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气门摇杆轴支座 说明书


JINGCHU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

毕业设计(论文)
气门摇杆轴支座机械加工工艺规程及夹具设计

专 班 姓 学

业 级 名 号

机械设计制造及其自动化 2011 级机制二班

2011403010234 贾伟杰

指导教师







荆楚理工学院毕业设计

气门摇杆轴支座机械加工工艺规程及夹具设计





本次毕业设计课题是摇杆轴支座加工工艺规程与专用镗孔夹具设计, 设计中综合应用了工 程图学,机械设计,机械制造工程学,机械几何精度设计等相关课程知识。本毕业设计在摇 杆轴支座工艺规程设计过程中,详细的分析了摇杆轴支座的加工工艺,通过工艺方案的比较 与分析选择得到了符合技术要求的工序,形成了机械加工工艺过程卡和机械加工工序卡。本 设计进行了专用夹具的设计,阐述了定位方案的选择、夹紧方案的确定、夹具体设计,运用 AutoCAD 完成了此专用夹具的装配图和夹具体的零件图。此外,还进行了摇杆轴支座零件的和 镗夹具主要零件三维造型设计。 【关键词】零件加工 工艺规程 专用夹具 AutoCAD

I

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Abstract
The graduation design task is design of process and boring fixture of rocker shaft pedestal. This design is comprehensively applied the knowledge of correlated curriculum such as engineering graphic, mechanical design, mechanical manufacturing, engineering and mechanical geometry precision design. This graduation design detailed analysis process of rocker shaft pedestal. Process what is in keeping with technical requirements is selection through comparing and analyzing process scheme, to obtain the machinery process card and mechanical processes card. This design designed boring fixture of rocker shaft pedestal, expounds about the positioning scheme selection, determine the clamping schemes. Boring mould design and fixture pedestal design. Use AutoCAD completed the assembly of this special fixture and part drawing of fixture base. In addition, the 3-D modeling designs of the part of the rocker shaft pedestal. Key Words: Parts processing,Process flow,Internal boring, Dedicated fixture,AutoCAD

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目 录
1 摇杆轴支座机械加工工艺规程设计............................................. (1) 1.1 零件的图纸与工艺分析 ................................................ (1) 1.1.1 零件的作用 .................................................... (1) 1.1.2 零件的工艺分析 ................................................ (1) 1.2 工艺规程定性设计 .................................................... (2) 1.2.1 确定毛坯的类型、制造方法和尺寸及其公差 ........................ (2) 1.2.2 机械加工余量、工艺尺寸及毛坯尺寸的确定 ........................ (2) 1.2.3 定位基准的选择 ................................................ (3) 1.2.4 表面加工方法的确定 ........................................... (3) 1.2.5 工艺路线的确定 ............................................... (4) 1.2.6 确定机械加工余量、工序尺寸及公差 .............................. (5) 1.2.7 机床设备及工艺装备的选用 ..................................... (5) 1.3 工艺规程定量设计 .................................................... (6) 1.3.1 切削余量及基本工时的确定 ...................................... (6) 2 夹具的设计 ................................................................ (7) 2.1 拟定夹具的结构方案 ................................................. (11) 2.1.1 选择工序及其分析 ............................................. (11) 2.1.2 对夹具的设计要求 ............................................. (11) 2.1.3 加工本道工序的加工设备、刀具及量具的选择 ..................... (11) 2.2 定位方案及定位元件的选择与设计...................................... (11) 2.2.1 定位方案的确定 ............................................... (11) 2.2.2 定位元件的设计 ............................................... (12) 2.3 导向方案及导向元件的选择和设计...................................... (12) 2.3.1 导向方案 ..................................................... (12) 2.3.2 导向元件设计 ................................................. (13) 2.4 钻模板设计 ......................................................... (13) 2.5 夹紧装置设计 ....................................................... (13) 2.6 夹紧力的计算 ....................................................... (13) 2.6.1 夹紧力方向的确定 ............................................. (13) 2.6.2 夹紧力作用点的选择 ........................................... (13) 2.6.3 夹紧力大小的确定 ............................................. (13) 2.7 夹具体的设计 ....................................................... (14) 2.8 夹具体的选择 ........................................................ (16) 2.9 误差分析 ............................................................ (16) 2.10 夹具总图设计....................................................... (17) 2.10.1 夹具总图上应标注的尺寸和公差 ..................................... (18) 2.10.2 夹具的主要技术要求 ............................................... (18) 结 论 ..................................................................... (20) 致 谢 ...................................................................... (21)

III

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参考文献 ................................................................... (22)

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1 摇杆轴支座机械加工工艺规程设计
1.1 零件的图纸与工艺分析
1.1.1 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 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:

图 1.1 摇杆轴支座零件图

1.1.2 零 件 的 工 艺 分 析
? 20?0.10
?0.16

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 ? ?13 mm 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 ? 20?0.10 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。
?0.16

1

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1.2 工 艺 规 程 定 性 设 计 1.2.1 确定毛坯的类型、制造方法和尺寸及其公差
1) 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,毛坯的铸造方法选用砂型 机器造型,属大批生产。 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。

1.2.2 机械加工余量、工艺尺寸及毛坯尺寸的确定
2) 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 1.1 各表面加工余量 加工表面 上端面 下端面 左端面 右端面 基本尺寸 48 50 35 35 单边余量 4 3 3 3 10 6.5

? 20 孔

? 20

?13孔

?13

确定毛坯的技术要求
1、锻件没有裂痕。 2、热处理:渗碳 0.8~1mm;淬火 58~62HRC 3、绘制毛坯图

2

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图 1.2 毛坯图

1.2.3 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 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: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 ? 20 mm 孔。
?0.16 ? 0.10

?0.16

? 0.10

1.2.4 表面加工方法的确定
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 表1.1 表面的加工方法 加工表面 上端面 下端面 左端面 加工方案 粗铣—精铣 粗铣—精铣 粗铣—精铣

3

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右端面

粗铣—精铣 钻孔 钻孔—扩孔—铰孔 铣
?0.16 ? 0.10

2 ? ?13 mm 孔
mm 孔 ?20(?0.10 ~ 0.16) 3mm轴向槽 因左右两端面均对 ? 20 减少装次数,提高加工精度

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,

1.2.5 工艺路线的确定
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,将上端面的 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 ? 20 mm孔放后面加工。初步拟订两条加工路线以供参考选择,如下: 表1.2 工艺路线1
?0.16 ? 0.10

工序号 10 20 30 40 50 60 70 80 90

工序内容 铸造 时效 铣上、下端面 铣 ? 20mm孔左右端面 钻、扩、铰 ? 20mm孔 钻2×? 13孔 铣轴向槽 检验 入库

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表1.3 工艺路线2 工序号 10 20 30 40 50 60 70 80 90 工序内容 铸造 时效 铣轴向槽 铣 ? 20mm孔左右端面 钻2×? 13孔 钻、扩、镗 ? 20mm孔 铣上、下端面 检验 入库

对工艺路线 1 和工艺路线 2 进行评估,工艺路线方案的分析与比较。 工艺路线 1:工序集中化,工艺路线装夹也比较多,有同一个基准,相互精度比较高,机 床的数量少,减少工件在工序间的运输,减少辅助的时间。 工艺路线 2:装夹的次数比较少,但是误差较大,耗费时间,耗费材料。 评估结果认为工艺路线 1 更加科学合理,故优先采用工艺路线 1。 上述工艺路线1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。

1.2.6 确定机械加工余量、工序尺寸及公差
根据上述原始资料和加工工艺,查表分别确定各加工表面的加工余量、工序尺寸及公差, 如表 1-5 所示。 表 1-5 机械加工余量及工序尺寸 工序号 工序内容 单边余量 /mm 30 铣上端面 2.5 工序尺寸 /mm 80.5 表面粗糙度 Ra/μ m 3.2

铣下端面

2.5

78

3.2

40

铣 ? 20mm孔左端面

3.5

43.5

0.4

铣 ? 20mm 孔右端面

3.5

40

0.4

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50

钻 ? 17mm孔 扩 ? 19mm 孔 铰 ? 20mm 孔

8.5 1.4 0.1 6.5 6.5 1.5

Φ 17 Φ 19.8 Φ 20 Φ 13 Φ 13

12.5 6.4 3.2 12.5 12.5 3.2

60

钻Φ 13孔 钻Φ 13孔

70

铣轴向槽

1.2.7 机床设备及工艺装备的选用
表2-1机床设备及工艺装备的选用 工序号 30 工序内容 铣上、下端面 机床设备和工艺装备 立式铣床 X6132 直径D=80mm 铣刀 游标卡尺 0-200mm 通用夹具 40 铣 ? 20mm孔左右端面 立式铣床 X6132 直径D=80mm 铣刀 游标卡尺 0-200mm 通用夹具 50 钻、扩、铰 ? 20mm孔 摇臂钻床 Z3025 直径D=17.0mm麻花钻 直径D=19.8mm扩孔钻 直径D=20.0mm铰刀 游标卡尺 0-200mm 通用夹具 60 钻2×? 13孔 摇臂钻床 Z3025 直径D=13.0麻花钻 游标卡尺 0-200mm 通用夹具 70 铣轴向槽 X1632 立式铣床 三面刃铣刀

游标卡尺 0-200mm 通用夹具 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。

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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X1632 立 式铣床。(参考文献[2]表6-18),选择直径D为80mm 立铣刀,参考表 7 - 88 ,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X6132,参考表 6 - 21 ,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X6132,参考表 6 - 21 ,专用夹具及游钻 2? ? 13mm 孔:
[4] [2] [1]

采用Z3025B?10,参考表 6 - 26 ,通用夹具。刀具为d 为13.0mm 的直柄麻花钻,参考 表 7 - 111 。 钻 ? 18 孔:钻孔直行为18mm,选择摇臂钻床Z3025 参考表 6 - 26 ,采用锥柄麻花钻, 通用夹具及量具。
[5] [5]

[5]

1.3工艺规程定量设计 1.3.1切削余量及基本工时的确定
确定切削用量及基本工差 工序 30:粗铣下端面 (1)加工条件 工件材料:HT200, ? b =170~240MPa,铸造;工件尺寸: a max =13mm,l=36mm; 加工要求:粗铣上端面加工余量 4mm 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=80mm。 根据 《切削用量手册后》 表 3.16, 选择刀具前角 γ 0=0°后角 α 0=16, 副后角 α 0’=8°,刃倾角:λ s=-10°,主偏角 Kr=60°,过渡刃 Kr=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=1.15mm,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≤7.5mm , 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。 算公式为: 切削速度计

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vc ?
T

m

cvd 0 qv pv kv apxvfzyvaeuvz

其 中 ae ? 38 mm , a p ? 4mm , Cv ? 245 , qv

? 0.2 , xv ? 0.15 , yv ? 0.35 ,

k v ? k Mv ? k Sv ? 1.0 ? 0.8 ? 0.8 , uv ? 0.2 , pv ? 0 , m ? 0.32 , T ? 180 min ,

f z ? 0.18mm / z , Z ? 12
将以上数据代入公式:

vc ?

180

0.32

245? 125? 0.2 ? 0.8 ? 4 ? 0.15? 0.08? 0.35? 72 ? 0.2 ? 12

? 142m / min
确定机床主轴转速:

ns ?

1000 vc ? 150r/min 。 ?dw

根据《简明手册》表 4.2-36,选择 n c ? 300r/min, ,因此,实际进给 v fc ? 390mm/min 量和每齿进给量为:

vc ?

?d 0 n 3.14 ? 125 ? 300 m/min ? 118m/min = 1000 1000

f zc? v fc /n c z ? 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:

a p ? 4.0mm , ,vf ? 390mm/s ,vc ? 118m/min ,f z ? 0.1mm/z nc ? 300r/min
6)计算基本工时

t m ? L/v,L ? L ? y ? ?, l ? 176mm,
查《切削手册》表 3.26,入切量及超切量为: y ? ? ? 40m m则:

T
工序 40

m

? L/vf ? 0.64mim

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:

a p =2mm

由 《机械加工工艺手册》表 15.53 可知:

f ? a f ? z ? 0.20?12 ? 2.4mm/ r
由《切削用量手册》表 9.4-8 可知:

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v t ? 10.91m/s ,n t ? 1.35r/s , vft ? 1.70m/s
各系数为

K mvv ? K mn ? K mf ? 0.69
Ksv ? Ksn ? Ksf ? 0.8

所以有

V ? 0.34 ? 0.69 ? 0.8 ? 0.19 m / s
V ? 0.75r/s V = 0.94mm/s

取 n t ? 0.792r/s? 47.5r/minn t ? 0.792r/s? 47.5r/min v fc ? 1.0mm/s 所以实际切削速度: 确定主轴转速:

v=

?d 0 n
1000

= 14.55m/min f = 152.6mm/mi n
l ? 75mm

l1 ? l 2 ? 17mm
n=

100v = 7r/s = 545r/min ?d 0

Tj ?
切削工时: 工序 50

l ? l1 ? l 2 ? 0.1min f ? nw

钻通孔 ?18,工序步骤与工序 20 相同,代入数据得出结果:

ae ? 20 mm , a p ? 0.5mm f ?= 163.2m/min

t = 1.45min ns = 960r/min v c = 15m/min m
铰孔到 ? 20 精铰后工序尺寸为 20.02±0.08,与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。 粗铰孔时因余量为 1.9mm,故 ap ? 1.9mm, 查《机械制造工艺设计手册》表 2-8

V ? 0.4m/s ? 24m/min
取进给量为

f ? 002mm/r
n? 1000 ? v ? 380 r / min ?d

故实际切削速度为: 此时作台每分钟进给量

v?

?d w n w
1000

? 15m / min

f m 应为:

f m ? f z Z nw ? 56.25mm/ min
计算切削基本工时:

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tm ?

l? y?? ? 1.45 min fm
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

工序 60

n?

1000 v ?? 272r/min ?d

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 ? 545r/min ? 9.08r/s
实际切削速度: v=

n w??d w 9.08 ? 3.14 ? 11 ? 0.31m/s = 1000 1000

切削工时带入公式: T j ?

l ? l1 ? l 2 ? 0.36min f ? nw

工序 70 铣槽: 加工条件:机床:X6132 立式铣床. 刀具:直齿三面刃铣刀其中 计算切削用量:

d ? 80mm , z ? 18

a p ? 10mm

由《机械加工工艺手册》表 15-53,表 15-55 可知:

a f ? 136 /min v? 132.6m/min
确定主轴转速:

n=

1000v = 375r/min ?d 0

Tj ?
切削工时:

l ? l1 ? l 2 ? 0.75min f ? nw

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2 夹具的设计
2.1 拟定夹具的结构方案 2.1.1 选择工序及其分析
选择工序为工序 60 中钻 ? 错误!未找到引用源。13mm 通孔,对其的主要要求尺寸为

? 13mm 且公差要求较低,表面精度不高,则设计夹具是应该尽可能的考虑夹紧方案的方便快
速性。

2.1.2 对夹具的设计要求
在保证尺寸精度的前提下尽可能做到高效,且由于所选工序材料通用,生产批量较大为 大批量,则设计时应该尽量结构简单,以便迅速制成交付使用。

2.1.3 加工本道工序的加工设备、刀具及量具的选择
由于生产生产批量为大批量,故加工机床以通用机床为主 机床:选用 Z3025 摇臂钻床 刀具:选用标准麻花钻φ 13 麻花钻。钻头采用双头刃磨法,后角为 120°。 量具:因为孔的加工精度介于 IT7—IT9 之间,可用读量为 0.02mm,测量范围 0mm—100mm 的 游标卡尺即可。

2.2 定位方案及定位元件的选择与设计 2.2.1 定位方案的确定
根据工序加工要求,工件在夹具中的定位有两种方案可选择。 方案一: 以Φ 20mm 芯轴为定位元件限制工件 4 个自由度 z

转动自由度 x ,保证加工基准与设计基准重合。定位方案图见图 2-1 所示。

?

? ? ? ? ? y z y ,轴肩限制 1 个自由度 x ,底座限制

方案二:

图 2-1 定位方案 ? 一 ?y ? 以底座为主要基准限制工件 3 个自由度 x 的转动和 z 的移动,以芯轴定位为次要基准

限制工件 2 个自由度 z

? ? y 的移动。 定位方案图见图 2-2 所示。

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图 2-2 定位方案 两种方案的比较: 方案一以以Φ 20mm 芯轴及轴肩定位可使定位元件一体保证加工精度,装卸方便。方案二 以底座定位增加了加工误差。由于零件的生产方式是大批量生产,要求在保证精度的前提下 尽量快速装卸,提高生产率,保正加工精度,减少工人劳动强度,故选择方案一。

2.2.2 定位元件的设计
根据定位方案设计定位元件结构。 Φ 20mm 内圆采用短柱销定位。据表 7 - 43 选择配合为 H8/f7φ 116mm 端面采用平面定位。
[4]

图 2-3 定位元件

2.3 导向方案及导向元件的选择和设计 2.3.1 导向方案
由于零件是大批量生产,考虑到钻套磨损后可以更换。所以选择标准结构的快换钻套。

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2.3.2 导向元件设计
钻套的高度是指钻套与钻头接触部分的高度。据资料表 7 - 48 得钻套与钻模板的配合选 H7/n6。 钻套与衬套的配合选用 F7/m6, 因此根据资料表 7 - 43 确定可换钻套为 10F7?15m6 ?28 JB/T8045.3-1995。根据资料附表 3.14 确定可换衬套为 A10?20 JB/T8045.5-1999, 根据资料附表 3.15 得配用螺钉为 M6?13 JB/T8045.5-1999,见图 8-4 所示。
[7]
[7] [4] [4]

图 2-4 导向元件

2.4 钻模板设计
由于所钻的孔在零件上的位置与钻模板有高度要求,为工件方便装卸。故采用翻转式钻 模板。钻模板以销轴与支架连接,可在支架上翻转。这样当工件装卸时只需把钻模板向上翻 就能实现工件的装卸。以开口销将销轴固定呢在支架上。钻模板与销轴的配合选用 M7/n6,销 轴与支架的配合选用 N7/h6 则根据表 8 - 17 确定销轴为 GB882-86-12?50。根据表 8 - 18 确 定开口销为 GB/T791-2000-4?40。 2.5 夹紧装置设计 定位采用心轴加大轴肩定位故可采用螺母加 U 型垫圈夹紧。当工件取下时只需松开螺母; 拿下垫圈就可取下工件这样适合在大批量生产中使用减少了辅助时间。
[7] [7]

2.6 夹紧力的计算 2.6.1 夹紧力方向的确定
①夹紧力的方向应该有利于工件的准确定位,而不能破坏定位。一般要求主压紧力应该 垂直于第一定位基准面。故此夹紧力的方向与Φ 13 孔端面垂直。 ②夹紧力的方向应与工件刚度高的方向一致。 ③夹紧力的方向应尽可能与切削力,重力方向一致以利于减小夹紧力。 2.6.2 夹紧力作用点的选择 ①夹紧力的作用点应与支撑点“点对点”对应,或在支承点确定的区域内。以避免被破坏定 位或造成较大的夹紧变形。 ②夹紧力的作用点应选择在工件刚度高的位置。 ③夹紧力的作用点与支撑点尽可能靠近切削部位。 ④夹紧力的反作用力不应使夹具产生影响加工精度的变形

2.6.3 夹紧力大小的确定

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①切削力的计算 查表 7 - 21 有公式: 错误!未找到引用源。 Ff ? 3.48d 1.4 f 0.8?b 说明: d——为钻头直径,单位为 mm f——为进给量,单位为 mm/r 错误!未找到引用源。b——为零件强度,单位为 MPa 查表 2.6 有错误!未找到引用 源。=785MPa 查表 5 - 113 切削时进给量 f=(0.01-0.02)d=0.09-0.18 则: Ffmax =1630N M c =108.2N.M ②估算夹紧力 查[4]P221 得公式
[4] [4] [4]

0.75

0.7 Mc ? 5.87d 2 f? b 错误!未找到引用源。

Fj 需=KF0

F0 为在一定条件下由静压力平衡计算出来的夹紧力大小 K 为安全系数,通常取 K 为 1.5-2.5,此处取 K=2 查表 7 - 27 得公式 错误!未找到引用源。 F0 ?
[4]

FQ 3Lf 1? H

其中, FQ 为切削力, H 为压板高度, L 为压板轴线至夹紧点的距离, f 为摩擦因素一般取 0.1-1.5. 由图知 L =22.74 mm

H =30 mm

f =0.125

F0 ? 1270N Fj ? KF0 =2?1270=2540 N
则螺纹所需提供的夹紧力为 2540 N ③螺栓直径的选择 为加工的方便,在这里螺纹连接选用单线普通螺纹,其某些参数有:螺纹升角(1°42′ —3°2′) 小于螺纹副的当量摩擦角 (6.5°—10.5°) , 即连接螺纹可满足自锁。 查表 7 - 58 , 因螺纹与心轴连接,选用 45 号钢造而 45 号钢的屈服极限为 ? S = 355Mpa ,在不考虑转矩的情 况下: 查表 5 - 6 得其许用挤压应力 = 0.8? σS = 0.8?355Mpa = 284 Mpa 查有 5 - 6
[8] [8] [4]

σP

??

?

F d
2 1

? ?? ?

(5-24)

4

式中:F——工作压力,N d1 ——螺栓危险截面的直径,mm 即有 错误!未找到引用源。 d1
2

?? ? ——螺栓材料的许用拉应力,Mpa
≥5.6mm
[7]

为保证螺母的直径大小小于φ 36mm,且螺纹应该选择尽量粗。 据表 7 - 22 ,确定选择 螺纹规格六角螺母 M16 GB/T6170-2000-M16 查附表 3.23 确定快换垫圈规格为
[7]

A17?70 JB/T 8008.5-1999

2.7 夹具体的设计

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①采用铸造夹具体,支架与夹具体铸成一体。此方案结构紧凑,安装稳定,刚性好。但制造 周期长,成本略高。 ②采用型材夹具体的钻模,夹具体由底座、支架以及钻模板组成。定位心轴安放于底座上用 轴承连接。钻套安装于钻模板上,钻模板采用销轴与支架连接。此方案的夹具体为框架式结 构,采用此方案的钻模板,刚度好、质量轻、取材容易、制造方便、制造周期短、成本较低。 经科学分析 选用型材形夹具体钻模。 2.8 夹具体的选择 圆锥滚子轴承的选择 初定圆锥滚子轴承的内径为 40mm,查表 9 - 11 选 30208 型圆锥滚子轴承,该轴承的基本 数据为: 轴承内径 d=40mm 轴承外径 D=80mm 轴承宽度 T=19.75mm 基本额度 载荷 Cr=33.35kN C0r=30.41kN,远大于切削力,故该 30208 型圆锥滚子轴承符合夹具设计要求。标记滚动轴承 30208GB/T297-1994 轴承内径与轴的配合用 h6 轴承外径与夹具体的配合用 M6 键的选择,由 轴径Φ 66mm 查表 6 - 1 ,可确定键的大小键宽 b?键高 h=20?12(mm)。 根据公式 错误!未找到引用源。 (6-1) 式中:T——为转矩﹙N?m),T= M c =108.2N.m l——为键的工作长度(mm), d——为轴径(mm),d=66mm h——为键的高度(mm),h=12mm [错误! 未找到引用源。 ] ——为许用挤压应力, 查表 6 - 2 可知键的许用挤压应力为 130MPa 代入公式有 l 错误!未找到引用源。 14 由分度盘的厚度取 l=22mm。选择圆头平键 20? 22GB/T1096-2003 紧定螺钉的大小和数目 支架与夹具体采用螺纹连接,选用六角头螺栓查表 7 - 7 ,标记:螺栓 GB/T5782-2000-M8? 40 数目:2 定位块和支架采用螺钉连接,选用开槽盘头螺钉查表 7 - 13 ,标记:螺钉 GB/T67-2000-M5? 40 数目:1 排屑装置与夹具体采用螺钉连接, 选用开槽盘头螺钉查表 7 - 13 , 标记: 螺钉 GB/T67-2000-M5 ?15 数目:3 对定销与夹具体采用螺钉连接,选用开槽盘头螺钉查表 7 - 13 ,标记:螺钉 GB/T67-2000-M4 ?15 数目:2
[9]
[9] [9] [9] [8] [9]

[8]

2.9 误差分析 2.9.1 定位误差的分析
1 )圆柱心轴 φ 20mmf7 ( 0 -0.030 )与工件 φ 20mm H8 (+0.046 (H8/f7),影响的定位误差计算为 ΔD = Δr + ΔB 其中:Δ r —— 为基准位移误差 Δ B —— 为基准不重合误差 根据分析易得到 Δ B = 0 。 查表 7 - 12
[4]

0) 孔的配合为 φ 72

?D ?

?D
2

?

?d
2

其中:错误!未找到引用源。 ——孔的上极限 错误!未找到引用源。 ——轴的下极限

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此值应该小于工件相应位置度公差的 1/3 即 Δ D = 0.038 mm ﹤ (0.2/3)mm = 0.067mm 符合要求

2.9.2 导向误差的计算
由表 7 - 39 得公式:
[4]

? r ? F? L ? K

d3 ? d 2 d ? d1 h?b ?K ? me ? P(d ? d1) 2 2 l

其中: F ——固定衬套中心位置可能产生最大极限偏差的因素 取 0.8 ? L ——固定衬套中心位置的偏差 取±0.02 即 ? L = 0.02 mm

d ——钻套内孔最大直径 由φ 13F7 查表 7 - 33[4] 知 d = 10.028 mm d 2 ——可换钻套外径的最小尺寸 由查表 7 - 33[4] 知基本尺寸为φ 15,公差选择为 m6,据附 表 18[5]查得公差为(+0.015 +0.006) 则 d 2 = 13.006 mm d 1 ——钻头最小直径,按 GB/T 6135.2 -1996 钻头直径公差为 h8,据附表 18[5]查得公差为 (0 -0.027) 则 d 1 = 8.963 mm

d3 ——固定衬套内孔的最大直径,查表 7 - 35[4] 其基本尺寸为 ?13 ,公差选择为 F 7 ,据附 ?5 ?

表 19 查得公差为(+0.034 +0.016) 则 d3 = 15.034 mm

m ——可换钻套可能产生同轴度最大极限偏差的因素,常取 0.4 e ——快换钻套内外径轴线的偏心量,因为其同轴度公差确定为 0.005,则此时 e 取 0.0025 P ——为钻头可能产生最大间隙因素 这里取 0.2 K ——为相配合件可能产生最大间隙因素 这里取 0.35 L ——定位基准与加工中心孔线距离 由零件图 知 L 为 38 mm h ——钻套底端到工件表面的距离 取 11 mm b ——工件的厚度 据零件图知 b 为 15.9 mm 则 ? r =0.033 mm﹤ (0.2/3) mm = 0.067 mm,符合要求。 2.9.3 安装误差
因夹具在机床上的安装不精确而造成的加工误差。称为夹具的安装误差,因为该夹具的安 装基面为平面,没有安装误差,所以 ?R = 0 mm。

2.9.4 夹具误差
夹具制造过程中产生的误差, 经过分析夹具制造过程中的误差在孔加工径向方向上体现为 径向定位孔的误差之和,则 ?j =(0.027+0.019)=0.046 mm。

2.9.5 加工方法误差
由选择的加工手段造成的加工产品的误差,此处具体体现为位置公差。 Δ G = 0.2/3 = 0.067mm

2.9.6 保证加工精度的条件
工件在加工时总加工误差 ∑ Δ 为上述各项误差之和,由于误差均为独立随机变量,应用 概率法叠加,因此保证加工精度的条件是 ∑Δ 2 = ΔD2 + ΔA 2 + ΔJ 2 + ΔT2 + ΔG 2 ≤ δK 2 即工件的总加工误差∑Δ 应小于工件的加工尺寸误差 δ K 为保证夹具有一定的使用寿命,防止夹具因磨损而过早报废。上式改写为: ∑Δ ≤ δ K - Jc 即 Jc ≤ δ K - ∑Δ 当 Jc ≥ 0 时能满足工件的加工要求。 Jc 值的大小还表示了夹具使用寿命的长短和夹具 总图上各项公差值确定是否合理。

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表 2-2 加工精度 71.5(±0.1) ΔD ΔT ΔA ΔJ ΔG ∑Δ Jc 0.038 mm 0.033 mm 0 mm 0.046 mm 0.067 mm 0.108 mm 0.092 mm>0 mm 对称度为 0.1 0.052 mm 0.051 mm 0 mm 0.027 mm 0.033 mm 0.0844 mm 0.0156 mm ﹥0 mm

2.10 夹具总图设计 2.10.1 夹具总图上应标注的尺寸和公差
①最大轮廓尺寸 标准夹具的最大外形轮廓尺寸。若夹具上有活动部分,则应用双点画线画出最大活动范 围或标出活动部分的尺寸范围。 ②影响定位精度的尺寸和公差 主要标注工件定位基准与定位元件中的配和尺寸 1)φ 20mm 孔与心轴的配合 据表 7 - 43 选择配合为 H8/f7 圆柱销为 φ 20f7mm 。据附表 18 确定公差为( -0.013 -0.028), 此处配合尺寸为φ 20 mm(H8/f7)。 2)衬套与钻模板之间的配合 由表 7 - 35 知此配合的基本尺寸为φ 20mm,分析知此处配合为过盈配合。据表 7 - 43 选 择配合为 H7/n6,即此处配合尺寸标注为φ 20mm(H7/n6)。 3)钻套与衬套之间的配合 据表 7 - 43[4] 选择配合为 F7/m6,此处基本尺寸 由表 7 - 33 为φ 15mm。此处配合精度较 高。此处应标注的配合尺寸为φ 15mm(F7/m6)。 4)夹具与刀具的联系尺寸 标注体现为导向元件与定位元件间的位置尺寸,一般只需要标注出钻套与定位元件间的 位置尺寸。钻套中心轴线与心轴中心轴线距离基本尺寸为 67mm 。据表 7 - 40 查得公差为 (+0.05 -0.05)则此公差为 67mm(+0.05 -0.05)。 5)夹具与机床连接部分的尺寸 其主要标注确定夹具在机床上正确位置的连接部分尺寸。 夹具图见 9-1 所示;
[4]
[4] [4]
[7]

[4]

[4]

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图 2-5 夹具图

2.10.2 夹具的主要技术要求
钻套公差与配合 钻套内外圆的同轴度,因钻套内径公差等级课确定为 H6。据内径小于 13mm 查表 7 - 33 可知其公差值为 0.005mm. 钻套的位置尺寸与相互位置精度 钻套的中心轴线对定位面或对夹具的安装基面应保持相应的相互位置精度要求。钻套中 心线与加工基面有垂直度公差要求。由表 7 - 33 可知其公差值为 0.02。 钻套中心线对夹具安装基面的相互位置精度 主要技术要求 1)定位表面对其夹具安装基面的平行度 2)钻套中心线对定位表面或对夹具的安装基面的垂直度 3)定位表面的直线度和平面度 4)定位表面和钻套中心线对找正基面的垂直度 夹具元件的常用材料及热处理 由表 7 - 58 确定 1)定位心轴 材料:45 钢 热处理 55-60HRC
[4] [4]

[4]

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2)压紧螺钉、螺母 材料:45 钢 热处理 35-40HRC 3)钻套 材料:T10A 热处理 58-64HRC 4)衬套 材料:T10A 热处理 58-64HRC 5)夹具体 材料:HT200 热处理 时效 6)支架 材料:HT200 热处理 时效 7)分度盘 材料:T10A 热处理 58-64HRC 8)对定销 材料:T10A 热处理 58-64HRC 9)排屑板 材料:45 钢 热处理 35-40HRC

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本次设计是在完成大学学习后进行的一次设计,是对所学的工程图学,机械设计,机械 制造工程学,机械几何精度设计等大学课程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,能够使我们的知识掌握更牢,并能提升我们分析问题,解决问题的能力。 作为机械设计制造及自动化专业的学生,最基本也是最实用的就是机械加工工艺规程的 制定和工装夹具的设计。通过毕业设计,我更为深入的掌握了机械加工工艺规程的设计和工 装夹具设计的基本步骤和方法。 本毕业设计在摇杆轴支座工艺规程设计过程中,详细的分析了摇杆轴支座的加工工艺, 通过工艺方案的比较与分析选择得到了符合技术要求的工序,形成了机械加工 夹具设计。在夹具的设计过程中完成了镗孔夹具总体结构方案,定位元件与夹紧装置的 设计,镗模与夹具体的设计,以及绘制装配图,零件图和主要零件的三维造型。 通过设计对所学各课程的一次深入的综合性的总复习,通过本次毕业设计,使我在各个方面 都有了很大的提高,具体地表现在以下几个方面: (1)对大学四年所学到的东西进行了归纳总结,进一步完善了自己的知识结构。 (2)对所学习知识点进行查漏补缺,并了解学习了新的知识,开阔了视野,拓宽了自己的知 识面。同时培养个人一定的创新思维。 (3)利用理论知识解决实际问题的能力得到了提高,为以后正确解决工作和学习中的问题打 下了坚实的基础。 (4)学会了充分地利用网络资源查阅相关资料,以及借助前人的研究成果寻求解决问题的思 维方法,对新信息和新知识及时做笔记。 (5)敢于面对困难,同时也懂得了互助合作的重要性。 (6)提升了我独立分析问题,解决问题的能力,对我以后在工作中起到相当大的作用,对我 们毕业生来说是一次相当大的锻炼。

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致 谢
经过半年的忙碌和工作,我的毕业设计已经接近尾声,作为一个本科生的毕业设计,由于经 验的匮乏,难免有许多考虑不周全的地方,如果没有导师的督促指导,以及一起工作的同学们的 支持,想要完成这个设计是难以想象的。 在这里首先要感谢我的导师贾伟杰老师。贾老师平日里 工作繁多,但在我做毕业设计的每个阶段,从查阅资料到设计草案的确定和修改,中期检查,后 期详细设计,工艺规程设计和夹具设计设计等整个过程中都给予了我悉心的指导。我平时的基础 不好,很多基础问题都不太懂,贾老师细心指导我设计,帮助我解决一个个难题。除了敬佩贾老 师的专业水平外,他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样,并将积极影响我今后 的学习和工作。 其次要感谢我的同学对我无私的帮助,尤其是同组的同学,在设计方面给我提供 了很大帮助,正因为如此我才能顺利的完成此次毕业设计,我要感谢我的母校——荆楚理工学院, 是母校给我们提供了优良的学习环境。我希望母校会发展的越来越好!

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参考文献

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