机械制造技术课程设计-阀体加工工艺及扩铰30H7孔夹具设计（全套图纸）.pdf

I 目目 录录 摘 要 . III ABSTRCT. IV 序 言. 1 第一章 零件的分析. 2 1.1 零件的作用. 2 1.2 零件的工艺分析. 2 第二章 工艺规程设计. 4 2.1 确定毛坯的制造形式. 4 2.2 毛坯的设计. 4 2.3 基面的选择. 6 2.3.1 粗基准选择. 6 2.3.2 精基准的选择. 7 2.4 制定工艺路线. 7 2.5 确定切削用量及基本工时. 8 第三章 夹具设计. 14 3.1 问题的提出. 14 3.2 定位基准的选择. 14 3.3 切削力和夹紧力的计算. 15 3.4 定位误差分析. 15 3.5 钻套的设计. 17 3.6 夹具设计及操作简要说明. 21 总 结. 22 致 谢. 23 II 参 考 文 献. 24 参考文献. 18 III 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钻床的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。 关键词关键词：工艺、切削用量、定位误差 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 IV ABSTRCT The design content of the mechanical manufacturing technology and machine tool fixture design, metal cutting machine tool, tolerance matching and measurement of aspects of knowledge. Valve processing technical process and its 30 end face milling fixture design is including parts processing process design, process design and special fixture design three parts. Should first analyze the parts in the process design, understand parts of technology to design the structure of blank, and choose the good parts processing benchmark, design process of the parts; Then the parts size of each work step of the process, the key is to determine the process equipment for each process and cutting parameter; For the design of special fixture, then select design out of the component parts of the fixture, such as the positioning device, clamping device, led components, specific connection with machine parts and other parts; Calculated at the exit of fixture locating position error, analysis the rationality of the fixture structure and deficiency, and pay attention to the improvement in the later design. Keywords: Process, cutting dosage, positioning error V 1 序 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。 阀体加工工艺规程及其铣30 端面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。 2 第一章 零件的分析 1.1 零件的作用零件的作用 阀体是用来控制流体的方向、压力、流量的装置。阀门是使 配管和设备内的介质（液体、气体、粉末）流动或停止、并能控 制其流量的装置。 1.2 零件的工艺分析零件的工艺分析 阀体共有七组加工面，现分述如下： 1.工件90 端面 2.工件30 端面 3 3.工件22 端面 4.工件15 孔 5.工件 30H7 孔、M362 螺纹 6.工件 3- 12、3- 7 孔 7.工件 2- 11 孔、G1/4 螺纹 4 第二章 工艺规程设计 2.1 确定毛坯的制造形式确定毛坯的制造形式 零件材料为 HT200，考虑到零件在工作过程中经常受到冲击 性载荷， 采用这种材料零件的强度也能保证。 由于零件成批生产， 而且零件的轮廓尺寸不大，选用金属模机械砂型铸造，铸造精度 为 9 级，能保证铸件的尺寸要求，这从提高生产率和保证加工精 度上考虑也是应该的。 2.2 毛坯的设计毛坯的设计 阀体零件材料为 HT200， 硬度选用 200HBS， 毛坯重约 1Kg。 生产类型为成批生产，金属模机械砂型铸造，铸造精度为 9 级， 加工余量等级 MA- G。 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. 工件90 端面的加工余量 工件90 端面，查机械制造工艺设计简明手册2.2- 4 铸 件机械加工余量， 单边加工余量 Z=3.0mm， 工件90 端面粗糙度 Ra6.3，查机械制造工艺设计简明手册表 1.4- 8 平面加工的经 济精度与表面粗糙度，一步铣削即可满足精度要求。 2. 工件30 端面的加工余量 工件30 端面，查机械制造工艺设计简明手册2.2- 4 铸 件机械加工余量， 单边加工余量 Z=3.0mm， 工件30 端面粗糙度 Ra6.3，查机械制造工艺设计简明手册表 1.4- 8 平面加工的经 济精度与表面粗糙度，一步铣削即可满足精度要求。 5 3. 工件22 端面的加工余量 工件22 端面，查机械制造工艺设计简明手册2.2- 4 铸 件机械加工余量， 单边加工余量 Z=3.0mm， 工件22 端面粗糙度 Ra6.3，查机械制造工艺设计简明手册表 1.4- 8 平面加工的经 济精度与表面粗糙度，一步铣削即可满足精度要求。 4. 工件15 孔的加工余量 因孔尺寸不大，故采用实心铸造，15 孔表面粗糙度 Ra6.3， 查机械制造工艺设计简明手册表 1.4- 7，一步钻削即可满足其 精度要求。 5. 工件30H7 孔 工件30H7 孔，查机械制造工艺设计简明手册2.2- 4 铸 件机械加工余量，单边加工余量 Z=1.0mm，工件30H7 孔粗糙 度 Ra3.2，查机械制造工艺设计简明手册表 2.3- 8 基孔制 7 级 精度的加工， 首先扩28 孔至29.8； 粗铰29.8 孔至29.93； 精铰29.93 孔至30H7；扩38 槽；扩30H7 孔至32；攻 M362 螺纹；倒角 C2 6. 工件 3- 12、3- 7 孔的加工余量 因孔尺寸不大，故采用实心铸造，查机械制造工艺设计简 明手册表 1.4- 7 内圆表面加工的经济精度与表面粗糙度，知一 步钻削即可满足精度要求。 7. 工件 2- 11 孔、G1/4 螺纹的加工余量 因孔尺寸不大，故采用实心铸造，查机械制造工艺设计简 明手册表 1.4- 7 内圆表面加工的经济精度与表面粗糙度，知一 步钻削即可满足精度要求。 6 8.工件其他不加工表面，铸造即可满足其精度要求。 2.3 基面的选择基面的选择 基面选择是工艺规程设计中的重要工作之一，基面选择的正 确与合理，可以使加工质量得到保证，生产率得以提高。否则， 不但使加工工艺过程中的问题百出，更有甚者，还会造成零件大 批报废，使生产无法进行。 2.3.1 粗基准选择粗基准选择 （1）粗基准的选择应以加工表面为粗基准。目的是为了保 证加工面与不加工面的相互位置关系精度。如果工件上表面上有 好几个不需加工的表面，则应选择其中与加工表面的相互位置精 度要求较高的表面作为粗基准。以求壁厚均匀、外形对称、少装 夹等。 （2） 选择加工余量要求均匀的重要表面作为粗基准。 例如： 机床床身导轨面是其余量要求均匀的重要表面。因而在加工时选 择导轨面作为粗基准，加工床身的底面，再以底面作为精基准加 工导轨面。这样就能保证均匀地去掉较少的余量，使表层保留而 细致的组织，以增加耐磨性。 （3） 应选择加工余量最小的表面作为粗基准。这样可以保 证该面有足够的加工余量。 （4） 应尽可能选择平整、光洁、面积足够大的表面作为粗 基准，以保证定位准确夹紧可靠。有浇口、冒口、飞边、毛刺的 表面不宜选作粗基准，必要时需经初加工。 （5） 粗基准应避免重复使用，因为粗基准的表面大多数是 粗糙不规则的。多次使用难以保证表面间的位置精度。 7 基准的选择是工艺规程设计中的重要工作之一，他对零件的 生产是非常重要的。 2.3.2 精基准的选择精基准的选择 精基准的选择应满足以下原则： （1） “基准重合”原则 应尽量选择加工表面的设计基准为 定位基准，避免基准不重合引起的误差。 （2） “基准统一”原则 尽可能在多数工序中采用同一组精 基准定位，以保证各表面的位置精度，避免因基准变换产生的误 差，简化夹具设计与制造。 （3） “自为基准”原则 某些精加工和光整加工工序要求加 工余量小而均匀，应选择该加工表面本身为精基准，该表面与其 他表面之间的位置精度由先行工序保证。 （4） “互为基准”原则 当两个表面相互位置精度及自身尺 寸、形状精度都要求较高时，可采用“互为基准”方法，反复加 工。 （5）所选的精基准 应能保证定位准确、夹紧可靠、夹具简 单、操作方便。 主要考虑精基准重合的问题，当设计基准与工序基准不重合 的时候，应该进行尺寸换算，这在以后还要进行专门的计算，在 此不再重复。 2.4 制定工艺路线制定工艺路线 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，可以考虑采用万能型机床配以专用夹具， 8 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。 铸造 时效处理以消除内应力 工序 05：铣工件90 端面 工序 10：铣工件30 端面 工序 15：铣工件22 端面 工序 20：钻15 孔，倒角 C1.5 工序 25：扩28 孔至29.8；粗铰29.8 孔至29.93；精 铰29.93 孔至30H7； 扩38 槽； 扩30H7 孔至32； 攻 M362 螺纹；倒角 C2 工序 30：锪平 3-12；钻 3-7 孔 工序 35：钻 2-11 孔；攻 G1/4 螺纹 去毛刺 检验至图纸要求并入库 2.5 确定切削用量及基本工时确定切削用量及基本工时 工序 10：铣工件30 端面 1. 选择刀具 刀具选取不重磨损硬质合金端铣刀，刀片采用 YG8, mmap0 . 3=，mmd35 0 =，min/70mv = 2. 决定铣削用量 决定铣削深度， 因为加工余量不大，一次加工完成 mmap0 . 3= 9 3.决定每次进给量及切削速度 根据 X52K 型铣床说明书，其功率为为 7.5kw， 中等系统刚度。 根据表查出 齿/2 . 0 mmfz=，则 min/637 35 7010001000 r d v ns = 按机床标准选取 w n 600min/r min/ 9 . 65 1000 60035 1000 m dn v w = 当 w n 600r/min 时 rmmznff wzm /48060042 . 0= 按机床标准选取rmmfm/475= 4.计算工时 切削工时：mml30=，mml0 . 3 1= ，mml1 2 = 则机动工时为 min283 . 0 min 2 . 0600 1330 21 + = + = fn lll t w m . 10 工序 25：工件30H7 孔 工步一：扩28 孔至29.8 利用钻头将28 孔扩大至29.8，根据有关手册规定，扩钻 的切削用量可根据钻孔的切削用量选取 rmmf/6 . 105 . 0 =， 根 据 参 考 文 献 表 4.2-13 ， 取 rmmf/16 . 0 = 则主轴转速为min/250050rn =，根据参考文献表 4.2-12，取min/630rn = 故实际切削速度为 min/ 0 . 59 1000 630 8 . 29 1000 m nd v ww = 切削工时：mml68=，mml9 . 0 1= ，mml0 2 =，走刀次数 i=1 则机动工时为 min684 . 0 1 16 . 0 630 09 . 068 21 + = + =i fn lll t w m 工步二：粗铰29.8 孔至29.93 确定进给量 f ：根据参考文献表 2-7 根据 Z525 立式钻床 说明书，主轴进给量rmmf/6 . 105 . 0 =，根据参考文献表 4.2-13，取rmmf/13 . 0 = 主轴速度：主轴转速min/250050rn =，根据参考文献 表 4.2-12，取min/960rn = 故实际切削速度为 11 min/ 2 . 90 1000 96093.29 1000 m nd v ww = 切削工时：mml68=，mml650 . 0 1= ，mml0 2 =，走刀次数 i=1 则机动工时为 min545 . 0 1 13 . 0 960 0650 . 068 21 + = + =i fn lll t w m 工步三：精铰29.93 孔至30H7 确定进给量 f ：根据参考文献表 2-7 根据 Z525 立式钻床 说明书，主轴进给量rmmf/6 . 105 . 0 =，根据参考文献表 4.2-13，取rmmf/10 . 0 = 主轴速度：主轴转速min/250050rn =，根据参考文献 表 4.2-12，取min/1360rn = 故实际切削速度为 min/128 1000 136030 1000 m nd v ww = 切削工时：mml68=，mml350 . 0 1= ，mml0 2 =，走刀次数 i=1 则机动工时为 min500 . 0 1 10 . 0 1360 0350 . 068 21 + = + =i fn lll t w m 工步四：扩38 槽 利用钻头将30 孔扩大至38，根据有关手册规定，扩钻的 切削用量可根据钻孔的切削用量选取 rmmf/6 . 105 . 0 =， 根 据 参 考 文 献 表 4.2-13 ， 取 12 rmmf/16 . 0 = 则主轴转速为min/250050rn =，根据参考文献表 4.2-12，取min/630rn = 故实际切削速度为 min/ 1 . 81 1000 63038 1000 m nd v ww = 切削工时：mml3=，mml4 1= ，mml0 2 =，走刀次数 i=1 则机动工时为 min069 . 0 1 16. 0630 043 21 + = + =i fn lll t w m 工步五：扩30H7 孔至32 利用钻头将30 孔扩大至32，根据有关手册规定，扩钻的 切削用量可根据钻孔的切削用量选取 rmmf/6 . 105 . 0 =， 根 据 参 考 文 献 表 4.2-13 ， 取 rmmf/16 . 0 = 则主轴转速为min/250050rn =，根据参考文献表 4.2-12，取min/630rn = 故实际切削速度为 min/ 3 . 63 1000 63032 1000 m nd v ww = 切削工时：mml19=，mml0 . 1 1= ，mml1 2 =，走刀次数 i=1 则机动工时为 min208 . 0 1 16. 0630 10 . 119 21 + = + =i fn lll t w m 13 工步六：攻 M362 螺纹 选择 M362 螺纹高速钢机用丝锥 f 等于工件螺纹的螺距 p ，即 f=2.0mm/r min/70mv = min/ 36 7010001000 r D v n = 619r/min 按机床选取 n=630r/min 切削工时： mml19 1= ，mml0 . 2 2 =，mml0 . 1 3 = 则机动工时为 min017 . 0 min1 0 . 2630 0 . 10 . 219 321 + = + =i fn lll t w m 工步七：倒角 C2 14 第三章 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。有老师分配的任务，我被要求设计工序 25：扩 28 孔至29.8；粗铰29.8 孔至29.93；精铰29.93 孔至 30H7；扩38 槽；扩30H7 孔至32；攻 M362 螺纹；倒角 C2， 选用机床：Z525 立式钻床。 3.1 问题的提出问题的提出 本夹具主要用来扩28 孔至29.8；粗铰29.8 孔至 29.93；精铰29.93 孔至30H7；扩38 槽；扩30H7 孔至 32；攻 M362 螺纹；倒角 C2，表面粗糙度 Ra1.6，精度要求相对 比较高，设计夹具时要考虑在内。 3.2 定位基准的选择定位基准的选择 以阀体30 端面及55 外圆来定位，定位分析如下： 1、阀体30 端面作为第一定位基准，与衬套相配合，限制 三个自由度，即 X 轴转动、Y 轴转动和 Z 轴移动。 2、阀体55 外圆作为第二定位基准， 与固定 V 型块相配合， 限制两个自由度，即 X 轴移动和 Y 轴移动。 工件共被限制五个自由度，因钻的是中间孔，Z 轴旋转的自 由度不被限制，在此种情况下是允许的，故定位合理。 15 3.3 切削力和夹紧力的计算切削力和夹紧力的计算 由于本道工序主要完成工艺孔的钻孔加工，钻削力。由切 削手册得： 钻削力 6 . 08 . 0 26HBDfF = 式（3-1） 钻削力矩 6 . 0 8 . 09 . 1 10HBfDT = 式（3-2） 式 中 ： D=29.8mm HB=HB max - 3 1 ( HB max - HBmin)=128- 3 1 (128-104)=120 1 0.20fmm r=代入公式（3-1）和（3-2）得 F=2629.80.2 8 . 0 174 6 . 0 9244N T=1029.8190.2 8 . 0 174 6 . 0 =4632600Nmm 本道工序加工工艺孔时，夹紧力方向与钻削力方向相同。因 此进行夹紧立计算无太大意义。 3.4 定位误差分析定位误差分析 定位误差是指采用调整法加工一批工件时，由于定位不准确 而造成某一工序在工序尺寸（通常是指加工表面对工序基准的距 离尺寸）或位置要求方面的加工误差。 当采用夹具加工工件时，由于工件定位基准和定位元件的工 作表面均有制造误差使定位基准位置变化，即定位基准的最大变 动量，故由此引起的误差称为基准位置误差，而对于一批工件来 讲就产生了定位误差。如图 1 所示 16 图 1 用 V 型块定位加工时的定位误差 当定位基准与工序基准不重合时，就产生了基准不重合误 差。基准不重合误差即工序基准相对定位基准理想位置的最大变 动量。 定位误差指一批工件采用调整法加工，仅仅由于定位不准而 引起工序尺寸或位置要求的最大可能变动范围。定位误差主要由 尺寸位置误差和基准不重合误差组成。 jbjwdw= 根据相关公式和公差确定具体变动量。如图 2，两个极端情 况：情况 1：d1=d1max,d2=d2min使工序基准尽可能地高得加工 尺寸；情况 2：d1=d1min,d2=d2max使工序基准尽可能地低得加 工尺寸。且该工序定位误差 1212)(PPHHHdw= 17 图 2 定位误差 2/2)2/221()( minmax ddOOHdw+= =O1O2+(d2- （d2- Td2)/2 =Td1/(2sina/2)+Td2/2 =0.043/2sin45 0+0.03/2 0.392 3.5 钻套的设计钻套的设计 扩28 孔至29.8； 粗铰29.8 孔至29.93； 精铰29.93 孔至30H7；扩38 槽；扩30H7 孔至32；攻 M362 螺纹； 倒角 C2， 因为扩后还要粗铰粗铰扩扩攻倒 角，为了我们钻后能及时的粗铰粗铰扩扩攻 倒角。故选用快换钻套（其结构如下图所示）以减少更换钻套 的辅助时间。根据工艺要求：即先用29.8 的麻花钻钻孔。查机 床夹具标准件可知29.8 相配的快换钻套的具体结构如下 18 具体的尺寸如下 19 因为快换钻套和夹具体是间隙配合，加工的时间快换钻套靠 压紧螺钉把它压紧在钻模板上，以防止加工的时间工件的旋转， 有上图可知和29.8 快换钻套相配的螺钉的尺寸为 M8，查机床 夹具标准件可知，M8 快换钻套压紧螺钉的具体结构如下： 20 具体的尺寸如下： 21 3.6 夹具设计及操作简要说明夹具设计及操作简要说明 如前所述，在设计夹具时，应该注意提高劳动生产率避免 干涉。应使夹具结构简单，便于操作，降低成本。提高夹具性价 比。本道工序为钻床夹具选择由圆整压块、螺栓和滚花螺母等组 成的夹紧机构夹紧工件。本工序