畢業(yè)設計論文氣門搖桿軸支座夾具設計

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1、畢業(yè)設計 河南機電高等?？茖W校 畢業(yè)設計說明書 氣門搖桿軸支座夾具設計 系 部： 機電工程系 專 業(yè)： 數(shù)控技術 班 級： 數(shù)控083 學生姓名： 牛 學 號： 08 指導教師： 劉 2010年 05月10日 目錄 1 零件的分析……………………………………………… 3 1.1零件的作用……………………………………… 3

2、 1.2零件的工藝分析………………………………… 3 2 確定毛坯，畫毛坯——零件合圖……………… 5 3 工藝規(guī)程設計…………………………………… 7 3.1定位基準的選擇…………………………………… 7 3.2制定加工工藝路線…………………………………… 7 3.3選擇加工設備及刀、夾、量具………………………… 9 3.4加工工序設計……………………………………… 10 3.5校驗機床功率……………………………………… 12 4 夾

3、具設計…………………………………………… 16 4.1確定設計方案…………………………………… 16 4.2計算夾緊力并確定螺桿直徑………………………… 17 4.3.定位精度分析 ……………………………… 17 4.4定位元件與夾緊裝置的設計………………………… 18 致謝…………………………………………………… 22 參考文獻……………………………………………… 23 一、零件的分析 1.1 零件的作用 氣門搖桿軸支座是柴油機一個主要零件。是柴油機搖桿座的結合部，20

4、（+0.10—+0.16）孔裝搖桿軸，軸上兩端各裝一進氣門搖桿，搖桿座通過兩個13mm孔用M12螺桿與汽缸蓋相連，3mm軸向槽用于鎖緊搖桿軸，使之不轉動。其零件圖如下圖： 1.2零件的工藝分析 由附圖1得知，其材料為HT200。該材料具有較高的強度，耐磨性，耐熱性及減振性，適用于承受較大應力，要求耐磨的零件。 該零件上主要加工面為上端面，下端面，左右端面，2-13mm孔和20（+0.1——+0.06）mm以及3mm軸向槽的加工。 20（+0.1——+0.06）mm孔的尺寸精度以及下端面0.05mm的平面度與左右兩端面孔的尺寸精度，直接影響到進氣孔與排氣門的傳

5、動精度及密封，2——13mm孔的尺寸精度，以上下兩端面的平行度0.055mm。因此，需要先以下端面為粗基準加工上端面，再以上端面為粗基準加工下端面，再把下端面作為精基準，最后加工20（+0.1——+0.06）mm孔時以下端面為定位基準，以保證孔軸相對下端面的位置精度。 由參考文獻（1）中有關孔的加工的經(jīng)濟精度機床能達到的位置精度可知上述要求可以達到的零件的結構的工藝性也是可行的。 二、確定毛坯，畫毛坯—零件合圖（附圖2） 根據(jù)零件材料確定毛坯為鑄件，通過計算，該零件質(zhì)量約為3Kg，其生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn)，毛

6、坯的鑄造方法選用砂型機器造型造型。此外，為消除殘余應力，鑄造后安排人工時效處理。 參考文獻（1）表2.3—12；該種鑄造公差等級為CT10~11級，加工余量等級MA為H級。故取CT為10級，MA為H級。 參考文獻（1）表2.3-12，用查表方法確定各表面的加工余量如下表所示： 表1 各加工表面總余量 加工表面 基本尺寸 加工余量等級 加工余量數(shù)值 說明 上端面 40mm H 4mm 單側加工 下端面 50mm H 3mm 單側加工 左端面 35mm H 3mm 單側加工 右端面 35mm H 3mm 單側加工 參考文獻（1）

7、表2.3-12，鑄件主要尺寸的公差，如表2 表2 主要毛坯尺寸及公差 主要面尺寸 零件尺寸 總余量 毛坯尺寸 尺寸公差 下端面 50mm — 50mm 4 下端面距上端面尺寸 78mm 3+4 85mm 2.8 下端面距20的中心孔尺寸 60mm 3 63mm 2.8 三、工藝規(guī)程設計 3.1定位基準的選擇： 精基準的選擇：氣門搖桿軸支座的下端面既是裝配基準又是設計基準，用它作為精基準，能使加工遵循基準重合的原則，實現(xiàn)V形塊定位方式（V形塊采用聯(lián)動夾

8、緊機構夾緊）。20（+0.1——+0.06）mm孔及左右兩端面都采用底面做基準，這使得工藝路線又遵循“基準統(tǒng)一”的原則，下端面的面積比較大，定位比較穩(wěn)定，夾緊方案也比較簡單，可靠，操作方便。 粗基準的選擇：考慮到以下幾點要求，選擇零件的重要面上端面作粗基準。 在保證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盡量均勻，此外，還要保證定位夾緊的可靠性，裝夾的方便性，減少輔助時間，所以粗基準為上端面。 在鉆、鏜削20（+0.1——+0.06）mm孔時可有兩種夾緊方案： 方案一：用一菱形銷加一圓柱銷定位兩個13mm的孔，再加上底面定位實現(xiàn)一面兩銷完全定位，這種方案適合于大批生產(chǎn)類型中

9、。 方案二：用V形塊定位 V形塊采用聯(lián)動夾緊機構實現(xiàn)對R10的外圓柱表面進行定位限制5個自由度，再加底面限制1個自由度實現(xiàn)完全定位。由于13mm孔的表面精度不是很高，故用做定位銷孔很難保證精度，所以選擇方案二。 3.2制定加工工藝路線 根據(jù)各表面加工要求，和各種加工方法能達到的經(jīng)濟精度，確定各表面及孔的加工方法如下： 上端面：粗銑；下端面：粗銑—精銑；左端面：粗銑—精銑；右端面：粗銑—精銑 2—13mm孔：鉆孔；20（+0.1—+0.006）mm：鉆孔—粗鏜—精鏜；3mm 軸向槽—精銑 因左右兩端面均對20（+0.1—+0.006）mm孔有較高的位置要求，故它們的加工宜采用工序集

10、中原則，減少裝次數(shù)，提高加工精度。 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，將粗銑上端面和鉆兩通孔放在前面，下端面的精銑放在后面，每一階段要首先加工上端面后鉆孔，左右端面上20（+0.1—+0.006）mm孔放后面加工。初步擬訂加工路線如下： 工序號 工序內(nèi)容 鑄造 時效 涂漆 10 車上端面 20 鉆兩通孔 30 銑左右端面 40 精銑下端面 50 鉆通孔18mm 60 鏜孔20mm，孔口角1x45度 70 銑左端面 80 銑軸向槽 90 檢驗 100 入庫 上述方案遵循了工藝路線擬訂的一般原則，但

11、某些工序還有一些問題還值得進一步討論。如車上端面，因工件和夾具的尺寸較大，在臥式車床上加工時，它們慣性力較大，平衡困難；又由上端面不是連續(xù)的圓環(huán)面，車削中出現(xiàn)斷續(xù)切削容易引起工藝系統(tǒng)的震動，故改動為銑削加工。 工序30應在工序20前完成，使上端面在加工后有較多的時間進行自然時效，減少受力變形和受熱變形對2—13mm通孔加工精度的影響。 修改后的工藝路線如下： 序號 工序內(nèi)容 簡要說明 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 鑄造 時效 涂漆 粗銑下端面 粗銑上端面 粗銑左右端面（同時，不準調(diào)頭） 鉆兩通孔

12、13 精銑下端面 精銑左右端面（同時，不準調(diào)頭） 鉆通孔18 鏜孔到20，孔口倒角0.5*45度 粗精銑軸向槽 檢驗 入庫 消除內(nèi)應力 防止生銹 減小加工粗基準面誤差 加工粗基準面 保證左右端面的跳動度 先面后孔 加工精基準 保證左右端面的跳動度 后鏜削余量 3.3選擇加工設備及刀、夾、量具 由于生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn)，故加工設備適宜通用機床為主，輔以少量專用機床的流水生產(chǎn)線，工件在各機床上的裝卸及各機床間的傳動均由人工完成。 粗銑下端面：考慮到工件的定位夾緊方案及夾具結構設計等問題，采用立銑選擇X51立式銑床。（參考文獻

13、（1）表6-18），選擇直徑D為80mm面銑刀，參考文獻（1）表7-88，通用夾具和游標卡尺。 粗銑上端面：采用上述相同的機床與銑刀，通用夾具及游標卡尺。 精銑下端面：采用上述相同的機床與銑刀，通用夾具及游標卡尺。 粗銑左端面：采用臥式銑床X6132，參考文獻（1）表6—21，采用以前的刀具，專用夾具及游標卡尺。 精銑左端面：采用臥式銑床X6132,參考文獻（1）表6—21，專用夾具及游標卡尺。 鉆2x13mm孔：采用Z525，參考文獻（1）表6—26，通用夾具。刀具為d為13.0的直柄麻花鉆，參考文獻（1）表7—111。 鉆18孔：鉆孔直行為18mm，選擇搖臂鉆床Z525參考文獻

14、（1）表6—26，采用錐柄麻花鉆，通用夾具及量具。 鏜20（+0.1——+0.06）mm孔：粗鏜：采用臥式鏜床，選擇功率為1.5KM的ITA20鏜削頭，參考文獻（1）。選擇鏜通孔鏜刀及鏜桿，專用夾具，游標卡尺。 3.4加工工序設計 工序10：粗銑下端面 (1)加工條件 工件材料：HT200,=170~240MPa，鑄造;工件尺寸：=13，l=36; 加工要求：粗銑上端面加工余量4 機床：X51立式銑床；刀具：立銑刀。 銑削寬度ae≤90,深度ap≤6,齒數(shù)z=12,故根據(jù)《機械制造工藝設計簡明手冊》表3.1，取刀具直徑d0=80。根據(jù)《切削用量手冊后》表3.16，選擇刀具前

15、角γ0＝0后角α0＝16，副后角α0’=8，刃傾角：λs=－10,主偏角Kr=60,過渡刃Krε=30,副偏角Kr’=5。 (2)切削用量 1）確定切削深度ap 根據(jù)手冊等，選擇ap=1.15，兩次走刀即可完成。 2）確定每齒進給量fz 由于本工序為粗加工，尺寸精度和表面質(zhì)量可不考慮，從而可采用不對稱端機床功率為4.5kw（據(jù)《簡明手冊》表4.2-35，X51立式銑床）選擇： fz=83.9mm/min。 3）確定刀具壽命及磨鈍標準 根據(jù)《切削手冊》表3.7，銑刀刀齒后刀面最大磨損量為1.5mm；由于銑刀直d0=80，故刀具使用壽命T=180min（據(jù)《簡明手冊》表

16、3.8）。 4）計算切削速度vc和每分鐘進給量vf 根據(jù)《切削手冊》表3.16，當d0=80，Z=12，ap≤7.5，fz≤0.18mm/z時，vt=98m/min,nt=250r/min,vft=471mm/min。各修正系數(shù)為：kMV= 1.0，kSV= 0.8。 切削速度計算公式為： 其中 ，，，，，，，，，，，， 將以上數(shù)據(jù)代入公式： 確定機床主軸轉速： 。 根據(jù)《簡明手冊》表4.2-36，選擇,因此，實際進給量和每分鐘進給量為： = 3.5校驗機床功率 根據(jù)《切削手冊》表3.24，近似為,根據(jù)機床使用說明書，主軸允許功率。 故校驗合格。最終確定

17、: 6)計算基本工時 ， 查《切削手冊》表3. 26，入切量及超切量為：則： 工序20 粗銑上表面 粗銑上端面： 刀具，機床與上到工序相同，得出 , 工序30 粗銑左右端面 粗銑左右端面：同時粗銑左右端面，圓盤銑刀一次加工完成不準調(diào)頭 計算切削用量： =2 由 《機械加工工藝手冊》表15.53可知： 由《切削用量手冊》表9.4-8可知： Vt=10.91m/s,nt=1.35r/s,Vft=1.70m/s 各系數(shù)為

18、 所以有 V=0.34x0.69x0.8=0.19m/s V=0.75r/s V=0.94mm/s 取 所以實際切削速度： 確定主軸轉速： 切削工時： 工序40 鉆兩13通孔 鉆孔 查《機械制造工藝設計手冊》表3-38，取 查《機械制造工藝設計手冊》表3-42，取 查表

19、《機械制造工藝設計簡明手冊》4.2-15，機床為Z525，選擇轉速 實際切削速度： v== 切削工時帶入公式： 工序50 精銑下端面與工序10相同。. 工序60 精銑左右端面與工序30相同 工序70 鉆通孔18 鉆通孔18，工序步驟與工序20#相同，代入數(shù)據(jù)得出結果: , 工序80 鏜孔到20 因精鏜與粗鏜的定位的下底面與V型塊，精鏜后工序尺寸為20.020.08，與下底面的位置精度為0.05,與左右端面的位置精度為0.06, 且定位夾、緊時基準重合，故不需保證。0.06跳動公差由機床保證。粗鏜余量取為1.8，精鏜切削余量為0.2,精鏜后尺寸為20H8

20、,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 加工表面 加工方法 余量 公差等級 工序尺寸及公差 粗鏜 ___ 精鏜 粗鏜孔時因余量為1.8,故ap=1.8, 查《機械制造工藝設計手冊》2-8 V=0.4m/s=24m/min 取進給量為 f=0.02mm/r 故實際切削速度為： 此時作臺每分鐘進給量應為： 計算切削基本工時： 工序90 粗精銑軸向槽： 加工條件：機床：x6132臥式銑.床. 刀具：直齒三面刃銑刀

21、其中 d=80, z=18 計算切削用量： 由《機械加工工藝手冊》表15-53，表15-55可知： 確定主軸轉速： 切削工時： tm=0.75min 四、夾具設計 本次設計的夾具為第5道工序粗——精鏜20（+0.1—+0.06）mm孔。該夾具為雙支承前后引導鏜床夾具。 4.1.確定設計方案 該孔的設計基準為下端面，故以下端平面做定位基準，實現(xiàn)“基準重合”原則；另加兩Ｖ形塊從前后兩方向?qū)崿F(xiàn)對R10的外圓柱面進行夾緊，從對工件的結構形狀分析，若工件以下端面朝下放置在支承

22、板上，定位夾緊就比較穩(wěn)定，可靠，也容易實現(xiàn)。 工件以下端面在夾具上定位，限制了三個自由度，其余三個自由度也必須限制。用哪種方案合理呢？ 方案1　在2—13的通孔內(nèi)插入一現(xiàn)邊銷限制一個移動自由度，再以兩孔的另一個孔內(nèi)側面用兩個支承釘限制一個移動自由度和一個轉動自由度。這種定位方案從定位原理上分析是合理的，夾具結構也簡單。但由于孔和其內(nèi)側面均不規(guī)定其精密度，又因結構原因，夾緊力不宜施加在這樣的定位元件上，故工件定位面和定位元件之間很可能會接觸不好，使定位不穩(wěn)定。這個方案不宜采用。 方案2　用兩個V形塊夾緊前后兩外圓柱面，用兩鉸鏈壓板壓在工件的下端，這樣就限制了兩個移動自由度和一個轉動自由度，

23、這種方案定位可靠，可實現(xiàn)完全定位。 4.2.計算夾緊力并確定螺桿直徑 參考文獻（3）表1－2－11，因夾具的夾緊力與切削力方向相反，實際所需夾緊力F夾與切削力F之間的關系F夾＝KF 安全系數(shù)Ｋ在夾緊力與切削力方向相反后時，K=3，由前面的計算可知 F=1452.3N 所以F夾＝KF＝3x1452.3=4356.9N F0= F夾/2=1178.4（N） 參考文獻3表1-24，從強度考慮，用一個M10的螺柱完全可以滿足要求，M10 4.3.定位精度分析 20（+0.10—+0.16）孔的精加工是在一次裝夾下完成的，具體采用的是前后支撐引導的夾具機構，機床與鏜桿之間所采用的是浮動

24、連接，故機床主軸振動可略不計，20（+0.10—+0.16）孔的加工精度主要由鏜模來保證。 圖見附表。 因為孔的軸線與底面的平行度要求為0.05。故兩鏜模裝配后同軸度要求應小于故兩鏜模裝配后同軸度要求應小于0.05，又因為鏜套與鏜桿18 H6（+0.03—0）/h5(0—-0.009)，其最大間隙為 Xmax=0.013+0.009=0.022mm =0.022/310=0.00007 被加工孔的長度42mm 取兩孔同軸度誤差為0.03mm 則 ΔT1=2420.00007=0.006 ΔT2=0.03mm 所以ΔT=ΔT1+ΔT2=0.036 又以為 0.036<0.0

25、5 0.006<0.06 所以夾具能滿足零件加工精度的要求。 4.4.定位元件與夾緊裝置的設計 (1)定位元件 定位元件是用來確定工件正確位置的元件。被加工工件的定位基面與夾具定位元件直接接觸或相配合。工件定位方式不同，夾具定位元件的結構形式也不同，V形塊定位，工件的定位基準始終在V型塊兩定位面的對稱中心平面內(nèi)，對中性好，能使工件的定位基準軸線在V形塊兩斜面的對稱平面上，而不受定位基準直徑誤差的影響，其次V形塊定位安裝方便。本設計中采用兩個Ｖ形塊（圖4.1）夾緊前后兩外圓柱面，用壓板壓在工件的下端，這樣就限制了兩個移動自由度和一個轉動自由度。其次設計中，采用了定位塊保證工件在加工時，

26、螺桿和工件不會偏移。 1-v形塊 2-支座 圖4.1 v形塊 (2)夾緊裝置的設計 夾緊裝置是使工件在外力作用下仍能保持其正確定位位置的裝置。本設計采用的夾緊裝置是一對螺旋壓板夾緊機構。螺旋夾緊機構具有結構簡單、制造容易、自鎖性能好、夾緊可靠，是手動夾緊中常用的一種夾緊機構 。其結構如圖4.2所示 (3)鏜模與夾具體的設計 ①鏜模的設計 I鏜套 本設計鏜套采用軸承外滾式鏜套，作用：回轉精度低，但是剛性好，適合適合轉速高的粗加工和精加工。其與鏜桿的配合主要采用H7/h6/h5。精加工時，鏜套內(nèi)孔的圓度公差取被加工孔的圓度公差的1/6或者1/5。鏜套內(nèi)外圓的同軸度一般小

27、于0.005～0.01。如圖4.3所示，滾動軸承外滾式回轉鏜套，鏜套2支承在兩個滾動軸承上，軸承安裝在鏜模支架 1的軸承孔中，軸承孔的兩端用軸承端蓋3封住。這種鏜套采用標準滾動軸承，所以設計、制造和維修方便，鏜桿轉速高，一般摩擦面線速度 v＞ 0.4m/s 。但徑向尺寸較大，回轉精度受軸承精度影響?？刹捎脻L針軸承以減小徑向尺寸，采用高精度軸承提高回轉精度。 1-鏜模支架 2-鏜套 3-軸承套 圖4.3 鏜套 II.鏜桿 鏜桿的直徑按經(jīng)驗公式一般去d=（0.7～0.8）D，一般應大于25，不得小于15。同根鏜桿的直徑應相同，便于制造和保證加工加工精度。 主要的技術參數(shù)： 導向

28、部分的圓度和圓柱度的公差為其直徑的1/2； 鏜桿的同軸度在500內(nèi)為0.01； 鏜桿的傳動銷孔軸線和鏜桿軸線的垂直度和位置度均小于0.01； 導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夾具體 夾具體是用于連接夾具各元件及裝置,使其成為一個整體的基礎件,并與機床有關部位連接,以確定夾具相對于機床的位置. 其在設計時應滿足以下基本要求: I.應有足夠的強度和剛度保證在加工過程中, 夾具體在夾緊力,切削力等外力作用下,不至于產(chǎn)生不允許的變形和震動. II.結構應簡單,具有良好工藝性. 在保證強度和剛度條件下,力求結構簡單,體積小,重量輕,以便于

29、操作. III.尺寸要穩(wěn)定.對于鑄造夾具體,要進行時效處理,以消除內(nèi)應力.保證夾具體加工尺寸的穩(wěn)定. IV.便于排屑為防止加工中切削聚積在一起定位元件工作表面或其他裝置中,而影響工件的正確定位和夾具的 正常工作,在設計夾具體時,要考慮切削的排除問題. 選擇夾具體毛坯結構時,應以結構合理性,工藝性,經(jīng)濟性,標準化的可能性以及工廠的具體條件為依據(jù)綜合考慮. 零件圖，零件——毛坯合圖另附 致謝 在設計的過程中非常感謝劉靜香等老師的指導，在老師們的指導下完成了畢業(yè)設計。 參考文獻 [1] 廖漢元，孔建益，鈕國輝.腭式破碎機[M]. 北京:機械工業(yè)出版設社.1988 [2] 陳于萍，高曉扛. 互換性與測量技術[M]. 北京: 高等教育出版社.2005 [3] 寇世瑤，司堯華.機械制圖.北京: 高等教育出版社.2004 [4] 徐起賀.機械設計基礎.北京：科學出版社，2007 [5] 徐錦康.新編機械設計師手冊.北京：機械工業(yè)出版社.1995