课程设计(论文)

课程设计(论文)

题 目 名 称 设计“进气摇臂”零件的机械加工工艺规 程及钻φ27 钻床夹具 课 程 名 称 汽车制造工艺学 学 生 姓 名 林 常 成 学 号 0841128030 系 、专 业 机械与能源工程系 车辆工程 指 导 教 师 刘 玉 梅

2011 年 12 月 1 日

邵阳学院课程设计（论文）任务书

年 级 专

业 08 车辆工程 姓 名 林常成 学 号 08411280 30

题 目 名 称

设计“进气摇臂”零件的机械加工工艺规 程及钻Φ27 钻床夹具

设 计 时 间

2011 ． 8

． 29 — 2011 ． 9

．16 课 程 名

称

汽 车 制 造 工 艺 学 课 程设计

课 程 编 号

设 计 地

点 1A808 一、 课程设计（论文）目的

（1）能熟练应用汽车制造工艺学课程的基本理论以及在实习中学到的实 践知识，正确地解决一个零件在加工中的定位、夹紧及工艺践线安排、工艺尺 寸确定和夹具设计等问题，保证零件的加工质量。

（2）提高产品结构设计能力。

（3）学会使用手册及图表资料。

二、已知技术参数和条件 1、进气摇臂产品图；

2、夹具设计手册 3、机械制造工艺手册 4、课程设计指导书

三、任务和要求

（1）应用计算机绘制给定的产品图。

（2）完成给定的产品图的加工工艺规程设计及某二道工序过程卡。

（3）完成给定的产品图工艺过程某道工序的机床的夹具装配图。

（4）完成机床夹具的零件图。

（5）完成课程设计说明书。

注：1．此表由指导教师填写，经系、教研室审批，指导教师、学生签字后生效；

2．此表 1 式 3 份，学生、指导教师、教研室各 1 份。

四、参考资料和现有基础条件（包括实验室、主要仪器设备等）

1、夹具设计手册 2、机械制造工艺手册

3、课程设计指导书

4、在相关工厂已完成了生产实习

五、进度安排

8 月 29 日：明确设计任务，收集有关资料；

9 月 30 日——9 月 2 日：工艺方案设计和指定工序夹具方案设计；

9 月 3 日——9 月 9 日：工艺规程设计、工序设计和夹具装配绘制；

9 月 10 日——9 月 13 日：夹具零件图绘；

9 月 14 日——9 月 15 日：设计说明书撰写 9 月 16 日：答辩；

9 月 17 日：整理课程设计资料归档。

六、教研室审批意见

教研室主任（签字）： 年 月 日 七、主管教学主任意见

主管主任（签字）： 年 月 日 八、备注

指导教师（签字）： 学生（签字）：

邵阳学院课程设计（论文）评阅表

学生姓名 林 常 成 学 号 0842128030 系 机械与能源工程系 专业班级 08 车辆工程 题目名称 设计“进气摇臂”零件的机械加工工艺规程及钻φ27 钻床夹具 课程名称 汽车制造工艺学

一、学生自我总结

这次课程设计对我来说是个很大的挑战，，我对夹具中定位掌握的不是很 好，第一次完成后，有很多地方设计有误，如定位不完全，缺少必要定位零件 等等。第二次修改，我有查阅大量资料，上各大机械论坛讨论，最后在原来基 础上修改了第一次的错误，并在原来的定位元件上加入了辅助支撑。本次设计 综合性和实践性强、涉及知识面广。同时要求 CAD 作图，对我的作图能力也是 个考验。将近一年没作图，螺栓的画法都忘了，又要回过头去查阅机械制图手 册，本次课程设计收获还是挺大的，既复习巩固了以前的知识，还培养了自己 的自学与创新能力。

学生签名： 年 月 日

二、指导教师评定

评分项目 综合成绩

权 重 单项成绩 指导教师评语：

指导教师（签名）： 年 月 日 注：1、本表是学生课程设计（论文）成绩评定的依据，装订在设计说明书（或 论文）的“任务书”页后面；

2、表中的“评分项目”及“权重”根据各系的考核细则和评分标准确定。

摘要

本次设计内容涉及了机械制造工艺及机床夹具设计这几方面的知识。

“进气摇臂”零件的加工工艺规程及其钻Ф27 孔的夹具设计是包括零件加 工的工艺设计、工序设计以及专用夹具的设计三部分。在工艺设计中要首先对零 件进行分析，了解零件的功用再设计出毛坯的结构，并选择好零件的加工基准，

设计出零件的工艺路线；接着对零件各个工步的工序进行尺寸计算，关键是决定 出各个工序的工艺装备及切削用量；然后进行专用夹具的设计，选择设计出夹具 的各个组成部件，如定位元件、夹紧元件、引导元件、夹具体与机床的连接部件 以及其它部件；计算出夹具定位时产生的定位误差，分析夹具结构的合理性与不 足之处，并在以后设计中注意改进。

关键词：工艺、工序、夹紧、定位。

目录

1 设计任务……… 1

2 零件分析……… 1

2.1 零件的功用分析……… 1

2.2 零件的工艺分析……… 1

3 机械加工工艺规程制定……… 1

3.1 确定生产类型……… 1

3.2 确定毛坯制造形式……… 1

3.3 选择定位基准……… 2

3.4 选择加工方法……… 2

3.5 制定工艺路线……… 2

3.6 确定加工余量及毛坯尺寸………4

3.7 工序设计……… 5

3.8 确定切削用量和基本时间……… 6

4 专用机床夹具设计……… 8

4.1 接受设计任务，明确加工要求……… 9

4.2 确定定位方案，选择定位元件……… 9

4.3 确定夹紧方案，设计夹紧机构……… 9

4.4 确定导向方案和选择导向元件……… 9

4.5 夹具体的设计……… 9

4.6 夹具精度分析……… 10

4.7 绘制夹具装配图，标注有关尺寸及技术要求……… 10

5 参考文献……… 11

6 致谢………11

1 设计任务

设计“进气摇臂”零件的机械加工工艺规程及钻Φ27 钻床夹具。解决零件 在加工中的定位、夹紧及工艺践线安排、工艺尺寸确定和夹具设计等问题，保证 零件的加工质量。

2 零件分析

2.1 零件的功用分析

题目所给的“气门摇臂”零件是内燃机进排气系统的一个主要部件，内燃机 中，每个汽缸配备两个摇臂，摇臂穿于轴上。作用：曲轴的旋转推动推杆上下运 动，推杆推动轴上的摇臂摆动，从而推动气门的开启，摇臂端面孔与轴的配合。

2.2 零件的工艺分析

零件材料是 45 钢，该材料有较高强度、耐磨性、耐热性和减震性，该零件 的主要加工Φ27 孔两端面、Φ27 孔、M10 的螺纹孔以及 R12.5 的圆弧面，它们 相互间有一定的位置要求。现分析如下：

（1）以Φ27 孔为基准加工孔两端面保证垂直度 0.025mm。

（2）加工圆弧面保证平行度 0.02mm。

由以上分析可知，对于 M10 的螺纹孔以及 R12.5 的圆弧面而言，可以借助于 专用夹具加工表面，并且保证它们之间的位置精度要求。

3 机械加工工艺规程制定 3.1 确定生产类型

由设计任务书知道该零件的设产类型为大批量生产。

技术要求：

1. 拔模斜度 10°，未注锻造圆角为 R2-R3。

2. 锻件应该喷丸处理，不许有裂纹，折痕，夹渣等缺陷和表面氧化皮，喷 丸后涂防锈磁漆。

3. 调质处理，硬度为 HRC25-32，头部 R12.5 淬硬为 HRC48-55。

4. 去除锐边毛刺。

3.2 确定毛坯制造形式

零件材料是 45 钢，毛坯为锻件。考虑到零件在工作过程中经常承受交变载

荷及冲击性载荷，因此应该选用锻件，以使金属纤维尽量不被切断，保证零件工 作可靠。此外，考虑到残余应力，锻造后安排退火处理。由技术要求知拔模斜度 为 10°。

3.3 选择定位基准

(1) 粗基准的选择：选取小平台外圆面为定位基准，利用 V 型块定位。

(2) 精基准的选择：精基准的选择主要考虑基准重合的问题。当设计基准与 工序基准不重合时，应进行尺寸换算。对本零件来说，一端面和Φ27 孔是装配 基准，又是设计基准，用它作精基准,使加工遵循“基准重合”原则，另外摇臂 属于不规则体，还需要一定位基准，根据加工实际要求，加工端面Φ27 孔时，

采用小平台配合定位。

1) 保证各加工面均有加工余量的前提下，使重要孔加工余量尽量均匀。

2) 保证零件与轴装配的精度。

3) 保证定位准确加紧可靠，零件以 V 型块和挡销为定位元件，加工表面及 孔。

3.4 选择加工方法

由于生产类型为大批量生产，故采用专用工夹具，并尽量使工序集中来提高 生产率。

根据各表面加工方法可以达到的经济精度，确定各表面加工方法如下：

Φ27 孔：钻——扩——绞 Φ27 孔两端面：铣

小平台：铣 油孔：钻

圆弧面：铣——精磨

螺纹孔：钻——攻丝——倒角

3.5 制定工艺路线

工艺路线一安排如下：

序号 工序内容 简要说明

1 锻造

2 退火 消除内应力

3 铣Φ27 孔后端面 4 铣Φ27 孔前端面

5 钻Φ27 孔

6 扩Φ27 孔

7 绞Φ27 孔，倒角

8 去毛刺

9 铣小平台

10 钻 M10 螺纹孔底孔 11 攻螺纹 M10×1-2，倒角 12 铣 R12.5 圆弧面 13 精磨 R12.5 圆弧面

14 钻油孔

15 调质淬火

16 去锐边毛刺，清洗 17 喷丸处理，涂漆

18 检验入库

工艺路线二安排如下：

序号 工序内容 简要说明

1 锻造

2 退火 消除内应力

3 钻Φ27 孔，倒角 4 铣Φ27 孔后端面 5 铣Φ27 孔前端面

6 铣小平台

7 钻 M10 螺纹孔底孔 8 攻螺纹 M10×1-2，倒角 9 铣 R12.5 圆弧面 10 精磨 R12.5 圆弧面

11 钻油孔

12 调质处理

13 去锐边毛刺，清洗

14 检验入库

工艺方案分析

工艺方案一和方案二的区别在于方案一中有钻，扩，铰Φ27 孔的工序，而 方案二只有钻Φ27 孔的工序，不能很好的达到粗糙度 1.6 的精度。而方案二将 钻Φ27 孔工序提前到铣Φ27 孔端面之前，有利于保证以Φ27 孔为基准铣Φ27 孔端面的垂直度（0.025mm）要求。各工序之间应该穿插一些去毛刺和清洗等工 序，这样可以修正由于基准不重合造成的加工误差。对各方案进行综合分析，两 者优点结合起来，最后的加工路线确定如下：

序号 工序内容 简要说明

1 锻造

2 退火 消除内应力

3 钻孔至Φ25mm 4 扩孔至Φ26mm 5 绞Φ27mm 孔，倒角

6 去毛刺

7 铣Φ27 孔后端面 8 铣Φ27 孔前端面 9 铣小平台（M10 两端面）

10 钻 M10 螺纹孔底孔 11 攻螺纹 M10×1-2，倒角 12 铣 R12.5 圆弧面 13 精磨 R12.5 圆弧面

14 钻油孔

15 调质淬火

16 去锐边毛刺，清洗 17 喷丸处理，涂漆

18 检验入库

3.6 确定加工余量及毛坯尺寸

该零件材料为 45-GB699-65,锻造，大批生产。由《机械制造工艺设计简 明手册》查得锻件尺寸公差为 CT12-CT14。根据估算锻件质量，，加工精度及 锻件形状复杂系数，由《机械制造工艺设计简明手册》可查得除孔以外表面的 加工余量表中余量值均为单边余量。

(1)锻件质量：根据成品质量 0.3kg 估算为 0.6kg。

(2)加工精度：零件除控以外的各表面为一般加工精度F₁。 (3)锻件形状复杂系数 s:

外廓包容体 锻件

m s  m

查《机械制造工艺设计简明手册》可定形状复杂系数 0.3/0.6=0.5,属于 一般级别。参考文献《机械加工工艺手册》用查表法确定各表面的总余量

加工表面 基本尺寸 加工余量等级 加工余量数值

端面 25 H 3

小平面 17 G 2

圆弧面 14 G 1.5

拔模斜度 10°。

3.6.2 绘制毛坯简图

3.7 工序设计

3.7.1 选择加工设备与工艺设备

由于气门摇臂的生产类型为大批大量生产，故加工设备宜以通用机床为主，

辅以少量专用机床。其生产方式为以通用机床加专用夹具为主，辅以少量专用机 床的流水生产线，工件在各机床上的装卸及各机床间的传送均由人工完成。

(1)钻中间孔：考虑到工件的定位夹紧方案及夹具结构设计等问题，采用立 式钻床，选择 Z525 立式钻床，选择直径为25的麻花钻头，专用夹具和 0－

150/0.02 游标卡尺。

(2)铣中间孔端面：采用普通铣床，选择 XA5032 立式铣床，YT15 尖刀，专用 夹具和 0－300/0.02 游标卡尺。

(3)铣 M10 螺纹孔端面：采用立式铣床，选用 XA5032 立式铣床，盘铣刀，专 用夹具和 0－300/0.02 高度尺。

(4)铣 R12.5 圆弧面：选用 XA61 立式铣床，专用圆弧铣刀，专用夹具和 0－

300/0.02 高度尺。

(5)磨 R12.5 圆弧面：选用平面磨床 M7130，成型砂轮（GB60ZRP 350 ）, 专用夹具和 0－300/0.02 高度尺。

25 127

 

(6)钻油孔：采用 Z525 台式钻床， 2 麻花钻头，专用夹具和 0－150/0.02 游标卡尺。

(7)钻螺纹孔、倒角：分别采用 Z525 立式钻床和 Z4025 立式钻床，专用夹具 和 0－150/0.02 游标卡尺，钻螺纹孔用Φ9 麻花钻头，倒角用13前角 45 专用 钻头。



(8)攻丝：采用 85016 攻丝机，M10 1 2 h 丝锥，专用夹具。

3.8 确定切削用量和基本时间

切削深度 ： ，进给量 ：根据参考文献《机械加工工艺手册》

表 2.4-52，取 ，切削速度V ：参照参考文献《机械加工工艺手册》

表 2.4-53，取V ，机床主轴转速 n ，有：

ap

f 



mm a_p 5

r mm / 27 .

s m / 15

f 0

min / 27 177

14 . 3

15 1000

1000 r

d

n v 



 

  ^，

取n200r/min，实际切削速度V ，有：

s n m

V d 0.28 /

60 1000

200 27 14 . 3 1000

0





 



被切削层长度 l ：l 60mm，刀具切入长度 ： l₁

mm mm

ctg Dctgk

l _r 120 2 6.33 6.5

2 ) 10 2

~ 1 2 (

1      

刀具切出长度 ：l₂ l₂ 1~4mm 取l₂ 3mm，走刀次数为 1 基本工时t_j2：

min 51 . 500 0 27 . 0

3 15 5 . 6

2 





 

 fn

t_j L

3.8.2 铣前后端面

查参考文献《机械加工工艺手册》表 2.4-73，刀具：硬质合金铣刀（面铣刀），

材料：YT15，D=68mm ，齿数Z 8，此为端铣刀。因其单边余量：Z=3mm，

所以铣削深度 ： =3mm。每齿进给量 ：根据参考文献《机械加工工艺手 册》表 2.4-75，取 。铣削速度V ：参照参考文献《机械加工工艺 手册》表 30—34，取 V=1.33m/s。机床主轴转速 ：

ap a_p

a_f 

af

Z / mm 13 . 0

n 1000V

n^ d 式中 V—铣削速度；d—刀具直径。机床主轴转速 n ：

min / 74 . 68 373

14 . 3

60 33 . 1 1000 1000

d r

n v^c 





 

 

按照参考文献《机械加工工艺手册》表 3.1-74，n387r/min，实际铣削速 度 v ：

s Dn m

v_c 1.37 /

60 1000

387 68

1000 





 

   

进给量V_f ：f_M a_f Zn0.138387/606.7mm/s

a

mm L 62

。工作台每分进给量

：6.7mm/s×60=402mm/min。 ：根据参考文献《机械加工工艺手册》表 2.4-81,

。被切削层长度：由毛坯尺寸可知 fm

a_e 60mm  。铣刀切入时取：

mm 23 5 . 1

~ 0 .

1 

 a_e 60mm a_e

 D a_e( )

l₁  ，  。铣刀切出时取： 。

根据《机械制造工艺学》表 可得：

mm l₂ 2 40

1

s f i

l l Tj L

M

96 . 7 12

. 6

2 23

2 96

1     

  =0.22min

由表 3.3-7 得：操作机床时间为 0.83 min，由表 3.3-8 得：测量工件时间为

0.14 min。T1=0.97min，则 T=T1+T2 =1.19min 3.8.3 钻 M10 螺纹孔

钻Φ9 底孔，攻螺纹 M10mm。

工步一：钻Φ9 底孔：选用Φ9 高速钢锥柄麻花钻。由《切削》表 2.7 和《工 艺》表 4.2－16 查得 f_机 0.28mm r/ ， V_c查 16 / minm （《切削》表 2.15）

^{1000 1000 16} 600( / min) 8.5

Vc

n r

D 

   



查 查

按机床选取n_机 545 / minr

^{8.5 545} _{1455( / min)} 1000 1000

c

V Dn   m

 ^机  

机

基本工时：

1 2 10 3 3

0.10(min) 545 0.28

l l l t n f

   

  

机 机 

工步二：攻螺纹 M10mm：选择M10 1 2 h mm 高速钢机用丝锥。 等于工件螺纹的 螺距

f p ，即 f 1.25mm r/ ，V_c机 7.5 /m min

1000 1000 7.5

298( / min) 8

Vc

n r

D 

   



查

按机床选取n_机 272 / minr V_c机 6.8 / minm

基本工时：

1 2 10 3 3

0.05(min) 272 1.25

l l l t n f

   

  

机 

4 专用机床夹具设计

4.1 接受设计任务，明确加工要求

本次专用机床夹具设计任务是设计“气门摇臂”钻φ27 孔的钻床夹具，及 专用的钻床夹具，具体设计内容和要求应以汽车制造工艺学课程设计任务书和摇 臂零件工艺规程为依据。本工序加工要求如下：

1.孔内壁粗糙度要求R_a1.6m。 2.φ27 孔尺寸公差等级要求 IT7 级。

3.孔相对于两端面的垂直度要求为 0.025。

4.零件材料为 45-GB699-65。

5.钻孔在整个工艺规程中为最先加工的，加工前退火处理，消除残余应力。

4.2 确定定位方案，选择定位元件

由零件图样和机械加工工艺规程分析，选择小平台外圆面为主定位基准，用 固定 V 型块定位限制 4 个自由度（X、Z 轴方向的移动和转动）。然后在摇臂端面 采用辅助支撑，限制 Y 方向的转动。Y 方向的移动则由夹紧螺钉限制。

4.3 确定夹紧方案，设计夹紧机构

根据工件的形状特点和定位方案，可以采用以下两种夹紧方案，一是手动 螺旋压板夹紧机构，另一种是气动夹紧夹紧机构。但是若采用气动夹紧方案，虽 说可以减轻工人的劳动强度提高操作效率，但需要为它设计专门的夹紧气缸，最 终导致夹紧方案复杂，成本高。所以这里选用手动夹紧机构。

4.4 确定导向方案和选择导向元件

在钻模中，钻套作为导向元件，主要用于保证加工孔的位置精度，同时可以 起到减少加工过程中的振动作用。由于可换钻套磨损后，可以迅速更换，适用于 成批大量生产，故本夹具使用可换钻套。可换钻套的具体规格按照《机械制造工 艺学课程设计指导书》附表 5-66 选取。钻套中导向孔的孔径及其偏差根据所选 取的刀具尺寸来确定。通常取刀具的最大极限尺寸为引导孔的基本尺寸。由前面 可知本工序选用的是 d=25mm 的高速钢麻花钻，由表 5-67 知高速钢麻花钻上偏差 为 0，下偏差为-0.033mm，故引导孔的基本尺寸为φ25mm。由表 5-66 知，引导 孔的偏差应取 F7，钻套中与衬套配合的的部分公差取 m6 或 k6。钻套与工件之间 应留有排屑间隙，若间隙过大，将影响导向作用；间隙过小，碎屑不能及时排出。

由表 5-68 可知，钻套与工件间的距离 h=（0.7-1.5）d=17.5-37.5mm。衬套的具 体结构和规格尺寸见表 5-69。由该表知与钻套配合的部分公差取 F7，与夹具体 配合的部分公差取 n6。钻套螺钉的具体规格见表 5-70。

4.5 夹具体的设计

由于铸造夹具体的工艺性好，可铸造出各种复杂形状，且具有良好的抗压强 度，刚度和抗振性能，在生产中应用广泛，故选用铸造夹具体，材料选用 HT200。

为使夹具体尺寸稳定，需要进行时效处理，以消除内应力。为了便于夹具体的制 造，装配和检验，铸造夹具体上安装各种元件的表面应铸出凸台，以减少加工面 积。夹具体设计一般不做复杂计算，通常都是参照类似的夹具结构，按经验类比 法确定。夹具体的结构尺寸数据可参考表 5-71，由该表知夹具体壁厚取 8-25mm。

4.6 夹具精度分析

1）φ25mm 孔径尺寸精度 本工序的尺寸精度由钻头外径尺寸来保证，属于 定尺寸刀具保证法，因此不存在定位误差。

2）孔深尺寸精度 加工成通孔，不必进行定位误差的计算。

3）φ25mm 孔的轴线对孔端面的垂直度不大于 0.025 的定位误差 由于孔与 大端面是在一次装夹中完成，且机床的运动精度较高，所以不存在定位误差的校 核问题。

4.7 绘制夹具装配图，标注有关尺寸及技术要求

5 参考文献

[1]王栋主编 《机械制造工艺学课程设计指导书》 机械工业出版社 2010 [2]王宝玺 贾庆祥主编 《汽车制造工艺学》 机械工业出版社 2007 [3]东北重型机械学院 洛阳农业机械学院 长春汽车厂工人大学主编 《机床 夹具设计手册》 上海科学技术出版社 1979

[4]徐浩 童兆丹主编 《机床夹具设计手册》 机械工业出版社 2003 [5]杨叔子主编 《机械加工工艺师手册》 机械工业出版社 2001

[6]孙本绪 熊万武主编 《机械加工余量手册》 国防工业出版社 1999 [7]李益民主编 《机械制造工艺设计简明手册》 机械工业出版社 1994 [8]裘文言 张祖寄 瞿元赏主编 《机械制图》 高等教育出版社 2003 [9]王伯平主编 《互换性与测量技术基础》 机械工业出版社 2008 [10]艾兴 王诗纲主编 《切削用量简明手册》 机械工业出版社 1994

致 谢

本次课程设计得到了刘玉梅老师的悉心指导，在某些设计方法上借鉴了网络 上一些热心网友提供的设计方案，并且得到了网友的一些建议，在此向老师和各 位网友致以衷心的感谢！