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1、基于CAD的气门摇臂轴支座工艺夹具设计1 引言1.1 本设计的内容及意义此次设计是我们对大学所学知识的一次综合性的检测。本次设计包含了机械加工工艺的分析和相关零件图纸的绘制，综合性比较强。因此，它在我们的大学生活中占有重要的地位。其目的在于：1)巩固我们在大学期间所学的理论知识，对所学理论知识整体性的检验。2）增强我们查阅资料的能力，熟习相关专业资料。3）建立正确的设计思维，掌握设计方法，培育我们的实践工作能力。4）经过独立对气门摇臂轴支座工艺夹具的设计，能够让我们在机械制造过程的一些步骤和相关技术要求有综合性的了解和学习掌握。例如，工件的工艺规程设计、加工夹具等问题。目的是培养我们对零件一定
2、的工艺规程能力，为以后的工作打下好的基础。 5)通过零件图，装配图和夹具零件图的绘制，使我们对CAD和UG绘图软件的应用能得到进一步的提升。此次设计的主要内容有: 第一绘制气门摇臂轴支座的二维和三维零件图，第二然确定零件生产类型，本次设计资料所给资料为中批量生产，中型机械加工车间。第三进行对于零件图纸的分析；选择毛坯，绘制毛坯图；选择加工方法，拟定工艺路线；加工余量的确定；完成机械加工工序制作。第四专用夹具的设计，确定夹具的结构方案；设计夹具体；夹具装备图上的尺寸标注和配合和相关技术要求。最后，绘制相关加工夹具装配图和夹具零件主要图。1.2课题背景知识1.2.1零件的介绍气门摇臂轴支座是柴油机
3、上的一个零件，材料一般为灰口铸铁，硬度为180-220HBS之间,表面涂起。在柴油机中用来控制进入柴油机气缸的进气和排气口，对柴油机的正确启动有着重要的作用。在零件上有两个重要的孔；分别是直径为18mm和之间位16mm的两孔。前面的孔用于安装摇臂轴控制进、出气门，后面的孔用于安装减压轴来降低气缸的内部的压力。在零件上有一个直径为11mm的通孔，用来将零件安装在气缸上，与直径18mm相连的直径为3mm的孔用来排油。气门摇臂轴支座对柴油机的启动非常重要。1.2.2柴油机相关知识简介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
4、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，气缸内部的温度可以达到几百摄氏度的温度。在柴油在雾状的形式喷人气缸时，在高温的状态下会自燃，混合气体燃烧产生的高压高温气体作用在活塞顶面上，推动活塞做工将化石能转为旋转的机械功。柴油机有功力大的特点，一般用于重工业中。进几年来，在我国工业发展的快速步伐下，柴油机的需求量在日日夜夜的增加。例如，在机械制造业，农业，汽车，港口，公路等工程都有重要的应用。为国家的工业发展带来了巨大的社会经济效益。由于，在不相同领域柴油机所发挥的作用不同，柴油机制造为不同的型号，功力也各不相同。由于柴油机的燃料是柴油，在气缸中燃油燃烧不充分，所排放的气体，
5、也给环境的污染带来了一系列的问题。现在，各国的研究者们都在朝着高效率，低排放的方向设计出不同类的柴油机。目前，我国的柴油机产业中度比较高；柴油发动机市场的“两极分化”形式加剧，因此整个行业即将呈现出广泛应用高科技的趋势。通过调查，经过几年的发展，汽油发动机的市场竞争变得愈加激烈，而柴油发动机的制造商数量几乎维持不变。在柴油机中气门摇臂轴支座是柴油机启动不可缺少的零件，随着柴油机的产量不断增加，固然气门摇臂轴支座的产量也要相应的增加。因此，对于气门摇臂轴支座的研究也非常重要，设计出质量精度，加工经济效益好的气门摇臂轴支座也是有必要。机械制造是所有机械产品生产过程的总称，而机械制造业的发展又与人类
6、的社会活动和科学技术的发展密不可分，因此机械制造业是一个国家的工艺支柱。自18世纪初的工业革命形成之后，在国家科学进步下，取得了很大的成就，初步建立起了门类比较齐全，且具有一定规模和技术水平的机械制造工业体系。特别是从20世纪90年代开始，我国将工作的重心转移到了经济建设上，生产计划由计划经济向市场经济转变，这一切都为我国机械的进一步发展提供了难得的契机。尤其是微电子技术和计算机技术的迅猛发展和在机械制造领域的广泛应用，如数控加工、CAD 、CAM、CAPP等的出现和开发，从根本上改变了机械制造的生产面貌，使得机械制造进入了一个全新的时代。1.2.3机械制造工艺的相关知识（1）.根据零件图，对
7、零件进行工艺分析第一步认真审阅零件图纸，查看零件图纸是否有错，有错及时找相关工作人员改正。掌握零件的结构形状、材料、硬度及热处理等情况，知晓零件的加工工艺特点，初步构成零件加工工艺规程的的思想。记录零件上相关的技术要求，例如，位置精度、表面粗糙度等；掌握零件上那些表面是主要加工面，那些是次要加工面，以方便的再以后的加工中选择合适的加工路线来保证。对所有的技术要求做整理、分析，方便后面工作的进行。（2）.确定零件的生产类型根据企业生产实际所给原始的数据，企业生产实际能力的专业化水平，用相应的数学方法计算出年产量来确定生产纲领和生产类型。（3）.选择毛坯种类和制造方法毛坯种类选择有很多种，在机械加
8、工中常用的毛坯种类有如下几种；铸件、锻件、焊接件、冲压件、型材，冷挤压件、粉末冶金件等。一般，毛坯的选择制造方法应考虑以下几个方面的因素：1）.零件的材料及其力学性能2）.零件的尺寸和尺寸3）.生产类型4）.现存的生产条件5）.充分考虑利用新技术，新工艺和新材料的可能性（4）.确定零件毛坯尺寸和公差根据零件图纸的标注可以确定零件成品的基本尺寸。然后在考虑零件毛坯的获取方法和相应的制造误差确定毛坯尺寸。根据零件图纸的技术标注要求和计划生产成本的综合考虑公差。（5）.拟定工艺路线（6）.工序间加工余量的确定，计算工序尺寸和公差（7）.加工设备和工艺装备的选择（8）.确定各个工序的切削用量和时间定额
9、1.2.4机床夹具设计基础知识夹具是机械制造厂里的一种工艺装备。在机械制造过程中，广泛的应用大量夹具，机械夹具只是夹具中的一类，它装在相关的机床上保障工件在加工过程中与机床保持正确的位置，并能承受相当切削力的作用，如车床上使用的三抓卡盘，铣床上使用的平口虎钳，都是机床夹具2。（1）机床夹具在机械加工中起着重要的作用，主要有以下五方面的作用：1）.保证工件的加工精度2）.提高劳动生产率3）.改善劳动条件4）.降低生产成本5）.扩大工艺范围（2） 机床夹具分类机床夹具的种类很多，按使用范围可以分为如下；1）.通用夹具 2）.专用夹具 3）.可调式夹具 4）.成组夹具 5）.组合夹具 6）.自动线夹
10、具 （3）夹具设计的特点和基本要求1）.设计必须满足加工工艺要求，结构可靠，使用省力安全，操作方便，有利于实现优质，高产，改善劳动条件，提高加工精度，降低生产成本。2）.观察零件实体，联系实际情况，确定方案时，要与相关工作人员讨论，经过大家审批后进行下一步设计。3）.夹具要有良好的结构工艺性，设计的夹具应便于制造，检验，装配，调整，维修。4）.夹具体设计必须保障图样清晰，完整，正确，统一。2 零件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分析零件图2-1是零件的UG三维图，图2-2是气门摇臂轴支座零件CAD图。 图2-1零件UG图 图2-2零件CAD图2.1.2零件
11、的作用气门摇臂轴支座在柴油机中用来控制进入柴油机气缸的进气和排气口，对柴油机的正确启动有着重要的作用。在零件上有两个重要的孔；分别是直径为18mm和之间位16mm的两孔。前面的孔用于安装摇臂轴控制进、出气门，后面的孔用于安装减压轴来降低气缸的内部的压力。在零件上有一个直径为11mm的通孔，用来将零件安装在气缸上，与直径18mm相连的直径为3mm的孔用来排油。气门摇臂轴支座对柴油机的启动非常重要。2.1.3 零件的工艺分析从自己绘制气门摇臂轴支座零件、主要尺寸的标注图和相关技术的标注可知，所给的原始资料正确，零件的主要视图和技术要求的位置精度都没有错误。经过对零件图纸的分析，得出零件的基本工艺状
12、况如下叙述：该零件的材料为HT250，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、机械加工性能较低，而且加工面主要集中在平面加工和孔的加工。依据对以上零件图的分析，该零件需要加工的表面的技术要求如下：（1）. 外圆的上端面的粗糙度为12.5与此孔相通的通孔的粗糙度也为12.5；两孔的公差等级都为IT14级，通过粗铣可以到达。（2）. 36mm下端面，根据零件的总体加工特性，36mm为整个机械加工过程中主要的基准面，粗糙度为6.3，公差等级为IT12级，需要半精铣才能到达。（3）. 外圆的前后端面，粗糙度为3.2；前后端面倒的角，粗糙度为12.5；的通孔要求孔表面粗糙度为1.6，
13、其技术要求相对精度较高，因此加工时有一定的难度，该孔的轴线与36mm下端面的平行度为0.05，孔的轴线圆跳动公差为0.1，要求相当高，加工时应该注意。（4）. 的前后端面，粗糙度为12.5；前后端面倒的角，粗糙度为12.5；的通孔孔表面粗糙度为1.6，其技术指标精度要求较高。并且，孔的轴线与36mm平面的平行度为0.05。经过上对面零件相关技术的整理分析可知，上端面和36mm下端面的技术要求公差等级都是IT14级，通过粗铣加工就可以达到所给的技术要求。其他表面可以采用这两个端面可以作为定位基准面进行加工得到，并且采用专用夹具能够保证其他表面的技术加工相关要求。由上面零件的工艺分析可知，该零件没
14、有复杂的加工面，采用常规的加工工艺即可保证零件加工表面的技术要求。工艺路线安排如下：将零件定位夹紧，加工上端面以及36mm下端面，并钻出的通孔，然后再以这先加工出来的几个表面为基准定位，加工出和的外圆端面，并钻出这两个精度要求比较高的空，最后翻转零件，深孔加工出的斜油孔。2.1.4 确定零件的生产类型不同的的机械产品，其结构、技术的要求是不同的，但机械制造工艺却存在着许多共同的特征。这些共同特征由企业的生产纲领来决定，零件的机械江工业过程与生产类型密切相关，在制定机械加工工艺规程时，首先要确定生产类型，而生产类型主要与生产纲领有关1。（1）.生产纲领在计划期间内企业应当生产的产品数量即为企业的
15、生产纲领。计划期间通常为一年所以生产纲领也称为年产量。产品的产量由三部分组成；即制造成品所要、备品和次品的数量。生产纲领的计算式子； N=Qn(1+a)(1+b)式子中 N-零件的年产量（件/年）； Q-产品的年产量（台/年）； n-每台产品中，该零件的数量（件/台）； a该零件的备品率（%）一般取2%-4%； b该零件的废品率（%）一般取0.3%-0.7%；（2）.生产类型 生产类型是指企业生产专业化程度的分类。按照生产专业化水平的差异，一般分为三种生产类型，即单件生产、批量生产和大批量生产。按照上面生产纲领的计算公式，经过计算就能够得出零件的年生产纲领，在通过查阅相关资表，就可以确定该零件的生产类型。由原始设计要求资料，该零件采用中批量生产。2.2 选择毛坯，绘制毛坯图2.2.1 选择毛坯选择毛坯，主要是确定毛坯的种类、制造方法及其制造精度。毛坯的种类
