阀腔加工工艺规程及其车Φ100孔的夹具设计

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。阀腔加工工艺规程及其车100孔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：工艺、工序、切削用量、夹紧、定位、误差。ABSTRCTThis design content has involved the machine manufacture craft and the engine bed jig design, the metal-cutting machine tool, the common difference coordination and the survey and so on the various knowledge.The reduction gear box body components technological process and its the processing 140 hole jig design is includes the components processing the technological design, the working procedure design as well as the unit clamp design three parts. Must first carry on the analysis in the technological design to the components, understood the components the craft redesigns the semi finished materials the structure, and chooses the good components the processing datum, designs the components the craft route; After that is carrying on the size computation to a components each labor step of working procedure, the key is decides each working procedure the craft equipment and the cutting specifications; Then carries on the unit clamp the design, the choice designs the jig each composition part, like locates the part, clamps the part, guides the part, to clamp concrete and the engine bed connection part as well as other parts; Position error which calculates the jig locates when produces, analyzes the jig structure the rationality and the deficiency, and will design in later pays attention to the improvement.Keywords: The craft, the working procedure, the cutting specifications, clamp, the localization, the error目 录序言1一 零件分析 21.1 零件作用 21.2零件的工艺分析 3二 工艺规程设计32.1确定毛坯的制造形式 32.2毛坯的设计42.3基面的选择传 52.4制定工艺路线 52.5机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定 62.6确定切削用量及基本工时16三 车夹具设计163.1问题的提出163.2定位基准的选择173.3定位元件的设计193.4切削力及夹紧力计算203.4定位误差分析213.5导向键设计223.6夹具设计及操作简要说明23四 钻夹具设计3.1问题的提出253.2定位基准的选择253.3切削力及夹紧力计算273.4操作简要说明293.5夹具的精度分析28结 论31参考文献32致 谢 33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。阀腔的加工工艺规程及其车100孔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。一、 零件的分析1.1 零件的作用阀腔的作用，待查1.2 零件的工艺分析阀腔有3组加工面他们有位置度要求。这3组加工面的分别为1，以基准面B为基准的加工面，这组加工面包括，基准面B面和基准面B对应的上端面4-18孔锪孔282：一个是以2-18孔为基准的加工面，这个主要是76 6585 100 100孔，2-20孔3：以65孔为基准 的加工面，这组加工面主要是9-M12螺纹孔。二. 工艺规程设计2.1 确定毛坯的制造形式零件材料为HT200。由于零件成批生产，而且零件的轮廓尺寸不大，选用砂型铸造，采用机械翻砂造型，铸造精度为2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 毛坯的设计阀腔零件材料为 HT200，硬度选用200HBS，生产类型为成批生产，采用砂型铸造，机械翻砂造型，2级精度组。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. 76mm的孔 因为孔为76mm大，76孔的粗糙度为3.2粗车和半精车即可达到加工工序要求，查相关资料知粗加工和精加工的余量之和为3mm1. 65mm的孔所在的同轴孔系 因为孔为65mm所在的同轴孔系粗糙度要求为1.6需要粗车，精车2道工序加工，查相关资料知粗加工和精加工的余量之和为3mm2. 阀腔的上下端面该阀体的上端面粗糙度要求是12.5一次粗加工即可满足要求，下端面粗糙度为1.6需要粗铣，精铣，等加工才能满足光洁度要求。根据资料可知，选取加工余量等级为G，选取尺寸公差等级为9级。所以根据相关资料和经验可知，阀腔的上端面的单边余量为2.5mm，下端为3mm符合要求。3. 其余孔系不铸造出孔，因此在此不再累述根据上述原始资料及加工工艺，确定了各加工表面的加工余量、工序尺寸，这样毛坯的尺寸就可以定下来了，毛坯的具体形状和尺寸见图“阀体”零件毛坯简图。2.3 基面的选择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。 粗基准的选择：对于零件的加工而言，粗基准的选择对后面的精加工至关重要。从零件图上可以看出，阀腔零件还算比较规则，所以粗基准容易选择。为了保证前后端面的位置精度的要求，选择阀腔顶面作为粗基准，依照粗基准的选择原则（即当零件有不加工表面时，应该以这些不加工表面作为粗基准，若零件有若干个不加工表面时，则应以与加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面做为粗基准）来选取。工件被放在夹具体，底面端顶住夹具体限制3个自由度；工件的大外半圆用活动V型块夹紧，在两个支承钉的外圆柱面上，限制3个自由度；因为我们限制一个自由度，实现完全定位。 对于精基准而言，主要应该考虑基准重合的问题，当设计基准与工序基准不重合时，应该进行尺寸换算，这在以后还要专门计算，此处不再重复。 2.4 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，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方案一工序：铸造工序：时效处理工序：铣底端面。工序：铣上端面工序：精铣底面工序：钻 扩 铰 4-18孔 锪平28孔工序：车76 65 85 100 110 工序：钻 扩2-20孔工序：钻9M12螺纹底孔，攻丝M12工序X：检验方案二工序：铸造工序：时效处理工序：铣底端面。工序：铣上端面工序：钻 扩 铰 4-18孔 锪平28孔工序：车76 65 85 100 110 工序：钻 扩2-20孔工序：钻9M12螺纹底孔，攻丝M12工序：检验工艺方案一和方案二的区别在于方案一铣完底面后以底面为基准铣削上端面，然后以已经加工好的上端面为基准加工下端面，这样能更好的保证工件的平行度和平面度，更好地保证了工件的加工精度，综合考虑我们选择方案一具体的工艺路线如下工序：铸造工序：时效处理工序：铣底端面。工序：铣上端面工序：精铣底面工序：钻 扩 铰 4-18孔 锪平28孔工序：车76 65 85 100 110 工序：钻 扩2-20孔工序：钻9M12螺纹底孔，攻丝M12工序X：检验2.5 机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的确定阀腔零件材料为HT200，生产类型为大批量生产，采用砂型机铸造毛坯。1、 阀腔的上下端面因为泵体的上下和左右端面没有精度要求，粗糙度要求也不高，其加工余量为2.5mm。3、阀腔的孔毛坯为空心，铸造出孔。孔的精度要求介于IT7IT8之间，参照参数文献，确定工艺尺寸余量为单边余量为2.52.6 确定切削用量及基本工时1、工序III：粗铣底面 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,，。2. 决定铣削用量1） 决定铣削深度 因为加工余量不大，一次加工完成2） 决定每次进给量及切削速度 根据X51型铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。根据表查出 ，则按机床标准选取750当750r/min时按机床标准选取3） 计算工时切削工时：，则机动工时为.工序IV：铣上面 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,，。2. 决定铣削用量4） 决定铣削深度 因为加工余量不大，一次加工完成5） 决定每次进给量及切削速度 根据X51型铣床说明书，其功率为为7.5kw，中等系统刚度。根据表查出 ，则按机床标准选取750当750r/min时按机床标准选取6） 计算工时切削工时：，则机动工时为 工序V：精铣底面精铣前后端面的两个平面(1) 精铣平面1) 切削深度 查机械加工工艺师手册表10-119,取=1mm2) 进给量 查机械加工工艺师手册表10-118与表10-119按机床行选取f=0.2mm/齿3) 切削速度根据机械加工工艺手册表10-70,及10-66,查得V=190min/s. 即V=11.4m/min4) 确定机床主轴转速ns= 36.3r/min按机床说明书(见工艺手册表6-39),与36.3r/min相近的机床转速为37.5r/min。现选取=37.5r/min。所以实际切削速度=当=37.5r/min时，工作台的每分钟进给量应为=fZ=0.21037.5=75(mm/min) 查机床说明书有=80(mm/min)5)切削工时，按工艺手册表6.2-1。 t=4x（）=4x（）=4.5(min)工序V：钻2-7孔，锪孔13工步一：钻7孔的切削用量及基本工时(1)钻7mm孔机床：Z525立式钻床 刀具：根据机械加工工艺手册表10-61选取高速钢麻花钻51)进给量 取f=0.13mm/r2)切削速度V=2434m/min. 取V=30m/min3)确定机床主轴转速ns= 1364r/min与1364r/min相近的机床转速为1450r/min。现选取=1450r/min。所以实际切削速度=5) 切削工时，按工艺手册表6.2-1。 t=i ;其中l=10mm; =4mm; =3mm; tt=2x（） =2x（）=0.0234(min)工序VI：工序XI：钻，扩，绞18销孔钻4-17(1)钻17mm孔机床：Z525立式钻床 刀具：根据机械加工工艺手册表10-61选取高速钢麻花钻4.51)进给量 取f=0.13mm/r2)切削速度V=2434m/min. 取V=30m/min3)确定机床主轴转速ns= 2388r/min与2388r/min相近的机床转速为2012r/min。现选取=2012r/min。所以实际切削速度=5) 切削工时，按工艺手册表6.2-1。 t=i ;其中l=25mm; =4mm; =3mm; t= =0.1108(min)(2) 扩17.85mm孔 刀具：根据机械加工工艺手册表10-61选取高速钢麻花钻6.1) 进给量 查机械加工工艺师手册表28-13，取f=0.13mm/r2) 切削速度V=2434m/min. 取V=30m/min3) 确定机床主轴转速ns= 1592r/min与1592r/min相近的机床转速为1969r/min。现选取=2012r/min。所以实际切削速度=5) 切削工时，按工艺手册表6.2-1 t=i ;其中l=25mm; =4mm; =3mm; t= =0.110(min)工步三：铰孔至18： 选择18的铰刀 按机床选取 基本工时： 其余钻，扩孔的切削用量及基本工时计算，如上，在此不再述。工序VII：粗车，精车76的内圆工步一：粗车76的内圆粗车mm内圆柱面1) 切削深度 单边余量为Z=2mm 2) 进给量 根据机械加工工艺手册取f=0.8mm/r3) 计算切削速度其中：=342, =0.15, =0.35, m=0.2。修正系数见切削手册表1.28,即 =1.44 , =0.8 , =1.04 , =0.81 , =0.97。所以 1.440.81.040.810.97=89m/min 4) 确定机床主轴转速ns= 753r/min与753r/min相近的机床转速为750r/min。现选取=750r/min。所以实际切削速度= 5) 切削工时， t=i ;其中l=25mm; =4mm; =0mm; t=i=x2=0.966(min)工步二：精车76内圆1) 切削深度 单边余量为Z=0.3mm 分两次切除。 2) 进给量 根据机械加工工艺手册取f=0.2mm/r 3) 计算切削速度其中：=342, =0.15, =0.35, m=0.2。 =1.44 , =0.8 , =1.04 , =0.81 , =0.97。所以 1.440.81.040.810.97=96m/min4) 确定机床主轴转速ns= 585r/min与585r/min相近的机床转速为600r/min。现选取=600r/min。所以实际切削速度=5)切削工时，按工艺手册表6.2-1。 t=i ;其中l=25mm; =4mm; =0mm; t=i=0.4833(min)其余车的切削用量及基本工时计算，如上，在此不再述。工序VII：钻9-M12孔工步一：钻M12螺纹底孔10.2钻M12螺纹底孔确定进给量：根据参考文献表2-7，当钢的，时，。由于本零件在加工孔时属于低刚度零件，故进给量应乘以系数0.75，则根据Z525机床说明书，现取切削速度：根据参考文献表2-13及表2-14，查得切削速度所以根据机床说明书，取，故实际切削速度为切削工时：，则机动工时为工序IX、：攻丝M12攻螺纹M12mm。 按机床选取，则机动时，攻M12孔三、 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。由指导老师的分配，决定设计第4道工序铣四周槽面的铣床夹具。3.1 问题的提出 本夹具主要用于车100孔，精度要求较高，其中100孔相对于76孔的平行度为0.05相对于76的同轴度为0.05，因为76孔不能作为定位基准，因此加工精度难以保证，为了保证加工精度，我们只有采用一面2销定位，在立式车床上一次加工出来76 100所在的轴线的所有的相关的孔。3.2 定位基准的选择拟定加工路线的第一步是选择定位基准。定位基准的选择必须合理，否则将直接影响所制定的零件加工工艺规程和最终加工出的零件质量。基准选择不当往往会增加工序或使工艺路线不合理，或是使夹具设计更加困难甚至达不到零件的加工精度（特别是位置精度）要求。因此我们应该根据零件图的技术要求，从保证零件的加工精度要求出发，合理选择定位基准。100孔相对于76孔的平行度为0.05相对于76的同轴度为0.05，为了保证这些精度，我们这一系列的孔我们在立车上加工，一次装夹，完成所有工序的加工，因为我们基准，为了提高加工效率，缩短辅助时间，决定用简单的铰链压板夹紧机构。3.3定位元件的设计本工序选用的定位基准为一面两孔定位，所以相应的夹具上的定位元件应是一面两销。因此进行定位元件的设计主要是对短圆柱销和短削边销进行设计。根据加工要求和基准重合原则，则以底面和2个8孔定位，定位元件采用1面2销，定位孔和定位销的主要尺寸如图2定位孔中心距L及2定位销中心距l 所以L=158.36mmmm取L=158.36mmmm取圆柱销直径8g6菱形销的直径公差取IT6为0.09mm，得菱形销的直径为83.4车床切削力的计算查表1-2-3 圆周力： 径向力： 轴向力：其中：查机床夹具手册表1-2-4，表1-2-5表1-2-6由上得：Fc=725N，Fp=459N，Ff=695N夹紧力的计算：夹紧力的确定 由机床夹具手册表1-2-1 由夹紧机构的特点得：由斜楔夹紧机构，查机床夹具手册1-2-18当 取 ，有斜楔如右图所示 ： 由表1-2-17有汽缸参数的确定a、机床夹具手册1-5-39采用双向作用汽缸P=Q=867N 工作压力 P=0.3paD=63mm，d=16mm ，P=870MPb、汽缸筒壁厚由机床夹具手册表1-5-45选t=7mmc、汽缸进排气口螺孔直径的确定，由表1-5-45缸径D=63mm时沉孔直径44mm沉孔深1，进气排气口螺孔规格M101。d、连接螺栓直径的确定由表1-4-46选M10材料为45，则轴向静载荷3.0e、活塞行程由表1-5-11取25mm。f、气压传动基本回路图 3.5定位误差分析2 一面两销定位误差(1)移动时基准位移误差 （式5-5）式中： 圆柱销孔的最大偏差 圆柱销孔的最小偏差 圆柱销定位孔与定位销最小配合间隙代入（式5-5）得： = = (2) 转角误差 （式5-6）式中： 圆柱销孔的最大偏差 圆柱销孔的最小偏差 圆柱销定位孔与定位销最小配合间隙 削边销孔的最大偏差 削边销孔的最小偏差 削边销定位孔与定位销最小配合间隙其中： 则代入（式5-6）得：则： 3.6定向键装置设计定向键安装在夹具底面的纵向槽中，一般使用两个。其距离尽可能布置的远些。通过定向键与铣床工作台T形槽的配合，使夹具上定位元件的工作表面对于工作台的送进方向具有正确的位置。根据GB220780定向键结构如图所示：图 3.3 夹具体槽形与螺钉图根据T形槽的宽度 a=25mm 定向键的结构尺寸如下：表 3.1 定向键数据表 BLHhD夹具体槽形尺寸公称尺寸允差d允差公称尺寸允差D25-0.014-0.0454014615624+0.0237对刀装置由对刀块和塞尺组成，用来确定刀具与夹具的相对位置。3.7 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。本道工序为铣床夹具选择了压紧螺钉夹紧方式。本工序为铣切削余量小，切削力小，所以一般的手动夹紧就能达到本工序的要求。本夹具的最大优点就是结构简单紧凑。夹具的夹紧力不大，故使用手动夹紧。为了提高生产力，使用快速螺旋夹紧机构。铣夹具装配图如下夹具体附图如下四：钻418孔夹具 设计在成批生产条件下,在专用立式钻床上钻18孔的钻床夹具.4.1问题的提出、18为下面工序的定位基准，因为加工本孔期间，其他各孔还没有加工，所以只能用顶面为定位基准，为了保证加工精度，可一次扩削保证.该孔在轴线方向的设计基准是以钻套的中心线的，设计基准是以外圆与另一底平面.4.2、定位基准的选择工序结合面是已加工过的平面，且又是本工序要加工的孔的设计基准，按照基准重合原则,选择它作为定位基准是比较恰当的。因此，选择结合面与外圆作为定位比较合理。4.3、切削力及夹紧力的计算刀具：麻花钻，dw=18mm,则F=9.8154.5 ap0.9af0.74ae1.0Zd0-1.0Fz (切削手册)查表得：d0=18mm,ae=195, af =0.2, ap =9.5mm, Fz =1.06所以：F=(9.8154.52.50.90.20.74192181.06) 20=79401N查表可得，钻削水平分力，垂直分力，轴向力与圆周分力的比值：FL/ FE=0.8, FV / FE =0.6, FX / Fe =0.53故FL=0.8 FE =0.879401=63521N FV=0.6 FE=0.679401=47640N FX =0.53 FE=0.5379401=42082N在计算切削力时，必须考虑安全系数，安全系数 K=K1K2K3K4 式中：K1 基本安全系数，2.5 K2加工性质系数，1.1 K3刀具钝化系数，1.1 K2断续切削系数，1.1则F/=K FH=2.51.11.11.163521 =211366N选用螺旋板夹紧机构，故夹紧力 fN=1/2 F/ f为夹具定位面及夹紧面上的摩擦系数，f=0.25则 N=0.52113660.25=52841N4.4：操作的简要说明在设计夹具时，为降低成本，可选用手动螺钉夹紧，本道工序的钻床夹具就是选择了手动螺旋板夹紧机构。由于本工序是粗加工，切削力比较大，为夹紧工件，势必要求工人在夹紧工件时更加吃力，增加了劳动强度，因此应设法降低切削力。可以采取的措施是提高毛坯的制造精度，使最大切削深度降低，以降低切削力4.5、工序精度分析 在夹具设计中，当结构方案确定后，应对所设计的夹具进行精度分析和误差计算。影响设计尺寸的各项误差分析1、重合,故产生定位误差。定位尺寸公差=02mm，在加工尺寸方向上的投影，的方向与加工方向是一致的，所以=0.2mm,因为平面定位。所以故2、垂直度所引起的夹具安装误差，对工序尺寸的影响均小，既可以忽略不计。面到钻套座孔之间的距离公差，按工件相应尺寸公差的五分之一，。通常不超过0.005mm.。偏移用概率法相加总误差为：098137mm0.2mm从以上的分析可见，所设计的夹具能满足零件的加工精度要求。当上述各种元件的结构和布置确定之后，也就基本上决定了夹具体和夹具整体结构的型式。绘图时先用双点划线（细线）绘出工件，然后在各个定位面绘制出定位元件和夹