毕业设计（论文）-机械式防跑水水龙头设计（全套图纸）.pdf

本科学生毕业设计 机械式防跑水水龙头设计与制造 系部名称： 机电工程学院 专业班级：机械设计制造及自动化 06-1 班 学生姓名： 指导教师： 职 称： 教授 黑黑 龙龙 江江 工工 程程 学学 院院 二一年六月 The Graduation Design for Bachelors Degree Design and Production of Preventing running water mechanical faucet Candidate：Zhao Shengxian Specialty： Mechanical Design and Manufacture 造型除常见的流线型、 鸭舌形外还有球形、细长的圆锥形、倒三角形，林林总总的这些外形使水龙头市场百 花齐放，各具特色，有时看起来更像一件艺术品。新式水龙头的价格也较高，由几十 到二三百元都有。高档的为四五百元。进口的可达 1000 元左右。国产与进口的区别： 一是外观。进口的外观更光滑、平整、流畅，造型更为现代时尚;二是零配件装配的精 密度。进口的多为青铜铸造，国产的多用黄铜。选购时，关键是手感，扳动开关要感 觉轻柔、不费力，如手感发涩费力或过于轻飘，就说明装配结构不好。不同价格的水 龙头在电镀的质量上也有差异。一般来说，水龙头的主体原材料分为杂铜和纯铜，更 黑龙江工程学院本科生毕业设计 3 高级的是铜镍混合材料。现在还有智能水龙头，内装记忆金属片，能把水温有效地控 制在 36至 60之间， 可以有效避免小孩被烫伤的事故发生。 智能化也是水龙头高价 的原因。 上世纪八十年代末陶瓷密封原理的水龙头由欧洲进入我国并迅速蔓延， 带动了我国 的第一次水龙头革命。使我们天天都在用的水龙头从铸铁外壳、螺旋升降杆、橡胶垫 圈密封，一下子过度到了陶瓷密封单柄双控、冷热混合用水的时代。不到十年的时间， 我国已成为世界陶瓷阀芯水龙头的生产大国。水龙头的第一次革命就是陶瓷动态密封 技术战胜橡胶动态密封技术的创新过程。我们多数水龙头生产厂家也是这次革命的受 益者。在广东、浙江、福建形成了我国产业链相对完整的产业中心。在这些自认为够 规模的 OEM 厂家中，绝大多数厂家只生产水龙头外壳并不生产陶瓷阀芯，外观设计 多数靠模仿国际市场的流行款式，或者就按照外商提供的样品大规模复制，造成我们 出口的产品低附加值、无技术含量、无品牌、无知识产权。换回来的确是美国人大量 印刷不断贬值的美元。水龙头是千家万户离不开的终端用水设备，它的操控界面是否 友好、性能优劣与百姓生活息息相关，它能影响到百姓生活的幸福指数和节能减排的 社会效益。因为随着我们生活水平的提高，卫生用水已占整个生活用水的 95%以上， 任何一种热水器都离不开一个操控方便、 安全可靠的水龙头。 每个家庭至少也需要三、 五个水龙头才能组成一套最简单的家庭生活用水系统。 我国水龙头行业还没有一个强大的品牌。因为强大品牌的产生并不是一朝一夕的 事，它需要企业有不断创新的技术能力、独特的企业文化、先进的管理水平和雄厚的 资金。国际大品牌经过上百年的积累、沉淀，而我们民族企业的发展不过二十几年的 历史，高端市场被国外品牌所垄断并不奇怪，但是在太阳能热利用行业外来的水龙头 技术就不好用，因为任何外来的先进技术也需要汉化，恒温技术也不例外，它需要的 是与我国城乡市政管网的供水环境、 安装条件、 消费者用水习惯相结合的本土化改造。 赶超国际品牌也只有这一条路那就是技术创新，因为创新是营造品牌的核心动力。从 国际卫浴市场的发展方向看：环保节能已成为永恒的主题，水龙头的营销已从单纯卖 外观发展到向卖功能的方向转化，水龙头行业的第二次大发展必将是陶瓷密封技术加 恒温技术的智能化革命。因为它的发展符合时代的潮流;符合我国政府创建节约型社会 的号召;更符合广大消费者的根本利益。 1.3.对选题的研究设想 随着科学技术的高速发展，新型机械加工方面的先进技术被应用到各个领域，为 这些领域的进步和发展提供了技术基础，本文是对机械式防跑水水龙头的结构和运动 系统进行的设计与制作，希望可以通过本次设计对机械式防跑水水龙头及现有的加工 黑龙江工程学院本科生毕业设计 4 设计方法有更进一步的了解，结构新颖、舒适美观、人性化、节约水资源、环保、低 成本是防跑水水龙头的必然发展趋势。 本机械式防跑水水龙头由外壳体、操纵机构、旋转阀体及浮子阀等机构组成，通 过螺栓、卡环等联系起来构成一整体。外壳体部分包括及进水管、出水管、方形外壳、 壳体盖等。操纵机构包括操纵手柄、手柄盖。旋转阀体包括旋转阀、旋转阀盖。浮子 阀由空心铝合金制成能在浮力作用下自动浮起，也可在无水情况下在重力作用下自动 下落复位。现将各部分结构和作用分述如下： 1.3.1.进水管 进水管是通过实心棒料车削和砖孔加工而成，进水部分为标准中的四分管（约为 13.3mm）与家用水龙头匹配，其上加工螺纹与相关管件旋合。出水部分包裹壳体部分 两个进水口（一个在浮子上腔，一个在浮子下腔） ，出水部分外围配装有“O”型密封 圈，以防水压较大水漏出。出水管通过螺栓和外壳体连成一体。 1.3.2.出水管 出水管是通过实心棒料车削转孔及钢管加工焊接而成。出水管外径为 10mm，内 径为 6mm，分为两部分，两部分各加工出 45倾斜部分，由此部分焊接为一体。出水 管通过螺栓与外壳体连为一体。 1.3.3.方形外壳 方形外壳是通过圆钢铣削而成，其中心部分铣有28 的中心孔，四角分别有四个 螺纹孔用于连接壳体盖。连接进水管部分有两个进水孔，连接出水管部分有一个出水 孔，两端分别加工有螺纹孔用于连接进水管和出水管。 1.3.4.壳体盖 壳体盖同壳体为方形，中间有28 中心孔，四角有四个沉孔用于连接壳体盖和外 壳体。下端有 2mm 的凹槽用于安装卡环。 1.3.5.操作手柄 操作手柄有6 圆钢加工而成，一端加工3 螺纹用于连接到手柄盖上。 1.3.6.手柄盖 手柄盖由35 圆钢加工而成，其上加工有3 螺纹孔用于连接操作手柄，下端加 工有28 沉孔安装在旋转阀盖之上，上端加工有3 沉孔用于由螺栓连接手柄盖和旋 转阀盖。 1.3.7.旋转阀 旋转阀由28 圆钢加工而成，其中转有18 深孔，最下方转有7 孔，两孔之间 通过 90锥面线过渡，锥面线要求有一定精度，用于和浮子阀配合，浮子可在18 黑龙江工程学院本科生毕业设计 5 孔中自由运动不受阻碍， 旋转阀上侧和下侧分别加工有 120和 90槽用于通水之用， 下侧还加工有3 圆孔，用于再次来水后打开浮子阀。上端加工有四个螺纹孔用于安 装旋转阀盖。 1.3.8.旋转阀盖 旋转阀盖由28 圆钢加工而成，下端车削为18，用于和旋转阀内孔配合，其上 加工有凹槽用于安装“O”型密封圈其密封作用，上端边缘有四个沉孔用于由螺栓连 接旋转阀盖和旋转阀，上端中央加工有两个3 螺纹孔用于由螺栓连接手柄盖和旋转 阀盖。 1.3.9.浮子阀 浮子由铝合金加工而成，其中做成空心，以利于在水中浮起，下端加工成锥形面 用于和旋转阀内孔中锥形面配合。 1.4预期结果 21 世纪新型机械式防跑水水龙头的发展趋势是： （1）结构简单新颖，功能完善， 外表美观； （2）节约水资源，减少财产损失， ； （3）自动化，操作简便，人性化，出水 舒适，不外溅， ； （4）环保，低成本，减少加工费用，增加使用寿命，标准化的元件为 日后的维修带来了方便。本文所设计的机械式防跑水水龙头主要是对水龙头的机械结 构，外形，水压系统进行设计，希望从中获得更多关于机械加工、工艺和设计方法的 知识，为以后的工作和学习打下坚实的基础，为国家的工业振兴贡献力量。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 6 第 2 章 机械式防跑水水龙头内部原理与结构设计 2.1定义及分类 2.1.1.机械式防跑水水龙头的定义 机械式防跑水水龙头是一种新型水龙头，它完全通过机械结构原理实现一种无水 不能自动开启的安全水龙头，尤其是在无水时忘记关闭，来水后不跑水的功能，是一 种无需额外能源，节能环保，节约水资源的新型水龙头。 2.1.2.水龙头的分类 水龙头是室内水源的开关,负责控制和调节水的流量大小,是每个家庭必备的材 料。目前，市场上的水龙头品种繁多，对于普通市民来说，往往缺乏专业知识，所以 在选购水龙头时会觉得无所适从。其实，卫浴水龙头尽管花色、式样、造型、品种五 花八门，但也很容易从两个方面来划分。 一是从使用功能上来分，大体有浴室用龙头、面盆龙头、厨房龙头三种，一般都 有统一的风格和形式。 浴室用龙头又分为浴缸龙头和淋浴龙头： 浴缸龙头：它装于浴缸一边上方，用于开放冷热混合水。可接冷热两根管道的称 为双联式；启闭水流的结构有螺旋升降式、金属球阀式、陶瓷阀芯式等。目前市场上 较多的是陶瓷阀芯式单柄浴缸龙头。它采用单柄即可调节水温，使用方便；陶瓷阀芯 使水龙头更耐用、不漏水。浴缸龙头的阀体多用黄铜制造，外表有镀铬、镀金及各式 金属烘漆等。 淋浴龙头：它安装于淋浴房上方，用于开放冷热混合水。阀体亦多用黄铜制造， 外表有镀铬、镀金等。启闭水流的方式有螺杆升降式、陶瓷阀芯式等。淋浴龙头有软 管花洒和嵌墙式花洒之分；具特殊功能的有恒温龙头，带过滤装置的龙头及有抽拉式 软管的龙头等，它们在安装时都有不同的要求。 面盆龙头：它安装在洗面盆上，用于放冷水、热水或冷热混合水。它的结构有： 螺杆升降式、金属球阀式、陶瓷阀芯式等。阀体用黄铜制成，外表有镀铬、镀金及各 色金属烘漆，造型多种多样，手柄有单柄式和双柄式等。还有的面盆龙头装有落水提 拉杆，可直接提拉打开洗面盆的落水口，排除污水。 多功能厨房龙头：如果您的厨房里有热水管线，这种龙头也应该是双联的。例外， 厨房龙头的出水口较高、较长，某些还有软管设计，供您洗涤食物之用。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 7 二是从结构上来看，大体也是三大类： 单柄类:这类龙头均是采用目前较为流行的陶瓷阀芯作为密封件的， 其优点是开关 灵活，温度调节简便，使用寿命长。 带 90开关的:也是采用陶瓷芯片密封的，是在传统的双手柄的基础上，改原来 的橡胶密封为陶瓷片密封，启闭时旋传手柄 90 度即可，分冷热水两边进行调节，其特 点是开启方便，款式也比较多。 传统的螺旋稳升式橡胶密封的水龙头:由于其出水量大， 价格比较低， 且维修简便， 仍受到部分市民的欢迎。 除此之外，一些进口的水龙头也有采用不锈钢空心球密封和阀杆式密封，也有全 温控的，但价格都比较昂贵。冲水阀门是座便器的最主要配件,有全铜、铜塑结合、全 塑三种,家庭中主要使用的是全塑的。淋浴喷头是洗浴设备中必备的配件之一,主要以 不锈钢为原材料制成,有固定式及活动式两种,活动式以不锈钢蛇形管做连结件,可以 在一定范围内活动,很适宜家庭日常使用,所以一般家庭多安装活动式淋浴喷头,并在 墙壁上安装淋浴器喷头的吊挂件。 2.2设计准则 a.结构简单 b.成本低 c.使用方便 d.环保 e.美观 f.动作灵敏 g.工艺性好 机械式防跑水水龙头的设计主要应保证结构简单、成本低、使用方便、环保、 美观、动作灵敏和工艺性好的要求。 机械式防跑水水龙头设计一般要求： （1）在满足能完成预期功能的前提下，水龙头的结构简单； （2）稳定性好； （3）由于温度变化引起的结构变形最小，材料使用合理； （4）结构设计合理，工艺性良好，便于焊接、机械加工等； （5）机构便于安装与调整，方便修理和更换零部件； （6）水龙头内部零件阀体耐磨性良好，使用寿命长； （7）外部形状美观人性化； （8）满足环保要求，结构中有过滤结构； （9）设计有节水装置，同时使水流温柔。 2.3机械式防跑水水龙头内部原理 本机械式防跑水水龙头是通过预先设计的浮子阀在水压下浮起和无水时在自身重 黑龙江工程学院本科生毕业设计 8 力作用下复位的原理工作的。浮子阀装在设计好的旋转阀中，旋转阀中有与浮子阀相 匹配的锥形面，此相匹配的锥形面有较高的精度要求和较高的粗糙度要求，以保证两 锥形面配合时能有效结合对中，并能起到密封的作用。浮子锥形面结构如图 2.1 所示， 旋转阀锥形面如图 2.2 所示。此两锥形面都为 90夹角，能保证良好配合。 图 2.1 浮子阀 图 2.2 旋转阀 旋转阀和壳体间通过两圆柱面结合，此两圆柱面保证一定对中性和粗糙度，能起 黑龙江工程学院本科生毕业设计 9 到密封作用，以免在水压力较大时水流溢出。旋转阀上端有一 120开口的通槽，用 于进水口进水，不论水龙头是否开闭此开水口始终与壳体上进水口相通。下端在 120 度开口正下有一3 的小孔，此小孔是在水龙头无水时自动关闭后打开浮子阀之用。 当浮子阀在重力作用下复位后，若水龙头处于打开状态，则此3 小孔处于关闭状态， 而其上的 120开槽处于打开状态，则水压进入浮子阀上方，在水压作用下浮子锥形 面与旋转阀锥形面牢牢结合，起到不跑水和密封的作用。若要来水只要将水龙头完全 关闭一次，则此时 120开槽和3 小孔同时接通，浮子上下都进入水，则浮子在浮力 作用下浮起，两锥形面分离，浮子上下两腔相通，用于放水之用。要放水则将水龙头 再次打开，水流从 120开槽进入，通过锥形面进入下腔。在锥形面下腔3 小孔所对 方向开有 90通槽。 进入的水可通过此 90开槽流出， 并通过壳体上安装的出水管放 水。旋转阀如图 2.3 所示。 图 2.3 旋转阀 黑龙江工程学院本科生毕业设计 10 2.4水龙头的总体结构原理和尺寸 本防跑水水龙头分为三大部分壳体、阀体和操纵机构。壳体包括外壳体、壳体盖、 进水管和出水管。阀体包括旋转阀、旋转阀盖和浮子阀。操纵机构包括手柄、手柄盖。 出水管、进水管和壳体盖通过螺钉连接到外壳体上。旋转阀通过四个螺钉连接到旋转 阀上，浮子阀置于旋转阀上腔内。手柄通过自身的螺纹旋合到手柄盖上，手柄盖通过 两个螺钉连接到旋转阀盖上。旋转阀通过手柄可在壳体内自由转动，以达到放水和关 闭的目的。进水口采用四分管（约为 13.3mm）与外部相应结构连接。外壳体为方形， 便于加工安装。总体结构图及尺寸如图 2.4 所示。 图 2.4 机械式防跑水水龙头总体结构图 1.手柄盖 2.旋转阀盖 3 壳体盖 4.进水管 5.出水管 6.浮子 7.旋转阀 8.浮子导杆 9.壳体 10.卡环 11.O 型密封圈 12.手柄 2.5水龙头材料 材料的选用，主要是根据水龙头的使用、密封性、工艺性和环境环保等要求选用。 形状较复杂的部位一般采用焊接，由于与铜相比，Q235 钢具有更好的加工性，较低的 成本，较好的可焊性，所以我采用的是 Q235 钢。浮子采用铝合金。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 11 2.6 浮子力学校核 1.浮子的重力（浮子密度为 1.74 3 /cmg） 浮子的实心体积： 1 V =( 2 8 2 810+ 3 1 8)-（ 2 6 2 610+ 3 1 6）= 3 1189mm (2.1) 浮子的重力： G=V 浮 g=N020 . 0 8 . 91074 . 1 101189 33 = (2.2) 2.浮子的浮力 浮子外总体积： 2 V = 322 cm5455 . 2 3 1 88108=+ (2.3) 浮子浮力： F=NgV025 . 0 8 . 95455 . 2 001 . 0 2 = 水 (2.4) 浮子的浮力大于浮子自身重力，所有浮子可以在水中浮起 2.7技术要求 要求能够达到一定的精度和密封性，能够实现预期的效果。 2.8本章小结 本章主要对机械式防跑水水龙头的定义和分类作了简要的介绍，并对材料进行了 对比，阐述了机械式防跑水水龙头的设计准则、结构原理和形状尺寸的要求。对本文 要设计和制作的机械式防跑水水龙头的各个部件的结构原理、尺寸作了初步的介绍。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 12 第 3 章 基本零部件的设计 3.1进水管的设计 进水管如图 3.1 所示： 图 3.1 进水管主截面图 进水管外连接部分采用螺纹连接，外径为标准四分管尺寸（约为 13.3mm） ，螺纹 长度为 10mm。流水内孔部分直径为 6mm，与右端25 沉孔连接，此沉孔包囊外壳体上 两个进水口。与外壳体连接部分直径为 35mm，外端装有“O”型密封圈用于密封。进 水管总长度为 35mm。 另外进水管与壳体连接部分采用间隙配合， 进水管外口尺寸为35-0.025/-0.046 3.2出水管的设计 黑龙江工程学院本科生毕业设计 13 出水管如图 3.2 所示： 图 3.2 出水管主截面图 出水管与壳体连接部分有一个圆形突台，其上有两个沉孔，用于由螺钉连接出水 管和壳体。出水管分两部分，其上各有 45倾斜面，两部分通过焊接把两倾斜面连到 一起构成一体。出水管外径为 10mm，内径为 6mm，总长度为 22mm，高度为 25mm。 3.3外壳体的设计 外壳体外表为方形，边长为 40mm，内部中心转有圆孔，圆孔直径为 28mm，圆孔 内壁和底部要求有一定的粗糙度和圆柱度及垂直度。以保证旋转阀能在孔中保持良好 的配合，以防漏水。外壳体最上端有四个螺纹孔用于连接壳体盖。左端有一个35 的 沉孔，用于和进水管配合。沉孔底部有四个螺纹孔用于连接进水管，在沉孔中部有两 个进水口，一个在浮子阀上方为6，一个在浮子阀下方是为3。右端有一个20 的 沉孔，用于连接出水管，沉孔底部有6 的出水口。外壳体结构如图 3.3 所示。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 14 图 3.3 外壳体主截面图 3.4壳体盖的设计 壳体盖也为方形，尺寸同壳体。中心转有30 的圆孔。四角加工有四个沉孔，用 于放入外壳体的螺钉。壳体盖厚为 5mm。壳体盖下端有 1mm 的沉槽，放入卡环，卡 住旋转阀以使旋转阀不能从外壳体孔中脱出。 沉槽如图 3.4 所示。 壳体盖如图 3.5 所示。 图 3.4 壳体盖剖视图 黑龙江工程学院本科生毕业设计 15 图 3.5 壳体盖主视图 3.5旋转阀的设计 旋转阀为本机械式防跑水水龙头设计中较复杂的零件。外观为一个直径为 28mm 的圆柱，圆柱面和底面有一定的粗糙度以保证和外壳体相配合。圆柱面上端有四个螺 纹孔，用于由螺钉连接旋转阀盖。中部有一个凹槽，用于安装“O”型密封圈。在凹 槽下面有一个 120开口的梯形槽，此梯形槽用于进水之用，之所以为梯形槽，是为 了在水龙头开启程度不同时有不同的水流强度。 在 120开槽的下端有一个3 的孔和 一个 90开槽，分别用于出水和重新开启浮子阀。在旋转阀内部18 孔的下方转有 7 的孔，两孔由一个锥面过度，此锥面用于和浮子阀配合。在锥面的两侧加工有两 个直径为 1mm 的小孔，此小孔用于放入浮子导轨之用。旋转阀如图 3.6 所示。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 16 图 3.6 旋转阀主剖视图 3.6旋转阀盖的设计 旋转阀盖如图 3.7 所示。 图 3.7 旋转阀盖主剖视图 旋转阀盖为圆柱形，上部加工有四个沉孔，用于由螺钉连接旋转阀盖和旋转阀。 中心加工有两个螺纹孔，用于连接旋转阀盖和手柄盖。上端加工有四个沉孔，用于放 黑龙江工程学院本科生毕业设计 17 入连接旋转阀盖和旋转阀的螺钉用。圆柱体中部加工有凹槽，用于安装“O”型密封 圈。下端加工有两个 1mm 的小孔，用于安装浮子导轨。圆柱体有一定的粗糙度要求， 用于和旋转阀配合保证一定的密封。下端和中心线有一定的垂直度要求。 3.7浮子的设计 浮子如图 3.8 所示。 图 3.8 浮子阀图 浮子上部为圆柱体下端为一个圆锥体结构。圆锥体用于和旋转阀内圆锥面配合， 起密封作用。浮子为中空结构，以保证能在水中自由浮起。 3.8手柄的设计 手柄如图 3.9 所示。为一个5 的圆柱体结构，左端加工有长 5mm M3 的螺纹， 用于和手柄盖旋合。手柄总长为 50mm。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 18 图 3.9 手柄 3.9手柄盖的设计 手柄盖如图 3.10 所示。 图 3.10 手柄盖 手柄盖为圆柱形， 上端加工有两个沉孔， 用于放入连接手柄盖和旋转阀盖的螺钉。 右端加工有 M3 深 5mm 的螺纹孔，用于连接手柄。下端有28 的凹槽，用于插入旋 黑龙江工程学院本科生毕业设计 19 转阀和旋转阀盖。手柄盖总高度 15mm 直径 35mm。 3.10卡环的设计 卡环是一个放入壳体盖 1mm 凹槽内的装置，由两个半圆构成，内径为 24mm。用 于由壳体盖通过卡环卡住旋转阀盖，以保证旋转阀盖不能由壳体中脱离。 3.11本章小结 本章主要对机械式防跑水水龙头的各个零件的结构，尺寸和原理进行了详细的介 绍。并且附带了各个零件的详细结构图，详细说明每个零件需要的技术参数和加工所 需要的所有数据。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 20 第 4 章 机械式防跑水水龙头制作 4.1生产过程和工艺过程的定义和分类 生产过程是指从原材料（或半成品）制成产品的全部过程。对机器生产而言包括 原材料的运输和保存，生产的准备，毛坯的制造，零件的加工和热处理，产品的装配、 及调试，油漆和包装等内容。生产过程的内容十分广泛，现代企业用系统工程学的原 理和方法组织生产和指导生产，将生产过程看成是一个具有输入和输出的生产系统。 在生产过程中，直接改变原材料（或毛坯）形状、尺寸和性能，使之变为成品的 过程，称为工艺过程。它是生产过程的主要部分。例如毛坯的铸造、锻造和焊接；改 变材料性能的热处理1；零件的机械加工等，都属于工艺过程。工艺过程又是由一个 或若干个顺序排列的工序组成的。 工序是工艺过程的基本组成单位。所谓工序是指在一个工作地点，对一个或一组 工件所连续完成的那部分工艺过程。构成一个工序的主要特点是不改变加工对象、设 备和操作者，而且工序的内容是连续完成的。 在同一道工序中，工件可能要经过几次安装。工件在一次装夹中所完成的那部分 工序，称为安装。 一、生产类型 生产类型通常分为三类。 1单件生产 单个地生产某个零件，很少重复地生产。 2成批生产 成批地制造相同的零件的生产。 3大量生产 当产品的制造数量很大，大多数工作地点经常是重复进行一种零件 的某一工序的生产。 拟定零件的工艺过程时，由于零件的生产类型不同，所采用的加方法、机床设备、 工夹量具、毛坯及对工人的技术要求等，都有很大的不同。 二、加工余量 为了加工出合格的零件，必须从毛坯上切去的那层金属的厚度，称为加工余量。 加工余量又可分为工序余量和总余量。某工序中需要切除的那层金属厚度，称为该工 序的加工余量。从毛坯到成品总共需要切除的余量，称为总余量，等于相应表面各工 序余量之和。 在工件上留加工余量的目的是为了切除上一道工序所留下来的加工误差和表面缺 黑龙江工程学院本科生毕业设计 21 陷，如铸件表面冷硬层、气孔、夹砂层，锻件表面的氧化皮、脱碳层、表面裂纹，切 削加工后的内应力层和表面粗糙度等。从而提高工件的精度和表面粗糙度。 加工余量的大小对加工质量和生产效率均有较大影响。加工余量过大，不仅增加 了机械加工的劳动量，降低了生产率，而且增加了材料、工具和电力消耗，提高了加 工成本。若加工余量过小，则既不能消除上道工序的各种缺陷和误差，又不能补偿本 工序加工时的装夹误差，造成废品。其选取原则是在保证质量的前提下，使余量尽可 能小。一般说来，越是精加工，工序余量越小。 三、基准 机械零件是由若干个表面组成的，研究零件表面的相对关系，必须确定一个基准， 基准是零件上用来确定其它点、线、面的位置所依据的点、线、面。根据基准的不同 功能，基准可分为设计基准和工艺基准两类。 1设计基准 在零件图上用以确定其它点、线、面位置的基准，称为设计基准。 2工艺基准 零件在加工和装配过程中所使用的基准，称为工艺基准。工艺基准按用途不同又 分为装配基准、测量基准及定位基准。 （1）装配基准 装配时用以确定零件在部件或产品中的位置的基准，称为装配基 准 （2）测量基准 用以检验已加工表面的尺寸及位置的基准，称为测量基准。 （3）定位基准 加工时工件定位所用的基准，称为定位基准。作为定位基准的表 面（或线、点），在第一道工序中只能选择未加工的毛坯表面，这种定位表面称粗基 准.在以后的各个工序中就可采用已加工表面作为定位基准，这种定位表面称精基准。 四、拟定工艺路线的一般原则 机械加工工艺规程的制定，大体可分为两个步骤。首先是拟定零件加工的工艺路 线，然后再确定每一道工序的工序尺寸、所用设备和工艺装备以及切削规范、工时定 额等。这两个步骤是互相联系的，应进行综合分析。 工艺路线的拟定是制定工艺过程的总体布局，主要任务是选择各个表面的加工方 法，确定各个表面的加工顺序，以及整个工艺过程中工序数目的多少等。 拟定工艺路线的一般原则如下。 1、先加工基准面 零件在加工过程中，作为定位基准的表面应首先加工出来，以便尽快为后续工序 的加工提供精基准。称为“基准先行”。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 22 2、划分加工阶段 加工质量要求高的表面，都划分加工阶段，一般可分为粗加工、半精加工和精加 工三个阶段。主要是为了保证加工质量；有利于合理使用设备；便于安排热处理工序； 以及便于时发现毛坯缺陷等。 3、先孔后面 1 对于箱体、 支架和连杆等零件应先加工平面后加工孔。 这样就可以以平面定 位加工孔，保证平面和孔的位置精度，而且对平面上的孔的加工带来方便。 4、主要表面的光整加工（如研磨、珩磨、精磨等），应放在工艺路线最后阶段进 行，以免光整加工的表面，由于工序间的转运和安装而受到损伤。 上述为工序安排的一般情况。有些具体情况可按下列原则处理。 (1)、为了保证加工精度，粗、精加工最好分开进行。因为粗加工时，切削量大， 工件所受切削力、夹紧力大，发热量多，以及加工表面有较显著的加工硬化现象，工 件内部存在着较大的内应力，如果粗、粗加工连续进行，则精加工后的零件精度会因 为应力的重新分布而很快丧失。对于某些加工精度要求高的零件。在粗加工之后和精 加工之前，还应安排低温退火或时效处理工序来消除内应力。 (2)、合理地选用设备。粗加工主要是切掉大部分加工余量，并不要求有较高的加 工精度，所以粗加工应在功率较大、精度不太高的机床上进行，精加工工序则要求用 较高精度的机床加工。粗、精加工分别在不同的机床上加工，既能充分发挥设备能力， 又能延长精密机床的使用寿命。 (3)、 在机械加工工艺路线中， 常安排有热处理工序。 热处理工序位置的安排如下： 为改善金属的切削加工性能，如退火、正火、调质等，一般安排在机械加工前进行。 为消除内应力，如时效处理、调质处理等，一般安排在粗加工之后，精加工之前进行。 为了提高零件的机械性能，如渗碳、淬火、回火等，一般安排在机械加工之后进行。 如热处理后有较大的变形，还须安排最终加工工序。 4.2.机械式防跑水水龙头加工方式 4.2.1.车削加工 车削加工：就是在车床上，利用工件的旋转运动和刀具的直线运动或曲线运动来 改变毛坯的形状和尺寸，把它加工成符合图纸的要求。 车削加工是在车床上利用工件相对于刀具旋转对工件进行切削加工的方法。车削 加工的切削能主要由工件而不是刀具提供。车削是最基本、最常见的切削加工方法， 在生产中占有十分重要的地位。车削适于加工回转表面，大部分具有回转表面的工件 都可以用车削方法加工，如内外圆柱面、内外圆锥面、端面、沟槽、螺纹和回转成形 黑龙江工程学院本科生毕业设计 23 面等，所用刀具主要是车刀。 几种典型的车削方式。车削内外圆柱面时，车刀沿平行于工件旋转轴线的方向运 动。车削端面或切断工件时，车刀沿垂直于工件旋转轴线的方向水平运动。如果车刀 的运动轨迹与工件旋转轴线成一斜角，就能加工出圆锥面。车削成形的回转体表面， 可采用成形刀具法或刀尖轨迹法。 车削加工是在车床上，利用工件的旋转运动和刀具的直线运动或曲线运动来改变 毛坯的形状和尺寸，把它加工成符合图纸的要求。 切削条件的三要素：切削速度、进给量和切深直接引起刀具的损伤。伴随着切削速度 的提高，刀尖温度会上升，会产生机械的、化学的、热的磨损。切削速度提高 20%， 刀具寿命会减少 1/2。 进给条件与刀具后面磨损关系在极小的范围内产生。 但进给量大， 切削温度上升， 后面磨损大。它比切削速度对刀具的影响小。切深对刀具的影响虽然没有切削速度和 进给量大，但在微小切深切削时，被切削材料产生硬化层，同样会影响刀具的寿命。 用户要根据被加工的材料、硬度、切削状态、材料种类、进给量、切深等选择使用的 切削速度。 最适合的加工条件的选定是在这些因素的基础上选定的。有规则的、稳定的磨损 达到寿命才是理想的条件。 然而，在实际作业中，刀具寿命的选择与刀具磨损、被加工尺寸变化、表面质量、 切削噪声、加工热量等有关。在确定加工条件时，需要根据实际情况进行研究。对于 不锈钢和耐热合金等难加工材料来说，可以采用冷却剂或选用刚性好的刀刃。本机械 式防跑水水龙头采用 CA6230 卧式车床。 4.2.2.铣削加工 铣削是指使用旋转的多刃刀具切削工件，是高效率的加工方法。工作时刀具 旋转（作主运动），工件移动（作进给运动），工件也可以固定，但此时旋转的 刀具还必须移动（同时完成主运动和进给运动）。铣削用的机床有卧式铣床或立 式铣床，也有大型的龙门铣床。这些机床可以是普通机床，也可以是数控机床。 铣削分端铣和周铣。端铣法是用铣刀端面上的切削刃铣削工件。周铣法是用 铣刀圆周表面上的切削刃铣削工件。根据铣刀转向和工件的进给方向的一致与 否，铣削也分为顺铣和逆铣。 铣削的特征： 一、铣刀各刀齿周期性地参与间断切削 二、每个刀齿在切削过程中的切削厚度是变化的 黑龙江工程学院本科生毕业设计 24 铣削加工是一种常见的金属冷加工方式，和车削不同之处在于铣削加工中刀具在 主轴驱动下高速旋转，而被加工工件处于相对静止。 车削加工和铣削加工的区别: 车削用来加工回转体零件，把零件通过三抓卡盘夹在机床主轴上，并高速旋转， 然后用车刀按照回转体的母线走刀，切出产品外型来。车床上还可进行内孔，螺纹， 咬花等的加工，后两者为低速加工。 数控车床可进行复杂回转体外形的加工。铣削是将毛坯固定，用高速旋转的铣刀 在毛坯上走刀， 切出需要的形状和特征。 传统铣削较多地用于铣轮廓和槽等简单外形/ 特征。数控铣床可以进行复杂外形和特征的加工。铣镗加工中心可进行三轴或多轴铣 镗加工，用于加工，模具，检具，胎具，薄壁复杂曲面，人工假体，叶片等。 在选择 数控铣削加工内容时，应充分发挥数控铣床的优势和关键作用。适宜采用数控铣削加 工工艺内容有：（1）工件上的曲线轮廓，直线、圆弧、螺纹或螺旋曲线、特别是由数 学表达式给出的非圆曲线与列表曲线等曲线轮廓。 （2）已给出数学模型的空间曲线或 曲面。（3）形状虽然简单，但尺寸繁多、检测困难的部位。（4）用普通机床加工时 难以观察、控制及检测的内腔、箱体内部等。（5）有严格尺寸要求的孔或平面。（6） 能够在一次装夹中顺带加工出来的简单表面或形状。 （7）采用数控铣削加工能有效提 高生产率、减轻劳动强度的一般加工内容。 适合数控铣削的主要加工对象有以下几类：平面轮廓零件、变斜角类零件、空间 曲面轮廓零件、孔和螺纹等。 4.2.3.磨削加工 磨削是指用磨料，磨具切除工件上多余材料的加工方法。磨削加工是应用较为广 泛的切削加工方法之一。 利用高速旋转的砂轮等磨具加工工件表面的切削加工。磨削用于加工各种工 件的内外圆柱面、圆锥面和平面,以及螺纹、齿轮和花键等特殊、复杂的成形表 面。 由于磨粒的硬度很高,磨具具有自锐性,磨削可以用于加工各种材料，包括淬 硬钢、高强度合金钢、硬质合金、玻璃、陶瓷和大理石等高硬度金属和非金属材 料。磨削速度是指砂轮线速度,一般为 3035 米秒,超过 45 米秒时称为高速 磨削。磨削通常用于半精加工和精加工,精度可达 IT85 甚至更高，表面粗糙度 一般磨削为 Ra1.250.16 微米，精密磨削为 Ra0.160.04 微米，超精密磨削为 Ra0.040.01 微米,镜面磨削可达 Ra0.01 微米以下。 磨削的比功率 （或称比能耗， 即切除单位体积工件材料所消耗的能量）比一般切削大，金属切除率比一般切削 黑龙江工程学院本科生毕业设计 25 小，故在磨削之前工件通常都先经过其他切削方法去除大部分加工余量，仅留 0.11 毫米或更小的磨削余量。 随着缓进给磨削、 高速磨削等高效率磨削的发展， 已能从毛坯直接把零件磨削成形。也有用磨削作为荒加工的，如磨除铸件的浇冒 口、锻件的飞边和钢锭的外皮等。 磨削的分类： 外圆磨削 主要在外圆磨床上进行，用以磨削轴类工件的外圆柱、外圆锥和轴肩端面。 磨削时，工件低速旋转，如果工件同时作纵向往复移动并在纵向移动的每次单行 程或双行程后砂轮相对工件作横向进给，称为纵向磨削法（图 1）。如果砂轮宽 度大于被磨削表面的长度,则工件在磨削过程中不作纵向移动,而是砂轮相对工 件连续进行横向进给，称为切入磨削法。 内圆磨削 主要用于在内圆磨床、 万能外圆磨床和坐标磨床上磨削工件的圆柱孔 （图 2） 、 圆锥孔和孔端面。 平面磨削 主要用于在平面磨床上磨削平面、沟槽等。平面磨削有两种：用砂轮外圆表 面磨削的称为周边磨削(图 3)， 一般使用卧轴平面磨床,如用成形砂轮也可加工各 种成形面；用砂轮端面磨削的称为端面磨削，一般使用立轴平面磨床。 无心磨削 一般在无心磨床上进行，用以磨削工件外圆。磨削时，工件不用顶尖定心和 支承，而是放在砂轮与导轮之间，由其下方的托板支承，并由导轮带动旋转。 与其他切削加工方式，如车削、铣削、刨削等比较，具有以下特点： （1）磨削速度很高，每秒可达 30m50m；磨削温度较高，可达 1000”C 1500oC；磨削过程历时很短，只有万分之一秒左右； （2）磨削加工可以获得较高的加工精度和很小的表面粗糙度值； （3）磨削不但可以加工软材料，如未淬火钢、铸铁和有色金属等，而且还 可以加工淬火钢及其他刀具不能加工的硬质材料，如瓷件、硬质合金等； （4）磨削时的切削深度很小，在一次行程中所能切除的金属层很薄； （5）当磨削加工时，从砂轮上飞出大量细的磨屑，而从工件上飞溅出大量 的金属屑。磨屑和金属屑都会使操作者的眼部遭受危害，尘未吸入肺部也会对身 体有害； （6）由于砂轮质量不良、保管不善、规格型号选择不当、安装出现偏心， 黑龙江工程学院本科生毕业设计 26 或给进速度过大等原因，磨削时可能造成砂轮的碎裂，从而导致工人遭受严重的 伤害； （7）在靠近转动的砂轮进行手工操作时，如磨工具、清洁工件或砂轮修正 方法不正确时，工人的手可能碰到砂轮或磨床的其他运动部件而受到伤害； （8）磨削加工时产生的噪音最高可达 110dB 以上，如不采取降低噪声措施， 也会影响健康。 4.2.4.钻孔 钻床指主要用钻头在工件上加工孔的机床。通常钻头旋转为主运动，钻头轴向移 动为进给运动。钻床结构简单，加工精度相对较低，可钻通孔、盲孔，更换特殊刀具， 可扩、锪孔，铰孔或进行攻丝等加工。加工过程中工件不动，让刀具移动，将刀具中 心对正孔中心，并使刀具转动(主运动)。钻床的特点是工件固定不动，刀具做旋转运 动 钻床主要用钻头在工件上加工孔（如钻孔、扩孔、铰孔、攻丝、锪孔等）的 机床。机械制造和各种修配工厂必不可少的设备。根据用途和结构主要分为以下 几类： 立式钻床 工作台和主轴箱可以在立柱上垂直移动，用于加工中小型工件。 台式钻床 简称台钻。一种小型立式钻床，最大钻孔直径为 1215 毫米，安装在钳工 台上使用，多为手动进钻，常用来加工小型工件的小孔等。 摇臂钻床 主轴箱能在摇臂上移动，摇臂能回转和升降，工件固定不动，适用于加工大 而重和多孔的工件，广泛应用于机械制造中。 深孔钻床 用深孔钻钻削深度比直径大得多的孔（如枪管、炮筒和机床主轴等零件的深 孔）的专门化机床，为便于除切屑及避免机床过于高大，一般为卧式布局，常备 有冷却液输送装置 （由刀具内部输入冷却液至切削部位） 及周期退刀排屑装置等。 中心孔钻床 用于加工轴类零件两端的中心孔。 铣钻床 工作台可纵横向移动，钻轴垂直布置，能进行铣削的钻床。 卧式钻床 黑龙江工程学院本科生毕业设计 27 主轴水平布置，主轴箱可垂直移动的钻床。 钻床的基本操作规范如下： 1.工作前必须全面检查各部操作机构是否正常，将摇臂导轨用细棉纱擦拭干 净并按润滑油牌号注油； 2.摇臂和主轴箱各部锁紧后，方能进行操作； 3.摇臂回转范围内不得有障碍物； 4.开钻前，钻床的工作台、工件、夹具、刃具，必须找正，紧固； 5.正确选用主轴转速、进刀量，不得超载使用； 6.超出工作台进行钻孔，工件必须平稳； 7.机床在运转及自动进刀时，不许变紧固换速度，若变速只能待主轴完全停 止，才能进行； 8.装卸刃具及测量工件，必须在停机中进行，不许直接用手拿工件钻削、不 得戴手套操作； 9.工作中发现有不正常的响声，必须立即停车检查排除故障。 4.2.5.电火花数控线切割 电火花线切割机（Wire cut Electrical Discharge Machining 简称 WEDM） ， 属电加工范畴，是由前苏联拉扎林科夫妇研究开关触点受火花放电腐蚀损坏的现 象和原因时，发现电火花的瞬时高温可以使局部的金属熔化、氧化而被腐蚀掉， 从而开创和发明了电火花加工方法。线切割机也于 1960 年发明于前苏联，我国 是第一个用于工业生产的国家。 电火花数控线切割的分类： 电 火 花 线 切 割 机 按 走 丝 速 度 可 分 为 高 速 往 复 走 丝 电 火 花 线 切 割 机 （Reciprocating type High Speed Wire cut Electrical Discharge Machining 俗称“快走丝”）、低速单向走丝电火花线切割机（Low Speed one-way walk Wire cut Electrical Discharge Machining 俗称“慢走丝”）和立式自旋转电火花线 切割机（Vertical Wire Electrical Discharge Machining machine tool With Rotation Wire）三类。又可按工作台形式分成单立柱十字工作台型和双立柱型 （俗称龙门型）。 区分快走丝线切割，中走丝线切割，慢走丝线切割： 1快走丝电火花线切割的走丝速度为 612 m/s，电极丝作高速往返运动， 切割精度较差； 2中走丝电火花线切割是在快走丝线切割的基础上实现变频多次切割功能， 黑龙江工程学院本科生毕业设计 28 是近几年发展的新工艺； 3慢走丝电火花线切割的走丝速度为 0.2m/s，电极丝做低速单向运动，切 割精度很高。 4.2.6.焊接 焊接的定义： 焊接是被焊工件的材质（同种或异种），通过加热或加压或两者并用，并且 用或不用填充材料，使工件的材质达到原子间的建和而形成永久性连接的工艺过 程。焊接过程中，工件和焊料熔化形成熔融区域，熔池冷却凝固后便形成材料之 间的连接。这一过程中，通常还需要施加压力。焊接的能量来源有很多种，包括 气体焰、电弧、激光、电子束、摩擦和超声波等。 金属的焊接,按其工艺过程的特点分有熔焊,压焊和钎焊三大类： 熔焊是在焊接过程中将工件接口加热至熔化状态，不加压力完成焊接的方 法。熔焊时，热源将待焊两工件接口处迅速加热熔化，形成熔池。熔池随热源向 前移动，冷却后形成连续焊缝而将两工件连接成为一体。 在熔焊过程中，如果大气与高温的熔池直接接触，大气中的氧就会氧化金属 和各种合金元素。大气中的氮、水蒸汽等进入熔池，还会在随后冷却过程中在焊 缝中形成气孔、夹渣、裂纹等缺陷，恶化焊缝的质量和性能。 为了提高焊接质量，人们研究出了各种保护方法。例如，气体保护电弧焊就 是用氩、二氧化碳等气体隔绝大气，以保护焊接时的电弧和熔池率；又如钢材焊 接时，在焊条药皮中加入对氧亲和力大的钛铁粉进行脱氧，就可以保护焊条中有 益元素锰、硅等免于氧化而进入熔池，冷却后获得优质焊缝。 压焊是在加压条件下，使两工件在固态下实现原子间结合，又称固态焊接。 常用的压焊工艺是电阻对焊，当电流通过两工件的连接端时，该处因电阻很大而 温度上升，当加热至塑性状态时，在轴向压力作用下连接成为一体。 各种压焊方法的共同特点是在焊接过程中施加压力而不加填充材料。多数压 焊方法如扩散焊、高频焊、冷压焊等都没有熔化过程，因而没有象熔焊那样的有 益合金元素烧损，和有害元素侵入焊缝的问题，从而简化了焊接过程，也改善了 焊接安全卫生条件。同时由于加热温度比熔焊低、加热时间短，因而热影响区小。 许多难以用熔化焊焊接的材料，往往可以用压焊焊成与母材同等强度的优质接 头。 钎焊是使用比工件熔点低的金属材料作钎料，将工件和钎料加热到高于钎料 熔点、低于工件熔点的温度，利用液态钎料润湿工件，填充接口间隙并与工件实 黑龙江工程学院本科生毕业设计 29 现原子间的相互扩散，从而实现焊接的方法。 焊接时形成的连接两个被连接体的接缝称为焊缝。焊缝的两侧在焊接时会受 到焊接热作用，而发生组织和性能变化，这一区域被称为热影响区。焊接时因工 件材料焊接材料、焊接电流等不同，焊后在焊缝和热影响区可能产生过热、脆化、 淬硬或软化现象，也使焊件性能下降，恶化焊接性。这就需要调整焊接条件，焊 前对焊件接口处预热、焊时保温和焊后热处理可以改善焊件的焊接质量。 另外，焊接是一个局部的迅速加热和冷却过程，焊接区由于受到四周工件本 体的拘束而不能自由膨胀和收缩，冷却后在焊件中便产生焊接应力和变形。重要 产品焊后都需要消除焊接应力，矫正焊接变形。 现代焊接技术已能焊出无内外缺陷的、机械性能等于甚至高于被连接体的焊 缝。被焊接体在空间的相互位置称为焊接接头，接头处