气门摇臂轴支座机械加工工艺规程制订及Ⅵ工序专用夹具的设计

武 汉 科 技 学 院

机 械 制 造 工 艺 学

课程设计说明书

题目：气门摇臂轴支座机械加工工艺规程制订及Ⅵ工序专用夹具的设计

设 计 人： 指导老师： 小组成员：

学 号： 0402051271 班 级： 机设046

目 录

1、序言 …………………………………………………………2 2、零件的分析……………………………………………………2

2.1 零件的工艺分析

3、工艺规程的设计………………………………………………3

3.1 确定毛坯的制造形式 3.2 基准的选择 3.3 制定工艺路线

3.4 机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定 3.5 确定切削用量及基本工时

4、专用夹具设计……………………………………………. ……8

4.1 机床夹具介绍 4.2 夹具的设计 4.2.1 定位基准的选择 4.2.2 切削力及夹紧力的计算 4.2.3 定位误差分析

5、课程设计小结…………………………………………………10

6、参考文献………………………………………………………10

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1、 序言

本次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进行的。这是我们在进行毕业设计之前对所学各科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。因此，它在我们四年的大学学习中占有重要的地位。另外在做完这次毕业设计之后，我们得到了一次在毕业工作前的综合性训练，我在想我能在下面几方面得到锻炼： （1）运用机械制造工艺学课程中的基本理论以及在生产实习中学到的实践知识，正确地解决一个零件在加工中的定位、夹紧以及工艺路线安排，工艺尺寸确定等问题，保证零件的加工质量。

（2）提高结构设计能力。通过设计夹具的训练，获得根据被加工零件的加工要求，设计出高效，省力，经济合理而能保证加工质量的夹具的能力。

（3）学会使用手册以及图表资料。掌握与本设计有关的各种资料的名称，出处，能够做到熟练的运用。

就我个人而言，我希望通过这次毕业设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己发现问题、分析问题和解决问题的能力。

2.零件的分析

2.1 零件的工艺分析

（1）零件材料：HT200。切削加工性良好，只是脆性材料，产生崩碎切屑加工中有冲击。选择刀具参数时可适当减小前角以强化刀刃即可；刀具材料选择范围较大，高速钢及YG硬质合金均可胜任。

（2）组成表面分析：Φ11圆孔及其上下端面，Φ16内孔及其两端面，Φ18内孔及其两端面，Φ3斜孔，倒角，各外圆表面，各外轮廓表面。

（3）主要表面分析：Φ16、Φ18孔用于支承零件，为工作面，孔表面粗糙度要求Ra1.6μm，Φ11孔底面为安装（支承）面，亦是该零件的主要基准。

（4）主要技术要求：Φ16内孔轴心与底面A的平行度保持在0.05mm以内；Φ18内孔轴心与底面A的平行度保持在0.05mm以内；Φ18内孔两端面与顶面B的跳动保持在0.1mm以内。

3．工艺规程的设计

3.1 确定毛坯的制造形式

零件材料为HT200，根据零件材料、形状、尺寸、批量大小等因素，选择砂型铸件。

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3.2 基准的选择

基面的选择是工艺规程设计中的重要工作之一。基面的选择的正确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则，加工工艺过程中会问题百出，甚至还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。 （1）粗基准的选择

底面A是零件的主要设计基准，也比较适合作零件上众多表面加工的定位基准。 （2）精基准的选择

根据基准重合和互为基准原则，选用设计基准作为精基准,当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算。

3.3 制定工艺路线

制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等级等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已确定为大批生产的情况下，可以考虑采用万能性机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。 工艺路线方案： 工序Ⅰ：准备毛坯 工序Ⅱ：进行热处理

工序Ⅲ：铣上表面保证尺寸高度为41.5mm，粗糙度为12.5μm 工序Ⅳ：铣下表面保证尺寸高度为39mm，粗糙度为6.3μm 工序Ⅴ：钻φ11mm孔

工序Ⅵ：粗精加工Ф16mm孔及其前后端面，倒孔，表面粗糙度为12.5μm

粗精加工Ф18mm孔及其前后端面，倒孔，表面粗糙度为3.2μm

工序Ⅶ：钻φ3mm的孔，内表面粗糙度为12.5μm 工序Ⅷ：锐边去毛刺 工序X：检查

以上工艺过程祥见“机械加工工艺卡片”。

3.4机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定

零件材料为HT200，硬度187～220HBS，砂型铸件。根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：

1、铣上表面保证尺寸高度为41.5mm，粗糙度为12.5μm的加工余量

参照《机械加工工艺手册》（以下简称《工艺手册》），确定工序尺寸为 Z=3.5 mm，加工

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余量为：

铣：41.5 mm Z=3.5mm

2、铣下表面保证尺寸高度为39mm，粗糙度为6.3μm的加工余量，参照《工艺手册》，确定工序尺寸为 Z=2.5 mm，加工余量分别为： 铣：39mm Z=2.5mm

3、Ф11mm孔, 参照《工艺孔的加工余量分配手册》，确定加工余量分别为： 钻孔：Ф11mm 2Z=11mm

4、Ф3mm孔，参照《工艺孔的加工余量分配手册》，确定加工余量分别为： 钻孔：Ф3mm 2Z=3mm

5、粗精加工Ф16mm孔及其前后端面， 粗精加工Ф18mm孔及其前后端面，参照《工艺手册》，加工余量分别为： 1）Ф16mm孔 钻孔：Ф14mm

镗孔：Ф15.9mm 2Z=1.9mm 铰孔：Ф16mm 2Z=0.1mm 2) Ф14mm孔

钻孔：Ф16mm

镗孔：Ф17.9mm 2Z=1.9mm 铰孔：Ф18mm 2Z=0.1mm 3) Ф16mm孔前后端面

铣后端面：18.5 mm Z=2.5 mm 铣前端面：16 mm Z=2.5 mm 4）Ф18mm孔前后端面

铣后端面：39 mm Z=3.0 mm

铣前端面：37 mm Z=2.0 mm

由于本设计规定的零件为大批生产，应该采用调整法加工，因此在计算最大、最小加工余量时，应按调整法加工方式予以确定。

3.5 确定切削用量及基本工时

工序Ⅲ：粗铣上表面保证尺寸高度为41.5mm，粗糙度为12.5μm。

根据《切削手册》 fz0.20 mm/z

切削速度：根据相关手册 取v19.2 m/min 刀具选用高速钢面铣刀 dw80mm z10

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ns1000v100019.276.4 （r/min） dw80 现采用X51立式铣床，根据机床说明书，取n

w=95r/min。

4.

专用夹具的设计

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。

经过与指导老师协商，决定设计第Ⅵ道工序——粗精加工Ф16mm孔及其前后端面与 Ф18mm孔及其前后端面。

4.1机床夹具的介绍

夹具最早出现在1787年，至今经历了三个发展阶段。第一阶段表现为夹具与人的结合。在工业发展初期。机械制造的精度较低，机械产品工件的制造质量主要依赖劳动者个人的经验和手艺，而夹具仅仅作为加工工艺过程中的一种辅助工具；第二阶段是随着机床、汽车、飞机等制造业的发展，夹具的门类才逐步发展齐全。夹具的定位、夹紧、导向（或对刀）元件的结构也日趋完善，逐渐发展成为系统的主要工艺装备之一；第三阶段，即近代由于世界科学技术的

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进步及社会生产力的迅速提高，夹具在系统中占据相当重要的地位。这一阶段的主要特征表现为夹具与机床的紧密结合。

现代生产要求企业制造的产品品种经常更新换代，以适应市场激烈竞争，尽管国际生产研究协会的统计表明中不批，多品种生产的工件已占工件种类数的85%左右。然而目前，一般企业习惯与采用传统的专用夹具，在一个具有只能感等生产的能力工厂中约拥有13000~15000套专用夹具。另一方面，在多品种生产的企业中，约隔4年就要更新80%左右的专用夹具，而夹具的实际磨损量只有15%左右，特别最近年来柔性制造系统（FMS）、数控机床（NC），加工中心（MC）和成组加工（GT）等新技术被应用和推广，使中小批生产的生产率逐步趋近于大批量生产的水平。

综上所述，现代生产对夹具提出了如下新的要求：

（1）能迅速方便地装备新产品的投产以缩短生产准备周期； （2）能装夹一组相似性特征的工件； （3）适用于精密加工的高精度的机床； （4）适用于各种现代化制造技术的新型技术；

（5）采用液压汞站等为动力源的高效夹紧装置，进一步提高劳动生产率。

4.2 夹具的设计

本夹具用在铣Ø16mm孔前后端面工序时，该孔表面粗糙度为12.5μm。 4.2.1 定位基准的选择

由零件图可知，以底平面和Ф11孔为定位基准，夹具以心轴，支承板，挡销定位，零件的六个自由度都被了，实现了完全定位。同时为了缩短本工序的辅助时间，我们采用螺旋夹紧装置。（如附图夹具组装图所示） 4.2.2 切削力及夹紧力计算

刀具：端铣刀 d=80mm z=10

由《机械制造工程原理》表2—2可查得 CF =930N xF=1 yF=0.84

xF轴向力：FCFapfyF9305110.844650 （N）

在计算切削力时必须把安全系数考虑在内，安全系数KK1K2K3

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1.2。

所以

切削力:FFtK46501.51.11.29207 （N）

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夹紧力：在此夹具中，只是为了防止工件在加工过程中的振动和转动，因此 很小。

4.2.3 定位误差分析

定位误差包括定位基准与设计基准不重合误差和定位基准位移误差。基准位移误差又可分为是由于工件定位表面不准确所引起的和由于夹具定位元件不准确所引起的两部分。因为我们的定位元件是以下端面和Ф11mm孔为基准，所以定位基准与设计基准重合，所以不存在基准不重合误差。

夹具设计及操作的简要说明：

如前所述，在设计夹具时，应该注意提高劳动生产率，为此，应首先着眼于采用何种夹紧装置以减少更换工件的辅助时间。本夹具设计采用螺旋夹紧装置，只要松开螺母即可取下工件，可以提高劳动生产率，而且本夹具总体结构设计比较简单、紧凑。

5.课程设计小结

6.参考文献

1.《机械制造工程原理》 清华大学出版社 冯之敬 主编 2.《机械加工工艺手册》 北京出版社 李洪 主编 3.《机床夹具设计手册》第二版 上海科学技术出版社 4．《切削手册》 机械工业出版社 艾兴 肖诗纲 编

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