油阀座零件工艺规程及工装设计
0 引言
夹具是涵盖了从加工到组装的几乎所有操作过程的一种装夹设备。装夹最重要的标准是位置精度、工件稳定性、最小工件变形和最小位移，以及夹具和切割工具之间无干涉等要求。由于大量的加工操作需要装夹，夹具设计在制造系统中就变得非常重要，它直接影响加工质量，生产率和制造成本。在机床上加工工件时，为了保证工件在该工序所加工的表面能达到图纸上规定的尺寸及位置精度等技术要求，必须使得工件相对于刀具和机床占有正确的加工位置（即工件的定位），并把工件压紧夹牢，以便在加工过程中，工件受到切削力、离心力的作用及冲击、振动等影响时，能保持这个确定了的位置稳定不变（即工件的夹紧）。在机床上对工件进行定位和夹紧，称做装夹。一切能使工件在机床上实现定位和夹紧的工艺装置，一般称为机床夹具，简称夹具。
机床夹具按专门化程度分通用夹具、专用夹具、可调整夹具、专门化拼装夹具和自用化生产用夹具。通用夹具是指已经标准化，且具有较大适用范围的夹具。它由专业厂生产供应，有的已作为机床附件与通用机床配套，这类夹具主要用于单件小批生产。专用夹具是根据零件工艺机械加工过程中的某一道工序而专门设计的夹具。由于不考虑通用性，故结构紧凑、操作方便。这类夹具可保证高的加工精度和生产率。但这类夹具的针对性很强。本文通过分析注油器油阀座零件的结构特点和加工要求，制定了一套较合理的夹具设计，从而为保证该零件的加工精度将提供一种经济实用的工艺装备，具有一定的实用价值。对于夹具设计来说，最重要的就是定位、夹紧方案的确定。通过对各种定位夹紧装置的分析比较，选择并组合了一套既能够满足加工要求的，又比较简洁的装置。
1零件的分析
1.1零件的生产类型
该油阀座的实际生产纲领：
N=Qn（1+α+β）
=5×1×（1+3%+1%）
=5.495（万件）
该零件的生产规模划规为大批量生产。
1.2 零件的作用
油阀座是凿岩机注油器上的重要零件。左端通过Rc3/4与主机联接；右端以Ф63mm外圆定位与油壶壳体相连，一管套穿过油壶壳体与Ф24.5+0.13mm孔焊接，高压气体从左端进入阀座，在负压作用下，油壶内油从Ф2mm孔流至Ф22mm孔与高压气体混合后成雾状从管道喷出。Ф16H10孔装入油量调节装置，缺口标志油量调节范围。
1.3 零件的工艺分析
由零件图得知其材料为ZG45。该材料具有较高的强度，耐磨性，耐热性及件振性；适用于承受较大应力，要求耐磨的零件。
该零件上的主要加工面为表面轮廓，两端面，三个平衡孔和主轴孔。
该零件表面轮廓应在一次装夹下同时加工出来。该零件三个平衡孔应在一次装夹下同时加工出来。
有关面和孔加工的经济精度及机床能达到的位置精度可知，上述技术要求是可达到的，零件的结构工艺性也是可行的。
2工艺规程设计
2.1 确定毛坯
根据零件材料确定毛坯为铸件。通过计算，该零件质量约为11kg。毛坯的铸造方法选用砂型机器造型（表1）。又由于主轴孔和三个平衡孔均需铸出，故还应安放型芯。此外，为消除残余应力，铸造后应安排人工时效。
主要毛坯尺寸及公差
主要面尺寸 零件尺寸 总余量 毛坯尺寸
表面轮廓尺寸 63 4+4 71
两端面 55 6+6 67
平衡孔 16 5．5 10．5
主轴孔 22 6 16
表1
毛坯制
造方法 最大
重量
N 最小壁后
mm 形状的
复杂性 材
料 生产
方式 精度等级
IT 尺寸公差
值/ mm 表面
粗造度
手工砂
型铸造
不限制
3～5
最复杂 铁碳合金属、有
色金属及其合金 单件生产及小批生产
14～16
1～8
机械砂型铸造
至
2500
3～5 最复杂 同上 大批生产
及大量生产 14级
左右 1～3
其他
手工砂型铸造 余量大，一般为1～10mm;由砂眼和气泡造成的废品率高；表面有结砂硬皮，且结构颗粒大；适用铸造大件；生产率很多
机械砂型铸造 生产率比手制砂型高数倍至数十倍；设备复杂；但要求工人的技术低；适于制造中小型铸件
2.2 定位基准的选择
精基准的选择：油阀座的主轴孔既是装配基准又是设计基准，用它作精基准，能使加工遵循“基准重合”的原则；其余各面和孔的加工也能用它定位，这样使工艺路线遵循了“基准统一”的原则。
粗基准的选择：选择油阀座的表面作粗基准。
最先进行机械加工的表面是精基准主轴孔。
2.3 加工工艺路线
工序号 工 序 内 容
铸造
时效
涂底漆
10 粗铣Ф63面和Ф32面
20 精铣Ф63面，精铣Ф32，保证长度55
30 精铣Ф24，保证至定位基准长度为39.6
40 钻Ф3通孔，保证长度22，钻Ф5通孔，保证长度6，钻Ф2通孔，保证长度14
50 钻孔Ф2为通孔，至端面Ф63于14，并焊封其孔口扩孔Ф22
60 钻Ф10.5
70 扩孔Ф22
80 扩孔Ф16H10，保证26.6±0.11
90 通孔攻螺纹Rc3/4，保证长度为20，并孔口倒角1*45°，且Ф32端面倒角1*45。
100 镗Ф16.8+0.24，距Ф24面2.5，宽度为1.1
110 在Ф24面上粗铣135°的缺口，其深度为4，精铣缺口
120 检验
130 入库
2.4 选择加工设备及刀、夹、量具
由于生产类型为大批生产，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的传送均由人工完成。
粗铣?63mm面和?32mm面选择X62W万能铣床，专用铣夹具，百分表。
精铣?63mm，钻?3mm通孔，保证长度22mm,钻?5通孔，保证长度6mm,钻?2通孔，保证长度14mm选择X62W万能铣床和Z3025台式钻床。
夹住?63mm，精铣?32，保证长度55mm，采用X62W万能铣床。
扩孔?22mm选择组合机床，专用扩孔刀和铰孔刀，百分表。
精铣?24，保证至定位基准长度为39.6mm，选择X62W万能铣床。
钻?10.5，选择专用钻夹具，Z3025台式钻床。
扩孔?16H10,保证26.6+/_0.11，采用组合机床。
镗?16.8±0.24/0,距?24面2.5,宽度为1.1钻?2通孔,至端面?63于14mm,并焊封其孔口，选用C6136，专用车夹具。
在?24面上精铣135°的缺口,其深度为4mm,精铣缺口，采用X62W万能铣床。
2.5 机械加工余量、工序尺寸
“油阀座”零件材料为45钢，硬度207～241HBS，毛坯重量约为11kg，生产类型为大批量生产，采用砂型机器造型毛坯。
根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各个加工表面的机械加工余量、工序尺寸如下：
1. ?63面和?32面
考虑其加工长度为55mm,与其联结的非加工外圆表面直径为?32mm,为简化模锻毛坯的外形尺寸，现在直接取其外圆表面直径为?32mm. ?32面为自由尺寸公差，表面粗造为12.5μm,此面余量5mm.
2. 钻? 5mm、?3mm、 ?2mm、 ?10.5mm 扩孔?16的孔
四内孔精度要求11μm参照《机械制造工艺设计简明手册》确定工序尺寸及余量为：
钻孔：? 5mm、?3mm、?2mm、? 10.5mm
扩孔：?16mm 2Z=0.22mm
2.6 确定切削用量及基本工时
工序10：粗铣?63面和?32面
1. 加工条件
工件材料：45钢，砂型机器造型。
加工要求：粗铣?63面及?32面。
机床：X62万能铣床。
刀具：刀片材料YT15，直径63mm,总长80mm,孔径27mm,前角（γ。） 15°,后角（α。）12°,螺旋角(β)40°~45°，齿数（z）6。
2. 计算切削用量
所选用刀具为高速钢圆柱形铣刀。铣刀直径d=63mm,宽度L=80mm,齿数z=6.
3. 决定每齿进给量Fz
根据表3.3 X62型卧式铣床的功率为7.5kw,工艺系统刚性为中等，粗辞铣刀加工钢料，查得每齿进给量Fz0.07~0.2mm/z。现取Fz=0.2mm/z。
4. 选择铣刀磨钝标准几耐用度 根据表3.7，圆柱形铣刀粗加工钢料，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为0.6mm;铣刀直径d=63mm,耐用度T=120min(表3.8)。
5. 决定切削速度v和工作台每分钟进给量Fmz 根据表3.27公式计算：
式中：
根据X62型卧式铣床主轴转速，选择
n=475r/min=7.9r/s
实际切削速度 v=1.57m/s
工作台每分钟进给量为
Fmz=0.2×6×60mm/min=72mm/min
根据X62型铣床工作台进给量，选择
Fmz=75mm/min
则实际的每齿进给量为：Fz=
=0.2mm/z
6. 效验机床功率 根据计算公式，铣削时的功率（单位KW）为
， ，
，，
，
=1.78KW
X62铣床主电动机的功率为7.5KW，故所选切削用量可以采用。
所确定的切削用量为
7. 基本时间
根据公式
式中
=3.57min=214.2s
工序20：精铣?63面和?32面
1. 切削用量
所选刀具为高速钢圆柱形铣刀。D=63mm,L=80mm,z=20.机床选用X62型铣床。
2. 确定每齿进给量Fz 根据表每转进给量Fr=0.5~1.2mm/r,现取Fr=1mm/r,则
3. 选择铣刀磨钝标准及耐用度 铣刀后齿刀面最大磨损量为0.25mm;耐用度T=170min
4. 决定切削速度v和工作台每分钟进给量Fmz 计算，得
v=114.6m/min
n=597r/min=9.95r/s
根据X62铣床主轴转速，选择
N=600r/min=10r/s
实际切削速度v=1.98m/s
工作台每分钟进给量为
Fmz=60mm/min
根据X62铣床工作台进给量，选择
Fmz =60mm/min
则实际的每齿进给量为
Fz=0.1mm/z
5 基本时间
Tj=2.4min/=144s
工序40、50：钻? 2、3、5 的孔
1 切削用量
刀具选用直柄麻花钻，直径d=2、3、5mmm。使用切削液。
2 确定进给量f 由于孔径很小，宜采用受动进给。
3 选择钻头磨钝标准几耐用度 根据《切削手册》钻头后刀面最大磨损量为0.8mm,耐用度T=15min。
4 确定切削速度v 根据表2.7暂定进给量f=0.2mm/r。由表2.13可查得v=0.4m/s,n=400r/min。根据Z3025立式钻床机床说明书选择主轴实际的转速即可。
5 基本时间的确定
钻孔基本时间20s。
工序60：钻?10.5的孔
1 钻孔φ10.5mm
确定进给量f:根据《切削手册》2.7，当钢的σb<800MPa,d=φ10.5mm时，f=0.39~0.47mm/r。由于本零件在加工φ10.5mm孔时属于低钢度零件，故进给量乘系数0.75，则
F=(0.39~0.47)×0.75=0.29~0.35（mm/r）
根据Z3025机床说明书，现取f=0.25mm/r。
切削速度：根据《切削手册》表2.13及2.14，查得切削速度v=18m/min。所以
根据机床说明书，取=195r/min,故实际切削速度为
切削工时
工序70、80：扩孔
1 扩孔φ22，φ16
采用刀具：φ22，φ16专用扩孔钻。
2 φ22孔
进给量：f=(0.7~0.9)×0.7
=0.49~0.63(mm/r)
查机床说明书，取f=0.5mm/r
机床主轴转速：取n=80r/min,则其切削速度v=3.45m/min
机动工时
3 φ16
进给量： f=(0.6~0.7)×0.7
=0.42~0.49（mm/r）
查机床说明书，取f=0.5mm/r
机床主轴转速：取n=80r/min,则其切削速度v=3.54m/min
机动工时
=0.815（min）
工序90：车螺纹
1 车螺纹 Rc3/4
2. 切削速度的计算 刀具寿命T=60min,采用高速钢螺纹车刀，规定粗车螺纹=0.25，走刀次数i=4;精车螺纹=0.05走到次数i=2 。
所以粗车螺纹时：
精车螺纹时
3 确定主轴转速
粗车螺纹时
按机床说明书取
n = 235r/min
实际切削速度 19.18m/min
精车螺纹时
按机床说明书取
n=750r/min
实际切削速度
v=61.23m/min
4 切削工时 取切入长度
粗车工时
=0.21（min）
精车工时
所以车螺纹总工时t==0.27min
工序100：镗槽
1 镗沟槽φ16.8
确定镗沟槽的切削用量 选用镗杆，采用手动进给，主轴转速n=40r/min=0.67r/s,切削速度v=0.14m/s
工序110：粗、精铣135°槽
1. 计算切削用量
所选用刀具为高速钢直柄立铣刀。铣刀直径d=5mm,宽度L=5mm,齿数z=3
2. 决定每齿进给量Fz
根据表3.3 X52型卧式铣床的功率为7.5kw,工艺系统刚性为中等，粗辞铣刀加工钢料，查得每齿进给量Fz0.03~0.15mm/z。现取Fz=0.1mm/z。
3 选择铣刀磨钝标准几耐用度 根据表3.7，直柄立铣刀粗加工钢料，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为0.5mm;铣刀直径d=5mm,耐用度T=60min(表3.8)。
4 决定切削速度v和工作台每分钟进给量Fmz 根据表3.27公式计算：
式中：
根据X62型卧式铣床主轴转速，选择
n=475r/min=7.9r/s
实际切削速度 v=1.57m/s
工作台每分钟进给量为
Fmz=0.1×6×60mm/min=36mm/min
根据X62型铣床工作台进给量，选择
Fmz=36mm/min
则实际的每齿进给量为：Fz=
=0.2mm/z
5 效验机床功率 根据计算公式，铣削时的功率（单位KW）为
， ，
，，
，
=2.36KW
X62铣床主电动机的功率为7.5KW，故所选切削用量可以采用。
所确定的切削用量为
6 基本时间
根据公式
式中
=1.1min=66s
7 切削用量
所选刀具为高速钢直柄立铣刀。D=5mm,L=4mm,z=4.机床选用X62型铣床。
8 确定每齿进给量Fz 根据表每转进给量Fr=0.2~0.4mm/r,现取Fr=0.3mm/r,则
9 选择铣刀磨钝标准及耐用度 铣刀后齿刀面最大磨损量为0.3mm;耐用度T=60min
10 决定切削速度v和工作台每分钟进给量Fmz 计算，得
v=40.72m/min
n=597r/min=9.95r/s
根据X62铣床主轴转速，选择
N=600r/min=10r/s
实际切削速度v=1.98m/s
工作台每分钟进给量为
Fmz=18mm/min
根据X62铣床工作台进给量，选择
Fmz =20mm/min
则实际的每齿进给量为
Fz=0.1mm/z
11 基本时间
Tj=0.8min/=48s
3夹具设计
1、钻夹具设计
这次设计的夹具为第40道工序和第50道工序-钻扩Ф5-Ф3，2-Ф2孔夹具。该夹具适用于Z3025翻转式钻。
1 确定设计方案
这道工序所加工的孔在Ф63面与55面上，且与Ф63面垂直，按照基准重合原则并考虑到目前只有Ф63面经过加工，为避免重复使用粗基准，应以55面定位，而55面上的Ф2孔也与此相应。又为避免钻头引偏，Ф5-Ф3孔与一Ф2孔应在Ф63面上钻孔，而另一Ф2孔在55面上钻孔，这就要求钻孔是面朝上，这给装夹工件带来了一定麻烦。
从对工件的结构形状分析，需在工件中装上锁紧螺母，定位夹紧都比较稳定可靠，也容易实现，外围须加上外框，设置成翻转式。在此框架上还须加上一个固定V形块。夹具以夹具体安装面和定位孔，定位销定位，V形块定位，用锁紧螺母联接。
工件以外框（外框为翻转式）在夹具上定位，限制了3个自由度，其余3个自由度也必须限制。在Ф22孔内插入一个螺母，限制2个自由度；在框体内固定的V形块也限制1个自由度。这种方案定位可靠，夹紧也很方便。
本道工序的夹具需要翻转，若采用气动或液压夹紧，则气管或油管会妨碍操作，故选手动夹紧，是夹具简单，操作可靠。
2 定位精度分析
表面轮廓是在一次装夹下完成加工的，位置精度由夹具保证。
三个孔的精度分别由各自的钻套保证。
取V形块与夹具体，螺母与夹具体的配合为H7/n6
对定销与夹具体销孔，支撑块销孔的配合为H7/r6
此外，夹具还应标注形位公差
3 操作说明
夹具使用在Z3025翻转式钻床上，加工油阀座表面轮廓曲面及工件里的孔。工件以主轴和表面轮廓分别在外框，螺母和V形块上定位，另有辅助支撑。采用两个定位销，螺钉压紧工件。钻完Ф63面上的Ф3孔后，换直径为5的钻套，在同时钻这个面上的一直径为2的孔，完成后，翻转90°，钻55面上的直径为2的孔。
2、铣夹具设计
这次设计的夹具为第110道工序在Ф24面上粗铣135°的缺口，其深度为4，精铣缺口。
1 确定设计方案
这道工序所加工在圆柱Ф24面上，按照基准重合原则并考虑到目前有Ф22孔，台阶孔Ф3，Ф5经过加工，并以Ф22孔和台阶孔定位。
从对工件的结构形状分析，需在工件中装上锁紧螺母，定位夹紧都比较稳定可靠，也容易实现，外围须加上外框。在此框架上还须加上阶梯销，用来定位台阶孔。夹具以夹具体安装面和定位孔，定位销定位，用锁紧螺母联接。
工件以外框侧面和锁紧螺母，定位销定位，限制了6个自由度。这种方案定位可靠，夹紧也很方便。
本道工序的夹具为铣夹具故选手动夹紧，且夹具简单，操作可靠。
2. 切削力及夹紧力计算
切削力计算：
刀具：高速刚直柄铣刀，?5mm，z=3
F=.
其中：
所以 F=
=1128.26(N)
F=
水平分力： 1241.086(N)
垂直分力： 338.49 (N)
在计算切削力时，必须把安全系数考虑在内。安全系数K=K
式中 K---基本安全系数1.5
K---加工性质系数1.1
K---刀具钝化系数1.1
K---断续切削系数1.1
所以F=KF=1.5×1.1×1.1×1.1×1241.086=2477.83（ N ）
3.定位误差的计算
加工槽，用的是一孔一平面的定位形式，一孔即是零件通孔，一平面即是零件的右端面，短圆柱销是水平安装的。
根据机床夹具设计中的有关计算—二、夹具定位精度的有关计算中的相关公式，得
Δy=0
Δy=(0.13+0)
=×0.13
=0.065(mm)
（注：通孔直径：Φ24.5，短圆柱销的直径：Φ5，为小间隙配合。）
而通孔与短圆柱销的轴线距离为23.5，所以说它的最大定位误差为
Δy=×0
=0.0（mm）
而Δy<<Δy
故，符合定位精度要求。
4.操作说明
夹具使用在X52立式铣床上，加工油阀座圆柱Ф24面上的缺口。工件以主轴和挡板，以及阶梯销定位。可以一次完成所需要的工序。
3、镗夹具设计
1 确定设计方案
这道工序所加工在圆柱Ф16孔内，按照基准重合原则并考虑到目前有Ф22孔，台阶孔Ф3，Ф5经过加工，并以Ф22孔和台阶孔定位。
从对工件的结构形状分析，需在工件中装上锁紧螺母，定位夹紧都比较稳定可靠，也容易实现，外围须加上外框。在此框架上还须加上阶梯销，用来定位台阶孔。夹具以夹具体安装面和定位孔，定位销定位，用锁紧螺母联接。
工件以外框侧面和锁紧螺母，定位销定位，限制了6个自由度。这种方案定位可靠，夹紧也很方便。
本道工序的夹具为镗夹具故选手动夹紧，且夹具简单，操作可靠。
2. 切削力及夹紧力计算
切削力计算：
刀具：镗杆，?20mm，
F=.
其中：
所以 F=
=128.26(N)
F=
水平分力： 141.46(N)
垂直分力： 42.438(N)
在计算切削力时，必须把安全系数考虑在内。安全系数K=K
式中 K---基本安全系数1.5
K---加工性质系数1.1
K---刀具钝化系数1.1
K---断续切削系数1.1
所以F=KF=1.5×1.1×1.1×1.1×141.46=282.48（ N ）
3.定位误差的计算
加工槽，用的是一孔一平面的定位形式，一孔即是零件通孔，一平面即是零件的右端面，短圆柱销是水平安装的。
根据机床夹具设计中的有关计算—二、夹具定位精度的有关计算中的相关公式，得
Δy=0
Δy=(0.13+0)
=×0.13
=0.065(mm)
（注：通孔直径：Φ24.5，短圆柱销的直径：Φ5，为小间隙配合。）
而通孔与短圆柱销的轴线距离为23.5，所以说它的最大定位误差为
Δy=×0
=0.0（mm）
而Δy<<Δy
故，符合定位精度要求。
4. 操作说明
夹具使用在T611卧式镗床上，加工油阀座圆柱Ф16内孔的槽。工件以主轴和挡板，以及阶梯销定位。可以一次完成所需要的工序。
4、钻夹具设计
1 确定设计方案
这道工序所加工Ф10.5的孔，按照基准重合原则并考虑到目前有Ф22孔，台阶孔Ф3，Ф5经过加工，并以Ф22孔和台阶孔定位。
从对工件的结构形状分析，考虑过定位和钻削力，定位夹紧都比较稳定可靠，也容易实现。在框架上还须加上阶梯销，用来定位台阶孔。夹具以夹具体安装面和定位孔，定位销定位，用螺纹来锁紧。
工件以外框两端面和螺纹，定位销定位，限制了6个自由度。这种方案定位可靠，夹紧也很方便。
本道工序的夹具为钻夹具故选手动夹紧，且夹具简单，操作可靠。
2. 切削力及夹紧力计算
切削力计算：
刀具：直柄麻花钻，?10.5mm，
其中：
所以 F=
=2394.60(N)
F=
水平分力： 2634.06(N)
垂直分力： 718.38(N)
在计算切削力时，必须把安全系数考虑在内。安全系数K=K
式中 K---基本安全系数1.5
K---加工性质系数1.1
K---刀具钝化系数1.1
K---断续切削系数1.1
所以F=KF=1.5×1.1×1.1×1.1×2634.06=5258.9（ N ）
3.定位误差的计算
加工槽，用的是一孔一平面的定位形式，一孔即是零件通孔，一平面即是零件的右端面，短圆柱销是水平安装的。
根据机床夹具设计中的有关计算—二、夹具定位精度的有关计算中的相关公式，得
Δy=0
Δy=(0.13+0)
=×0.13
=0.065(mm)
（注：通孔直径：Φ24.5，短圆柱销的直径：Φ5，为小间隙配合。）
而通孔与短圆柱销的轴线距离为23.5，所以说它的最大定位误差为
Δy=×0
=0.0（mm）
而Δy<<Δy
故，符合定位精度要求。
4.1.3 操作说明
夹具使用在Z2035立式钻床上，加工油阀座Ф10.5的孔。工件以轴，阶梯销定位。可以一次完成所需要的工序。
川公网安备: 51019002004831号