毕业设计（论文）-保温门块工艺规程设计

摘 要本文研究的课题是结合某环境试验室的保温门研究项目而进行的。论文根据试验室的要求，针对保温门系统手动拆装费时的现状以及对温度的要求，研制出能够根据试验要求而实现自动开启并可耐自然情况下极低或极高温度的保温门系统。论文对国内外各种保温门的现状进行了分析，确定了自动保温门的总体设计方案以及工艺规程设计方案。该方案中门块壳体材料取玻璃钢铸造，壳体厚度18mm,为减小门块的变形，在每块门玻璃钢壳体内放置两排、四段120mm120mm、长1200mm空心方钢支架保证门块具有足够的刚度，壳体内部充填聚氨酯发泡绝热材料。通过对保温门的结构设计，得出其制造的工艺设计规程，以此制造出适合试验室的保温门。并在此基础上进行了精度误差的计算分析，确保其在试验室的正常使用。关键词：保温门 科研 结构设计 工艺规程AbstractThis dissertation is combined with the reconstruct item that is the heat-insulatied door for the environmental testing labotatoty.The dissertation is according to the request of testing laboratory,carry on the reconstruct to already existing manual disasembly and assembly time-consuming,designing can require to realize the automatically controlled heat-insulatied door system according to the test.The essay on the status of the insulatied door at home and abroad were analyzed to determine the automatic insulatied door and the overall design process planning program. Block the doors of the program to take glasssteel,casting shell material, shell thickness of 18mm, to reduce the deformation of the block the door, glass door in each two rows of steel and four section placed on the body, 120mm 120mm, 1200mm long hollow square steel frame to ensure that the door block with sufficient rigidity, the shell filled with polyurethane foam insulation inside. Through the structural design of the door, come to its manufacturing process design rules, thereby creating room for testing insulatied door.And on this basis the accuracy of the calculation error, to ensure the normal use in the laboratory.Key words:Heat-insulatied door;Research;Structural Design;Process planning30目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题研究的背景11.2 保温门的国内外发展现状11.3 研究的意义和必要性41.4 本文研究的主要内容5第2章 保温门块结构设计62.1保温门块主要技术指标62.2 使用要求62.3 保温门门块结构设计62.3.1保温门块设计62.3.2 保温门块的材质8第3章 保温门块工艺规程设计93.1 分析零件图和产品装配图93.2 对零件图和装配图进行工艺审查93.3 由产品的年生产纲领和产品自身特性研究确定零件生产类型93.4 确定毛坯103.5 拟定工艺路线103.5.1 选择定位基准103.5.2 零件表面加工方法的选择123.5.3 加工阶段的划分123.5.4 工序的集中与分散143.5.5 工序先后顺序的安排153.5.6机床设备与工艺装备的选择163.6 确定各工序所用机床设备和工艺设备（含刀具、夹具、量具、辅具等），对需要改装或重新设计的专用工艺装备提出设计任务书173.7 确定各工序的加工余量和计算工序尺寸183.7.1 概述183.7.2 影响加工余量的因素193.7.3 加工余量的确定203.8 确定各工序的技术要求、检验方法、切削用量和工时定额203.8.1 工艺过程的生产率203.8.2 工艺方案的经济分析223.9 编制工艺文件23第4章 温度变化对保温门精度影响244.1门块凸、凹弯曲变形误差244.2 门块、导轨受热、受冷后的线膨胀误差26结 论27致 谢28参考文献29第1章 绪论1.1 课题研究的背景本论文是结合某环境试验室保温门设计制造项目而开展的研究。环境试验室是在各种不同环境下测试各项性能指标的试验场所。环境试验室的重要组成部分保温门，起着保证在各种温度下试验室的保温密封作用，需要满足各种环境试验条件的要求（试验环境温度在-50+40变化）。环境试验室保温门的密封质量，决定了在不同规定温度下试验的质量。按规定要求条件下的试验，一方面可对待测装置性能做出正确的综合评价，另一方面也能通过对测试参数的分析为设计制造提供可靠的数据，这对于提高设计加工水平与质量具有重大意义。原有的保温门系统，由于采用若干个压缩泡沫保温块当作门使用，试验时，需手动将门块打开。开门时，室内外形成对流，不能保证试验过程中试验时温度要求，且在试验中，每块保温门的开启、关闭都是手动操作，既费时费力，又不能保证测试结果的准确性；因此设计一个能够自动开启、关闭的保温门系统，并对门块实现准确、简单、方便、可靠的控制与操作，满足试验时对环境温度的要求是十分必要的。1.2 保温门的国内外发展现状通过对国内外市场调研，了解到目前有多种形式的自动门如自动感应门，自动卷帘门，工业自动门，BST弧形自动移动门等。其中自动感应门又包括平滑自动感应门，平开自动感应门，弧型自动感应门，旋转自动感应门，医用系列自动感应门等。自动门的工作原理是：感应探测器探测到有人进入时，将脉冲信号传给主控器，主控器判断后通知马达运行，同时监控马达转数，以便通知马达在一定时候加力和进入慢速运行。马达得到一定运行电流后做正向运行，将动力传给同步带，再由同步带将动力传给吊具系统使门扇开启；门扇开启后由控制器作出判断，如需关门，通知马达作反向运动，关闭门扇。以下介绍以下目前市场上各种自动门的情况：1自动感应门自动感应门种类很多，在此，仅以平移型感应自动门机为例介绍一下自动感应门机的部件组成：（1）主控制器：它是自动门的指挥中心，通过内部编有指令程序的大规模集成块，发出相应指令，指挥马达或电锁类系统工作；同时人们通过主控器调节门扇开启速度、开启幅度等参数。（2）感应探测器：负责采集外部信号，如同人们的眼睛，当有移动的物体进入它的工作范围时，它就给主控制器一个脉冲信号；（3）动力马达：提供开门与关门的主动力，控制门扇加速与减速运行。（4）门扇行进轨道：就象火车的铁轨，约束门扇的吊具走轮系统，使其按特定方向行进。（5）门扇吊具走轮系统:用于吊挂活动门扇，同时在动力牵引下带动门扇运行。（6）同步皮带（有的厂家使用三角皮带）：用于传输马达所产动力，牵引门扇吊具走轮系统。（7）下部导向系统：是门扇下部的导向与定位装置，防止门扇在运行时出现前后门体摆动。（8）自动感应门内装有感应门机，就是控制自动门进行打开关闭的一系列组件的合称；也叫自动门机组或感应门机组；感应门机的组件一般包括：电动机，控制器，滑轮，皮带。2自动卷帘门自动卷帘门应用广泛，种类繁多。有防火卷帘门，防盗商铺卷帘门，铝合金卷帘门，地下的钢质卷帘门等。3工业自动门工业自动门又分为垂直提升垂置式，多段垂直提升垂置式，垂置提升平置式，垂置提升斜置式，单侧平移式，双侧对开平移式，双开平移重叠式，双开平移折叠式，多层平移重叠式等。工业自动门是优泰自动门业经过多年的实践而开发研制的新一代产品。该产品广泛适用于各类工矿厂房、车间、仓库、机房、车库等场合。工业自动坚固、美观、耐用的，具有良好的热绝缘性能和密封性能，抗风压性能以及节省安装空间和使用空间的门。工业自动门支持多种提升方式，工业滑升门可满足多种安全需要，适应任何气候环境，最佳利用通道空间。广泛的应用于各类厂房、车间及物流仓储场所（普遍用于外门，在物流通道，一般配合门封及卸货平台使用），并可度身定制。工业自动门主要性能特点介绍最小的运行空间：工业滑升门可以沿通道口两侧轨道，顺着墙体向上滑动至通道口上侧或建筑物天花板下方。有效的利用了室内空间。满足各种需要：门的设计和多种系统配置方案，使门可以满足各种工业建筑需要。也可以适应任何专业性的需要。完善所适用的建筑环境。易于开启和操作：适应多种建筑空间结构，体积小、结构紧凑、向上滑动不占空间，配置原驱动和控制系统，使门的开启和操作更方便。良好的热绝缘性能：绝缘门体能有效阻隔室内外的冷热交换、降低噪音。改善室内环境、降低能量消耗。热绝缘（导热）系数K=1.51w/m2k。美观耐用保温：门板内外双层钢板，门体表面聚酯高温处理，中间填充聚氨酯保 温层，门板规格为：厚度40mm200mm，长度最高为12m，坚固、隔热、保温（ 40+80）；轨道加强及热镀锌钢板，坚固而耐用；外置扭簧平衡系统寿命长达数万次以上；密封条有内外两种方式，防冻、 防潮、隔热、防水渗入。安全可靠：关门时设有门体防卡堵，气感安全边反弹功能，或红外线传感功能， 当遇到阻力或障碍物时，门控系统将门体自动反弹，以免卡人、卡车发生意外事故。多种颜色选择：红色、蓝色、黄色、白色等多种颜色可供选择。多种开启方式：手动、电动、遥控、感应等多种开启方式。4BST弧形自动移动门BST弧形自动移动门使建筑的出入口变得优美并富有个性，配合整体建筑设计思想，它的设计可以独具个性自成一体，或者与建筑的外墙和谐一致。功能特点：(1)具备隔尘和防风功能；即使在结构尺寸非常紧凑的场合亦能给予人行走出入口足够的宽度和深度。(2)专业研制的细窄框型材系统使门体如同全玻璃一样通透；密封效果更佳。由于环境实验室对温度的特殊要求，要保持某一恒定温度，所以对门的保温性提出了一定的要求。目前，各种门根据需求各异，保温材料也多种多样主要有：1硅酸铝板。有普通型硅酸铝板和高密度型硅酸铝板，其中普通型硅酸铝板是以焦宝石为主要原料，在熔融、出丝（在出丝过程中加入适量粘合剂）、固化室固化、切割等工作制成。高密度型硅酸铝板是以含有一定比例粘结剂的硅酸铝毡坯为原料，经加压、固化室定型、纵横切割等工序制成。2泡沫石棉制品。泡沫石棉是新型轻质高效的保温节能材料，它以天然矿物石棉纤维为原料，通过制浆、发泡、干燥成型工艺制成。特点：具有容量轻、导致系数低、保温性能好、防水性能好、抗腐蚀、吸间防震、不刺激皮肤、无粉尘污染的特点，可任意裁剪、弯曲、施工简便迅速。是各种热力管道、设备、窑炉、适用范围：石油、化工、电力、冶金、建筑等部门。3复合硅酸盐制品。复合硅酸盐（镁）保温材料是一种固体基质联结的封闭的孔网状结构材料，是由硅酸铝纤维、海泡石等耐火高温材料加分散剂、粘结剂、渗透剂等复合制造而成。特点：由多种材质复合而成，成型好，软硬适中，不易破碎，无施工压缩，施工便捷，无污染，使用寿命长。适用范围：适用于各种口径和技术要求的热网管道、设备管道及中央空调系统管道的隔热保温。4微孔硅酸钙。该产品是目前硬质保温材料中各项性能指标最为理想的新型保温制品，它具有容重轻导热系数低、抗折、抗压强度高、遇水不变形、使用寿命长、可锯切、易加工、无毒、不腐蚀管道和设备等优点，是目前最受电力、石油化工、冶金等部门欢迎的新型硬质保温材料。根据使用温度不同硅酸钙分为两大类：普通型和高温型。普通型硅酸钙根据密度不同分三种：240型、220型、170型，均可供650以下的设备和管道保温时选用。高温型微孔硅酸钙属硬硅钙石型，其使用温度在1000以下，主要用于锅炉、窑炉及1000以下的管道及设备。5玻璃钢制品。玻璃钢同一切复合材料一样，由两部分材料组成。一部分称为增强材料，在复合材料中起骨架作用；另一部分称为基体材料，在复合材料中起粘结作用。玻璃钢中的增强材料就是玻璃纤维。玻璃纤维是由熔融的玻璃拉成或吹成的无机纤维材料，其主要化学成分为二氧化硅、氧化铝、氧化硼、氧化镁、氧化钠等。制成的纤维有长丝、短丝及絮状物，直径一般为380微米，最粗也只有头发丝那样粗细。直径为10微米的玻璃纤维，抗拉强度为3600兆帕，相当于在每平方毫米的截面积上能承受360千克的拉力而不断。这种强度比高强度钢还高出2倍。用途：屋顶保温、保冷、吸音材料。建筑物保温、保冷。娱乐场所影剧院、电视台、广播电台、实验室、吸音处理。空调管道冷冻及冷藏仓库的隔热。由于保温门安装在室外，而且要满足比较大的温度变化，通过分析比较我们考虑选择玻璃钢作为保温材料。在抗冲击方面，目前各种门只能抵抗小的冲击力，而对于在实际试验条件下是否能抵抗巨大冲击力，还需要对门的结构和抗冲击性能方面进行重点考虑，即保温门块抗冲击性要完全满足实际试验时极限反冲击力。通过调研发现一种聚丙烯的材料的硬度和强度都很大，质量比较轻，其绝热和耐温性都很好，但其价格比较昂贵，对整个系统来说成本较高。玻璃钢材料价格和整体性能都符合保温门块设计要求，因此我们依然考虑采用玻璃钢材料。1.3 研究的意义和必要性1完成环境试验室保温门设计对保证试验质量拥有十分深远的意义。目前,环境试验室在试验时，均由人工顺序打开若干门块来实现操作，即费时又费力，效率低，不能实现连续操作。当打开每块组成门块时，室内外空气对流，无法实现保温。且由于操作过程长，大大地影响了该试验室的试验条件，且在很大程度上影响了试验结果的准确性。为了能够在试验时测得更准确、更可靠、更贴近待侧装置性能指标的试验数据，而原有试验室保温门已不能满足要求，因此设计一个能够满足各种不同环境试验要求和质量的环境试验室自动保温门是十分必要的。2环境试验室保温门设计对改善试验室条件，并加快试验室自动化步伐起着重要意义。随着科学技术的不断发展，对待测装置的性能要求的不断提高，试验室必须不断提高试验水平和试验条件。为了改善试验室条件，减轻试验人员劳动强度，我们需要运用现代化的手段研制一个高效率、高可靠性、自动控制的环境试验室保温门系统并对其各种性能进行分析，加快实验室自动化步伐。1.4 本文研究的主要内容（1）根据国内外各种保温门的现状，结合环境试验室的现状，依据项目合同书提出的研制要求，制订出保温门系统总体结构研制方案。（2）根据保温门系统总体方案进行了结构设计。（3）根据结构设计方案，制作出工艺规程设计方案。（4）由于保温门内外温差较大，需要进行温度变化对保温门的精度影响进行误差分析。第2章 保温门块结构设计2.1保温门块主要技术指标保温门的密封、射击状态转换时间 3min试验时试验室温度变化 8门块宽度 0.42m保温门块数量 14个移动式保温罩长度 4.5m移动式保温罩截面 内径0.55m移动式保温罩中心距地面调整范围 1.42.5m空气幕数量 4个保温门行程 1.2m2.2 使用要求室外环境温度 -35+40室内环境温度 -60+75供电 220V10、50Hz1380V10、50Hz1平均无故障工作时间 MTBF300h平均故障修复时间 MTTR0.5h2.3 保温门门块结构设计2.3.1保温门块设计保温门门块子系统包括：门部件、导轨、底座、门座等部分。本设计主要针对门部件进行。多个保温门块工作过程：在试验时有时要打开一个门块，而有时同时要打开两个门块，或者随着待测装置伸出部分的移动，有的门块要开，有的门块又要关，各个门块的协调要靠检测装置和PLC编程控制系统来控制各个门的开启、关闭状态。门块是组成保温门的关键部件，试验时需要顺利完成开、关门以及保温等任务。门块壳体材料取玻璃钢铸造，壳体厚度18mm，为减小门块的变形，在每块门玻璃钢壳体内部放置两排、四段120mm120mm、长1200mm空心方钢支架保证门块具有足够的刚度，壳体内部充填聚氨酯发泡绝热材料。门块有：垂直墙面最下面门块、垂直墙面门块、垂直墙与邪墙转角处的门块、斜墙面门块、斜墙面最上层门块6种，加上最上、最下挡板总共8种。在本文中只研究其中一种。垂直墙面门块4块，长、宽、高尺寸为1550420180（mm3），斜墙面门块10块，长、宽、高尺寸为1550550180（mm3），各门块结构设计成上侧面上部具有凸导向面和下侧面上部凹导向面，分别用于在与其相邻的两个门块的凹凸导向面中移动。由于保温门块是整个装置的主要部件，经常开关，并起到保温作用。所以设计它的结构时必须考虑到它的保温性能以及移动是否方便自如。综合考虑，其结构设计如图2-1所示。图2-1 保温门块门块的移动是以每个门块侧面之间的凸、凹导向槽和门块下面的矩形导向面在安装左侧墙面的导轨槽中移动而实现的。（1）每个门块下面设计导轨，导轨的作用一是起到门块移动的导向作用，二是起到当垂直门移动时，防止向外翻转的作用。（2）门的底部两侧各有个凹槽，其作用是使门块在导轨上平稳的滑动。每个门块的另一个侧面为凸导向结构，在另一门块的凹导向槽里移动。（3）门块的凹槽里面都粘有密封条，密封效果良好。（4）门块的左端面处有个销孔，其作用是：当门关闭时，固定在门座一侧的对应的定位销插入定位销孔中，起到定位作用；当某一门块打开时，防止门块受重力作用向下倾斜，产生偏转移动。（5）门块顶面安装与电动推杆连接的支座。2.3.2 保温门块的材质保温门的体积庞大结构复杂。因此选用质量轻、强度高、耐温性好的材料是保温门材料的首选。目前，工程上普遍使用玻璃钢。玻璃钢以合成树脂为粘结剂，玻璃纤维及其制品作增强材料而制成的复合材料，称为玻璃纤维增强材料。因其强度高，可以和钢铁相比，故又称玻璃钢（FRP）。合成树脂在玻璃钢中，一方面将玻璃纤维粘结成一个整体，起着传递载荷的作用，另一方面又赋予玻璃钢各种优良的综合性能。玻璃纤维及其制品是玻璃钢的主要承力材料，在玻璃钢中起着增强骨架的作用，对玻璃钢的力学性能起主要作用，同时也减少了产品的收缩率，提高了材料的热变形温度和抗冲击等性能。玻璃纤维的主要成分是二氧化硅。另外，还需固化剂、增塑剂、增韧剂、填料和脱模剂等。其内部则填充了绝热材料。如图2-2所示。图2-2 保温门块横截面第3章 保温门块工艺规程设计3.1 分析零件图和产品装配图设计工艺规程时，首先应分析零件图和该零件所在部件或总成的装配图，了解该零件在部件或总成中的位置和功用以及不见或总成对该零件提出的技术要求，分析其主要技术关键和相应采取的工艺措施。 图2-2 保温门处于关闭位置在本设计中，保温门块是整个保温门系统的一部分，门块的下端在导轨中滑动，上端互相啮合。在主要表面对精度要求高，应采取较合适的加工方法。3.2 对零件图和装配图进行工艺审查审查图样上的视图，尺寸公差和技术要求是否正确、统一、完整，对零件设计的结构工艺性进行评价，如发现有不合理之处应及时提出。本设计图纸中，尺寸公差和技术要求正确、统一、完整，没有结构不合理之处，可以进行工艺规程设计。3.3 由产品的年生产纲领和产品自身特性研究确定零件生产类型 社会对于机械产品的需求是多种多样的，有些产品结构复杂，有些简单；有些产品技术要求高，比较精密，有些就不那么精密；有些产品社会需求量的大，有些则需求量小。根据加工零件的年生产纲领和零件本身的特性（轻重、大小、结构复杂程度，精密程度等），将零件的生产类型划分为单件生产、成批生产和大量生产三种。产品的种类很多，同一种产品的数量不多，生产很少重复，此种生产称为单件生产；产品的品种较少，数量很大，每台设备经常重复地进行某一工件的某一工序的生产，此种生产称为大量生产；成批的制造相同的零件的生产，称为批量生产。每批制造的相同零件的数量，称为批量。按照批量多少和被加工零件自身的特性，成批生产又可进一步划分为小批生产、中批生产和大批生产。小批生产接近于单件生产，大批生产接近大量生产，中批生产介于单件生产和大量生产之间。本设计中的保温门块为试验室所需，保温门块生产数量少，生产很少重复，故其生产类型应属于单件生产。3.4 确定毛坯提高毛坯制造质量，可以减少机械加工劳动量，降低机械加工成本，但同时可能会增加毛坯的制造成本，须根据零件生产类型和毛坯制造的生产条件确定毛坯制造方法。应当指出，我国机械制造工厂的材料利用率较低，只要有可能，应提倡采用精密铸造、精密锻造、冷轧、冷挤压、粉末冶金等先进的毛坯制造方法。材料利用系数是衡量工艺规程设计是否合理的一个重要参数。毛坯的选择既影响到毛坯制造工艺又影响到机械加工工艺，要根据零件生产纲领、材料的工艺特性、零件对材料性能的要求和零件的结构等因素而定。保温门的产量较小，且体积庞大结构复杂。因此选用轻质高强、耐温性好的材料是保温门材料的首选。目前，工程上普遍使用玻璃钢。玻璃钢属于铸件，铸件是将熔融的金属浇入铸型，凝固后所得到的金属毛坯。适用于形状比较复杂的零件毛坯。3.5 拟定工艺路线拟定工艺路线是设计工艺规程最为关键的一步。其主要内容包括：选择定位基准，确定各加工表面的加工方法，划分加工阶段，确定工序集中和分散程度，确定工序顺序等。在拟定工艺路线时，须同时提出几种可能的加工方案，然后通过技术和经济的对比分析，最后确定一种最为合理的工艺方案。须顺序完成以下几个方面的工作。3.5.1 选择定位基准在工艺规程设计中，正确选择定位基准，对保证零件技术要求、确定加工先后顺序有着至关重要的影响。定位基准有精基准和粗基准之分。用毛坯上未经过加工的表面作定位基准，这种定位基准称为粗基准；用加工过的的表面作定位基准，这种定位基准称为精基准。在选择定位基准时一般都是先根据零件的加工要求选择精基准，然后再考虑哪一组表面作粗基准才能把精基准加工出来。1. 精基准的选择原则选择精基准一般应遵循以下几项原则：（1）基准重合原则：应尽可能选择所加工表面的设计基准为精基准，这样可以避免由于基准不重合引起的定位误差。 （2）统一基准原则：应尽可能选择用同一组精基准加工工件上尽可能多的表面，以保证所加工的各个表面之间具有正确的相对位置关系。（3）互为基准原则：当工件上两个加工表面之间的位置精度要求比较高时，可以采用两个加工表面互为基准的方法进行加工。（4）自为基准原则：一些表面的精加工工序，要求加工余量小而均匀，常以加工表面自身为精基准进行加工。上述四项选择精基准的原则，有时不可能同时满足，应根据实际条件来决定取舍。2. 粗基准的选择原则工件加工的第一道工序所用的基准都是粗基准，粗基准选择的争取与否，不但与第一道工序的加工有关，而且还将对该工件加工的全过程产生重大影响。选择粗基准，一般应遵循以下几项原则：（1）保证零件加工表面相对于不加工表面具有一定位置精度的原则：被加工零件上如有不加工表面应选不加工表面作粗基准，这样可以保证不加工表面相对于加工表面具有一定的相对位置关系。（2）合理分配加工余量的原则：从保证重要表面加工余量均匀考虑，应选择重要表面作粗基准。（3）便于装卡的原则：为使工件定位稳定，夹紧可靠，要求所选用的粗基准尽可能的平整、光洁，不允许有锻造飞边、铸造浇冒口切痕或其他缺陷，并有足够的支撑面积。（4）在同一尺寸方向上粗基准一般不得重复试用的原则：在同一尺寸方向上，粗基准只允许使用一次，这是因为粗基准一般都很粗糙，重复使用同一粗基准所加工的两组表面之间的位置误差会相当大，故在同一尺寸方向上粗基准一般不得重复使用。上述四项选择粗基准的原则，有时不能同时兼顾，只能根据主次抉择。根据以上选择精基准和粗基准的原则，将P、Q、R三个面选为精基准，其中R面还作为粗基准。在保温门系统中，P、Q两面镶嵌在导轨中，而R面则连接这连杆，完成保温门移动过程，为了保证其正常使用，对P、Q、R三个面有较高的形位要求。所以先以R面为粗基准加工P面和Q面，再以P、Q、R三面为精基准加工其他表面。先进行粗加工，再进行精加工。图3-1保温门块3.5.2 零件表面加工方法的选择机器零件的结构形状虽然多种多样，但它们都是由一些最基本的几何表面（外圆、孔、平面等）组成的，机器零件的加工过程实际就是获得这些几何表面的过程。同一种表面可以选用各种不同的加工方法加工，但每种加工方法的加工质量、加工时间和所花费的费用却是各不相同的。工程技术人员的任务，就是要根据具体加工条件（加工表面技术要求、生产类型、设备状况、工人的技术水平等）选用最适当的加工方法，加工出合乎图样要求的机器零件。在本设计中，保温门块的加工采用铣削的方式。螺栓孔的加工采用镗孔后攻丝。且各加工表面具有一定技术要求，不能通过一次加工就能达到涂药要求，对于这种精密零件的主要表面，往往要通过多次加工才能逐级达到加工质量要求。所以对于保温门块各表面的加工，需要进行粗铣半精铣精铣的过程达到其表面的加工经济精度和表面粗糙度。在选择加工方法时，一般总是首先根据零件主要表面的技术要求和工厂具体条件，先选定该表面终加工工序加工方法，然后再逐一选定该表面各有关前导工序的加工方法。本设计中保温门块的加工主要为平面加工和孔系加工。在平面加工中，左侧面和右侧面的平面度要求为0.15mm，表面粗糙度要求为Ra6.3。故选择铣平面的加工方法。在孔系加工中，各孔的加工精度要求为IT7，表面粗糙度要求为Ra6.3，宜选用钻削的方式，最后还要进行攻丝。3.5.3 加工阶段的划分当零件的的加工质量要求较高时，一般都要经过粗加工、半精加工和精加工三个阶段；如果零件的加工精度要求特别高、表面粗糙度值要求特别小时，还要经过光整加工阶段。各个加工阶段的主要任务是：1粗加工阶段高效地切除加工表面上的大部分余量，使毛坯在形状和尺寸上接近成品零件。2半精加工阶段去除粗加工后留下的误差和缺陷，使被加工工件达到一定精度，为精加工作准备，并完成一些次要表面的加工，例如钻孔、攻螺纹、铣键槽等。3精加工阶段保证各主要表面达到零件图规定的加工质量要求。4光整加工阶段对于精度要求很高（IT5以上）、表面粗糙度值要求很小（Ra0.2m）的表面，尚需设置光整加工阶段，其主要任务是降低表面粗糙度值和进一步提高尺寸精度和形状精度，但一般没有提高表面间位置精度的作用。将零件的加工过程划分为几个加工阶段的主要目的是：（1）保证零件加工质量，粗加工阶段要切除加工表面上的大部分余量，切削力和切削热都比较大，装夹工件所需夹紧力亦较大，被加工工件会产生较大的受力变形和受热变形；此外，粗加工阶段从工件上切除大部分余量后，残存在工件中的内应力要重新分布，也会使工件产生变形。如果加工过程不划分阶段，把各个表面的粗、精加工工序混在一起交错进行，那么安排在工艺过程前期通过精加工工序获得的加工精度势必会被后续的粗加工工序所破坏，这是不合理的。加工过程划分为几个阶段以后，粗加工阶段产生的误差和缺陷，可以通过半精加工和精加工阶段逐步予以修正，零件的加工质量可以得到保证。（2）有利于及早发现毛坯缺陷并得到及时处理，粗加工各表面后，由于切除了各加工表面的大部分加工余量，可及早发现毛坯的缺陷（气孔、砂眼、裂纹和加工余量不够），以便及时报废或修补，不会浪费后续精加工工序的制造费用。（2）有利于合理利用机床设备，粗加工工序需选用功率大、精度不高的机床加工，精加工工序则应选用高精度机床加工。在高精度机床上安排做粗加工工作，机床精度会迅速下降，将某一表面的粗、精加工工作安排在同一机床上加工是不合理的。应当指出，将工艺过程划分成几个不同的加工阶段是相对于零件整个加工过程而言的，不能拘泥于某一表面的加工，例如，工件的定位基面，在半精加工阶段（有时甚至在粗加工阶段）中就需要加工得很精确；而在精加工阶段中安排某些钻、攻螺纹孔之类的粗加工工序也是常见的。当然，划分加工阶段并不是绝对的。在高刚度、高精度机床设备上加工刚性好、加工精度要求不是特别高或加工余量不是太大的工件就可以不必划分加工阶段。有些精度要求不是太高的重型零件，由于运送工件和装夹工件费时费工。一般也不划分加工阶段，而是在一个工序中完成全部粗加工和精加工工作。在这类加工中，为减少夹紧变形对工件加工精度的影响，一般都在粗加工后松开夹紧装置，然后用较小的夹紧力重新夹紧工件，继续进行精加工，这对提高工件加工精度有利。根据以上原则，在单件生产保温门块的加工顺序可作如下安排：（1）加工精基准面：铣左右P、Q面。（2）主要表面的粗加工：粗铣上表面、下表面和两侧面中的主要表面，钻孔，攻螺纹。（3）人工时效处理（4）次要表面粗加工：铣两侧面次要表面。（5）主要表面半精加工：半精铣P、Q、R、3和4面。（5）精加工精基准面：精铣P、Q面。（6）主要表面精加工：精铣上表面、下表面和两侧面中的主要表面。3.5.4 工序的集中与分散确定加工方法之后，就要按零件加工的生产类型和工厂（车间）生产条件确定工艺过程的工序数。确定零件加工过程工序数有两种迥然不同的原则，一种是工序集中原则，另一种是工序分散原则。按工序集中原则组织工艺过程，就是使每个工序所包括的加工内容尽量多些，组成一个集中工序；最大限度的工序集中，就是在一个工序内完成工件所有表面的加工。按工序分散原则组织工艺过程，就是使每个工序所包括的加工内容尽量少些；最大限度的工序分散就是使每个工序只包括一个简单工步。1 按工序集中原则组织工艺过程的特点 1）有利于采用自动化程度较高的高效率机床和工艺设备进行加工，生产效率高。2）工序数少，设备数少，可相应的减少操作工人数和生产面积。3）工件的装卡次数少，不但可以缩短辅助时间，而且由于在一次装卡中加工了许多表面，有利于保证各个加工表面之间的相互位置精度要求。2按工序分散原则组织工艺过程的特点1）所用机床和工艺装备简单，易于调整。2）对操作工人的技术水平要求不高。3）工序数多，设备数多，操作工人多，占用生产面积大。按工序集中原则和工序分散原则组织工艺过程各有特点，生产上都有应用。传统的以专用机床和组合机床为主体组建的流水生产线、自动生产线基本是按工序分散原则原则组织工艺过程的，这种组织方式可以实现高效生产，但对产品改型的适应性较差，转产比较困难。采用数控机床和加工中心加工零件都按工序集中原则组织工艺过程，虽然设备的一次性投资较高，但由于可重组生产的能力较强，生产适应性好，转产相对容易，受到越来越多的重视。在对保温门块加工过程中，对保温门块侧面的加工可采用工序集中原则，而上下表面的加工则只能采取工序分散原则进行加工。3.5.5 工序先后顺序的安排1机械加工工序的安排机械加工工序先后顺序的安排，一般应遵循以下几个原则：1）先加工定位基面，再加工其他表面。2）先加工主要表面，后加工次要表面。3）先安排粗加工工序，后安排精加工工序。4）先加工平面，后加工孔。安排数控加工顺序，尚须考虑以下情况：在换刀时间大于工作台转位时间的情况下，为减少换刀次数和换刀时间，在不影响加工精度的条件下，宜将所有能用同一把刀具加工的表面都集中在一起依次加工完成；为减少工作台转位误差和由于工作台转位带来的时间损失，在换刀时间小于工作台转位时间的情况下，采用工位集中加工原则安排加工顺序，即将所有能在一个工位加工的表面通过不断更换刀具的办法都集中在同一工位加工；对于位置精度要求很高的孔系，宜在同一工位中安排该孔系各相关表面的加工工作，以消除工作台转位重复定位误差对孔系位置精度要求的影响。2 热处理工序及表面处理工序的安排为改善工件材料切削性能安排的热处理工序，例如退火、正火、调质等，应在切削加工之前进行。为消除工件内应力安排的热处理工序，例如人工时效、退火等，最好安排在粗加工阶段之后进行；为了减少机械加工车间与热处理车间之间的运输工作量，对于加工精度要求不高的工件也可以安排在粗加工之前进行。对于机床床身、立柱等结构较为复杂的铸件，在粗加工前后均须安排时效处理工序（人工时效或自然时效），使材料组织稳定，日后不再有较大的变形产生。所谓人工时效，就是将毛坯件以50100/h的速度加热到500550，保温35h，然后以2050/h的速度随炉冷却。所谓自然时效就是将毛坯件在露天放置几个月到几年时间，让毛坯件在自然界经受日晒雨淋的“锤炼”，使材料组织内部应力松弛并逐渐趋于稳定。为改善工件材料力学性能的热处理工序，例如淬火、渗碳淬火等，一般都安排在半精加工和精加工之间进行，这是因为淬火处理后尤其是渗碳淬火后工件会有较大的变型产生。为修正渗碳，淬火处理产生的变形，热处理后需要安排精加工工序。在淬火处理进行之前，需将铣槽、钻孔、攻螺纹、去毛刺等次要表面的加工进行完毕。当工件需要作渗碳淬火处理时，由于渗碳过程工件会有较大的变形产生，常将渗碳过程放在次要表面加工之前进行，这样可以减少次要表面与淬硬表面间的位置误差。为提高工件表面耐磨性、耐蚀性安排的热处理工序以及以装饰为目的而安排的热处理工序，例如镀铬、镀锌、发兰等，一般都安排在工艺过程最后的阶段进行。3其他工序的安排为保证零件制造质量，防止产生废品，需在下列场合安排检验工序：粗加工全部结束之后；送往外车间加工的前后；工时较长工序和重要工序的前后；最终加工之后。除了安排几何尺寸检验工序之外，有的零件还要安排探伤、密封、称重、平衡等检验工序。零件表层或内腔的毛刺对机器装配质量影响甚大，切削加工之后，应安排去毛刺工序。零件在进入装配之前，一般都应安排清洗工序。工件内孔、箱体内腔易存留切屑；研磨、珩磨等光整加工工序之后，微小磨粒易附着在工件表面上，要注意清洗。在用磁力夹紧的工序之后，要安排去磁工序，不让带有剩磁的工件进入装配线。在3.5.3中，曾列出了工序的安排，按照工序安排原则排列而成，而在粗加工后安排了人工时效，使得保温门块能够达到其要求的加工水平。3.5.6机床设备与工艺装备的选择正确选择机床设备是一件很重要的工作，它不但直接影响工件的加工质量，而且还影响工件的加工效率和制造成本。所选机床设备的尺寸规格应与工件的形体尺寸相适应，机床精度等级应与本工序加工要求相适应，电动机功率应与本工序加工所需功率相适应，机床设备的自动化程度和生产效率应与工件生产类型想适应。选用机床设备应立足于国内，必须进口的机床设备，须经过充分论证，严格履行审批手续。如果工件尺寸太大（或太小）或工件的加工精度要求过高，没有现成的机床设备可供选择时，可以考虑采用自制专用机床。可根据工序加工要求提出专用机床设计任务书，机床设计任务书应附有与该工序加工有关的一切必要的数据资料，包括工序尺寸、公差及技术条件，工件的装卡方式，该工序加工所用切削用量、工时定额、切削力、切削功率以及机床的总体布置形式等。工艺装备的选择将直接影响工件的加工精度、生产效率和制造成本，应根据不同情况适当选择。在中小批生产条件下，应首先考虑选用通用工艺装备（包括卡具、刀具、量具和辅具）；在大批大量生产中，可根据加工要求设计制造专用工艺装备。使用数控机床加工，机时费用高，为充分发挥数控机床的作用，宜选用机械夹固不重磨刀具和耐磨性特别号的刀具，例如，硬质合金涂层刀具、立方氮化硼刀具和人造金刚石刀具等，以减少更换刀具和预调刀具的时间。数控加工所用刀具寿命至少应保证能将一个工件加工完。机床设备和工艺装备的选择不仅要考虑设备投资的当前效益，还要考虑产品改型及转产的可能性，应使其具有较大的“柔性”。在前面的叙述中，已经确定保温门块的加工分为平面加工和孔系加工，可以采用组合机床同时完成这两种加工，平面的加工由铣削完成，孔的加工为钻孔。由于是单件生产，尺寸也比较大，加工精度要求较高，且为试验室使用，可考虑用卧式铣床和立式铣床共同完成加工。3.6 确定各工序所用机床设备和工艺设备（含刀具、夹具、量具、辅具等），对需要改装或重新设计的专用工艺装备提出设计任务书在设计工序时，需要具体选定所用的机床、刀具、夹具、量具和辅具。在这里我们选用卧式铣床和立式铣床来完成加工任务，其型号分别为XA6140A和X5042。最后需要进行钳工作业去毛刺，修锐边。在选择刀具时，由于玻璃钢是以环氧酚醛树脂为粘结剂，玻璃纤维为填料，加入少量配合剂的热固性塑料制品。它的密度小，比强度高，主要成分是SiO2。玻璃丝是由玻璃经过高温熔化高速拉成的，其硬度和强度很高。特别是SiO2含量达90以上的高硅氧玻璃钢，在切削过程中，这些硬质点具有研磨的性质，使刀具磨损严重，工件起层、掉渣，粉尘严重。树脂因切削温度高而烧焦。铣削玻璃钢时，应从以下几方面进行合理选择：(1)刀具材料的选择：铣削玻璃钢一般采用硬质合金刀具材料，如YW1、YW2、YW3、YG8、YG6X、YG6等。在可能的情况下，最好采用人造聚晶金刚石复合片或立方氮化硼复合片刀具，可以提高刀具耐用度几十倍以上。(2)切削用量的选择：铣削玻璃钢的切削速度，当采用硬质合金刀具时，有C=4080m/min，ap=0.14mm，f=0.20.5mm/r。采用人造聚晶金刚石复合片刀具切削时，C=100120m/min。(3)铣削玻璃钢时应注意的问题：铣削玻璃钢时的粉尘对人有刺激作用，引起人体过敏反应，应注意防尘工作。通过以上要求本设计选用YW1材料的刀具。夹具选用专用夹具。在表3-1中列出了单件生产保温门块的机械加工工艺路线。其中很多表面的加工只需要一次装卡就可以完成，加工表面间具有较高的位置精度，转换生产对象非常方便，生产适应性好。 表3-1 单件生产保温门块的机械加工工艺路线工序号工 序 内 容所用设备123456789101112131415粗铣与导轨相接触面，即P、Q两面粗铣保温门块各侧面粗铣上表面粗铣下表面时效处理半精铣与导轨接触面半精铣门块相嵌面，即1、2两面半精铣上表面R，钻孔，攻螺纹精铣与导轨接触面精铣各侧面精铣上表面精铣下表面精磨前端面孔去毛刺 修锐边检验卧式铣床卧式铣床立式铣床立式铣床卧式铣床卧式铣床立式铣床卧式铣床卧式铣床立式铣床立式铣床磨床钳工台检验台3.7 确定各工序的加工余量和计算工序尺寸3.7.1 概述用去除材料的方法制造机器零件时，一般都要从毛坯上切除一层层材料之后才能制得符合图样规定要求的零件。毛坯上留作加工用的材料层，称为加工余量。加工余量有总余量和工序余量之分。某一表面毛坯尺寸与零件设计尺寸的差值就是总余量值，以Z0表示。上工序与本工序基本尺寸的差值为本工序的工序余量Zi。总余量Z0和工序余量Zi的关系可用下式表示 Z0= （3-1）式中 n某一表面所经历的加工工序数。工序余量有单边余量和双边余量之分。对于非对称表面，其加工余量用单边余量Zb表示Zb=la-lb （3-2） 式中 Zb本工序的工序余量； la本工序的基本尺寸； lb上工序的基本尺寸。由于工序尺寸有偏差，各工序实际切除的余量值是变化的，工序余量有公称余量Tz（简称余量）、最大余量Zmax和最小余量Zmin之分。公称余量Tz的变动范围Tz=Zmax-Zmin= Tb- Ta （3-3）正确的加工余量的数值是十分重要的，加工余量规定得过大，不仅浪费材料而且耗费机时、刀