气门摇臂中心孔加工夹具设计

1 引言

本次设计是在我们学完了大学的机械制造、机械工艺学基础课之后进行的课程设计。其目的在于：

1．巩固我们在大学里所学的知识，也是对以前所学知识的综合性的检验；

2．加强我们查阅资料的能力，熟悉有关资料；

3．树立正确的设计思想，掌握设计方法，培养我们的实际工作能力；

4．通过对气门摇臂中心孔的机械制造工艺设计，使我们在机械制造工艺规程设计，工艺方案论证，机械加工余量计算，工艺尺寸的确定，编写技术文件及查阅技术文献等各个方面受到一次综合性的训练。初步具备设计一个中等复杂程度零件的工艺规程的能力。

5. 能根据被加工零件的技术要求，运用夹具设计的基本原理和方法，学会拟定夹具设计方案，完成夹具结构设计，初步具备设计出高效，省力，经济合理并能保证加工质量的专用夹具的能力。

6．通过零件图，装配图绘制，使我们对于AutoCAD 绘图软件的使用能得到进一步的提高。

2 气门摇臂中心孔的机械加工工艺规程设计

2.1. 零件的工艺分析及生产类型的确定

2.1.1零件的作用

本设计所设计的零件是1105柴油机中摇臂结合部的气门摇臂中心孔，它是柴油机上气门控制系统的一个重要零件。直径为18mm 的孔用来装配摇臂轴，轴的两端各安装一进、排气气门摇臂。直径为16mm 的孔内装一个减压轴，用于降低汽缸内压力，便于启动柴油机。两孔间距56mm ，可以保证减压轴在摇臂上打开气门，实现减压。两孔要求的表面粗糙度和位置精度较高，工作时会和轴相配合工作，起到支撑的作用，直径11的孔用M10的螺杆与汽缸盖相连，直径3的孔用来排油，各部分尺寸零件图中详细标注。

图2.1 气门摇臂中心孔零件图

2.1.2 零件的工艺分析

零件的材料为HT200，灰铸铁的生产工艺简单，铸造性能优良，但是塑性较差、

脆性较高、不适合磨削，而且加工面主要集中在平面加工和孔的加工。根据对零件图的分析，该零件需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求如下： 1. φ22外圆的上端面以及与此孔相通的φ11通孔，粗糙度均为12.5；

2. 36mm下端面，根据零件的总体加工特性，366mm 为整个机械加工过程中主要的基准面，粗糙度为12.5，因此在制定加工方案的时候应当首先将此面加工出来； 3. φ28外圆的前后端面，粗糙度为12.5；前后端面倒1⨯45 的角，粗糙度为12.5；以及φ18的通孔，在这里由于φ18通孔所要求的精度较高，因此该孔的的加工是一个难点，其所要求的表面粗糙度为1.6，且该孔的轴线与36mm 下端面的平行度为0.05，且该孔的轴线圆跳动公差为0.1需要选择适当的加工方法来达到此孔加工的技术要求。

4. φ26的前后端面，粗糙度为2.5；前后端面倒1⨯45 的角，粗糙度为12.5；以及φ16的通孔，φ16的通孔同样也是本零件加工一个比较重要的部分，观察零件图就可以知道，φ16的孔要求的表面粗糙度和位置精度和φ18的通孔一样都是比较高的，φ16的通孔表面粗糙度为1.6，孔的轴线与36mm 的地面的平行度为0.05； 通过上面零件的分析可知，36mm 下端面和φ22上端面的表面粗糙度要求都不是很高，因此都不需要精加工来达到要求，而且这两个面也是整个加工工程中主要的定位基准面，因此可以粗加工或者半精加工出这两个面而达到精度要求，再以此作为基准采用专用夹具来对其他表面进行加工，并且能够更好的保证其他表面的位置精度要求。总的看来，该零件并没有复杂的加工曲面，属于较为简单的零件，所以根据各加工表面的技术要求采用常规的加工工艺均可保证，简单的工艺路线安排如下：将零件定位夹紧，加工出36mm 下端面以及φ22上端面，并钻出φ11的通孔，然后再以这先加工出来的几个表面为基准定位，加工出φ28和φ26的外圆端面，并钻出φ18和φ16这两个精度要求比较高的空，最后翻转零件，深孔加工出φ3的斜油孔。

2.2.1 选择毛坯种类

机械加工中毛坯的种类有很多种，如铸件、锻件、型材、挤压件、冲压件、焊接组合件等，同一种毛坯又可能有不同的制造方法。为了提高毛坯的制造质量，可以减少机械加工劳动量，降低机械加工成本，但往往会增加毛坯的制造成本。选择毛坯的制造方法一般应当考虑一下几个因素。

（1）. 材料的工艺性能

材料的工艺性能在很大程度上决定毛坯的种类和制造方法。例如，铸铁，铸造青铜等脆性材料不能锻造和冲压，由于焊接性能差，也不宜用焊接方法制造组合毛坯，而只能用铸造。低碳钢的铸造性能差，很少用于铸造；但由于可锻性能，可焊接性能好，低碳钢广泛用于制造锻件、型材、冲压件等。

（2）. 毛坯的尺寸、形状和精度要求

毛坯的尺寸大小和形状复杂程度也是选择毛坯的重要依据。直径相差不大的阶梯轴宜采用棒料；直径相差较大的宜采用锻件。尺寸很大的毛坯，通常不采用模锻或压铸、特种铸造方法制造，而适宜采用自由锻造或是砂型铸造。形状复杂的毛坯，不宜采用型材或自由锻件，可采用铸件、模锻件、冲压件或组合毛坯。

（3）. 零件的生产纲领

选择毛坯的制造方法，只有与零件的生产纲领相适应，才能获得最佳的经济效益。生产纲领大时宜采用高精度和高生产率的毛坯制造方法，如模锻及熔模铸造等；生产纲领小时，宜采用设备投资少的毛坯制造方法，如木模砂型铸造及自由锻造。

根据上述内容的几个方面来分析本零件，零件材料为HT200，首先分析灰铸铁材料的性能，灰铸铁是一种脆性较高，硬度较低的材料，因此其铸造性能好，切削加工性能优越，故本零件毛坯可选择铸造的方法；其次，观察零件图知，本设计零件尺寸并不大，而且其形状也不复杂，属于简单零件，除了几个需要加工的表面以外，零件的其他表面粗糙度都是以不去除材料的方法获得，若要使其他不进行加工的表面达到较为理想的表面精度，可选择砂型铸造方法；再者，前面已经确定零件的生产类型为大批量生产，可选择砂型铸造机器造型的铸造方法，较大的生产批量可以分散单件的铸造费用。因此，综上所述，本零件的毛坯种类以砂型铸造机器造型的方法获得。

2.2.2确定毛坯尺寸及机械加工总余量

根据零件图计算零件的轮廓尺寸为长83mm ，宽37mm ，高62mm 。

查阅《机械制造技术基础课程设计指导教程》表2-1 按铸造方法为砂型铸造机器造型，零件材料为灰铸铁，查得铸件公差等级为CT8-CT12，取铸件公差等级为CT10。

再根据毛坯铸件基本尺寸查阅《机械制造技术基础课程设计指导教程》表2-3 ，按前面已经确定的铸件公差等级CT10差得相应的铸件尺寸公差。

查阅《机械制造技术基础课程设计指导教程》表2-5 按铸造方法为砂型铸造机器造型，材料为灰铸铁，查得铸件所要求的机械加工余量等级为E-G, 将要求的机械加工余量等级确定为G ，再根据铸件的最大轮廓尺寸查阅《机械制造工艺设计简明手册》[13][3][3][3]表2.2-4 要求的铸件机械加工余量。

由于所查得的机械加工余量适用于机械加工表面Ra ≥1.6μm ，Ra

表2.1 毛坯尺寸及机械加工总余量表

2.2.3 设计毛坯图

（1） 确定铸造斜度 根据《机械制造工艺设计简明手册》

坯砂型铸造斜度为30～50。 [13]表2.2-6 本零件毛

（2） 确定分型面 由于毛坯形状对称，且最大截面在中间截面，为了起模以及

便于发现上下模在铸造过程中的错移，所以选择前后对称中截面为分型

面。

（3） 毛坯的热处理方式 为了去除内应力，改善切削性能，在铸件取出后进行

机械加工前应当做时效处理。

2.2.4 绘制毛坯图

图2.2 气门摇臂中心孔毛坯图

2.3 选择加工方法，制定工艺路线

2.3.1 定位基准的选择

定位基准的选择在工艺规程制定中直接影响到工序数目，各表面加工顺序，夹具结构及零件的精度。

定位基准分为粗基准和精基准，用毛坯上未经加工的表面作为定位基准成为粗基准，使用经过加工表面作为定位基准称为精基准。在制定工艺规程时，先进行精基准的选择，保证各加工表面按图纸加工出来，再考虑用什么样的粗基准来加工精基准。

1. 粗基准的选择原则

为保证加工表面与不加工表面之间的位置精度，则应以不加工表面为粗基准。若工件上有很多歌不加工表面，应选其中与加工表面位置精度要求较高的表面为粗基准。

为保证工件某重要表面的余量均匀，应选重要表面为粗基准。

应尽量选光滑平整，无飞边，浇口，冒口或其他缺陷的表面为粗基准，以便定位准确，夹紧可靠。

粗基准一般只在头道工序中使用一次，应精良避免重复使用。

2. 精基准的选择原则

“基准重合”原则 应尽量选择加工表面的设计基准为定位基准，避免基准不重合引起的定位误差。

“基准统一”原则 尽可能在多数工序中采用同一组精基准定位，以保证各表面的位置精度，避免因基准变换产生的误差，简化夹具设计与制造。

“自为基准“原则 某些精加工和光整加工工序要求加工余量小而均匀，应选该加工表面本身为精基准，该表面与其他表面之间的位置精度由先行工序保证。 “互为基准“原则 当两个表面相互位置精度及尺寸、形状精度都要求较高时，可采用“互为基准”方法，反复加工。

所选的精基准应能保证定位准确、夹紧可靠、夹具简单、操作方便。

根据上述定位基准的选择原则，分析本零件，根据气门摇臂中心孔零件图，本零件时带有孔的形状比较简单的零件，孔φ18、孔φ16以及孔φ11均为零件设计基准，均可选为定位基准，而且孔φ18和孔φ16设计精度较高（亦是装配基准和测量基准），工序将安排这两个孔在最后进行，为遵循“基准重合”原则，因此选择先进行加工的φ11孔和加工后的36mm 下底面作为精基准，在该零件需要加工的表面中，由于外圆面上有分型面，表面不平整有飞边等缺陷，定位不可靠，应选φ28外圆端面及未加工的φ16mm 外圆面为粗基准。

2.3.6 确定工艺路线

在综合考虑上述工序的顺序安排原则基础上，确定了该气门摇臂中心孔零件的工艺路线如下：

工序1：铸造；

工序2：时效处理；

工序3：以φ28外圆为基准，用一个长V 形块和一个活动V 形块分别置于φ28外圆和φ26外圆处夹紧，用卧式铣床粗铣φ28前端面，保证尺寸37±0.1至38，粗铣φ26前端面保证尺寸16mm 至16mm;

工序4：精铣φ28前端面，翻面精铣φ28后端面，保证尺寸37±0.1；

工序5：用V 形块定位φ28与φ26外圆，粗铣φ22上端面，保证尺寸39至42mm;

工序6：翻面粗铣φ36端面，保证尺寸39至39.5mm ；

工序7：精铣φ36下端面，保证尺寸39mm ；

工序8：钻孔φ11；

+0.11+0.11+0.027工序9：钻孔φ160至φ14，扩孔至φ15.8，铰孔至φ160，钻孔φ180至φ16，

+0.021扩孔至φ17.8，铰孔至φ180，保证两孔中心距56±0.05;

工序10：φ180+0.027+0.4o φ161⨯45两端倒角； 0、

工序11：钻孔φ3；

工序12：去毛刺，锐边。

工序13：终检。

上述工艺方案的特点在于工序较集中，适合中小批量生产，减少生产场地，减少生产设备，可以较多采用通用化设备生产，是对中批量生产是很合适的。

2.3.7工序间加工余量的确定

查《机械制造技术基础课程设计指导教程》表2-28，表2-35，并综合对毛坯尺寸以及已经确定的机械加工工艺路线的分析，确定各工序间加工余量如下表：

表2.4 机械加工工序间加工余量表

[3]

2.3.9切削用量以及基本时间定额的确定

一、工序3 粗铣φ26前、后端面 粗铣φ28前、后端面。

1. 粗铣φ28前端面

切削深度 a p =3mm 。

（1） 进给量的确定 此工序选择YG6硬质合金端铣刀，查表选择硬质合金端铣刀

的具体参数如下：D=80mm，D 1=70mm，d=27mm，L=36mm，L 1=30mm，齿数z=10，根据所选择的X61卧式铣床功率为4KW, 查《机械制造技术基础课程设计指南》[2]表5-146，得f z =0. -20m 0. m 0 9z 取fz=0.20mm/r f =0.20⨯10=2mm /r 。

（2） 切削速度的确定 根据所知的工件材料为HT200, 硬度HBS187-220，根据《机

械加工工艺师手册》

计算主轴转速n =

指导教程》

v c =[10]表30-23，选择切削速度v c =65m/min。 65⨯1000=258r /min ，查《机械制造技术基础课程设计3.14⨯80[3]表4-18得n=255r/min，然后计算实际255⨯3.14⨯80=64m /min 。 1000

[2]（4）基本时间的确定 查《机械制造技术基础课程设计指南》表2-28得此工序

机动时间计算公式：