转向控制阀上盖加工工艺与专用机床夹具设计

摘 要本次毕业设计题目为转向控制阀上盖加工工艺与专用机床夹具设计。设计中在分析转向控制阀上盖结构和工艺特点的基础上，确定毛坯的类型与尺寸，拟定加工工艺路线，应用计算法和查表法确定加工表面的加工余量，计算各工序的切削用量，从而制定一套适合车辆转向控制阀加工的工艺规程。在设计完成工艺规程后，为了方便和优化转向控制阀上盖的加工，通过具体的加工步骤完成了对其车削加工时的车床夹具的设计和钻铰用量的计算。设计中详尽阐述车床夹具和车床夹具的设计思路和具体方案，并用键词：转向控制阀上盖；工艺规程；定位；夹紧；车床夹具；钻床夹具to to a of ；摘 要究的目的及意义究对象内外研究现状研究课题的内容3第2章零件的分析向控制阀上盖的作用件的工艺分析汽车的生产纲领和生产类型件结构的机械加工工艺性件结构的装配工艺性向控制阀上盖的技术要求章小结8第3章转向控制阀上盖工艺规程的编制位基准的选择艺路线的制定械加工余量及工序尺寸的确定工余量的概述算法确定 孔各工序加工余量表法确定加工余量削用量的确定削用量的选择原则削用量的选择计算章小结22第4章车床夹具的设计床夹具的概述：床夹具的作用床夹具的组成床夹具的设计特点床夹具的设计思想床夹具设计的要求床夹具的设计方案具的主要零件动作及原理具定位元件与定位精度件加工时限制的自由度位元件的尺寸公差位误差的分析计算削力的分析计算削加工时的切削力精车左端工序中切削力计算公式参数削的切削力削功率的计算紧力的计算削力，工件受力图理论力学知识分析计算定使用夹紧力定汽缸直径度校核具设计技术要求具的技术要求具的装配顺序说明动夹紧的动力装置章小结35第5章钻床夹具的设计要工序的安排铰用量的计算钻削用量铰削用量削力的计算套设计章小结42结 论43参考文献44致 谢46附录A47附录B52第1章绪 究的目的及意义机械加工工艺规程是规定产品或零部件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件，是一切有关生产人员都应严格执行、认真贯彻的纪律性文件。生产规模的大小、工艺水平的高低以及解决各种工艺问题的方法和手段都要通过机械加工工艺规程来体现。因此，机械加工工艺规程是一个重要而又严肃的工作。这就要求技术人员从生产实际出发，理论联系实际，和工人结合起来，才能做好这一工作，意义如下。（1）工艺规程是指导生产的主要技术文件，是指挥现场生产的依据。对于大批量生产的工厂，由于生产组织严密，分工细致，因此要求工艺规程比较详细，才能便于组织和指导生产。对于单件，小批量生产的工厂，生产分工比较粗糙，制订工艺规程也相应可以简单些。但无论生产规模的大小，都必须有工艺规程，否则生产调度，技术准备，关键技术研究都无法安排，生产将陷入混乱。另外，由于工艺规程是技术指导性围歼，在处理生产上各种问题时，是全厂人员共同的依据，如发生质量问题，可按工艺规程的要求来明确各有关生产单位的责任。工艺规程依然是技术制导性文件，但它不是不能改动，可以根据生产实际情况进行修改，但必须有严格的审批手续。（2）工艺规程是进行组织生产，做好生产技术准备的主要文件。对于原有工厂，当进行新产品试生产时，首先要制订零件的机械加工工艺规程及其他工艺规程，从而知道零件的加工要经过哪些车间，哪些设备，需要多少工人和生产面积，要购买或自制哪些工艺装备，以及要开展哪些关键技术课题的研究。（3）在工艺规程付诸实现的过程中，可以根据时间结果，不断地总结积累经验，因此，有了工艺规程，就便于总结和积累生产经验1。制造技术是各行各业发展的基础和关键，而在制造业中，机床夹具又是不可或缺的工艺装备，它直接影响着产品的加工精度，劳动生产率和制造成本。因此机床夹具设计在企业的产品设计和制造以及生产技术准备中占有极其重要地位。工件在切削加工前必须在机床上占有一个正确的位置，才能使加工后达到工序加工的要求2。由于市场需求的变化多端及机电产品的竞争日益激烈，产品更新换代周期短，多品种，中小批量生产比例在提高，为了适应现代机械工业向高精尖方向发展需要，现代机床夹具也必须与时俱进，传统的生产技术装备工作和传统夹具结构已不适应新生产特点，其发展朝着标准化、可调化、组合化、精密化、高效自动化的方向发展4。究对象车辆转向控制阀即转向控制阀是汽车转向系动力转向器中的一个重要组成部分，转向控制阀通过转向控制阀塞相对阀体的轴向运动来控制液压油的流向，以达到操纵动力缸进行转向加力的目的。转向控制阀的上盖上接转向器壳，下接转向控制阀，其作用是连接转向器壳，并与转向控制阀组成一个密封的整体，与其内的各结构一起完成轴向加力随动作用6。对车辆转向控制阀上盖加工工艺规程的编制就是用表格的形式将机械加工工艺过程的内容书写出来，成为指导性文件。随着机械制造业的发展，机床夹具的种类在不断增加，出现了许多新颖的夹具，有通用夹具，专用夹具，组合夹具，通用可调与成组夹具。其中车床夹具专用夹具的一种，车床主要用于加工工件的内外圆柱面，圆锥面，回转面成形面，螺纹面及端平面，这些表面都是围绕机床主轴的回转轴线而形成的，所以大多数车具都是安装在机床主轴上，加工时，夹具随主轴一起旋转，刀具做送进运动。也有少数形状不规则和尺寸较大的工件，把夹具安装在床身或床鞍上，刀具则安装在机床主轴上做旋转运动5。内外研究现状制造技术是一个永恒的主题，是设想、概念、科学技术物化的基础和手段，是国家经济与国防势力的体现，是国家工业化的关键。世界上制造技术比较强的国家都是非常重视工艺的，众所周知，德国、日本、美国、英国、意大利等国的制造技术比较发达。产品质量上乘。机械制造科学技术的发展主要沿着“广义制造”或称大制造的方向发展，可以分为四个方面，即现代设计技术，现代成形和改性技术，现代加工技术，制造系统和管理技术。当前，发展的重点是创新设计、并行设计、现代成形与改性设计、材料成形过程仿真和优化、高速和超高速加工、精密工程与纳米技术、数控加工技术、集成制造技术、虚拟制造技术、协同制造技术和工业工程等7。夹具在其发展的200多年历史中，大致经历了三个阶段：第一阶段，夹具在工件加工、制造的各工序中作为基本的夹持装置，发挥着夹固工件的最基本功用。随着军工生产及内燃机，汽车工业的不断发展，夹具逐渐在规模生产中发挥出其高效率及稳定加工质量的优越性，各类定位、夹紧装置的结构也日趋完善，夹具逐步发展成为机床工件工艺装备工艺系统中相当重要的组成部分。这是夹具发展的第二阶段。这一阶段，夹具发展的主要特点是高效率。在现代化生产的今天，各类高效率，自动化夹具在高效，高精度及适应性方面，已有了相当大的提高。随着电子技术，数控技术的发展，现代夹具的自动化和高适应性，已经使夹具与机床逐渐融为一体，使得中，小批量生产的生产效率逐步趋近于专业化的大批量生产的水平。这是夹具发展的第三个阶段，这一阶段，夹具的主要特点是高精度，高适应性。可以预见，夹具在不一个阶段的主要发展趋势将是逐步提高。制造技术是各行各业发展的基础和关键，国际生产研究协会的统计表明，目前中、小批多品种生产的工件品种已占工件种类总数的85左右。现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场的需求与竞争。然而，一般企业都仍习惯于大量采用传统的专用夹具，一般在具有中等生产能力的工厂里，约拥有数千甚至近万套专用夹具；另一方面，在多品种生产的企业中，每隔34年就要更新5080左右专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为1020左右。特别是近年来，数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统（新加工技术的应用。机床夹具又是一种不可或缺的工艺装备，它直接影响着产品的加工精度，劳动生产率和制造成本，因此机床夹具设计在企业的产品设计和制造以及生产技术准备中占有及其重要地位。当前我国是一个制造大国，世界制造中心将可能转移到中国，这对我国的制造业是一个机遇和挑战。要形成我们自己的世界制造中心就必须掌握先进的制造技术，掌握核心技术，要有很高的制造技术水平，才能从制造大国成为制造强国8。研究课题的内容本次设计正文部分总共分为三大部分，分别为零件的分析，转向控制阀工艺规程的编制和专用车床夹具的设计。（1）零件的分析对转向控制阀主要有以下分析：1）研究对象转向控制阀的作用与结构分析。2）零件的工艺分析，包括生产纲领、生产类型的计算，毛坯的确定，零件结构的机械加工工艺性，零件的装配工艺性，零件的技术要求分析等。在这部分中，对零件进行了详细阐述，为下一部分的设计内容做了充足的准备。（2）转向控制阀工艺规程的编制零件的工艺规程的编制，工艺规程编制的作用与意义如前所述，在这一部分中，主要解决的问题有：定位基准的选择，工艺路线的制定，应用计算法与查表法确定机械加工余量与工序尺寸，最后为切削用量的确定。这部分中，计算量较大，需查阅大量的相关书籍与工艺手册，结合金工实习时候的零件加工的经验，借鉴参考别人的方法，仔细计算分析每一过程。（3）专用车床夹具的设计这部分分中详细论述了车床夹具的组成原理与特点，根据零件结构与工艺性能提出设计方案，然后对方案进行详细的分析，包括原理与结构动作的分析，最后对其进行计算分析，包括定位元件的尺寸公差，定位误差的分析计算，切削力的分析计算，夹紧力的分析计算，强度校核。在这一部分中，借鉴金属切削夹具设计图册，结合零件的结构特点，设计出本专用车床夹具，查阅机械加工工艺手册确定夹具各构件的尺寸，最后计算切削力，夹紧力并校核强度。向控制阀上盖的作用汽车转向系按能源的不同分为机械转向系和动力转向系两大类，现代汽车转向系都由转向操纵机构、转向器和转向传动机构三大部分组成。动力转向系是兼用驾驶员体力和发动机董迪为转向能源的转向系。在正常情况下，汽车转向所需的能量，只有一小部分有驾驶员提供，而大部分是由发动机通过转向加力装置提供的。但是转向加力装置失效时，一般还应该有驾驶员独立承担汽车转向任务。因此，动力转向系是在机械转向系的基础上加设一套转向加力装置而形成的。其中加力装置包括：转向油罐、转向液压泵、转向动力缸、转向控制阀。其中转向控制阀的作用是通过转向控制滑阀相对阀体的轴向运动来改变液压油的流向，以达到操纵动力缸进行转向加力的目的。转向控制阀上盖在转向器中，上接转向器壳，下接转向控制阀，凸缘80与转向控制阀体作为装配基准。转向控制阀上盖中装有推力球轴承、回位弹簧及回位挡圈所组成的回位装置。转向控制阀的作用：连接转向器壳，并与转向控制阀体组成一个密封的整体，与其内的各结构一起完成轴向加力随动作用9。汽车的生产纲领和生产类型设计生产任务为5000辆，一个汽车有一个转向控制阀，对应一个转向控制阀上盖，故一年的转向控制阀上盖的年产量为： 1 % 1 %N Q n （2中 Q汽车产品的年生产纲领；N一辆（台）汽车产品中相同零件数量；%备品率；% 废品率。其中备品率为5%，废品率为3% 则： 5000 1 1 5% 1 3% 5408N 个由于汽车生产机械加工类型的划分，此种车属于大批量生产。大批量生产：每年制造的汽车零件品种少而稳定，每个产品产量很大。一般情况下，每台设备或工作地点常年重复地进行某一工件的某一工序。大批量生产时，多数设备是生产率高的专用设备，而且它们是按照工件的工艺过程的顺序安排的。大批量生产的特征：(1)产品：生产单一产品或系列化产品，数量很大，每台设备常年生产某一种零件的某一工序。产品改型后，原生产设备难改装。(2)生产组织：采用流水线或自动化生产线。按总成封闭组织生产或专业化组织生产。(3)生产设备：广泛采用专用复合刀具，成型刀具；专用高效率量具或自动化量具；高效率专用夹具。(4)机床调整方法：工件在调整好的机床上加工。(5)对毛坯的要求：采用高精度，余量小的各种毛坯。件结构的机械加工工艺性（1）转向控制阀上盖的主要加工表面都是旋转表面组成，在车床进行车削端面，凸缘，内孔，进刀和退刀都很方便。（2）各加工表面彼此间明显分开，加工表。面与非加工表面也明显分开。（3）工件加工时定位和夹紧都很可靠，稳固，方便。加工左，右端时，用同一轴线上的两位孔定位，夹紧时夹紧力方向与切削力方向一致，定位夹紧也较简单11。（4）有同轴度要求的内孔和凸缘及有垂直度要求的前端面，可以在一次装夹中以互为基准加工出来，能很好地保证加工精度和位置精度。（5）为了增加盖壁的刚度，增加了7条加强筋，加强筋在转向控制阀上盖的外壁均匀分布。（6）螺孔 116由于在盖外壁增加平面的凸台，钻孔加工就方便很多了，并且增加了螺纹连接长度。件结构的装配工艺性（1）转向控制阀上盖与其内的推力球轴承，回位弹簧及回位挡圈组成的回位装置可进行独立装配安装于转向器壳上，转向控制阀体及其内各部件也独立装配后安装在转向控制阀上盖上。（2）转向控制阀上盖有正确的安装基准，而且其精度也很高，凸台 作装配基面与转向控制阀体安装， 孔作为装配基准与转向器壳进行安装。向控制阀上盖的技术要求转向控制阀上盖是转向控制阀的基础零件，它与转向控制阀本体的配合既有位置精度要求，又有严格的尺寸精度要求，以保证密封的可靠性。其他各管道孔与它的位置与尺寸都要求很高，要技术要求如下：（1）端面 1T， 2T ， 3T， 5 轴线，垂直度对 1T， 3T， 2T 2） 对 3） 对 4）尺寸精度和表面粗糙度要求：1)孔精度等级面粗糙度 2) 孔精度等级面粗糙度 3) 凸缘外圆精度等级为面粗糙度为 4) 2T ， 35) 5 3T， 5。6) 6T 表面粗糙度 5T， 6T 表面距离为52 ，)1T， 4T 表面粗糙度都为 508)内腔 58 尺寸为自由精度，端面粗糙度 从零件的技术要求可以看出： 的轴线是零件的设计基准， 1T， 335T 面的设计基准， 516心线设计基准16。章小结本章分析了转向控制阀的基本原理，简单介绍了零件的工艺分析。对机械加工工艺性,零件结构的装配工艺性都做了详细的说明，其中对转向控制阀上盖的技术要求进行了详尽的说明。转向控制阀上盖是转向控制阀的基础零件，它与转向控制阀本体的配合既有位置精度要求，又有严格的尺寸精度要求，以保证密封的可靠性。第3章转向控制阀上盖工艺规程的编制转向控制阀上盖的加工表面主要是端面和孔。根据零件的结构要求，应该从工艺上设法保证这些表面的尺寸精度，形状精度，表面粗糙度和位置精度。所以必须确定定位基准，工艺过程，选择适当的加工方法12。位基准的选择（1）粗基准：转向控制阀上盖右端的 止口尺寸精度，位置精度，表面粗糙度要求都很高，而且其孔内表面为装配基准，故为保证 孔的加工精度，选用 40孔及其端面 2T 为定位粗基准，从而在车床上进行车削，加工出 80 的孔。（2）精基准：转向控制阀上盖加工时，在车床上车削的平面和内孔是为具有同一中心线的回转表面，更好的贯彻基准同一的原则，互为基准的原则。车削右端时，选用 2T 和 作为定位精基准，车削左端时，再选用端面 3 作为定位精基准。以后每道工序的定位基准贯彻基准同一原则和互为基准原则。这样使得定位精基准精度越来越高。基准选择的分析如下。端面1T， 3加工右端时需选端面 1基准重合原则）。但是， 150，且与 32T 面的尺寸精度要求都很低，故选用 1有，当选用 1工时加紧力作用在工件上，使工件变形，也即夹紧力不可靠。所以，选用表面粗糙度要求较高的 2T 端面 作为加工右端时的定位精基准时方案是较好的方案，但需尺寸换算。图 向控制阀上盖及尺寸链图尺寸3是自由尺寸，故按机械设计手册，可取为 ，加工测量时，2A（寸也可直接测量，故自由尺寸3是个封闭环，由尺寸链可换算得 01 ，A 10。加工左端时，进行半精车，精车的定位基准为端面 30 孔的内表面。此时符合基准重合原则，基准同一原则。因为设计基准就是 80 中心线及端面 3T，所以不会产生基准不重合误差。在以上粗车，半精车，精车左、右端时， 2T 与 40 作精基准和 30 作粗精基准反复使用，使其定位精度越来越高，这样符合互为基准原则，基准重合原则，基准同一原则。这种定位方案较好。艺路线的制定转向控制阀上盖的主要加工表面是孔和平面，它们的粗、精加工顺序，有两种可行的方案：第一种方案：以端面 2T 及孔 40 作为定位粗基准，粗加工端面 30 。再以端面 30 作为定位精基准加工（粗车）左端；然后以端面 2T 及孔 40 作精基准加工右端，经过：粗车粗车精车精车，达到尺寸要求。第二种方案：以端面 2T 及孔 40 作定位粗基准，粗加工（粗车）右端，在以右端30 作为精基准粗车左端，再以同上的基准进行半精车，精车左右端各加工面。经过：粗车粗车半精车半精车精车精车达到技术要求和尺寸要求。两种方案比起来，第一种方案比第二种方案少了一道工序，加工次数也减少了，但是精加工时就增加了不少工步。如端面 1T，平面 4T ，内孔 58 这些表面加工只需半精加工就可以达到尺寸精度和表面粗糙度，但必须通过精加工来保证，增加了不必要的加工精度的提高。第二种方案正是在此分析基础上进行选择的。同时，有半精加工，也使得精加工尺寸精度，粗糙度更易保证。故本转向控制阀上盖工艺选用第二种。工余量的概述1有关加工余量的概念及影响因素（1）加工余量：为了保证某加工工序的加工精度所必须切去的金属层，称为该工序的工序余量。其符号为 0Z ，其值为毛坯尺寸与零件图的设计尺寸之差。（2）工序余量（相邻两工序的尺寸之差。（3）基本余量：毛坯基本尺寸与零件上相应的进本尺寸之差，相邻两工序的基本尺寸之差，分别成为基本加工总余量（ 0b 与基本工序余量（ 。（4）加工余量与工序余量的关系： 0 1nb 其中n工序或工步数目。（5）最大余量 上工序的最大极限尺寸与本工序的最小极限尺寸之差。（6）最小余量 上工序的最小极限尺寸与本工序的最大极限尺寸之差。（7）工序尺寸：在加工过程中，工件各个工序应得到的尺寸。（8）工序公差：工序尺寸的公差即工序公差。除最后工序的尺寸和公差符合零件图外，其余是根据具体工艺过程确定的。（9）余量公差：上工序尺寸与本工序尺寸公差之和。2影响加工余量的因素（1）上工序的尺寸公差 在着在尺寸范围内的形状误差和位置误差。为使被加工表面不残留上述工序的这些误差，本工序的加工余量（2）加工前的表面质量（表面粗糙度 表面缺陷层 为保证加工质量，对前工序加工后留下的表面粗糙度 表面缺陷层 必须在本工序中切除。（3）上工序表面形状和位置误差 a工件加工后所产生的形状及位置误差。（4）本工序工件装夹（定位和夹紧）误差 b在安装工件时，定位基准的位置变化直接影响被加工表面与切削工具的相对位置。为定位误差和夹紧误差的向量和。综上所述，可确定加工余量的公式如下。对于单边余量： a a y a H R 对于双边余量：a a y a H R 3. 工序尺寸与公差的确定：生产上绝大部分加工面都是在基准重合（工艺基准与设计基准重合）的情况下进行加工。所以，掌握基准重合情况下工序尺寸与公差的确定过程非常重要，现介绍如下：(1)确定各加工工序的加工余量；(2)从终加工工序开始，即从设计尺寸开始，到第一道加工工序，逐次加上每道加工工序余量，可分别得到各工序基本尺寸（包括毛坯尺寸）；(3)除终加工工序以外，其他各加工工序按各自所采用加工方法的加工经济精度确定工序尺寸公差（终加工工序的公差按设计要求确定）；(4)填写工序尺寸并按“入体原则”标注工序尺寸公差。在工艺基准无法同设计基准重合的情况下，确定了工序余量之后，需通过工艺尺寸链进行工序尺寸和公差的换算。但它将缩小工序尺寸的公差，增加加工难度7。算法确定 孔各工序加工余量转向控制阀上盖加工过程分为三个部分：粗加工、半精加工、精加工。粗加工精度为精加工精度为加工精度为照这个定义，工序余量有单边余量和双边余量之分。零件非对称结构的非对称表面，其加工余量为单边余量，可表示为:1i i iZ l l 式中 道工序的工序余量；道工序的基本尺寸；1上道工序的基本尺寸。零件对称结构的对称表面，其加工余量为双边余量，可表示为：12 i i iZ l l 由于工序尺寸有公差，所以加工余量也必然在某一公差范围内变化。其公差大小等于本道工序工序尺寸公差与上道工序尺寸公差之和。余量公差可表示如下：b Z T T 式中 工序余量公差；工序最大余量；工序最小余量；加工面在本道工序的工序尺寸公差；加工面在上道工序的工序尺寸公差。一般情况下，工序尺寸公差的标注按“入体原则”标注。由于工序余量受如前所述的因素的影响，最小余量的计算公式如下：对于单边余量： a a y a H R 对于双边余量： a a y a H R 安装误差一般取工序误差的1 13 4。) 根据工件的工作图和机械加工工序卡片，按加工时每一表面加工的先后次序，将被加工的表面和加工工步写在下列计算卡片中；(2) 填写计算卡片中 ，和3)按所有工步来确定加工时最小余量的计算值(4)在“计算尺寸”栏中，对于最终工步，按图纸填工件的最大（内表面）极限尺寸；(5)对于最终加工的前一工步，按图纸将计算余量 到工件的最小极限尺寸，来确定其计算尺寸（对于内表面应从工件的最大极限尺寸减去计算余量 ；(6)从最终工步起，按顺序往前推算。对于每一工步的相邻前一工步，应将和它相连的后工步的计算余量 到本身的计算尺寸中减去计算余量 (7)按每一加工工步填写最小极限尺寸，用增加（内表面则减少）计算尺寸的方法，将它凑成整数。即用每一工步给定尺寸公差的十进制小数进行凑正；(8)用凑整后的最小（内表面最大）极限尺寸加工上（减去）公差就可确定最大（最小）极限尺寸；(9)填写余量极限值 其值是上工步和本工步（最小）极限尺寸之差；(10)将所有中间余量加起来就可确定总余量 (11)对计算结果进行校验。最终工艺工步的公差和表面质量应按工件图纸选定。)铸造毛坯的粗糙度和缺陷层度（ 600m(2)铸件在机械加工后的表面质量1)粗加工: 50m, 50m。2)半精加工： 50m, 50m。(3)安装误差的确定（一般取本工序公差的1 13 4）1）粗加工：=130m。2）