配气机构摇臂轴”零件的机械加工工艺规程

机械制造工艺学课程设计实例机械制造工艺学课程设计说明书设计题目设计“配气机构摇臂轴”零件的机械加工工艺规程及工艺装备设计者刘梅芳指导教师杨振祥学号1102070513中南大学机车车辆教研室2011年1月11日中南大学--2内容：1.零件图1张2.毛坯图1张3.课程设计任务书1份4.机械加工工艺工程卡片1张5.机械加工工序卡8张6.夹具装配图1张7.课程设计说明书1份序言机械制造工艺学课程设计是在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。这是我们在进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习，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。就个人而言，我希望能通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性的训练，希望在设计中能锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为自己今后参加祖国的“四化”建设打下一个良好的基础。由于能力所限，设计尚有许多不足之处，希望各位老师给予指教。一、零件的分析（一）零件的作用及技术要求1、零件的作用配气机构是进、排气管道的控制机构，它按照发动机的作功次序和每一缸的工作循环的要求，适时地开闭进、排气门、向气缸供给可燃混合气（汽油机）或新鲜空气（柴油机）并及时排出废气。一般由凸轮轴、气门推杆、挺柱、气门摇臂、摇臂控制轴、气门导管以及气门等部件构成。摇臂轴是一空心圆轴，用数个支座安装在气缸盖上，摇臂套装在摇臂轴上，并能在轴上作圆弧摆动。轴内孔与主油道相通，供给配气机构润滑油2。主要技术要求零件图上主要的技术要求为：1)摇臂轴调质硬度为HB255-302；B表面淬火硬度HRC55-60，硬化深度1-1.5mm；2）探伤检查。（二）零件的工艺性分析配气机构摇臂轴这个零件从附图1上可以看出，它一共有以下7组加工表面，分述如下：1、Φ50h8轴：轴径039.050mm，表面粗糙度为Ra6.3μm，端倒角2mm×45°。2、摇臂轴总长：保证尺寸25005.0mm，表面粗糙度为Ra0.8μm。中南大学--33、端侧面表面粗糙度为Ra6.3μm。4、Φ27圆槽：槽径Φ27，到端侧面保证尺寸17±0.1mm，铣刀加工，槽深至摇臂轴外径表面保证尺寸17mm，两个，槽间距保证尺寸216±0.1mm，表面粗糙度为Ra6.3μm，。5、两个Φ5孔：孔径Φ5，两端倒角1.5mm×45°，两孔距95±0.2mm，孔中心轴距离端侧面保证尺寸77.5±0.2mm，表面粗糙度为Ra12.5μm。6、Φ8.5孔：孔径Φ8.5，两端倒角1mm×45°表面粗糙度为Ra12.5μm。7、90°销钉孔：孔深5mm，孔中心轴距离端侧面保证尺寸47.5±0.1mm，表面粗糙度为Ra12.5μm。二、工艺规程设计（一）确定毛坯的制造形式配气机构摇臂轴在整个设备中的作用非常重要，需要选用可靠性高的材料。42CrMo钢强度、淬透性高，韧性好，淬火时变形小，高温时有高的蠕变强度和持久强度。零件材料选用42CrMo钢。零件材料为42CrMo，考虑到摇臂轴在应用过程中经常承受交变和冲击性载荷，因此选用锻件，以便使金属纤维尽量不被切断，保证零件工作可靠。由于零件采用单件大批量生产，而且零件的轮廓尺寸不大，可以采用锻造件，可以采用热轧圆钢，可以直接从钢材市场上购得。这从提高生产率，保证加工精度上考虑也是应该的。（二）基面的选择基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面选择的正确与合理，可以是加工质量得到保证，生产率得以提高。否则不但使加工工艺过程中的问题百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，使生产无法进行。由于零件图所示的摇臂轴上多数尺寸及形位公差以Φ50h8外圆面及其端面为设计基准，因此必须首先将工件外圆面及其端面加工好，为后续工序准备基准。根据粗、精基准选择的原则，确定各加工表面的基准如下：1）Φ8.5孔：摇臂轴外圆面。2）右端面：摇臂轴左端面。3）两个半圆槽：摇臂轴左端面。4）两个Φ5孔：摇臂轴的左端面及左边孔的中心线。5）销钉孔：摇臂轴的左端面及外圆面。（三）制订工艺路线制订工艺路线的出发点，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成批生产的条件下，可以考虑使用先进设备配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量降低。1、工艺路线方案一：工序号工序内容123锻造热处理：正火处理热处理：调质HB255-302中南大学--445678910111213粗车：Φ50h8外圆半精车：Φ50h8外圆并倒角2x45°精车：Φ50h8圆柱面粗车：Φ50h8端面半精车：Φ50h8端面钻孔：Φ8.5mm，并倒角1x45°钻孔：Φ5mm，并倒角1.5x45°,钻销钉孔热处理：淬火铣：Φ27半圆槽探伤检查2.工艺路线方案二：工序号工序内容12345678910111213锻造热处理：正火处理热处理：调质HB255-302粗车：Φ50h8端面半精车：Φ50h8端面粗车：Φ50h8外圆半精车：Φ50h8外圆并倒角2x45°钻孔：Φ8.5mm，并倒角1x45°钻孔：Φ5mm，并倒角1.5x45°,钻销钉孔热处理：淬火磨削：Φ50h8圆柱面铣：Φ27半圆槽探伤检查3、工艺方案比较与分析：上述两个工艺方案的特点在于：方案一是先加工Φ50h8的外圆，然后再以此为基础，加工Φ50h8端面，再经过钻孔、淬火等处理后，在以Φ50h8的外圆为垂直方向的定位基准铣Φ27半圆槽，这样不仅无法保证Φ50h8外圆的高精度，同时也使Φ27半圆槽的位置精度不够。方案二则是先加工Φ50h8端面，然后以此为基面加工Φ50h8的外圆以及钻孔，而经过钻孔和淬火等处理后，再次磨削加工Φ50h8的外圆。两相比较，可以看出，先加工加工Φ50h8的外圆，再加工Φ50h8端面，不仅能保证Φ50h8的外圆的精度，也能基本符合“基准重合”的原则。因此方案二比较合理，但经过仔细考虑后还是有问题。为了减少装夹次数，需要调整钻孔的顺序，而且热处理可以综合成一步，不重要的半精加工面应该在精加工之前。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，最后的加工路线确定如下：中南大学--5序号工序内容1234567891011锻造热处理：正火处理粗车：Φ50h8端面半精车：Φ50h8端面粗车：Φ50h8外圆半精车：Φ50h8外圆并倒角2x45°铣：Φ27半圆槽钻孔：Φ5mm，并倒角1.5x45°,钻销钉孔钻孔：Φ8.5mm，并倒角1x45°磨削：Φ50h8外圆探伤检查（四）机械加工余量、工序尺寸及毛坯确定1、根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：工序工序内容工序余量工序尺寸及公差表面粗糙度μm0锻造411-54212.55热处理10粗车：Φ50h8端面1.000.15-51212.515半精车：Φ50h8端面0.705.0-2506.320粗车：Φ50h8外圆2.0062.005.5112.525半精车：Φ50h8外圆并倒角2x45°1.0039.005.506.330铣：Φ27半圆槽06.00276.3351)钻孔:Φ5mm，并倒角1.5x45°012.00512.52)钻销钉孔01.00512.540钻孔：Φ8.5mm并倒角1x45°016.005.812.545磨削：Φ50h8外圆0.40039.0-500.850探伤检查中南大学--62、毛坯选择1）毛坯形状、尺寸及公差根据上述资料所得尺寸可得出毛坯尺寸，毛坯的形状及尺寸如附图2所示。2）确定毛坯技术要求A、锻件无明显锻造缺陷；B、机加工前调质，消除内应力。3）绘毛坯图根据附图1所示的零件结构形状，在各加工表面加上加工余量，绘制毛坯图如附图2所示。(五）选择机床设备及工艺装备根据一般工厂现有的生产条件，为了满足生产需要，先选用各工序所用的设备为：工序Ⅰ粗车、半精车Φ50h8端面，选用CA6140车床，刀具选用硬质合金端面车刀，专用夹具，0~200/0.02mm游标卡尺；工序Ⅱ粗车、半精车Φ50h8外圆并倒角2x45°，选用CA6140车床，刀具选用高速钢外圆车刀，专用夹具，0~200/0.02mm游标卡尺；工序Ⅲ铣Φ27半圆槽，选用x62w卧式铣床，选用锥柄键槽铣刀，专用夹具，0~200/0.02mm游标卡尺；工序Ⅳ钻孔Φ5mm，并倒角1.5x45°,钻销钉孔，选用ZK2103C数控深孔钻床、Φ5标准锥柄麻花钻专用夹具、0~200/0.02mm游标卡尺；工序Ⅴ钻孔Φ8.5mm，并倒角1x45°选用ZK2103C数控深孔钻床、Φ8.5锥柄加长麻花钻专用夹具、0~200/0.02mm游标卡尺；工序Ⅵ磨削Φ50h8外圆，选用M120W外圆磨床、专用夹具、WA砂轮、0~200/0.02mm游标卡尺；（六）确定切削用量及基本工时1、工序Ⅰ粗车、半精车端面h8为过渡配合精铣，粗糙度Ra=6.3，42CrMo为合金调质钢（1）粗车（工序余量：t=1mm）圆柱表面外圆车削机动工时计算公式为：T0=inflll.l321，其中f——进给量(mm/r),N——工件每秒转速（r/s）i——进给次数。切削速度V=1000nD，其中D——工件外径。进给量f=0.65mm/r吃刀量ap=3-5mm刀具耐用度95min由《机械加工工艺手册》查询可选择粗车t=1.0mm，半精车t=0.7mm，则其毛坯尺寸：L=250+2×（1+0.7）=253.4mmfz=0.08mm，v=24m/min，则：中南大学--7min/9.1017514.3241000100rDvnsπ取wn=102r/min,则V=10001027514.31000nwD24.021m/min102508.0nffwzmz40.8mm/min机动工时为：12147.51.510.66min76.2mllltf（2）半精车（加工余量：t=0.7mm）查《机械加工工艺手册》选择高速钢车刀，D=70mm，z=8。则取则min,/110min/19.1097014.32410001000min/24,06.0rrDvmvmmnnfwszV=10001107014.31000nwD24.178m/min8.52110806.0nffwzmzmm/min机动工时为t10.58min2、工序Ⅱ粗车、半精车Φ50h8外圆并倒角2x45°（1）粗车加工轴外圆t=2mm由于余量为2mm，因此分一次切削，吃刀深度为pa=2mm，查《机械加工工艺手册》，进给量f=0.4mm/r，切削加工中参数：Cv=291;m=0.2;xv=0.15;yv=0.2vyxpmvkfatcvvv.=54.18.081.076.023.114.2291=145.16m/min(2.42m/s)确定机床主轴转速：srdvns/97.145.5114.342.210001000π（898r/min)按机床取wn=900r/min=15r/s，实际切削速度为V=1000nwD10009005.5114.3=145.54mm/min中南大学--8车外圆时4.0152552t1m=98s（1.6min)(2)半精车加工轴外圆t=1mm由于加工余量为1mm，因此分二次切削，吃刀深度为pa=0.5mm，查《机械加工工艺手册》，进给量f=0.3mm/r，切削加工中参数：Cv=291;m=0.1;xv=0.18;yv=0.4vyxpmvkfatcvvv.=54.18.081.062.019.127.2291=173.39m/min(2.89m/s)确定机床主轴转速：srdvns/29.185.5014.39.210001000π（1097r/min)按机床取wn=1200r/min=20r/s，实际切削速度为V=1000nwD100012005.5014.3=190.28mm/min车外圆时3.017.31