毕业设计（论文）开题报告-泥浆泵上阀体加工工艺与工装设计.doc

- 本科毕业设计开题报告本科毕业设计开题报告 题 目： 泥浆泵上阀体加工工艺与工装设计 系 别 ： 专 业 ： 姓 名 ： 学 号 ： 指导教师 ： 2011 年 12 月 30 日 - 1 - 本科毕业设计开题报告本科毕业设计开题报告 系别系别专业专业班级班级 姓名姓名学号学号联系方式联系方式 题目题目泥浆泵上阀体加工工艺与工装设计 一、选题背景一、选题背景 泥浆泵，是指在钻探过程中向钻孔里输送泥浆或水等冲洗液的机械。泥浆泵 是钻探设备的重要组成部分。在常用的正循环钻探中它是将地表冲洗介质 清水泥浆或聚合物冲洗液在一定的压力下，经过高压软管水龙头及钻杆柱中 心孔直送钻头的底端，以达到冷却钻头、将切削下来的岩屑清除并输送到地表的 目的。常用的泥浆泵是活塞式或柱塞式的，由动力机带动泵的曲轴回转，曲轴通 过十字头再带动活塞或柱塞在泵缸中做往复运动。在吸入和排出阀的交替作用下， 实现压送与循环冲洗液的目的。 泥浆泵的上阀体是泥浆泵的一个重要组成部分 ，也是泥浆泵的易损件之一。 在生产过程中, 泥浆泵阀要求能承受高压和具有良好的密封性, 所以泥浆泵阀体的 制造很重要。产品质量是一个综合性的问题，与设计、工艺技术、工装设备、管理 和人员素质等多个因素有关，但与工艺技术的关系最为密切。也由于泥浆泵阀要求 能承受高压和具有良好的密封性。因此，在泥浆泵生产改良之前，首先应进行阀体 工艺设计（本设计主要以研究泥浆泵上阀体为重点） ，使加工工件的整个工艺过程 都能实现科学操作。 机械加工工艺规程简称工艺规程，是指导机械加工的主要技术文件。它是把艺 过程的有关内容，用文字以及表格的形式写成工艺文件，一般应包括下列内容：零 件的加工工艺路线，各工序的具体加工内容，切削用量，工时定额以及所采用的设 备和工艺装备等。工艺规程是生产组织管理工作、计划工作的依据。原材料的准备、 毛坯的制造、设备和工具的购置、专用工艺装备的设计制造、劳动力的组织、生产 进度计划的安排等工作都是依据工艺规程来进行的。工艺规程是新建或扩建工厂或 车间的基本资料。在新建扩建或改造工厂或车间时，需依据产品的生产类型及工艺 规程来确定机床和设备的数量及种类，工人工种、数量及技术等级，车间面积及机 床的布置等。 夹具在机械加工中具有重要的作用，它能保证加工精度，提高产品质量，减轻 工人的劳动强度，保证安全，提高劳动生产率，能以优质、高效、低耗的工艺去完 - 2 - 成零件的加工和产品的装配。 二、课题设计二、课题设计 2.12.1 课题的内容课题的内容 该课题主要对泥浆泵上阀体的加工工艺进行分析与对其中两道工序进行工装设 计。本阀体加工工艺与工装的设计是建立在合理组装泥浆泵的前提下进行的，结合 了机械制造技术基础与机械制造工艺学的知识，完成上阀体加工工艺路线的分析与 拟定（生产类型为中批）和针对其中两道工序分别设计一副镗夹具和一副铣夹具。 本次课题加工工艺路线的拟定是根据泥浆泵上阀体的结构特点和技术要求，以 及所用毛坯生产数量、现有生产条件和科技进步等原始数据和资料加以综合研究， 采用相应的加工方法的设备（机床和工装）并按照规定的加工步骤，直接改变毛坯 形状、尺寸、表面质量和材质，使毛坯逐步成为符合零件图样要求的合格零件。 在铣床夹具设计和镗床设计的过程中运用到了误差分析、加工精度与零件强度 的计算设计出符合加工要求的机床夹具，以保证加工精度，提高产品质量，减轻工 人的劳动强度，保证安全，提高劳动生产率为目的 2.22.2 课题的目的课题的目的 1.了解和掌握机械工艺学的知识，把理论知识和生产实际结合起来，完成泥浆 泵上阀体的工艺路线的拟定（生产类型为中批） 。 2.巩固机床夹具设计的方法，根据被加工零件的技术要求与生产要求，结合所 学的夹具设计的知识，完成夹具结构设计。 3.培养自身识图、制图、运算和编写技术文件的能力。 4.培养自身查阅与使用相关设计手册、图表、文献的能力。 5.培养独立思考、 、独立解决困难的能力。 2.32.3 课题的意义课题的意义 本课题主要是对泥浆泵上阀体进行工艺规程设计和工装设计，综合运用机械制 造工艺学机械制造技术基础等相关课程的理论及生产实践的知识去分析和解决上阀 体工艺规程和机床专用夹具设计的问题，并使所学专业知识得到进一步巩固和深化。 进一步学习工艺规程设计的一般方法，了解和掌握常用箱体设计、计算方法，培养 正确的设计思想和分析问题、解决问题的能力，特别是总体设计和计算的能力。通 过计算和绘图，学会运用标准、手册、图册和查阅有关技术资料等，培养工艺设计 的基本技能。同时利用画图软件设计可有如下的优点：1.减少劳动强度。2.减少各 - 3 - 工序间的周转时间。3.便于修改设计。4.易于建立标准图纸和标准件库。5.易于广 泛应用标准图和标准设计。 专用夹具是在制造加工过程中使工件定位和夹紧的特殊工具。众所周知，夹具 是提供支撑和夹紧工件的设备。夹具能消除制造过程中由于个体标注、定位和频繁 检查引起的误差，使工件质量保持基本一致，从而减少操作时间，提高产品质量。 由于这些不可替代的功能和优势，夹具广泛运用于工厂的实际生产。 三、课题研究现状三、课题研究现状 3.13.1 国外研究现状国外研究现状 夹具是机械加工不可缺少的部件，在机床技术向高速、高效、精密、复合、智 能、环保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经 济方向发展。 一、高精随着机床加工精度的提高，为了降低定位误差，提高加工精度对夹具 的制造精度要求更高高精度夹具的定位孔距精度高达5m，夹具支承面的垂直度 达到 0.01mm/300mm，平行度高达 0.01mm/500mm。德国 demmeler（戴 美乐）公司制造的 4m 长、2m 宽的孔系列组合焊接夹具平台，其等高误差 0.03mm；精密平口钳的平行度和垂直度在 5m 以内；夹具重复安装的定位精 度高达5m；瑞士 EROWA 柔性夹具的重复定位精度高达 25m。机床夹具 的精度已提高到微米级，世界知名的夹具制造公司都是精密机械制造企业。诚然， 为了适应不同行业的需求和经济性，夹具有不同的型号，以及不同档次的精度标准 供选择。 二、高效为了提高机床的生产效率，双面、四面和多件装夹的夹具产品越来越 多。为了减少工件的安装时间，各种自动定心夹紧、精密平口钳、杠杆夹紧、凸轮 夹紧、气动和液压夹紧等，快速夹紧功能部件不断地推陈出新。新型的电控永磁夹 具，加紧和松开工件只用 12 秒，夹具结构简化，为机床进行多任务位、多面和 多件加工创造了条件。为了缩短在机床上安装与调整夹具的时间，瑞典 3R 夹具仅 用 1 分钟，即可完成线切割机床夹具的安装与校正。采用美国 Jergens（杰金斯） 公司的球锁装夹系统，1 分钟内就能将夹具定位和锁紧在机床工作台上，球锁装夹 系统用于柔性生产在线更换夹具，起到缩短停机时间，提高生产效率的作用。 三、模块、组合夹具组件模块化是实现组合化的基础。利用模块化设计的系列 - 4 - 化、标准化夹具组件，快速组装成各种夹具，已成为夹具技术开发的基点。省工、 省时，节材、节能，体现在各种先进夹具系统的创新之中。模块化设计为夹具的计 算器辅助设计与组装打下基础，应用 CAD 技术，可建立组件库、典型夹具库、标 准和用户使用档案库，进行夹具优化设计，为用户三维实体组装夹具。模拟仿真刀 具的切削过程，既能为用户提供正确、合理的夹具与组件配套方案，又能积累使用 经验，了解市场需求，不断地改进和完善夹具系统。组合夹具分会与华中科技大学 合作，正在着手创建夹具专业技术网站，为夹具行业提供信息交流、夹具产品咨询 与开发的公共平台，争取实现夹具设计与服务的通用化、远程信息化和经营电子商 务化。 四、通用、经济夹具的通用性直接影响其经济性。采用模块、组合式的夹具系 统，一次性投资比较大，只有夹具系统的可重组性、可重构性及可扩展性功能强， 应用范围广，通用性好，夹具利用率高，收回投资快，才能体现出经济性好。德国 demmeler（戴美乐）公司的孔系列组合焊接夹具，仅用品种、规格很少的配套组 件，即能组装成多种多样的焊接夹具。组件的功能强，使得夹具的通用性好，组件 少而精，配套的费用低，经济实用才有推广应用的价值。 3.23.2 国内研究现状国内研究现状 目前中国制造业发展迅猛，以前的我国制造业普遍使用刚性专机加工各种各样 的零部件，导致改型和生产个零部件周期较长。随着我国制造业发展和各种各种零 件的需求与日俱增，加工设备和工艺也向着柔性化的方向转变。加工装备的柔性概 念和需求主要体现在对设备快速性和适应性的需求上，因此制造商不得不寻求柔性 和产量之间的最佳组合。当然，在满足了柔性的条件下、也有着不同的解决方案， 如：模块化、可变换化、可重新配置化、在线兼容性等。 目前在我国，中、小批多品种生产的工件品种已占工件种类总数的 85左右。 现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场的需求与竞争。然 而，一般企业都仍习惯于大量采用传统的专用夹具，一般在具有中等生产能力的工 厂里，约拥有数千甚至近万套专用夹具；另一方面，在多品种生产的企业中，每隔 34 年就要更新 5080左右专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为 1020左右。 特别是近年来，数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统（FMS）等新加工 技术的应用，对机床夹具提出了如下新的要求. 1）能迅速而方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本； - 5 - 2）能装夹一组具有相似性特征的工件； 3）能适用于精密加工的高精度机床夹具； 4）能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具； 5）采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置，以进一步减轻劳动强度和提高 劳动生产率； 6）提高机床夹具的标准化程度。 现代机床夹具的发展方向主要表现为标准化、精密化、高效化和柔性化等四个 方面。 （1）标准化 机床夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面。目前我国已 有夹具零件及部件的国家标准：GB/T2148T225991 以及各类通用夹具、组合夹 具标准等。机床夹具的标准化，有利于夹具的商品化生产，有利于缩短生产准备周 期，降低生产总成本。 （2）精密化 随着机械产品精度的日益提高，势必相应提高了对夹具的精度要 求。精密化夹具的结构类型很多，例如用于精密分度的多齿盘，其分度精度可达 0.1；用于精密车削的高精度三爪自定心卡盘，其定心精度为 5m。 （3）高效化 高效化夹具主要用来减少工件加工的基本时间和辅助时间，以提 高劳动生产率，减轻工人的劳动强度。常见的高效化夹具有自动化夹具、高速化夹 具和具有夹紧力装置的夹具等。例如，在铣床上使用电动虎钳装夹工件，效率可提 高 5 倍左右；在车床上使用高速三爪自定心卡盘，可保证卡爪在试验转速为 9000r/min 的条件下仍能牢固地夹紧工件，从而使切削速度大幅度提高。目前，除 了在生产流水线、自动线配置相应的高效、自动化夹具外，在数控机床上，尤其在 加工中心上出现了各种自动装夹工件的夹具以及自动更换夹具的装置，充分发挥了 数控机床的效率。 四、课题设计方案四、课题设计方案 4.14.1 设计方案选型与分析设计方案选型与分析 方案一：方案一： 粗、半精铣 B 面 去毛刺 粗、半精铣左端面 - 6 - 去毛刺 粗铣 2275 端面 去毛刺 粗镗孔 2195 粗、半精铣 12 槽 去毛刺 钻孔 14、22、26 锪孔 锪 4-36 至 R 面、4-20 锪平、5-40 锪平 去毛刺 钻螺纹底孔 攻螺纹 去毛刺 检查 方案二方案二 粗、半精刨 B 面 粗、半精刨左端面 粗铣 2275 端面 粗镗孔 2195 粗、半精铣 12 槽 钻孔 14、22、26 锪孔 锪 4-36 至 R 面、4-20 锪平、5-40 锪平 钻螺纹底孔 攻螺纹 去毛刺 检查 分析优缺点：分析优缺点： （1）方案二是用刨床对 B 面和左端面进行加工，但刨床是用刨刀对工件的平面、 沟槽或成形表面进行刨削的直线运动机床。使用刨床加工，刀具较简单，但生产率 较低（加工长而窄的平面除外），因而主要用于单件，小批量生产及机修车间，在 大批量生产中往往被铣床所代替。 （2）方案一在工序中在铣完平面后安排倒角去毛刺，这不仅避免划伤工人的手， - 7 - 而且给以后的定位及装配得到可靠的保证 （3）方案一符合粗精加工分开原则 4.24.2 方案的确定方案的确定 根据上面的分析，方案一为合理、经济的加工工艺路线方案。具体如下： 粗、半精铣 B 面 去毛刺 粗、半精铣左端面 去毛刺 粗铣 2275 端面 去毛刺 粗镗孔 2195 粗、半精铣 12 槽 去毛刺 钻孔 14、22、26 锪孔 锪 4-36 至 R 面、4-20 锪平、5-40 锪平 去毛刺 钻螺纹底孔 攻螺纹 5-M20-6H、9-M24-6H、4-M24-6H（钻深 33 攻深 27） 去毛刺 检查 4.34.3 方案的特点及创新方案的特点及创新 及时去毛刺，不仅可以提高生产的安全性而且可以保证定位精度。工序分散， 有效的利用机床，适合中批量生产。 五、预期结果五、预期结果 采用本人设计的方案，可以使零件的表面粗糙度，尺寸精度及形位公差能达到 零件图上的技术要求。并能在规定的时间内完成工艺过程卡片和工序卡，并针对其 中两道工序分别设计出一副镗床夹具和一副铣床夹具。 六、设计主要步骤 - 8 - 1 1 泥浆泵上阀体泥浆泵上阀体加工工艺加工工艺 1.1 泥浆泵上阀体的工艺分析 1.2 泥浆泵上阀体的工艺要求及工艺分析 1.2.1 泥浆泵上阀体的技术要求 1.3 加工工艺过程 1.4 确定各表面加工方案 1.4.1 在选择各表面及孔的加工方法时，要综合考虑以下因素 1.4.2 平面的加工 1.4.3 孔的加工方案 1.5 确定定位基准 1.5.1 粗基准的选择 1.5.2 精基准选择的原则 1.6 工艺路线的拟订 1.6.1 工序的合理组合 1.6.2 工序的集中与分散 1.6.3 加工阶段的划分 1.6.4 加工工艺路线方案的比较 1.7 泥浆泵上阀体的偏差，加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的确定 1.7.1 毛坯的结构工艺要求 1.7.2 泥浆泵上阀体的偏差计算 1.8 确定切削用量及基本工时（机动时间） 1.9 时间定额计算及生产安排 2 专用夹具设计 2.1 镗孔夹具设计 2.1.1 研究原始质料 2.1.2 定位基准的选择 2.1.3 切削力及夹紧分析计算 2.1.4 误差分析与计算 2.1.5 夹具设计及操作的简要说明 2.1 铣面夹具设计 2.2.1 研究原始质料 - 9 - 2.2.2 定位基准的选择 2.2.3 切削力及夹紧分析计算 2.2.4 误差分析与计算 2.2.5 夹具设计及操作的简要说明 七、进度计划七、进度计划 序号任务名称开始时间结束时间 1选题2011-12-42011-12-10 2查阅中、外文献资料，外文资料翻译，确定 系统设计方案 2011-12-112011-12-24 3开