课程设计---油阀座零件工艺设计.doc

中北大学课程设计说明书油阀座零件工艺设计1、前言机械制造业是国民经济的支柱产业，现代制造业正在改变着人们的生产方式、生活方式、经营管理模式乃至社会的组织结构和文化。生产的发展和产品更新换代速度的加快，对生产效率和制造质量提出了越来越高的要求，也就对机械加工工艺等提出了要求。 在实际生产中，由于零件的生产类型、形状、尺寸和技术要求等条件不同，针对某一零件，往往不是单独在一种机床上用某一种加工方法就能完成的，而是需要经过一定的工艺过程。因此，我们不仅要根据零件具体要求，选择合适的加工方法，还要合理地安排加工顺序，一步一步地把零件加工出来。2、 对零件的分析2.1零件的作用 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63mm外圆定位与油壶壳体相连，一管套穿过油壶壳体与24.5+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2mm孔流至22mm孔与高压气体混合后成雾状从管道喷出。16h10孔装入油量调节装置，缺口标志油量调节范围。2.2零件的工艺分析由油阀座的零件图图1可知，此视图正确、完整、尺寸、公差及技术要求齐全。其材料为zg45。该材料机械性能优良，特别是韧性好，有较好的耐麿性、耐热性，适用于要求承受较大耐热性的零件。由于各需要加工的表面粗糙度都不是很高，一般经过一次粗加工就可以满足加工要求，而且零件较为简单，定位基准选择也比较容易。该零件宽为1.1的退刀槽不是很好加工，需要用特殊的刀具。其余的主要要加工的就是孔，还比较简单，最重要的是在加工过程中一定要定好位，这样才能保证我们所要的精度。图13、 生产纲领与生产类型3.1生产纲领根据零件图图1，零件名称：油阀座。材料：zg45，该产品批量生产200件，备品率5%，废品率1%，现制定该油阀座的机械加工工艺规程。该油阀座的实际生产纲领：n=qn（1+）=2001（1+5%+1%）=212（件）式中 n零件的生产纲领（件年）； q机器产品的批量生产的件数（台/年）； n每台产品中该零件的数量（件/台）； 备品百分率； 废品百分率；3.2确定生产类型油阀座的年产量度212件/年，已知该产品属于轻型机械，根据表1.12生产类型与生产纲领关系（李益民机械制造工艺设计简明手册北京：机械工业出版社，1994），可确定其生产类型为中批生产。4、 选择毛坯选择毛胚应考虑的因素有：1) 零件的力学性能要求；2) 零件的结构形状和外廓尺寸3) 生产纲领和批量；4) 现场生产条件和发展；油阀座是一般普通加工零件，具有一定的强度和耐热性要求，该零件材料为铸钢（zg 45）,轮廓尺寸不大，形状亦不复杂，又属于中批生产，所以毛坯可采用铸造加工生产。毛坯的铸造方法选用砂型机器造型。此外，为消除残余应力，铸造应安排人工时效。铸件尺寸公差分为16级，由于是中批量生产，毛坯制造方法采用砂型机器造型，由工艺人员手册查得，铸件尺寸公差等级为ct10级，选取铸件错箱值为1.0mm。该零件孔是后来加工出来的形状并不复杂，因此毛坯形状应尽可能与零件尺寸接近。毛坯尺寸通过确定加工余量后决定。5、 工艺过程设计5.1 定位基准的选择5.1.1一般原则 1）选最大尺寸的表面为安装面，选最长距离的表面为导向面，选最小尺寸的表面为支承面。 2）首先考虑保证空间位置精度，再考虑保证尺寸精度。 3）应尽量选择零件的主要表面为定位基准。 4）定位基准应有利于夹紧。5.1.2粗基准的选择原则 1）选加工余量小的、较准确的、光洁的、面积较大的毛面做粗基准。 2）选重要表面为粗基准。 3）选不加工表面做粗基准。 4）粗基准一般只能使用一次。5.1.3精基准的选择原则 1）基准重合原则 2）基准单一原则 3）互为基准原则 4）自为基准原则5.1.4精基准的选择本零件是带孔的油阀座，孔是其设计基准（亦是装配基准和测量基准），为避免由于基准不重合而产生的误差，应选孔为定位基准，即遵循“基准重合”的原则。具体就是选 22孔及一端作为精基准。5.1.5粗基准的选择 由于孔作为精基准要先进行加工，因此应选外圆及一端面为粗基准。5.2 零件表面加工方法的选择 本零件的加工面有外圆、内孔、端面、槽及小孔等，材料为45钢。参考有关手册的相关资料，其加工方法选择如下： （1） 端面：未注明公差等寸，表面粗糙度为 12.5m，需要进行粗车。 （2） 63mm外圆面：未注明公差尺寸，根据gb180079规定其公差等级按it14，表面粗糙度为 12.5m，需要进行粗车。 （3） 22mm内孔：未注明公差寸，根据gb180079规定其公差等级按it14，表面粗糙度为 12.5m,故采用扩孔。 （4） 24.500.13 mm：公差等级为it10，表面粗糙度为 12.5m，在上一步22mm内孔的基础上再进行扩孔就可以达到精度的要求。 （5） 2mm，3mm内孔：未注明公差尺寸，根据gb180079规定其公差等级按it14，表面粗糙度为25m，直接钻孔就可以了。 （6）5mm内孔：未注明公差尺寸，根据gb180079规定其公差等级按it14，表面粗糙度为12.5m，在上一步3mm内孔的基础上再进行扩孔就可以达到精度的要求。 （7）10.5mm内孔：未注明公差尺寸，根据gb180079规定其公差等级按it14，表面粗糙度为12.5m，需要进行钻孔和镗孔。 （8）16h10：孔的公差等级为10，表面粗糙度为 3.2m，在10.5mm的基础上进行扩孔，再进行铰孔即可。 （10）16.800.24 mm的退刀槽：公差等级为it11，表面粗糙度为 12.5m，直接用刀过上一刀即可。5.3 加工工艺路线此油阀座的加工工艺路线一般先加工外表面和端面。按照先加工基准面及先粗后精的原则，油阀座的加工可按下述工艺路线进行加工：工序10：车。以63处外圆及端面进行定位，粗车另一端面。工序20：车。以32处外圆及端面进行定位，粗车另一端面，粗车63外圆保证长度55。工序30：车。以粗车后的32端面和粗车后的63mm外圆及端面进行定位，粗车直径为24的端面，保证至定位基准长度为39.6。工序40：钻。以粗车后的32外圆、端面和22孔定位，钻3通孔，保证长度22，钻5通孔，保证长度6，钻2通孔，保证长度14工序50：钻。以粗车后的32外圆、端面和22孔定位，钻孔2为通孔，至端面63于14，并焊封其孔口工序60: 钻。以粗车后的32外圆、端面和22孔定位，钻10.5工序70:钻。以粗车后的32外圆、端面和22孔定位，扩孔22工序80：钻。以粗车后的32外圆、端面和22孔定位，在10.5孔的基础上扩孔16h10，保证26.60.11工序90：车。以粗车后的63外圆、端面和22孔定位，通孔攻螺纹rc3/4，保证长度为20，并孔口倒角1*30，且32端面倒角1*45。工序100：镗。以粗车后的63外圆、端面和22孔定位，镗16.8+0.24，距24端面2.5，宽度为1.1工序110：铣以粗车后的24端面和22孔定位，使用专用夹具在24面上粗铣135的缺口，其深度为4，精铣缺口工序120：检验6 确定机械加工余量及毛坯尺寸，设计毛坯图6.1确定机械加工余量zg45材料的油阀座加工余量，可根据机械制造工艺设计简明手册（机械工业出版社 哈尔滨工业大学 李益民主编）查出。直径方向单位加工余量为3mm，表面侧加工时以另外一侧为基准，所以单侧加工余量为3mm。（zg45油阀座为中批生产，选用沙型机器，选型ct为810，ma为h，查成批和大量生产铸件机械加工余量等级表2.2-5，根据所确定ct为10，ma为h;查表2.2-4铸件加工余量可得）6.2确定毛坯尺寸本零件表面内孔表面所要求粗糙度都比较低，最高为ra=3.2um，所以这些表面毛坯尺寸，只需将零件尺寸加上所查的余量即可，由于有的表面只需粗加工，可取所查数据中的最小值。对于表面经粗车和精车得到，可取所查数值的最大值。若有表面粗糙度较低，需要精加工才能得到的面时，这是所需要的毛坯尺寸还要加上各精加工的加工余量。6.3设计毛坯图6.3.1 确定毛坯的尺寸公差（表1）（mm）：表1主要面尺寸零件尺寸总余量毛坯尺寸表面轮廓尺寸632+267两端面553+361主轴孔226166.3.2确定毛坯尺寸的所允许的偏差（表2）（mm）表2铸件尺寸偏差根据322.6表2.2-1铸件尺寸公差数值613.2422.8673.26.4确定圆角半径 根据表2.2-9选圆角 砂型圆角计算公式 r=1/5 1/10（a+b)mm。取各铸件圆角半径 r=3mm以上所取的圆角半径数值能保证各表面的加工余量。6.5毛坯的热处理钢质油阀座经铸造后应安排退火，以消除残余的内应力，并使不均匀的金相组织通过重新结晶而得到细化而均匀的组织，从而改善了加工性。图2所示为本零件的毛坯图：图27 工序设计7.1选择加工设备和工艺设备7.1.1选择机床由于生产类型为中批生产，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。1.粗车63外圆和端面以及32、24端面工序步数不多，成批生产不要求较高的生产率，所以选用卧式车床就能满足要求。本零件外轮廓尺寸不大，而且精度要求不是太高，所以选用卧式车床就能满足要求，即选用最常用的ca6140型卧式车床即可。2.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选用 z3025台式钻床。3.扩孔22mm选择组合机床4.钻10.5z3025台式钻床。5.扩孔16h10,保证26.6+/_0.11，采用组合机床。6.镗16.80.24/0,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。7.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。71.2选择夹具 油阀座钻小孔、粗铣等工序需要选用专用夹具，其它各工序采用通用夹具即可，车削时采用三抓自定心卡盘。7.1.3 选择刀具 （1）在车床上加工的工序，一般都选用硬质合金车刀和镗刀。加工钢质材料采用yt类硬质合金，粗加工用yt5，半粗加工用yt15，为提高生产率和经济性，可选用转位车刀（gb5343.185， gb5343.285）。切槽刀宜选 用高速钢。 （2） 铣削加工，因为铣端面和平台缺口，所以根据加工表面特点和查表3.1-27选用端面铣刀（yt14）和直柄立铣刀 （3） 钻削加工时，由于工序分两步完成加工，所以要满足能钻至24.5mm的孔，可采用直柄麻花钻（gb1436-85)，尺寸参数为d=13.9 l=160 l=1087.1.4选择量具油阀座属于中批生产零件，因此选用量具时一般采用通用量具。选择量具的方法有两种：，一种是按计量具的不确定度来选择；二是按计算量具的测量方法及极限误差来选择。选择时，采用其一即可。7.1.4.1选择外圆加工面的量具 工序15中粗车外圆70达到图纸要求，现按计量具的不确定度来选择该表面加工时所用的量具：该尺寸公差为t0.22。按表5.11，计量器具不确定度允许值u10.016mm 。根据表5.11，分度值为0.02mm的游标卡尺，其不确定度数值u0.02mm，u u1， 不能选用。必须u小于等于u1 ，故应选用分度值0.01mm的外径百分尺。 根据上述方法选择本零件各外圆加工面器具如表3所示 （mm） 表3加工面尺寸不确定度计量器具不确定度允许值所选器具630.020.01分度值为0.01的外径百分尺7.1.4.2选择加工轴向尺寸所用量具如表4所示 （mm）表4工序尺寸及公差量具3055分度值0.02mm测量范围0150mm游标卡尺（gb1214-85）40104067.1.4.3选择加工槽所用量具 槽经铣加工出来的。槽16.800.24 mm差等级为it11,可选用分度值为0.02mm，测量范围0150mm游标卡尺（gb1214-85）进行测量。7.2 确定工序尺寸确定工序尺寸的一般主法是，由加工表面的最后工序往前推算，最后工序的工序尺寸按零件图样的要求标注。当无基准转换时，同一表面多次加工的工序尺寸只与工序（或工步）的加工余量有关。有基准转换时，工序尺寸应用工艺链解算。7.2.1确定圆柱面的工序尺寸 圆柱表面多次加工的工序尺寸只与加工余量有关。前面根据有关资料已查出本零件圆柱面的总加工余量（毛胚余量），应将总加工余量分为各工序加工余量，然后由后往前计算工序尺寸。中间工序尺寸的公差按加工方法的经济精度确定。 本零件圆柱表面的工序加工余量、工序尺寸及公差、表面粗糙度如表5所示。（mm）表5加工表面工序双边余量工序尺寸及公差表面粗糙度粗粗粗63外圆3.563r12.516内孔0416.800.24 r12.57.2.2确定轴向工序尺寸如表6所示 (mm)表6工序加工表面总加工余量工序加工余量1032端面332063端面333024端面338、确定切削用量及基本工时切削用量一般包括切削深度、进给量及切削速度三项.确定方法是先确定切削深度、进给量,再确定切削速度。现根据切削用量简明手册（第3版，艾兴、肖诗纲编，1993年机械工业出版社出版）确定本零件各工序的切削用量所选项用的表格均加以*号，以与机械制造工艺设计简明手册有所区别。工序10， 20 ，30（车端面，粗车外圆）切削用量及基本时间的确定1 切削用量 这些工序为粗车。已知加工材料为45钢，b =670m pa，铸件，机床为ca6140型卧式机床，工件装卡在三爪自定心卡盘中。1.1确定粗车端面32mm，63mm, 24mm切削用量 所选用刀具为yt5硬质合金可转位车刀。根据切削用量简明手册第一部分表1.1*由于ca6140机床的中心高为200mm（表1.3*），故选刀杆尺寸b x h=16mm x 25mm，刀片厚度为4.5mm。（1） 确定切削深度ap 由于单边余量为3mm，可在一次走刀内切完，故ap=61-5821.5mm（2） 确定进给量f 在粗车钢料、刀杆尺寸为16mmx25mm、ap小于等于3mm、工件直径为100-400mm时，f=0.6-1.2mm/r 按ca6140机床的进给量（表4.2-9），选择 f=0.65mm/r（3） 选择车刀磨钝标准及耐用度 根据有关资料，车刀后刀面最大磨损量取为1mm，可转位车刀耐用度为t=30min（4） 确定切削速度v 切削速度v可根据公式计算，也可直接由表中查出。现采用查表法确定切削速度。当yt15硬质合金车刀加工b =600700m pa钢料，ap小于等于3mm，f小于等于0.75mm/r ,v小于等于109m/ min切削速度的修正系数为k1=0.8,k2=0.81,k3=1.15,k4=k5=1.0,故v=109*0.8*0.65*0.81*1.15m/min=52.8 m/minn=1000v/l=260r/min按ca6140机床的转速(表4.2-8),选择n=250 r/min=4.2 r/s则实际切削速度v=12.306mm/s 决定的切削用量为 ap=1.5mm, f=0.65mm/r, v=12.306mm/s2确定粗车外圆63的切削用量 采用车外圆的刀具加工这表面，加工余量皆可一次走刀切除，与上一步车端面的切削用量相同。1 确定扩孔24.500.13 mm,16.800.24 mm切削用量 所选用刀具为yt15硬质合金的麻花钻。（1） 确定切削深度apap= （24.5-22）/2=1.25mm（2） 确定进给量f 当粗镗钢料、镗刀直径为20mm、ap小于等于2mm时,镗刀伸出长度为100mm时 f=0.15-0.30mm/r 根据ca6140机床的进给量,选择 f=0.20mm/r(3)确定切削速度v v=291*0.468/(600.2 *1.50.15 0.20.2) m/min=78m/min n=1000*78/24.5 =1014r/min按ca6140机床的转速(表4.2-8),选择 n=1120r/min3基本时间31确定粗车外圆63mm的基本时间 根据表6.2-1，车外圆基本时间为 t=（9+2）/0.65*2 =8.5s32确定粗车端面的基本时间 t1=（16+2+4）/0.65*4 =7.7st2=（35+2+4）/0.65*4 =15.8st3=（12+2+4）/0.65*4 =7.0s33确定扩孔24.500.13 mm,16.800.24 mm的基本时间t4=（10+2+4）/0.2*18.7 =4.3s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10.5mm确定进给量f:根据切削手册2.7，当钢的b800mpa,d=10.5mm时，f=0.390.47mm/r。由于本零件在加工10.5mm孔时属于低钢度零件，故进给量乘系数0.75，则 f=(0.390.47)0.75=0.290.35（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22，16采用刀具：22，16专用扩孔钻。2 22孔进给量：f=(0.70.9)0.7 =0.490.63(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 16孔进给量： f=(0.60.7)0.7 =0.420.49（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rc3/42. 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/min4 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16.8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=32. 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