机械制造技术课程设计-阀体加工工艺及钻2-φ10孔夹具设计【全套图纸】 .pdf

1 阀体加工工艺（钻直径为十孔）夹具设计说明书 目 录 1 第 1 章 引言 2 第 2 章 零件分析 4 2.1 零件的作用 4 2.2 零件的工艺分析 4 第 3 章 工艺规程设计 6 3.1 确定毛坯的制造形式. 6 3.2 毛坯的设计 6 3.3 选择定位基准 7 3.3.1 精基准的选择. 8 3.3.2 粗基准的选择. 8 3.4 制定工艺路线 9 3.4.1 工艺路线 9 第 4 章 确定切削用量及基本工时 . 11 第 5 章 夹具设计 21 5.1 本课题夹具设计 21 问题的提出 21 5.2 定位基准的选择 21 5.3 定位元件的选择 21 5.4 切削力及夹紧力计算. 22 5.5 夹紧机构设计 23 5.6 定位误差分析 23 5.7 夹具设计及操作简要说明 . 24 设计小结 25 参考文献 26 2 第1章 引言 工具是人类文明进步的标志。自 20 世纪末期以来，现代制造技术与机械制 造工艺自动化都有了长足的发展。但工具（含夹具、刀具、量具与辅具等）在不 断的革新中，其功能仍然十分显著。机床夹具对零件加工的质量、生产率和产品 成本都有着直接的影响。因此，无论在传统制造还是现代制造系统中，夹具都是 重要的工艺装备。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 机床夹具就是在机床上将工件进行定位、 夹紧， 将刀具进行导向的一种装置， 其主要作用就是使工件相对与机床和刀具有一个正确的位置， 并在加工过程中保 持这个位置不变 现代工业的一个显著特点是：新产品发展快，质量要求高，品种规格多，产 品更新换代周期短。 反映在机械工业上， 多品种、 小批量生产在生产类型比例中， 占了很大比重。 为了适应这一要求，必须做好生产技术准备工作，而机床夹具是这一工作的 重要组成部分。 阀体的加工工艺规程及钻 2- 10 孔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 3 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。 4 第2章 零件分析 2.1 零件的作用 图 2.1 零件图 阀体是一种一种阀上的零件，是阀的主体，起密封、定位的作用，孔系位置 精度要求较高，过流孔精度要求及表面粗糙度要求较高。 2.2 零件的工艺分析 阀体零件的材料为 ht150，灰铸铁属于脆性材料，故不能锻造和冲压。但灰 铸铁的铸造性能和切削加工性能优良。生产纲领为 10000 件一年，属于中小批量 生产。 零件有 2 组加工面，一组是以底面为基准的加工面，一组是以中心孔为基准 的加工面，他们有位置度要求。以下是本零件需要加工的表面以及加工表面之间 的位置要求： 5 (1) 一组是以底面为基准的加工面，这组面主要是上表面 b 及 a、c、d 面， 15 孔及 g3/8 螺纹。 (2) 以 10 孔为基准的加工面，这组加工面主要是 m24x2、 20、m36x2、 32、槽 18。 6 第3章 工艺规程设计 3.1 确定毛坯的制造形式 零件材料为 ht200，由于零件为 10000 件/年，属于中小批生产，而且零件 的轮廓尺寸不大，选用砂型铸造，采用机械翻砂造型，铸造精度为 2 级，这样有 利于保证铸件的尺寸要求。 3.2 毛坯的设计 阀体零件材料为 ht200，毛坯重约 3kg。生产类型为成批生产，采用砂型 铸造，机械翻砂造型，2 级精度组。 根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的加工余量，对毛坯初 步设计如下： 1. 阀体的 d 端面及 b 端面、a 端面，c 端面 该阀体的下端面粗糙度都是 6.3，只要进行铣加工就能满足光洁度要求。根 据资料可知，选取加工余量等级为 g，选取尺寸公差等级为 9 级。 所以根据相关资料和经验可知， 阀体的 a、 b、 c、 d 端面的单边余量为 2mm。 2. 其余各孔 其余各孔均为实心 根据上述原始资料及加工工艺，确定了各加工表面的加工余量、工序尺寸， 这样毛坯的尺寸就可以定下来了，毛坯的具体形状和尺寸见图 3.1“阀体”零件 毛坯简图。 7 图 3.1“阀体”零件毛坯图 3.3 选择定位基准 正确地选择定位基准是设计工艺过程的一项重要内容， 也是保证零件加工精 度的关键。 定位基准分为精基准、粗基准和辅助基准。在最初加工工序中，只能用毛坯 上未经加工的表面作为定位基准(粗基准)。在后续工序中，则使用已加工表面作 为定位基准(精基准)。 在制定工艺规程时， 总是先考虑选择怎样的精基准以保证达到精度要求并把 各个表面加工出来，然后再考虑选择合适的粗基准把精基准面加工出来。另外， 为了使工件便于装夹和易于获得所需加工精度，可在工件上某部位作一辅助基 准，用以定位。应从零件的整个加工工艺过程的全局出发，在分析零件的结构特 点、设计基准和技术要求的基础上，根据粗、精基准的选择原则，合理选择定位 基准。 8 3.3.1 精基准的选择精基准的选择 “基准重合”原则 应尽量选用被加工表面的设计基准作为精基准，即“基准重合”的原则。这 样可以避免因基准不重合而引起的误差。 “基准统一”原则 应选择多个表面加工时都能使用的定位基准作为精基准，即“基准统一”的 原则。 这样便于保证各加工表面间的相互位置精度，避免基准变换所产生的误差， 并简化夹具的设计制造工作。 “互为基准”原则 当两个表面的相互位置精度及其自身的尺寸与形状精度都要求很高时， 可采 用这两个表面互为基准，反复多次进行精加工。 “自为基准”原则 在某些要求加工余量尽量小而均匀的精加工工序中， 应尽量选择加工表面本 身作为定位基准。 对于精基准而言，主要应该考虑基准重合的问题，当设计基准与工序基准不 重合时，进行尺寸换算，这在以后还要专门计算，此处不再重复。 3.3.2 粗基准的选择粗基准的选择 若工件必须首先保证某重要表面的加工余量均匀，则应选该表面为粗基 准。 在没有要求保证重要表面加工余量均匀的情况下， 若零件上每个表面都要 加工， 则应以加工余量最小的表面作为粗基准。这样可使这个表面在加工中不致 因加工余量不足，造成加工后仍留有部分毛面，致使工件报废。 在没有要求保证重要表面加工余量均匀的情况下， 若零件有的表面不需要 加工时，则应以不加工表面中与加工表面的位置精度要求较高的表面为粗基准。 若既需保证某重要表面加工余量均匀， 又要求保证不加工表面与加工表面的位置 精度，则仍按本原则处理。 选作粗基准的表面，应尽可能平整和光洁，不能有飞边、浇口、冒口及其 他缺陷，以便定位准确，装夹可靠。 9 粗基准在同一尺寸方向上通常只允许使用一次， 否则定位误差太大。 但是， 当毛坯是精密铸件或精密锻件，毛坯质量高，而工件加工精度要求又不高时，可 以重复使用某一粗基准。 粗基准的选择：对于零件的加工而言，粗基准的选择对后面的精加工至关重 要。从零件图上可以看出，d 面是设计基准，首先以 d 面为粗基准，加工出 b 面，再以 b 面为基准，加工出 d 面，再以 d 为精基准加工其它表面，这样可以 满足加工要求。 3.4 制定工艺路线 3.4.1 工艺路线工艺路线 制订工艺路线的出发点，应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等 技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已确定为成批生产的条件下，可以考虑 采用通用型机床配以专用夹具，并尽量使工序集中在提高生产率。除此以外，还 应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量降下来。 方案一 工序 1：铸造 工序 2：时效处理 工序 3：粗铣 d 面。 工序 4：粗铣 b 面 工序 5：钻孔 23、钻孔 32、倒角 c1 工序 6：钻中心孔 10，钻孔 20、倒 c1，攻丝 m24 工序 7：铣 a 面 工序 8：铣 c 面 工序 9：钻 a 面 15，攻丝 g3/8 工序 10：钻 c 面 15，攻丝 g3/8 工序 11：钻 2- 10，铰孔 2- 10 工序 12：粗铣槽 18 0.043 0 + ，精铣槽 18 0.043 0 + 工序 13：攻丝 m36 x2 10 方案二 工序 1：铸造 工序 2：时效处理 工序 3：以 d 为粗基准，铣 b 面。 工序 4：铣 d 面 工序 5：钻中心孔 10 工序 6：钻孔 23、钻孔 32、倒角 c1 工序 7：钻孔 20、倒 c1，攻丝 m24 工序 8：铣 a 面 工序 9：铣 c 面 工序 10：钻 a 面 15，攻丝 g3/8 工序 11：钻 c 面 15，攻丝 g3/8 工序 12：钻 2- 10，铰孔 2- 10 工序 13：粗铣槽 18 0.043 0 + ，精铣槽 18 0.043 0 + 工序 14：攻丝 m36 x2 工艺方案一和方案二的比较，方案一先粗铣 d 面，方案二先铣 b 面，由于 d 面为设计基准，以 b 为精基准加工 d 面更能保证 d 面的精度，从而保证其它 尺寸，因此，本工艺设计选用方案二更为合理。 11 第4章 确定切削用量及基本工时 工序 3：以 d 为粗基准，铣 b 面 1. 选择刀具及机床 刀具选取高速钢端铣刀，机床采用 x61w 万能铣床 p a =2mm， 0 d =35mm，v=42.5m/min，z =3。 2. 决定铣削用量。 1）决定铣削深度 因为加工余量不大，一次加工完成 p a =2mm 2）决定每次进给量及切削速度 根据 x61w 型铣床说明书，其功率为为 7.5kw，中等系统刚度。 根据表查出 z f=0.2mm/齿，则 s 1000100042.5 386.7 35 v n d = r/min 按机床标准选取 w n 380r/min w 35 380 41.76 10001000 dn v =m/min 当 w n 380r/min 时 m f= wzzn f=0.23380=228mm/min 3）计算工时 切削工时：51lmm=， mml9 1 = ，则机动工时为 1 m w 51 9 0.26min 228 ll t n f + =. 工序 4：铣 d 面 1. 选择刀具及机床 刀具选取高速钢端铣刀，机床采用 x61w 万能铣床 12 p a =2mm， 0 d =35mm，v=42.5m/min，z =3。 2. 决定铣削用量。 1）决定铣削深度 因为加工余量不大，一次加工完成 p a =2mm 2）决定每次进给量及切削速度 根据 x61w 型铣床说明书，其功率为为 7.5kw，中等系统刚度。 根据表查出 z f=0.2mm/齿，则 s 1000100042.5 386.7 35 v n d = r/min 按机床标准选取 w n 380r/min w 35 380 41.76 10001000 dn v =m/min 当 w n 380r/min 时 m f= wzzn f=0.23380=228mm/min 3）计算工时 切削工时：51lmm=， mml9 1 = ，则机动工时为 1 m w 51 9 0.26min 228 ll t n f + =. 工序 5：钻中心孔 10 1、选择刀具和机床 机床：z550 立式钻床 刀具：根据机械加工工艺手册表 10- 61 选取高速钢麻花钻 10 2、确定钻削用量 1)进给量 取 f =0.13mm/r 2)切削速度 v=2434m/min. 取 v=30m/min 13 3)确定机床主轴转速 s n = w 1000 d vc = 1000 30 10 955r/min 与 955r/min 相近的机床转速为 996r/min。现选取 w n =996r/min。 所以实际切削速度cv= 1000 5 dn = 10 996 31.2 1000 =m/min 5) 切削工时，按工艺手册表 6.2- 1。 fn lll t w 21 m + = ;其中30mml =; 1l =4mm; 2l =3mm; m t= fn lll w 21+ + = 37 996 0.13 =0.285(min) 工序 6：钻孔 23、钻孔 32 一、钻孔23 1、选择刀具和机床 机床：z550 立式钻床 刀具：根据机械加工工艺手册表 10- 61 选取高速钢麻花钻 10 2、确定钻削用量 1)进给量 取 f =0.13mm/r 2)切削速度 v=2434m/min. 取 v=30m/min 3)确定机床主轴转速 s n = w 1000 d vc = 1000 30 23 415.4r/min 与 415.4r/min 相近的机床转速为 351r/min。现选取 w n =351r/min。 所以实际切削速度cv= 1000 5 dn = 23 351 25.5 1000 =m/min 5) 切削工时，按工艺手册表 6.2- 1。 fn lll t w 21 m + = ;其中78mml =; 1l =6mm; 2l =0mm; 14 m t= fn lll w 21+ + = 84 351 0.13 =0.4(min) 一、钻孔32 1、选择刀具和机床 机床：z550 立式钻床 刀具：根据机械加工工艺手册表 10- 61 选取高速钢麻花钻 10 2、确定钻削用量 1)进给量 取 f =0.13mm/r 2)切削速度 v=2434m/min. 取 v=30m/min 3)确定机床主轴转速 s n = w 1000 d vc = 1000 30 32 298r/min 与 298r/min 相近的机床转速为 250r/min。现选取 w n =250r/min。 所以实际切削速度cv= 1000 5 dn = 32 250 25.1 1000 =m/min 5) 切削工时，按工艺手册表 6.2- 1。 fn lll t w 21 m + = ;其中59.5mml =; 1l =6mm; 2l =0mm; m t= fn lll w 21+ + = 65.5 2500.13 =2.01(min) 工序 7：钻孔 20 1、选择刀具和机床 机床：z550 立式钻床 刀具：根据机械加工工艺手册表 10- 61 选取高速钢麻花钻 10 2、确定钻削用量 1)进给量 取 f =0.13mm/r 2)切削速度 v=2434m/min. 取 v=30m/min 3)确定机床主轴转速 s n = w 1000 d vc = 1000 30 20 477r/min 15 与 477r/min 相近的机床转速为 500r/min。现选取 w n =500r/min。 所以实际切削速度cv= 1000 5 dn = 20 500 31.4 1000 =m/min 5) 切削工时，按工艺手册表 6.2- 1。 fn lll t w 21 m + = ;其中21mml =; 1l =6mm; 2l =0mm; m t= fn lll w 21+ + = 21 500 0.13 =0.32(min) 工序 8：铣 a 面 1. 选择刀具及机床 刀具选取高速钢端铣刀，机床采用 x61w 万能铣床 p a =2mm， 0 d =35mm，v=42.5m/min，z =3。 2. 决定铣削用量。 1）决定铣削深度 因为加工余量不大，一次加工完成 p a =2mm 2）决定每次进给量及切削速度 根据 x61w 型铣床说明书，其功率为为 7.5kw，中等系统刚度。 根据表查出 z f=0.2mm/齿，则 s 1000100042.5 386.7 35 v n d = r/min 按机床标准选取 w n 380r/min w 35 380 41.76 10001000 dn v =m/min 当 w n 380r/min 时 m f= wzzn f=0.23380=228mm/min 3）计算工时 切削工时：40lmm=， mml9 1 = 则机动工时为 16 1 m w 409 0.21min 228 ll t n f + =. 工序 9：铣 c 面 1. 选择刀具及机床 刀具选取高速钢端铣刀，机床采用 x61w 万能铣床 p a =2mm， 0 d =35mm，v=42.5m/min，z =3。 2. 决定铣削用量。 1）决定铣削深度 因为加工余量不大，一次加工完成 p a =2mm 2）决定每次进给量及切削速度 根据 x61w 型铣床说明书，其功率为为 7.5kw，中等系统刚度。 根据表查出 z f=0.2mm/齿，则 s 1000100042.5 386.7 35 v n d = r/min 按机床标准选取 w n 380r/min w 35 380 41.76 10001000 dn v =m/min 当 w n 380r/min 时 m f= wzzn f=0.23380=228mm/min 3）计算工时 切削工时：40lmm=， mml9 1 = 则机动工时为 1 m w 409 0.21min 228 ll t n f + =. 工序 10：钻 a 面 15，攻丝 g3/8 1、选择刀具和机床 17 机床：z550 立式钻床 刀具：根据机械加工工艺手册表 10- 61 选取高速钢麻花钻 10 2、确定钻削用量 1)进给量 取 f =0.13mm/r 2)切削速度 v=2434m/min. 取 v=30m/min 3)确定机床主轴转速 s n = w 1000 d vc = 1000 30 15 636.9r/min 与 636.9r/min 相近的机床转速为 500r/min。现选取 w n =500r/min。 所以实际切削速度cv= 1000 5 dn = 15 500 23.5 1000 =m/min 5) 切削工时，按工艺手册表 6.2- 1。 fn lll t w 21 m + = ;其中48.5mml =; 1l =6mm; 2l =3mm; m t= fn lll w 21+ + = 57.5 500 0.13 =0.88(min) 工序 11：钻 c 面 15，攻丝 g3/8 1、选择刀具和机床 机床：z550 立式钻床 刀具：根据机械加工工艺手册表 10- 61 选取高速钢麻花钻 10 2、确定钻削用量 1)进给量 取 f =0.13mm/r 2)切削速度 v=2434m/min. 取 v=30m/min 3)确定机床主轴转速 s n = w 1000 d vc = 1000 30 15 636.9r/min 与 636.9r/min 相近的机床转速为 500r/min。现选取 w n =500r/min。 所以实际切削速度cv= 1000 5 dn = 15 500 23.5 1000 =m/min 18 5) 切削工时，按工艺手册表 6.2- 1。 fn lll t w 21 m + = ;其中48.5mml =; 1l =6mm; 2l =3mm; m t= fn lll w 21+ + = 57.5 500 0.13 =0.88(min) 工序 12：钻 2- 10 1、选择刀具和机床 机床：z550 立式钻床 刀具：根据机械加工工艺手册表 10- 61 选取高速钢麻花钻 10 2、确定钻削用量 1)进给量 取 f =0.13mm/r 2)切削速度 v=2434m/min. 取 v=30m/min 3)确定机床主轴转速 s n = w 1000 d vc = 1000 30 10 955r/min 与 955r/min 相近的机床转速为 996r/min。现选取 w n =996r/min。 所以实际切削速度cv= 1000 5 dn = 10 996 31.2 1000 =m/min 5) 切削工时，按工艺手册表 6.2- 1。 fn lll t w 21 m + = ;其中8mml =; 1l =3mm; 2l =2mm; m t= fn lll w 21+ + = 13 996 0.13 =0.1(min) 2 m t= fn lll w 21+ + = 13 2 996 0.13 =0.2(min) 工序 13：粗铣槽 18 0.043 0 + ，精铣槽 18 0.043 0 + 粗铣槽 18 0.043 0 + 1. 选择刀具及机床 19 刀具选取不重磨损硬质合金圆周铣刀，刀片采用 yg8，机床采用 x61w 万 能铣床 p a =1mm， 0 d =60mm，v=42.5m/min，z =8。 2. 决定铣削用量。 1）决定铣削深度 因为加工余量不大，一次加工完成 p a =1.5mm 2）决定每次进给量及切削速度 根据 x61w 型铣床说明书，其功率为为 7.5kw，中等系统刚度。 根据表查出 z f=0.1mm/齿，则 s 1000100042.5 225 60 v n d = r/min 按机床标准选取 w n 200r/min w 60200 37.7 10001000 dn v =m/min 当 w n 200r/min 时 m f= wzzn f=0.18200=160mm/min 3）计算工时 切削工时：24lmm=， 1 10lmm=，则机动工时为 12 m w 34 0.21min 160 lll t n f + = 精铣槽 18 0.043 0 + 1. 选择刀具及机床 刀具选取不重磨损硬质合金圆周铣刀，刀片采用 yg8，机床采用 x61w 万 能铣床 p a =1mm， 0 d =60mm，v=42.5m/min，z =8。 2. 决定铣削用量。 20 1）决定铣削深度 因为加工余量不大，一次加工完成 p a =1.5mm 2）决定每次进给量及切削速度 根据 x61w 型铣床说明书，其功率为为 7.5kw，中等系统刚度。 根据表查出 z f=0.1mm/齿，则 s 1000100042.5 225 60 v n d = r/min 按机床标准选取 w n 200r/min w 60200 37.7 10001000 dn v =m/min 当 w n 200r/min 时 m f= wzzn f=0.18200=160mm/min 3）计算工时 切削工时：24lmm=， 1 10lmm=，则机动工时为 12 m w 34 0.21min 160 lll t n f + =. 21 第5章 夹具设计 5.1 本课题夹具设计 为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。 由指导老师的分配，决定设计工序 12（钻 2- 10，铰孔 2- 10）的夹具。 问题的提出 本夹具主要用于钻 2- 10，钻孔之前，其它各表面已加工好，本道工序属 于精加工，加工精度要求较高，为此，本夹具主要考虑如何提高加工精度，同时 要注意提高生产效率。 5.2 定位基准的选择 采用已加工的底面 d 、和已加工的孔 32 为定位基准，用底面、定位销和 一挡销限制工件六个自由度， 达到完全定位。 为了提高加工效率， 缩短辅助时间， 决定用螺栓压块作为夹紧机构。 5.3 定位元件的选择 由上可知，由底面，定位销，挡销定位。所以选用的元件为定位销和挡销。 22 5.4 切削力及夹紧力计算 刀具：高速钢钻头，直径 d0=10mm，f=0.13mm/r 钻头转速 n=16.6r/s 工件材料：灰铸铁 hb=20-40 则： 切屑扭矩 m= m y x m kfdc m m 0 10 3 （表 336） =225.6310 9 . 1 0.4