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摘 要 本課題來源于生產實踐 充分利用所學的機械制圖 機械設計及機械制造等課程 了解針對配氣機構的特點 通過 CAD 軟件 利用該軟件制圖功能 完成配氣機構橫臂 零件銑鉆孔夾具的設計 在課題的研究設計階段 首先從眾多的零件中選擇一個作為設計夾具的零件 針 對該零件的結構特點 制定該零件的加工工藝 其次要了解夾具的相關知識 結合零 件的結構特點選擇需要的夾具元件 設計出夾具的大體結構 機床夾具作為一種重要 的工藝裝備在機械制造工藝過程中起著十分重要的作用 它的設計不但要保證工件的 加工質量 提高加工效率 降低成本 在操作維護中安全方便還要注意到夾具結構的 標準化 夾具制造的精密化 為了保證夾具組裝精度 需要學習了解工件定位原理 根據這些原理結合零件的結構特點確定零件在夾具中以一面兩孔作為定位 計算夾具 的定位精度與夾緊力保證零件在夾具上的加工精度 然后使用 CAD 繪圖軟件參考 夾 具設計手冊 繪制夾具元件的機械圖 完成夾具的設計 關鍵詞 CAD 加工工藝 工件定位 Abstract This topic comes from production practice make full use of what have learned mechanical drawing mechanical design and mechanical manufacturing and other programs to understand the characteristics for the gas distribution sector through the CAD software the use of the software mapping function complete with gas sector arm holes milling drilling fixture design In the research projects in the design phase first select from a number of parts as the design of a fixture parts For that part of the structural characteristics of the development of the parts processing technology Second we must understand the fixture knowledge combined with the structural features of components select the required fixture components the general structure of fixture design As an important fixture of the technology and equipment in the mechanical manufacturing process plays an important role it is designed not only to ensure that the workpiece processing quality improve processing efficiency reduce costs in the operation and maintenance of safe and convenient but also noted that Fixture structure of standardization the precision of fixture manufacturing In order to ensure the fixture assembly of precision need to learn to understand principles of positioning the workpiece Combination of components based on these principles to determine the structural characteristics of components in the fixture to one side two holes as the positioning of the positioning accuracy of calculation of fixture clamping force to ensure the parts with the fixture on the machining accuracy And then use the CAD drawing software reference Fixture Design Handbook a mechanical fixture elements drawn map complete fixture design Key words CAD processing technology positioning 目 錄 前言 1 第一章 配氣機構的簡介 2 1 1 配氣機構的工作原理 2 1 2 配氣機構的優(yōu)點及應用 2 1 3 配氣機構橫臂零件的作用 3 第二章 配氣機構橫臂零件的機械加工工藝規(guī)程 4 2 1 配氣機構橫臂零件的工藝分析 4 2 2 配氣機構橫臂零件的機械加工工藝規(guī)程 4 2 2 1 工藝規(guī)程的作用 4 2 2 2 生產類型的確定 5 2 2 3 材料及毛坯的選擇 5 2 3 配氣機構橫臂零件加工工藝過程的設計 5 2 3 1 定位基準的選擇 5 2 3 2 加工方法的選擇 6 2 3 3 加工順序的安排 6 2 3 4 配氣機構橫臂零件零件加工工藝過程的確定 7 2 4 工序設計 9 2 4 1 工時定額的計算 9 2 4 2 機床的選擇 9 2 4 3 工藝裝備的選擇 9 2 4 4 加工余量及工序尺寸的確定 9 2 4 5 具體的工序計算過程 10 第三章 專用夾具設計 23 3 1 夾具的設計要求 23 3 2 銑無凸臺面夾具設計 銑床專用夾具 23 3 3 鉆 16 孔及 M18 孔夾具設計 鉆床專用夾具 24 結論 26 謝辭 27 參考文獻 28 大連交通大學 2010 屆本科生畢業(yè)設計 論文 1 前 言 本課題來源于配氣機構橫臂零件的生產制造 本課題要求對配氣機構橫臂零件進 行合理的工藝規(guī)程設計 包括零件每一道工序的選用設備 切削刀具 切削用量 定 位方式等 并要求對銑無凸臺面和鉆 16 孔 M18 孔進行夾具設計 其目的是把所學 的機械制造工藝 金屬切削原理及工藝裝備設計基礎知識與計算機輔助設計方法結合 起來 加強理論知識并鍛煉實踐和動手的能力 在設計加工柴油機配氣機構中的氣門橫臂時 首先要清楚配氣機構在柴油機中所 起到的作用 配氣機構是柴油機換氣過程的控制結構 它根據汽缸工作循環(huán)的要求 按發(fā)火順序和配氣相位 準確地使汽缸排除廢氣 吸入新鮮空氣 它對柴油機的工作 性能 可靠性和耐久性有很大的影響 因此在生產時可靠的生產加工工藝和組裝工藝 是非常重要的 配氣機構的動作如下 曲軸通過正時齒輪驅動凸輪軸 凸輪軸上的凸輪頂起挺住 推桿 經調節(jié)螺釘搖臂擺動 搖臂的另一端通過橫臂 氣門 鎖夾和彈簧座壓縮氣門 彈簧 使兩個同名氣門下行 逐漸開啟氣門 當凸輪轉過最大升程后 挺住和推桿下 移 搖臂和橫臂逐漸減少對彈簧的壓縮 由彈簧復原彈力頂起彈簧座 推動氣門關閉 封閉氣缸 橫臂的作用是將推桿傳來的運動傳給氣門 橫臂上設有氣門間隙調節(jié)螺釘和鎖緊 螺母 以保證必要的氣門冷態(tài)間隙 氣門橫臂為了保證同名氣門同時啟閉 設有調節(jié) 螺釘和鎖緊螺母 夾具設計必須滿足工藝要求 結構性能可靠 使用安全 操作方便 有利于實現 優(yōu)質 高產 低耗 改善勞動條件 提高標準化 通用化 系列化水平 在設計時還 應盡量采用有關的國家標準 行業(yè)標準 企業(yè)標準 這些都是一個好的夾具產生之前 必不可少的條件 此次設計 在老師的指導下 將所學的理論知識與實際問題相結合 達到了鞏固 擴大 深化知識的目的 提高了分析問題解決問題的能力 進一步鍛煉了有關設計 計算 繪圖等方面的實際動手能力 為今后更好的走向工作崗位打下了堅實的基礎 大連交通大學 2010 屆本科生畢業(yè)設計 論文 2 第一章 配氣機構的簡介 1 1 配氣機構的工作原理 配氣機構的組成 配氣機構由凸輪軸 挺桿 推桿 搖臂 搖臂軸 氣門彈簧及 氣門導管等一些相關部件組成 凸輪軸在發(fā)動機上的布置有下置 側置和頂置 現代發(fā)動機上常采用頂置式 它 位于氣缸蓋上 凸輪軸直接通過搖臂驅動氣門 省去了一大套如挺桿 推桿等往復運 動的部件 很適用于高轉速發(fā)動機 但也帶來傳動軸的困難 由于凸輪軸在氣缸蓋上 氣缸蓋拆裝較為麻煩 并且噴油器的布置也較困難 另有一種頂置式是凸輪軸的幅輪 直接驅動氣門 這種形式的優(yōu)點不但機構簡單 慣性小 對凸輪軸的要求不高 故在 新式汽車應用廣泛 那么凸輪軸是靠什么帶動使它旋轉的呢 最早形式的汽車多采用正時齒輪傳動 曲軸轉動時通過它前端的一對齒輪來帶動 凸輪軸 有時還增加一個中間齒輪 惰輪 為了降低傳動的噪聲 使嚙合平穩(wěn) 正時齒 輪多用夾布膠木制成 且為斜齒 在頂置氣門傳動機構上多采用鏈條傳動或皮帶傳動 皮帶的基體為氯丁橡膠 中間夾入玻璃纖維或尼龍織物 強度高 噪聲小 質量小 價格低 近年來己廣泛用 一般發(fā)動機每個氣缸只有一個進氣門和一個排氣門 為了提高充氣效率 現在多 采用多氣門技術 例如每個氣缸有 4 個氣門 這種多氣門結構對燃油直接噴射的發(fā)動 機特別有利 噴油器布置在燃燒室中央 點火燃燒途徑均勻 各氣門的開度也可適當 減小 每缸采用 4 氣門時 氣門排列有兩種 一是進氣門和排氣門混合排 另一種是進 氣門和排氣門各自排成一列 前者的所有氣門由一根凸輪軸通過 T 形桿驅動 但因氣 門在進氣道中所處位置不同 而導致工作條件和效果不好 后者則無比缺點 但需配 備兩根凸輪軸 凡遇見 DOHC 字樣 就是指頂置式雙凸輪軸 近年來推出的發(fā)動機多 采用這種形式 當然每個氣缸氣門數多于 4 個的也不鮮見 主要目的不外是為了提高 充氣效率罷了 1 2 配氣機構的優(yōu)點及應用 四沖程汽車發(fā)動機都采用氣門式配氣機構 其功用是按照發(fā)動機的工作順序和工 作循環(huán)的要求 定時開啟和關閉各缸的進 排氣門 使新氣進入氣缸 廢氣從氣缸排 出 所謂新氣 對于汽油機就是汽油與空氣的混合物 對于柴油機則為純凈的空氣 進入氣缸內的新氣數量或稱進氣量對發(fā)動機性能的影響很大 進氣量越多 發(fā)動 機的有效功率和轉矩越大 因此 配氣機構首先要保證進氣充分 進氣量盡可能的多 大連交通大學 2010 屆本科生畢業(yè)設計 論文 3 同時 廢氣要排除干凈 因為氣缸內殘留的廢氣越多 進氣量將會越少 其次 配氣 機構的運動件應該具有較小的質量和較大的剛度 以使配氣機構具有良好的動力特性 氣門式配氣機構由氣門組和氣門傳動組兩部分組成 每組的零件組成則與氣門的 位置 凸輪軸的位置和氣門驅動形式等有關 現代汽車發(fā)動機均采用頂置氣門 即進 排氣門置于氣缸蓋內 倒掛在氣缸頂上 凸輪軸的位置有下置式 中置式和上置式三 種 氣門驅動形式則有搖臂驅動 擺臂驅動和直接驅動三種類型 配 氣 機 構 的 功 用 是 按 照 發(fā) 動 機 每 一 氣 缸 內 所 進 行 的 工 作 循 環(huán) 和 發(fā) 火 順 序 的 要 求 定 時 開 啟 和 關 閉 各 氣 缸 的 進 排 氣 門 使 新 鮮 充 量 得 以 及 時 進 入 氣 缸 廢 氣 得 以 及 時 從 氣 缸 排 出 在 壓 縮 與 膨 脹 行 程 中 保 證 燃 燒 室 的 密 封 新 鮮 充 量 對 于 汽 油 機 而 言 是 汽 油 和 空 氣 的 棍 合 氣 對 于 柴 油 機 而 言 是 純 空 氣 1 3 配氣機構橫臂零件的作用 1 橫臂零件的作用 橫臂零件的作用是將推桿傳來的運動傳給氣門 橫臂上設有氣門間隙調節(jié)螺釘和 鎖緊螺母 以保證必要的氣門冷態(tài)間隙 氣門橫臂為了保證同名氣門同時啟閉 設有 調節(jié)螺釘和鎖緊螺母 2 優(yōu)點 結構簡單 保證同名氣門同時啟閉 造價低廉 性價比高 3 缺點 適用范圍小 工藝復雜 大連交通大學 2010 屆本科生畢業(yè)設計 論文 4 第二章 配氣機構橫臂零件的機械加工工藝規(guī)程 2 1 配氣機構橫臂零件的工藝分析 配氣機構橫臂零件 氣門橫臂 主要是起到讓兩個同名氣門同開同閉的功能 橫臂零件的 22H8 孔在配氣機構中起到了動作的導向作用 保證其在運動時的精 確度 它是部件裝備時的裝配基準 要與橫臂導相配合 因此它本身應有較高的位子 精度 它也是其他孔 槽 端面的設計基準 其中心線與其他孔 槽又有平行度和垂 直度的要求 故其加工精度要求達到 和表面粗糙度要求達到 Ra3 2 m 3 02 M18 孔用來裝配調節(jié)螺釘 鎖緊螺母 本身有一定的尺寸精度要求 其軸線與 22H8 又有不平行度的要求 與錐孔 23 同軸度不超過 0 06 下端還需與氣門彈簧 彈簧座相裝配 16 孔下端面的槽是用來連接兩同名氣門中固定的氣門的 是另一個氣門的調節(jié) 基準 它的加工精度要求達到 和表面粗糙度要求達到 Ra3 2 m 03 8 19 8 槽需要與彈簧座 氣門彈簧配合 本身有一定的尺寸精度要求 且與孔 22H8 的不垂直度為 0 05 大端端面與搖臂相配合 表面粗糙度要求較高 需達到 Ra0 8 m 其中要求材料 要進行熱處理后 達到一定的剛度 M18 孔上端 30 度的錐孔用來連接兩同名氣門中浮動的氣門 要求尺寸 mm 表面粗糙度要求達到 Ra6 3 m 為一般加工精度 02 3 零件中 5 孔都是用來存放潤滑油 加工要求不高 Ra12 5 m 2 個 6 孔是在 5 孔的基礎上加工完成的 與 5 孔的同軸度不超過 0 4 對稱度不超過 0 4 其余的加工表面要求一般精度即可 采用一些通用機床和最普通的加工方法 綜上分析可得 氣門橫臂的加工主要以 22H8 孔為基準 故先加工 22H8 孔及 大端端面 然后以 22H8 孔和大端端面為定位基準加工其他的表面 來保證加工基準 和設計基準的統一 從而達到要求的位置精度 2 2 配氣機構橫臂零件的機械加工工藝規(guī)程 2 2 1 工藝規(guī)程的作用 工藝規(guī)程是規(guī)定產品或零部件制造工藝過程和操作方法等的工藝文件 工藝規(guī)程 的作用 1 工藝規(guī)程指導生產的主要技術文件 2 工藝規(guī)程是生產組織和生產管理工作的依據 3 工藝規(guī)程是新建 擴建或改建機械制造廠的主要技術資料 大連交通大學 2010 屆本科生畢業(yè)設計 論文 5 因此 零件的機械加工工藝規(guī)程是每個機械制造廠或加工車間必不可少的技術文件 生產前用它做生產的準備 生產中用它做生產的指揮 生產后用它做生產的檢驗 工 廠或車間的每個工人 技術人員和干部都必須按照工藝規(guī)程進行生產 以確保產品質 量 提高生產率 降低成本和安全生產 零件的機械加工工藝規(guī)程作用重大 必須認 真做好 2 2 2 生產類型的確定 根據零件的生產綱領來確定生產類型 生產類型將直接影響工藝規(guī)程的內容和生 產的組織形式 橫臂零件的生產屬于中批生產 因此 工件的互換性好 毛坯多用型 材 精度中等 加工余量中等 多采用專用機床 專用夾具 加工精度基本由其保證 等 并且工藝規(guī)程要詳細 規(guī)范 2 2 3 材料及毛坯的選擇 零件的材料是 42CrMo 由于考慮到氣門橫臂在柴油機中工作時要不停的上下運動 來達到氣門的開閉 而主要運動導向又要求很高的精度 因此選擇鍛件 根據 機械 制造工藝設計手冊 表 1 2 選取模鍛生產 以使金屬纖維盡量不被切斷 保證零件的 工作可靠性 由于生產綱領為成批生產 零件的輪廓尺寸不大 采用模鍛對提高生產 率 保證加工質量也是有利的 2 3 配氣機構橫臂零件加工工藝過程的設計 2 3 1 定位基準的選擇 正確選擇定位基準是設計工藝過程的一項重要內容 在最初的工序中只能選擇未 加工過的毛坯面為定位基準 稱為粗基準 用加工過的表面作定位基準稱為精基準 在加工過程中 必須相應的以一個或幾個面為依據來加工其他表面 以達到零件圖上 的要求 所以在機械加工中要確定正確的定位基準 氣門橫臂粗基準的選擇主要遵循粗基準選擇的一般原則 粗基準的選擇將會影響 各加工面的余量分配和位置精度 在選擇氣門橫臂的粗基準時 應該考慮以毛坯件自 身作為粗基準 工件外表面不用加工 仍然保持為毛坯面 對于本工件來說 先加工 22H8 孔 然后將 22H8 孔外圓作為粗基準來加工 這樣加工使制造基準和設計基準保持一致 22H8 孔的精度要求較高 位子精度要求 也較高 一次加工可能難以保證其精度 而對加工余量不均與引起的誤差 采用多走 一刀來修正 粗基準最好只使用一次 不要重復使用 以免產生較大的位置誤差 選擇精基準應考慮保證加工精度和裝夾準確 方便 因為 22H8 孔為橫臂零件的 裝配基準 因為基準統一 所以除幾個特殊孔 槽都應以它為基準設計 這幾個特別 的孔和槽分別是 16H8 孔 M18 孔 19 8 槽及凸臺上 6H8 孔 現在分析這幾個部 大連交通大學 2010 屆本科生畢業(yè)設計 論文 6 位的精基準選擇 工件的大 小端面是工件的裝配基準 也是上述幾個部位的有關距 離尺寸要求和位置度要求的設計基準 且面積較大 所以選擇它們?yōu)榧庸て渌嘘P表 面的精基準 2 3 2 加工方法的選擇 零件的加工方法的選擇主要取決于加工表面的技術要求 如粗糙度 尺寸精度 公差等級等 再有 就是和被加工材料 生產類型 技術條件等也有關系 當明確了 上述因素后 就可以根據此來選擇加工方法 來滿足零件質量 較好的經濟性和較高 的生產率的要求 參考 機械制造工藝設計簡明手冊 其加工方法選擇如下 1 22H8 孔的加工方法為 粗車工件小頭端面 倒角 鉆孔 用平頭鉆去除去 孔的鉆頭角 車內環(huán) 擴孔 倒內孔的角 鉸孔 精鉸 作為加工其他孔 面得精基 準 該孔自身精度要求較高 2 大端面的加工方法為 粗車 半精車 精成 它也是加工其他孔 面得精基 準 所以精度要求也較高 3 大端面的 6 孔的精度要求較低 只需鉆孔即滿足工作需要 然后再倒角 4 工件兩個肩面可以用銑床來加工 5 18 螺孔的加工方法為 首先追通孔 然后锪錐孔 因為錐孔表面精度要求 較高 所以需要鉸錐孔 最后攻絲 為了方便還可以锪螺孔來倒角 6 16H8 孔的加工方法同樣也需要鉆 鉸兩個工步 該孔位子精度和表面精度 要求較高 7 19 8 槽可以用立式銑刀來加工 8 6H8 孔位于小凸臺上 首先要先銑小凸臺的端面 然后對其進行鉆孔 鉸 孔 锪孔等操作 9 M6 螺孔的加工方法是先加工 5 孔 然后再攻絲加工 M6 孔 5 孔需從兩 端分兩次鉆孔 一次打通加工困難 2 3 3 加工順序的安排 橫臂零件的加工方法選擇完畢后 就要安排加工順序 一般來說 零件的加工順 序可劃分為粗加工階段 半精加工階段 精加工階段以及光整加工階段 并依次進行 離合齒輪上的加工表面除了自身的加工精度外 相互之間還有一定的位置精度 為了 達到這些要求 工件的各個加工面的加工順序就不能隨意安排 必須遵照一定的原則 即 先粗后精 先主后次 先面后孔 先基準后其他 1 作為基準的表面應先加工 因為后續(xù)工序中要以它作為定位基準 即 先基 準后其他 本文的工藝過程中 離合齒輪的外圓表面和端面要作為基本的定位基準 故安排其先加工 以保證后續(xù)工序的加工精度 大連交通大學 2010 屆本科生畢業(yè)設計 論文 7 2 精基準加工完畢后 應對主要加工表面及關鍵孔進行粗加工 半精加工和精 加工 主要表面的精加工一般放在最后階段進行 以免受到其它的工序影響 次要表 面的加工可穿插在主要表面及關鍵孔加工工序之間進行 即 先粗后精 先主后次 2 3 4 配氣機構橫臂零件零件加工工藝過程的確定 綜合以上的分析 制訂兩套工藝過程如下 工藝方案一 工序 1 劃線 工序 2 車削加工 車小端端面 32 鉆 22 孔 車大端端面 32 工序 3 銑有凸臺面 32 工序 4 銑無凸臺面 32 工序 5 銑有凸臺面槽和小凸臺面 13 工序 6 鉆 16 孔 M18 孔和 30 度錐孔 工序 7 鉆 5 長孔 小凸臺面上的 6 孔 小凸臺面孔外倒角 5 孔兩端攻絲 M6 孔 工序 8 鉆 6 孔和 1 5 倒角 工序 9 兩凸臺在小端面的內孔倒角 工序 10 去毛刺 倒棱 工序 11 熱處理 工序 12 終檢 工藝方案二 工序 1 劃線 工序 2 銑無凸臺面 32 工序 3 銑有凸臺面 32 工序 4 銑有凸臺面槽和小凸臺面 13 工序 5 車削加工 車小端端面 32 鉆 22 孔 車大端端面 32 鉆 6 孔和 1 5 倒角 工序 6 鉆 16 孔 M18 孔 30 度錐孔 工序 7 鉆 5 長孔 小凸臺面上的 6 孔 小凸臺面孔外倒角 5 孔兩端攻絲 M6 孔 工序 8 兩凸臺在小端面的內孔倒角 工序 9 去毛刺 倒棱 工序 10 熱處理 工序 11 終檢 將該兩種方案進行比較 大連交通大學 2010 屆本科生畢業(yè)設計 論文 8 這兩加工法案區(qū)別在于 方案一是先加工 22 孔 再加工有凸臺面和無凸臺面及 小凸臺面的待加工面 方案二是先加工有凸臺面和無凸臺面及小凸臺面 再加工 22 孔 現在具體分析兩種方案的利弊 方案一采取車削集中 銑削集中 鉆削集中 滿 足工序集中的要求 先加工 22 孔 再以 22 孔為基準 來加工有凸臺面和無凸臺面 及小凸臺面 這與工件的設計基準相一致 方案二采取銑削集中 車削集中 鉆削集 中 滿足工序集中要求 先銑無凸臺面 再以無凸臺面為基準加工有凸臺面及銑槽和 小凸臺面 之后加工 22 孔和其他部位 很顯然方案二違背了設計時的以 22 孔為設 計基準的規(guī)定 產生了基準不統一的矛盾 所以經過兩種方案比較選取方案一得加工 工序 具體工序如下 工序 1 劃線 劃凸臺中心線 以凸臺中心線為基準劃工序尺寸 34 工序 2 車削加工 車小端端面 保證工序尺寸 34 0 3mm 小端外圓倒角 1 45 鉆 21 孔 平頭鉆 21 清根 鏜孔 21 85 0 05 車內孔環(huán)型槽 22 8 小端內圓倒 角 1 45 鉸孔到 車削專用夾具轉動 180 度 粗車大端端 8203 H 面工序保證尺寸 99mm 半精車大端端面保證工序尺寸 98 7mm 精車大 端端面保證工序尺寸 98 0 25 及 Ra0 8 m 工序 3 銑有凸臺面 32 保證工序尺寸 mm 及 33mm 15 0 工序 4 銑無凸臺面 32 保證工序尺寸 65 0 3mm 及 mm 兩個加工面的表03 面粗糙度為 Ra12 5 m 工序 5 銑小凸臺和有凸臺面槽 銑小凸臺面 保證工序尺寸 mm 銑有凸臺面槽 保證尺寸035 8 mm 及垂直度 0 05 015 6 工序 6 鉆 16 孔和 M18 孔 鉆孔 13 保證位置度 對稱度 平行度 擴孔 13 到 15 5 保證位置 度 對稱度 平行度 鉸孔位置度 對稱度 平行度 15 5 到 16H8 保證位 置度 對稱度 平行度 mm 及位置度 對稱度 平行度 鉆孔027 16 13 保證平行度 同軸度 擴孔 13 平行度到 15 4 保證平行度 同軸 度 锪錐孔 保證尺寸 mm 和同軸度 精锪錐孔 攻絲 M18 1 5 02 8 工序 7 加工 5 孔 小凸臺孔 鉆 5 孔 長 136mm 從兩頭進行加工 攻絲 2 M6 深 6 鉆小凸臺孔 5 8 倒角 1 45 鉸孔 6H8 夾具轉動 90 鉆 5 孔 工序 8 鉆 6 孔和 1 5 孔 鉆 6 孔 保證尺寸 25mm 倒角 鉆 1 5 孔 大連交通大學 2010 屆本科生畢業(yè)設計 論文 9 工序 9 兩凸臺在小端面的內孔倒角 工序 10 去毛刺 倒棱 工序 11 熱處理 工序 12 終檢 2 4 工序設計 工序設計的內容是為某一工序選擇機床和工裝設備 確定進給量 背吃刀量 切 削深度 和切削速度等切削用量 同時選擇刀具 量具等設備 以高效 高質量的完 成本道工序 2 4 1 工時定額的計算 VLtm 2 4 2 機床的選擇 選擇機床要遵循一定的原則 機床的加工范圍應與零件的外輪廓尺寸相適應 機 床的精度應與工序要求的精度相適應 機床的生產率應與零件的生產類型相適應 本 文中零件生產綱領為 10000 件 年 屬于大批量生產 零件的加工精度比較高的工序一 般采用專用機床 大部分工序采用通用機床 2 4 3 工藝裝備的選擇 在單件小批量生產中 應盡量采用通用夾具和組合夾具 而在大批量生產中則應 根據工序的加工要求自行設計制造專用夾具 故本設計中幾乎全部采用專用夾具 量 具的選擇主要是根據生產類型和要求檢驗的精度來確定的 在本設計中 多采用游標 卡尺進行檢測 如粗車 半精車 等工序就可以用游標卡尺進行檢測 另有一些精度 要求較高的表面 則采用千分尺進行測量 刀具的選擇主要取決于所采用的加工方法 加工表面的尺寸 工件的材料 所要求的加工精度和表面粗糙度 生產效率以及經濟 性等 2 4 4 加工余量及工序尺寸的確定 配氣機構橫臂零件材料是 42CrMo 材料的性能 b 0 686Gpa 重量約為 2 千克 生 產綱領為成批生產 毛坯采用模鍛制造 車小端端面 保證工序尺寸 34 0 3 加工 22 孔 首先鉆 21 孔 留雙邊余量 1mm 然后鏜孔加工到 21 85 0 05 留雙邊余量 0 15mm 最后精加工為 22 孔 保證表面粗糙度為 Ra3 2 m 在 23 中清根時留雙邊余量 2mm 擴孔到 23 22 孔長度保證為 mm 23 孔保證長度為 68mm 05 6 車大端端面 粗車時 留加工余量 1mm 保證工序尺寸 99mm 半精車時 大連交通大學 2010 屆本科生畢業(yè)設計 論文 10 留加工余量 0 7mm 保證工序尺寸 98 7mm 精車時 保證工序尺寸 98 0 25mm 銑有凸臺面 工序尺寸為 mm 及 33mm 15 08 銑無凸臺面 工序尺寸為 65 0 3mm 及 mm 03 銑 19 8 槽 保證工序尺寸 mm 表面粗糙度為 Ra12 5 m 035 加工 16 孔 先鉆 13 孔 留雙邊余量 3mm 工序尺寸 52mm 擴孔時 擴 孔到 15 5 留雙邊余量 0 5 鉸孔 16H8 時的工序尺寸為 52mm 加工 M18 孔 先鉆 13 留雙邊余量 1 6mm 擴孔到 15 6 時的工序尺寸為 52mm 鉆 5 長孔 保證工序尺寸為 22mm 鉸孔 16H8 時 保證工序尺寸為 34 0 3mm 2 4 5 具體的工序計算過程 1 型材棒料 直徑 60 長度 90 2 確定切削用量及基本工時 本次設計所需數據和計算公式均從 機床夾具設計手冊 和 切削用量簡明 手冊 中查閱 工序一 劃線 工序二 車削加工 一 車小端端面 車床 選用 CA6140 型臥式車床 刀具 硬質合金端銑刀 量具 游標卡尺 1 走刀次數 map5 2 1 2 進給量 rf 40 3 車刀后刀面最大磨損限度取為 硬質合金端車刀壽命m4 in60 T 4 確定切削速度 in faTkCVvyxpmv 根據表 1 27 其中修正系數 18 vk24vC15 0 vx3 vy 所以 2 0 min 7 89 67 0 26 54 05 61835 C 確定主軸轉速 md i 1504 15 1710 rvn 按照 C620 1 車床的轉速 選擇 min 40rn 則實際切削速度 6 V 計算長度 253 大連交通大學 2010 屆本科生畢業(yè)設計 論文 11 二 小端外圓倒角 車床 選用 CA6140 型臥式車床 刀具 硬質合金 45 彎頭車刀 量具 游標卡 尺 1 走刀次數 map 1 2 進給量 rf 4 0 3 車刀后刀面最大磨損限度取為 硬質合金 45 彎頭車刀壽命m4 in60 T 4 確定切削速度 in faTkCVvyxpmv 根據表 1 27 其中 1 k29vC15 0 vx2 vy 0 m 所以 in 5 1489 76 4 68 4 05 260921 C 確定主軸轉速 md3 mi 3 015 3 51 rvn 按照 C620 1 車床的轉速 選擇 min 4rn 則實際切削速度 67 01V 計算長度 23 三 粗加工鉆 21 孔 孔尖深處尺寸為 5 0 車床 選用 CA6140 型臥式車床 刀具 硬質合金錐柄麻花鉆 量具 mD21 內徑千分尺 1 走刀次數 map5 102 1 2 進給量 rf 4 3 車刀后刀面最大磨損限度取為 硬質合金錐柄麻花鉆壽命m4 min50 T 4 確定切削速度 min 0fakdCVyxpz 根據表 1 27 其中 1 v vC0 vx5 vy4 0 z 所以 2 0 m min 8 26397 16 028 537 05165 4 VC 確定主軸轉速 md1 大連交通大學 2010 屆本科生畢業(yè)設計 論文 12 min 4079 6528 14 3 852610 rdvn 取標準轉速 min 4r 則實際切削速度 in 7 0dV 四 平頭鉆 清根D 車床 選用 CA6140 型臥式車床 刀具 硬質合金錐柄平頭麻花鉆 D21 量具 內徑千分尺 1 走刀次數 map5 102 1 2 進給量 rf 4 3 車刀后刀面最大磨損限度取為 硬質合金錐柄平頭麻花鉆壽命m4 min50 T 4 確定切削速度 min 0fakdCVyxpz 根據表 1 27 其中 1 v vC0 vx5 vy4 0 z 所以2 m min 8 261 268 537 05615 04 VC 確定主軸轉速 md1 i 4079 4 rvn 取標準轉速 in 40r 則實際切削速度 in 37 26V 五 鏜孔 5 8 21 車床 選用 CA6140 型臥式車床 刀具 硬質合金錐柄鏜刀 量具 內徑百分 表 1 走刀次數 map425 08 1 2 進給量 rf 3 車刀后刀面最大磨損限度取為 硬質合金錐柄鏜刀壽命5 0 min60 T 4 確定切削速度 min fakCVyxp 根據表 1 27 其中 9 0 v158vC15 0 vx4 vy2 0 m 大連交通大學 2010 屆本科生畢業(yè)設計 論文 13 所以 min 86 9351 247 08 26 145 042 609184 VC 確定主軸轉速 md i 693 5 3 rvn 取標準轉速 in 1rn 則實際切削速度 in 0 6V 六 車內孔環(huán)槽 23 8 車床 選用 CA6140 型臥式車床 刀具 硬質合金盲孔鏜刀 量具 內徑百分 表 1 走刀次數 map57 02 8 13 1 2 進給量 rf 3 車刀后刀面最大磨損限度取為 硬質合金盲孔鏜刀壽命 min60 T 4 確定切削速度 min fakCVyxp 根據表 1 27 其中 9 0 v158vC15 0 vx4 vy2 0 m 所以 in 7 89 279 2 6 4 57 601840 02 VC 確定主軸轉速 md3 i 143 80 31 9rvn 取標準轉速 in 1rn 則實際切削速度 in 9 0V 七 精鉸孔到 22H7 車床 選用 CA6140 型臥式車床 刀具 硬質合金錐柄機用鉸刀 量具 內徑 百分表 1 走刀次數 map075 2 8 1 1 2 進給量 rf 4 3 車刀后刀面最大磨損限度取為 硬質合金錐柄機用鉸刀壽命 min75 T 4 確定切削速度 min 0faTkdCVyxpz 大連交通大學 2010 屆本科生畢業(yè)設計 論文 14 根據表 1 27 其中 1 vk2vC 0 vx5 vy3 0 z4 0 m 所以 min 41 95206 3895 7 0624 581 075 21 4 03VC 確定主軸轉速 md i 3 9rvn 取標準轉速 in 140rn 則實際切削速度 in 71 6V 八 小端內圓倒角 1 45 車床 選用 CA6140 型臥式車床 刀具 硬質合金 45 度內圓彎頭車刀 量具 游標卡尺 1 走刀次數 map 1 2 進給量 rf 4 0 3 車刀后刀面最大磨損限度取為 硬質合金 45 度內圓彎頭車刀m0 壽命 in60T 4 確定切削速度 in mfakCVyxp 根據表 1 27 其中 1 v29vC15 0 vx2 vy 0 m 所以 in 48 3 68 4 0629215 0VC 確定主軸轉速 md i 2369 510 24 rvn 取標準轉速 in rn 則實際切削速度 in 7 9610V 九 粗車大端端面 留加工余量 1mm 車床 選用 CA6140 型臥式車床 刀具 硬質合金端車刀 量具 游標卡尺 1 走刀次數 map5 2 1 2 進給量 rf 40 3 車刀后刀面最大磨損限度取為 硬質合金端車刀壽命m0 min60 T 4 確定切削速度 大連交通大學 2010 屆本科生畢業(yè)設計 論文 15 min faTkCVyxpm 根據表 1 27 其中 18 v24vC15 0 vx3 vy2 0 m 所以 in 18 67 286 3 6 54 05 160235 VC 確定主軸轉速 md i 4 10 21 8rvn 取標準轉速 in rn 則實際切削速度 in 67 40V 十 半精車車大端端面 留加工余量 0 3mm 車床 選用 CA6140 型臥式車床 刀具 硬質合金端車刀 量具 游標卡尺 1 走刀次數 map7 0 1 2 進給量 rf 4 3 車刀后刀面最大磨損限度取為 硬質合金端車刀壽命m0 in60 T 4 確定切削速度 in mfakCVyxp 根據表 1 27 其中 18 v24vC15 0 vx3 vy2 0 m 所以 in 9 86 27 98 6 54 07 6023515 VC 確定主軸轉速 md i 14 013 2 821 rvn 取標準轉速 in rn 則實際切削速度 in 67 401V 十一 精車車大端端面 車床 選用 CA6140 型臥式車床 刀具 硬質合金端車刀 量具 游標卡尺 1 走刀次數 map3 0 2 進給量 rf 4 3 車刀后刀面最大磨損限度取為 硬質合金端車刀壽命m0 1 in60 T 4 確定切削速度 大連交通大學 2010 屆本科生畢業(yè)設計 論文 16 min faTkCVyxpm 根據表 1 27 其中 18 v24vC15 0 vx3 vy2 0 m 所以 in 68 7 2876 3 6 54 03 6023515 VC 確定主軸轉速 md i 04 10 21 871 rvn 取標準轉速 in rn 則實際切削速度 in 67 40V 工序三 銑有凸臺面 銑床 選用 XA6132 型臥式銑床 刀具 硬質合金圓柱形銑刀 8 Z 量具 游標卡尺mD80 1 走刀次數 ap5 21 m 2 進給量 zf 0 rf 285 0 3 車刀后刀面最大磨損限度取為 硬質合金圓柱形銑刀壽命 in80 T 4 確定切削速度 min 0kzafdCVpueyxpmq 根據表 3 27 其中修正系數 1 v280vC5 vx28 0vy 銑削3 38 7 qzmaffz 寬度 所以 ae2 231 7 68 0549 412825 0 18011 03 8 3 7 CVmin 24967 確定主軸轉速 d0 min 142 53720 81 73510 rvn 取標準轉速 in r 則實際切削速度 in 6 V 工序四 銑無凸臺面 銑床 選用 XA6132 型臥式銑床 刀具 硬質合金直齒三面刃銑刀 18 Z 量具 游標卡尺mD80 大連交通大學 2010 屆本科生畢業(yè)設計 論文 17 1 走刀次數 map5 2 1 2 進給量 zf 0rmf 6 382 0 3 車刀后刀面最大磨損限度取為 硬質合金直齒三面刃銑刀壽命 in0 T 4 確定切削速度 in 0mkzafdCVpueyxpmq 根據表 3 27 其中修正系數 1 v 32 vv4 v35 04 0 u p21 0 q 銑削寬度 所以 zaffz 0ae2min 8 721 38 13 184 035 21 VC 確定主軸轉速 md in 96 57480 28740 rvn 取標準轉速 in 3r 則實際切削速度 in 3 510dV 計算長度 92 4 221 l m86 機動工時 801l 2 所以 in267 10 2 3 4 mt 切削力的計算 查 機床夾具設計手冊 得銑削力的計算公式為 znBDstpz1 0 18 0935 銑削深度 每齒進給量 銑刀直t 2zms mD80 徑 銑削速度 銑刀速度 齒數 mBin 296r1Z276 235380 5 3 1 01 90 p N09758 741 24 sV in 7 切削功率 kwvpc 8 10 6 總切削功率 kw 02 XA6123 銑床的主電動機的功率為 7 5KW 所以選擇的電動機滿足工作需要 工序五 銑槽和小凸臺 見工序卡片 大連交通大學 2010 屆本科生畢業(yè)設計 論文 18 工序六 鉆 16 孔及 M18 孔 一 鉆 13 孔 機床 選用搖臂鉆床 Z3025 功率為 2 2KW 刀具 高速鋼錐柄麻花鉆md13 量具 內徑百分表 1 走刀次數 map5 62 1 2 進給量 rf 0 3 車刀后刀面最大磨損限度取為 高速鋼錐柄麻花鉆壽命m4 0 min0 T 4 確定切削速度 in 0mfaTkdCVyxpz 根據表 2 30 其中修正系數 74 0 vk8 vC0 vx7 vy 所以 4 0 z2 min 48 1560 9324 097 18 563418 7020 VC 確定主軸轉速 md i 37 58 rvn 取標準轉速 in 315r 則實際切削速度 in 6 120V 計算長度 l2 鉆套到工件距離為 25 孔深 20 鉆套長度 10 鉆頭尖到鉆套的距離 5 機動工時 mDl 620cot 1 325l 所以 in54 03 765 mt 二 擴孔 13 到 15 5 留鉸孔余量 0 25 機床 選用搖臂鉆床 Z3025 功率為 2 2KW 刀具 高速鋼錐柄擴孔鉆 d 15 量具 內徑百分表 1 走刀次數 map25 1 35 1 2 進給量 rf 70 3 車刀后刀面最大磨損限度取為 高速鋼錐柄擴孔鉆壽命6 0 大連交通大學 2010 屆本科生畢業(yè)設計 論文 19 min30 T 4 確定切削速度 min 0fakdCVyxpz 根據表 2 30 其中修正系數 74 0 vk6 18vC2 0 vx5 vy 所以 3 z m min 9 14 37 26187 025 10685 3 CV 確定主軸轉速 md min 265 8290 5 4 3 9rvn 取標準轉速 in 15r 則實際切削速度 in 10V 計算長度 l62 鉆套到工件距離為 25 孔深 20 鉆套長度 10 鉆頭尖到鉆套的距離 5 機動工時 mdDl 7 20cot 1 425l 所以 in14 05 31 7 5 mt 三 鉸孔 15 5 到 16H8 機床 選用搖臂鉆床 Z3025 功率為 2 2KW 刀具 高速鋼錐柄機用鉸刀 d 15 量具 內徑百分表 1 走刀次數 map25 0 1 2 進給量 rf 1 3 車刀后刀面最大磨損限度取為 高速鋼錐柄機用鉸刀壽命m4 0 min5 T 4 確定切削速度 min 0fakdCVyxpz 根據表 2 30 其中修正系數 74 0 vk1 2vC 0 vx65 vy 所以 3 z4 min 4 3 5678 16 92 25 0716650 3VC 大連交通大學 2010 屆本科生畢業(yè)設計 論文 20 確定主軸轉速 md160 min 13024 56 4 3 5 10 rvn 取標準轉速 in 2r 則實際切削速度 in 0 V 計算長度 l10 鉆套到工件距離為 25 孔深 20 鉆套長度 10 鉆頭尖到鉆套的距離 5 機動工時 mdDl 14 26cot2 1 3925 l 所以 in3 0 4 5 mt 四 鉆 M18 前孔 15 4 的粗鉆 13 機床 選用搖臂鉆床 Z3025 功率為 2 2KW 刀具 高速鋼錐柄麻花鉆 d13 量具 內徑百分表 1 走刀次數 map5 62 1 2 進給量 rf 0 3 車刀后刀面最大磨損限度取為 高速鋼錐柄麻花鉆壽命m4 0 min0 T 4 確定切削速度 min 0fakdCVyxpz 根據表 2 30 其中修正系數 74 0 vk8 vC0 vx7 vy 所以 4 z2 min 4 156 932 9 18 056374182 0 VC 確定主軸轉速 md i 378 054 rvn 取標準轉速 in 315r 則實際切削速度 in 86 120V 計算長度 l2 鉆套到工件距離為 33 孔深 20 鉆套長度 10 鉆頭尖到鉆套的距離 5 機動工時 61 l32l l 所以 min67 0342 015 3 mt 大連交通大學 2010 屆本科生畢業(yè)設計 論文 21 五 擴孔到 15 4 機床 選用搖臂鉆床 Z3025 功率為 2 2KW 刀具 高速鋼錐柄擴孔鉆md15 量具 內徑百分表 1 走刀次數 map2 1 34 1 2 進給量 rf 70 3 車刀后刀面最大磨損限度取為 高速鋼錐柄擴孔鉆壽命6 0 min0 T 4 確定切削速度 min 0fakdCVyxpz 根據表 2 30 其中修正系數 74 0 vk6 18vC2 0 vx5 vy 所以 3 z min 98 14 53 26187 02 145685 03 VC 確定主軸轉速 md i 26 81290 4 3 9rvn 取標準轉速 in 15r 則實際切削速度 in 50V 計算長度 l6823 鉆套到工件距離為 33 孔深 20 鉆套長度 10 鉆頭尖到鉆套的距離 5 機動工時 7 1 l42l3 l 所以 min1 0 735 3 mt 六 锪錐孔 留鉸孔余量 0 2mm 機床 選用搖臂鉆床 Z3025 功率為 2 2KW 刀具 高速鋼錐柄麻花鉆 加切削液 量具 內徑千分尺d25 1 走刀次數 ap8 32 4 153 1 2 進給量 rmf 0 3 車刀后刀面最大磨損限度取為 高速鋼錐柄麻花鉆壽命m4 0 min50 T 4 確定切削速度 in 0fakdCVyxpz 大連交通大學 2010 屆本科生畢業(yè)設計 論文 22 根據表 2 30 其中修正系數 74 0 vk1 vC0 vx5 vy 所以 4 0 z2 mmin 4 238 76962 18 34 08357152 VC 確定主軸轉速 md2 i 5 40 5 0 rvn 取標準轉速 in 315r 則實際切削速度 in 3 10V 計算長度 ml 22cot 4 2 鉆套到工件距離為 33 孔深 20 鉆套長度 10 鉆頭尖到鉆套的距離 5 機動工時 8 5 13 1 l 32l 所以 in1 061 40 85 6 mt 七 精锪錐孔 保證工序尺寸 mm 和 52mm3 機床 選用搖臂鉆床 Z3025 功率為 2 2KW 刀具 高速鋼錐柄麻花鉆 加切削液 量具 內徑千分尺d25 1 走刀次數 ap1 02 1 m 2 進給量 rf 3 車刀后刀面最大磨損限度取為 硬質合金端車刀壽命4 0 min50 T 4 確定切削速度 min 0fakdCVyxpz 根據表 2 30 其中修正系數 1 vk 2vC 0 vx65 vy 所以 3 z4 min 2 476 8314 6 078 01 5265 03 VC 確定主軸轉速 md i 59 72 14 3 rvn 取標準轉速 in 60r 則實際切削速度 in 7V 計算長度 ml 410cot 2 5 鉆套到工件距離為 33 孔深 20 鉆套長度 10 鉆頭尖到鉆套的距離 大連交通大學 2010 屆本科生畢業(yè)設計 論文 23 5 機動工時 8 52 4 123 1 l 32l 所以 min56 0 1 06 85 6 mt 工序七 加工工件上 5 長孔 詳見工序卡片 工序八 車床加工 1 5mm 和 6mm 孔 詳見工序卡片 工序九 倒角 詳見工序卡片 最后整理所有數據 填入工序卡片 詳見工序卡片 第三章 專用夾具設計 3 1 夾具的設計要求 機床夾具是機械制造中一項重要的工藝裝備 工件在機床上加工時 為了保證加 工精度和提高生產率 必須使工件在機床上相對刀具的切削或成形運動處于準確的位 置 當用夾具加工一批工件時 是通過夾具來實現上述要求的 專用夾具是專門為工 件的某道工序專門設計和制造的 由于采用了專門的元件 可以方便 簡單地操作 并且易于保證加工精度的穩(wěn)定 減輕了勞動強度 保證安全生產 本設計中夾具的設計任務是 大連交通大學 2010 屆本科生畢業(yè)設計 論文 24 銑無凸臺面夾具設計 鉆 16 孔及 M18 孔夾具設計 3 2 銑無凸臺面夾具設計 銑床專用夾具 一 在本設計中 銑無凸臺面選用的機床是 X62W 型臥式銑床 該機床主要參數是 主軸軸線到工作臺的距離為 30mm 50mm 床身垂直導軌到工作臺中心的距離為 215mm 470 工作臺尺寸 長 1250mm 寬 320mm T 行槽槽數為 3 二 下面詳見設計的內容 定位基準的選擇 由零件圖和工序圖可知 要保證工序尺寸 65 0 3mm 及 mm 依基準統一的原則 以小端端面及 22 孔定位 而且小端端面及 22 孔是03 已加工表面 所以可以作為精基準來使用 故選小端端面及 22 孔為精基準 切削力及夾緊力的計算 以下用到的公式均從 機床夾具設計手冊 中查得 銑削力計算公式 znBDstpz1 0 18 09235 t 2 5mm 銑削深度 0 2mm z 每齒進給量 D 80mm 銑刀直徑 z B 32mm 銑削速度 n 296r min 銑刀速度 Z 18 齒數 Np 60 3182963802 5 23 01 90 當兩把銑刀同時加工總銑削力為 PF27總 總銑削力在水平方向上的分力為 H 總銑削力在垂直方向上的分力為 V0 計算夾緊力時要考慮安全系數 4321K 1 5 是基本安全系數 1 1 是加工性質系數2K 1 1 是刀具鈍化系數 1 1 是斷續(xù)切削系數3 4NFH5 139 67 15 夾 為了克服水平夾緊力 實際夾緊力 為 夾F夾fN 21夾 其中 是夾具定位面和夾緊面之間的摩擦系數21f 25 01 f6 計算螺母的夾緊力 通過查 機床夾緊設計手冊 得 M16 的螺母產生的夾緊力為 7870N 所需的夾緊 大連交通大學 2010 屆本科生畢業(yè)設計 論文 25 力 2667N 因此本夾具可以安全的工作 定位誤差分析 尺寸 65 0 3mm 的定位誤差 工序基準為小端端面 定位基準也是小端端面 兩個基準重合 所以由基準不重 合引起的誤差為 0 又因為是平面定位 所以由于基準位移引起的誤差為 0 所以定位誤差為 0 尺寸 mm 的定位誤差3 工序基準尺寸 65 0 3mm 的加工面 定位基準是小端端面 兩個基準不重合 二 者以尺寸 mm 相聯系 因此工件工序基準相對于定位基準在加工尺寸 mm 方03 03 向上的由于基準不重合引起的誤差為 0 0 3 2 0 6mm 是平面定位 所以由于基準位移引起的誤差為 0 所以定位誤差是 0 6 三 夾具操作的說明 本設計夾具可以同時加工六個工件 這是考慮到提高生產效率 本工序是粗加工 切削力較大 但是又為了夾緊工件 就需要采用大的螺母 可這又會造成整個夾具過 于龐大 所以設計就必須減小切削力 我采用的是提高毛坯制造精度 使最大切削深 度降低 從而降低切削力 夾具上裝有對刀塊 可使加工零件之前精確的對刀 此外 夾具體地面的一對定位鍵用于找準夾具在工作臺上的安裝位置 達到利于銑削加工的 目的 3 3 鉆 16 孔及 M18 孔夾具設計 鉆床專用夾具 一 在本設計中