阀体加工工艺及夹具设计

蝶阀阀体的工艺工装设计目 录摘要4绪论61、零件的分析.71.1、零件的作用71.2、零件的技术要求.72、确定毛坯、画毛坯零件合图.122.1、确定毛胚的制造形式及材料.122.2、机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定.132.3、选择加工设备及刀、夹、量具133、工艺规程设计.173.1、定位基准的选择.173.2、定位元件. .173.3、切削力及夹紧力的计算. 183.4 加工工序设计194、镗孔夹具的设计.204.1定位基准的选择.204.2切削力的计算与夹紧力分析.204.3夹紧元件及动力装置确定.214.4定位销及夹具体设计.224.5夹具精度分析.235、钻孔夹具的设计.205.1定位基准的选择.205.2切削力的计算与夹紧力分析.205.3夹紧元件及动力装置确定.215.4夹紧装置的设计.225.5夹具操作的简要说明.23小结.24致谢.25参考文献26摘 要在生产过程中，使生产对象（原材料，毛坯，零件或总成等）的质和量的状态发生直接变化的过程叫工艺过程，如毛坯制造，机械加工，热处理，装配等都称之为工艺过程。在制定工艺过程中，要确定各工序的安装工位和该工序需要的工步，加工该工序的机车及机床的进给量，切削深度，主轴转速和切削速度，该工序的夹具，刀具及量具，还有走刀次数和走刀长度，最后计算该工序的基本时间，辅助时间和工作地服务时间。关键词：工序，工位，工步，加工余量，定位方案，夹紧力AbstractEnable producing the target in process of production (raw materials, the blank , state of quality and quantity on part become always ) take place direct course of change ask craft course, if the blank is made, machining, heat treatment , assemble etc. and call it the craft course. In the course of making the craft , is it confirm every erector location and worker step that process need this of process to want, the locomotive of processing , this process , and the entering the giving amount of the lathe, cut depth , the rotational speed of the main shaft and speed of cutting, the jig of this process, the cutter and measuring tool, a one hundred sheets of number of times still leaves and a one hundred sheets of length leaves, calculate basic time of this process , auxiliary time and service time of place of working finally.Keywords：The process, worker one, workers step , the surplus of processing, orient the scheme , clamp strength绪 论加工工艺及夹具毕业设计是在学完了机械制造工艺学和大部分专业课，并进行了生产实习的基础上进行的一个教学环节。这次设计使我们能综合运用机械制造工艺学中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识。独立地分析和解决工艺问题，初步具备了设计一个中等复杂程度零件（阀门阀体）的工艺规程的能力和运用夹具设计的基本原理和方法，拟定夹具设计方案，完成夹具结构设计的能力，也是熟悉和运用有关手册、图表等技术资料及编写技术文件等基本技能的一次实践机会，为未来从事的工作打下良好的基础。机械制造技术基础课程设计是在学完了机械制造技术机车和大部分专业课，并进行了生产实习的基础上进行的又一个实践性教学环节。这次设计使我们能综合运用机械制造技术基础中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决了零件机械制造工艺问题，设计了机床专用夹具这一典型的工艺装备，提高了结构设计能力，为毕业设计及未来从事的工作打下了良好的基础。由于能力所限，经验不足，设计中还有许多不足之处，希望各位老师多加指教。1、零件的分析1.1、零件的作用：题目所给的零件是阀门阀体。阀门阀体是在一定条件下，能使液压泵卸荷的阀。 阀体通常是一个带二位二通阀(常为电磁阀)的溢流阀,功能是不卸荷时用作设定系统(油泵)主压力,当卸荷状态时(靠二位二通阀动作转换)压力油直接反回油箱,系统压力为0.值以实现一些回路控制和提高油泵寿命,减少功耗.在回路中属于并入回路的。减压阀用于调整执行元件所需压力,是串联在回路中的，一般不能互换使用。阀体的主要作用是连通不同介质的连通作用，实现介质之间的流通。1.2、零件的工艺分析：（1）以50.8中心孔为主要加工表面的加工面。这一组加工表面包括：两侧端面216面的铣削加工； 的孔加工，的斜孔加工，64H10的斜孔加工，两侧端面上的11.97.9凹槽加工。其中两侧面有表面粗糙度要求为，64H10孔的表面粗糙度要求。（2）以中间孔中心的孔为主要加工表面的加工面。这一组加工表面包括：226端面铣削加工，25.4孔的加工。以及端面上11.97.9凹槽加工。以下是该阀门阀体的零件图。 阀体主剖视图阀体左视图 阀体局部剖视图2、确定毛坯、画毛坯零件合图2.1、确定毛坯的制造形式及材料：“阀体”零件材料采用304铸造件制造。阀体材料为ZG 1Cr18Ni9Ti，硬度HB为170241，生产类型为大批量生产，采用铸造毛坯。由于零件尺寸不大，结构比较复杂，因此我们采用铸造的形式，从而提高劳动生产率，降低成本。2.2、机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定：2.2.1、顶面和底面的加工余量根据工序要求，顶面和底面加工分粗、精铣加工。各工步余量如下：粗铣：参照实用机械制造工艺设计手册表7-23。其余量值规定为2.73.5mm，现取3mm。 表7-27粗铣平面时厚度偏差取-0.28mm。精铣：参照实用机械制造工艺设计手册表7-24。其余量值规定为0.81.0mm，现取1mm。铸造毛坯的基本尺寸为371.3+3+3+1=378.3mm。根据实用机械制造工艺设计手册表2-5，铸件尺寸公差等级选用CT7，可得铸件尺寸公差为1.6mm。 毛坯的名义尺寸为：371.3+3+3+1=378.3mm 毛坯最小尺寸为：378.3-0.8=367.5mm 毛坯最大尺寸为：378.3+0.8=379.1mm 粗铣后最大尺寸为：371.3+1+1=373.3mm 粗铣后最小尺寸为：373.3-0.28=372.1mm 精铣后尺寸与零件图尺寸相同，即371.3mm。2.2.2、50.8孔的加工余量，根据工序要求，该孔的加工分为粗镗、精镗两个工序完成，各工序余量如下：粗镗：参照实用机械制造工艺设计手册表7-13，其余量值为2.0mm;精镗：参照实用机械制造工艺设计手册表7-13，其余量值为0.3mm。铸件毛坯的基本尺寸分别为：毛坯基本尺寸为50.8-2-1-0.3=47.5根据实用机械制造工艺设计手册表2-5，铸件尺寸公差等级选用CT7，可得铸件尺寸公差为1.1mm。毛坯名义尺寸为50.8-2-1-0.3=47.5；毛坯最大尺寸为47.5+0.55=48.05；毛坯最小尺寸为47.5-0.55=46.95；粗镗工序尺寸为46.95；精镗后尺寸与零件图尺寸相同，即50.8 2.2.3、64孔的公差0+0.12根据工序要求，侧面孔的加工分为粗镗、半精镗、精镗三个工序完成，各工序余量如下：粗镗：参照实用机械制造工艺设计手册表7-13，其余量值为2.0mm；半精镗：参照实用机械制造工艺设计手册表7-13，其余量值为1.3mm；精镗：参照实用机械制造工艺设计手册表7-13，其余量值为0.3mm。铸件毛坯的基本尺寸分别为：毛坯基本尺寸为64-2-1.3-0.3=60.4mm；根据实用机械制造工艺设计手册表2-5，铸件尺寸公差等级选用CT7，可得铸件尺寸公差为1.1mm。毛坯名义尺寸为64-2-1.3-0.3=60.4mm；毛坯最大尺寸为60.4mm+0.55=60.95mm；毛坯最小尺寸为60.4mm-0.55=59.95mm；粗镗工序尺寸为61.3mm；半精镗工序尺寸为62mm；精镗后尺寸与零件图尺寸相同，即64 0+0.12mm。3、工艺规程设计3.1、定位基准的选择：3.1.1、粗基准的选择：粗基准选择应当满足以下要求：A、保证各重要支承孔的加工余量均匀；B、保证阀体的内壁有一定的间隙。为了满足上述要求，应选择阀体的主要支承孔作为主要基准。即以阀体箱体的输入轴和输出轴的支承孔作为粗基准。也就是以前后端面上距顶平面最近的孔作为主要基准以限制工件的四个自由度，再以另一个主要支承孔定位限制第五个自由度。由于是以孔作为粗基准加工精基准面。因此，以后再用精基准定位加工主要支承孔时，孔加工余量一定是均匀的。由于孔的位置与箱壁的位置是同一型芯铸出的。因此，孔的余量均匀也就间接保证了孔与箱壁的相对位置。3.1.2、精基准的选择：从保证箱体孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的位置 。精基准的选择应能保证阀体箱体在整个加工过程中基本上都能用统一的基准定位。从阀体箱体零件图分析可知，它的顶平面与各主要支承孔平行而且占有的面积较大，适于作精基准使用。但用一个平面定位仅仅能限制工件的三个自由度，如果使用典型的一面两孔定位方法，则可以满足整个加工过程中基本上都采用统一的基准定位的要求。至于前后端面，虽然它是阀体箱体的装配基准，但因为它与阀体箱体的主要支承孔系垂直。如果用来作精基准加工孔系，在定位、夹紧以及夹具结构设计方面都有一定的困难，所以不予采用。3.2、制定工艺路线对于大批量生产的零件，一般总是首先加工出统一的基准。阀体体加工的第一个工序也就是加工统一的基准。具体安排是先以孔定位粗、精加工顶平面。第二个工序是加工定位用的四个工艺孔。由于顶平面加工完成后一直到阀体体加工完成为止，除了个别工序外，都要用作定位基准。后续工序安排应当遵循先面后孔的原则。先粗、精加工平面，再粗、精加工孔系。因切削力较大，也应该在粗加工阶段完成。按上述原则亦应先精加工平面再加工孔系，但在实际生产中这样安排不易于保证孔和端面相互垂直。因此，实际采用的工艺方案是先精加工支承孔系，然后以支承孔用可胀心轴定位来加工端面，这样容易保证零件图纸上规定的端面全跳动公差要求。各螺纹孔的攻丝，由于切削力较小，可以安排在粗、精加工阶段后分散进行。加工工序完成以后，将工件清洗干净。清洗是在的含0.4%1.1%苏打及0.25%0.5%亚硝酸钠溶液中进行的。清洗后用压缩空气吹干净。保证零件内部杂质、铁屑、毛刺、砂粒等的残留量不大于。根据以上分析过程，现将阀体加工工艺路线确定如下：工序1：毛坯制造。工序2：对毛坯进行时效处理，确定并在毛坯上画出各孔的位置。工序3：粗铣和精铣上顶面即226面，保证尺寸42到位。工序4：钻226大端面上的10个25.4的工艺孔。工序5：粗镗两侧端面斜孔2-50.8。工序6：粗镗和精镗斜孔2-64H10，保证16宽度尺寸到位。工序7：铣两侧端面216和104端面，保证尺寸371.3和7.9到位。工序8：铣两侧端面上的2处11.97.9凹槽。工序9：铣顶面上的11.97.9凹槽。工序10：钻两侧端面216上的16-25.4孔。工序11：清洗加工零件。工序12：检查零件。3.3、选择加工设备及刀、夹、量具由于生产类型为大批量生产，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，专用机床为辅的流水生产线。工件在机床上的装卸及各机床间的传送均由人工完成。铣削平面时，由于该加工对象均有加工表面。考虑到工件的定位夹紧方案及夹具结构设计等问题，采用立铣，选用X5032（参考文献1表3.1-73）。选择直径D为400mm的C类可转位面铣刀（参考文献1表4.4-40）、专用夹具和游标卡尺。 镗各主要孔系时均采用卧式双面组合镗床，选择功率为1.5KW的1TA20镗削头（参考文献1表3.2-44）.选择镗通孔的镗刀、精镗刀、专用夹具、游标卡尺。 卧式镗床选用T613式镗床，及镗刀YG3X。钻削各表面孔系时，选用摇臂钻床Z3050（参考文献1表3.1-30），选用锥柄麻花钻，专用夹具、快换夹头、游标卡尺和塞规。 3.4 确定切削用量及基本工时工序3：粗、精铣上平面机床：铣床X5032刀具：硬质合金端铣刀（面铣刀） 齿数（1）粗铣铣削深度：每齿进给量：根据文献7表2.4-73，取铣削速度：参照文献7表2.4-81，取机床主轴转速：，取实际铣削速度：进给量：工作台每分进给量：根据文献7表2.4-81,被切削层长度：由毛坯尺寸可知刀具切入长度：刀具切出长度：取走刀次数为1机动时间：（2）精铣铣削深度：每齿进给量：根据文献7表2.4-73，取铣削速度：参照文献7表2.4-81，取机床主轴转速：，取实际铣削速度：进给量：工作台每分进给量： 被切削层长度：由毛坯尺寸可知刀具切入长度：精铣时刀具切出长度：取走刀次数为1机动时间： 本工序机动时间工序4: 钻顶面10个工艺孔机床：Z3050组合钻床刀具：麻花钻、扩孔钻、铰刀（1）钻定位孔切削深度：进给量：根据文献7表2.4-39，取切削速度：参照文献7表2.4-41，取机床主轴转速：，取实际切削速度： 被切削层长度：刀具切入长度：刀具切出长度：走刀次数为1机动时间：（2）扩定位孔切削深度：进给量：根据文献7表2.4-52，扩盲孔取切削速度：参照文献7表2.4-53，取机床主轴转速：，取实际切削速度： 被切削层长度：刀具切入长度：刀具切出长度：走刀次数为1机动时间：工序5：粗镗50.8、精镗64H10机床：T613卧式镗床刀具：硬质合金钢刀具YG3X（1） 粗、精镗孔粗镗孔切削深度：进给量：根据文献7表2.4-66，刀杆伸出长度取，切削深度为。因此确定进给量切削速度：参照文献7表2.4-66，取机床主轴转速：，取实际切削速度： 工作台每分钟进给量：被切削层长度：刀具切入长度：刀具切出长度： 取行程次数：机动时间：精镗孔切削深度：进给量：根据切削深度，再参照文献7表2.4-66。因此确定进给量切削速度：参照文献7表2.4-66，取机床主轴转速：，取实际切削速度：工作台每分钟进给量：被切削层长度：刀具切入长度：刀具切出长度： 取行程次数：机动时间：（2）粗镗 孔粗镗 孔切削深度：进给量：根据文献7表2.4-66，刀杆伸出长度取200mm，切削深度为。因此确定进给量切削速度：参照文献7表2.4-66，取机床主轴转速：，取实际切削速度： 工作台每分钟进给量：被切削层长度：刀具切入长度：刀具切出长度： 取行程次数：机动时间：4、镗侧边斜孔夹具的设计在本夹具主要用来粗、精镗，的孔。这些孔表面粗糙度要求Ra。并作为左右端面垂直度的基准，其质量直接影响洗左右端面的精度。因此在本道工序加工时主要应考虑如何保证其尺寸精度要求和表面粗糙度要求，以及如何提高劳动生产率，降低劳动强度。4.1定位基准的选择由零件图可知两侧和分别在同一轴线上，并且此轴线分别于地面成5度的斜角。由于在镗孔之前上平面已经进行了铣削加工，所以选择上平面即大端面226为定位基准面，10个25.4孔也已经加工，选择对角两个孔作为定位销孔，则两对角25.4孔为定位孔。4.2定位元件的设计本工序选用的定位基准为一面两孔定位，所以相应的夹具上的定位元件应是一面两销。因此进行定位元件的设计主要是对短圆柱销和短削边销进行设计。由加工工艺孔工序简图可计算出两工艺孔中心距。由于两工艺孔有位置度公差，所以取其尺寸公差为。所以两工艺孔的中心距为 ，而两工艺孔尺寸为。根据文献16削边销与圆柱销的设计计算过程如下：图1 定位元件示意图（1）确定两定位销中心距尺寸及其偏差 = （2）确定圆柱销直径及其公差 （基准孔最小直径） 取f7 所以圆柱销尺寸为 （3）削边销的宽度b和B （由机床夹具设计手册） （4）削边销与基准孔的最小配合间隙 其中： 基准孔最小直径 圆柱销与基准孔的配合间隙（5）削边销直径及其公差 按定位销一般经济制造精度，其直径公差带为，则削边销的定位圆柱部分定位直径尺寸为 。4.3切削力及夹紧力的计算 由于三种大小的孔切削力各不相同，因此选择最大孔的切削力为标准。镗刀材料：（硬质合金镗刀）刀具的几何参数： 由参考文献18查表可得：圆周切削分力公式： 式（3.1）式中 式（3.2）查表得： 取 由表可得参数： 即：同理：径向切削分力公式 ： 式（3.3）式中参数： 即：轴向切削分力公式 ： 式（3.4）式中参数： 即：根据工件受力切削力、夹紧力的作用情况，找出在加工过程中对夹紧最不利的瞬间状态，按静力平衡原理计算出理论夹紧力。最后为保证夹紧可靠，再乘以安全系数作为实际所需夹紧力的数值。即： 式（3.5）安全系数K可按下式计算： 式（3.6）式中：为各种因素的安全系数，见简明机床夹具设计手册表，可得： 所以，由式（3.5）有： 4.4镗套与衬套的设计根据工艺要求此镗孔夹具为镗斜孔的50.8和64孔，所以本次采用的镗套为6045，镗套用衬套选用7545。选用镗套如图所示:镗套其结构参数如下表：表1 镗套基本结构参数dHD公称尺寸允差604575-0.012-0.0279085182540403衬套选用镗套用衬套其结构如图所示：图 衬套其机构参数如下表：表2镗套用衬套结构参数dHDC 公称尺寸允差公称尺寸允差75+0.02204585+0.039+0.020314.5夹紧元件及动力装置确定根据设计要求保证夹具一定的先进性且夹紧力并不是很大，所以采取螺旋夹紧装置。工件在夹具体上安装后，通过推动移动压板将工件夹紧。整个压紧装置大致图如下：阀体镗孔夹具夹紧装置4.6夹具设计及操作的简要说明镗孔的夹具，装卸工件时，通过定位轴将工件的工艺孔放入两个定位销中，保证工件的定位，然后将移动压板转移到工件上方，通过压板，将工件夹紧，然后镗杆引导可以对工件进行加工，加工完成后仍然通过将工件取走。 镗孔夹具装配图5、 钻孔夹具设计本夹具主要用来钻两侧面216端面上的共16-25.4孔，所考虑的要确定定位基准面和定位基准中心，钻孔要考虑使用钻套，夹紧装置要考虑用手动还是自动夹紧方式。5.1定位基准的选择根据镗孔夹具的定位方式相同，也采用一面两孔定位，一面即为加工好的大底面226端面，两孔选择10-25.4中的两个对角25.4孔为对角定位基准孔的中心。5.2定位元件的设计本工序选用的定位基准为一面两孔定位，所以相应的夹具上的定位元件应是一面两销。因此进行定位元件的设计主要是对短圆柱销和短削边销进行设计。由加工工艺孔工序简图可计算出两工艺孔中心距。由于两工艺孔有位置度公差，所以取其尺寸公差为。所以两工艺孔的中心距为 ，而两工艺孔尺寸为。根据文献16削边销与圆柱销的设计计算过程如下：图1 定位元件示意图（1）确定两定位销中心距尺寸及其偏差 = （2）确定圆柱销直径及其公差 （基准孔最小直径） 取f7 所以圆柱销尺寸为 （3）削边销的宽度b和B （由机床夹具设计手册） （4）削边销与基准孔的最小配合间隙 其中： 基准孔最小直径 圆柱销与基准孔的配合间隙（5）削边销直径及其公差 按定位销一般经济制造精度，其直径公差带为，则削边销的定位圆柱部分定位直径尺寸为 。 5.3切削力及夹紧力的计算 由资料机床夹具设计手册查表可得：切削力公式： 式（2.17）式中 查表得： 即：实际所需夹紧力：由参考文献16机床夹具设计手册表得： 安全系数K可按下式计算，由式（2.5）有：式中：为各种因素的安全系数，见参考文献16机床夹具设计手册表 可得： 所以 由计算可知所需实际夹紧力不是很大，为了使其夹具结构简单、操作方便，决定选用手动螺旋夹紧机构。取，螺旋夹紧时产生的夹紧力，由式（2.9）有：式中参数由16机床夹具设计手册可查得： 其中： 由16机床夹具设计手册表得：原动力计算公式：由上述计算易得： 因此采用该夹紧机构工作是可靠的。5.4钻套的设计本次钻孔需钻的是两侧端面上的共16个25.4孔，由于分别两边都是均布分布的孔，要采用快换式钻套来对各孔进行钻孔加工。以下式快换式钻套的选择。钻套结构参数如下表：表3钻套基本结构参数dHD公称尺寸允差255635+0.025+0.0095246125.52132.55.5夹紧装置的设计本次夹紧装置采用手动夹紧装置，用压板直接夹紧两侧216端面上的即可，一边采用一个压板，用圆柱头调节支撑作为支撑，中间采用螺柱拉杆作为拉紧件并用螺母拧紧即可。小 结通过近段时间的毕业设计，使我们充分的掌握了一般的设计方法和步骤，不仅是对所学知识的一个巩固，也从中得到新的启发和感受，同时也提高了自己运用理论知识解决实际问题的能力，而且比较系统的理解了液压设计的整个过程。在整个设计过程中，我本着实事求是的原则，抱着科学、严谨的态度，主要按照课本的步骤，到图书馆查阅资料，在网上搜索一些相关的资料和相关产品信息。这一次设计是在大学里最系统、最完整的一次设计，也是最难的一次。在汽车的加工工艺及工装设计的时候，不停的计算、比较、修改，再比较、再修改，我也付出了一定的心血和汗水，在期间也遇到不少的困难和挫折，幸好有老师的指导和帮助，才能够在设计中少走了一些弯路，顺利的完成了这离合器壳体的工艺分析与加工设计。本次毕业设计过程中使我学到的知识，使我终生受益。由于个人能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请老师给予指教。致 谢在本次毕业中，首先设计感谢xxx老师和xxx老师的指导，我才能顺利地完成设计。在设计过程中，我曾经遇到很多不明白的地方，老师们会指导我去查找相关的资料书籍并给我讲解其中各种方式的优劣，让我能够选择更好的设计方法。在运用各种软件查资料或绘图设计时，会遇到不清楚操作的地方，老师和同学都能够及时的给予指导，保证设计的进度正常进行。总之，本次设计是在老师和同学的帮助下完成的，在学院学习即将结束之际，我向各位老师和同学表示诚挚的谢意虽然第一次做毕业设计做得不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获，让我更加了解机械设计的流程和应注意的事项，使我终身受益。 参考文献1 王绍俊机械制造工艺设计手册哈尔滨工业大学出版社，1995：35502 龚定安，蔡建国机床夹具设计原理陕西科技大学出版社，1981：84903 黄克孚，王光逵机械制造工程学机械工业出版社，1992：25364 邱宣怀机械设计高等教育出版社，2002：33655 李哲 夹具设计手册机械工业出版社，1993：40556 东北重型机械学院，洛阳农业机械学院，长春汽车厂工人大学机床夹具设计手册. 上海科学技术出版社，1979：1031217 陈露 AutoCAD2006基础及应用教程电子工业出版社，2006：56748 王启平机械制造工艺学哈尔滨工业大学出版社，1998：15359 刘品机械加工工艺编制手册机械工业出版社，1993：456310 浦林祥机械零件设计手册机械工业出版社，1997：466311 赵家齐机械制造工艺学课程设计指导书机械工业出版社，1994：476212 上海柴油机厂工艺设备研究所金属切削机床夹具设计手册. 机械工艺出版社，1982：657813 石光源机械制图. 高等教育出版社，1997：568614 张耀辰机械加工工艺设计实用手册航空工业出版社，1999：12014615 李益民机械制造工艺设计简明手册机械工业出版社，1993：365816 Y. imura. 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