機(jī)械零件加工制造工藝設(shè)計(doc 14頁).doc

1、機(jī)械制造工藝學(xué)課程設(shè)計實例機(jī)械制造工藝學(xué)課程設(shè)計說明書設(shè)計題目 設(shè)計“配氣機(jī)構(gòu)搖臂軸”零件的機(jī)械加工 工藝規(guī)程及工藝裝備設(shè) 計 者 劉梅芳 指導(dǎo)教師 楊振祥 學(xué) 號 1102070513 中南大學(xué)機(jī)車車輛教研室2011年 1 月 11 日內(nèi)容： 1. 零件圖 1張2. 毛坯圖 1張3. 課程設(shè)計任務(wù)書 1份4. 機(jī)械加工工藝工程卡片 1張5. 機(jī)械加工工序卡 8張6. 夾具裝配圖 1張7.課程設(shè)計說明書 1份序言 機(jī)械制造工藝學(xué)課程設(shè)計是在我們學(xué)完了大學(xué)的全部基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)課以及大部分專業(yè)課之后進(jìn)行的。這是我們在進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計之前對所學(xué)各課程的一次深入的綜合性的總復(fù)習(xí)，也是一次理論聯(lián)系實際的訓(xùn)

2、練，因此，它在我們四年的大學(xué)生活中占有重要的地位。 就個人而言，我希望能通過這次課程設(shè)計對自己未來將從事的工作進(jìn)行一次適應(yīng)性的訓(xùn)練，希望在設(shè)計中能鍛煉自己分析問題、解決問題的能力，為自己今后參加祖國的“四化”建設(shè)打下一個良好的基礎(chǔ)。由于能力所限，設(shè)計尚有許多不足之處，希望各位老師給予指教。一、零件的分析（一）零件的作用及技術(shù)要求 1、零件的作用配氣機(jī)構(gòu)是進(jìn)、排氣管道的控制機(jī)構(gòu)，它按照發(fā)動機(jī)的作功次序和每一缸的工作循環(huán)的要求，適時地開閉進(jìn)、排氣門、向氣缸供給可燃混合氣（汽油機(jī)）或新鮮空氣（柴油機(jī)）并及時排出廢氣。一般由凸輪軸、氣門推桿、挺柱、氣門搖臂、搖臂控制軸、氣門導(dǎo)管以及氣門等部件構(gòu)成。 搖

3、臂軸是一空心圓軸，用數(shù)個支座安裝在氣缸蓋上，搖臂套裝在搖臂軸上，并能在軸上作圓弧擺動。軸內(nèi)孔與主油道相通，供給配氣機(jī)構(gòu)潤滑油 2。主要技術(shù)要求 零件圖上主要的技術(shù)要求為： 1)搖臂軸調(diào)質(zhì)硬度為HB255-302；B表面淬火硬度HRC55-60，硬化深度1-1.5mm； 2）探傷檢查。（二）零件的工藝性分析 配氣機(jī)構(gòu)搖臂軸這個零件從附圖1上可以看出，它一共有以下7組加工表面，分述如下：1、 50h8軸：軸徑mm，表面粗糙度為Ra6.3m，端倒角2mm45。2、 搖臂軸總長：保證尺寸mm，表面粗糙度為Ra0.8m。3、 端側(cè)面表面粗糙度為Ra6.3m。4、 27圓槽：槽徑27，到端側(cè)面保證尺寸17

4、0.1mm，銑刀加工，槽深至搖臂軸外徑表面保證尺寸17mm，兩個，槽間距保證尺寸2160.1mm，表面粗糙度為Ra6.3m，。5、 兩個5孔 ：孔徑5，兩端倒角1.5mm45，兩孔距950.2mm，孔中心軸距離端側(cè)面保證尺寸77.50.2mm，表面粗糙度為Ra12.5m。6、 8.5孔：孔徑8.5，兩端倒角1mm45表面粗糙度為Ra12.5m。7、 90銷釘孔：孔深5mm，孔中心軸距離端側(cè)面保證尺寸47.50.1mm，表面粗糙度為Ra12.5m。二、工藝規(guī)程設(shè)計（一）確定毛坯的制造形式配氣機(jī)構(gòu)搖臂軸在整個設(shè)備中的作用非常重要，需要選用可靠性高的材料。42CrMo鋼強度、淬透性高，韌性好，淬火時

5、變形小，高溫時有高的蠕變強度和持久強度。零件材料選用42CrMo鋼。零件材料為42CrMo，考慮到搖臂軸在應(yīng)用過程中經(jīng)常承受交變和沖擊性載荷，因此選用鍛件，以便使金屬纖維盡量不被切斷，保證零件工作可靠。由于零件采用單件大批量生產(chǎn)，而且零件的輪廓尺寸不大，可以采用鍛造件，可以采用熱軋圓鋼，可以直接從鋼材市場上購得。這從提高生產(chǎn)率，保證加工精度上考慮也是應(yīng)該的。（二）基面的選擇基面選擇是工藝規(guī)程設(shè)計中的重要工作之一，基面選擇的正確與合理，可以是加工質(zhì)量得到保證，生產(chǎn)率得以提高。否則不但使加工工藝過程中的問題百出，更有甚者，還會造成零件的大批報廢，使生產(chǎn)無法進(jìn)行。由于零件圖所示的搖臂軸上多數(shù)尺寸及形

6、位公差以50h8外圓面及其端面為設(shè)計基準(zhǔn)，因此必須首先將工件外圓面及其端面加工好，為后續(xù)工序準(zhǔn)備基準(zhǔn)。根據(jù)粗、精基準(zhǔn)選擇的原則，確定各加工表面的基準(zhǔn)如下：1） 8.5孔：搖臂軸外圓面。2） 右端面：搖臂軸左端面。3） 兩個半圓槽：搖臂軸左端面。4） 兩個5孔：搖臂軸的左端面及左邊孔的中心線。5） 銷釘孔：搖臂軸的左端面及外圓面。（三）制訂工藝路線制訂工藝路線的出發(fā)點，應(yīng)當(dāng)是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求能得到合理的保證。在生產(chǎn)綱領(lǐng)已確定為成批生產(chǎn)的條件下，可以考慮使用先進(jìn)設(shè)備配以專用夾具，并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。除此之外，還應(yīng)當(dāng)考慮經(jīng)濟(jì)效果，以便使生產(chǎn)成本盡量降低。1、工

7、藝路線方案一： 工序號工序內(nèi)容 12345678910111213鍛造熱處理：正火處理熱處理：調(diào)質(zhì)HB255-302粗車：50h8外圓半精車：50h8外圓并倒角2x45精車：50h8圓柱面粗車：50h8端面半精車：50h8端面鉆孔：8.5mm，并倒角1x45鉆孔：5mm，并倒角1.5x45,鉆銷釘孔熱處理：淬火銑：27半圓槽探傷檢查2.工藝路線方案二： 工序號工序內(nèi)容12345678910111213鍛造熱處理：正火處理熱處理：調(diào)質(zhì)HB255-302粗車：50h8端面半精車：50h8端面粗車：50h8外圓半精車：50h8外圓并倒角2x45鉆孔：8.5mm，并倒角1x45鉆孔：5mm，并倒角1.

8、5x45,鉆銷釘孔熱處理：淬火磨削：50h8圓柱面銑：27半圓槽探傷檢查3、工藝方案比較與分析：上述兩個工藝方案的特點在于：方案一是先加工50h8的外圓，然后再以此為基礎(chǔ)，加工50h8端面，再經(jīng)過鉆孔、淬火等處理后，在以50h8的外圓為垂直方向的定位基準(zhǔn)銑27半圓槽，這樣不僅無法保證50h8外圓的高精度，同時也使27半圓槽的位置精度不夠。方案二則是先加工50h8端面，然后以此為基面加工50h8的外圓以及鉆孔，而經(jīng)過鉆孔和淬火等處理后，再次磨削加工50h8的外圓。兩相比較，可以看出，先加工加工50h8的外圓，再加工50h8端面，不僅能保證50h8的外圓的精度，也能基本符合“基準(zhǔn)重合”的原則。因此

9、方案二比較合理，但經(jīng)過仔細(xì)考慮后還是有問題。為了減少裝夾次數(shù)，需要調(diào)整鉆孔的順序，而且熱處理可以綜合成一步，不重要的半精加工面應(yīng)該在精加工之前。根據(jù)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則，最后的加工路線確定如下：序號工序內(nèi)容1234567891011鍛造熱處理：正火處理粗車：50h8端面半精車：50h8端面粗車：50h8外圓半精車：50h8外圓并倒角2x45銑：27半圓槽鉆孔：5mm，并倒角1.5x45,鉆銷釘孔鉆孔：8.5mm，并倒角1x45磨削：50h8外圓探傷檢查（四）機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯確定1、根據(jù)上述原始資料及加工工藝，分別確定各加工表面的加工余量、工序尺寸及

10、毛坯尺寸如下：工序工序內(nèi)容工序余量工序尺寸及公差表面粗糙度m0鍛造412.55熱處理10粗車：50h8端面1.012.515半精車：50h8端面0.76.320粗車：50h8外圓2.012.525半精車：50h8外圓并倒角2x451.0 6.330銑：27半圓槽 6.3351)鉆孔:5mm，并倒角1.5x45 12.52)鉆銷釘孔 12.540鉆孔：8.5mm并倒角1x45 12.545磨削：50h8外圓0.4 0.850探傷檢查2、毛坯選擇1）毛坯形狀、尺寸及公差根據(jù)上述資料所得尺寸可得出毛坯尺寸，毛坯的形狀及尺寸如附圖2所示。2）確定毛坯技術(shù)要求A、鍛件無明顯鍛造缺陷；B、機(jī)加工前調(diào)質(zhì)，消

11、除內(nèi)應(yīng)力。3）繪毛坯圖根據(jù)附圖1所示的零件結(jié)構(gòu)形狀，在各加工表面加上加工余量，繪制毛坯圖如附圖2所示。(五）選擇機(jī)床設(shè)備及工藝裝備 根據(jù)一般工廠現(xiàn)有的生產(chǎn)條件，為了滿足生產(chǎn)需要，先選用各工序所用的設(shè)備為： 工序 粗車、半精車50h8端面，選用CA6140車床，刀具選用硬質(zhì)合金端面車刀，專用夾具，0200/0.02mm游標(biāo)卡尺； 工序 粗車、半精車50h8外圓并倒角2x45，選用CA6140車床，刀具選用高速鋼外圓車刀，專用夾具，0200/0.02mm游標(biāo)卡尺；工序 銑27半圓槽，選用x62w臥式銑床，選用錐柄鍵槽銑刀，專用夾具，0200/0.02mm游標(biāo)卡尺；工序鉆孔5mm，并倒角1.5x45

12、,鉆銷釘孔，選用ZK2103C數(shù)控深孔鉆床、5標(biāo)準(zhǔn)錐柄麻花鉆專用夾具、0200/0.02mm游標(biāo)卡尺；工序鉆孔8.5mm，并倒角1x45選用ZK2103C數(shù)控深孔鉆床、8.5錐柄加長麻花鉆專用夾具、0200/0.02mm游標(biāo)卡尺； 工序磨削50h8外圓，選用M120W外圓磨床、專用夾具、 WA砂輪、0200/0.02mm游標(biāo)卡尺； （六）確定切削用量及基本工時 1、工序 粗車、半精車端面 h8為過渡配合精銑，粗糙度Ra=6.3，42CrMo為合金調(diào)質(zhì)鋼 （1）粗車（工序余量：t=1mm） 圓柱表面外圓車削機(jī)動工時計算公式為：T0=， 其中f進(jìn)給量(mm/r), N工件每秒轉(zhuǎn)速（r/s） i進(jìn)給

13、次數(shù)。 切削速度V=， 其中D工件外徑。 進(jìn)給量f=0.65mm/r 吃刀量ap=3-5mm 刀具耐用度95min 由機(jī)械加工工藝手冊查詢可選擇粗車t=1.0mm，半精車t=0.7mm，則其毛坯尺寸：L=250+2（1+0.7）=253.4mm fz=0.08mm，v=24m/min，則： 取=102r/min,則 V=24.021m/min 40.8mm/min 機(jī)動工時為： （2）半精車（加工余量：t=0.7mm ） 查機(jī)械加工工藝手冊選擇高速鋼車刀，D=70mm，z=8。 V=24.178m/min mm/min 機(jī)動工時為0.58min2、工序粗車、半精車50h8外圓并倒角2x45 （

14、1）粗車加工軸外圓t=2mm 由于余量為2mm，因此分一次切削，吃刀深度為=2mm，查機(jī)械加工工藝手冊，進(jìn)給量f=0.4mm/r ，切削加工中參數(shù)：Cv=291 ; m=0.2 ; xv=0.15 ; yv=0.2 =145.16m/min(2.42m/s) 確定機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速： （898r/min) 按機(jī)床取=900r/min=15r/s，實際切削速度為 V= =145.54mm/min 車外圓時=98s（1.6min) (2)半精車加工軸外圓 t=1mm 由于加工余量為1mm，因此分二次切削，吃刀深度為=0.5mm，查機(jī)械加工工藝手冊，進(jìn)給量f=0.3mm/r ，切削加工中參數(shù)：Cv=291

15、 ; m=0.1 ; xv=0.18 ; yv=0.4 =173.39m/min(2.89m/s) 確定機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速： （1097r/min) 按機(jī)床取=1200r/min=20r/s，實際切削速度為 V= =190.28mm/min 車外圓時=60s=1.0min （3）倒角2x45 為縮短輔助時間，取倒角的主軸轉(zhuǎn)速與車床鉆孔相同，手動進(jìn)給。3、工序 銑27半圓槽,加工余量t=17mm查機(jī)械加工工藝手冊選擇錐柄鍵槽銑刀銑半圓槽，D=125mm,z=10,fz=0.09mm/齒，則： 1）每轉(zhuǎn)進(jìn)給量f為： f=fzz=0.0910=0.9mm/r 2）每分鐘進(jìn)給量Vf為： Vf=fzzn=0.

16、9300=270 3）每齒進(jìn)給量fz為： =0.09mm/齒 4）取轉(zhuǎn)速nw=300r/min，則切削速度Vc為： =117.81mm/min Vf銑刀每分鐘進(jìn)給量 Z銑刀齒數(shù) N銑刀轉(zhuǎn)速 5）機(jī)動加工時間： 單位時間切削量：=4.05mm/s 銑削一個U型槽的時間是：=4.2s 機(jī)動加工時間為：T=+0.5=1.64min4、工序 鉆孔5mm，并倒角1.5x45,鉆銷釘孔 （1）鉆5mm孔 確定進(jìn)給量：選取f=0.10mm/r；修正系數(shù)0.7故f=0.075mm/r 切削速度：v=0.25m/s 按機(jī)床選取 所以實際切削速度 即v=0.25mm/s=15mm/min 切削工時：=6mm，=4

17、mm，=3mm （2）倒角1.5x45 為縮短輔助時間，取倒角的主軸轉(zhuǎn)速與車床鉆孔相同，手動進(jìn)給。5、工序 鉆8.5mm的中心孔,并倒角1x45 查機(jī)械加工工藝手冊，選擇8.5型錐柄超長麻花鉆，=8.5mm, 轉(zhuǎn)速選擇n=375r/min 1）切削速度Vc=10.01mm/min 2）進(jìn)給量:經(jīng)查表選擇f=0.66mm/r，則單位時間進(jìn)給速度=nf=375mm/ min 3）鉆孔深度=250mm 4）材料切除率=0.25/ 5）鉆孔時間：=(250+2.55)/247.5=1.02min 6）倒角1x45 為縮短輔助時間，取倒角的主軸轉(zhuǎn)速與車床鉆孔相同， n=375r/min，手動進(jìn)給。 6、

18、工序 磨削：50h8外圓 （1）選擇砂輪 P30040127WA60QV6 （2）切削用量的選擇 查表可得： 砂輪進(jìn)給量：f=0.005mm/r. 磨削速度：v=30m/s 砂輪主軸轉(zhuǎn)速：n=2200r/min. 工件回轉(zhuǎn)速度：v=0.3m/s 。 工件的轉(zhuǎn)數(shù)：n=1.29r/s=77.4r/min。 軸向進(jìn)給量：=0.5B=20mm。 徑向進(jìn)給量：=0.0157mm/行程 磨輪橫進(jìn)給按工作臺一次往復(fù)行程進(jìn)給時，機(jī)動時間公式為： L加工面長度，250mm； 加工余量，0.4mm； K系數(shù)，1.1； n工件每分鐘轉(zhuǎn)速r/min； 雙行程磨削深度進(jìn)給量mm/雙行程，0.0314mm/雙行程； =4

19、.53min(271s) 3、 夾具設(shè)計 為了提高勞動生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動強度，需要設(shè)計專用夾具。通過查找一番資料后，我決定設(shè)計撥叉831008中的一道工序鉆擴(kuò)兩孔30的鉆床夾具。本夾具將用于Z3025搖臂鉆床。 (一) 問題的提出 在給定的零件中，對本步加工的定位并未提出具體的要求，是自由公差，定位要 求較低。因此，本步的重點應(yīng)在卡緊的方便與快速性上。 (二) 夾具設(shè)計 為了加工出符合規(guī)定技術(shù)要求的表面，必須在加工前將工件裝夾在機(jī)床上或夾具中。工件的裝夾包括定位和夾緊兩個過程。工件在夾具中定位的任務(wù)是：使同一工序中的所有工件都能在夾具中占據(jù)正確的位置。一批工件在夾具上定位時，各個工

20、件在夾具中占據(jù)的位置不可能完全一致，但各個工件的位置變動量必須控制在加工要求所允許的范圍之內(nèi)。將工件定位后的位置固定下來，稱為夾緊。工件夾緊的任務(wù)是：使工件在切削力、離心力、慣性力和重力的作用下不離開已經(jīng)占據(jù)的正確位置，以保證機(jī)械加工的正常進(jìn)行。 1、定位基準(zhǔn)的選擇 出于定位簡單和快速的考慮，選擇20孔為基準(zhǔn)，即以一面上一長銷（自由度限制數(shù)：5）配合以一擋銷（自由度限制數(shù)：1）使工件完全定位。再使用快速螺旋卡緊機(jī)構(gòu)進(jìn)行卡緊。 2、夾緊力大小計算 在本工序中，鉆削力與夾緊力方向垂直，在鉆削力的作用下，有可能產(chǎn)生工件平移 和轉(zhuǎn)動兩種可能。為此，應(yīng)按這兩種情況分別計算所需的夾緊力，然后將計算結(jié)果與實

21、際夾緊力相比較，從而確定夾具的可行性。 1）計算鉆削力和鉆削扭矩本步加工可按鉆削估算卡緊力。實際效果可以保證可靠的卡緊。軸向力: 扭矩： 由于扭矩很小，計算時可忽略。 已知卡緊力為 則：F=5.04N 且實際卡緊力F=S1*S2*S3*S4*F，查找相關(guān)手冊可取系數(shù) S1=1.5 S2=S3=S4=1.1 則實際卡緊力為 F=S1*S2*S3*S4*F =10.06N 使用快速螺旋定位機(jī)構(gòu)快速人工卡緊，調(diào)節(jié)卡緊力調(diào)節(jié)裝置，即可指定可靠 的卡緊力。3、 定位誤差分析本工序采用一定位銷，一擋銷定位，工件始終靠近定位銷的一面，而擋銷的偏角會使工件自重帶來一定的平行于卡具體底版的水平力，因此，工件不在

22、定位銷正上方，進(jìn)而使加工位置有一定轉(zhuǎn)角誤差。但是，由于加工是自由公差，故應(yīng)當(dāng)能滿足定位要求。 4、 夾具設(shè)計及操作的簡要說明根據(jù)加工工序的尺寸，形狀和位置精度要求，工件定位時需限制四個方向的自由度：沿X，Y方向的水平運動以及軸向轉(zhuǎn)動。 采用固定V形塊限制X方向的移動，Y方向的移動和轉(zhuǎn)動。同時用定位銷插入 50mm的孔，用來限制X，Y方向的移動和裝懂，共有四個自由度。由于固定式鉆模板雖然有事裝卸工件不便，但它結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、定位精度高，所以根據(jù)工件和夾具體的結(jié)構(gòu)，選用固定式鉆模板。同時為了確定鉆頭的位置，鉆模上設(shè)置有鉆套和襯套，并且根據(jù)實際情況選用無肩固定式鉆套。根據(jù)零件的定位方案，采用鎖緊