气门摇臂轴支座的机械加工工艺及夹具设计

1 绪论1.1本设计的内容及意义本次设计是在我们学完了大学的全部基础课，技术基础课以及专业课之后而进行。

这次设计目的在于使我们把这3年来所学的知识进行系统运用。

使我们对这3年来所学的知识进行进一步的巩固。

也是一次理论联系实际的训练。

通过本次设计使我们对设计加工的有了一次很大的提高，并使我们对以后的工作提供了一次宝贵的实践1.2课题背景知识1.2.1零件作用本设计所设计的零件是柴油机中摇臂结合部的气门摇臂轴支座，它是柴油机上气门控制系统的一个重要零件。

直径为18mm的孔和直径为16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。

1.2.2柴油机相关知识介绍1.2.2.1柴油机历史法国出生的德裔工程师狄塞尔，在1897年研制成功可供实用的四冲程柴油机。

由于它明显地提高了热效率而引起人们的重视。

起初，柴油机用空气喷射燃料，附属装置庞大笨重，只用于固定作业。

二十世纪初，开始用于船舶，1905年制成第一台船用二冲程柴油机。

1922年，德国的博施发明机械喷射装置，逐渐替代了空气喷射。

二十世纪20年代后期出现了高速柴油机，并开始用于汽车。

到了50年代，一些结构性能更加完善的新型系列化、通用化的柴油机发展起来，从此柴油机进入了专业化大量生产阶段。

特别是在采用了废气涡轮增压技术以后，柴油机已成为现代动力机械中最重要的部分。

1.2.2.2 柴油机种类①按工作循环可分为四冲程和二冲程柴油机。

②按冷却方式可分为水冷和风冷柴油机。

③按进气方式可分为增压和非增压（自然吸气）柴油机。

④按转速可分为高速(大于1000转／分)、中速（300～1000转／分）和低速（小于300转／分）柴油机。

⑤按燃烧室可分为直接喷射式、涡流室式和预燃室式柴油机。

⑥按气体压力作用方式可分为单作用式、双作用式和对置活塞式柴油机等。

⑦按气缸数目可分为单缸和多缸柴油机。

⑧按用途可分为船用柴油机、机车柴油机、车用柴油机、农业机械用柴油机、工程机械用柴油机、发电用柴油机、固定动力用柴油机。

⑨按供油方式可分为机械高压油泵供油和高压共轨电子控制喷射供油。

⑩按气缸排列方式可分为直列式和V形排列。

1.2.2.3柴油机作用随着现代社会进程的加快，柴油机发挥的社会作用不可估量，特别是在社会工业化之后，柴油机作为动力内燃机的一种，在社会的各个领域无处不在，工业、农业、汽车、船舶、公路工程、港口工程等，在这些领域里柴油机发挥着巨大的作用，为社会创造着巨大的效益。

在这领域中，柴油机所发挥的作用也是不尽相同，所以根据作用的需要，柴油机也被设计出了很多种型号，各种型号功率不同，发挥的作用大小也就不一样，创造出的价值也不一样。

但是柴油机的污染排放也是一个不小的社会问题，随着社会的发展，人类对生活质量要求的提高，预示着人类对空气质量的要求也在提高，而高污染排放的柴油机必定不能满足人类的这一生活需求，但是柴油机已经是社会发展不可缺少的一个重要零部分，彻底取代柴油机在目前的技术条件下似乎还不太可能。

人类的智慧永远是无法估量的，现代的设计师们正在朝着设计出高效率，低排放，质量轻，生产简单的柴油机这一目标奋斗着，而这一目标也将越来越近。

随着社会的需要，各种型号不一，功率不一的柴油机生产数量将不断的增长，而气门摇臂轴支座是柴油机上不可或缺的一个零件，也就是意味着气门摇臂轴支座的生产数量也将是与日俱增，为了创造出更大的效益，设计出轻便，经久耐用，便于生产的气门摇臂轴支座这一零件是很有必要的。

1.2.2.4柴油机优点柴油机具有热效率高的显著优点，其应用范围越来越广。

随着强化程度的提高，柴油机单位功率的重量也显著降低。

为了节能，各国都在注重改善燃烧过程，研究燃用低质燃油和非石油制品燃料。

此外，降低摩擦损失、广泛采用废气涡轮增压并提高增压度、进一步轻量化、高速化、低油耗、低噪声和低污染，都是柴油机的重要发展方向。

1.2.3机械制造工艺技术相关知识1.2.3.1机械加工工艺基础知识气门摇臂轴支座机械加工工艺规程的制订(1)根据零件图和产品装配图，对零件进行工艺分析在对气门摇臂周支座进行工艺规程设计时，应掌握该零件在部件或总成中的位置、公用以及部件或总成对该零件提出的技术要求，明确零件的主要工作表面，以便在拟定工艺规程过程中采取措施予以保证掌握零件的结构形状、材料、硬度及热处理等情况，了解该零件的主要工艺特点，形成工艺规程设计的总体构想。

分析零件上有哪些表面需要加工，以及各加工表面的尺寸精度、形状精度、位置精度、表面粗糙度及热处理等方面的技术要求；明确哪些表面是主要加工表面，以便在选择表面加工方法及拟定工艺路线时重点考虑；对全部技术要求应进行归纳整理。

(2)计算零件的生产纲领，确定生产类型根据零件图查表可知，气门摇臂轴支座为轻型零件，根据生产要求将确定该零件为大批量生产。

(3)确定毛坯种类和制造方法机械加工中毛坯种类有很多种，如铸件、锻件、型材、挤压件、冲压件及焊接组合件等。

根据气门摇臂轴支座零件图所选择的材料，气门摇臂轴支座零件加工工程中应达到的技术指标和加工特点，零件生产的经济性，如何选择合适的毛坯种类也是设计重点。

其次，如何选择毛坯制造方法也是设计中必不可少的环节，一般地，选择毛坯的制造方法应考虑一下几个方面因素：a、材料的工艺性能；b、毛坯尺寸、形状和精度要求；c、零件生产纲领；d、采用新型材料、新工艺、新技术的可能性。

(4)确定毛坯尺寸和公差如何确定毛坯尺寸，也就是如何确定加工余量，对确保加工质量、提高生产率和降低成本都有重要的意义。

余量不能确定过大或是过小，所以应当选择合适的方法来确定加工余量，保证零件加工各项尺寸及技术指标。

同时，选择合适的尺寸公差对零件加工和零件生产的经济型也有很大的影响。

(5)拟定工艺路线拟定工艺路线包括：定位基准的选择；各表面加工方法的确定；加工阶段的划分；工序集中程度的确定；工序顺序的安排。

这也将是气门摇臂轴支座机械加工工艺规程设计制定的重点(6)确定各个工序的加工余量，计算工序尺寸及公差(7)选择各个工序的机床设备及刀具、量具等工艺装备(8)确定各个工序的切削用量和时间定额(9)编制工艺文件1.2.4 机床夹具设计基础知识机械加工时，必须使工件在机床或夹具中相对刀具及其切削成形运动占有某一正确位置，称为定位。

为了在加工中使工件能承受切削力，并保持其正确位置，还需把它压紧或夹牢，称为夹紧。

从定位到夹紧的过程称为安装或装夹。

1.2.4.1安装方法(1)直接安装工件直接安装在工作台或通用夹具上，例如三爪卡盘、四爪卡盘、平口钳、电磁吸盘等。

有时直接安装工件不需另行找正即可夹紧，例如利用三爪卡盘或电磁吸盘安装工件。

(2)利用专用夹具安装工件直接安装在为其加工而专门设计和制造的夹具中，无需进行找正，就可迅速可靠地保证工件对机床和刀具的正确相对位置。

此法操作简便，要求工人技术水平不高。

但因专用夹具的设计、制造和维修，需要投资，所以在成批生产或大批大量生产中应用很广。

在金属切削机床上使用的夹具统称为机床夹具。

其主要作用是可靠地保证工件的加工质量，提高加工效率，减轻劳动强度，充分发挥和扩大机床的工艺性能。

(1)保证工件的加工精度，稳定产品质量夹具在机械加工中的基本作用就是保证工件的相对位置精度。

由于采用了能直接定位的夹具，因此，可以准确地确定工件相对于道具和机床切削成形运动中的相互位置关系，不受或者少受各种主观因素的影响，可以稳定可靠地保证加工质量。

(2)提高劳动生产率和降低加工成本提高劳动生产率，降低单件时间定额的主要技术措施是增大切削用量和压缩辅助时间。

采用机床夹具，既可以提高工件加工时的刚度，有利于采用较大的切削用量，又可以省去划线找正等工作，使安装工作的辅助工时大大减小，因此能显著地提高劳动生产率和降低成本。

(3)改善工人劳动条件采用夹具后，工件的装卸显然比不用夹具方便、省力、安全。

使用专用夹具安装工件，定位方便、迅速，夹紧可采用增力、机动等装置，因此可以减轻工人的劳动强度。

还可设计保护装置，确保操作者安全。

(4)在流水线生产中，便于平衡生产节拍工艺工程中，当某些工件所需要工序时间特别长时，可以采用多工位或高效夹具等，以提高生产效率，使生产节拍能够比较平衡。

1.2.4.2 夹具分类(1)按夹具所在机床的功用范围分机床夹具：指各类机床上使用的通用夹具或针对某产品设计的专用夹具，有车床夹具、磨床夹具、铣床夹具等。

自动线夹具：自动线上所使用的夹具，有自动线固定夹具和随行夹具。

(2)按夹具的通用特征分通用夹具：指已经标准化的，在一定范围内可用于加工不同工件的夹具。

专用夹具：指专为某一工件的某道工序的加工而专门设计和制造的夹具。

组合夹具：指按某一工件的某道工序的加工要求，由一套事先制造好的标准元件和部件组装而成的夹具。

可调夹具：有通用可调夹具（调整或更换个别定位元件或夹紧元件而形成的夹具）和成组夹具（专为成组加工工艺中的某一组零件而设计的夹具）1.2.4.3夹具的组成(1)定位装置其作用是使工件在夹具中占据正确的位置。

(2)夹紧装置其作用是将工件压紧夹牢，保证工件在加工过程中受到切削力作用时不离开已占据的正确位置。

(3)夹具体其作用是将夹具的所有元件连接成一个整体，是机床夹具的基础件。

(4)其它装置或元件:如分度装置、对刀元件等1.2.4.4夹具设计的特点(1)针对性强，设计人员必须全面掌握工艺和生产现场的实际情况。

专用夹具是为某零件的某工序设计的，设计人员必须全面了解和掌握产品零件的要求，工艺工程的安排以及所使用的机床、刀具，铺具的具体情况才可能提出合理可行的最佳方案，确定最合理的定位、夹紧装置。

(2)保证加工质量和劳动生产率是夹具设计的两项主要任务，而保证加工质量又是第一位的。

因此，设计时应重点把住定位方案的确定和精度分析这两道关。

对于制造精度要求不高的零件，其夹具设计应该重点保证提高劳动生产率和改善劳动条件。

(3)夹紧机构对整个夹具结构起决定性作用。

夹紧装置的结构形式和种类很多，选用的灵活性很大，特别是夹紧装置中力源及传动机构的设计对夹具结构的影响最大。

因此，在同样能保证工序要求的情况下，每个人设计的结构可能大不相同。

而不同复杂程度的家具在不同的生产规模条件下其经济效果也不一样，设计人员必须使自己的设计和生产规模相适应，不可片面追求高精度而忽视了经济性。

(4)夹具的制造多属于单件生产，因此，设计时应考虑采用组合加工，修配和调整等措施来保证夹具的制造精度，尽可能地考虑设置修配和调整环节，而不能完全依靠用完全互换的办法保证制造精度。