铣气门摇臂轴支座Φ18mm孔两端面的铣床夹具设计【5张CAD图纸+说明书】,5张CAD图纸+说明书,气门,摇臂,支座,18,mm,端面,铣床,夹具,设计,CAD,图纸,说明书
机电工程学院课程设计说明书
前言
机械制造技术基础课程设计是我们进行毕业设计之前对所学课程的一次深入的综合性复习，也是一次理论联系实际的训练，因此，它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。
本次课程设计是我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业课之后进行的，它一方面要求学生通过设计能获得综合运用过去所学过的全部课程进行工艺及结构设计的基本能力。通过本次设计，我们可以在下述各方面得到训练：
1．能熟练运用机械制造技术课程中的基本理论以及在生产实习中学到的实践知识，正确地解决一个零件在加工中的定位、夹紧以及工艺路线安排、工艺尺寸确定等问题，保证零件的加工质量。
2．提高结构设计能力。通过设计夹具的训练，我们应当获得根据被加工零件的加工要求，设计出高效、省力、经济合理而能保证加工质量的夹具的能力。
3．学会使用手册及图表资料。掌握与本设计有关的各种资料的名称和出处，能够做到熟练运用。
由于能力有限，本次设计尚有许多不足之处，恳请各位老师和同学给予指教。
摘要
本套夹具是为加工（铣削）1105柴油机中气门摇臂轴支座上mm孔两端面而设计的。鉴于两端面的精度及工作要求，采用卧式双面组合铣床进行加工，本套夹具正是配合该种铣床使用。
夹具中的定位与夹紧方案是采用一根特殊的定位销，定位销中间是一块圆形支撑板，它可以限制气门摇臂轴支座中A面上的3个自由度。定位销插入φ11孔，又可以限制2个自由度，剩下1个自由度用一个固定在夹具体上的防转销来限制，这样工件被完全固定，既没有出现欠定位，也无过定位现象。最后，定位销上端用夹紧螺母（M8）将工件夹紧，下端用两个M8螺母将工件固定在夹具体上。为保证两端面同轴度并提高工作效率，按工序集中原则，需将两端面同时铣削，因此在工件左侧安装两个背靠背的对刀块，使两把刀具同时对刀，对刀块工作面与定位销的位置精度以及各种形位公差必须按设计要求得到保证，这样才能保证零件的合格率。
关键词：定位销；对刀块；定位；夹紧
目 录
一 零件的分析 1
（一）零件的作用 1
（二）零件的工艺分析 1
二 工艺规程设计 2
（一）确定毛坯的制造形式 2
（二）基面的选择 2
（三）定位与夹紧方案 3
（四）制定工艺路线 3
（五）选择加工设备及刀、夹、量具 4
（六）加工工序设计 5
三 夹具设计 13
（一）零件本工序的加工要求分析 13
（二）拟定定位方案和选择定位元件 14
（三）定位误差计算 14
（四）确定夹紧方案 14
（五）确定对刀装置 14
（六）夹具精度分析和计算 15
四 设计小结 17
参考文献 19
一 零件的分析
（一）零件的作用
题目所给定的零件（见图1）是1105柴油机中摇臂座结合部的气门摇臂轴支座。mm孔装摇臂轴，轴上两端各装一进、排气门摇臂。mm孔内装一减压轴，用于降低气缸内压力，便于起动柴油机。两孔间距该为56±0.05mm，可保证减压轴在摇臂上打开气门，实现减压。零件通过φ11mm孔用M10螺杆与气缸盖相连。
图1 气门摇臂轴支座
（二）零件的工艺分析
该零件上的主要加工面为mm，mm，mm孔以及各孔两端面。
mm孔的尺寸精度，与A面的平行度为0.05mm,两端面对孔中心线的圆跳动为0.1mm，直接影响摇臂轴对A面的平行度，以及进排气门摇臂的同轴度。因此，在加工它们时，最好能在一次装夹下将两端面同时加工出来。
mm孔的尺寸精度，与A面的平行度为0.05mm,直接影响减压轴与A面的平行度。该孔与mm间距尺寸精度为56±0.05mm，直接影响减压轴在摇臂上打开气门。
由参考文献[1]中有关面和孔的经济精度及机床能达到的位置精度可知，上述技术要求是可以达到的，零件的结构工艺性也是可行的。
二 工艺规程设计
（一）确定毛坯的制造形式
根据零件材料确定毛坯为铸件。由题目知零件的生产纲领为1万件/年。由参考文献[2]表1-4、表1-3可知，其生产类型为大批生产，毛坯的铸造方法选用砂型机器造型。零件有肋板结构，故需要挖砂造型。此外，为消除残余应力，铸造后应安排人工时效。
由参考文献[3]表2.3-6可知，该种铸件的尺寸公差等级为IT8-10级，加工余量等级MA为G级。故取IT为10级，MA为G级。
（二）基面的选择
1．精基准的选择：气门摇臂轴支座的A面和mm孔是设计基准，用它们做精基准，其余各面和孔的加工也能用它定位，这样使工艺路线遵循了“基准统一”的原则。此外，A面的面积较大，定位比较稳定，夹紧方案也比较简单、可靠，操作方便。
2．粗基准的选择：考虑到以下几点要求，选择mm孔上端面，以及mm和mm两端面为粗基准，第一，在保证各加工面均有余量的前提下，使重要孔的加工余量尽量均匀；第二，保证装入各孔的零件定位准确，夹紧可靠，且能够按要求正常工作。
（三）定位与夹紧方案
最先进行机械加工的表面是精基准A面和mm孔，因此可用一块支撑板限制A面的3个自由度，用一跟心棒插入mm孔限制2个自由度，再用一个防转销顶在mm孔的旁侧，这样，工件的6个自由度全部被限定。最后，用螺栓与支撑板进行夹紧。
综上所述，考虑到方案的可操作性，兼顾工作效率，本方案采用一根特殊的，两端带螺纹，中间带支撑板的定位销来完成定位与夹紧。
（四）制定工艺路线
制定工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已确定为大批生产的条件下，可以考虑采用专用夹具，并尽量使工序集中以提高生产效率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量下降。因此，确定各表面的加工方法为，A面：粗铣→半精铣；mm孔另一端面：粗铣；mm孔两端面：粗铣→半精铣；mm孔两端面：粗铣；mm孔：钻；mm孔：钻→扩→铰；mm孔：钻→扩→铰。
因为mm孔与mm孔有较高的平行度及位置精度要求，故它们的加工宜采用工序集中的原则，即分别在一次装夹下将两空同时加工出来，以保证其精度要求。
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A面、mm孔另一端面，以及mm孔与mm孔两端面的粗加工放在前面，精加工放在后面。
因此，拟订工艺路线方案如下：
序号
工序内容
简要说明
铸造
时效
消除内应力
涂底漆
防止生锈
10
钳工划线
校正各孔中心
20
粗铣A面及mm孔另一端面
先加工基准面
30
半精铣A面
提高基准精度
40
钻mm孔
后加工孔
50
粗铣mm孔及mm孔两端面
先加工面
60
钻扩铰mm孔至mm，孔口倒角1×
留精扩铰余量
70
钻扩铰mm孔至mm，孔口倒角1×
留精扩铰余量
80
精扩铰mm孔，并提高精度至mm
提高精度
90
精扩铰mm孔，并提高精度至mm
提高精度
100
检验
110
入库
（五）选择加工设备及刀、夹、量具
由于生产类型为大批量生产，加工设备易以通用机床为主，配以专用夹具，工件在各机床上的装卸及各机床间的传送均由人工完成。
粗铣A面及孔另一端面，采用卧式双面组合铣床，因切削功率较大，应采用功率为5.5KW的1T×32型铣削头，选择直径为φ40mm的C类可转位面铣刀(参考文献[3]表4.4-40)、专用夹具，游标卡尺。
半精铣A面，采用卧铣，选择X62W卧式铣床(参考文献[3]表3.1-73)，刀具型号与粗铣相同。采用半精铣专用夹具及游标卡尺、刀口型直尺。
粗铣φ16孔及φ18孔两端面，采用功率为φ5.5KW的1T×32型铣削头，选择直径为φ35mm的C类可转位面铣刀，机床为卧式双面组合铣床，专用夹具、游标卡尺。
钻孔铰φ16孔直φ15，φ18孔直φ17，孔口倒角1×，钻孔选用摇臂钻床Z3025(参考文献[3]表3.1-30)锥柄麻花钻(参考文献[1]表4.3-9)锥柄扩孔复合钻，扩孔时倒角。选用锥柄机用绞刀、专用夹具、快换夹头、游标卡尺及塞规。
（六）加工工序设计
1.工序20粗铣及工序30半精铣A面工序
查参考文献[3]表2.3-59，得平面加工余量为0.9mm，已知A面总余量为4mm，故粗加工余量=4-0.9=3.1mm。
查参考文献[3]表2.4-73，取粗铣的每齿进给量为，取精度铣的每转进给量ƒ=，粗铣走刀1次，=3.5mm，精铣走刀1次，=1.5mm。
查参考文献[3]表3.1-74，取粗铣的主轴转速为，取精铣的主轴转速为。又前面已选定铣刀直径D为φ40mm，故相应的切削速度为:
校核机床功率(只校核粗加工工序)：
切削功率为:=
取z=10个齿，则
代入式中得：
××××168×10×2.5×1=
由文献[3]表得机床功率为7.5kw，取效率为0.85，则7.5×0.85=6.375kw<6.62kw
故重新选择主轴转速为，则：
带入公式得：××××168×10××1≈5.2kw<6.375kw
故机床功率足够。
2.工序40钻φ11孔工序
因φ11孔为一次钻出，故其钻削余量为=11/2=5.5mm，φ11孔的公差等级F9。
参考文献[3]表2.4-41，用插入法求得钻φ11孔的切削速度v=，由此算出转速为：
n=1000v/πd=1000×26.7/3.14×11=
按机床实际转速取n=，则实际切削速度为：
v=3.14×11×630/1000=
参考文献[3]表2.4-69，得：=9.81×42.7(N)
M=9.81×0.021(Nm)
分别求出钻φ11孔和M如下：
=9.81×42.7×11××1=2427N
M=9.81×0.021×××1=15.63Nm
它们均小于机床的最大进给力7840N和机床的最大扭转力矩196Nm，故机床刚度足够。
3．粗铣mm孔及mm孔两端面工序
计算与工序20相同，取粗铣的每齿进给量为，取精度铣的每转进给量ƒ=，粗铣走刀1次，=3.5mm，精铣走刀1次，=1.5mm。
查参考文献[3]表3.1-74，取粗铣的主轴转速为，取精铣的主轴转速为。又前面已选定铣刀直径D为φ19mm，故相应的切削速度为:
机床的功率校核同工序20。
4．钻扩铰mm孔至mm工序
mm孔的扩铰余量参考文献[3]表2.3-48取=1.3mm，0.2mm，由此可算出-1.3-0.2=7mm。各工序的余量和工序尺寸及公差列于表1。
表1mm孔各工序余量和工序尺寸及公差(mm)
加工表面 加工方法 余量 公差等级 工序尺寸及公差
钻 7.5 ─ φ15
扩 1.3 H9
铰 0.2 F8
参考文献[3]表2.4-38，并参考Z3025机床说明书，取钻φ15孔的进给量f=0.5mm/r。
参考文献[3]表2.4-41，用插入法求得钻φ15孔的切削速度v=0.545=32.7，由此算出转速为：
n===650.88
按机床实际转速取n=590，则实际切削速度为：
v=3.14×15×590/1000=27.789
参考文献[3]表2.4-41，得：
=98.1×42.7kF(N)
M=9.81×0.021kM(Nm)
分别求出钻φ18孔的和M如下：
=98.1×42.7×15××1=2836N
M=9.81×0.021×××1=22.73Nm
它们均小于机床的最大进给力7840N和机床的最大扭转力矩196Nm，故机床刚度足够。
扩孔，参考文献[3]表2.4-50，并参考机床实际进给量，取f=。
参考文献[1]表3-54，扩孔的切削速度为()，故取=×27.789=13.89
由此算出转速为:
n==1000×13.89/3.14×16.8=263.4
按机床实际转速取n=270
参考文献[3]表2.4-58，铰孔的进给量取f=0.4
参考文献[3]表2.4-60，取铰孔的切削速度为：
v=0.3=18,
由此算出转速n===337.2
按机床实际转速取n=350，则实际切削速度为：
v===18.68
5.钻扩铰mm孔至mm工序
取进给量为f=0.7mm/r，则v=25.4m/min
n===622.2
按机床实际转速取n=650
则实际切削速度为:
v=3.14×13×650/1000=26.53
参考文献[3]表2.4-41，得：
=98.1×42.7kF(N)
M=9.81×0.021kM(Nm)
分别求出钻φ16孔的和M如下：
=98.1×42.7×13××1=2616N
M=9.81×0.021×××1=16.73Nm
它们均小于机床的最大进给力7840N和机床的最大扭转力矩196Nm，故机床刚度足够。
扩孔，参考文献[3]表2.4-50，并参考机床实际进给量，取f=。
参考文献[1]表3-54，扩孔的切削速度为()，故取=×26.53=13.265
由此算出转速为:
n==1000×13.265/3.14×14.8=285.4
按机床实际转速取n=300。
参考文献[3]表2.4-58，铰孔的进给量取f=0.4
参考文献[3]表2.4-60，取铰孔的切削速度为：
v=0.3=18,
由此算出转速n===382.2
按机床实际转速取n=400，则实际切削速度为：
v===18.84
6.时间定额计算
根据本次设计要求，只计算一道工序工时。
下面计算工序70钻扩铰mm孔的时间定额。
①机动时间
由参考文献[3]表2.5-7，得钻孔的计算公式为：
钻φ15孔：
l=37mm 取
将以上数据及已选定的f、n代入公式，得
参考文献[3]表2.5-7，得扩孔和铰孔的计算公式为：
扩φ16.8mm孔：
l=37mm 取
将以上数据及已选定的f、n代入公式，得
铰φ17mm孔：
l=37mm
将以上数据的前面已选定的f及n带入公式，得：
总机动时间，也即基本时间为：
=0.156+0.478+0.297=0.931min
②辅助时间
参考文献[3]表2.5-41确定如表2所示
表2 辅助时间
操作内容
每次需用时间
钻φ15
扩φ16.8
铰φ17
操作次数、时间
次数、时间
次数、时间
主轴变速
0.025
1 0.025
1 0.025
1 0.025
变换进给量
0.025
1 0.025
移动摇臂
0.015
2 0.03
1 0.015
1 0.015
升降钻杆
0.015
2 0.03
2 0.03
2 0.03
装卸刀具
0.06
1 0.06
1 0.06
1 0.06
卡尺测量
0.1
2 0.2
2 0.2
塞规测量
2 0.5
开停车
主轴运转
清洗铣屑
0.015
0.02
0.04
各工序的辅助时间为：钻φ15孔0.37min，扩φ16.8mm孔0.33min，铰φ17mm孔0.63min。
装卸工件时间参考文献[3]表2.5-42取1.5min
所以辅助时间为：
=0.37+0.33+0.63+1.5=2.83min
③作业时间
=+=0.931+2.83=3.761min
④布置工作地时间
参考文献[2]取a=3%,则
=a=3.761×3%0.113min
⑤体息与生理需要时间
参考文献[2]取β=3%,则
=β=3.761×3%=0.113min
⑥准备与终结时间
参考文献[3]表2.5-44,取各部分时间为：
中等件：33min
升降摇臂：1min
深度定位：0.3min
使用回转夹具：10min
试铰刀：7min
由题意已知生产批量为：1万件,则
/n=(33+1+0.3+10+7)/6000=0.008min
⑦单件时间
=+++=0.931+2.83+0.113+0.113=3.987min
⑧单件计算时间
=+/n=3.987+0.008=3.995min
三 夹具设计
图1所示为气门摇臂轴支座零件图，根据老师布置的要求，现需设计铣φ18mm孔两端面的铣夹具。
（一）零件本工序的加工要求分析
本工序的加工要求，铣φ18mm孔的两端面，两端面表面粗糙度为3.2μm，圆跳动不允许超过0.1mm。故本工序采用两把高速钢三面刃铣刀，对工件的两个端面同时进行铣削加工。
（二）拟定定位方案和选择定位元件
1.定位方案
以A面和φ11mm孔作为定位基准，限制五个自由度，再加一个防转销限定工件一个自由度，这样工件六个自由度全部被限定。
2.选择定位元件
根据定位方式，采用带台肩的定位销，其它装工件部分的直径为φ11。
（三）定位误差计算
工序尺寸36mm定位误差分析如下：
由于定位孔与定位销为任意边接触，则：
△Y=D+d+=(0.039+0.016+0.009)mm=0.064mm
所以△D=△B+△Y=(0+0.064)mm=0.064
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