机械制造技术课程设计-阀体零件的加工工艺及铣上端面夹具设计【全套图纸】 .pdf

课程设计说明书课程设计说明书 题目：阀体零件的铣上端面夹具设计 学 生： 学 号： 专 业： 班 级： 指导老师 ： 摘 要 本次设计内容涉及了机械制造工艺及机床夹具设计、金属切削机床、公差配 合与测量等多方面的知识。 阀体加工工艺规程及其夹具设计是包括零件加工的工艺设计、 工序设计以及 专用夹具的设计三部分。在工艺设计中要首先对零件进行分析，了解零件的工艺 再设计出毛坯的结构，并选择好零件的加工基准，设计出零件的工艺路线；接着 对零件各个工步的工序进行尺寸计算， 关键是决定出各个工序的工艺装备及切削 用量； 然后进行专用夹具的设计， 选择设计出夹具的各个组成部件， 如定位元件、 夹紧元件、引导元件、夹具体与机床的连接部件以及其它部件；计算出夹具定位 时产生的定位误差，分析夹具结构的合理性与不足之处，并在以后设计中注意改 进。 关键词：工艺、工序、切削用量、夹紧、定位、误差。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 目目 录录 序言序言1 第一章第一章 零件的分析零件的分析2 1.1 零件的作用2 1.2 零件的主要技术条件分析2 第一章第一章 零件工艺规程设计零件工艺规程设计3 2.1 确定零件的生产类型3 2.2 确定零件毛坯的制造形式3 2.3 制定工艺路线4 2.4 确定机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸5 2.5确定各序工艺装备及切削用量8 第三章第三章 夹具设计夹具设计14 3.1 概述14 3.2 方案设计14 3.3 切削力和夹紧力的计算14 3 .4 定位误差分析15 3.5 夹具设计及操作说明15 总总 结结17 致致 谢谢18 参参 考考 文文 献献19 序序 言言 机械制造业是制造具有一定形状位置和尺寸的零件和产品， 并把它们装备成 机械装备的行业。机械制造业的产品既可以直接供人们使用，也可以为其它行业 的生产提供装备，社会上有着各种各样的机械或机械制造业的产品。我们的生活 离不开制造业，因此制造业是国民经济发展的重要行业，是一个国家或地区发展 的重要基础及有力支柱。从某中意义上讲，机械制造水平的高低是衡量一个国家 国民经济综合实力和科学技术水平的重要指标。 阀体的加工工艺规程及其，钻的夹具设计是在学完了机械制图、机械制造技 术基础、机械设计、机械工程材料等进行课程设计之后的下一个教学环节。正确 地解决一个零件在加工中的定位， 夹紧以及工艺路线安排， 工艺尺寸确定等问题， 并设计出专用夹具，保证零件的加工质量。本次设计也要培养自己的自学与创新 能力。因此本次设计综合性和实践性强、涉及知识面广。所以在设计中既要注意 基本概念、基本理论，又要注意生产实践的需要，只有将各种理论与生产实践相 结合，才能很好的完成本次设计。 本次设计水平有限，其中难免有缺点错误，敬请老师们批评指正。 第一章第一章 零件的分析零件的分析 1.1 零件的作用零件的作用 阀体是整体装置的重要零件，它支撑中心部分，承受着部分静载荷，因为阀体与 整个机体连接，并且中心部分与该零件是螺纹连接，因而该零件的螺纹承受着一 定载荷，以及一定的冲击力，所以该零件承受着静、动载荷。 1.2 零件的主要技术条件分析零件的主要技术条件分析 1、 为了适合铸件技术要求，因而采用精度等级为 ct12。 2、 为了保证铸件整个零件的中心高度，首先以底平面为基准，粗镗直径 为 30 的孔，再以该孔为基准，粗铣底平面，最后以底平面为精基准， 精镗以上的孔，再精铣底平面，以上步骤均需要专用铣夹具等。 3、 两螺纹孔的中心距为 46，该尺寸的要求较高，为了保证尺寸的配合， 这两个螺纹孔应该到最后进行钻孔。 4、 内孔承受着较高工作力，因而它的内孔配合度较高，要求有较高的粗 糙度，只有这样的粗糙度才能满足零件工作时的需要。 5、 有关螺纹的技术要求： 阀体在工作时，将受到一定的载荷，这一载荷又将传到螺纹上，因此， 对于安装这两个螺纹端面有一定的粗糙度，该粗糙度为 3.2，属于铸造件中 较高的粗糙度要求。 6、 有关结合面的技术要求： 阀体在工作中受到冲击性质动载荷以及静载荷，结合面的歪斜将使中心 部分不能正常工作，最终导致机体整体不能正常工作，因此，对结合面的平 面度要求较高。 第二章第二章 零件工艺规程设计零件工艺规程设计 2.1 确定零件的生产类型确定零件的生产类型 生产纲领的确定： n零=q* n（1+） 式中：n零：零件的生产纲领； q：产品的生产纲领，q=5000 台/年； n:每一产品中包含该零件的数量 n=1； ：零件的备品率，一般情况下为=3%5% 取 4% ：零件的平均废品率，取=1； n零=5000*1（1+4%+1%） =5，025 件/年 根据任务书可知零件为大量生产。 2.2 确定零件毛坯的制造形式确定零件毛坯的制造形式 影响毛坯选择的因素通常包括： 1、零件材料的工艺性及对材料组织的要求。 2、零件的结构形状和外形尺寸。 3、零件对毛坯精度，表面粗糙度和表面层性能的要求。 4、零件生产纲领的大小。 5、现有生产能力和发展前途。 由于阀体要求有较高的强度和刚度，以及良好的耐磨性和疲劳强度，材料选 择 ht200。 因为阀体在工作中承受静载荷以及小量的动载荷，为了使金属纤维尽量不被切 断，非加工表面对称均匀，使零件工作可靠，并且铸件的铸造性能较好， 。由于 该零件的轮廓尺寸不大， 生产类型为大量生产， 又考虑零件的加工条件要求较高。 为了保证加工质量、提高生产率、降低成本、减少工人的劳动强度，确定采用铸 造成型。 2.3 制定工艺路线制定工艺路线 1、 工艺过程的安排： 在阀体加工中，影响加工精度的主要因素有： 阀体本身的刚度比较地，在外力（切削力、夹紧力）的作用下，容易变 形。 阀体是铸造件，孔的加工余量大，切削时将产生的残余内应力，并引起 应力重新分布。 因此，在安排工艺过程中，就需要把各主要表面的粗精加工工序分开， 既把粗加工安排在前，半精加工安排在中间，精加工安排在后面。 这是由于粗加工工序的切削余量大，因此，切削力、夹紧力必然大，加 工后容易变形。 粗精加工分开后， 粗加工产生的变形， 可以在半精加工修正， 半精加工中产生的变形可以在精加工中修正。这样逐步减少加工余量，切削 力及内应力作用。逐步修正加工的变形就能最后达到零件的技术要求。 2、 各主要表面的工序安排如下： 一端面：铣。 钻孔、镗孔。 钻10 孔，锪孔20，再锪孔27，车退刀槽，车螺纹 两螺纹孔：钻底孔、攻丝。 4 一些次要表面的加工，则视需要和可能安排在工艺过程的中间或后面。 3、 阀体工艺路线的方案之一： 铸造 时效处理； 铣床 96x80 平面； 车48 的端面和外圆 钻25 的孔 车54 和47 的圆 铣上端面 钻10 孔锪孔20 深 28 再锪孔27 深 15 车退刀槽和螺纹孔 钻 4- m12 11：检验 12;入库 4、此方案具有如下特点： 加工阶段划分得较合理： a.阀体本身的刚度比较地，在外力（切削力、夹紧力）的作用下，容易变形。 b.阀体是铸造件，孔的加工余量大，切削时将产生的残余内应力，并引起应力重 新分布。 因此，在安排工艺过程时，就需要把各表面的粗、精加工工序分开，即把粗 加工安排在前，半精加工安排在中间，精加工安排在后面。这样避免了由于粗加 工工序切削余量大，切削力、夹紧力必然大，加工后易产生变形。 如： 内应力引起的变形； 夹紧力较大引起的变形； 切削温度过高引起的变形； 工艺系统的热变形等的影响。粗、精加工分开后，粗加工产生的变形可以在半精 及精加工中得到修正，就能最后达到零件的技术要求。同时，还能合理地使用设 备，保证加工质量。在粗加工各表面后及早地发现毛坯缺陷，避免损失更多的工 时和费用。 定位基准的选择 阀体加工作为精基准的表面是大端面，以及两台阶面为定位面，而作为精基 准的表面应该提前加工完。 在选择粗基准时考虑的重点是如何保证各加工表面有 足够的余量，使不加工表面的尺寸、位置符合图纸要求。因此按照粗基准选择原 则， 以端面为粗基准来加工底平面精基准。在阀体的加工过程中定位基准满 足基准重合原则， 简化了工艺过程的制定， 使夹具的设计、 制造简单， 降低成本。 按照工序分散的原则来拟定工艺路线： 阀体的加工过程中，各加工工序的组合基本上是按照工序分散的原则进行 的。由于阀体的形状复杂，要加工表面不便于集中加工，为了适应大批量生产的 快节奏，必须在各工序采用高效率的专用机床和夹具，以提高生产率，保证加工 质量，使各工序的时间趋于平衡，按一定的节拍组织流水生产。虽然现代生产的 发展多趋向于工序集中，但工序分散在大批量生产中仍应用很广泛。 2.4 确定机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸确定机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸 阀体材料为 ht200。 机械加工余量对工艺过程有一定的影响，余量不够，不能保证零件的加工质 量。余量过大，不但增加机械加工的劳动量，而且增加了成本。所以，必须合理 地安排加工余量。 本设计采用查表法确定各表面的加工余量、 工序尺寸、 毛坯尺寸及公差等级。 （1） 单边、双边的加工余量及工序尺寸的确定 由（）表 2.24 =6.5 =4.5 铸件机械加工余量 基本尺寸 加工余量数值 大于 至 - 100 5.5 6.0 6.5 7.5 8.5 9.0 10 11 12 3.5 4.0 4.5 5.5 6.0 5.5 6.5 6.5 7.5 100 160 6.5 7.0 8.0 9.0 10 11 12 13 14 4.0 4.5 5.5 6.0 7.0 7.0 8.0 8.0 9.0 160 250 7.5 8.5 9.5 11 13 13 15 15 17 5.0 6.0 7.0 8.5 9.0 8.5 10 9.5 11 250 400 8.5 9.5 11 13 15 15 17 18 20 5.5 6.5 8.0 10 11 10 12 12 14 400 630 10 11 13 16 18 17 20 20 23 6.5 7.5 9.5 12 13 12 14 13 16 630 1000 12 13 15 18 20 20 23 23 26 7.5 9 11 14 15 14 17 15 18 基本尺寸 加工余量数值 大于 至 1000 1600 13 15 17 20 23 23 26 27 30 8.5 10 13 16 17 16 19 18 21 表 2.2-4 注： 1、表中每拦有两个加工余量数值，上面的 数值是以一侧为基准，进行单侧加工的加工余量，进行单侧加工的加工 余量值。下面为双侧加工时，每侧的加工余量值。 2、表中略去基本尺寸大于 160010000mm 的加工余量数值。 （2） 铸件公差等级的确定 表（）2.25 可知 成批和大量生产的铸件机械加工余 量等级 工 艺 方 法 尺 寸公差 加工余量 加工余量等级 铸钢 灰铸铁 球墨铸 铁 可锻铸 铁 铜合金 锌合金 轻金属 合金 镍基合 金 钴 基 合 金 砂型 手工 造型 ct 1113 1113 1113 1012 1012 - 911 - - ma j h h h h - h - - 砂型 机器 造型 及壳 型 ct 810 810 810 810 810 - 79 - - ma h g g g g - g - - 金属 型 ct - 79 79 79 79 79 68 - - ma - f f f f f f - - 低压 铸造 ct - 79 79 79 79 79 68 - - ma - f f f f f f - - 压力 铸造 ct - - - - 68 46 57 - - ma - - - - e e e - - 熔模 铸造 ct 57 57 57 - 46 - 46 57 57 ma e e e - e - e e e 表 2.2-5 注： 1、 型铸造的铸件，顶面（相对浇注位置）的加工余量等级，比底、侧面的加 工余量等级需降低一级选用。例：尺寸公差为 ct12 级，加工余量底、侧 面为 mah 级。 2、 型铸造铸件的底、 侧面所采用加工余量等级为选定的尺寸公差等级所对应 的全部加工与量等级中最粗级时。 例： 底、 侧面加工与量为 ct12 级， mah 级。 3、 砂型铸造孔的加工余量等级可与底面、侧面相同的等级。 （3） 铸造孔的最小尺寸 在铸造工艺上为制造方面，一般当铸造孔径小于规定尺寸时可不铸出，零件上的 孔如难以机械加工，最小孔径也可放宽到特殊情况数值。 （4） 铸造壁的最小厚度 各种铸造方法铸件的最小壁厚可见表。 （5） 铸造斜度 对于砂型及硬型铸件常选用 3，压铸件常选用 1302。待加工表面的斜 度数值可以大一些，非加工表面斜度数值可适当减小。一般参照表选取。为便于 模具制造及造型，各面斜度数值应尽量一致。 2、 底面加工余量及工序尺寸的确定 查表 2.2-4 可得总余量 a=6.5mm 由表可得精铣=0.5 粗铣 =a-0.5=6mm 3、 螺纹孔加工余量及工序尺寸的确定 由表可得钻孔直径为 8.5，加工余量 =2.5 4、 台阶孔加工余量的确定 由表查得总余量为 a=6.5 精铣=0.5（单面） 粗铣=a-2=6.5-1=5.5 2.5 确定各序工艺装备及切削用量确定各序工艺装备及切削用量 工序三：铣工序三：铣 96x80 的平面的平面 铣96x80 底平面 查参考文献14表 2.4- 73 刀具：硬质合金铣刀（面铣刀） ，材料：15yt，d=68mm ，齿数8z =，此为粗 齿铣刀。 因其单边余量：z=3.5mm 所以铣削深度 p a： p a=3.5mm 每齿进给量 f a：根据参考文献7表 2.4- 75，取zmmaf/13. 0=，铣削速度v： 参照参考文献7表 3034，取 v=1.33m/s 机床主轴转速n： 1000v n d = 式（2.1） 式中 v铣削速度； d刀具直径。 机床主轴转速n： min/74.373 6814. 3 6033. 110001000 r d v n c = 按照参考文献3表 3.1- 74 min/387rn = 实际铣削速度v：sm dn vc/37 . 1 601000 38768 1000 = = 进给量 f v：smmnzaf fm /7 . 660/387813 . 0 = 工作台每分进给量 m f ：6.7mm/s60=402mm/min a ：根据参考文献7表 2.4- 81, mmae60= 被切削层长度：由毛坯尺寸可知mml62= 铣刀切入时取： mmadal ee 235 . 10 . 1)( 1 =+= ，mmae60= 铣刀切出时取：mml2 2 = 根据机械制造工艺学表401可得： si f lll tj m 96.12 7 . 6 22396 21 = + = + =0.22min 由表 3.3- 7 得：操作机床时间为：0.83 min 由表 3.3- 8 得：测量工件时间为：0.14 min t1=0.97min 则 t 总=t1+t2 =1.19min 工序四：车工序四：车48 的外圆和端面的外圆和端面 工序车、 ： （t1=t 辅助时间辅助时间 t2=t 机床时间）机床时间） 粗车48 外圆时：因为单边与量: z=2mm 根据参考文献表3中 3- 1 得： ：f=0.5 m/r 根据参考文献5中 5.3- 20 得：v=82 m/r 则机床主轴转速min/1304 2014. 3 8210001000 r d v n c = 工时定额： 根据参考文献表3中 3.3- 3 得：操作机床时间为： 0.02+0.04+0.03+0.07+0.06+0.02+0.01+0.02+0.03+0.04=0.64 min 根据参考文献由表3中 3.3- 4 得： 测量工件时间为：0.08+0.08=0.16 min 所以 t1=0.64+0.16=0.8 min 根据参考文献表 5.4- 1 得机动时间为： t2=0.05+0.02+0.03=0.1 m/r 根据文献13 表 2- 24 得 t 基公式- min167 . 0 21 = + = nf lll tj 则 t 总=t1+t2+t 基=0.347 min 工序五：钻工序五：钻25 孔孔 钻孔 25 切削深度 p a：mmap5= 进给量f： 根据参考文献7 机械加工工艺手册 表 2.4- 52， 取rmmf/27 . 0 = 切削速度v： 参照参考文献7 机械加工工艺手册 表 2.4- 53， 取smv/15= 机床主轴转速n，由式（1.1）有： min/ 7 . 477 2514 . 3 1510001000 r d v n = ，取min/500rn = 实际切削速度 v ，由式（1.2）有：sm nd v/260 601000 5002514 . 3 1000 0 = 被切削层长度l：mml60= 刀具切入长度 1 l： mmmmctgctgk d l r 5 . 633 . 6 2120 2 10 )21 ( 2 1 =+=+= 式 （1.8） 刀具切出长度 2 l：mml41 2 = 取mml3 2 = 走刀次数为 1 基本工时 2j t：min51 . 0 50027 . 0 3155 . 6 2 + = fn l tj 式（1.9） 工序六 镗54 和47 内孔时； 镗54时： 切削用量：ap=3 毛坯孔径 d=50 由表 8.2- 1 得：f=0.5 m/r v=80 m/r 则 n=318v/d=1817.1m/r 取 d=1800r/min 实际切削速度sm nd v/32 . 1 601000 18005014 . 3 1000 0 = 工作台每分钟进给量 min/90018005 . 0mmfnfm= 被切削层长度 mml60= 刀具切入长度 mm tgtgk a l r p 2 . 72 30 3 )32( 1 + =+= 刀具切出长度 mml53 2 = 取mml4 2 = 行程次数i： 1=i 基本工时 1 j t，由式（1.5）有：min079 . 0 1 900 214 21 1 + = + = m j f lll t 镗47 孔时 切削用量：ap=3 毛坯孔径 d=43 由表 8.2- 1 得：f=0.5 m/r v=80 m/r 则 n=318v/d=1817.1m/r 取 d=1800r/min 实际切削速度sm nd v/07 . 1 601000 18004314 . 3 1000 0 = 工作台每分钟进给量 min/90018005 . 0mmfnfm= 被切削层长度 mml60= 刀具切入长度 mm tgtgk a l r p 2 . 72 30 3 )32( 1 + =+= 刀具切出长度 mml53 2 = 取mml4 2 = 行程次数i： 1=i 基本工时 1 j t，由式（1.5）有：min079 . 0 1 900 2112 21 1 + = + = m j f lll t ，工序七和工序三的计算相同，在此不在累述 工序十工序十:钻钻 4-m12 螺纹孔螺纹孔 钻 m12 螺纹孔底孔10.2； 根据机械加工工艺手册表394 . 2查得：进给量rmmf/28 . 0 22 . 0 =,切削速 度smvc/36 . 0 =，切削深度mmap5 . 3= 机床主轴转速min/7 .982 2 .1014. 3 6036. 010001000 r d v n c = 取min/1200rn = 实际切削速度sm dn vc/43. 0 601000 12002 .1014. 3 1000 = 被切削层长度：mml5 . 8= 刀具切入长度：mmctgk d l r 5)21 ( 2 1 =+= 刀具切出长度：mml41 2 = 取mml3 2 = 根据机械制造工艺学表401可得： s nf lll tj68 . 5 60/120022 . 0 3512 21 = + = + =0.09 攻丝 m12 选择 m12mm 高速钢机用丝锥 f 等于工件螺纹的螺距 p，即1.25/fmm r= 7.5/min c vm= 机 min)/(298 x12 1000v n c r= 按机床选取272 /minnr= 机 6.8/min c vm= 机 基本工时： 05 . 0 25 . 1 272 21 = + = lll t 由表 3.3- 9 得：装夹工件时间为 0.17min 由表 3.3- 10 得：松开卸下工件时间为 0.15min 由表 3.3- 12 得：测量工件时间为：0.04min 所以辅助时间是 t1=1.34 min t2=0.094=0.36min 则 t 总=t1+t2=1.80min 第三章：夹具设计第三章：夹具设计 3.1 概述概述 在机床对零件进行机械加工时，为保证工件加工精度，首先要保证工件在 机床上占有正确的位置，然后通过夹紧机构使工件的正确位置固定不动，这一 任务就是由夹具来完成。 对于单件、小批生产，应尽量使用通用夹具，这样可以降低工件的生产成本。 但由于通用夹具适用各种工件的装夹，所以夹紧时往往比较费时间，并且操作复 杂，生产效率低。 本零件属于大量生产，零件外形也不适于使用通用夹具，为了保证工件精度， 提高生产效率，设计专用夹具就显得非常必要。 3.2 方案设计方案设计 方案设计是夹具设计的第一步，也是夹具设计关键的一步，方案设计的 好、坏将直接影响工件的加工精度、加工效率，稍不注意就会造成不能 满足工件加工要求，或加工精度不能达到设计要求，因此必须慎重考虑。 设计方案的拟定必须遵循下列原则： 1、定位装置要确保工件定位准确和可靠，符合六位定位原理。 2、夹具的定位精度能满足工件精度的要求。 3、夹具结构尽量简单，操纵力小而夹紧可靠，力争造价低 3.3 切削力和夹紧力的计算切削力和夹紧力的计算 2 ） 切削力及夹紧力计算 粗铣时受力最大， 选用高速端面铣刀 刀具：高速钢端面铣刀，38mm。 铣时的轴向力 查文献表 15-31， nf kyzc kfdcf ffff f y z f f f 6400 . 13 . 04 7 . 4281 . 9 0 . 1, 8 . 0, 0 . 1, 7 .42 81 . 9 8 . 00 . 1 0 = = = 由于工件所受加紧力与切削力方向相互垂直，为防止工件在切削力作用 下沿90mm 段较小平面侧边倾斜，使工件离开基面所需的夹紧力 lhf kl q + = 1 81 . 9 ， 摩擦系数 1 f 查4表 3-19， 1 f=0.25。 安全系数 54321 kkkkkk =， 式中 k1基本安全系数 1.5； k2加工状态系数 1.2； k3刀具钝化系数 1.5，由文献4表 3-20 查得； k4切削特点系数 1.0； k5考虑加紧动力稳定性系数 1.3。 l=20mm, h=42mm, l=34mm nq9904 344225. 0 206403 . 10 . 15 . 12 . 15 . 181. 9 = + = 查文献4表 3-26，知 d=10mm 的螺栓许用加紧力10094= 许 q，因 ，此选用该螺栓加紧足以满足加紧要求。 3 .4 定位误差分析定位误差分析 夹具的主要定位元件为心轴和定位块，该定位心轴是根据零件定位方案设计 的专用件，定位精度较高，同时铣面时，面自身没有精度要求，因此定位误差可 以不予考虑。 3.5 夹具设计及操作说明夹具设计及操作说明 如前所述，在设计夹具时，为提高生产率，首先想到是怎么样方便的安装和 拆卸， 本道工序就是采用了开口压板压紧的方式。由于本夹具是对工件进行铣上 端面， 因此在铅直方向受到很大的冲击力，故在其相应的方向上应适当的考虑强 度上的要求。并设法减少夹具的的占地面积，使之很方便的操作和快速的切换工 件。 夹具体上用40 孔定，定位钉定位，加一定位块限制 2 个自由度，靠铣削时 的里来限