5-73,根据X53T型立式铣床工作台进给表,选

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择fMz?110mm/min。则实际的每齿进给量为:

fz?fMzz?n?1103?710?0.052mm/z

④ 校验机床功率。

查《机械制造技术基础课程设计指南》表2-18的计算公式。 铣削时功率(kw)为:

PC?FC?V1000

铣削时圆周力(N)为:

FC?CFapxFfzFaenwFyuFzdqFkFC式中,CF?650,xF?1.0,yF?0.72,uF?0.86,wF?0,qF?1.1,ap?2mm,

fz?0.052mm/z,ae?3.25mm,z=3,d=16mm,n=710m/min,kFc?1.0 。

则铣削时圆周力(N)为:

CFapxFFC?fznyFaeuFzdqFwFkFC?650?21.0?0.052160.860.72?3.2500.86?3?710?1.0?117.76N而实际铣削速度为VC?0.60m/s,则实际功率为:

PC?FC?V1000?117.76?0.601000?0.07kw

X53T型立式铣床主电动机的功率为10kw,故所选切削用量可以采用。所确定的切削用量如下:

fz?0.052mm/z,fMz?110mm/min,n=710r/min,VC?0.60m/s

fz ——实际每齿进给量mm/z

fMz——实际工作台每分钟进给量mm/min

n ——实际转速r/min

VC——实际铣削速度

(2)基本时间

查《机械制造技术基础课程设计指南》表2-28可知,端面铣刀铣平面的基本时间为:

Tj?l?l1?l2fMz27

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式中,l1?0.5(d?d2?ae)?(1~2)?2.2mm,ae?3.25mm,ap?2mm,d=16mm l=8mm,fMz?110mm/min,l2?1mm。 则基本时间 Tj?8?2.2?1110?0.1018min?7s2。

工步二 粗铣?16mm圆柱下端面。 (1)切削用量

本工步为粗铣?16mm孔下端面,所选刀具为高速钢直柄立铣刀,铣刀直径为d=16mm,宽度l=16mm,齿数z=3。查《机械制造技术基础课程设计指南》表5-143选择铣刀的基本形状。由于加工钢料的抗拉强度?b?600~700Mpa,故选前角?0?15?,后角?0?20?(周齿),?0?8?(端齿),主偏角?r?90?。已知铣削宽度ae?3mm,铣削深度ap?2mm。机床选用X53T型立式铣床。

①确定每齿进给量fz。

依据《金属机械加工工艺人员手册》表14-69,查得X53T立式铣床的功率为10kw,工艺系统刚性为中等,高速钢立铣刀加工钢料,查得每齿进给量fz?0.05~0.07mm/z。现取fz?0.06mm/z。

②选择刀具磨钝标准及耐用度。

依据《机械制造技术基础课程设计指南》表5-148,用高速钢立铣刀加工钢料,铣刀刀齿后刀面最大磨损量为0.5mm。铣刀直径为d=16mm,由表5-149查得耐用度T=60min。

③确定切削速度和工作台每分钟进给量fMz。

依据《机械制造技术基础课程设计指南》表2-17中公式计算切削速度:

VC?CVdTapmxVqVfzyVaeuVzpVkV式中,CV?21.5mm,qV?0.45,xV?0.1,yV?0.5,uV?0.5,pV?0.1,m?0.33,

CVdTapmxVqVVC?ap?2mmfzyVaeuVzpVkV?21.5?16600.330.45?20.1?0.060.5?30.5?30.1?1.0?36.68m/min,T=60min,fz?0.06mm/z,ae?3mm,z=3,d=16mm,kV?1.0。则切削速度

为:

n?1000?VC1000?36.68??d???1628

?729.73r/min

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查《机械制造技术基础课程设计指南》表5-72,根据X53T型立式铣床主轴转速表,选择转速n=710r/min=11.83r/s,则实际切削速度为:

VC?11.83???161000?0.60m/s

工作台每分钟进给量为:

fMz?fz?z?n?0.06?3?710?127.8mm/min

查《机械制造技术基础课程设计指南》表5-73,根据X53T型立式铣床工作台进给表,选择fMz?110mm/min。则实际的每齿进给量为:

fz?fMzz?n?1103?710?0.052mm/z

⑤ 校验机床功率。

查《机械制造技术基础课程设计指南》表2-18的计算公式。 铣削时功率(kw)为:

PC?FC?V1000

铣削时圆周力(N)为:

CFapxFFC?fzFaenwFyuFzdqFkFC式中,CF?650,xF?1.0,yF?0.72,uF?0.86,wF?0,qF?1.1,ap?2mm,

fz?0.052mm/z,ae?3mm,z=3,d=16mm,n=710m/min,kFc?1.0 。

则铣削时圆周力(N)为:

CFapxFFC?fznyFaeuFzdqFwFkFC?650?21.0?0.0520.860.72?300.86?316?710?1.0?110.00N

而实际铣削速度为VC?0.60m/s,则实际功率为:

PC?FC?V1000?110.00?0.601000?0.07kw

X53T型立式铣床主电动机的功率为10kw,故所选切削用量可以采用。所确定的切削用量如下:

fz?0.052mm/z,fMz?110mm/min,n=710r/min,VC?0.60m/s

fz ——实际每齿进给量mm/z

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fMz——实际工作台每分钟进给量mm/min

n ——实际转速r/min

VC——实际铣削速度

(2)基本时间

查《机械制造技术基础课程设计指南》表2-28可知,端面铣刀铣平面的基本时间为:

Tj?2l?l1?l2fMz式中,l1?0.5(d?d2?ae)?(1~2)?2.15mm,ae?3mm,ap?2mm,d=16mm,l=8mm,

fMz?110mm/min,l2?1mm。

则基本时间 Tj?8?2.15?1110?0.1014min?7s。

工序7 钻M10X1-5H螺纹孔孔至?8mm。 (1)切削用量

本工序为钻孔,刀具选用高速钢锥柄麻花钻头,刀具直径为d=8mm,钻头沟槽长度为

l1?75mm,总长度为l?156mm,使用切削液。

①确定背吃刀量ap。

双边余量为8mm,显然单边余量为ap?②确定进给量f。

根据《机械制造技术基础课程设计指南》表5-127可知,进给量f为0.18~0.22mm/r,现取f=0.20mm/r。

③确定钻削速度V。

根据《机械制造技术基础课程设计指南》表5-130选择钻头磨钝标准及耐用度。查表可知,钻头后刀面最大磨损量为0.8mm。耐用度为T=25min。根据表2-13中钻削计算公式可知:

VC?CVdTapmzV82?4mm。

xVfyVkV式中,CV?4.8,d=8mm,zV?0.4,xV?0,yV?0.7,m=0.2,T=25min,ap?4mm,f=0.20mm,kV?1.0。

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所以

CVdTapmzVVC?xVfyVkV?4.8?8250.200.40.7?4?0.20?1.0?11.027m/min

n?1000?11.027??8?438.75r/min。

查《机械制造技术基础课程设计指南》表5-62,Z3040型摇臂钻床转速表,取n=400r/min=6.67r/s。则实际切削速度为:

VC?n???d1000?400???81000?10.05m/min?0.167m/s

综上所述,确定切削用量如下:

n=250r/min,VC?0.167m/s,ap?4mm,f=0.20mm/r。

n ——实际转速r/min

VC——实际铣削速度

ap ——背吃刀量

f ——实际进给量

(2)基本时间

查《机械制造技术基础课程设计指南》表2-26,查得钻削机动时间计算公式:

f?nf?nD8(1~2)??cot59??2?4.40mm,l2?2mm 式中,l=17mm,l1??cotkr?2217?4.40?2?0.2925min?18s。 则基本时间为Tj?0.20?400Tj?L?l?l1?l2

工序8 钻削注油孔至?2.5mm。 (1)切削用量

本工序为钻注油孔,刀具选用高速钢直柄麻花钻头,刀具直径为d=2.5mm,钻头沟槽长度为l1?30mm,总长度为l?57mm,使用切削液。

①确定背吃刀量ap。

双边余量为24mm,显然单边余量为ap?②确定进给量f。

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2.52?1.25mm。

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根据《机械制造技术基础课程设计指南》表5-127可知,进给量f为0.05~0.06mm/r,现取f=0.05mm/r。

③确定钻削速度V。

根据《机械制造技术基础课程设计指南》表5-130选择钻头磨钝标准及耐用度。查表可知,钻头后刀面最大磨损量为0.8mm。耐用度为T=15min。根据表2-13中钻削计算公式可知:

VC?CVdTapmzVxVfyVkV式中,CV?4.8,d=2.5mm,zv?0.4,xV?0,yV?0.7,m=0.2,T=15min,ap?1.25mm,f=0.05mm,kV?1.0。 所以

VC?CVdTapmzVxVfyVkV?4.8?2.5150.200.40.5?1.25?0.05?1.0?18.018m/min

n?1000?18.018??2.5?2294.16r/min。

查《机械制造技术基础课程设计指南》表5-62,Z3040型摇臂钻床转速表,取n=2000r/min=33.33r/s。则实际切削速度为:

VC?n???d1000?2000???2.51000?15.71m/min?0.262m/s

综上所述,确定切削用量如下:

n=2000r/min,VC?0.262m/s,ap?1.25mm,f=0.05mm/r。

n ——实际转速r/min

VC——实际铣削速度

ap ——背吃刀量

f ——实际进给量

(2)基本时间

查《机械制造技术基础课程设计指南》表2-26,查得钻削机动时间计算公式:

Tj?Lf?n?l?l1?l2f?n

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式中,l=8mm,l1?则基本时间为Tj?

D28?2.75?20.05?2000?cotkr?(1~2)?2.52?cot59??2?2.75mm,l2?2mm

?0.1275min?8s。

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第3章 气门摇臂轴支座零件专用夹具设计

为了提高劳动生产率,保证加工质量,降低劳动强度,需要设计专用夹具。经过分析并与指导老师协商,决定设计第九道工序钻?2.5mm注油孔专用夹具,本夹具将用于Z3040摇臂钻床,刀具为直柄麻花钻。

3.1确定夹具的结构方案

3.1.1确定定位方案,选择定位元件

根据我们所选择的工序来仔细观察零件图,根据图中零件所要求的位置尺寸,以及形位精度要求,来确定夹具的结构方案。

图3.1 气门摇臂轴支座主要形位尺寸

本工序所要加工的孔的精度要求较低。,如图,工序加工要求保证的位置精度图中未

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标出,即油孔位置基本处于中间位置即可。孔的尺寸精度亦没要求,只要能够满足注油需求即可。故而本夹具的设计应当充分考虑生产过程中效率因素,所设计的夹具应能够最大

?0.021限度的提高生产效率且满足零件的使用要求。根据基准重合原则,应选择?26H7孔(0)?0.021后端面和?26H7孔(此时孔的尺寸为?24mm)为主要定位基准,辅以支撑钉形成完(0)全定位。即工序简图中所规定的定位基准是恰当的。定位元件选择一个长定心轴,定心轴与定位孔的配合尺寸为?24底板上孔的配合尺寸为?22H7g6H7r6?0.0210.007(定位孔?240,定心轴?24?),定心轴下端与夹具体?0.020?0.0210.041(底板孔?220,定心轴底端?22?),定心轴上端部分?0.028为螺杆,用六角螺母夹紧。就本工序而言,定位基准与设计基准重合误差?jb?0,由于定位副制造误差引起的定位误差?jw?0.021?(?0.020)?0.041mm?dw??jb。

??jw?0?0.041?0.041mm。此定位误差很小,能够满足注油孔的使用功能。因

此上述方案可行,定位方案以及定位结构图如下:

图3.2 工序定位方案图

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图3.3 工序定位结构图

3.1.2确定导向装置

本工序加工的孔精度要求不高,能够满足使用要求即可。由于加工孔的孔径小,为防止钻削过程中钻头受到外力而发生偏轨,导致孔径不能达到规定的要求了,故此夹具采用与孔径尺寸相对应的快换钻套做导向元件。

图3.4 导向装置结构图

如图所示,衬套与快换钻套间的配合尺寸为?836

F7m6,衬套与钻模板之间的配合尺寸为

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?12F7n6。

3.1.3确定夹紧机构

在机械加工工艺设计中,已经确定气门摇臂轴支座的生产类型为大量生产,在此工序夹具中选择螺旋夹紧机构夹紧工件。如图3.4所示,在定心轴上直接做出一段螺杆,装夹工件时,先将工件定位孔装入带有螺母的定心轴上,实现定位,然后在工件与螺母之间插上垫圈,最后拧紧螺母压紧工件。

3.1.4确定辅助定位装置

为了减小加工时工件的变形,保证加工时工艺系统的刚度,防止在机械加工过程中由于机床震动及多次夹装零件导致夹具体精度下降,继而导致被加工零件发生转动和滑移现象,现在支撑螺柱下端处增设辅助支撑法兰,以防止夹具体过快磨损,具体机构图如下:

图3.6 辅助定位装置图

3.2设计夹具体

夹具体的设计应通盘考虑,使上述各部分通过夹具体能够有机的联系起来,形成一个整体。考虑夹具与机床的连接,因为是在立式摇臂钻床上使用,夹具安装在工作台上直接用钻套找正并用螺栓固定,故只需在夹具体上留出螺栓压紧的位置即可,不需专门的夹具与机床的定位连接元件。钻模板和夹具体用两根圆柱定位销和两根紧固螺钉固连。夹具体上表面与其他元件接触的部位均做成等高的凸台以减少加工面积,夹具体底部设计成周边

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接触的形式以改善接触状况,提高安装的稳定性。

3.3 在夹具装配图上标注尺寸、配合及技术要求

(1)为保证零件的加工质量,在图纸中应注明装配前应对主要零部件的配合尺寸进行复查,装配过程中各零部件不应有擦、划伤及锈蚀等技术要求。

(2)为保证钻模板与夹具体底面的垂直度公差为0.04,夹具中,铜套与定位心轴轴线与夹具底板上端面的平行度取为0.04; (3)标注配合尺寸:?26H7s6 ,?22H7r6,?24H7g6,其余未说明的标注尺寸、配合及技术要求详见图纸。

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12F7n6,8F7m6,8H7r6。

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第4章 总 结

到此为止,在自己最后一学期的努力后顺利完成了气门摇臂的机械制造工艺及其夹具设计。从刚开始对制造工艺只有一点感性认识到现在已基本熟知制造工艺的国内外现状及趋势,能对工件确定合理的工艺方案,对零件的设计制造,机床设备的选用,机械零件的选用及零件加工工艺过程的说明有了较为深刻的领会,同时对于如何根据加工工艺设计相应的夹具体也有了进一步的认识。

在此次毕业设计中,用到了许多基础理论,如金属工艺学、机械工程材料、夹具设计等。虽然有些知识已经遗忘,但这次毕业设计使我们重新温习了一下学过的知识。故而设计开始之前就对大学里面所涉及到的有关该课题的课程认真的复习了一遍,并且手工绘制了零件图,对于本次设计所要加工的零件有了较为全面的认识。仔细研读了老师给的毕业设计任务书和相关资料,对于设计任务有了大致的了解,为之后的设计奠定坚实的基础。与此同时,由于设计的需要,要查阅并收集大量关于机械制造方面的文献,进而对这些文献进行分析和总结,这些都提高了我们对于专业知识的综合运用能力和分析解决实际问题的能力。通过本次设计还使我更深切地感受到了团队的力量,在与同学们的讨论中发现问题并及时解决问题,这些使我们相互之间的沟通协调能力得到了提高,团队合作精神也得到了增强。可以说,毕业设计体现了我们大学四年所学的大部分知识,也检验了我们的综合素质和实际能力。同时也跨出了我的工程师之路的第一步。

虽然本次设计我很努力去做,但还是存在一些不足:

(1)对机械工艺规程设计理论方面的知识还没有十分扎实,对并没有投入生产,在实际生产中的产品,还要根据生产部门的设备,要求等,考虑零件的结构,精度和余量,难免会有我们现在没有考虑周全的内容。

(2)对零件热处理方式及夹具的设计把握不准,其主要原因是对零件的了解不足,没有在真正的实践,而且没有见过实体,一些细节部分没有掌握好。

(3)对于机床的机械加工能力认识十分欠缺,是此次毕业设计中一个大的绊脚石,在指导教师刘金海老师的耐心指导下,虽然磕磕碰碰,但终于也顺利完成了机械加工部分的内容。但是在以后的工作学习中,我一定会在这方面多留心,下苦工。

(4)此次毕业设计要求我设计的是钻注油孔夹具,乍听之下好似简单,但是夹具设计过程中遇到的问题却是最多的,特别是对各机构的选用,既要达到局部要求,又要配合整体要求。因此我以后必定会再这方面多下苦功。

因此,在以后的学习工作中,我要从以下方面来提高自己,解决设计中存在的问题。多学习相关的知识,关注前沿的科学技术,拓宽知识面,尽量进行实践,以便设计时能够

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在保证成本的前提下,较好地利用其本身。

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参考文献

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[4] 崇凯. 机械制造技术基础课程设计指南. 北京:化学工业出版社,2006. [5] 冯之敬. 机械制造工程原理. 第二版. 北京:清华大学出版社,2008. [6] 赵如福. 金属机械加工工艺人员手册. 上海:上海科学技术出版社,1990.

[7] 吴宗泽,罗圣国. 机械设计课程设计手册. 第三版. 北京:高等教育出版社,2006. [8] 孟少农. 机械加工工艺手册. 第一卷. 北京:机械工业出版社,1991. [9] 徐圣群. 简明机械加工工艺手册. 上海:上海科学技术出版社,1991. [10] 邓文英,郭小鹏. 金属工艺学. 第五版. 北京:高等教育出版社,2008. [11] 郑修本. 机械制造工艺学. 北京:机械工业出版社,1992.

[12] 李庆余,孟广耀. 机械制造装备设计. 第二版. 北京:机械工业出版社,2008. [13] 廖念钊,莫雨松等. 互换性与技术测量. 第五版. 北京:中国计量出版社,2007. [14] Hindhede I, Uffe. Machine Design Fundamentals : A Practical Approach. New York: Wiley, 1983.

[15] Sors L. Fatigue Design Of Manhine Components. Oxford: Pergamon Press, 1971. [16] Rajput R K. Elements of Mechanical Engineering. Katson Publ. House,1985.

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附 录

附录1 毕业设计说明书一份

附录2 毕业设计工艺卡片一套

附录3 注油孔夹具装配图一张

附录4 夹具各零件图一套

附录5 手绘A3图纸2张

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致 谢

为期三个多月的毕业设计就要结束了,我也顺利的完成了我的课题设计,在此之际我要衷心的感谢在设计过程中一直帮助我支持我的老师。

我要感谢指导老师——刘金海老师,刘金海老师在整个设计过程中对我的影响很大,设计过程中的很多个难点都是在刘金海老师的悉心指导下才克服的,刘老师亲切和善的态度也是我在整个设计过程中感受最深的。也因为这样,在和刘老师的交流中,我也不会十分紧张,就很大方的有问题就问,有想法就提,这也使得我能更多的发现设计中存在的问题,并及时解决问题。刘老师严谨的治学态度,渊博的专业知识,诲人不倦教学精神,在学术上和为人上都是我们学习的楷模和榜样。同时我还要感谢跟我一起参与设计的同学,虽然我们课题有所不同,但是都能在讨论中发现各自的问题,并互相提出解决的方法,设计能够顺利完成,也因为他们的帮助。

结束代表着新的开始,新的征程,本次的毕业设计将会成为我今后工作,学习生活中的一份坚实的基础和保证。从中吸取的经验教训也将成为我们在今后生活道路上的一笔财富,挫折永远是前进道路上所必须面对的,相信我们的未来会走的更好,也可以让我们大学的老师放心。真心的感谢在大学帮助过我的老师和同学们,再次感谢你们!

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本文来源:https://www.bwwdw.com/article/0xow.html

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