气门摇杆轴支座夹具设计方案

3.1零件的图纸与工艺分析

3.1.1零件的作用

10~0.16）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 20( 0。

孔装摇杆轴，轴上两端各装一进气门摇杆，摇杆座通过两个 13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。其零件图如下图：

3.1.2零件的工艺分析

由图3.1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

10~0.16）端面，下端面，左右端面，2- 13孔和 20( 0。以及3mm轴向槽的加工 20( 0。10~0.16）孔的尺寸精度以及下端面0.05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— 13孔的尺寸精度，以上下两端面的平行度0.055。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

20( 0。10~0.16）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。

3.2工艺规程定性设计

3.2.2生产类型与毛坯制造方法的确定

根据零件材料确定毛坯为铸件，已知零件的生产纲领为1000件/年，通过计算，该零件质量约为3Kg，由<<机械加工工艺手册>>表1—4、表1—3可知，其生产类型为成批生产，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。由<<机械加工工艺手册>>2—12可知该种铸造公差等级为CT10~11，MA-H级。

3.2.3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。 20( 0.10~0.16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：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。 3.2.4工艺路线的拟定

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：

上下端面：粗铣—精铣 左右端面：粗铣—精铣 端面：粗铣—精铣 2- 13孔：钻孔

3mm 轴向槽—精铣

20( 0.10~0.16）孔：钻孔—粗镗—精镗

）因左右两端面均对 20( 0.10~0.16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。根据先面后孔原则，将上端面下端面的粗铣放在前

）面，左右端面上 20( 0.10~0.16孔放后面加工。初步拟订以下两个加工路线方案

加工路线方案（一）

（二）以V形块定位的加工路线方案

上述两个遵循了工线拟订的

方案艺路一般

原则，但某些工序还有一些问题还值得进一步讨论。

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，故应当选择铣削加工。

因为在零件图纸中要求左右端面的跳动度为0.06，所以需要同时铣削左右

端面，保证两端的平行度。

工序30#应在工序25#前完成，使上端面在加工后有较多的时间进行自然时效，减少受力变形和受热变形对2—Ø13通孔加工精度的影响。综上所述选择方案二。

最后确定的工件加工工序如下：

3.3工艺规程定量设计

3.3.1机械加工余量、工艺尺寸及毛坯尺寸的确定

因工件的生产类型为成批生产，毛的铸造方法选用砂型机器造型。根据<<机械加工工艺手册>>表2.3-12确定各表面的加工余量如下表所示：

表3.1 各表面加工余量

3.3.2切削余量及基本工时的确定

（一） 机械加工余量确定

根据文献（1）可知计算底面加工余量公式如下。

e CAmax

0.20.15

A

式中 ： e ——余量值； Amax ——铸件的最大尺寸； A ——加工表面最大尺寸； C ——系数

根据<<机械加工工艺手册>>表3-12查表得出各个加工面得加工余量。 经查<<机械加工工艺手册>>表3—12可得，铣削上端面的加工余量为4，又由零件对上顶端表面的表面精度RA=12.5可知，粗铣的铣削余量为4。底面铣削余量为3，粗铣的铣削余量为2，铣余量1，精铣后公差登记为IT7～IT8。左右端面的铣削余量为3，粗铣的铣削余量为2，精铣余量1，精铣后公差登记为IT7～ＩＴ８，根据<<机械加工工艺手册>>表3—12确定余量2。工序40粗镗ø18工序。粗镗余量表3-83取粗镗为1.8，粗镗切削余量为0.2,铰孔后尺寸为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

（二）确定切削用量及基本工

工序20#：粗铣下端面

(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：X51立式铣床；刀具：立铣刀。

铣削宽度ae≤90,深度ap≤6,齿数z=12,故根据《机械制造工艺设计简明手册》

表3.1，取刀具直径d0=80。根据《切削用量手册后》表3.16，选择刀具前角γ0＝0°后角α0＝16，副后角α0’=8°，刃倾角：λs=－10°,主偏角Kr=60°,过渡刃Krε=30°,副偏角Kr’=5°。 (2)切削用量

1）确定切削深度ap

根据手册等，选择ap=1.15，两次走刀即可完成。 2）确定每齿进给量fz

由于本工序为粗加工，尺寸精度和表面质量可不考虑，从而可采用不对称端机床功率为4.5kw（据《简明手册》表4.2-35，X51立式铣床）选择： fz=83.9mm/min。

3）确定刀具寿命及磨钝标准

根据《切削手册》表3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为1.5mm；由于铣刀直d0=80，故刀具使用寿命T=180min（据《简明手册》表3.8）。

4）计算切削速度vc和每分钟进给量vf

根据《切削手册》表3.16，当d0=80，Z=12，ap≤7.5，fz≤0.18mm/z时，vt=98m/min,nt=250r/min,vft=471mm/min。各修正系数为：kMV= 1.0，kSV= 0.8。 切削速度计算公式为：

vc

cvd0qv

vkv

Tmapxvfzyvaeuvz

其中 ae 38mm，ap 4mm，Cv 245，qv 0.2，xv 0.15，yv 0.35，

kv kMv kSv 1.0 0.8 0.8，uv 0.2，pv 0，m 0.32，T 180min，

fz 0.18mm/z，Z 12

将以上数据代入公式：

vc

245 125 0.2

0.80.32

180 4 0.15 0.08 0.35 72 0.2 12

1000vc

150r/min。 dw

142m/min

确定机床主轴转速： ns

根据《简明手册》表4.2-36，选择nc 300r/min,,因此，vfc 390mm/min实际进给量和每分钟进给量为：

vc

d0n3.14 125 300

1000

=

1000

m/min 118m/min

f zc v fc/ncz 390/300 12 mm/s 0.1mm/s

5)校验机床功率

根据《切削手册》表3.24，近似为Pcc 3.3kw,根据机床使用说明书，主轴允许功率Pcm 4.5 0.75kw 3.375kw Pcc。

故校验合格。最终确定:

ap 4.0，nc 300r/min，vf 390mm/s，vc 118m/min，fz 0.1mm/z

6)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#

粗铣左右端面：同时粗铣左右端面，圆盘铣刀一次加工完成不准调头 计算切削用量： ap=2

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：

vt 10.91m/s ，nt 1.35r/s， vft 1.70m/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 取

nt 0.7 9427r./5nst 0.7 9427r.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 d=7r/s=545r/min

切削工时： Tj 0.1min 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 dw9.08 3.14 11

1000

=

1000 0.31m/s /5s

切削工时带入公式：Tj

l l1 l2

0.36min

f nw

工序40# 精铣下端面与工序5#相同。 工序45# 精铣上端面与工序10#相同. 工序50# 精铣左右端面与工序15#相同 工序55#

钻通孔Ø18，工序步骤与工序20#相同，代入数据得出结果:

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

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

工序60#

镗孔到Ø20

因精镗与粗镗的定位的下底面与V型块，精镗后工序尺寸为20.02±0.08，与

V =0.94mm/s 下底面的位置精度为0.05,与左右端面的位置精度为0.06, 且定位夹、

紧时基准重合，故不需保证。0.06跳动公差由机床保证。

粗镗孔时因余量为1.9,故ap 1.9, 查《机械制造工艺设计手册》2-8

V 0.4m/s 24m/min 取进给量为 f 002mm/r

n

1000 v

380r/min d

故实际切削速度为： v

dwnw

1000

15m/min

此时作台每分钟进给量

fm应为：

fm fzZnw 56.25mm/min

计算切削基本工时：tm 铣槽：

加工条件：机床：x6132卧式铣.床.

刀具：直齿三面刃铣刀其中 d 80,z 18

l y

1.45min工序65# fm

计算切削用量：

ap 10

由《机械加工工艺手册》表15-53，表15-55可知：af 136 /min v 132.6m/min 确定主轴转速： n=

1000v

=375r/min 切削工时：tm 0.75min

d0

3.4.1摇杆轴支座机械加工工艺过程卡

4.3定

位元件与夹紧装置的设计

4.3.1 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V型块两定位面的对称中心平面内，对中性好，能使工件的定位基准轴线在V形块两斜面的对称平面上，而不受定位基准直径误差的影响，其次V形块定位安装方便。本设计中采用两个Ｖ形块（图4.1）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。

1-v形块 2-支座4.2.2

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4.2所示

1-螺杆 2 圆销柱 3-大头螺栓

4.4镗模与夹具体的设计

(1)镗模的设计 ①镗套

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4.3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。

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