中南大學機輛修造工藝學課程設(shè)計任務(wù)書課程設(shè)計說明書

中南大學-機械制造工藝學課程設(shè)計說明書設(shè)計題目設(shè)計“配氣機構(gòu)搖臂軸”零件的機械加工工藝規(guī)程及工藝裝備設(shè)計者班級交設(shè)003班學號11014指導教師陳建農(nóng)中南大學機車車輛教研室2011年1月12日

中南大學機輛修造工藝學課程設(shè)計任務(wù)書題目：設(shè)計在臥式鉆床上鉆削φ8.5mm油孔的鉆床夾具(中批生產(chǎn))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.機械加工工藝過程卡片1張5.機械加工工序卡1張6.夾具裝配圖1張7.課程設(shè)計說明書1份序言機械制造工藝學課程設(shè)計是在我們學完了大學的全部基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)課以及大部分專業(yè)課之后進行的。這是我們在進行畢業(yè)設(shè)計之前對所學各課程的一次深入的綜合性的總復(fù)習，也是一次理論聯(lián)系實際的訓練，因此，它在我們四年的大學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行一次適應(yīng)性的訓練，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、零件的分析零件的作用及技術(shù)要求配氣機構(gòu)是進、排氣管道的控制機構(gòu)，它按照發(fā)動機的作功次序和每一缸的工作循環(huán)的要求，適時地開閉進、排氣門、向氣缸供給可燃混合氣（汽油機）或新鮮空氣（柴油機）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、氣門導管以及氣門等部件構(gòu)成。搖臂軸是一空心圓軸，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，供給配氣機構(gòu)潤滑油。技術(shù)要求：調(diào)制硬度HB255~302,B表面淬火，硬度HRC55~60,硬化層深1~1.5mm。為了確保加工零件質(zhì)量，需要進行探傷檢測。（二）零件的工藝性分析配氣機構(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：Φ50h8軸：軸徑mm，表面粗糙度為Ra6.3μm，端倒角2mm×45°。搖臂軸總長：保證尺寸mm，表面粗糙度為Ra0.8μm。端側(cè)面表面粗糙度為Ra6.3μm。Φ27圓槽：槽徑Φ27，到端側(cè)面保證尺寸17±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216±0.1mm，表面粗糙度為Ra6.3μm，。兩個Φ5孔：孔徑Φ5，兩端倒角1.5mm×45°，兩孔距95±0.2mm，孔中心軸距離端側(cè)面保證尺寸77.5±0.2mm，表面粗糙度為Ra12.5μm。Φ8.5孔：孔徑Φ8.5，兩端倒角1mm×45°表面粗糙度為Ra12.5μm。90°銷釘孔：孔深5mm，孔中心軸距離端側(cè)面保證尺寸47.5±0.1mm，表面粗糙度為Ra12.5μm。二、工藝規(guī)程設(shè)計（一）確定毛坯的材料及制造形式配氣機構(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。由于零件為成批生產(chǎn)，而且零件的輪廓尺寸不大，零件的結(jié)構(gòu)比較簡單，且考慮到配氣機構(gòu)搖臂軸在使用過程中經(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?？梢圆捎脽彳垐A鋼，可以直接從鋼材市場上購得。（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)無法進行。由于附圖1所示的配氣機構(gòu)搖臂軸零件圖上多數(shù)尺寸左端面和Φ50軸的圓周面為設(shè)計基準，因此必須首先左端面和外圓周面加工好，為后續(xù)工序準備基準。根據(jù)粗、精基準選擇的原則，確定各加工表面的基準如下：Φ8.5孔：搖臂軸外圓圓周面。右端面：搖臂軸左端面。兩個半圓槽：搖臂軸左端面。兩個Φ5孔：搖臂軸的左端面及半圓槽圓周面。銷釘孔：搖臂軸的左端面及半圓槽圓周面。（三）制訂工藝路線在對零件進行分析的基礎(chǔ)上，制訂零件的工藝路線并劃分粗精加工階段。制訂工藝路線的出發(fā)點，應(yīng)當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)當考慮經(jīng)濟效果，以便使生產(chǎn)成本盡量降低。雖然本次生產(chǎn)的零件并不復(fù)雜，但是為了得到更好的經(jīng)濟效益，提供兩套工藝路線方案選擇。工藝路線方案一粗車、半精車外圓（兩次走刀完成）車左端面車右端面精車外圓并對端部倒角銑兩頭Φ27半圓槽鉆Φ8.5孔，并倒角鉆兩個Φ5孔，鉆銷釘孔，并對Φ5孔倒角探傷清洗檢驗，涂油工藝路線方案二粗車外圓半精車外圓車左端面車右端面精磨外圓并對端部倒角銑兩頭Φ27半圓槽鉆Φ8.5孔，鉆兩個Φ5孔，鉆銷釘孔，并對Φ8.5孔、Φ5孔倒角探傷清洗檢驗，涂油3、工藝方案比較與分析工藝路線方案一將粗車和半精車放在一個工序通過兩次走刀完成，相比于方案二減少了工件的裝夾次數(shù)，減少工件在工序間的運輸，減少輔助時間和準備終結(jié)時間；方案一讓工件達到所需精度要求的實現(xiàn)方法為精車，方案二采用磨削加工，考慮到磨削加工需要增加機床種類，而精車只需要在原有的車床基礎(chǔ)上進行換刀和給以較小的進給量和切削量即可，提升了經(jīng)濟效益；方案一的鉆孔分為兩個工序，方案二作為一個工序，由于孔在不同的平面內(nèi)，需要進行兩次裝夾，且需要換刀，為了使加工過程中不需要頻繁換刀換夾具，所以作為兩個工序加工更加合理。綜上所述，我們選用工藝路線方案一。（四）機械加工余量、工序尺寸及毛坯確定1、根據(jù)上述原始資料及加工工藝，查《簡明機械加工工藝手冊》（以下簡稱《工藝手冊》），分別確定各加工表面的加工余量、工序尺寸及公差如下：工序工序內(nèi)容工序余量工序尺寸及公差表面粗糙度μmⅠ1）粗車外圓212.52）半精車外圓16.3Ⅱ車左端面16.3Ⅲ車右端面16.3Ⅳ精車外圓0.50.8Ⅴ銑Φ27半圓槽176.3Ⅵ鉆Φ8.5孔6.3Ⅶ1）鉆Φ5孔6.32）鉆銷釘孔6.3Ⅹ探傷Ⅺ清洗Ⅻ檢驗、涂油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、機加工前調(diào)質(zhì)，消除內(nèi)應(yīng)力。4）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：粗車、半精車外圓：選用CA40車床，刀具選用YT5，專用夾具，0~200/0.02mm游標卡尺；選用CA6140車床，刀具選用YG8，專用夾具，0~200/0.02mm游標卡尺；選用CA6140車床，刀具選用YG8，專用夾具，0~200/0.02mm游標卡尺；精車外圓：選用CA40車床，刀具選用YT5，專用夾具，0~200/0.02mm游標卡尺；銑兩頭Φ27半圓槽：選用x62w臥式銑.床，選用凸半圓銑刀，專用夾具，0~200/0.02mm游標卡尺；鉆Φ8.5孔并倒角：選用Z5125立式鉆床、Φ8.5標準錐柄麻花鉆專用夾具、0~200/0.02mm游標卡尺；鉆兩個Φ5孔，鉆銷釘孔，并對Φ5孔倒角：選用Z5125立式鉆床、Φ5標準錐柄麻花鉆，專用夾具、0~200/0.02mm游標卡尺；(六)確定切削用量及基本工時工序一：(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《切削用量簡明手冊》，進給量f=0.4mm/r（表1.4）切削加工中參數(shù)：Cv=291;m=0.2;xv=0.15;yv=0.22912.14===0.81.54=145.16m/min(2.42m/s)2912142.14====14.97r/s(898r/min)按機床取=900r/min=15r/s52+5+21552+5+2152.14車外圓時==98s(1.6min)(2)半精車加工軸外圓t=1mm由于余量為1mm，因此分二次切削，吃刀深度為=0.5mm查《切削用量簡明手冊》，進給量f=0.3mm/r（表1.4）切削加工中參數(shù)：Cv=291;m=0.1;xv=0.18;yv=0.42912.27===m/min(2.89m/s)2912.27100010003.14===18.29r/s(1097r/min)按機床取=1200r/min=20r/s51+5+12051+5+1202.14車外圓時==95s(1.5min)工序二：車左端面（作為端面定位基準）h8為過渡配合精銑，粗糙度Ra=6.342CrMo為合金調(diào)質(zhì)鋼Vc=調(diào)質(zhì)HBS=220-250查表得高速鋼刀具的車削速度為10-24m/min1、粗車：t=1mm，查《金屬切削手冊》表9-3，9-4，9-5，9-6選擇高速鋼車刀粗車端面：切削用量切削速度vc=65m/min=1.08m/s進給量f=0.65mm/r吃刀量ap=3-5mm刀具耐用度95min《實用金屬切削加工工藝手冊》表4-28車外圓時調(diào)質(zhì)50-70或0.833-1.167切削速度加工余量參照《金屬切削速查速算手冊》（以下簡稱《速算手冊》）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 查《金屬切削手冊》表9-12，9-14，選擇如下：fz=0.08mm，v=24m/min，則：=101.9r/min取nw=102r/min,則V=24.021m/min40.8mm/min機動工時為：2、半精車：t=0.7mm查《金屬切削手冊》表9-3，選擇高速鋼車刀，D=70mm，z=8。查《金屬切削手冊》表9-12，9-14，選擇：V=24.178m/minmm/min機動工時為0.58min工序三：車右端面以左端面為定位基準方法同工序二。工序四：精車加工軸外圓t=0.5mm由于余量為0.5mm，因此分二次切削，吃刀深度為=0.25mm查《切削用量簡明手冊》，進給量f=0.2mm/r（表1.4）切削加工中參數(shù)：Cv=291;m=0.2;xv=0.18;yv=0.42912.27===283.97m/min(4.73m/s)2912.2710001000===30.13r/s(1807r/min)按機床取=1807r/min=30r/s50.5+5+250.5+5+2車外圓時==94s(1.5min)工序五：銑軸兩端Φ27半圓槽，t=17mm，查《金屬切削手冊》表9-3，選擇高速鋼凸半圓銑刀銑凹半圓，D=125mm,z=10,查《金屬切削手冊》表9-12，9-14，選擇如下：fz=0.09mm/齒，則：（1）每轉(zhuǎn)進給量f為：f=fzz=0.0910=0.9mm/轉(zhuǎn)（2）每分鐘進給量Vf為：Vf=fzzn=0.9轉(zhuǎn)/分（3）每齒進給量fz為：VffVffznz2700.09mm/齒30010（4）取轉(zhuǎn)速nw=300r/min，則切削速度Vc為：=300=300m/min1000wDnVcVf——銑刀每分鐘進給量Z——銑刀齒數(shù)N——銑刀轉(zhuǎn)速（4）機動時間：0.90.960v==4.05mm/s銑削一個U型槽的時間是t1=17/v=17/4.05=4.2s機動時間為：T=340/243+0.5=1.64min工序六：鉆Φ8.5的中心孔查《金屬切削手冊》，選擇高速鋼標準麻花鉆，d0=8.5mm,轉(zhuǎn)速選擇n=375轉(zhuǎn)/分8.58.5375d0n(1)切削速度Vc===10.01m/minVfVfn(2)進給量f==經(jīng)查表選擇f=0.66，則單位時間進給量Vf=nf=375mm/min(3)鉆孔深度ap=250mm(4)材料切除率Q=0.25d0d0fVc=0.25立方毫米分鉆孔時間：d0Vf=(250+2.55)/247.5=1.02min工序七：鉆兩個Φ5孔，鉆銷釘孔，并對Φ5孔倒角（1）鉆φ5mm孔鉆兩個Φ5孔，鉆銷釘孔，并對Φ5孔倒角：選用Z5125A立式鉆床、Φ5標準錐柄麻花鉆專用夾具、0~200/0.02mm游標卡尺；確定進給量選取f=0.10mm/r修正系數(shù)0.7故f=0.075mm/r切削速度v=0.25m/s按機床選取所以實際切削速度切削工時：=6mm，=4mm，=3mm三、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。設(shè)計第Ⅵ道工序——鉆φ8.5mm孔的鉆床夾具。本夾具將用于2K2103C臥式鉆床，刀具為錯齒內(nèi)排屑深孔鉆。(一)問題的提出利用本夾具主要用來鉆φ8.5mm孔，其工序要求有：待加工孔的基本尺寸φ8.5mm，表面粗糙12.5；(二)夾具設(shè)計1、定位基準的選擇本工序以搖臂軸的外圓表面為基準，進行加工。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查《金屬切削機床夾具設(shè)計手冊》可知：鉆削扭矩：軸向鉆削力：式中M——切削扭矩（N·m）D——鉆頭直徑（mm）Px——軸向切削力（N）S——每轉(zhuǎn)進給量（mm）Kp——修正系數(shù)（2）選定安全系數(shù)取安全系數(shù)K=1.2（3）計算所需夾緊力a．防止工件平移所需夾緊力取工件與夾具體之間的摩擦系數(shù)則夾緊力： ——心軸所承受的力因為，故工件不會發(fā)生水平方向的移動b．防止工件轉(zhuǎn)動所需的夾緊力W由轉(zhuǎn)矩平衡方程，可列如下：可求得：W=3980.32N由《機床夾具設(shè)計手冊》表1-2-23得螺母擰緊力=4200N，因為> W，故工件不會發(fā)生轉(zhuǎn)動。通過分析計算可知，本工序中鉆削扭矩和鉆削力較小，工件以Φ8.5孔在心軸上定位，心軸直徑大，剛性好，能承受鉆削扭矩和軸向鉆削力。3、定位誤差分析定位元件尺寸及公差確定。夾具的主要定位元件為一菱形銷和一圓柱銷，孔與銷間隙配合。工件的工序基準為孔心，當工件孔徑為最大，定位銷的孔徑為最小時，孔心在任意方向上的最大變動量等于孔與銷配合的最大間隙量。本夾具是用來在立式鉆床上加工，所以工件上孔與夾具上的定位銷保持固定接觸。此時可求出孔心在接觸點與銷中心連線方向上的最大變動量為孔徑公差多一半。工件的定位基準為已加工好的Φ8.5孔。工序尺寸方向與固定接觸點和銷中心連線方向相同，則其定位誤差為：Td=Dma