气门摇杆轴支座设计

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设计目的........................................................................................................................ 1 一 零件的分析............................................................................................................ 1

1.1 零件的作用.................................................................................................. 1 1.2 零件的工艺分析............................................................................................ 2 1.3 确定毛坯，画毛坯——零件合图（附毛坯图）........................................ 3 二． 工艺规程设计.................................................................................................. 4

2.1定位基准的选择：........................................................................................... 4 2.2制定加工工艺路线........................................................................................... 4 三．选择加工设备及刀、夹、量具............................................................................ 5 四、加工工序设计........................................................................................................ 6

4.1功率计算........................................................................................................... 6 五、时间定额计算........................................................................................................ 7

5.1加工条件........................................................................................................... 7 5.2计算基本工时................................................................................................... 8 5.3辅助时间：....................................................................................................... 9 六、夹具设计.............................................................................................................. 10

6.1 定位方案........................................................................................................ 10

6.1.1 定位元件.............................................................................................. 11 6.2夹紧装置的设计............................................................................................. 12 6.3镗模与夹具体的设计..................................................................................... 12 6.4使用操作说明................................................................................................. 14 结束语：...................................................................................................................... 15 参考资料: .................................................................................................................... 17

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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，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。

本次课程设计主要以电脑辅助制图为主，运用caxa绘制零件图，装配图以及毛坯图。

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。

一 零件的分析

1.1 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。

零件如图：

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零件的工程图

1.2 零件的工艺分析

由给定的原始图得知，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，要求耐磨的零件加之价格低廉，生产设备和工艺简单。

该零件上主要加工面为零件的上端面，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0.05mm。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（1）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。

1.3 确定毛坯，画毛坯——零件合图（附毛坯图）

根据零件材料确定毛坯为铸件，已知零件的生产纲领为6000件/年，通过计算，该零件质量约为1.5Kg，由参考文献（1）表1—4、表1—3可知，其生产类型为大批生产，毛坯的铸造方法选用砂型机器造型。此外，为消除残余应力，铸造后安排人工时效处理。参考文献（1）表2——4；该种铸造公差

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等级为CT10~11，RMA-H级。参考文献（1），用查表方法确定各表面的加工余量如下表所示：

工序50中的粗-精镗ø18工序。

Ø18粗镗余量参考文献［１］表2－2８取粗镗为1.2mm，粗镗切削余量为0.8mm,精镗后尺寸后为20H8,各工部余量和工序尺寸公差列于表

二． 工艺规程设计

2.1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形块或者加大平面的定位方式（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：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

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为上端面。

镗削Ø20（+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Ø13mm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生产类型中。

方案二：用V形块加大平面定位V形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。 方案三：用挡板加加底板加定位销进行定位。 由于Ø13mm孔的秒个精度不需要很高，故用做定位销孔很难保证精度，而且需要定位的部位不是旋转体不适合用v型块，所以选择方案三。

2.2制定加工工艺路线

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：

上端面：粗-精铣。 下端面：粗-精铣 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：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。

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

上述方案遵循了工艺路线拟订的一般原则，但某些工序还有一些问题还值得进一步讨论。如车上端面，因工件和夹具的尺寸较大，在卧式车床上加工时，它们惯性力较大，平衡困难；又由上端面不是连续的圆环面，车削中出现断续切削容易引起工艺系统的震动，故改动铣削加工。

工序25应在工序20前完成，使上端面在加工后有较多的时间进行自然时效，

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减少受力变形和受热变形对2—Ø13mm通孔加工精度的影响。

三．选择加工设备及刀、夹、量具

由于生产类型为大批生产，故加工设备适宜通用机床为主，辅以少量专用机

床的流水生产线，工件在各机床上的装卸及各机床间的传动均由人工完成。

粗铣上端面：考虑到工件的定位夹紧方案及夹具结构设计等问题，采用立铣选择X5022立式铣床。（参考文献（1）表4-14），选择直径D为Ø80mm立铣刀，参考文献（1）表3-12，通用夹具和游标卡尺。

粗铣下端面：采用上述相同的机床与铣刀，通用夹具及游标卡尺。 精铣下端面：采用上述相同的机床与铣刀，通用夹具及游标卡尺。

粗铣左端面：采用卧式铣床X5012，参考文献（1）表4-14，采用以前的刀具，专用夹具及游标卡尺。

精铣左端面：采用卧式铣床X5012,参考文献（1）表4-14，专用夹具及游标卡尺。

钻2-Ø13mm孔：采用Z3025，参考文献（1）表4-5，通用夹具。刀具为d为Ø18.0的直柄麻花钻，参考文献（1）表3-4。

钻Ø18孔：钻孔直行为Ø118mm，选择摇臂钻床Z3025参考文献（1）表6—26，采用锥柄麻花钻，通用夹具及量具。

镗Ø20（+0.1——+0.06）mm孔：粗镗：采用卧式组合镗床，选择功率为1.5KM的ITA20镗削头，参考文献（1）。选择镗通孔镗刀及镗杆，专用夹具，游标卡尺。钻2-Ø13mm孔：采用Z3025，参考文献（1）表4-5，通用夹具。刀具为d为Ø18.0的直柄麻花钻，参考文献（1）表3-4。

钻Ø18孔：钻孔直行为Ø118mm，选择摇臂钻床Z3025参考文献（1）表6—26，采用锥柄麻花钻，通用夹具及量具。

镗Ø20（+0.1——+0.06）mm孔：粗镗：采用卧式组合镗床，选择功率为1.5KM

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的ITA20镗削头，参考文献（1）。选择镗通孔镗刀及镗杆，专用夹具，游标卡尺。

四、加工工序设计

4.1功率计算

经查参考文献（1）表3—12可得，铣削上端面的加工余量为4mm，又由

零件对上顶端表面的表面精度RA=12.5mm可知，粗铣的铣削余量为2mm，精铣2mm。

底面铣削余量为3mm，粗铣的铣削余量为2mm，精铣余量1mm，精铣后公差登记为IT7～IT8。

取每齿进给量为fz＝0.2mm／z（粗铣） 取每齿进给量为f＝0.5mm／r（精铣）

粗铣走刀一次ap＝２mm，精铣走刀一次ap＝１mm 初步取主轴转速为150r／min（粗铣），取精铣主轴的转速为３００r／min，又前面已选定直径Ｄ为Ø80mm，故相应的切削速度分别为：校核粗加工。

Ｖ粗＝πＤn／1000＝3.14*80*150/1000=37.68 Ｖ精＝πＤn／1000＝3.14*801*3000/1000＝75.36 又由机床切削功率P=167.9*10-5*0.9z*pm 取Z=10个齿，pm=1.代入得：

pm=167.9*2.0*0.9*(0.2)50*2.5*10*1 pm=0.861(km)

又因前查的机床的功率为1.5kw/h 若效率为0.8P,则 8P=6.0>pm

故选择主轴的转速为150m/min

五、时间定额计算

5.1加工条件

工件材料：HT200, b=170~240MPa，铸造;工件尺寸：amax=13，l=36; 加工要求：粗铣上端面加工余量4 机床：X5012立式铣床；刀具：立铣刀。

经查参考文献（1）表3—12可得，铣削上端面的加工余量为4mm，又由零件对上顶端表面的表面精度RA=12.5mm可知，粗铣的铣削余量为4mm。 底面铣削余量为3mm，粗铣的铣削余量为2mm，精铣余量1mm，精铣后公差登记为IT7～IT8。

取每齿进给量为fz＝0.2mm／z（粗铣）

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取每齿进给量为f＝0.5mm／r（精铣） 粗铣走刀一次ap＝2mm，精铣走刀一次ap＝1mm

初步取主轴转速为150r／min（粗铣），取精铣主轴的转速为300r／min，又前面已选定直径Ｄ为Ø80mm，故相应的切削速度分别为：校核粗加工。

v粗 Dn/1000

＝3.14 80 150/1000＝37.68m/min =3.14 80 300/1000=75.36m/min

v精 Dn/1000

又由机床切削功率P=

ka

取Z=10个齿，pm=1,n=150/60=2.5r/s ,ae=168mm, p=2mm,fz=0.2mm/z. 代入得：

50.90.74k

pm=167.9 10 2 0.2 168 10 2.5 1

kpm

=4kw 又因前查的机床的功率为4.5kw/h 若效率为0.85P,则

0.85p=3.825kw<4kw

重新选择主轴的转速为118m/min，则

167.9 10 5 ap0.9 fz0.74 aeznkpm

v粗 Dn/1000

=3.14 80 118/1000=29.64m/min

将其带入公式得

50.90.74k

pm=167.9 10 2 0.2 168 10 118/60 1

=3.15kw<3.825kw

故机床功率足够

5.2计算基本工时

tm L/v,L L y ,l 176，

查《切削手册》表3. 26，入切量及超切量为：y 40则：

T m L/vf 0.64mim

工序25#

粗铣上端面： 刀具，机床与上到工序相同，得出

ae 20 mm ,ap 0.5mm f 163.2m/min

vc =29.54m/min tm= 0.31min ns 960r/min

工序30 25

铣左右端面：同时粗铣左右端面，圆盘铣刀一次加工完成不准调头

a

计算切削用量： p=2

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由 《机械加工工艺手册》表15.53可知：

f af z 0.20 12 2.4mm/r

由《切削用量手册》表9.4-8可知：

，nt 1.35r/s， vft 1.70m/s vt 10.91m/s

各系数为 Kmvv Kmn Kmf 0.69 Ksv Ksn Ksf 0.8 所以有 V 0.34 0.69 0.8 0.19m/s V 0.75r/s

V =0.94mm/s

取 nt 0.792r/s 47.5r/minnt 0.792r/s 47.5r/min vfc 1.0mm/s 所以实际切削速度： v= d0n/1000=14.55m/min f= 152.6mm/min 确定主轴转速： l1 l2 17mm l 75mm n= 100v/ d0=7r/s=545r/min

T 0.1min

切削工时： j 工序35# 钻孔 13

查《机械制造工艺设计手册》表3-38，取f 98 mm/min 查《机械制造工艺设计手册》表3-42，取v 11.1m/min n 1000v/ d 272r/min

查表《机械制造工艺设计简明手册》4.2-15，机床为Z525，选择转速

nw 545 r/min 9.08 r/s 实际切削速度：

v=nw dw/1000= 9.08 3.14 11/1000 0.31m/s

切削工时带入公式：

Tj (l l1 l2)/f nw 0.36min

工序40# 精铣下端面与工序20#相同。 工序45# 精铣上端面与工序25#相同. 工序50# 精铣左右端面与工序30#相同

工序45钻通孔Ø18，工序步骤与工序35#相同，代入数据得出结果:

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ae 20 mm ,ap 0.5mm f 163.2m/min

vc =15m/min t1.45min ns =960r/min m=

下面计算工序50的时间定额

机动时间

粗镗时：L/(f*n)=45/0.2*380=7.5s

精镗时：f取0.1mm/s

L/(f*n)=45/0.1*380=15s

总机动时间:T=7.5+15=22.5s

5.3辅助时间：

Ta=2+1+0.1+1.5+0.3*2+0.1*0.1*2 =6.5min

作业时间为Ta+Tb=605+0.37=6.87 min

该工序单位加工时间为6.87min

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五、填写机械加工工艺卡和机械加工工序卡 工艺文件详见附表。

六、夹具设计

6.1 定位方案

设计必须保证零件的加工精度，保证夹具的操作方便，夹紧可靠，使用安全，有合理的装卸空间，还要注意机构密封和防尘作用，使设计的夹具完全符合要求。

本次设计的夹具为第５道工序粗——精镗Ø２０（+０.１—+０.０６）mm孔。该夹具为双支承前后引导镗床夹具。

确定设计方案

该孔的设计基准为下端面，故以下端平面做定位基准，实现“基准重合”原则；另加两Ｖ形块从前后两方向实现对Ｒ１０的外圆柱面进行夹紧，从对工件的结构形状分析，若工件以下端面朝下放置在支承板上，定位夹紧就比较稳定，可靠，也容易实现。

工件以下端面在夹具上定位，限制了三个自由度，其余三个自由度也必须限制。用哪种方案合理呢？

方案１ 在２—Ø１３的通孔内插入一现边销限制一个移动自由度，再以两孔的另一个孔内侧面用两个支承钉限制一个移动自由度和一个转动自由度。这种定位方案从定位原理上分析是合理的，夹具结构也简单。但由于孔和其内侧面均不规定其精密度，又因结构原因，夹紧力不宜施加在这样的定位元件上，故工件定位面和定位元件之间很可能会接触不好，使定位不稳定。这个方案不宜采用。

方案２ 用两个Ｖ形块夹紧前后两外圆柱面，用两铰链压板压在工件的下端，这样就限制了两个移动自由度和一个转动自由度，这种方案定位可靠，可实现完全定位。但是由于要定位的不是旋转体所以用v型块不合适，不能很好的起到定位作用。

方案3 用底板加销钉加挡板进行定位。底板限制三个自由度，销钉加挡板限制三个自由度，实现完全定位。

6.1.1 定位元件

定位元件是用来确定工件正确位置的元件。被加工工件的定位基面与夹具定位元件直接接触或相配合。工件定位方式不同，夹具定位元件的结构形式也不同，V形块定位，工件的定位基准始终在挡块两定位面的对称中心平面内，对中性好，而不受定位基准直径误差的影响，其次挡块定位安装方便。本设计中采用两个挡形块夹紧前后两外圆柱面，用压板压在工件的下端，这样就限制了两个移动自由度和一个转动自由度。其次设计中，采用了定位块保证工件在加工时，螺杆和工件不会偏移

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6.2夹紧装置的设计

夹紧装置是使工件在外力作用下仍能保持其正确定位位置的装置。本设计采用的夹紧装置是一对螺旋压板夹紧机构。螺旋夹紧机构具有结构简单、制造容易、自锁性能好、夹紧可靠，是手动夹紧中常用的一种夹紧机构 。其结构如图6-1所示

1-螺杆 2 圆销柱 3-大头螺栓

图6.1 螺旋夹紧机构

6.3镗模与夹具体的设计

(1)镗模的设计

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本设计镗套采用轴承外滚式镗套，作用：回转精度低，但是刚性好，适合适合转速高的粗加工和精加工。其与镗杆的配合主要采用H7/h6/h5。精加工时，镗套内孔的圆度公差取被加工孔的圆度公差的1/6或者1/5。镗套内外圆的同轴度一般小于0.005～0.01。如图6-2所示，滚动轴承外滚式回转镗套，镗套2支承在两个滚动轴承上，轴承安装在镗模支架 1的轴承孔中，轴承孔的两端用轴承端盖3封住。这种镗套采用标准滚动轴承，所以设计、制造和维修方便，镗杆转速高，一般摩擦面线速度 v＞ 0.4m/s 。但径向尺寸较大，回转精度受轴承精度影响。可采用滚针轴承以减小径向尺寸，采用高精度轴承提高回转精度。

1-镗模支架 2-镗套 3-轴承套

图6.2 镗套

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镗杆的直径按经验公式一般去d=（0.7～0.8）D，一般应大于25，不得小于15。同根镗杆的直径应相同，便于制造和保证加工加工精度。

主要的技术参数：

导向部分的圆度和圆柱度的公差为其直径的1/2； 镗杆的同轴度在500内为0.01；

镗杆的传动销孔轴线和镗杆轴线的垂直度和位置度均小于0.01； 导向部分的表面粗糙度R一般在0.8～0.4，刀孔的表面粗糙度在0.4.[17] (2)夹具体

夹具体是用于连接夹具各元件及装置,使其成为一个整体的基础件,并与机床有关部位连接,以确定夹具相对于机床的位置.

其在设计时应满足以下基本要求:

①应有足够的强度和刚度保证在加工过程中, 夹具体在夹紧力,切削力等外力作用下,不至于产生不允许的变形和震动.

②结构应简单,具有良好工艺性. 在保证强度和刚度条件下,力求结构简单,体积小,重量轻,以便于操作.

③尺寸要稳定.对于铸造夹具体,要进行时效处理,以消除内应力.保证夹具体加工尺寸的稳定.

④便于排屑为防止加工中切削聚积在一起定位元件工作表面或其他装置中,而影响工件的正确定位和夹具的 正常工作,在设计夹具体时,要考虑切削的排除问题.

选择夹具体毛坯结构时,应以结构合理性,工艺性,经济性,标准化的可能性以及工厂的具体条件为依据综合考虑.其夹具体设计见附图6-3

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图6.3夹具体

6.4使用操作说明

夹具的操作：该夹具是用于精加工的，装配完成后，安装在镗床工作台上，。安装后要检查安装是否存在误差，如有应设法消除，以免造成加工误差。安装工件时，将工件放置底板上，后顺时针旋转摇柄，旋进V形块夹紧工件。后压板压住工件下端，旋紧螺杆螺母。镗杆通过镗套和工件已钻好的 18孔，从另一镗套出。镗刀沿镗杆加工工件。加工完成后，退出镗刀，退出镗杆。松开螺母螺杆。摇柄逆时针旋出后取出工件。

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结束语：

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，使我学到了许多有关机械加工的知识,这对于我以后的学习和实践都起到了至关重要的作用，使我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”的加工原则。气门摇杆轴支座的主要加工表面为旁端面，较重要的加工表面为上表面，次要的加工表面是体表面、下表面等。

气门摇杆轴支座机械加工路线是围绕主要加工表面来安排的，气门摇杆轴支座加工路线为工序集中。

第二方面：主要是关于夹具的设计方法及其步骤。

（1）、定位方案的设计：主要确定工件的定位基准及定位基面；工件的六点定位原则；定位元件的选用等。

（2）、导向及对刀装置的设计：由于本设计主要设计的是扩大头孔夹具和铣结合面夹具，所以主要考虑的是选用钻套的类型及排屑问题，以及对刀块的类型，从而确定钻套和对刀块的位置尺寸及公差。

（3）、夹紧装置的设计：针对连杆的加工特点及加工的批量，对连杆的夹紧装置应满足装卸工件方便、迅速的特点，所以一般都采用自动夹紧装置。

（4）、夹具体设计：连杆的结构特点是比较小，设计时应注意夹具体结构尺寸的大小。夹具体的作用是将定位及夹具装置连接成一体，并能正确安装在机床上，加工时能承受一部分切削力。所以夹具体的材料一般采用铸铁。

（5）、定位精度和定位误差的计算：对用于粗加工的夹具，都应该进行定位误差和稳定性的计算，以及设计的夹具能否满足零件加工的各项尺寸要求。

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（6）、绘制夹具装备图及夹具零件图。

课程设计是对我们学习的补充和扩展，实现自我完善和独立工作的过程，是大学学习的特色和优势，展望未来，我们机械的学子必将是社会发展的有力力量，靠的就是专著的态度，良好的学习习惯和真实的设计实力。而这一切的得来都是努力的结果，所以我要继续发扬这种精神，就像我终结的知识点一样，以后还会更多更全面更有规律性，也希望我们学校以及学院给予我们更多的这样的机会，再此也感谢指导老师辛勤的工作和热心的帮助。

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参考资料:

[1] 机械制造技术基础课程设计指导书 [J].辽宁 2011

[2] 王季琨,沈中伟,刘锡珍.机械制造工艺学[M].天津:天津大学出版社, 2004.1 [3] 哈尔滨工业大学,上海工业大学.机床夹具设计[J].上海:上海科学技术出版社,1991.3 [4] 李洪.机械加工工艺手册[M].北京:北京出版社,1996.1

[5] 贵州工学院机械制造工艺教研室.机床夹具结构图册[J].贵州:贵州人民出版社,1983.6 [6] 龚定安,蔡建国.陕西科学技术出版社,1981.7 [7] 苏翼林.材料力学[M].北京:人民教育出版社,1979

[8] 赵 俊,楮乃雄.AG材料床身的结构设计[J].制造技术与机,1996,26(03):27-29 [9] 张 平.铣床夹具优化设计的研究[D].阜新：辽宁工程技术大学硕士学位论文，2006 [10] 上海市金属切削技术协会.金属切削手册[M].上海:上海科学技术出版社,1991.10 [11] 邱仲潘.计算机英语[M].北京:科学出版社,2004.9

[12] 金属切削机床夹具设计手册 蒲祥林主编. —2版. —北京：机械工业出版社，1995 [13] 机床夹具设计手册 王光斗，王春福主编；燕山大学，沈阳工学院，长春汽车工业高等专科学校编. —3版.上海：上海科技技术出版社，2000.11

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