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1、机械制造造工艺学学课程设设计实例例机械制造造工艺学学课程设计计说明书书设计题目目设计“配气机机构摇臂臂轴”零件的的机械加加工工艺规程程及工艺艺装备设计者刘刘梅芳指导教师师杨振祥学号 1100207705113 中南大学学机车车辆辆教研室室20111年1月11日内容： 1.零零件图1张2. 毛毛坯图1张3.课程程设计任任务书1份4.机械械加工工工艺工程程卡片1张5.机械械加工工工序卡8张6.夹具具装配图图1张7.课程程设计说说明书11份序言机械制造造工艺学学课程设设计是在在我们学学完了大大学的全全部基础础课、技技术基础础课以及及大部分分专业课课之后进进行的。这这是我们们在进行行毕业设设计之前前对
2、所学学各课程程的一次次深入的的综合性性的总复复习，也也是一次次理论联联系实际际的训练练，因此此，它在在我们四四年的大大学生活活中占有有重要的的地位。就个人而而言，我我希望能能通过这这次课程程设计对对自己未未来将从从事的工工作进行行一次适适应性的的训练，希希望在设设计中能能锻炼自自己分析析问题、解解决问题题的能力力，为自自己今后后参加祖祖国的“四化”建设打打下一个个良好的的基础。由于能力力所限，设设计尚有有许多不不足之处处，希望望各位老老师给予予指教。一、零件件的分析析（一）零零件的作作用及技技术要求求1、零件件的作用用配气机构构是进、排排气管道道的控制制机构，它它按照发发动机的的作功次次序和每
3、每一缸的的工作循循环的要要求，适适时地开开闭进、排排气门、向向气缸供供给可燃燃混合气气（汽油油机）或或新鲜空空气（柴柴油机）并并及时排排出废气气。一般般由凸轮轮轴、气气门推杆杆、挺柱柱、气门门摇臂、摇摇臂控制制轴、气气门导管管以及气气门等部部件构成成。摇臂轴是是一空心心圆轴，用用数个支支座安装装在气缸缸盖上，摇摇臂套装装在摇臂臂轴上，并并能在轴轴上作圆圆弧摆动动。轴内内孔与主主油道相相通，供供给配气气机构润润滑油2。主要要技术要要求零件图上上主要的的技术要要求为： 1)摇臂轴轴调质硬硬度为HB2255-3022；B表面淬淬火硬度度HRCC55-60，硬化深深度1-11.5mmm；2）探伤伤检查
4、。（二）零零件的工工艺性分分析配气机构构摇臂轴轴这个零零件从附附图1上可以以看出，它它一共有有以下7组加工工表面，分分述如下下：1、 50hh8轴：轴轴径mm，表面面粗糙度度为Ra66.3m，端倒倒角2mmm45。2、 摇臂轴总总长：保保证尺寸寸mm，表面面粗糙度度为Ra00.8m。3、 端侧面表表面粗糙糙度为Ra66.3m。4、 27圆圆槽：槽槽径27，到端端侧面保保证尺寸寸170.11mm，铣刀刀加工，槽槽深至摇摇臂轴外外径表面面保证尺尺寸17mmm，两个个，槽间间距保证证尺寸21660.11mm，表面面粗糙度度为Ra66.3m，。5、 两个55孔：孔径5，两端端倒角1.55mm45，两孔
5、孔距950.22mm，孔中中心轴距距离端侧侧面保证证尺寸77.50.22mm，表面面粗糙度度为Ra112.55m。6、 8.55孔：孔孔径8.5，两端端倒角1mmm45表面粗粗糙度为为Ra112.55m。7、 90销销钉孔：孔深5mm，孔中中心轴距距离端侧侧面保证证尺寸47.50.11mm，表面面粗糙度度为Ra112.55m。二、工艺艺规程设设计（一）确确定毛坯坯的制造造形式配气机构构摇臂轴轴在整个个设备中中的作用用非常重重要，需需要选用用可靠性性高的材材料。42CCrMoo钢强度度、淬透透性高，韧韧性好，淬淬火时变变形小，高高温时有有高的蠕蠕变强度度和持久久强度。零零件材料料选用42CCrM
6、oo钢。零件材料料为42CCrMoo，考虑虑到摇臂臂轴在应应用过程程中经常常承受交交变和冲冲击性载载荷，因因此选用用锻件，以以便使金金属纤维维尽量不不被切断断，保证证零件工工作可靠靠。由于于零件采采用单件件大批量量生产，而而且零件件的轮廓廓尺寸不不大，可可以采用用锻造件件，可以以采用热热轧圆钢钢，可以以直接从从钢材市市场上购购得。这这从提高高生产率率，保证证加工精精度上考考虑也是是应该的的。（二）基基面的选选择基面选择择是工艺艺规程设设计中的的重要工工作之一一，基面面选择的的正确与与合理，可可以是加加工质量量得到保保证，生生产率得得以提高高。否则则不但使使加工工工艺过程程中的问问题百出出，更有
7、有甚者，还还会造成成零件的的大批报报废，使使生产无无法进行行。由于零件件图所示示的摇臂臂轴上多多数尺寸寸及形位位公差以以50hh8外圆面面及其端端面为设设计基准准，因此此必须首首先将工工件外圆圆面及其其端面加加工好，为为后续工工序准备备基准。根根据粗、精精基准选选择的原原则，确确定各加加工表面面的基准准如下：1） 8.55孔：摇摇臂轴外外圆面。2） 右端面：摇臂轴轴左端面面。3） 两个半圆圆槽：摇摇臂轴左左端面。4） 两个55孔：摇摇臂轴的的左端面面及左边边孔的中中心线。5） 销钉孔：摇臂轴轴的左端端面及外外圆面。（三）制制订工艺艺路线制订工艺艺路线的的出发点点，应当当是使零零件的几几何形状状
8、、尺寸寸精度及及位置精精度等技技术要求求能得到到合理的的保证。在在生产纲纲领已确确定为成成批生产产的条件件下，可可以考虑虑使用先先进设备备配以专专用夹具具，并尽尽量使工工序集中中来提高高生产率率。除此此之外，还还应当考考虑经济济效果，以以便使生生产成本本尽量降降低。1、工艺艺路线方方案一：工序号工序内容容 12345678910111213锻造热处理：正火处处理热处理：调质HB2255-3022粗车：50hh8外圆半精车：50hh8外圆并并倒角2x445精车：50hh8圆柱面面粗车：50hh8端面半精车：50hh8端面钻孔：8.55mm，并倒倒角1x445钻孔：5mm，并倒倒角1.55x455
9、,钻销钉钉孔热处理：淬火铣：227半圆槽槽探伤检查查2.工艺艺路线方方案二：工序号工序内容容12345678910111213锻造热处理：正火处处理热处理：调质HB2255-3022粗车：50hh8端面半精车：50h8端面粗车：50hh8外圆半精车：50hh8外圆并并倒角2x445钻孔：8.55mm，并倒倒角1x445钻孔：5mm，并倒倒角1.55x455,钻销钉钉孔热处理：淬火磨削：50hh8圆柱面面铣：227半圆槽槽探伤检查查3、工艺艺方案比比较与分分析：上述两个个工艺方方案的特特点在于于：方案案一是先先加工50hh8的外圆圆，然后后再以此此为基础础，加工工50hh8端面，再再经过钻钻孔、
10、淬淬火等处处理后，在在以50hh8的外圆圆为垂直直方向的的定位基基准铣27半圆槽槽，这样样不仅无无法保证证50hh8外圆的的高精度度，同时时也使27半圆槽槽的位置置精度不不够。方方案二则则是先加加工50hh8端面，然然后以此此为基面面加工50hh8的外圆圆以及钻钻孔，而而经过钻钻孔和淬淬火等处处理后，再再次磨削削加工50hh8的外圆圆。两相相比较，可可以看出出，先加加工加工50hh8的外圆圆，再加加工50hh8端面，不不仅能保保证50hh8的外圆圆的精度度，也能能基本符符合“基准重重合”的原则则。因此此方案二二比较合合理，但但经过仔仔细考虑虑后还是是有问题题。为了了减少装装夹次数数，需要要调整
11、钻钻孔的顺顺序，而而且热处处理可以以综合成成一步，不不重要的的半精加加工面应应该在精精加工之之前。根根据先面面后孔、先先主要表表面后次次要表面面和先粗粗加工后后精加工工的原则则，最后后的加工工路线确确定如下下：序号工序内容容1234567891011锻造热处理：正火处处理粗车：50hh8端面半精车：50hh8端面粗车：50hh8外圆半精车：50hh8外圆并并倒角2x445铣：227半圆槽槽钻孔：5mm，并倒倒角1.55x455,钻销钉钉孔钻孔：8.55mm，并倒倒角1x445磨削：50hh8外圆探伤检查查（四）机机械加工工余量、工工序尺寸寸及毛坯坯确定1、根据据上述原原始资料料及加工工工艺，分
12、分别确定定各加工工表面的的加工余余量、工工序尺寸寸及毛坯坯尺寸如如下：工序工序内容容工序余量量工序尺寸寸及公差差表面粗糙糙度m0锻造412.555热处理10粗车：50hh8端面1.012.5515半精车：50hh8端面0.76.320粗车：50hh8外圆2.012.5525半精车：50hh8外圆并并倒角2x4451.0 66.330铣：227半圆槽槽 6.3351)钻孔孔:5mm，并倒倒角1.55x455 122.52)钻销销钉孔 122.540钻孔：8.55mm并倒角1x445 122.545磨削：50hh8外圆0.4 0.850探伤检查查2、毛坯坯选择1）毛坯坯形状、尺尺寸及公公差根据上述
13、述资料所所得尺寸寸可得出出毛坯尺尺寸，毛毛坯的形形状及尺尺寸如附附图2所示。2）确定定毛坯技技术要求求A、锻件件无明显显锻造缺缺陷；B、机加加工前调调质，消消除内应应力。3）绘毛毛坯图根据附图图1所示的的零件结结构形状状，在各各加工表表面加上上加工余余量，绘绘制毛坯坯图如附附图2所示。(五）选选择机床床设备及及工艺装装备根据一般般工厂现现有的生生产条件件，为了了满足生生产需要要，先选选用各工工序所用用的设备备为：工序粗粗车、半半精车50hh8端面，选选用CA661400车床，刀刀具选用用硬质合合金端面面车刀，专专用夹具具，02200/0.002mmm游标卡卡尺；工序粗粗车、半半精车50hh8外
14、圆并并倒角2x445，选用CA661400车床，刀刀具选用用高速钢钢外圆车车刀，专专用夹具具，02000/00.022mm游标卡卡尺；工序铣铣27半圆槽槽，选用x622w卧式铣铣床，选选用锥柄柄键槽铣铣刀，专专用夹具具，02200/0.002mmm游标卡卡尺；工序钻钻孔5mm，并倒倒角1.55x455,钻销钉钉孔，选选用ZKK21003C数控深深孔钻床床、5标准锥锥柄麻花花钻专用用夹具、02200/0.002mmm游标卡卡尺；工序钻钻孔8.55mm，并倒倒角1x445选用ZKK21003C数控深深孔钻床床、8.5锥柄加加长麻花花钻专用用夹具、02200/0.002mmm游标卡卡尺；工序磨磨削5
15、0hh8外圆，选选用M1220W外圆磨磨床、专专用夹具具、 WWA砂轮轮、02200/0.002mmm游标卡卡尺；（六）确确定切削削用量及及基本工工时1、工序序粗车、半半精车端端面 h8为过渡渡配合精精铣，粗粗糙度Ra=6.33，42CCrMoo为合金金调质钢钢（1）粗粗车（工工序余量量：t=11mm）圆柱表面面外圆车车削机动动工时计计算公式式为：T0=，其中f进给量(mmm/r),N工工件每秒秒转速（r/s）i进进给次数数。切削速度度V=，其中D工件外外径。进给量ff=0.65mmm/rr 吃刀刀量ap=3-55mm 刀具耐耐用度95mmin由机械械加工工工艺手册册查询询可选择择粗车t=11
16、.0mmm，半精精车t=00.7mmm，则其其毛坯尺尺寸：L=2250+2（1+00.7）=2553.44mm fz=0.08mmm，v=224m/minn，则：取=1002r/minn,则 V=224.0021mm/miin40.88mm/minn机动工时时为：（2）半半精车（加加工余量量：t=00.7mmm）查机械械加工工工艺手册册选择择高速钢钢车刀，D=770mmm，z=8。 VV=244.1778m/minnmm/mmin机动工时时为0.58mmin2、工序序粗车、半半精车50hh8外圆并并倒角2x445（1）粗粗车加工工轴外圆圆t=22mm由于余量量为2mm，因此此分一次次切削，吃吃
17、刀深度度为=22mm，查机机械加工工工艺手手册，进进给量f=00.4mmm/rr，切削削加工中中参数：Cv=2911 ; m=0.22 ; xxv=0.15 ; yv=0.2=1445.116m/minn(2.42mm/s)确定机床床主轴转转速：（8988r/mmin)按机床取取=9000r/minn=155r/ss，实际际切削速速度为 VV=1145.54mmm/mmin车外圆时时=988s（1.66minn) (2)半精车车加工轴轴外圆 tt=1mmm由于加工工余量为为1mm，因此此分二次次切削，吃吃刀深度度为=00.5mmm，查机机械加工工工艺手手册，进进给量f=00.3mmm/rr，切
18、削削加工中中参数：Cv=2911 ; m=0.11 ; xxv=0.18 ; yvv=0.4=1773.339m/minn(2.89mm/s)确定机床床主轴转转速：（10997r/minn)按机床取取=12200rr/miin=220r/s，实际际切削速速度为 V=1900.288mm/minn车外圆时时=600s=11.0mmin（3）倒倒角2x445为缩短辅辅助时间间，取倒倒角的主主轴转速速与车床床钻孔相相同，手手动进给给。3、工序序铣27半圆槽,加工余余量t=117mmm查机械械加工工工艺手册册选择择锥柄键键槽铣刀刀铣半圆圆槽，D=1125mmm,zz=100,fzz=0.09mmm/齿
19、，则则：1）每转转进给量量f为： ff=fzzz=00.09910=00.9mmm/rr2）每分分钟进给给量Vf为： VVf=ffzzn=00.93000=27703）每齿齿进给量量fz为：=0.009mmm/齿4）取转转速nw=3000r/minn，则切切削速度度Vc为：=1177.811mm/minn Vff铣刀每每分钟进进给量Z铣铣刀齿数数N铣铣刀转速速5）机动动加工时时间：单位时间间切削量量：=44.055mm/s铣削一个个U型槽的的时间是是：=44.2ss机动加工工时间为为：T=+00.5=1.664miin4、工序序钻孔5mm，并倒倒角1.55x455,钻销钉钉孔（1）钻钻5mm孔
20、确定进给给量：选选取f=00.100mm/r；修正正系数0.7故f=00.0775mmm/r切削速度度：v=00.255m/ss按机床选选取所以实际际切削速速度即v=00.255mm/s=115mmm/miin切削工时时：=66mm，=4mmm，=3mmm（2）倒倒角1.55x455为缩短辅辅助时间间，取倒倒角的主主轴转速速与车床床钻孔相相同，手手动进给给。5、工序序钻8.55mm的中心心孔,并倒角1x445查机械械加工工工艺手册册，选选择8.5型锥柄柄超长麻麻花钻，=8.5mmm,转速速选择n=3375rr/miin1）切削削速度Vc=100.011mm/minn2）进给给量:经查表表选择f
21、=00.666mm/r，则单单位时间间进给速速度=nnf=3375mmm/ minn3）钻孔孔深度=2500mm4）材料料切除率率=0.25/5）钻孔孔时间：=(2250+2.555)/2477.5=1.002miin6）倒角角1x445为缩短辅辅助时间间，取倒倒角的主主轴转速速与车床床钻孔相相同，n=3375rr/miin，手动动进给。6、工序序磨削：50hh8外圆（1）选选择砂轮轮 P3000401277WA660QVV6 （2）切切削用量量的选择择查表可得得：砂轮进给给量：f=00.0005mmm/r.磨削速度度：v=330m/s砂轮主轴轴转速：n=222000r/mmin.工件回转转速
22、度：v=00.3mm/s 。工件的转转数：n=11.299r/ss=777.4rr/miin。轴向进给给量：=0.55B=220mmm。径向进给给量：=0.001577mm/行程磨轮横进进给按工工作台一一次往复复行程进进给时，机机动时间间公式为为：L加加工面长长度，2500mm；加工工余量，0.44mm；K系系数，1.1；n工工件每分分钟转速速r/mmin；双行行程磨削削深度进进给量mm/双行程程，0.003144mm/双行程程；=4.53mmin(2711s)三、 夹具设计计为了提高高劳动生生产率，保保证加工工质量，降降低劳动动强度，需需要设计计专用夹夹具。通过查找找一番资资料后，我我决定设
23、设计拨叉83110088中的一一道工序序钻扩扩两孔30的钻钻床夹具具。本夹夹具将用用于Z330255摇臂钻钻床。(一)问问题的提提出在给定的的零件中中，对本本步加工工的定位位并未提提出具体体的要求求，是自自由公差差，定位位要求较低低。因此此，本步步的重点点应在卡卡紧的方方便与快快速性上上。(二)夹夹具设计计为了加工工出符合合规定技技术要求求的表面面，必须须在加工工前将工工件装夹夹在机床床上或夹夹具中。工工件的装装夹包括括定位和和夹紧两两个过程程。工件在夹夹具中定定位的任任务是：使同一一工序中中的所有有工件都都能在夹夹具中占占据正确确的位置置。一批批工件在在夹具上上定位时时，各个个工件在在夹具中
24、中占据的的位置不不可能完完全一致致，但各各个工件件的位置置变动量量必须控控制在加加工要求求所允许许的范围围之内。将工件定定位后的的位置固固定下来来，称为为夹紧。工工件夹紧紧的任务务是：使使工件在在切削力力、离心心力、惯惯性力和和重力的的作用下下不离开开已经占占据的正正确位置置，以保保证机械械加工的的正常进进行。1、定位位基准的的选择出于定位位简单和和快速的的考虑，选选择20孔为基准准，即以以一面上上一长销销（自由由度限制制数：5）配合合以一挡挡销（自自由度限限制数：1）使工工件完全全定位。再再使用快快速螺旋旋卡紧机机构进行行卡紧。2、夹紧紧力大小小计算在本工序序中，钻钻削力与与夹紧力力方向垂垂
25、直，在在钻削力力的作用用下，有有可能产产生工件件平移和转动动两种可可能。为为此，应应按这两两种情况况分别计计算所需需的夹紧紧力，然然后将计计算结果果与实际际夹紧力力相比较较，从而而确定夹夹具的可可行性。1）计算算钻削力力和钻削削扭矩本步加工工可按钻钻削估算算卡紧力力。实际际效果可可以保证证可靠的的卡紧。轴向力:扭矩：由于扭矩矩很小，计计算时可可忽略。已知卡紧紧力为则：F=5.004N且实际卡卡紧力F=S11*S22*S33*S44*F，查找找相关手手册可取取系数 SS1=11.5 SS2=SS3=SS4=11.1则实际卡卡紧力为为 F=S11*S22*S33*S44*F =100.066N使用
26、快速速螺旋定定位机构构快速人人工卡紧紧，调节节卡紧力力调节装装置，即即可指定定可靠的卡紧紧力。3、定位位误差分分析本工序采采用一定定位销，一一挡销定定位，工工件始终终靠近定定位销的的一面，而而挡销的的偏角会会使工件件自重带带来一定定的平行行于卡具具体底版版的水平平力，因因此，工工件不在在定位销销正上方方，进而而使加工工位置有有一定转转角误差差。但是是，由于于加工是是自由公公差，故故应当能能满足定定位要求求。4、夹具具设计及及操作的的简要说说明根据加工工工序的的尺寸，形形状和位位置精度度要求，工工件定位位时需限限制四个个方向的的自由度度：沿X，Y方向的水水平运动动以及轴轴向转动动。采用固定定V形
27、块限限制X方向的的移动，Y方向的的移动和和转动。同同时用定定位销插插入50mmm的孔，用用来限制制X，Y方向的的移动和和装懂，共共有四个个自由度度。由于于固定式式钻模板板虽然有有事装卸卸工件不不便，但但它结构构简单、制制造方便便、定位位精度高高，所以以根据工工件和夹夹具体的的结构，选选用固定定式钻模模板。同同时为了了确定钻钻头的位位置，钻钻模上设设置有钻钻套和衬衬套，并并且根据据实际情情况选用用无肩固固定式钻钻套。根根据零件件的定位位方案，采采用锁紧紧螺母和和开口垫垫片来实实现快速速锁紧夹夹紧机构构，它与与一个加加工面位位置靠近近，增加加了刚性性零件夹夹紧变形形也小，但但对于另另一个加加工面较
28、较远，为为提高刚刚性，故故采用辅辅助定位位元件来来固定，该该设计采采用了螺螺旋辅助助支承。最后根据据零件的的定位方方案，采采用移动动压板式式螺旋夹夹紧机构构。从而而节省了了劳动力力，提高高了生产产效率。结论关于配气气机构摇摇臂轴的的工艺规规程设计计及拨叉叉钻床专专用夹具具设计，经经过1个星期期的努力力，已经经基本完完成，现现总结如如下：1.本次次课程设设计是对对所学知知识的一一次综合合运用，充充分的运运用了以以前所学学知识去去分析和和解决实实际问题题，进一一步巩固固和深化化了基础础知识，同同时也是是对制制造与修修理工艺艺学习习的一个个升华过过程。2.掌握握了一般般的设计计思路和和设计的的切入点
29、点，对机机械加工工工艺规规程和机机床夹具具设计有有了一个个全面的的认识，培培养了正正确的设设计思路路和分析析解决问问题的能能力，同同时提升升了运用用知识和和实际动动手的能能力。3.进一一步规范范了制图图要求，学学会运用用标准、规规范、手手册和查查阅相关关资料的的本领。4.我国国机械行行业还有有很大的的发展空空间，需需要我们们不断努努力。由于本人人水平有有限，加加之时间间短，经经验少。文文中定有有许多不不妥甚至至错误之之处，请请各位老老师给予予指正和和教导，本本人表示示深深的的谢意。参考文献献1艾艾兴,肖诗纲纲主编.切削用用量简明明手册M.北京：机械工工业出版版社,199942赵赵家齐主主编.机械制制造工艺艺学课程程设计指指导书M.北京：机械工工业出版版社 199943李李益民主主编.机械制制造工艺艺设计简简明手册册M.北京：机械工工业出版版社,199944陈陈宏主编编.金属切切削速查查速算手手册M.机械工工业出版版社,20003年5王王秀伦,边文义,张运祥祥主编.机床夹夹具设计计M.北京：中国铁铁道出版版社,19884年6上上海柴油油机厂工工艺设备备研究所所主编.金属切切削机床床夹具设设计手册册M.机械工工业出版版社,19982年7秦秦宝荣主主编.机床夹夹具设计计M.中国建建材工业业出版社社,19997年2月