机械制造工艺学课程设计-设计油阀座零件的机械加工工艺规程及钻φ5mm孔工序的专用机床夹具（全套图纸）.doc

长沙学院 CHANGSHA UNIVERSITY课程设计全套图纸，加153893706设计题目： 油阀座钻5mm孔工序的夹具设计（产量6000件） 姓名 学号 同 组 者 系 部 机电工程系 专业班级 机械设计制造及自动化3班 指导教师 起止时间 2012-6-112012-6-29 长沙学院课程设计鉴定表姓名袁泽峰学号2009032219专业机械设计制造班级3设计题目油阀座钻5mm孔工序的夹具设计指导教师张志强指导教师意见：评定等级： 教师签名： 日期： 答辩小组意见：评定等级：答辩小组长签名：日期：教研室意见：教研室主任签名： 日期： 系（部）意见：系主任签名：日期：说明课程设计成绩分“优秀”、“良好”、“及格”、“不及格”四类；机械制造工艺及夹具课程设计任务书题目：设计 油阀座 零件的机械加工工艺规程及 钻5mm孔 工序的专用机床夹具。设计要求：熟练使用计算机辅助(软件自选)，独立完成（1） 毛坯图、零件毛坯合图各一张(3或4号图CAD出图，手工图为2号)（2） 关键工序机械加工工艺规程卡片一张(4号图，CAPP出图)（3） 指定工序夹具装配图一张(2或3号图，CAD出图可拼接)（4） 夹具部分零件图12张(图幅自定)（5） 设计说明书(一份，10页，正文五号字，含插图)（6） 夹具3D装配效果图一张(3或4号图，可渲染)以上均需输出，以书面交设计资料，保留软盘待查。原始资料：零件图样，生产纲领，每月班次、生产条件等。班级 机械3班 学生 指导教师 2012年 06 月 28 日摘要在机械制造企业生产中，机械加工、检验、焊接、热处理和装配等冷、热加工工艺，都使用着大量的夹具，用以安装加工对象，使之占有正确的加工位置，随着不规则形状零件在现在制造业的应用越来越广泛，且产品的成本、质量、生产率都与工艺装备息息相关，如何保证这种零件的加工质量变得尤为重要。本说明书通过研究注油器油阀座零件的加工精度要求以及其结构特点，在保证该零件的加工精度的基础上，利用现有的现在制造技术手段，制定了一套钻油阀座5mm内孔的专用夹具模型，对现有油阀座的快速加工，具有一定的价值意义。本说明书对各种定位夹紧装置进行分析与比较，选择并组装了一套能够满足加工要求，同时装卸快捷方便，且机构简单易操作的专用夹具。而且，通过对夹紧力和定位误差的计算，验算保证其夹具的加工精度。同时，分析夹紧力的计算，保证零件在夹持状态下是否满足工件夹紧不产生形变，且工件正常夹紧不产生滑动位移的设计要求。关键词：夹具设计、油阀座、定位、夹紧目录第1章、工件的简要分析 11.1工件的用途 11.2工件的工艺性分析 11.2.1以22内孔为中心的加工表面 11.2.2以16H10内孔为中心的加工表面 21.3确定毛坯 21.3.1 毛坯材料 21.3.2 铸件尺寸公差 31.3.3确定毛坯技术要求 31.3.4 铸件机械加工余量 31.4基面的选择 41.4.1粗基准的选择 41.4.2精基准的选择 51.5制定工艺路线 51.5.1表面加工方法的确定 51.5.2加工阶段的划分 61.5.3工序的集中与分散 61.5.4工序的顺序安排 61.5.5工艺路线方案一 61.5.6工艺路线方案二 71.5.7工艺路线的比较与分析 71.6机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 91.6.1外圆表面（63） 91.6.2外圆表面沿轴线长度方向的加工余量（63端面、32端面） 91.6.3孔16 101.6.4外圆端面（24） 101.6.5铣缺口（16） 10第2章、油阀座钻5孔专用夹具设计 122.1 确定夹具设计定位方案 122.2 夹具设计定位方案的比较与分析 132.3 夹具设计夹紧方案 132.4 夹具设计采用的导向装置 142.5 计算切削用量,决定切削速度v和工作台每分钟进给量F 142.6钻头磨钝标准耐用度情况 152.7 切削时间 152.8 定位误差的分析 162.9夹紧元件强度校核 162.10 操作说明 17第3章、设计心得体会 18第4章、参考文献 19第5章、机械加工工艺规程卡 20第一部分油阀座加工工艺规程第1章、工件的简要分析1.1工件的用途 按照课程设计的要求，所给定的工件是凿岩机注油器上的油阀座，阀座左端面通过Rc3/4锥孔与主机相接，一管套穿过油壶壳体与24.5孔焊接，高压气体从左端孔进入阀座体，在负压的作用下，壶内的油从2孔流入22孔和高压气体相混合后形成雾状物质从套管口喷出。16H10内孔装入油量调节装置，缺口指示油量调节的范围。1.2工件的工艺性分析油阀座一共有两组加工表面。现述如下：1.2.1以22内孔为中心的加工表面这一组加工表面包括：63的外圆，22的内孔以及Rc3/4锥孔，24.5的内孔， 2个2的通孔，60锥角，145倒角，5，3垂直于5，左端垂直平面及2的平面。图1.2.1 以22为内孔中心的加工表面1.2.2以16H10内孔为中心的加工表面这一组加工表面包含：16H10的内孔，10.5的内孔，135缺口，16.8内槽以及45倒角。由以上研究可得，Rc3/4的连接是以63定位。24.5焊管套的形位公差靠加工机器来保证，同时粗精加工最好一次加工完成。图1.2.2 以16H10内孔为中心的加工表面1.3确定毛坯1.3.1 毛坯材料由零件材料ZG45确定毛坯为铸件，为保证22mm内孔的高加工质量和易于加工毛坯铸件，将工件铸成整体的一个毛坯，分型面通过22mm的内孔中心线，且16mm内孔的中心线相垂直，（如图1.3.1所示）毛坯铸件进行人工时效后，将铸件送入机加工车间进行加工，以免在工件切开后会发生较大的形变。按照设计要求，年产量为6000件，达到大批量生产标准，且零件的尺寸比较小，所以采用砂型机器铸造。 图1.3.1 毛胚分型面1.3.2 铸件尺寸公差 由于年产量为6000件，因此产品为中批量生产，毛坯制造选用砂型机器型，由工艺人员手册查得，铸件尺寸公差等级为CT10，选取铸件错箱值为1.0 mm。1.3.3确定毛坯技术要求 1）铸件不应有裂痕、砂眼和局部缩松、气孔和夹渣等缺陷。铸件表面应清除毛刺。结瘤和粘砂等。2）正火处理硬度170190HBS，以消除内应力，改善切削加工性能。3）未注圆角为R3R4mm。4）起模斜度为30。1.3.4 铸件机械加工余量加工表面基本尺寸加工余量等级加工余量数值说明上表面39.6G2+0.4单侧加工6363H5+1轴降1级双侧加工端面55G3.5+0.5双侧加工 对中批量生产的铸件加工余量由工艺人员手册查得选取MA为G级，各表面的总余量见下表1.3.4，由工艺人员手册查得铸件主要尺寸见表1.3.5。表1.3.4主要尺寸零件尺寸总余量毛坯尺寸公差CT16与右端面尺寸22224一般公差-c63 轴63467一般公差-c22与上表面尺寸39.62.442一般公差-c左端面与右端面尺寸55459一般公差-c表1.3.5 图1.3.4 零件毛坯合图1.4基面的选择基面的选择是工艺规程设计中的最重要的工作之一。基面如果选择的正确、合理，可以很大程度上保证加工质量，使得生产率得到提高。否则，会使得加工工艺过程漏洞百出，更有甚者，还会造成零件的大批报废，使得生产活动无法正常进行。1.4.1粗基准的选择作为粗基准的表面应比较平整，没有飞边、毛刺或其它表面欠缺。对一般的轴类零件而言，以外圆端面作为粗基准是完全合理的，本零件选用不加工表面32外圆柱面作为粗基准。采用32mm外圆柱面来作为粗基准加工内孔即可以保证加工的壁厚均匀，而且便于装夹。1.4.2精基准的选择精基准的选择主要应考虑基准重合的问题。阀座的右端面和24.5mm的内孔既是装配基准，又是设计基准，用它们作精基准，能使加工遵循“基准重合”的原则，实现阀座零件“一面两孔”的典型定位方式；其余各面、孔的加工也能用它来定位，这样就使的工艺路线遵循了“基准统一”的原则。另外，由于B面的面积较大，定位相对来说比较稳定，夹紧的方案相对来来说也比较简单、可靠，操作起来比较简单、方便。加工10.5的内孔时，用右端端面及24.5的内孔来作为基准。加工各内孔时应以63的端面作为基准。因为形位公差由机床自身来保证，所以粗精加工要尽可能一次来完成。1.5制定工艺路线制定工艺路线出发点，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大批生产的条件下，可以考虑采用万能性机床配以专用工夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使生产成本尽量降低。1.5.1表面加工方法的确定 根据各表面加工要求和各种加工方法能达到的经济精度。确定各表面的加工方法见表1.5.1：加工表面尺寸精度等级表面粗糙度加工方案备注右端面IT1312.5车左端面IT1312.5车上端面凸台IT1012.5铣24.5孔IT1112.5镗Rc3/4锥螺纹孔IT1312.5车10.5mm孔IT1312.5钻16mmH10孔IT103.2钻-扩3mm孔IT1125钻5mm孔IT1312.5钻2mm孔IT1125钻2.5*2.5*4缺口IT1312.5铣135退刀槽12.5车表1.5.11.5.2加工阶段的划分由于工件加工精度要求不高，所以可以不分加工阶段，一个加工阶段可以完成；且由于工件的精度要求不太高，所以可以把焊工艺放置到最后，影响不太大。1.5.3工序的集中与分散 本零件选用工序集中原则安排油阀座的加工工序，端面5、3的孔一次装夹完成加工，63外圆、端面，22孔，24.5mm内圆一次装夹完成。该油阀座的生产类型为批量生产（6000件），为了提高生产效率；运用工序集中原则使工件的装夹次数少，不但可以缩减辅助时间，而且由于在一次装夹中加工了多个表面，有利于保证各加工面之间的相对位置要求。1.5.4工序的顺序安排根据先基准后其它的原则，首先加工精基准63mm圆柱面、右端面，24.5孔；根据先主后次的原则，先加工主要面右端面，后加工次要面5mm，3mm, 2mm,10.5mm孔以及16mmH10孔；根据先面后孔的原则，先加工右端面，后钻轴向孔；先加工凸台面，后钻孔。1.5.5工艺路线方案一工序1 铸造；工序2 车63外圆、端面； 工序3 车左端端面、车内倒角、车锥孔、车内螺纹、车145倒角；工序4 半精车24.5、精车24.5；工序5 钻10.5孔；工序6 粗镗16.8的孔；工序7 车24端面、车倒角；工序8 钻3孔；工序9 钻5孔；工序10 钻圆周上2孔；工序11 钻端面上2孔；工序12 精镗16的孔、镗内槽16.8的孔；工序13 铣135度的缺口；工序14 焊封、去毛刺； 1.5.6工艺路线方案二工序1 铸造；工序2 车63外圆、端面，扩24.5mm内圆，粗镗退刀槽；工序3 车左端端面、车内倒角、车锥孔、车内螺纹、车145倒角；工序4 铣24端面，保证至中心线定位基准长度为39.6mm；工序5 钻3孔，钻5孔，保证5孔深度6mm；工序6 钻10.5孔，锪倒角；工序7 用专用镗刀镗内槽，距24mm端面5.5mm，宽度为1.1mm扩孔16 H10mm，保证距24mm端面26.6mm；工序8 铣16孔的下端面；工序9 钻端面上2孔，保证长度14mm；工序10 钻圆周上2孔；工序11 铣135度的缺口；工序12 焊封、去毛刺；工序13 终检，按零件图样进行全面检查；1.5.7工艺路线的比较与分析两个工艺路线方案的比较：比较一：方案一：工序1到4重复利用了基准32的外圆，夹持次数过多，精度不易保持；方案二：直接在工序2中一次装夹加工车端面，退刀槽和扩24.5mm内圆，精度要求能够保证；比较二：方案一：先加工10.5的内孔，由于其工序靠前，加工夹紧与定位难度大。方案二：先加工端面5mm的内孔，作为下序加工的定位基准，使后续加工方便可靠。比较三：方案一：工序6、7、8没有遵循先面后孔的原则，先加工了10.5的内孔；方案二：工序4保证了先面后孔原则；16mm孔和16.8mm内槽一次性加工可保证精度要求，无需分粗加工及精加工，且把镗孔的工序先于扩16mm的孔，减小了因镗工艺引起的工件变形；比较四：方案一：工序11先加工了圆周上的2mm孔，定位精度不易保证；方案二：由于先加工了右端面的2mm孔，所以至63mm端面的14mm的定位要求得到保证，且易于排屑和减小了加工的难度和增加刀具的使用寿命。综上从优考虑，选择工艺路线为方案二。以下是工艺流程分析情况简述：首先，利用32外圆作为粗基准加工右端面，63外圆，再车24.5mm内圆，尺寸公差由机床保证。其次，利用63外圆作为基准，加工32端面、锥孔、倒角、车螺纹。然后，利用63端面和24.5mm内圆以及24mm外圆加工24mm端面，之后加工5mm、3阶梯孔使之作为加工10.5mm内孔的定位基准，实现简便加工。最后，由于加工10.5孔和2孔不可在同一机床上实现，因此分成2道工序在2个不同机床上进行加工；而两个2孔相通，所以先钻端面2孔，保证至63mm端面的14mm的定位要求，然后再钻圆周2孔时应以端面2mm孔为定位基准。 图1.5.7 主要加工尺寸1.6机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定油阀座零件材料为ZG45，强度和切削性能良好，塑性、韧性较低。生产类型为大批量生产，采用砂型机器铸造（压实式或震压式）。查机械加工工艺手册及相关资料，长度方向上的余量为4。铸造精度为IT9-IT11，尺寸公差为1.6-3.2mm.根据上述原始资料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：1.6.1外圆表面（63）考虑其加工长度为9，与其联结的非加工外圆表面直径为70，为简化铸造毛坯的外形，现直接取其外圆表面直径为70。63表面为自由尺寸公差.1.6.2外圆表面沿轴线长度方向的加工余量（63端面、32端面）分2次加工。第1次加工3，余下的0.51次加工。1.6.3孔16由于孔的直径都小于20毫米，故采用毛坯为中心有22mm内孔，其他部分为实心的ZG45铸件，其他地方由于不冲出孔来。内孔精度要求界于IT8IT10之间。参照机械加工工艺手册确定工序尺寸及余量为 钻孔10.5 粗镗15.85 2Z=5.35 精镗15.95 2Z=0.11.6.4外圆端面（24）查机械加工工艺手册24端面的余量为4。分两次加工，第一次加工3，第二次加工1。1.6.5铣缺口（16）由于题目中对16圆柱缺口的精度要求不高。故粗铣余量为4。经过粗铣后即可达到题目的要求。第二部分钻5mm内孔夹具设计第2章、油阀座钻5孔专用夹具设计2.1 确定夹具设计定位方案本设计是工序钻5内孔的专用夹具。这一套夹具使用立式钻床进行加工。 1.定位方案一如图2.1-1所示： 在夹具定位方案一图中，其定位方式采用2面1点定位，利用上端平面与中间销轴将共同限制5个自由度，再利用左端平面限制1个自由度，从而实现工件完全定位。 图2.1-1 2.定位方案二如图2.1-2：图2.1-2在夹具方案二图中，我们可以看到，利用上端端面限制1个自由度；再利用中心轴线以及24.5mm内孔，用可换定位销进行定位，此可以限制4个自由度；最后通过浮动V型块定位于油阀座垂直于中心轴线的32mm外圆定位，这个又可以限制1个自由度；实现工件完全定位。2.2 夹具设计定位方案的比较与分析方案一与方案二都在利用一面一轴限制了5个自由度，而在最后一个旋转自由度的限制上采用了不同的方案。比较一：方案一使用的是利用另一平面进行定位，由于1个平面在限制旋转自由度的同时还过多的限制了另外2个自由度，如果由于夹具体在制造的过程中，制造定位精度不高，则会产生过定位，从而工件无法装夹进去。方案二利用浮动V型块定位，仅仅只限制1个自由度使工件完全定位，不会出现过定位，装夹可靠性强。比较二：方案一在使用的平面定位，且平面垂直于夹具体底座，在加工时有垂直度要求，同时，平面定位对表面的加工精度要求也较高，经济性不强。方案二利用底座浮动V型块定位，由于V型块有自动定心的效果，定位方便可靠，易于装卸。 综合分析以上情况，夹具设计选用方案二进行定位。2.3 夹具设计夹紧方案在夹紧方案的设计中，根据工件的形状，采用螺旋拧紧方式，同时可将装置的夹紧位置定于Rc3/4锥孔端面处（如图2.3所示）。 图2.3 夹紧位置图优点一：用于钻小孔的夹具,常常不另外设置夹紧装置,这种处理方法既能降低夹具制造成本,同时缩短夹具的制造周期,又能节省安装工件的时间,提高生产率,但必须保证安全。采用手动螺旋拧紧是可靠的,可免去夹紧力的计算。优点二： 将夹紧装置支撑于Rc3/4锥孔端面处将不会再钻孔过程中产生扭矩，因此不会影响加工的平行度精度，同时夹紧强度大，易于装卸。2.4 夹具设计采用的导向装置在导向装置的设计中（如图2.4所示），为保证夹具体的持久耐用性，采用的是可换钻套,当钻套加工磨损后，可以通过拆卸左侧的螺钉，再更换钻套，使夹具体寿命更长，且保证钻孔的位置。 图2.4可换钻套剖视图2.5 计算切削用量,决定切削速度v和工作台每分钟进给量F钻5孔，保证深度6mm；钻5孔：选用钻床为Z550f=0.015mm/r（查切削用量简明手册P59表2.18）V=28m/min（查切削用量简明手册P59表2.18）=1783.4r/min按机床说明，取=1500r/min故实际切削速度：V=23.55m/min钻孔时轴向力，扭矩，功率的计算公式查切削用量简明手册P77表2.32轴向力：= （2.13）其中=600，=1.0,=0.7,=0.95=6000.95=150.69N扭矩:= （2.14）=0.3050.95=0.317N*m功率:= （2.15）=0.05Kw2.6 钻头磨钝标准耐用度情况查表5-130知,钻头的磨钝限度为0.5-0.8.2.7 切削时间切削工时：t= =0.533min2.8 定位误差的分析如图2.9所示：根据设计基准的要求，中心轴线至钻孔轴线位置保持23.5mm，其误差由于定位副间存在径向间隙，因此必将产生径向基准位移误差。不过这时的径向定位误差不再只是单向的了，而是在水平面内任意方向上都有可能发生，其最大值也比心轴水平放置时大一倍。根据公式，容易分析出，误差值等于正负配合上下偏差值的绝对值。 图2.9 定位误差分析图2.9夹紧元件强度校核受力分析（如图2.10所示）：当压紧工件时，由于螺栓垂直放置，将受夹紧力作用产生拉应力。 拉伸应力：由第四强度理论，可知螺栓预紧状态下的计算应力：选用螺柱材料为45钢，屈服强度为=450，取安全系数n=2.1则许用挤压应力 Fj 图2.10 2.10夹具体的优化设计与经济性夹具体在安装过程中，为了实现便于安装，夹具体采用了翻板式结构，与固定式钻模相比更加方便易于操作，同时，在翻版左侧设置支撑体（如图2.11-1所示），使安装时人员能够利用支撑件方便对油阀座的快速安装，翻版盖采用蝶形螺母与活结螺栓配合（如图2.11-2所示），相比老式运用螺钉与夹具体配合的方式，加工人员能够更加快捷方便的装夹，节约时间。 夹具在经济性分析情况下，大幅度提高单机设备的通过能力，提高产品质量。现场同类设备由于工装的差异影响了设备本身较宽的工艺通过能力，通用工装使现场整体的设备通过能力得到提高，有利于均衡生产，提高了工艺质量和产品质量。提高现场应变能力和单一品种的加工能力，如，在加工5mm孔的同时，可以设置专用刀具，同时加工切削3mm孔，这样更有利于物流顺畅和均衡生产，使操作更加多元化。 图2.11-1支撑体示意图 图2.11-2活结螺栓配合图2.11 操作说明由装配图2.12-1至2.12-3可知，定位孔与5孔轴平行,且轴线位置基准为24.5mm，其有尺寸精度要求和表面粗糙度要求。夹具体装夹工件的几个步骤如下：首先，旋动钻模板上2个蝶形螺母，将钻模板翻开平放至左侧的支撑体之上，利用24.5mm可换定位销将工件保持大致位置套在钻模板上（限制5个自由度）；然后，将钻模板翻转盖上，利用夹具体上浮动V型块将工件调整至最终加工位置（限制1个自由度）；最后，拧紧蝶形螺母以及定位销螺母，夹紧工件准备加工。图2.12-1 装配主视图图2.12-2 装配俯视图12-2-3 装配左视图第3章、设计心得体会 经过这一次夹具设计，我明白了设计是对我们在学校所学知识的总结。通过课程设计可以将我们所学知识联系起来,从而对所学专业知识进行实践与运用，为期两周多的夹具课程设计终于结束了。我们在整个过程中，刚开始设计夹具的时候，总觉得自己就像一个摸不到头脑的丈二和尚，不知道从什么地方下手，对一些设计的步骤根本不知道怎么安排，怎么设计。因此我在图书馆借了很多相关的书籍,详细了解了机械设计应注意的问题及设计步骤，在查了大量的关于机械方面的资料的同时，一次次翻阅现代夹具设计制造手册让自己的设计更加标准化、合理化。对于夹具的设计，我们主要需要解决零件定位问题与夹紧问题，而零件定位夹紧要根据工件的技术要求量身定做，因此是比较灵活的，方案比较多，需要我们对加工零件进行认真的分析，才能选择出比较合理有意义的方案。在整个夹具课程设计的过程中，我和我组成员都遇到了很多的设计上的问题，才发现自己学习得不到位。也了解到书本上理论性的东西与在实际运用中的还是有一定的出入的，在设计中才了解到，有些问题不但要深入地理解，而且要不断地更正以前的错误思维，同时向指导老师请教问题的合理解决方案，才能有所目的地完成一次真正的设计。在我设计期间，遇到不懂的问题需要指导帮助时，指导老师及同学们都能细心的帮助我。同学之间虽然每个人的设计的内容有所不同，但我们之间还是会经常讨论，互相帮助，不仅学会了知识，而且还锻炼了我们的团队精神。在这次设计中，要感谢我们的指导老师，他在设计期间为我们解决了很多难题。相信我们通过这次设计，一定会对我们以后的学习有更好的帮助，为我们今后的毕业设计打下良好基础。第4章、参考文献1 吴宗泽，罗圣国. 机械设计课程设计手册.北京：高等教育出版社，2006.5：39-56.2 艾兴,肖诗纲编. 切削用量手册. 机械工业出版社，19953 李洪.机械加工工艺手册. 北京：北京出版社，1990:6-11-6-89.4 杨黎明.机床夹具设计手册.北京：国防工业出版社，1996:323-456.5 任青剑，贺敬宏.机械零件课程设计.西安：陕西科学技术出版社,2003：66-936 郑修本,冯冠大.机械制造工艺学. 北京：机械工业出版社，1991:51-597 张耀宸.机械加工工艺设计实用手册. 北京：航空工业出版社，1993：853-927.8 艾兴,肖诗纲.切削用量手册.北京：机械工业出版社，1995：74-86.9 侯珍秀. 机械