机械工艺夹具毕业设计171气门式摇臂轴支座加工工艺过程 说明书.docx
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机械工艺夹具毕业设计171气门式摇臂轴支座加工工艺过程说明书
课程设计说明书
气门摇臂轴支座机械加工工艺规程及工艺装备设计
序言
机械制造工艺学课程设计是在学完机械制造工艺学(含机床夹具设计)和大部分专业课,并进行过金工实习。
为了巩固所学知识和毕业设计,对所学各课程的进行一次深入的综合性的总复习,我们进行了本次课程设计。
通过这次课程设计使我们能综合运用机械制造工艺学的基本理论,并结合生产实习中学到的实践知识,独立地分析和解决工艺问题,初步具备了设计一个气门式摇臂轴支座的工艺规程的能力和运用夹具设计的基本原理和方法,拟订夹具设计方案,完成夹具结构设计的能力,也是熟悉和运用有关手册、图表等技术资料及编写技术文件等基本技能的一次实践机会,为今后的毕业设计未来将从事的工作进行一次适应性训练。
由于能力所限,设计尚有许多不足之处,恳请各位老师给予批评指正。
一、零件的分析
(一)零件的作用
题目所给的零件是1105柴油机中摇臂座结合部的气门摇臂轴支座。
其中Φ18+0.0270mm(Φ18IT8)孔装摇臂轴,轴上两端各装一进、排气门摇臂。
另一
Φ16+0.110mm(Φ16IT11)孔内装一减压轴,用于减低汽缸内压力,便于起动柴油机。
两孔间距为56±0.05mm可保证减压轴在摇臂上打开气门,实现减压。
该零件通过Φ11mm孔用M10螺杆与汽缸盖相连。
该零件可以先铸为一体,再进行各种加工工艺来满足各项要求。
(二)零件的工艺分析
零件的材料为HT200,灰铸铁生产工艺简单,铸造性能优良,但塑性较差、脆性高,不适合磨削,为此以下是气门式摇臂轴支座需要加工表面以及与加各工表面之间的位置要求:
1、Φ11mm孔内圆周面、Φ18+0.0270mm和Φ16+0.110mm孔内圆周面及其倒角。
2、Φ28、Φ26两圆的前后端面,支座上端面及支座下底端面。
3、Φ18+0.0270mm孔中心线与支座下端面平行度误差为0.05
Φ16+0.110mm孔中心线与支座下端面平行度误差为0.05
Φ28孔的前后两端面与Φ18+0.0270mm孔中心线圆跳度误差为0.1
由上面分析可知,可以粗加工气门摇臂轴支座下端面,然后以此作为基准采用专用夹具进行加工,并且保证位置精度要求。
再根据各加工方法的经济精度及机床所能达到的位置精度,并且此气门摇臂轴支座零件没有复杂的加工曲面,所以根据上述技术要求采用常规的加工工艺均可保证。
二、确定毛坯
1、确定毛坯种类:
零件材料为HT200。
考虑零件在机床运行过程中所受冲击不大,零件结构又比较简单,生产类型为中批生产,故选择木摸手工砂型铸件毛坯。
查《机械制造工艺设计简明手册》第38页表2.2-3,选用铸件尺寸公差等级为CT-12。
2、确定机械加工加工余量:
查《机械制造工艺设计简明手册》第41页表2.2-5,选用加工余量为MA-12H级,并查表2.2-4确定各个加工面的铸件机械加工余量如表1-1所示:
表1-1机械加工余量(mm)
简图
气门摇臂轴支座各面加工余量
注:
T1是支座上端平面,T2是支座下底端平面,
D1是Φ11孔内圆柱面是,D2是支座下5mm高的台阶右、前、后三面
1.Φ22支座上端面T1沿轴线长度方向基本尺寸是39mm、加工余量取5mm、选单侧加工
2.支座下底面T2沿Φ22轴线方向基本尺寸是39mm、加工余量取5mm、选单侧加工
3.Φ28圆柱前后端面基本尺寸是37±0.1mm、加工余量取3.5×2mm、选双侧加工
4.Φ26圆柱前后端面基本尺寸是16mm、加工余量取3.5×2mm、选双侧加工
5由于Φ18和Φ16两孔直径小于30,为了在制造工艺上方便可以铸造成实体。
3、确定毛坯尺寸及毛坯尺寸公差:
由上面所查的机械加工余量适用于机械加工表面粗糙度Ra≥1.6μm。
分析本零件,除Φ18IT8和Φ16IT11两孔以外,其余各表面皆Ra≥1.6μm,因此这些表面的毛坯尺寸只需将零件的尺寸加上所查得的加工余量值即可。
则毛坯尺寸如表1-2所示:
表1-2毛坯尺寸及毛坯尺寸公差(mm)
零件尺寸
加工余量
铸件尺寸
铸件尺寸公差
根据
下底面39
5
44
5.6
查机械制造工艺设计简明手册表2.2-1
上端面44
5
49
5.6
Φ37±0.1
3.5×2
Φ44±0.1
5.6
Φ16
3.5×2
Φ23
5.6
4、绘制铸件毛坯图见:
附件2气门摇臂轴支座毛坯图
三、工艺规程设计
(一)选择定位基准:
1粗基准的选择:
以零件支座上端面T1为主要的定位粗基准,以支座下5mm高台阶前后右三面(D2)为辅助粗基准。
2精基准的选择:
考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便,依据“基准重合”原则和“基准统一”原则,以粗加工后的底面T2为主要的定位精基准,以Φ11内院表面D1为辅助的定位精基准。
(二)制定工艺路线
根据零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求,以及加工方法所能达到的经济精度,在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用万能性机床配以专用工卡具,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。
查《机械制造工艺设计简明手册》(后简称《简明手册》)第20页表1.4-7、1.4-8、1.4-11,选择零件的加工方法及工艺路线方案如下:
工序Ⅰ粗铣支座下底端面T2,以T1为粗基准,采用X51立式铣床加专用夹具;
工序Ⅱ粗铣支座上端面T1,以T2为定位基准,采用X51立式铣床加专用夹具;
工序Ⅲ钻Φ11孔,以T2和D3为定位基准,采用Z3025摇臂钻床加专用夹具;
工序Ⅳ粗铣Φ28圆柱前后端面,以T2和D1为定位基准,采用X51立式铣床床加专用夹具;
工序Ⅴ粗铣Φ26圆柱前后端面,以T2和D1为定位基准,采用X51立式铣床加专用夹具;
工序Ⅵ钻、扩Φ18和Φ16孔,以T2和D1为定位基准,采用Z3025摇臂钻床加专用夹具;
工序Ⅶ钻Φ3斜孔,以T1和D1为定位基准,采用Z3025摇臂钻床加专用夹具;
工序Ⅷ精铣支座下底面T2,以T1和D1为定位基准,采用X51立式铣床加专用夹具;
工序Ⅸ精铣Φ28圆柱前后端面,以T2和D1为定位基准,采用X51立式铣床加专用夹具;
工序Ⅹ粗铰、精铰Φ18和Φ16孔,以T2和D1为定位基准,采用Z3025摇臂钻床加专用夹具;
工序Ⅺ去毛刺;
工序Ⅻ终检。
(三)机械加工余量、工序尺寸及公差的确定
1、圆柱表面工序尺寸:
前面根据资料已初步确定工件各面的总加工余量,现在确定各表面的各个加工工序的加工余量如下:
加工表面
加工
内容
加工
余量
经济精度等级
工序尺
寸(mm)
表面粗糙度(μm)
工序余量(mm)
最小
最大
Φ11(D1)
钻
IT12
Φ11+0.180
12.5
Φ18IT8
(孔内圆周面)
钻
16.0
IT12
Φ16+0.180
12.5
15.82
16.0
扩
1.8
IT10
Φ17.8+0.070
6.3
1.73
1.98
粗铰
0.14
IT9
Φ17.94+0.0430
3.2
0.097
0.21
精铰
0.06
IT8
Φ18+0.0270
1.6
0.033
0.103
Φ16IT11(孔内圆周面)
钻
14
IT12
Φ14+0.180
12.5
13.82
14
扩
1.8
IT10
Φ15.8+0.070
6.3
1.73
1.98
粗铰
0.14
IT8
Φ15.94+0.0270
3.2
0.113
0.21
精铰
0.06
IT7
Φ16+0.0180
1.6
0.042
0.087
Φ3(孔内圆周面)
钻
IT12
Φ3+0.10
12.5
2、平面工序尺寸:
工序号
工序内容
加工余量(mm)
基本尺寸(mm)
经济精度
工序尺寸偏差
工序余量(mm)
最小
最大
铸件
5.0
49.0
CT12
±2.5
铸件
3.5×2
44.0
CT12
±3.5
铸件
3.5×2
23.0
CT12
±3.5
01
粗铣支座下底面(T2)
4.0
45.0
12
0
-0.25
1.5
7.75
02
粗铣支座上端面(T1)
4.0
41.0
12
0
-0.25
1.5
7.75
04
粗铣Φ28前后端面
2.5×2
39.0
12
0
-0.25
1.5
10.75
06
粗铣Φ26前后端面
3.5×2
16.0
12
0
-0.18
3.5
10.68
09
精铣支座下底面(T2)
2.0
39.0
8
0
-0.039
1.75
4.289
10
精铣Φ28前后端面
1.0×2
37.0
8
+0.1
-0.1
0.875
2.625
3、确定切削用量及时间定额:
工序Ⅰ粗铣支座下底端面T2,以T1为粗基准
1.加工条件
工件材料:
HT200δb=170—250Mpa,采用铸造,工件尺寸Amax=22mmL=36mm
加工要求:
粗铣支座下底端面T2,加工余量4.0mm
机床:
X51立式铣床;
刀具:
YG6硬质合金端铣刀。
根据《切削用量手册》(后简称《切削手册》)表3.1可选铣削宽度αe=50mm铣削深度αp=4mm取刀具直径d0=80mm齿数Z=10
《切削手册》表3.2选择刀具前角γ0=0°后角α0=8°副后角α0’=10°倾角λs=-20°主偏角Kr=50°过渡刃Krε=20°副偏角Kr’=5°
2.切削用量
1)确定切削深度αp
因为余量较小,故选择αp=4mm,一次走刀即可完成。
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铣,以提高进给量提高加工效率。
根据简称《简明手册》表4.2-35查得X51立式铣床功率为4.5KW根据《切削手册》表3.5查的使用YG6硬质合金端铣刀加工的每齿进给量为0.14—0.24mm/z则每转进给量为1.4—2.4mm/r根据机床进给量可查得选择:
f=1.6mm/r。
那么每齿进给量fz=0.16mm/z
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1.5—2.0mm;由于铣刀直径d0=80mm,故刀具使用寿命T=180min(据《简明手册》表3.8)。
4)计算切削速度V和每分钟进给量Vf
根据《切削手册》表3.27查的切削速度Vc公式为:
(m/min)
其中:
αe=50mmαp=4mmCv=245qv=0.2Xv=0.15Yv=0.35Uv=0.2Pv=0m=0.32T=180minfz=0.16mm/z
根据根据《切削手册》表3.16查的,当d0=80mm时Z=10Ksv=0.8Kmv=0.8则Kv=Ksv×Kmv=0.8×0.8=0.64
将以上数据代入公式:
确定机床主轴转速:
。
根据机床特性和《简明手册》表4.2-36,选择nc=945r/min因此实际切削速度Vc为:
Vc=
=
m/min=237m/min
根据《简明手册》表3.16选择每分钟进给量Vft=400mm/min
故实际每分钟进给量Vf=Vft×Kv=400×0.64=256mm/min
5)校验机床功率
根据《切削手册》表3.24,查的近似为Pcc=2.0kw,根据机床使用特性,主轴允许功率Pcm=4.5/0.75kw=6kw>Pcc=2.0kw。
故校验合格。
最终确定:
ap=4.0mm,nc=945r/min,vf=256mm/s,vc=237m/min,fz=0.16mm/z。
6)计算基本工时
tm=L/vf,L=l+y+Δ,l=36mm.
查《切削手册》表3.26,入切量及超切量为:
y+Δ=18mm,则:
tm=L/Vf=(36+18)/256=0.2min。
工序Ⅱ粗铣支座上端面T1,以T2为定位基准
其刀具选择、切削用量和时间定额及其计算过程同工序Ⅰ一样。
工序Ⅲ钻Φ11孔,以T2和D3为定位基准
1.选择钻头
根据《切削手册》表2.1和表2.2选择高速钢麻花钻钻头,钻头采用标准型钻头,粗钻时d0=11mm后角α0=12°,二重刃长度be=1.5mm,棱带长度L1=1.0mm,2Φ=100°,β=25°
2.选择切削用量
(1)确定进给量f
根据《切削手册》表2.7查的f=0.52—0.62mm/r其中钻Φ11孔深L=41mm由于Yd=41/11=3.7>3所以进给速度f需要乘以修正系数,系数为0.95则
f=(0.52—0.62)×0.95=(0.5—0.6)mm/r
按照钻头强度选择:
查《切削手册》表2.8钻头允许的进给量为f=1.2mm/r由于以上两个进给量相差太大,受限制的进给量是工艺要求,其值为(0.5—0.6)mm/r。
根据《简明手册》表4.2-13和机床Z3025查的最终选择进给量f=0.5mm/r
由于是通孔加工,为了避免即将钻穿时钻头折断,故应在即将钻穿时停止自动进给而改为手动进给。
(2)确定钻头磨钝标准及寿命
查《切削手册》表2.12有后刀面最大磨损限度为0.5—0.8mm寿命T=60min
(3)确定切削速度Vc
根据《切削手册》表2.30钻床切削速度计算公式为:
(m/min)
其中:
Cv=11.1Zv=0.25Xv=0Yv=0.4m=0.125
f=0.5mm/rd0=11mmT=60min根据《切削手册》表2.31查的修正系数Kmv=1.0
故
确定机床主轴转速:
根据《简明手册》表4.2-12选主轴转速n=315r/min
故实际切削速度
(4)检验机床扭矩及功率
查《切削手册》表2.21当f=0.6d0=11mm时Mt=16N•m修正系数KMm=1.0故Mc=16N•m查《简明手册》表4.2-11机床最大扭矩Mmax=196N•m,Z3025机床主电机功率Pe=2.2Kw,查《切削手册》表2.23钻头消耗功率Pc=1.0Kw根据机床工作特点实际Pe=2.2/0.75=3Kw
由于Mc f=0.5mm/rn=315r/minVc=11m/min 3.计算基本工时 根据查《简明手册》表6.2-5公式为: Tm=(L+l1+l2)/nf其中L=49mm取l1=2mml2=3mm则: Tm=(49+2+3)/315×0.5=0.34min 工序Ⅳ粗铣Φ28圆柱前后端面,以T2和D1为定位基准 由于加工零件不变,加工条件和工序Ⅰ和工序Ⅱ都一样,所以: 刀具: YG6硬质合金端铣刀,刀具参数形状和工序Ⅰ刀具相同do=80mmZ=10 机床: X51立式铣床每齿进给量fz=0.16mm/z 铣刀加工余量为2.5×2比较小故选择切削深度αp=2.5mm一次走到完成 铣刀刀齿后刀面最大磨损量为1.5—2.0mm铣刀寿命T=180min 粗铣Φ28圆柱前后端面尺寸同工序Ⅰ中的加工尺寸比较接近,故其切削速度、每齿进给量、检验机床功率等都同工序Ⅰ一样计算 计算基本工时Tm: Tm=L/vf,L=l+y+Δ,l=28mm. 查《切削手册》表3.26,入切量及超切量为: y+Δ=17mm,则: tm=L/Vf=(28+17)/256=0.18min。 工序Ⅴ粗铣Φ26圆柱前后端面,以T2和D1为定位基准 其刀具选择、切削用量和时间定额及其计算过程同工序Ⅳ一样。 其中计算基本工时Tm: Tm=L/vf,L=l+y+Δ,l=26mm. 查《切削手册》表3.26,入切量及超切量为: y+Δ=17mm,则: tm=L/Vf=(26+18)/256=0.17min。 工序Ⅵ钻、扩Φ18和Φ16孔,以T2和D1为定位基准 1.选择钻头 根据《切削手册》表2.1和2.2,选择高速钢麻花钻钻头,粗钻时do=16mm,钻头采用修磨棱带及横刃,后角αo=12°,二重刃长度bε=2.5mm,横刀长b=1.5mm,棱带长度 , °, ° 2.选择切削用量 (1)确定进给量 按加工要求确定进给量: 查《切削手册》表2.7: 由于钻Φ18孔深度l=44mm则: l/d=44/16=2.75<3由《切削手册》表2.7,系数为0.5则: 按钻头强度选择: 查《切削手册》表2.8,钻头允许进给量为: 以上二个进给量比较得出,受限制的进给量是工艺要求,其值为: 0.31--0.38mm/r。 根据《简明手册》表4.2-13和机床Z3025查的最终选择进给量 由于是通孔加工,为避免即将钻穿时钻头折断,故应在即将钻穿时停止自动进给而改为手动进给。 根据《切削手册》表2.19查出,钻孔时轴向力Ff=2600N,轴向力修正系数为1.0,故Ff=2600N。 根据Z3025摇臂钻床使用说明书和查《简明手册》表4.2-11,机床进给机构允许的最大轴向力为7848N﹥Ff,故所选进给量可用。 (2)确定钻头磨钝标准及寿命 根据《切削手册》表2.12查得: 后刀面最大磨损限度为0.5—0.8mm寿命T=60min. (3)切削速度Vc 查《切削手册》表2.30,切削速度计算公式为: (m/min) 其中, , , , , , mm/rT=60min根据《切削手册》表2.31查得修正系数: 故 机床主轴转速: 根据《简明手册》表4.2-12的Z3025钻床选n=315r/min 实际切削速度: (4)检验机床扭矩及功率 查《切削手册》表2.21,当f=0.3,do=16mm时,查得Mt=20N•m,修正系数Km=1.0,故MC=20N•m。 查《简明手册》表4.2-11和Z3025机床有主轴最大扭转力矩Mmax=196N•m主电机功率Pe=1.7/0.75=3Kw查《切削手册》表2.23,钻头消耗功率: Pc<1.0kw。 由于 , ,故切削用量可用校验合格,即: , , (5)、计算基本工时 根据查《简明手册》表6.2-5公式为: Tm=(L+l1+l2)/nf其中L=30mm取l1=2mml2=3mm则: Tm=(30+2+3)/315×0.3=0.37min 3、扩孔至Φ17.8 (1)查《切削手册》表2.10,扩孔进给量为: ,并由Z3025机床使用特性最终选定进给量为: 。 (2)根据加工工艺特性和资料,切削速度 ,其中 为用钻头钻同样尺寸实心孔时的切削速度,故 机床主轴转速: 根据《简明手册》表4.2-12选择n=250r/min 实际切削速度 (3)检验机床扭矩及功率 查《切削手册》表2.21当f=1.0mmd=17.8mm时Mt=65N•m修正系数为Km=1.0故Mc=Mt×Km=65N•m查《简明手册》表4.2-11有主轴最大扭转力矩Mmax=196N•m 主电机功率Pe=2.2/0.75=3Kw查《切削手册》表2.23有钻头消耗功率Pc=1.0Kw由于: Mc f=1.0mm/rn=250r/minV扩=14m/min (4)计算基本工时 根据查《简明手册》表6.2-5公式为: Tm=(L+l1+l2)/nf其中L=30mm取l1=2mml2=3mm则: Tm=(30+2+3)/250×1.0=0.14min 4、钻、扩Φ16孔,钻头选择、切削用量和时间定额及其计算过程同一样钻、扩Φ18孔一样。 钻孔时基本工时大约为0.3min, 扩孔时基本工时为0.2min 工序Ⅻ钻Φ3斜孔,以T1和D1为定位基准 1.选择钻头 根据《切削手册》表2.1和表2.2刀具选用高速钢麻花钻钻头粗钻时do=3mm钻头采用标准形式,后角αo=16° ° °使用切削液。 2.选择进给量f 由于孔径和深度均很小,宜采用手动进给。 3.选择钻头磨钝标准及寿命 根据《切削手册》表2.12查有: 钻头后刀面最大磨损量为0.5—0.8mm选取最大磨钝量为0.8mm寿命为T=20min 4.确定切削速度Vc 根据《切削手册》表2.7查钻头进给量f=0.18—0.22mm/r很据Z3025机床选取f=0.2mm/r 查《切削手册》表2.30,切削速度计算公式为: 其中: Cv=9.5Zv=0.25Xv=0Yv=0.55m=0.125 T=20mindo=3mmf=0.2mm/r根据《切削手册》表2.31查得修正系数: 故 机床主轴转速: 根据《简明手册》表4.2-11和Z3025摇臂钻床特性取n=500r/min 实际切削速度 5.计算基本工时 由于孔径和深度均很小,采用手动进给来钻孔,故基本工时大约为0.5min 工序Ⅷ精铣支座下底面T2,以T1和D1为定位基准 刀具选择YG6硬质合金端铣刀,其刀具参数和形状同工序Ⅰ相同刀具直径do=80mmZ=10 机床: X51立式铣床 1.切削用量 1)确定切削深度αp 因为加工余量为2.0比较小,故选择αp=2.0mm一次走刀就可以完成 2)确定每齿进给量fz 根据工序Ⅰ和查《切削手册》表3.5得使用YG6硬质合金端铣刀加工的每齿进给量为0.14—0.24mm/z此时表面粗糙度能够达到Ra=0.8μm,那么每转进给量为1.4—2.4mm/r由于是精加工故选择: fz=0.14mm/z每转进给量为1.4mm/r 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0.3—0.5mm;由于铣刀直径d0=80mm,故刀具使用寿命T=180min(据《简明手册》表3.8)。 根据《切削手册》表3.1可以选取切削宽度αe=50mmd0=80mmZ=10 4)计算切削速度V和每分钟进给量Vf 根据《切削手册》表3.27查的切削速度Vc公式为: (m/min) 其中: αe=50mmαp=2mmCv=245qv=0.2Xv=0.15Yv=0.35Uv=0.2Pv=0m=0.32T=180minfz=0.14mm/z 根据根据《切削手册》表3.16查的,当d0=80mm时Z=10Ksv=0.8Kmv=0.8则Kv=Ksv×Kmv=0.8×0.8=0.64 将以上数据代入公式: 确定机床主轴转速: 。 根据《简明手册》表4.2-36,选择nc=945r/min因此实际切削速度Vc为: Vc= = m/min=237m/min 根据《简明手册》表3.16选择每分钟进给量Vft=400mm/min 故实际每分钟进给量Vf=Vft×Kv=400×0.64=256mm/min 5)校验机床功率 根据《切削手册》表3.24,查的近似为Pcc=1.8kw,根据机床使用特性,主轴允许功率Pcm=4.5×0.75kw=3.375kw>Pcc=1.8kw。 故校验
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