阀座体工艺工装设计及CAD-CAM

I摘 要本毕业设计题目是阀座体工艺工装设计及 CAD/CAM，来自无锡鹰贝机械有限公司。鹰贝公司专门从事国外机加工生产，主要的加工对象是阀体类零件，在精密铸造方面也有着他们自己的先进技术。介绍了 Pro/E 在模具设计中的应用以及在 MasterCAM 环境下的 CAM 实现。通过零件模具设计实例,阐述了 Pro/E 的模具设计流程与技术优势。并运用MasterCAM 对零件凹模进行了加工刀路设计,模拟其加工过程。设计内容：用 Pro/engineer 的零件模块建造实体模型，用模具模块进行模具设计，用装配模块完成夹具设计；用 MasterCAM 模拟加工和生成数控代码，用CIMCO Edit 完成仿真；最后利用 Pro/engineer 的工程图模块和 CAXA 电子图板完成图纸。设计难点：在实体造型时，零件侧面槽比较难造型，槽底面为圆弧面，且弧面和内孔要保证同轴度，槽内的凸块各侧面与槽各侧面也要保证平行度，反复利用曲面合并和实体化命令解决了上述问题。在设计模具时，模具侧面的芯子设计成了分体的结构，保证了蜡模成型后能完整的从模具中取出。 关键词：模具；夹具；模拟制造；实体造型IIAbstractThe subject of this design is designing the assembly and craft of valve base .It also relate to CAD/CAM. This subject task comes from WuXi IMPRO-BEES Machinery CO.,LTD which works in machining production for abroad . Its main machining object is parts like types of valve base. It has advanced technology in investment casting.Both the application of Pro/E in mould design and the realization of CAM based on MasterCAM are introduced. Mould design process and technological advantages of Pro/E are stated by mould design of part . Furthermore , concave mold of part is designed in processing feedroute based on MasterCAM ,and its manufacture process is simulated.Content of design: part module of Pro/engineer is used to design the work piece, mould module is used to design the parts mould, assemble module is used to design the jig. MasterCAM takes charge of the machining and making numerical control codes. CIMCO Edit is used to finish the simulation. Drawing module of Pro/engineer and CAXA are used to accomplish the drawings.Difficulties in design: It is difficult to mould side channel in the designing of solid mass. Merge Tool and Solidify Tool are used repeatly to solve the problems as follows: The bottom of channel is cambered surface. Axiality of cambered surface and internal hole must be assured. Parallelization of side face in channel and projection also must be assured. During the designing of mould, the structure of mandrel is designed to be apart to make sure that it can be taken out from mould completely after wax pattern shaped.Key words：mould；jig；simulating manufacturing；physical modelIII目 录第 1 章 绪 论 .11.1 我国模具 CAD/CAE/CAM 制造技术的现状 .11.2 模具 CAD/CAE/CAM 制造技术的发展概况 .2第 2 章 零件的三维造型 .62.1 零件的结构特征分析 .62.2 零件的三维造型过程 .62.3 零件三维造型的心得 .62.4 零件三维造型图片 .7第 3 章 阀座体的模具设计 .83.1 精密铸造的基本介绍 .83.2 腊模相关数据的确定标准 .83.2.1 蜡模原料的选择 .83.2.2 蜡模缩率的选择 .83.3 Pro/E 模具设计的基本方法 .83.4 阀座体模具的设计 .93.5 遇到的困难及解决方法 .93.6 模具三维造型图片 .9第 4 章 阀座体的机械加工工艺规程设计 .104.1 阀座体工艺规程设计 .104.1.1 零件的结构工艺性分析 .104.1.2 计算生产纲领，确定生产类型 .104.1.3 毛坯种类及其制造方法的确定 .114.2 工艺路线的拟订 .114.2.1 定位基准的选择 .114.2.2 制定工艺路线 .124.2.3 选择加工设备及工艺装备 .124.3 切削用量和工时定额的确定 .134.3.1 基本计算公式的引用 .134.3.2 各道工序的设计 .144.4 工艺合理性分析 .244.5 填写工艺卡片 .24第 5 章 机床专用夹具的设计 .25IV5.1 机床专用夹具设计的基本要求 .255.2 车床夹具的设计 .265.2.1 确定夹具类型 .265.2.2 拟定定位方案和选择定位元件 .265.2.3 夹具的整体结构设计 .265.2.4 夹紧力的分析 .275.2.5 夹具的使用说明 .275.2.6 夹具三维造型图片 .275.3 立铣加工中心夹具的设计 .285.3.1 确定夹具类型 .285.3.2 拟定定位方案和选择定位元件 .285.3.3 夹具结构的整体设计 .285.3.4 夹紧力的分析 .285.3.5 夹具的使用说明 .295.3.6 夹具三维造型图片 .29第 6 章 模具型腔的 CAM 设计 .306.1 CAM 计算机辅助制造的介绍 .306.2 模具型腔 CAM 的设计过程 .306.3 MasterCAM 加工仿真图片 .316.4 CIMCO Edit 刀具轨迹模拟图片 .31第 7 章 结 论 .32参考文献 .33致 谢 .34附录 1 阀座体模具装配图 .35附录 2 立铣加工中心夹具装配图 .36附录 3 车床夹具装配图 .37附录 4 英文资料及中文翻译 .380第 1 章 绪 论1.1 我国模具 CAD/CAE/CAM 制造技术的现状在现代工业生产中，60%90%的工业产品需要使用模具，模具工业已经成为工业发展的基础。根据国际生产技术协会的预测，21 世纪机械制造工业零件粗加工的 75，精加工的 50都需要通过模具来完成，其中汽车、电器、通信、石化和建筑等行业最为突出。一些产品产量居世界前列：2000 年我国生产发电设备 1600 万千瓦，机床产量 17.66 万台，均居世界前列；摩托车产量 1153 万辆，占当年世界产量的 44%；照相机产量 5514 万台，占全世界产量的一半以上。改革开放以来机械工业的平均增长速度高于同期国内生产总值和工业总产值的增长速度。模具作为一种高附加值的技术密集产品，它的技术水平已经成为衡量一个国家制造业水平的重要评价指标。早在 CAD/CAM 技术还处于发展的初期，CAD/CAM 就被模具制造业竞相吸收应用。目前国内的模具制造企业约 20000 家，并且以每年 1015的速度高速增长。在约 400 亿元的模具工业产值中，自产自用模具的企业约占 2/3，5060的企业较好地应用 CAD/CAE/CAM/PDM 技术。模具相关的 CAD/CAE/CAM 技术一直是研究开发、教育培训和推广应用的热点。随着模具工业的飞速发展以及 CAD/CAM 技术的重要性被模具界的广泛认可，近年来 CAD/CAM 开发商投入了很大的人力和物力，将通用 CAD/CAM 系统改造为模具行业专用的 CAD/CAM 系统，针对各类模具的特点，推出了宜人化、集成化和智能化的专用系统，受到了广大模具工作者的好评。例如以色列 Cimatron 公司推出的 Quick 系列产品，能在统一的系列环境下，使用统一的数据库，完成产品设计，生成三维实体模型，在此基础上进行自动分类，生成凸、凹模并完成模具的完整结构设计，能方便地对凸、凹模进行自动 NC 加工。又如英国 DELCAM公司推出的 PowerSHAPE 系统，包括 PSMoldmaker 模块，是面向模具制造的模具总装设计专家系统，可自动为复杂注塑模、吹塑模创建模具结构及抽芯机构、自动产生分模面，加工信息被自动封装，并可直接输出到 PowerMILL 模块，自动产生加工程序。日本造船信息系统株式会社的三维 CAD/CAM 系统 SpaceE 中也增加了专用于注塑模的设计模块。日本 UNISYS 株式会社推出的专用于塑料模设计和制造系统的 CADCEUS 也颇具特色，该系统综合了塑料产品设计从产品形1状设计、模具设计到模具生产所需要的全部功能，重点放在三维设计与二维视图的关联，体现了宜人化和集成化方面的技术进步。随着模具工业的科技进步和国际竞争的日益激烈，模具业对 CAD/CAM 系统的要求也从单纯的建模工具变为要求支持从设计、分析、管理和加工全过程的产品信息管理集成化系统。近几年来，有不少研究单位和公司都开发了面向模具企业的 CAD/CAE/CAM 系统集成方案，表现出较高的实用水平。如上海交通大学国家模具工程中心在数字化制造、系统集成、反向工程、快速原型/模具以及计算机辅助应用技术等方面已形成了全方位解决方案的能力，能够提供模具开发与工程服务的业务，全面地提高模具企业的水平和产品质量。又如浙江大学旭日科技开发公司，能为企业提供产品设计、三维造型与 NC 编程、逆向工程、三坐标测量、模具设计与分析、技术培训以及模具 CAD/CAE/CAM 技术开发的全方位技术支持。北航海尔软件有限公司推出的 CAXA 品牌系列 CAD/CAE/CAM 软件也能够为用户提供有关模具工程的全方位解决方案。值得注意的是，国际著名的 CAD/CAM 技术集团正在努力把数字化分析产品集成到 CAD/CAM 平台中。由于数字化分析产品广泛应用于航空航天、汽车、电子、医疗设备和重型机械等领域，因此仿真软件主要面向这些增长的 CAE 市场。根据全球领先的产品全生命周期管理(PLM)市场的资深分析公司 Daratech 的预测，到 2007 年，CAE 市场的年增长率将保持在 10.3%。制造商要求通过减少物理样机，提高产品质量来降低成本并加速产品上市，这种需求在模具制造业中尤为突出。因此在设计过程中加强前期的分析仿真，将有助于缩减对物理样机的需求量，并提高数字化设计的灵活性。例如，将 NXNastran 集成到 EDSCAE 产品软件包中，将进一步加强分析驱动设计技术的重要地位，有助于用户不断开发新产品，同时降低成本，缩短将产品推向市场的时间。另一个例子是，达索集团已经将MSC 公司的 NastranCAE 技术产品，集成到 CATIA 系统中，并获得了日本丰田公司的青睐。因此，在模具 CAD/CAM 技术中集成数字化分析技术，获得完善的CAD/CAE/CAM 解决方案，是目前的一个重要发展方向。1.2 模具 CAD/CAE/CAM 制造技术的发展概况与任何新生事物一样，模具 CAD/CAE/CAM 在近二十年中经历了从简单到复杂，从试点到普及的过程。进入本世纪以来，模具 CAD/CAE/CAM 技术发展速度更快、应用范围更广。伴随着 CAE 技术在铸造领域的成功应用，铸造工艺及模具结构 CAD 的研究和应用也在不断深入，国外已陆续推出了一些应用软件，如美国铸造协会的 AFS-SOFTWARE，可用于铸钢和铸铁件的浇冒口设计，英国 FOSECO 公司的 FEEDERCALK2软件，可以计算铸钢件的浇冒口尺寸和选择保温冒口套的类型。我国华中科技大学和清华大学在铸造工艺及模具结构 CAD 方面也做了许多工作，如清华大学开发的 THFSCAD 软件，主要由图形扫描及矢量化和铸造工艺 CAD 两部分组成。前一部分对扫描输入的图形进行消蓝去污和矢量化，后一部分用来建立参数化图形、计算铸件的加工余量、绘制工艺卡等。THFSCAD 是在二维图形学的基础上开发的，采用了 AUTOCAD 软件为开发平台。随着 CAD 技术的快速进步，三维 CAD 系统在铸造生产领域会逐步取代二维 CAD 系统而成为主流设计系统。自上世纪 70 年代以来，国内外许多学术机构和公司对锻模 CAD/CAE/CAM 技术进行了广泛的研究，在锻造工艺过程设计、锻模结构设计和金属流动模拟等方面均取得了显著的成绩。国外级进模 CAD/CAE/CAM 的研究始于上世纪 60 年代末，70 年代便有初步应用，但仅限于二维图形的简单冲裁级进模，其主要功能如条料排样、凹模布置、工艺计算和 NC 编程等。弯曲级进模 CAD/CAM 系统出现在 80 年代，如日本日立公司和富士通公司的弯曲级进模系统等。为了能够适应复杂模具的设计，富士通系统采用了自动设计和交互设计相结合的方法，在该系统中除毛坯展开、弯曲回弹计算和工步排序为自动处理外，其余均需要设计人员的参与。应用三维几何造型技术的级进模系统始于 80 年代末，如美国 Auto-trol 公司的Die-Design 系统，该系统采用三维几何模型来描述钣金零件，并将三维图形技术应用于模具结构设计，显示出三维图形软件在模具设计中的重要作用。进入 90 年代，国际著名商品化三维 CAD/CAM 系统，如美国的 Pro/E、UG-II、 CADD5、Solidworks 、MDT 等均陆续在模具界得到应用。美国 PTC 公司基于Pro/E 系统开发了钣金零件造型模块 Pro/Sheet Metal。UG Solution 公司在 UG-II 的基础上开发了同类型的模块 UG/Sheet Metal。以上两个系统都缺乏面向级进成形工艺及模具结构设计的专用模块，但这方面的工作进展很快，有的已经初见成效。如美国 Computer Design 公司开发的级进模软件 Striker Systems 是销售量较大的商业化 CAD/CAM 系统，包括钣金零件造型（SS-DESIGN） 、毛坯展开（SS-UNFOLD） 、毛坯排样（SS-STRIP DESIGN） ，模具设计（SS-DIE DESIGN）和数控加工（SS-WIRE、SS-PROFILE）等模块。该系统支持钣金零件的特徵造型，虽已具有某些自动化设计的功能，但其设计过程仍以交互操作为主，目前只适用于弯曲冲裁级进模的设计。塑料注射模 CAD/CAM 是伴随着通用机械 CAD/CAM 技术发展而不断深化的。从上世纪 60 年代基于线框模型的 CAD 系统开始, 到 70 年代以曲面造型为核心的CAD/CAM 系统，80 年代实体造型技术的成功应用，90 年代基于特徵的参数化实体/曲面造型技术的完善，为塑料注射模采用 CAD/CAE/CAM 技术提供了可靠的保证。目前在国内外巿场已涌现出一批成功应用于塑料注射模的 CAD/CAE/CAM 系统。现在国外一些著名的商品化三维造型软件都带有独立的注射模设计模块，如3美国 PTC 公司的 Pro/E、UGS 公司的 UG-II、SDRC 公司的 I-DEAS 系统。这三个CAD/CAM 系统目前在塑料模具工业中的应用最为广泛。此外还有美国 CV 公司的CADDS 系统、法国 MATRA 公司的 EUCLID 系统、法国 DASSAULT 公司的 CATIA 系统、英国 DELCAM 公司的 DUCT 系统、日本造船信息系统株式会社的 Space-E 系统和日本 UNISYS 株式会社的 CADCEUS 系统等都各具特色，拥有各自的用户群。塑料注射模 CAE 技术的发展也十分迅速，从上世纪 60 年代的一维流动和冷却分析到 70年代的二维流动和冷却分析再到 90 年代的准三维流动和冷却分析，其应用范围已扩展到保压分析、纤维分子取向和翘曲预测等领域并且成效卓着。塑料注射成型 CAE 商品化软件中应用最广泛的当数美国 Moldflow 公司的模拟软件 MF，该软件主要包括流动模拟（MF/FLOW） 、冷却分析（MF/COOL） 、翘曲分析（MF/WARP） 、气辅分析(MF/GAS)和应力分析（MF/STRESS）等。该公司于 1998 年推出准三维的双面流软件（Part Adviser） ，2002 年推出真三维的实体流软件模块，目前该公司在世界上拥有较大的用户群。本世纪的科学技术正处于日新月异的变革之中，通过与计算机技术的紧密结合，人工智能技术、并行工程、面向装配、参数化特徵建模以及关联设计等一系列与模具工业相关的技术发展之快、学科领域交叉之广前所未见。今后十年新一代模具 CAD/CAE/CAM 系统必然是当今最好的设计理念、最新的成形理论和最高水平的制造方法相结合的产物，其特点将反映在专业化、网络化、集成化和智能化四个方面。本世纪的科学技术正处于日新月异的变革之中，通过与计算机技术的紧密结合，人工智能技术、并行工程、面向装配、参数化特徵建模以及关联设计等一系列与模具工业相关的技术发展之快、学科领域交叉之广前所未见。今后十年新一代模具 CAD/CAE/CAM 系统必然是当今最好的设计理念、最新的成形理论和最高水平的制造方法相结合的产物，其特点将反映在专业化、网络化、集成化和智能化四个方面。随着模具工业的快速发展，近几年来世界各国的软件开发商投入了巨大的人力和物力，针对各类模具的特点，将通用的 CAD/CAM 系统改造为模具行业专用的系统，取得了较大成效。已投入使用的有美国 UGS 公司的级进模设计系统 NX-PDW、塑料注射模设计系统 Mold Wizard、以色列 Cimatron 公司的模具设计和制造系统 Quick、英国 DELCAM 公司的塑料模设计和制造系统 PS-Moldmaker、法国Misslel software 公司的注射模专用软件 Top Mold 和级进模专用软件 Top Progress、日本 UNISYS 株式会社的塑料模设计和制造系统 CADCEUS 等。这些软件的技术特点是能在统一的系统环境下，使用统一的数据库，完成特定模具的设计。NX-PDW 初步实现了模具零件的结构关联, CADCEUS 的特色在于三维设计与二维视图的联动，PS-Moldmaker 做到了加工信息的自动封装，这些特点使得专业软件更加宜人化。4目前，国外一些软件开发商已能按实际生产过程中的功能划分产品系列，在网络系统下实现 CAD/CAE/CAM 的一体化，解决传统混合型 CAD/CAM 系统无法满足实际生产过程分工协作的要求。例如英国 DELCAM 公司在原有软件 DUCT5 的基础上，为适应最新软件发展及工业生产实际推出了 CAD/CAM 集成化系统 Delcams Power Solution，该系统覆盖了几何建模、逆向工程、工业设计、工程制图、仿真分析、快速原型、数据编程、测量分析等各个领域。系统的每个功能模块既可独立运行，又可通过数据接口与其它系统相兼容，并能按使用要求进行组合，以便形成专业化的 CAD/CAE/CAM 系统，做到开放性、兼容性和专业化的统一。可以预计，模具 CAD/CAE/CAM 系统在今后几年内将会逐步发展为支持从设计、分析、管理到加工全过程的产品信息管理的集成化系统。现阶段，模具设计和制造在很大程度上仍然依靠着模具工作者的经验，仅凭计算机的数值计算功能去完成诸如模具设计方案的选择、工艺参数与模具结构的优化、成型缺陷的诊断以及模具成形性能的评价是不现实的。新一代模具CAD/CAE/CAM 系统正在利用 KBE（基于知识的工程）技术进行脱胎换骨的改造。如 UG-II 中所提供的人工智能模块 KF（Knowledge Fusion） 。利用 KF 可将设计知识融入系统之中，以便进行图形识别与推理。数值计算和人工智能技术的结合将是今后相当长时间内一件十分艰巨而重要的工作。传统的模拟软件基本上都是被动式计算工具，分析前需要用户事先设计成形方案和确定工艺参数，分析结果常常难于直接用来指导生产，这在很大程度上影响了模拟软件的推广和普及，华中科技大学模具技术国家重点实验室在国产注塑成型模拟软件 HSCAE6.10 中成功地引入了人工智能技术。对于注射时间、注射温度等具有连续取值空间的参数，采用人工神经网络进行优化，对于分析结果的解释和评价则采用基于规则推理的方法来处理。HSCAE6.10 的专家系统规则库以专家知识为基础，涵盖了有关短射、流动平衡、熔体降解、温差控制、保压时间、许可剪切应力、剪切速率和锁模力等方面的领域知识，在对分析结果进行综合和提炼的基础上驱动专家系统进行推理，对成型方案进行评价并在分析报告中输出具体的改进建议，其目标是将模拟软件由传统的“被动式”计算工具提升为新一代的“主动式”优化系统。5第 2 章 零件的三维造型2.1 零件的结构特征分析该零件的整体结构比较复杂，零件侧面槽比较难造型，槽底面为圆弧面，且弧面和内孔要保证同轴度，槽内的凸块各侧面与槽各侧面也要保证平行度，内孔和侧孔要保证垂直度。2.2 零件的三维造型过程通过零件的结构特征分析，可以确定出造型的方案，利用拉伸增料命令造出内孔，以后所有的造型都以内孔作为基准。用拉伸增料、拉伸除料、旋转增料、旋转除料等命令造出零件体、侧孔、圆面和侧面；用曲面复制、曲面合并、实体化命令造出零件侧面槽；最后建立各处倒角、倒圆，即完成造型。2.3 零件三维造型的心得1. 在绘制草图时，圆画在坐标系中心，其它图形尽量画在第一象限，否则会出现坐标系的约束尺寸，给尺寸驱动带来困难。尺寸最好一起驱动，防止视图混乱。2. 在使用拉伸、旋转这些最基本的命令时，一定要注意它们的先后顺序，否则会出现后面的造型将前面的造型破坏的情况出现。3. 在使用倒角、倒圆这些命令时，如果出现造不出来的地方，可以考虑用拉伸除料和旋转除料。4. 当需要造一些不规则的曲面时，想一次将曲面造出有时会非常困难，可以将不规则曲面分解成一个个规则曲面，将这些曲面一一造出，然后用曲面合并会得到意想不到的效果。5. 在造型实体前最好有一个造型的大致思路，尽量用最少、最简单的命令完成造型，思路一定要清晰。62.4 零件三维造型图片7第 3 章 阀座体的模具设计3.1 精密铸造的基本介绍精密铸造的铸件表面质量高，精铸的表面质量 Ra 理论值可达到 2.5，但实际应用中由于铸造工艺的不同，最好的表面质量可达 Ra 值 1.9，基本可以满足众多的非加工表面要求。铸件的尺寸相对传统压力铸造要小得多，扩展了铸造的尺寸范围。精密铸造运用蜡做铸型原料，修改灵活方便，而且可以再利用。可大大节省生产成本。精密铸造的优点众多，适用范围广泛，但技术含量较高，需要运用CAD/CAM 工具软件配合完成，而且加工大多利用四坐标联动的加工中心，对生产条件要求较高。3.2 腊模相关数据的确定标准3.2.1 蜡模原料的选择精密铸造所用的模型原料有低温蜡，外表看上去是黄颜色的，铸入模具时需要 59，蜡型出模后可以看出，表面比较光滑。中温蜡，原料呈绿色，工作时温度需要保持在 7090，蜡型出模后，与低温蜡相比可明显看出表面质量要好于低温蜡模。还有高温蜡，需要的工作温度要高于前两者，而且质量也为最优。经过考察分析，决定选用中温蜡作为蜡模原料，铸件表面粗糙度可达到 Ra 值 2.0 左右，充分满足非加工表面粗糙度要求。3.2.2 蜡模缩率的选择在蜡模与实际浇注后，由于热涨冷缩的原因，铸件体积回根据材料缩率不同有所减少。所以在设计模具的过程中，要将缩率考虑到模具的参数中去。另外，在实际操作过程中，如果零件的长宽比较大，则长度方向相比于宽度方向缩小量要大，在实际设计中要充分考虑。根据手册，45 号钢的缩率为 1.6%。3.3 Pro/E 模具设计的基本方法1. 装配法：即利用装配模块，利用布尔运算，在以创建的实体中减去零件的体积，完成零件基本型腔的创建。之后使用 Pro/E 中的基本特征创建功能完成各需要特征的建立，从而完成模具的设计。2. 分型面法：在模具模块中设计模具型腔，基于表面创建模具的型腔。这8种方法相对简单表面的零件比较适合。3. 体积块法，即在 Pro/E 的在模具模块中建立若干体积块来组成模具体。 3.4 阀座体模具的设计分析了 Pro/E 模具设计的三种基本方法后，根据阀座体的结构特点我选择了装配法。在复制了阀座体毛坯表面后，建立分型面，在分型面上拉伸实体，然后用复制好的表面切整个实体就完成了模具型腔。然后使用 Pro/E 的基本特征创建功能完成需要特征的建立，从而完成模具的设计。3.5 遇到的困难及解决方法在实际设计过程中，模具侧面的芯子根据零件槽内的凸块外型设计成了分体的结构，保证了蜡模成型后能完整的从模具中取出。3.6 模具三维造型图片9第 4 章 阀座体的机械加工工艺规程设计4.1 阀座体工艺规程设计4.1.1 零件的结构工艺性分析零件的结构工艺性分析是指所设计的零件在能够满足使用要求的前提下制造的可行性和经济性。它包括零件的整个工艺过程的工艺性，如铸造、锻造、冲压、焊接、热处理、切削加工等工艺性，涉及面很广，具有综合性，而且在不同的生产类型和生产条件下，同样一种零件制造的可行性和经济性可能不同，因此对其结构工艺性的要求也不同。对零件的结构工艺性分析，必须根据零件的生产类型、生产纲领，全面、具体、综合地进行分析，在制订机加工工艺规程时，主要是对零件的切削加工工艺性分析，主要涉及到以下几个方面：1) 工件应便于在机床或夹具上装夹、并尽量减少装夹次数。 2) 刀具易于接近加工部位，便于进刀、退刀、越程和测量，以及便于观察切削情况等。3) 尽量减少刀具调整和走刀次数。4) 尽量减少加工面积及空行程，提高生产率。5) 便于采用标准刀具，尽量减少刀具种类。6) 改善加工条件，便于加工，必要时应便于采用多刀、多件加工。7) 尽量减少工件和刀具的受力变形。8) 有适宜的定位标准，且定位基准至加工表面的标注尺寸应便于测量。4.1.2 计算生产纲领，确定生产类型在无锡鹰贝机械公司，阀座体的年产量为 30000 件，假定其备品率为 10%，机械加工的废品率为 5%，现在确定其生产纲领：N=Qn(1+a%+b%) （2-1）=300001(1+10%+5%)=34500（件/年）式中：N- 生产纲领；Q-产品的年产量（件 /年） ；n-每件产品中该零件的数量（件/台） ；a%-备品的百分率；b%-废品的百分率。10阀座体的年产量为 34500 件/年，现通过计算，该零件的质量约为 500g。根据生产类型的生产纲领及工艺特点，可以确定其生产类型为大批量生产。4.1.3 毛坯种类及其制造方法的确定根据零件材料 40CrMo(1.7225)确定毛坯为精铸件，有已知零件的生产纲领为34500 件/年，该零件的质量约为 500g，可知，其生产类型为大批量生产。根据鹰贝公司现有生产能力确定毛坯的铸造方法选用熔模铸造法。此外，为消除残余应力，铸造后应安排人工时效。1. 铸件的尺寸公差铸件尺寸公差等级分为 16 级，由于是大量生产，毛坯的制造方法采用熔模铸造法，由参考文献5. 查得，铸件尺寸公差等级为 CT7 级，选取铸件错型值为0.7mm。2. 铸件机械加工余量根据工厂铸造车间的实际铸造能力和机加工车间的加工能力，缩短生产周期等因素综合考虑，各加工表面的机加工余量见下表。各加工表面余量/mm加工表面 加工余量数值内孔端面 0.6侧孔端面 0.6整圆面 0.5内孔 0.5侧孔 1.5槽 R6 3槽 048.6 14.2 工艺路线的拟订4.2.1 定位基准的选择由零件图可知，内孔是阀座体的设计基准和装配基准。考虑到定位稳定、夹紧方案简单、可靠、操作方便等因素，故应选内孔作为精基准，后续的所有加工都选用它为基准，这样就遵行了基准统一的原则。4.2.2 制定工艺路线制定工艺路线时其基本出发点是保证加工质量、提高生产率、降低成本。在该零件生产类型已确定为大批量生产的情况下，制定的工艺路线就应该符合生产11类型的工艺特征。根据先面后孔、先主要表面后次要表面的加工原则，将各表面与孔的加工安根据个表面的加工要求和各种加工方法本够达到精度,确定各表面的加工方法：内孔端面、侧孔端面、内孔用车床加工,侧孔先扩后车，槽用铣。综合以上考虑，最终制定加工工艺路线如下：阀座体机械加工工艺路线工序 工部 工序内容 简要说明I 1 铸至毛坯图的尺寸和要求II 1 正火、调制处理III 1 整圆 保证尺寸 3.054IV 1 去应力处理V 1 喷沙1 车端面 保证尺寸 ,2.9182 车内孔至 027.1VI3 车 倒角45VII 1 车 倒角1 车侧 孔端面 保证尺寸 1.05362 扩侧孔至 .17保证尺寸 43 车侧孔至 60,3844 铣槽 R6 保证尺寸 .VIII5 铣槽 04.6保证尺寸 91.2,74,53.IX 1 去毛刺X 1 尺寸检XI 1 氮化处理XII 1 终检XIII 1 清洗包装4.2.3 选择加工设备及工艺装备由于生产类型为大批量生产，故加工设备宜以通用机床和工厂现有设备为主。其生产方式以通用机床加专用夹具为主。工件在各机床上的装卸及各机床的传送均由人工完成。1. 整圆、车内孔及端面、车倒角。考虑到工件的定位夹紧方案及夹具结构设计等问题，选择普通车床 CN6136D12和数控车床 EX-106。夹具采用车床专用夹具。2. 扩侧孔、车侧孔及端面、铣槽、 。考虑到工序集中的原则，采用的设备是立铣加工中心 HAAS-Mini。在加工过程中需要换刀，分别用到 端面车刀、 内孔车刀和高速钢镶齿三面刃铣刀。4590夹具采用立铣加工中心专用夹具。4.3 切削用量和工时定额的确定4.3.1 基本计算公式的引用1. 切削速度计算公式：vyxpmfatCv式中 切削速度（m/min）系数v指数vyx、刀具耐用度t背吃刀量（/mm）pa进给量（ mm/r）f2. 主轴转速计算公式：wcdvn10式中 主轴转速（ r/min）切削速度（m/min）cv直径（mm）w3. 大批量生产时的工时定额计算公式：)10)(amtt式中 工时定额（ min）t基本时间（min）辅助时间（min）at工作地服务时间占作业时间的百分比104. 基本时间计算公式：nflltwm21式中 工件切削部分长度l13切入量 取 03mm1l切出量 取 03mm2主轴转速 nmin/r进给量 f4.3.2 各道工序的设计(一) 工序 铸至毛坯图的尺寸和要求(二) 工序 正火、调制处理(三) 工序 III 整圆工序 III 简图1. 加工条件工件材料：42CrMo(1.7225)合金结构钢。机床：普通车床 CN6136D。刀具：90 度内孔车刀。2. 计算切削用量及工时定额1.确定背吃刀量 圆面的加工余量为 0.5mm,一次走刀 map5.02.确定进给量 根据参考文献5表 11-26 可知，车刀刀杆尺寸 408，车削深度 ，f=0.30.4mm/r,故取 f=0.3mm/r。map33.计算切削速度 根据参考文献 5 ,取2.0,.,2.,3yxCvvvt=80，根据公式可知。 min)/(8.1.05.822.0fatCvvyxpm4.确定机床主轴转速14min)/(4.16875.34210rdvnwc在实际生产中采用 min)/(r实际的切削速度为： in)/(3.108.10vw5.计算工时定额、辅助时间及作业时间根据公式 05(min).3105.921NnfllTwm根据公式 (i).maT总加工时间 的计算：t (in)06.5.01matT(四) 工序 IV 去应力处理(五) 工序 V 喷沙(六) 工序 VI工序 VI 简图工步 1 车内孔端面1. 加工条件工件材料：42CrMo(1.7225)合金结构钢。机床：数控车床 EX-106。刀具：45 度端面车刀。1. 计算切削用量及工时定额151.确定背吃刀量 内孔端面的加工余量为 0.6mm,一次走刀 map6.02.确定进给量 根据参考文献5表 11-26 可知，车刀刀杆尺寸 9010，车削深度 ，f=0.30.4mm/r,故取 f=0.3mm/r。map33.计算切削速度 根据参考文献 5 ,取2.,.,2.,30yxCvvvt=80，根据公式可知。 min)/(7.16.6.80202.fatCvvyxpm4.确定机床主轴转速 i)/(.917.1rdnwc在实际生产中采用 in)/(50r实际的切削速度为： min)/(8.170251vw5.计算工时定额、辅助时间及作业时间根据公式 02(in).315421NnfllTwm根据公式 (mi).0aT总加工时间 的计算：t (in)24.04.matT工步 2 车内孔至 0711加工条件工件材料：42CrMo(1.7225)合金结构钢。机床：CJK0620 数控车床。刀具：90 度内孔车刀。1. 计算切削用量及工时定额1.确定背吃刀量 内孔的加工余量为 0.5mm,一次走刀 map5.02.确定进给量 根据参考文献5表 11-26 可知，车刀刀杆尺寸 408，车削深度 ，f=0.30.4mm/r,故取 f=0.3mm/r。map33.计算切削速度 根据参考文献 5 ,取20.,.,2.,30yxCvvvt=80，根据公式可知。 min)/(8.1.5.802002.fatCvvyxpm164.确定机床主轴转速 min)/(5.342178.0rdvnwc在实际生产中采用 min)/(5r实际的切削速度为： in)/(07.810vw5.计算工时定额、辅助时间及作业时间根据公式 05(min).315821NnfllTwm根据公式 (i).0maT总加工时间 的计算：t (in)6.5.01matT工步 3 车 倒角41加工条件工件材料：42CrMo(1.7225)合金结构钢。机床：CJK0620 数控车床。刀具：45 度端面车刀。2计算切削用量及工时定额1.确定背吃刀量 倒角的加工余量为 0.5mm,一次走刀 map5.02.确定进给量 根据参考文献5表 11-26 可知，车刀刀杆尺寸 9010，车削深度 ，f=0.30.4mm/r,故取 f=0.3mm/r。map33.计算切削速度 根据参考文献 5 ,取20.,.,2.,30yxCvvvt=80，根据公式可知。 min)/(8.1.5.802002.fatCvvyxpm4.确定机床主轴转速 i)/(.3418.rdnwc在实际生产中采用 in)/(50r实际的切削速度为： min)/(8.410vw5.计算工时定额、辅助时间及作业时间17根据公式 01(min).315.021NnfllTwm根据公式 (i)2.maT总加工时间 的计算：t (in)012.02.matT(七) 工序 VII 车 倒角3工序 VII 简图1加工条件工件材料：42CrMo(1.7225)合金结构钢。机床：普通车床 CN6136D。刀具：45 度端面车刀。2计算切削用量及工时定额1.确定背吃刀量 倒角的加工余量为 0.6mm,一次走刀 map6.02.确定进给量 根据参考文献5表 11-26 可知，车刀刀杆尺寸 9010，车削深度 ，f=0.30.4mm/r,故取 f=0.3mm/r。map3