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鎮(zhèn) 江 高 專 ZHENJIANG COLLEGE 畢 業(yè) 設 計(論 文) 氣門搖桿軸支座工藝工裝設計 Valve rocker bearing for tooling design 系 名： 機械工程系 專業(yè)班級： 機電W072 學生姓名： 任為群 學 號： 070108207 指導教師姓名： 張晶 指導教師職稱： 副教授 二○一二年 四 月 二十 日 目錄 摘要 3 引 言 4 第一章 零件的分析 5 第二章 工藝規(guī)程的設計 6 2.1確定毛坯的的制造形式 6 2.2制訂工藝路線 6 2.3機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 6 2.4確定切削用量及基本工時 7 第三章 專用夾具的設計 14 3.1銑E、B端面的夾具設計 14 3.1.1 問題的提出 14 3.1.2 定位基準的選擇 14 3.1.3定位元件的設計 14 3.1.4 切削力及夾緊力計算 14 3.1.5 定向鍵與對刀裝置設計 16 3.1.6 夾具設計及操作簡要說明 17 3.2鉆、擴、鉸Φ16孔的夾具設計 20 3.2.1問題提出 20 3.2.2 定位基準的選擇 20 3.2.3定位元件的設計 20 3.2.4切削力及夾緊力計算 20 3.2.5 夾具設計及操作簡要說明 20 總 結(jié) 23 致 謝 24 參 考 文 獻 25 25 氣門搖桿軸支座 專業(yè)班級：機電W072 學生姓名：任為群 指導教師：張晶 職稱：副教授 摘 要：本設計所設計的零件是柴油機中搖桿結(jié)合部分的氣門搖桿軸支座，氣門搖桿軸支座是柴油機搖桿座的結(jié)合部分，它是柴油機一個重要零件。其中搖桿軸裝在Φ20（+0.06~+0.1）孔中，軸上兩端各裝一進氣門搖桿；搖桿座通過兩個Φ13孔用M12螺桿與汽缸蓋相連，3mm軸向槽用于鎖緊搖桿軸，使其不能轉(zhuǎn)動。汽缸蓋內(nèi)每缸四閥使燃燒室充氣最佳，氣門由搖桿凸輪機構(gòu)驅(qū)動，摩擦力小且氣門間隙由液壓補償。這種結(jié)構(gòu)可能減小燃油消耗并改善排放。 關鍵詞： 氣門搖桿軸支座；工藝性；加工工藝性 ABSTRCT：The design of the parts of diesel engine valve rocker shaft rocker with bearing, valve rocker shaft bearing of diesel engine rocker seat is combined, it is one of the important parts of diesel engine. The rocker shaft mounted in a20( + 0.06 - + 0.1) hole, shaft are respectively installed with a valve rocker; rocker seat through two than13holes with screw and cylinder cover connected M12,3mm axial groove for locking rocker shaft, so that it can't move. The inside of the cylinder head of four valve per cylinder combustion chamber inflatable best, valve consists of a rocker cam drive, small friction force and the valve clearance by the hydraulic compensation. This structure can reduce fuel consumption and emission. Key words: valve rocker shaft support; technology; processing technology 引 言 機械制造業(yè)是制造具有一定形狀位置和尺寸的零件和產(chǎn)品，并把它們裝備成機械裝備的行業(yè)。機械制造業(yè)的產(chǎn)品既可以直接供人們使用，也可以為其它行業(yè)的生產(chǎn)提供裝備，社會上有著各種各樣的機械或機械制造業(yè)的產(chǎn)品。我們的生活離不開制造業(yè)，因此制造業(yè)是國民經(jīng)濟發(fā)展的重要行業(yè)，是一個國家或地區(qū)發(fā)展的重要基礎及有力支柱。從某中意義上講，機械制造水平的高低是衡量一個國家國民經(jīng)濟綜合實力和科學技術水平的重要指標。 氣門搖桿軸支座的加工工藝規(guī)程及其銑50底面與粗車、半精車、精車Φ16孔的夾具設計是在學完了機械制圖、機械制造技術基礎、機械設計、機械工程材料等進行設計之后的下一個教學環(huán)節(jié)。正確地解決一個零件在加工中的定位，夾緊以及工藝路線安排，工藝尺寸確定等問題，并設計出專用夾具，保證零件的加工質(zhì)量。本次設計也要培養(yǎng)自己的自學與創(chuàng)新能力。因此本次設計綜合性和實踐性強、涉及知識面廣。所以在設計中既要注意基本概念、基本理論，又要注意生產(chǎn)實踐的需要，只有將各種理論與生產(chǎn)實踐相結(jié)合，才能很好的完成本次設計。 本次設計水平有限，其中難免有缺點錯誤，敬請老師們批評指正。 第一章 零件的分析 氣門搖桿軸支座共有六組加工表面，現(xiàn)分述如下： 1、50底面 2、上端面 3、2-Φ13孔 4、軸向槽 5、2-Φ32端面 6、Φ20孔 第二章 工藝規(guī)程的設計 2.1 、確定毛坯的的制造形式 由零件圖可知，其材料為HT200，該材料具有較高的強度、耐磨性、耐熱性及減振性，適用于承受較大應力，要求耐磨的零件。該零件上主要加工面為上端面，下底面，左右兩端面，2-Φ13孔，Φ20（+0.06~+0.10）孔以及3mm寬的軸向槽。其中Φ20（+0.06~+0.10）孔的尺寸精度以及下端面相對于Φ20（+0.06~+0.10）孔軸線的平行度及左右端面的尺寸精度，直接影響到進氣孔與排氣門的轉(zhuǎn)動精度和密封性。因此，需要先以上端面為粗基準加工下端面，再以下端面為精基準加工上端面，最后加工Φ20（+0.06~+0.10）時以下端面為定位基準，以保證孔軸相對下端面的位置精度。由《機械加工工藝手冊》中有關孔的加工的經(jīng)濟精度機床能達到的位置精度可知，上述要深圳市可以達到的零件結(jié)構(gòu)的工藝性也是可行的。 根據(jù)零件材料確定毛坯為鑄件，已知零件的類型為大批量生產(chǎn)，故毛坯的鑄造方法用砂型機器造型。此外，為消除殘余應力，鑄造后安排人工時效處理。由《機械加工工藝手冊》查得該種鑄造公差等級為CT10~11，加工余量等級MA選擇H級。 2.2 、制訂工藝路線 （1）、工藝路線方案一： 工序10：鑄造 工序20：時效 工序30：粗、精銑50底面 工序40：粗銑上端面 工序50：鉆2-Φ13通孔 工序60：銑軸向槽 工序70：粗車、半精車、精車左右兩Φ32端面 工序 80：鉆Φ18的孔，擴孔至Φ19.8、鉸孔至Φ20，倒角 工序90：清洗去毛刺 工序100：驗收 工序110：入庫 （2）、工藝路線方案二： 工序10：鑄造 工序20：時效 工序30：粗、精銑50底面 工序40：粗銑上端面 工序50：銑軸向槽 工序60：粗車、半精車、精車左右兩Φ32端面 工序 70：鉆Φ18的孔，擴孔至Φ19.8、鉸孔至Φ20，倒角 工序80：鉆2-Φ13通孔 工序90：清洗去毛刺 工序100：驗收 工序110：入庫 （3）、工藝方案的分析： 上述兩個工藝方案的特點在于：方案一與方案二的區(qū)別是：方案一把鉆2-Φ13孔放的相對靠前，這樣做為后面工序的加工提供了定位基準，節(jié)約了夾具設計的時間，提高了生產(chǎn)效率，故我們采用方案一： 具體的工藝過程如下： 工序10：鑄造 工序20：時效 工序30：粗、精銑50底面 工序40：粗銑上端面 工序50：鉆2-Φ13通孔 工序60：銑軸向槽 工序70：粗車、半精車、精車左右兩Φ32端面 工序 80：鉆Φ18的孔，擴孔至Φ19.8、鉸孔至Φ20，倒角 工序90：清洗去毛刺 工序100：驗收 工序110：入庫 2.3、機械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定 “氣門搖軸支座”零件材料HT200，毛坯的重量約為1.4g，生產(chǎn)類型為大批量生產(chǎn)，采用砂型機鑄造毛坯。 1、50底面，表面粗糙度為Ra6.3，查《切削用量手冊》表2-8得，單邊總余量Z=2.0 粗銑 單邊余量Z=1.5 精銑 單邊余量Z=0.5 2、上端面，表面粗糙度為Ra6.3，查《切削用量手冊》表2-8得，單邊總余量Z=2.0 粗銑 單邊余量Z=1.5 精銑 單邊余量Z=0.5 3、2-Φ13孔，因孔的尺寸不大，很難鑄造成型，故采用實心鑄造 4、軸向槽，因尺寸不大，很難鑄造成型，故采用實心鑄造 5、Φ32端面，表面粗糙度為Ra1.6，查《切削用量手冊》表2-8得，單邊總余量Z=2.0 粗車 單邊余量Z=1.5 半精車 單邊余量Z=0.4 精車 單邊余量Z=0.1 6、Φ20孔，因孔的尺寸不大，很難鑄造成型，故采用實心鑄造 7、不加工表面毛坯按照零件圖給定尺寸為自由度公差，由鑄造可直接獲得。 2.4、 確定切削用量及基本工時 工序10：鑄造 工序20：時效 工序30：粗、精銑50底面 工步一：粗銑50底面 1. 選擇刀具 刀具選取端銑刀，刀片采用YG8, ，，，。 2. 決定銑削用量 1） 決定銑削深度 因為加工精度相對較高，故分兩次（即粗銑、精銑）完成，則 2） 決定每次進給量及切削速度 根據(jù)X51型銑床說明書，其功率為為4.5kw，中等系統(tǒng)剛度。 根據(jù)表查出 ，則 按機床標準選?。?75 3） 計算工時 切削工時：，，，則機動工時為 工步二：精銑50底面 1. 選擇刀具 刀具選取端銑刀，刀片采用YG8, ，，，。 2. 決定銑削用量 1） 決定銑削深度 因為加工精度相對較高，故分兩次（即粗銑、精銑）完成，則 2） 決定每次進給量及切削速度 根據(jù)X51型銑床說明書，其功率為為4.5kw，中等系統(tǒng)剛度。 根據(jù)表查出 ，則 按機床標準選取＝675 3） 計算工時 切削工時：，，，則機動工時為 工序40：粗銑上端面 1. 選擇刀具 刀具選取端銑刀，刀片采用YG8, ，，，。 2. 決定銑削用量 1） 決定銑削深度 因為加工精度相對不高，故一次加工即可完成，則 2） 決定每次進給量及切削速度 根據(jù)X51型銑床說明書，其功率為為4.5kw，中等系統(tǒng)剛度。 根據(jù)表查出 ，則 按機床標準選取＝900 3） 計算工時 切削工時：，，，則機動工時為 工序50：鉆2-Φ13通孔 確定進給量：根據(jù)參考文獻Ⅳ表2-7，當鋼的，時，。由于本零件在加工Φ13孔時屬于低剛度零件，故進給量應乘以系數(shù)0.75，則 根據(jù)Z525機床說明書，現(xiàn)取 切削速度：根據(jù)參考文獻Ⅳ表2-13及表2-14，查得切削速度所以 根據(jù)機床說明書，取，故實際切削速度為 切削工時：，，，則機動工時為 總的工時：T=2 =1.474min 工序60：銑軸向槽 選擇刀具 刀具選取鋸片銑刀，刀片采用YG8, ，，，。 2. 決定銑削用量 1） 決定銑削深度 因為加工余量不大，故可在一次走刀內(nèi)銑完，則 2） 決定每次進給量及切削速度 根據(jù)X51型銑床說明書，其功率為為7.5kw，中等系統(tǒng)剛度。 根據(jù)表查出 ，則 按機床標準選取＝275 當＝275r/min時 按機床標準選取 3） 計算工時 切削工時： ，，則機動工時為 工序70：粗車、半精車、精車左右兩Φ32端面 工步一：粗車左右兩Φ32端面 1） 車削深度，表面粗糙度為Ra1.6，故可以選擇ap=1.5mm，三次走刀（粗車、半精車、精車）即可完成所需長度。 2）機床功率為7.5kw。查《切削手冊》f=0.14~0.24mm/z。選較小量f=0.14 mm/z。 3） 查后刀面最大磨損及壽命 查《切削手冊》表3.7，后刀面最大磨損為1.0~1.5mm。 查《切削手冊》表3.8，壽命T=180min 4） 計算切削速度 按《切削手冊》，查得 Vc＝98mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s 據(jù)CA6140臥式車床 車床參數(shù)，選擇nc=475r/min,Vfc=475mm/s 則實際切削速度V c=3.1480475/1000=119.3m/min,實際進給量為f zc=V fc/ncz=475/(30010)=0.16mm/z。 5)校驗機床功率 查《切削手冊》Pcc=1.1kw,而機床所能提供功率為Pcm>Pcc。故校驗合格。 最終確定 ap=1.5mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，V c=119.3m/min，f z=0.16mm/z。 6）計算基本工時 tm＝L/ Vf=(16+1.5+3)/（4750.16）=0.2697min。 總的工時：T=2 tm =0.539min 工步二：半精車左右兩Φ32端面 1） 車削深度，表面粗糙度為Ra1.6，故可以選擇ap=0.4mm，三次走刀（粗車、半精車、精車）即可完成所需長度。 2）機床功率為7.5kw。查《切削手冊》f=0.14~0.24mm/z。選較小量f=0.14 mm/z。 3） 查后刀面最大磨損及壽命 查《切削手冊》表3.7，后刀面最大磨損為1.0~1.5mm。 查《切削手冊》表3.8，壽命T=180min 4） 計算切削速度 按《切削手冊》，查得 Vc＝98mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s 據(jù)CA6140臥式車床 車床參數(shù)，選擇nc=475r/min,Vfc=475mm/s 則實際切削速度V c=3.1480475/1000=119.3m/min,實際進給量為f zc=V fc/ncz=475/(30010)=0.16mm/z。 5)校驗機床功率 查《切削手冊》Pcc=1.1kw,而機床所能提供功率為Pcm>Pcc。故校驗合格。 最終確定 ap=1.5mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，V c=119.3m/min，f z=0.16mm/z。 6）計算基本工時 tm＝L/ Vf=(16+0.4+3)/（4750.16）=0.2553min。 總的工時：T=2 tm =0.511min 工步三：精車左右兩Φ32端面 1） 車削深度，表面粗糙度為Ra1.6，故可以選擇ap=0.1mm，三次走刀（粗車、半精車、精車）即可完成所需長度。 2）機床功率為7.5kw。查《切削手冊》f=0.14~0.24mm/z。選較小量f=0.14 mm/z。 3） 查后刀面最大磨損及壽命 查《切削手冊》表3.7，后刀面最大磨損為1.0~1.5mm。 查《切削手冊》表3.8，壽命T=180min 4） 計算切削速度 按《切削手冊》，查得 Vc＝98mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s 據(jù)CA6140臥式車床 車床參數(shù)，選擇nc=475r/min,Vfc=475mm/s 則實際切削速度V c=3.1480475/1000=119.3m/min,實際進給量為f zc=V fc/ncz=475/(30010)=0.16mm/z。 5)校驗機床功率 查《切削手冊》Pcc=1.1kw,而機床所能提供功率為Pcm>Pcc。故校驗合格。 最終確定 ap=1.5mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，V c=119.3m/min，f z=0.16mm/z。 6）計算基本工時 tm＝L/ Vf=(16+0.1+3)/（4750.16）=0.2513min。 總的工時：T=2 tm =0.503min 工步四：倒角 工序 80：鉆Φ18的孔，擴孔至Φ19.8、鉸孔至Φ20，倒角 工步一鉆孔至φ18 確定進給量：根據(jù)參考文獻Ⅳ表2-7，當鋼的，時，。由于本零件在加工Φ18孔時屬于低剛度零件，故進給量應乘以系數(shù)0.75，則 根據(jù)Z525機床說明書，現(xiàn)取 切削速度：根據(jù)參考文獻Ⅳ表2-13及表2-14，查得切削速度所以 根據(jù)機床說明書，取，故實際切削速度為 切削工時：，，，則機動工時為 工步二：擴孔 利用鉆頭將孔擴大至，根據(jù)有關手冊規(guī)定，擴鉆的切削用量可根據(jù)鉆孔的切削用量選取 根據(jù)機床說明書，選取 則主軸轉(zhuǎn)速為，并按機床說明書取，實際切削速度為 切削工時：，，，則機動工時為 工步三：鉸孔 根據(jù)參考文獻Ⅳ表2-25，，，得 查參考文獻Ⅴ表4.2-2，按機床實際進給量和實際轉(zhuǎn)速，取，，實際切削速度。 切削工時：，，，則機動工時為 工序90：清洗去毛刺 工序100：驗收 工序110：入庫 第三章 專用夾具的設計 為了提高勞動生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動強度，需要設計專用夾具。有老師分配的任務，我被要求設計工序30:粗、精銑50底面 工序70：粗車、半精車、精車Φ32兩端面，選用機床：X51銑床，CA6140車床 3.1、銑50底面的夾具設計 3.1.1 問題的提出 本夾具主要用于粗、精銑50底面，屬于工序30 3.1.2 定位基準的選擇 以上端面作為定位基準，工件的2-Φ20外圓面作為輔助基準，來實現(xiàn)工件的完全定位。 3.1.3 定位元件的設計 定位基準為上端面及工件2-Φ20外圓面，對應該的定位元件分別為：夾具體表面，固定V型塊，活動V型塊。 3.1.4 切削力及夾緊力計算 （1）刀具： 采用端銑刀 φ60mm 機床： X51立式銑床 由[3] 所列公式 得 查表 9.4—8 得其中： 修正系數(shù) z=24 代入上式，可得 F=889.4N 因在計算切削力時，須把安全系數(shù)考慮在內(nèi)。 安全系數(shù) K= 其中：為基本安全系數(shù)1.5 為加工性質(zhì)系數(shù)1.1 為刀具鈍化系數(shù)1.1 為斷續(xù)切削系數(shù)1.1 所以 （2）夾緊力的計算 選用夾緊螺釘夾緊機 由 其中f為夾緊面上的摩擦系數(shù)，取 F=+G G為工件自重 夾緊螺釘： 公稱直徑d=8，材料45鋼 性能級數(shù)為6.8級 螺釘疲勞極限： 極限應力幅： 許用應力幅： 螺釘?shù)膹姸刃：耍郝葆數(shù)脑S用切應力為 [s]=3.5~4 取[s]=4 得 滿足要求 經(jīng)校核： 滿足強度要求，夾具安全可靠， 3.1.5定向鍵與對刀裝置設計 定向鍵安裝在夾具底面的縱向槽中，一般使用兩個。其距離盡可能布置的遠些。通過定向鍵與銑床工作臺T形槽的配合，使夾具上定位元件的工作表面對于工作臺的送進方向具有正確的位置。 根據(jù)GB2207—80定向鍵結(jié)構(gòu)如圖所示： 圖 3.3 夾具體槽形與螺釘圖 根據(jù)T形槽的寬度 a=18mm 定向鍵的結(jié)構(gòu)尺寸如下： 表 3.1 定向鍵數(shù)據(jù)表 B L H h D 夾具體槽形尺寸 公稱尺寸 允差d 允差 公稱尺寸 允差D 18 -0.011 -0.027 25 12 5 12 6.8 17 +0.023 6 對刀裝置由對刀塊和塞尺組成，用來確定刀具與夾具的相對位置。 塞尺選用平塞尺，其結(jié)構(gòu)如下圖所示： 圖 3.5 平塞尺圖 塞尺尺寸為： 表 3.2 平塞尺尺寸表 公稱尺寸H 允差d C 2 -0.006 0.25 3.1.6 夾具設計及操作簡要說明 本工件采用夾具體表面、固定V型塊、活動V型塊來實現(xiàn)工件的定位， 夾緊則是通過調(diào)節(jié)活動V型塊來實現(xiàn)，這樣操作簡單，迅速，特別適合大批量生產(chǎn)，總體來說這套夾具是非常不錯的。能滿足批量生產(chǎn)要求 夾具裝配圖如下： 夾具圖附圖如下： 3.2、粗車、半精車、精車Φ32兩端面的夾具設計 3.2.1問題提出 本夾具主要用來粗車、半精車、精車Φ32兩端面，屬于工序70. 3.2.2 定位基準的選擇 以50底面及2-Φ13孔作為定位基準。 3.2.3定位元件的設計 本工序選用的定位基準為50底面及2-Φ13孔，工件被完全定，所選的定位元件為：分度盤表面、圓柱銷、菱形銷（即削邊銷）。 3.2.4切削力和夾緊力的計算 由于本道工序主要完成工藝孔的鉆孔加工，鉆削力。由《切削手冊》得： 鉆削力 式（5-2） 鉆削力矩 式（5-3） 式中： 代入公式（5-2）和（5-3）得 本道工序加工工藝孔時，夾緊力方向與鉆削力方向相同。因此進行夾緊立計算無太大意義。 3.2.5夾具設計及簡要操作說明 本工件采用分度盤，一個圓柱銷、一個削邊銷來定位，通過兩移動壓板夾緊工件，這樣操作更加簡單，迅速，特別適合大批量生產(chǎn)，總體來說這套夾具是非常不錯的。能滿足批量生產(chǎn)要求 裝配圖附圖如下： 夾具圖附圖如下： 總 結(jié) 設計即將結(jié)束了，時間雖然短暫但是它對我們來說受益菲淺的，通過這次的設計使我們不再是只知道書本上的空理論，不再是紙上談兵，而是將理論和實踐相結(jié)合進行實實在在的設計，使我們不但鞏固了理論知識而且掌握了設計的步驟和要領，使我們更好的利用圖書館的資料，更好的更熟練的利用我們手中的各種設計手冊和AUTOCAD等制圖軟件，為我們踏入社會打下了好的基礎。 設計使我們認識到了只努力的學好書本上的知識是不夠的，還應該更好的做到理論和實踐的結(jié)合。因此同學們非常感謝老師給我們的辛勤指導，使我們學到了好多，也非常珍惜學院給我們的這次設計的機會，它將是我們踏入社會的關鍵一步 致 謝 這次設計使我收益不小，為我今后的學習和工作打下了堅實和良好的基礎。但是，查閱資料尤其是在查閱切削用量手冊時，數(shù)據(jù)存在大量的重復和重疊，由于經(jīng)驗不足，在選取數(shù)據(jù)上存在一些問題，不過我的指導老師每次都很有耐心地幫我提出寶貴的意見，在我遇到難題時給我指明了方向，最終我很順利的完成了畢業(yè)設計。 這次設計成績的取得，與指導老師的細心指導是分不開的。在此，我衷心感謝我的指導老師，特別是每次都放下她的休息時間，耐心地幫助我解決技術上的一些難題，她嚴肅的科學態(tài)度，嚴謹?shù)闹螌W精神，精益求精的工作作風，深深地感染和激勵著我。從課題的選擇到項目的最終完成，她都始終給予我細心的指導和不懈的支持。多少個日日夜夜，她不僅在學業(yè)上給我以精心指導，同時還在思想、生活上給我以無微不至的關懷，除了敬佩指導老師的專業(yè)水平外，她的治學嚴謹和科學研究的精神也是我永遠學習的榜樣，并將積極影響我今后的學習和工作。在此謹向指導老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。 參 考 文 獻 1、機械制造工藝學（有電子版） 2、機床夾具設計（有電子版） 3、金屬機械加工工藝人員手冊 4、機床夾具設計設計手冊 5、機床夾具設計設計圖冊 6、實用機械加工手冊（有電子版） 7、機械加工余量手冊（有電子版） 8、機械加工工藝師手冊（有電子版）