毕业设计-气门摇臂加工工艺及夹具设计

摘要机械加工行业作为一个传统而富有活力的行业，近几十年取得了突飞猛进的发展，在新经济时代，行业呈现新的发展趋势，由此对其它的质量，性能要求有了新的变化。

现在的机械加工行业发生着结构性变化，工艺工装的设计与改良已成为企业生存和发展的必要条件，工艺工装的设计与改良直接影响加工产品的质量与性能。

本文首先介绍了气门摇臂的加工方法和工艺分析，然后进行夹具设计。

此次设计是对气门摇臂的加工工艺和夹具设计，其零件为铸件，具有体积小，零件结构简单的特点，由于面比孔容易加工，在制定工艺规程时，就应该先加工面，再以面为基准来加工其它。

其中，各工序夹具都采用专用夹具，其机构设计简单，方便且能满足要求。

第一我们对产品（工件）的进行全面分析，确定了产品（工件）的毛坯设计，并附有生产工艺过程卡片以及工序卡片。

第二我们对数控加工工艺分析，主要是针对数控加工的内容，程序以及夹具的分析。

这次毕业设计是培养我独立分析与解决机械制造的实际课题的能力使我接受工程师的基本训练，并且使我在计算机绘图机编程、资料检索等方面得到锻炼与提高，同时也是对我三年大学所学知识的综合、全面运用和考查。

由于所掌握的知识和个人能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指导。

关键词：气门摇臂支座工艺分析工艺规程设计夹具设计气门摇臂加工工艺及夹具设计Xxxxxxx1.课题背景1.1 背景本设计所设计的零件是柴油机中摇臂结合部的气门摇臂，它是柴油机上气门控制系统的一个重要零件。

在内燃机中，每个气缸配备两个摇臂，摇臂穿于轴上，起作用在于：曲轴的旋转推动推杆上下运动，推杆推动轴上的摇臂做有规律的摆动，从而推动气门的开启与关闭，实现发动机的做功冲程。

其各部分尺寸在零件图中做详细标注。

柴油机是用柴油作燃料的内燃机。

柴油机属于压缩点火式发动机，它又常以主要发明者狄塞尔的名字被称为狄塞尔引擎。

柴油机在工作时，吸入柴油机气缸内的空气，因活塞的运动而受到较高程度的压缩，达到500～700℃的高温。

然后将燃油以雾状喷入高温空气中，与高温空气混合形成可燃混合气，自动着火燃烧。

燃烧中释放的能量作用在活塞顶面上，推动活塞并通过连杆和曲轴转换为旋转的机械能。

1.2零件图分析气门摇杆轴支座是柴油机一个主要零件。

是柴油机摇杆座的结合部，Ø21孔装摇杆轴，轴上两端各装一进气门摇杆，摇杆座通过孔用与汽缸盖相连。

零件的材料为45钢，该材料具有较高的机械强度，耐磨性，耐热性和减震性能。

该零件的主要加工表面为孔、以及端面，它们相互间有一定的位置要求。

现分析如下：以孔为基准加工孔前后两端面保证尺寸20mm；加工圆柱面保证半径R8mm；加工圆弧面保证半径R10mm。

以端面为基准铣削外表面5mm，10mm，保证其对称度为0.3mm。

由以上分析可知，对于孔以及R10mm的圆弧面等部分而言，可以借助专用夹具加工，并且保证它们之间的位置精度要求。

图1.2 气门摇臂零件图1.3零件的技术要求分析摇臂材料应采用GB／T699—1988中规定的45钢、GB／T3077—1988中规定20Cr钢和GB／T1348—1988中规定的球墨铸铁 QT 600－3、合金铸铁或性能不低于上述牌号的其它材料制造。

摇臂头部圆柱面应经淬火或渗碳淬火（合金球墨铸铁应经激冷硬化），其硬度及渗碳、淬硬层深度应达到规定的要求。

45钢硬度为50—57HRC，硬化层深度为0.6～4mm。

20Cr钢硬度为58～64HRC，渗碳层深度为0.8—1.2mm。

球墨铸铁 QT 600－3，其硬度为 47－57HRC，硬化层深度为 l．5－3mm。

合金铸铁硬度应大于或等于52HRC，硬化层深度大于2 mm（允许延伸至整个摇臂头）。

锻造摇臂的不加工表面，不允许有裂纹、折叠、折痕、结疤、氧化皮和因金属未充满锻模而产生的缺陷等。

铸造摇臂的不加工表面，不允许有缩孔、疏松、气孔、裂纹和夹渣等缺陷。

摇臂各加工表面粗糙度Ra值应小于或等于下列数值：摇臂头部圆柱面 0.8μm；摇臂孔 2μm；摇臂调节螺孔5μm。

摇臂孔尺寸公差按GB／T 1801—1979中规定的H7级制造。

摇臂头部圆柱面素线对摇臂孔中心线平行度公差应小于或等于GB/T1184-1996中表B3规定的9级。

摇臂表面不得锈蚀。

2.零件的加工工艺过程的分析2.1零件的工艺分析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，同种毛坯又可能有不同的制造方法。

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。

本工件为铸件。

通过对气门摇臂轴零件图的绘制，知原图样的视图正确、完整，尺寸、公差以及技术要求齐全。

通过对零件图的详细审阅，该零件的基本工艺状况已经大致掌握。

主要工艺状况如下叙述：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：因为孔前后两端面的加工必须先把零件定位加紧，所以以孔为定位，用弹性套夹持来固定零件，故先要把孔加工出来，镗孔，车内孔首先进行大小为直径21H7。

；孔前后两端面，根据零件的总体加工特性，它同样为整个机械加工过程中主要的基准面，粗糙度为3.2，因此在制定加工方案的时候应当将此面加工出来；图2.1 气门摇臂孔前后端夹持在车床弹性套中，加工外表面厚度5mm，10mm，粗糙度为3.2；前后端面倒角，粗糙度为12.5；图2.2 气门摇臂粗糙度直径为8mm 的圆柱面用铣床加工选用适当的刀具。

工件毛胚铸件尺寸为各个尺寸加厚2mm 所得的加工件。

根据锻件质量，零件表面粗糙度，形状复杂系数查《金属机械加工工艺人员手册》表12-25，由此查得单边余量在厚度方向为mm 5.1~0.1，水平方向也为mm 5.1~0.1。

即锻件各处直径的单面余量为mm 5.1~0.1，各轴向尺寸的单面余量亦为mm 5.1~0.1。

通过上面零件的分析可知，孔下端面和上端面的表面粗糙度要求比较高，因此都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，因此可以通过先保证精确加工孔之后再保证尺寸达到精度要求，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。

所以镗孔和车内孔的加工要求比较重要，因为这个步骤保证了之后进行加工的精度与好坏。

总的看来，该零件并没有复杂的加工曲面，属于相对简单的零件，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，钻出21H7的通孔，然后再以此精加工内孔，之后选用专用夹具为基准定位加紧，加工出外表面和外轮廓，最后加工圆弧面和圆柱面。

2.2拟定工艺路线机械加工工工艺顺序安排遵循如下原则：先基面后其它前道工序为后道工序准备好定位基准，因此第一道工序总是先把精基准加工出来。

先主后次安排主要表面（指装配基面、工作表面等），后安排次要表面（指键槽、螺钉孔等），但要放在最终精加工和光整之前。

先粗后精主要表面的粗、精加工要分开，按照粗加工—半精加工—精加工—光整加工顺序安排工序。

先面后孔由于平面定位比较稳定，装夹方便，一般零件多选用平面为精基准，因此，总是先加工平面后加工孔。

但本零件平面小，不方便定位，所以先加工孔。

零件材料是45钢，根据零件材料确定毛坯为铸件。

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，因此应该选用铸件，以使金属纤维尽量不被切断，保证零件工作可靠。

由于零件属大批生产。

考虑到残余应力，锻造后安排退火处理。

综合考虑上述工序的顺序安排原则，确定该气门摇臂轴支座零件的工艺路线如下所示：01 锻造锻造02 检验检验毛坯锻件03 热处理退火04 钻钻孔Ø18mm05 车精车Ø21H7孔内圆柱面06 车粗，精车Ø21H7孔前端面07 铣削粗，精铣10mm，5mm两侧端面08 铣削粗，精铣外轮廓09 铣削粗，精铣Ø16圆柱面10 清洗11 检验入库以上工艺过程详见机械加工工艺过程卡片和机械加工工序卡片。

3.数控加工工艺分析3.1数控加工内容的确定分析加工路线、加工步骤、装夹方案、计算数值、选用刀具、编写程序。

数控车床加工程序与普通车床工艺规程有较大差别，涉及的内容也较广。

数控车床加工程序不仅要包括零件的工艺过程，而且还要包括切削用量，走刀路线，刀具尺寸以及车床的运动过程。

因此，要求编程人员对数控车床的性能、特点、运动方式、刀具系统、切削规范以及工件的装夹方法都要非常熟悉。

工艺方案的好坏不仅会影响车床效率的发挥，而且将直接影响到零件的加工质量。

加工工艺主要包括如下内容：分析被加工零件的图纸，明确工序加工内容及技术要求。

确定零件的加工方案，制定数控加工工艺路线。

如划分工序、安排加工顺序 , 处理与非数控加工工序的衔接等。

加工工序的设计。

如选取零件的定位基准、装夹方案的确定、工步划分、刀具选择和确定切削用量等。

数控加工程序的调整。

如选取对刀点和换刀点、确定刀具补偿及确定加工路线等。

本工件的数控加工内容包括车削和铣削，分别在相应的机床上进行。

3.2数控加工设备的选用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。

以及选择专用刀具和量具，以辅助加工和检验零件的合格与否。

钻中间大孔：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18的麻花钻头，专用夹具和0－150/0.02游标卡尺。

车孔内圆柱面：采用普通车床，内孔车刀和专用夹具和0－300/0.02游标卡尺。

车孔前端面：采用普通车床，93°车刀和专用夹具和0－300/0.02高度尺。

铣两侧端面：采用立式铣床，选用XA5032立式铣床，Ø16和Ø12平头铣刀，专用夹具和0－300/0.02高度尺。

铣外轮廓：选用立式铣床，Ø16 和Ø12平头铣刀，专用夹具和0－150/0.02游标卡尺。

铣圆柱面：选用立式铣床，Ø16和Ø10平头铣刀,专用夹具和0－150/0.02游标卡尺。

3.3定位方案与夹具设计本工件用一面限制3个自由度，一弹性套限制2个自由度，一个定位杆限制1个自由度，并用弹性套夹紧工件的孔以固定。

图3.3 夹具三维图弹性套是一种自定心夹具元件，在套类零件的加工过程中有着广泛的应用。

弹性套夹具的原理是利用弹性套均匀弹性变形的方式，来消除定位尺寸偏差，以实现准确定心或对中进行定位和夹紧。