油阀座工艺规程及钻端面2mm孔专用夹具设计

摘 要 在现在制造业中，机械加工等各种加工工艺都要使用到夹具，来对被加工工件进行定位，使之能够准确加工，随着社会的发展，所使用的零件越来越复杂，夹具的设计方案也越来越多，选择一种效率高、成本低的设计方案来加工零件就显得尤为重要。本说明书通过研究油阀座零件的加工要求及其结构特点，利用现代技术，制定了一套合理的夹具设计方案，实现了对油阀座的快速加工。对于夹具设计来说，工件的定位及夹紧是非常重要的，所以选择一套合理的加工方案就显得非常的必要。另外，夹具设计中那一系列定位误差和夹紧力的计算，也保证了零件的加工精度，而且其夹紧力也不是很大，所以工件在加工过程中不会发生位移，也不会变形，保证了零件能够顺利加工完成，操作起来也比较方便、简单。关键词：夹具，油阀座，定位，夹紧 目 录摘 要I第1章、零件的分析- 1 -1.1零件的作用- 1 -1.2确定毛坯- 1 -1.2.1 毛坯材料- 1 -1.2.2确定毛坯技术要求- 1 -1.2.3 铸件尺寸公差- 1 -1.2.4 铸件机械加工余量- 1 -1.3零件的工艺分析- 3 -1.3.1主要加工表面及技术要求分析- 3 -1.4基面的选择- 4 -1.4.1粗基准的选择- 4 -1.4.2精基准的选择- 4 -1.5制定工艺路线- 5 -1.5.1表面加工方法的确定- 5 -1.5.2加工阶段的划分- 5 -1.5.3工序的集中与分散- 5 -1.5.4工序的顺序安排- 5 -1.5.5工艺路线方案一- 6 -1.5.6工艺路线方案二- 6 -1.5.7工艺路线的比较与分析- 7 -1.6机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定- 7 -1.6.1外圆表面（）- 8 -1.6.2外圆表面沿轴线长度方向的加工余量（端面、端面）- 8 -1.6.3孔（）- 8 -1.6.4外圆端面（）- 8 -1.6.5铣缺口（）- 8 -第二章 油阀座钻端面孔专用夹具设计- 9 -2.1确定设计方案- 9 -2.2 切削力及夹紧力的计算- 11 -2.3 定位误差的分析- 12 -2.4夹紧元件强度校核- 12 -2.5 夹具的优化设计及经济性分析- 13 -2.6 操作说明- 14 -第三章 设计心得体会- 16 -参考文献- 17 -III长沙学院课程设计第1章、零件的分析1.1零件的作用 所给定的零件是凿岩机注油器上的油阀座，阀座左端面通过锥孔与主机相接，一管套穿过油壶壳体与孔焊接，高压气体从左端孔进入阀座体，在负压的作用下，壶内的油从孔流入孔和高压气体相混合后形成雾状物质从套管口喷出。内孔装入油量调节装置，缺口指示油量调节的范围。1.2确定毛坯1.2.1 毛坯材料由零件材料确定毛坯为铸件，为保证内孔的高加工质量和易于加工毛坯铸件，将工件铸成整体的一个毛坯，分型面通过的内孔中心线，且内孔的中心线相垂直，毛坯铸件进行人工时效后，将铸件送入机加工车间进行加工，以免在工件切开后会发生较大的形变。按照设计要求，年产量为6000件，达到大批量生产标准，且零件的尺寸比较小，所以采用砂型机器铸造。1.2.2确定毛坯技术要求 1）铸件不应有裂痕、砂眼和局部缩松、气孔和夹渣等缺陷。铸件表面应清除毛刺。结瘤和粘砂等。2）正火处理硬度，以消除内应力，改善切削加工性能。3）未注圆角为。4）起模斜度为。1.2.3 铸件尺寸公差 由于是中批量生产，毛坯制造选用砂型机器型，由工艺人员手册查得，铸件尺寸公差等级为，选取铸件错箱值为。1.2.4 铸件机械加工余量 对中批量生产的铸件加工余量由工艺人员手册查得选取为级，各表面的总余量见下表1，由工艺人员手册查得铸件主要尺寸见表2。表1.1 各表面的总余量加工表面基本尺寸加工余量等级加工余量数值说明上表面39.6G2+0.4单侧加工63H5+1轴降1级双侧加工端面55G3.5+0.5双侧加工表1.2 铸件主要尺寸主要尺寸零件尺寸总余量毛坯尺寸公差CT与右端面尺寸22224一般公差-c轴63467一般公差-c与上表面尺寸39.62.442一般公差-c左端面与右端面尺寸55459一般公差-c图1.1 零件毛坯合图1.3零件的工艺分析油阀座的制造工艺有如下特点：1、制造工艺和检验工艺比较复杂。铸件要求表面光洁、铸字清晰，特别是要有致密的缺陷。所以，铸造是应采取一系列的工艺措施。2、机械加工难度大。油阀座的几何形状精度和表面粗糙度的要求很高，同时由于材料的切削性能差，又给加工方法、刀具材料、切削用量、工艺装备等方面带来了很多新的问题。3、安装较比困难。主要零件的结构、形状都比较复杂，所以定位和装夹都比较困难，被加工密封面等部位的精度和表面粗糙度要求都很高，因此很难保证加工质量。所以，在加工过程中，必须提高定位基面的精度和降低表面粗糙度、或在非加工表面上加工出定位基面。1.3.1主要加工表面及技术要求分析1、作为基准孔，痛一道工序加工、，同时保证与的距离23.5和与的距离22，还有保证内孔和外圆同轴。2、各段孔之间要求相互垂直都是通孔。图1.2 零件主要尺寸1.4基面的选择基面的选择是工艺规程设计中的最重要的工作之一。基面如果选择的正确、合理，可以很大程度上保证加工质量，使得生产率得到提高。否则，会使得加工工艺过程漏洞百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，使得生产活动无法正常进行。1.4.1粗基准的选择作为粗基准的表面应比较平整，没有飞边、毛刺或其它表面欠缺。对一般的轴类零件而言，以外圆端面作为粗基准是完全合理的，本零件选用不加工表面外圆柱面作为粗基准。采用外圆柱面来作为粗基准加工内孔即可以保证加工的壁厚均匀，而且便于装夹。1.4.2精基准的选择精基准的选择主要应考虑基准重合的问题。阀座的右端面和的内孔既是装配基准，又是设计基准，用它们作精基准，能使加工遵循“基准重合”的原则，实现阀座零件“一面两孔”的典型定位方式；其余各面、孔的加工也能用它来定位，这样就使的工艺路线遵循了“基准统一”的原则。另外，由于B面的面积较大，定位相对来说比较稳定，夹紧的方案相对来来说也比较简单、可靠，操作起来比较简单、方便。加工的内孔时，用右端端面及的内孔来作为基准。加工各内孔时应以的端面作为基准。因为形位公差由机床自身来保证，座椅粗精加工要尽可能一次来完成。1.5制定工艺路线制定工艺路线出发点，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大批生产的条件下，可以考虑采用万能性机床配以专用工夹具，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。1.5.1表面加工方法的确定 根据各表面加工要求和各种加工方法能达到的经济精度。确定各表面的加工方法如下：1.5.2加工阶段的划分由于工件加工精度要求不高，所以可以不分加工阶段，一个加工阶段可以完成；且由于工件的精度要求不太高，所以可以把焊工艺放置到最后，影响不太大。1.5.3工序的集中与分散 本零件选用工序集中原则安排油阀座的加工工序，端面、的孔一次装夹完成加工，外圆、端面，孔，内圆一次装夹完成。该油阀座的生产类型为批量生产（6000件），为了提高生产效率；运用工序集中原则使工件的装夹次数少，不但可以缩减辅助时间，而且由于在一次装夹中加工了多个表面，有利于保证各加工面之间的相对位置要求。1.5.4工序的顺序安排根据先基准后其它的原则，首先加工精基准圆柱面、右端面，孔；根据先主后次的原则，先加工主要面右端面，孔,后加工次要面孔，孔；根据先面后孔的原则，先加工右端面，后钻轴向孔；先加工凸台面，后钻孔。1.5.5工艺路线方案一工序1 铸造；工序2 车外圆、端面；工序3 钻孔；工序4 车左端端面、车内倒角、车锥孔、车内螺纹、车倒角；工序5 半精车、精车；工序6 钻孔；工序7 粗镗的孔；工序8 车端面、车倒角；工序9 钻孔；工序10 钻孔；工序11 钻圆周上孔；工序12 钻端面上孔；工序13 精镗的孔、镗内槽的孔；工序14 铣的缺口；工序15 焊封、去毛刺； 1.5.6工艺路线方案二工序1 铸造；工序2 车外圆、端面，钻孔，扩内圆，粗镗退刀槽；工序3 车左端端面、车内倒角、车锥孔、车内螺纹、车倒角；工序4 铣端面，保证至中心线定位基准长度为；工序5 钻孔，锪倒角；工序6 用专用镗刀镗内槽，距端面，宽度为扩孔，保证距端面；工序7 铣孔的下端面；工序8 钻孔，钻孔，保证孔深度；工序9 钻端面上孔，保证长度；工序10 钻圆周上孔；工序11 铣的缺口；工序12 焊封、去毛刺；工序13 终检，按零件图样要求全面检查；1.5.7工艺路线的比较与分析两个工艺路线方案的比较：比较一：方案一：工序1到4重复利用了基准的外圆，夹持次数过多，精度不易保持；方案二：直接在工序2中一次装夹加工孔和扩内圆，精度要求能够保证；比较二：方案一：工序6、7、8没有遵循先面后孔的原则，先加工了的内孔；方案二：工序4保证了先面后孔原则；孔和内槽一次性加工可保证精度要求，无需分粗加工及精加工，且把镗孔的工序先于扩的孔，减小了因镗工艺引起的工件变形；比较三：方案一：工序11先加工了圆周上的孔，定位精度不易保证；方案二：由于先加工了右端面的孔，所以至端面的的定位要求得到保证，且易于排屑和减小了加工的难度和增加刀具的使用寿命。综上从优考虑，选择工艺路线为方案二。以下是工艺流程分析情况简述：首先，利用外圆作为粗基准加工右端面，外圆，再钻孔，车内圆，尺寸公差由机床保证。其次，利用外圆作为基准，加工端面、锥孔、倒角、车螺纹。然后，利用端面和内圆以及外圆，加工端面。最后，由于加工孔和孔不可在同一机床上实现，因此分成2道工序在2个不同机床上进行加工；而两个孔相通，所以先钻端面孔，保证至端面的的定位要求，然后再钻圆周孔时应以端面孔为定位基准。 1.6机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定油阀座零件材料为，强度和切削性能良好，塑性、韧性较低。生产类型为大批量生产，采用砂型机器铸造（压实式或震压式）。查机械加工工艺手册及相关，长度方向上的余量为铸造精度为，尺寸公差为.根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：1.6.1外圆表面（）考虑其加工长度，与其联结的非加工外圆表面直径为，为简化铸造毛坯的外形，现直接取其外圆表面直径为。表面为自由尺寸公差.1.6.2外圆表面沿轴线长度方向的加工余量（端面、端面）分2次加工。第1次加工，余下的1次加工。1.6.3孔（）由于孔的直径都小于，故采用毛坯为实心，不冲出孔来。内孔精度要求界于之间。参照机械加工工艺手册确定工序尺寸及余量为 钻孔 粗镗 精镗 1.6.4外圆端面（）查机械加工工艺手册端面的余量为4。分两次加工，第一次加工3，第二次加工1。1.6.5铣缺口（）由于题目中对圆柱缺口的精度要求不高。故粗铣余量为4。经过粗铣后即可达。第二章 油阀座钻端面孔专用夹具设计2.1确定设计方案本夹具是用来加工端面上的的孔。该孔的定位精度为一般精度，因此，其加工精度可以由钻床来保证。1、 定位方案由已知零件图可以知道，要加工的孔就要对工件先进行完全定位。使用钻床加工，定位方案一用端面放在平面上限制3个自由度，用心轴穿过中心孔，在心轴上做成的短销限制2个自由度，再用的孔限制1个自由度。定位方案二用的端面放在平面上限制3个自由度，用心轴穿过中心孔，在心轴上做成的菱形短销与平面一起限制4个自由度，再配合的可换定位销限制2个自由度来实现定位。比较两个方案可知，方案二较好，因为端面上的孔和的孔在同一平面上，方案二用前一步工序加工的端面的孔来进行定位，可以很好的保证加工精度。故选择方案二。方案一 方案二 图2. 3定位方案的比较2.夹紧方案 用于钻小孔的夹具,常常不另设夹紧装置,这种处理方法既能缩短夹具的制造周期,降低夹具制造成本,又能节省安装工件的时间,提高生产率,但必须保证安全.采用手动螺旋拧紧是可靠的,可免去夹紧力的计算。3.导向装置 采用固定钻套,保证钻孔的位置。图2.4 导向装置2.2 切削力及夹紧力的计算钻端面上孔选用钻床：Z515，查得： （3.1） 按机床说明，取故实际切削速度： （3.2） 切削工时： （3.3）钻孔时轴向力，扭矩，功率的计算公式查切削用量简明手册P77表2.32轴向力： （3.4）其中扭矩: （3.5）功率: （3.6）2.3 定位误差的分析夹具的主要定位元件是立板及与立板配合使用的心轴。所以立板和心轴的制造误差为本工序的主要误差。立板与心轴的配合处要磨精度等级为6级，公差为0.013mm，平面度公差为0.05mm，心轴的表面与立板面的垂直度公差为0.03mm，所以加工孔的垂直度误差为0.013+0.03+0.05mm=0.093mm。2.4夹紧元件强度校核受力分析：当压紧工件时，螺栓除受夹紧力作用产生拉应力外，还受转矩T的扭转而产生扭转剪应力的作用。拉伸应力： (3.7) 扭转剪应力： (3.8)由第四强度理论，可知螺栓预紧状态下的计算应力： (3.9)工件件材料为45钢，屈服强度为，取安全系数，则许用挤压应力 (3.10)强度满足要求。 总时间大约为。2.5 夹具的优化设计及经济性分析这种优化设计的特点：可以正确确定适用对象种数。根据优化设计的结果，对可调、可换元件和通用基体的结构设计从成本比例的角度进行调整，从而使之满足优化设计，达到整体经济性的目的。从成组夹具适用对象种数所分摊的夹具成本看，可以认为：适用对象在成组夹具满负荷的范围内，对象种数愈多则夹具分摊到适用对象种数上的单位成本就愈低。从夹具上的可调、可换元件看，随着夹具适用对象种数的增加，则夹具上的可调、可换元件也随着增加，这时，可调、可换元件的设计、制造费用以及夹具的调整次数和调整、保管费用也随之相应增加。当所设计的成组夹具，其适用对象零件种数等于或接近NK值时，可以认为这套成组夹具符合经济性的原则；反之，则可认为是不合理的。这时，应该从各方面采取调整措施，如修改通用基体或可调、可换元件的结构设计，使之Ct值与P值的比例关系得到调整，最终符合经济性的原则。 在成组夹具设计中，根据夹具的复杂程度，从已积累的统计资料中取得Ct值与P值的当量值，以预定成组夹具适用对象零件种数，然后对实际的Ct值与P值进行评价，这样可以达到减少过程损失的目的，大幅度提高单机设备的通过能力，提高产品质量。现场同类设备由于工装的差异影响了设备本身较宽的工艺通过能力，通用工装使现场整体的设备通过能力得到提高，有利于均衡生产，提高了工艺质量和产品质量。提高现场应变能力和单一品种的加工能力，有利于物流顺畅和均衡生产。2.6 操作说明图2.3 装配主视图图2.4 装配俯视图图2.5 装配左视图夹具的装配是先把钻模板翻过来，装上跟的可换定位销，通过过盈配合与夹具钻模板配合，在用螺母将零件与钻模板锁紧，翻转钻模板，再将钻模板与夹具座用螺栓紧固，夹具安装完毕。加工时把工件装在可换定位销上，并与孔保证定位要求，加支撑板，用螺母紧固。加工完成后，翻转钻模板，松开螺母，即可取出工件。第三章 设计心得体会课程设计是对我们这学期在学校所学所有知识的总结。通过这个课程设计可以将我们各学期所学知识汇合起来,是对我们的专业知识的巩固和复习。在我们刚开始设计的时候，总觉的难度非常的大，根本不知道从什么地方下手，对设计的步骤根本不知道怎么安排，怎么设计。于是我们就去图书馆借了很多相关的书籍,并上网查阅了许多相关的资料,详细了解了机械设计应注意的一些问题及设计步骤.我开始知道课程设计一定要先从零件图分析开始，然后在得出各零件的技术要求，在根据零件的技术要求画出毛坯和零件合图,然后设计出工艺路线流程图,最后设计出加工所需要的各个专用夹具.夹具课程设计历时二周，在这整个设计过程中，我们一组成员相互配合、互相监督。争取尽快的将这个设计做完。这个过程很好的锻炼了我们对实践面和对理论面的理解和消化，让我们明白了如何去将我们所学的专业知识与课程设计联系起来。在设计过程中一次次翻阅手册让我们的设计更加标准化。有很多时侯我们设计东西都是仅凭自己的想象，没有把设计手册放在手边，不切实际的算，得出的结果可想而知必定是失败的。所以我们做设计的一定要一切要从实际出发，从手册出发，这样才会有所收获。对于这次的专用夹具设计，主要是要我们解决加工零件的定位问题和夹紧问题，而零件的定位夹紧是相对来说比较灵活的，方案比较多，需要我们对被加工零件进行认真的分析，选择出相对来说比较成熟的一种方案。在这次夹具课程设计的整个过程中，我们总共遇到了很多非常麻烦的问题，这是我们才发现，原来我们的学习是这么的不到位。也了解到了原来书本上那些理论性的东西与在实际运用中的东西存在有一定的出入的，在设计中我们慢慢发现，有些问题我们不但要深入地理解，而且还要不断地更正以前的错误思维。实践才是检验真理的唯一标准！这次设计中要求用到制图软件，让我重新温习了一遍AutoCAD。记得刚接触CAD的时候还是大一，刚开始画的时候基本上都已经不记得大一的时候所学的那部分CAD了，这样我们又不得不把书拿出来重新看一遍，一边画图一边熟悉软件，慢慢的，我们的作图速度越来越快。这样带着问题来学，使得我们的学习效率得到很大的提高。这次专用夹具的课程设计为我们提供了一个理论联系实际的平台。使得我们在以后的各种设计中能更快速，更完善地完成各种任务，思考问题时也会更加全面。这对一个设计人员来说，是一个很重要的因素和能力。同时，经过这次设计候，我们也能更加清楚地知道自己哪些方面存在不足，以使自己在缺陷的地方多多努力，完善自我。参考文献1 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